(57)【要約】【課題】  被照射面における照度分布ムラの４次以上の成分や傾斜成分を良好に補正して、被照射面において均一な照度分布を得ることのできる照明光学装置。【解決手段】  光源（１）からの光束に基づいて被照射面（Ｍ，Ｗ）を照明する照明光学装置。被照射面における照度分布ムラのうちの４次以上の成分を補正するために、被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて４次以上の成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター（８）を備えている。あるいは、被照射面における照度分布ムラの傾斜成分を補正するために、被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター（８）を備えている。【選択図】  図１
2004266259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面における照度分布ムラのうちの４次以上の成分を補正するために、前記被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて４次以上の成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルターを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記補正フィルターは、前記被照射面における照度分布ムラのうちの傾斜成分を補正するために、前記共役面またはその近傍に配置されて傾斜成分を含む透過率分布を持つ別の補正面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記補正面は前記補正フィルターの一方の面に設けられ、前記別の補正面は前記補正フィルターの他方の面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面における照度分布ムラの傾斜成分を補正するために、前記被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルターを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項５】
前記補正フィルターは前記共役面から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置され、前記距離ｄは、
１／ｄ＞０．００５
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記照明光学装置は、複数の光学素子と、該複数の光学素子を複数の空間に仕切るための光透過性の窓部材とを備え、
前記窓部材のうちの少なくとも１つに前記補正面が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記共役面に配置されて前記被照射面に形成される照明領域を規定するための照明視野絞りをさらに備え、
前記補正フィルターは前記照明視野絞りよりも光源側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
互いに異なる透過率分布を有する複数の前記補正フィルターを備え、
前記複数の補正フィルターは、前記被照射面における照度分布に応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
互いに異なる透過率分布を有する複数の前記補正フィルターを備え、
前記複数の補正フィルターは、前記被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布に応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記補正フィルターの前記４次以上の成分を含む透過率分布は、４次成分と６次成分との少なくとも何れか一方の成分を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記補正フィルターの前記４次以上の成分を含む透過率分布は、６次以下の成分のみを含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに含み、
前記補正フィルターは、前記オプティカルインテグレータに起因する前記被照射面での照度分布ムラの少なくとも一部を補正することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記オプティカルインテグレータは、入射光束に基づいて複数光束を形成する波面分割型インテグレータを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記波面分割型インテグレータは、所定の第１方向に沿ったピッチで配列された第１の１次元シリンドリカルレンズアレイと、前記第１方向と交差する第２方向に沿ったピッチで配列された第２の１次元シリンドリカルレンズアレイとを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の１次元シリンドリカルレンズアレイは１つの光透過性基板に一体に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記被照射面の近傍または前記共役面の近傍に配置されて、前記被照射面に形成される照明領域を規定するための光通過領域を有する照明視野絞りを備え、
前記照明視野絞りは、前記光通過領域の形状または透過率分布を可変にするための可変スリット手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記補正フィルターは前記照明視野絞りよりも光源側に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
マスクを照明するための請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
マスクを照明するための請求項１６又は１７に記載の照明光学装置と、
前記マスクと感光性基板との間の光路中に配置されて、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、
前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを所定の走査方向に沿って相対的に移動させつつ露光を行い、
前記走査方向を横切る非走査方向の位置に応じて、前記照明視野絞りの前記光通過領域の形状または透過率分布が変化することを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
前記感光性基板上における照度分布を計測するための計測手段と、前記照度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるための補正フィルター切り換え手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記感光性基板と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布を変化させて照明条件を切り換えるための照明条件切り換え手段と、前記照明条件の切り換えに応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるためのフィルター切り換え手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項２２】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
請求項１６又は１７に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、
前記マスクと感光性基板との間の光路中に配置された投影光学系を介して、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に投影しつつ、前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを所定の走査方向に沿って相対的に移動させて露光を行い、
前記走査方向を横切る非走査方向の位置に応じて、前記照明視野絞りの前記光通過領域の形状または透過率分布を変化させることを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
前記感光性基板上における照度分布を計測する計測工程と、前記照度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターを切り換える補正フィルター切り換え工程とをさらに含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載の露光方法。
【請求項２５】
前記感光性基板と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布を変化させて照明条件を切り換える照明条件切り換え工程と、前記照明条件の切り換えに応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるフィルター切り換え工程とをさらに含むことを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、たとえば投影光学系を構成する光学部材の製造誤差などに起因して、ウェハ上において４次成分（位置座標の４次関数にしたがって定義される成分）やそれ以上の成分を含む照度分布ムラが発生することがある。また、たとえば投影光学系を構成する光学部材の光軸に対する偏心などに起因して、ウェハ上において傾斜成分（位置座標の１次関数にしたがって定義される成分）を含む照度分布ムラが発生することがある。
【０００５】
この場合、４次以上の成分や傾斜成分を含む照度分布ムラにより投影光学系の結像性能が悪化し、ウェハ上に実際に形成されるパターンの線幅が所望の線幅と実質的に異なってしまう現象、すなわち線幅異常が発生するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面における照度分布ムラの４次以上の成分や傾斜成分を良好に補正して、被照射面において均一な照度分布を得ることのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面において均一な照度分布を得ることのできる照明光学装置を用いて、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面における照度分布ムラのうちの４次以上の成分を補正するために、前記被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて４次以上の成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルターを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【０００８】
なお、照度分布ムラの４次成分とは被照射面における位置座標の４次関数にしたがって定義される成分であり、４次成分を含む透過率分布とは補正フィルターの補正面において被照射面の位置座標と光学的に対応する位置座標の４次関数にしたがって定義される成分を含む透過率分布である。また、照度分布ムラのｎ次成分とは被照射面における位置座標のｎ次関数にしたがって定義される成分であり、ｎ次成分を含む透過率分布とは補正フィルターの補正面において被照射面の位置座標と光学的に対応する位置座標のｎ次関数にしたがって定義される成分を含む透過率分布である（ｎは実数）。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、前記補正フィルターは、前記被照射面における照度分布ムラのうちの傾斜成分を補正するために、前記共役面またはその近傍に配置されて傾斜成分を含む透過率分布を持つ別の補正面を有する。この場合、前記補正面は前記補正フィルターの一方の面に設けられ、前記別の補正面は前記補正フィルターの他方の面に設けられていることが好ましい。なお、照度分布ムラの傾斜成分とは被照射面における位置座標の１次関数にしたがって定義される成分であり、傾斜成分を含む透過率分布とは補正フィルターの補正面において被照射面の位置座標と光学的に対応する位置座標の１次関数にしたがって定義される成分を含む透過率分布である。
【００１０】
本発明の第２形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面における照度分布ムラの傾斜成分を補正するために、前記被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍に配置されて傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルターを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１１】
第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記補正フィルターは前記共役面から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置され、前記距離ｄは、１／ｄ＞０．００５の条件を満足する。また、前記照明光学装置は、複数の光学素子と、該複数の光学素子を複数の空間に仕切るための光透過性の窓部材とを備え、前記窓部材のうちの少なくとも１つに前記補正面が形成されていることが好ましい。さらに、前記共役面に配置されて前記被照射面に形成される照明領域を規定するための照明視野絞りをさらに備え、前記補正フィルターは前記照明視野絞りよりも光源側に配置されていることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、互いに異なる透過率分布を有する複数の前記補正フィルターを備え、前記複数の補正フィルターは、前記被照射面における照度分布に応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されている。また、互いに異なる透過率分布を有する複数の前記補正フィルターを備え、前記複数の補正フィルターは、前記被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布に応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記補正フィルターの前記４次以上の成分を含む透過率分布は、４次成分と６次成分との少なくとも何れか一方の成分を含むことが好ましい。このとき、前記補正フィルターの前記４次以上の成分を含む透過率分布は、６次以下の成分のみを含んでいることが好ましい。
【００１４】
また、第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに含み、前記補正フィルターは、前記オプティカルインテグレータに起因する前記被照射面での照度分布ムラの少なくとも一部を補正することが好ましい。ここで、前記オプティカルインテグレータは、入射光束に基づいて複数光束を形成する波面分割型インテグレータを備えていることが好ましい。そして、前記波面分割型インテグレータは、所定の第１方向に沿ったピッチで配列された第１の１次元シリンドリカルレンズアレイと、前記第１方向と交差する第２方向に沿ったピッチで配列された第２の１次元シリンドリカルレンズアレイとを備えていることが好ましい。さらに、前記第１および第２の１次元シリンドリカルレンズアレイは１つの光透過性基板に一体に設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記被照射面の近傍または前記共役面の近傍に配置されて、前記被照射面に形成される照明領域を規定するための光通過領域を有する照明視野絞りを備え、前記照明視野絞りは、前記光通過領域の形状または透過率分布を可変にするための可変スリット手段を備えていることが好ましい。ここで、前記補正フィルターは前記照明視野絞りよりも光源側に配置されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の第３形態では、マスクを照明するための第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第４形態では、マスクを照明するための第１形態または第２形態の照明光学装置と、前記マスクと感光性基板との間の光路中に配置されて、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、
前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを所定の走査方向に沿って相対的に移動させつつ露光を行い、前記走査方向を横切る非走査方向の位置に応じて、前記照明視野絞りの前記光通過領域の形状または透過率分布が変化することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
第３形態および第４形態の好ましい態様によれば、前記感光性基板上における照度分布を計測するための計測手段と、前記照度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるための補正フィルター切り換え手段とをさらに備えている。また、前記感光性基板と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布を変化させて照明条件を切り換えるための照明条件切り換え手段と、前記照明条件の切り換えに応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるためのフィルター切り換え手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
本発明の第５形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００２０】
本発明の第６形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、前記マスクと感光性基板との間の光路中に配置された投影光学系を介して、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に投影しつつ、前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを所定の走査方向に沿って相対的に移動させて露光を行い、前記走査方向を横切る非走査方向の位置に応じて、前記照明視野絞りの前記光通過領域の形状または透過率分布を変化させることを特徴とする露光方法を提供する。
【００２１】
第５形態および第６形態の好ましい態様によれば、前記感光性基板上における照度分布を計測する計測工程と、前記照度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターを切り換える補正フィルター切り換え工程とをさらに含む。また、前記感光性基板と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面における光強度分布を変化させて照明条件を切り換える照明条件切り換え工程と、前記照明条件の切り換えに応じて前記複数の補正フィルターを切り換えるフィルター切り換え工程とをさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の照明光学装置では、４次以上の成分を含む透過率分布を持つ補正面や傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルターの作用により、被照射面における照度分布ムラの４次以上の成分や傾斜成分を良好に補正し、被照射面において均一な照度分布を得ることができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷに平行な面内において互いに直交する２つの方向に沿ってＸ軸およびＺ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定されている。
【００２４】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源などを用いることができる。レーザ光源１から射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２５】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、円形照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５の入射面が位置決めされている。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。
【００２６】
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子３ａや４極照明用の回折光学素子３ｂと切り換え可能に構成されている。ここで、円形照明用の回折光学素子３と輪帯照明用の回折光学素子３ａと４極照明用の回折光学素子３ｂとの間の切り換えは、制御系２０からの指令に基づいて動作する第１駆動系２１により行われる。また、ズームレンズ４の焦点距離の変化は、制御系２０からの指令に基づいて動作する第２駆動系２２により行われる。
【００２７】
マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００２８】
こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野を形成する。ここで、形成される円形状の照野の大きさ（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２９】
マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束は、必要に応じてその近傍に配置された開口絞り６に入射する。円形状の開口部（光透過部）を有する開口絞り６を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系７の集光作用を受けた後、補正フィルター８を介して、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド９を重畳的に照明する。補正フィルター８は、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから選択されて照明光路中に位置決めされる。
【００３０】
複数の補正フィルター８ａの照明光路に対する切り換えは、制御系２０からの指令に基づいて動作する第３駆動系２３により行われる。なお、補正フィルター８の構成および作用については後述する。こうして、マスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００３１】
このように、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状の開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド９は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＺ平面）内において、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００３２】
なお、ウェハステージＷＳ上には光検出器２４が設けられ、この光検出器２４の検出面を投影光学系ＰＬの像面に一致させつつウェハステージＷＳ（ひいては光検出器２４）を光軸ＡＸと直交する平面（ＸＺ平面）に沿って二次元的に移動させることにより、ウェハＷ上における照度分布を計測することができる。こうして、ウェハステージＷＳと光検出器２４とは、ウェハＷ上における照度分布を計測するための計測手段を構成している。光検出器２４で計測された照度分布情報は、制御系２０に供給される。
【００３３】
一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、マイクロフライアイレンズ５の各微小レンズの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、マイクロフライアイレンズ５の各微小レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００３４】
なお、回折光学素子３に代えて回折光学素子３ａを照明光路中に設定することによって輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子３ａは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ａを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。
【００３５】
また、回折光学素子３や３ａに代えて回折光学素子３ｂを照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子３ｂは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ｂを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。
【００３６】
図２は、図１のコンデンサー光学系と結像光学系との間の光路中に配置された補正フィルターとマスクブラインドとの位置関係を説明する図である。図２を参照すると、補正フィルター８は、マスクブラインド９とコンデンサー光学系７との間の光路中において、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド９の近傍に配置されている。
【００３７】
具体的には、補正フィルター８は、マスクブラインド９よりも光源側において、マスクブラインド９から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置されている。また、補正フィルター８は、たとえば石英ガラスのような光学材料により形成された平行平面板状の光学部材である。そして、たとえばクロムなどの微小ドットパターンの濃密によって表現された所定の透過率分布を持つ補正面が、補正フィルター８のマスク側（マスクブラインド９側）に形成されている。
【００３８】
図３は、ウェハ上において４次成分を含む照度分布ムラが発生している状態、および照度分布ムラの４次成分を補正するために補正フィルターに形成された４次成分を含む透過率分布を模式的に示す図である。図３（ａ）において、縦軸は照度Ｉであり、横軸はウェハＷ上において光軸ＡＸを原点とする任意方向に沿った位置座標ｒである。また、図３（ｂ）において、縦軸は透過率Ｔであり、横軸はウェハＷ上における位置座標ｒと光学的に対応する補正フィルター８の補正面における位置座標Ｒである。
【００３９】
図３（ａ）において実線で示すように、たとえば投影光学系ＰＬを構成する光学部材の製造誤差などに起因して、ウェハＷ上において４次成分（位置座標ｒの４次関数にしたがって定義される成分）を含む照度分布ムラ、すなわちウェハＷの中心において照度が最も小さいような４次成分を含む照度分布ムラが発生することがある。この場合、本実施形態では、ウェハＷにおける照度分布ムラの上記４次成分を補正するために、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから、図３（ｂ）において実線で示すような４次成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ補正面を有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。
【００４０】
図３（ｂ）において実線で示す透過率分布Ｔ（Ｒ）は、次の式（１）により表わされる。
Ｔ（Ｒ）＝（１−Ｄ）／｛（１−Ｄ）−４×Ｄ×Ｒ4／Ｒmax4
＋４×Ｄ×Ｒ2／Ｒmax2｝    （１）
【００４１】
式（１）において、Ｄは最大透過率と最小透過率との差であって、たとえば０．０３よりも小さい値である。図３（ｂ）において実線で示す透過率分布Ｔ（Ｒ）では、補正面の中心すなわち光軸ＡＸの位置（Ｒ＝０）において透過率Ｔが最大で１であり、補正面の中心から最も離れた位置における位置座標Ｒmaxまたは−Ｒmaxの１／２1/2の位置（Ｒ＝Ｒmax／２1/2）において透過率Ｔが最小で（１−Ｄ）である。
【００４２】
なお、図３（ａ）において破線で示すように、ウェハＷの中心において照度が最も大きいような４次成分を含む照度分布ムラが発生することがある。この場合、本実施形態では、ウェハＷにおける照度分布ムラの上記４次成分を補正するために、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから、図３（ｂ）において破線で示すような４次成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）、すなわち補正面のＲ＝０の位置において透過率Ｔが最小で（１−Ｄ）であり且つＲ＝Ｒmax／２1/2の位置において透過率Ｔが最大で１であるような透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ補正面を有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。
【００４３】
図４は、ウェハ上において傾斜成分を含む照度分布ムラが発生している状態、および照度分布ムラの傾斜成分を補正するために補正フィルターに形成された傾斜成分を含む透過率分布を模式的に示す図である。図４（ａ）において、縦軸は照度Ｉであり、横軸はウェハＷ上において光軸ＡＸを原点とする照度分布の傾斜方向に沿った位置座標ｒである。また、図４（ｂ）において、縦軸は透過率Ｔであり、横軸はウェハＷ上における位置座標ｒと光学的に対応する補正フィルター８の補正面における位置座標Ｒである。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、たとえば投影光学系ＰＬを構成する光学部材の光軸ＡＸに対する偏心などに起因して、ウェハＷ上において傾斜成分（位置座標ｒの１次関数にしたがって定義される成分）を含む照度分布ムラが発生することがある。この場合、本実施形態では、ウェハＷにおける照度分布ムラの上記傾斜成分を補正するために、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから、図４（ｂ）に示すような傾斜成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ補正面を有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。
【００４５】
図４（ｂ）に示す透過率分布Ｔ（Ｒ）は、次の式（２）により表わされる。
Ｔ（Ｒ）＝（１−Ｄ）／｛１−Ｄ／２（１＋Ｒ／Ｒmax）｝    （２）
【００４６】
式（２）において、Ｄは最大透過率と最小透過率との差であって、たとえば０．１よりも小さい値である。図４（ｂ）に示す透過率分布Ｔ（Ｒ）では、補正面のＲ＝Ｒmaxの位置において透過率Ｔが最大で１であり、Ｒ＝−Ｒmaxの位置において透過率Ｔが最小で（１−Ｄ）である。
【００４７】
本実施形態では、計測手段としてのウェハステージＷＳおよび光検出器２４を用いて、必要に応じて、ウェハＷ上における照度分布を計測する。そして、ウェハＷ上において４次成分を含む照度分布ムラが発生している場合、フィルター切り換え手段としての制御系２０および第３駆動系２３を用いて、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから、所要の４次成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ補正面を有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。また、ウェハＷ上において傾斜成分を含む照度分布ムラが発生している場合、複数の補正フィルター８ａから、所要の傾斜成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ補正面を有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。
【００４８】
さらに、図３および図４に関連して言及しなかったが、ウェハＷ上において４次成分および傾斜成分を含む照度分布ムラが発生することがある。この場合、複数の補正フィルター８ａから、所要の４次成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ第１補正面と所要の傾斜成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を持つ第２補正面とを有する補正フィルター８を選択して照明光路中に位置決めする。ここで、第１補正面は補正フィルター８の一方の面（たとえばマスク側の面）に形成され、第２補正面は補正フィルター８の他方の面（たとえば光源側の面）に形成されることになる。
【００４９】
このように、本実施形態では、４次成分を含む透過率分布を持つ補正面や傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター８の作用により、被照射面であるウェハＷにおける照度分布ムラの４次成分や傾斜成分を良好に補正し、ウェハＷにおいて均一な照度分布を得ることができる。その結果、本実施形態では、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、補正フィルター８とマスクブラインド９（ウェハ共役面）との距離ｄ（ｍｍ）は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
１／ｄ＞０．００５    （３）
【００５１】
条件式（３）の下限値を下回ると、補正フィルター８がウェハ共役面から離れすぎて、補正フィルター８の補正面の作用によりウェハ共役面（ひいてはウェハＷ面）に形成すべき所望の光強度分布を実現することが困難になるので好ましくない。なお、補正フィルター８のさらに良好な作用を発揮するには、条件式（３）の下限値を０．０１に設定することが好ましい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、所定の透過率分布を持つ補正面が補正フィルター８のマスク側（マスクブラインド９側）に形成されているが、これに限定されることなく、補正フィルター８の光源側（コンデンサー光学系７側）に補正面を形成することもできる。ただし、補正フィルター８をマスクブラインド９よりも光源側に配置する形態では、補正フィルター８の光源側に補正面を形成するよりもマスク側に補正面を形成する方が、補正面とウェハ共役面との距離を小さくすることができるので、補正フィルター８の作用を良好に発揮することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、補正フィルター８をマスクブラインド９よりも光源側に配置しているが、マスクブラインド９とマスクＭとの光学的な共役関係に対して補正フィルター８が実質的な悪影響を及ぼさない限り、またドットパターンの回折現象が実質的な悪影響を及ぼさない限りにおいて、補正フィルター８をマスクブラインド９よりもマスク側に配置することもできる。この場合、補正フィルター８の補正面とウェハ共役面との距離をできるだけ小さくするために、補正フィルター８の光源側に補正面を形成することが好ましい。さらに、マスクブラインド９の配置が省略される形態では、補正フィルター８をウェハ共役面に配置することもできる。
【００５４】
ところで、上述の実施形態では、マスクＭと光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面）における光強度分布（二次光源の形状および大きさ）を変化させて照明条件を切り換えるが、この照明条件の切り換えに応じてウェハＷ上において４次成分を含む照度分布ムラや傾斜成分を含む照度分布ムラが発生することが考えられる。この場合、照明瞳面における光強度分布に応じて、すなわち照明条件の切り換えに応じて、複数の補正フィルター８ａを照明光路に対して切り換えることもできる。
【００５５】
また、上述の実施形態では、ウェハＷ上における照度分布に応じて複数の補正フィルター８ａを照明光路に対して切り換えているが、ウェハＷ上における照度分布が時間の経過に伴って実質的に変化しない場合や、ウェハＷ上における照度分布が照明条件の切り換えに伴って実質的に変化しない場合には、４次成分を含む透過率分布を持つ補正面や傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する所定の補正フィルター８を照明光路中に固定的に位置決めすることもできる。
【００５６】
ところで、照明光学装置には複数の光学素子を複数の空間に仕切るための光透過性の窓部材すなわちカバーガラス（不図示）が設けられているのが一般的である。カバーガラスを設けることにより、照明系を複数の区画に区切り、１つの区画の容積を小さくすることによってパージ効率を上げることができる。また、メンテナンス時には、メンテナンスが必要となる部分のパージを開放することになるが、メンテナンスが不要な部分のパージを破らずに済むという利点がある（特開平１１−２３３４３７号公報を参照）。
【００５７】
特に、マスクブラインド（照明視野絞り）の近傍の雰囲気は、高速に可動する部分（マスクブラインドの可動羽根）の影響によりクリーン度が低くなりがちであるため、カバーガラスを設けて他の部分のクリーン度を落とさないようにする必要がある。クリーン度が低くなると、光学系の光学面（レンズ面、反射面等）に曇り物質が付着し、透過率の低下や透過率分布の変動（照明ムラにつながる）が起こる。
【００５８】
そこで、本実施形態において、所定の透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター８を照明光路中に固定的に位置決めする場合、コンデンサー光学系７のマスク側に配置されてコンデンサー光学系７の光学面の曇りを防止するためのカバーガラスの少なくとも一方の面に所要の補正面を形成し、このカバーガラスを補正フィルターとして利用することができる。また、場合によっては、結像光学系１０の光源側に配置されて結像光学系１０の光学面の曇りを防止するためのカバーガラスの少なくとも一方の面に所要の補正面を形成し、このカバーガラスを補正フィルターとして利用することもできる。
【００５９】
また、上述の実施形態では、補正フィルター８をオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５よりも被照射面側に配置しているが、被照射面と光学的に共役な共役面またはその近傍の位置であれば補正フィルター８をマイクロフライアイレンズ５よりも光源側に配置しても良い。この場合、たとえばマイクロフライアイレンズ５の入射面またはその近傍の位置に配置することが可能であり、このときには、マイクロフライアイレンズ５によって波面分割される複数の光束に対応している入射面の領域のうちの少なくとも１つに補正面を形成すれば良い。
【００６０】
図５は、本発明の第２実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図５においては、感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図５の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図５の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図５では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００６１】
図５の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源または波長が１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、図５の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとからなるビームエキスパンダー２に入射する。ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図５の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００６２】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラーＦＬでＹ方向に偏向された後、輪帯照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）３０ａに入射する。回折光学素子３０ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００６３】
輪帯照明用の回折光学素子３０ａは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、たとえば円形照明用の回折光学素子３０ｂと切り換え可能に構成されている。円形照明用の回折光学素子３０ｂの構成および作用については後述する。ここで、輪帯照明用の回折光学素子３０ａと円形照明用の回折光学素子３０ｂとの間の切り換えは、制御系２０からの指令に基づいて動作する駆動系２１により行われる。制御系２０には、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などがキーボードなどの入力手段２００を介して入力される。
【００６４】
光束変換素子としての回折光学素子３０ａを介した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）４０に入射する。アフォーカルレンズ４０は、その前側焦点位置と回折光学素子３０ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面４２の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。したがって、回折光学素子３０ａに入したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４０の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ４０から射出される。
【００６５】
なお、アフォーカルレンズ４０の前側レンズ群４０ａと後側レンズ群４０ｂとの間の光路中において瞳またはその近傍には、円錐アキシコン系４１が配置されている。円錐アキシコン系４１は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材４１ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材４１ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材４１ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材４１ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材４１ａおよび第２プリズム部材４１ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材４１ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材４１ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系４１の間隔の変化は、制御系２０からの指令に基づいて動作する駆動系２５により行われる。
【００６６】
アフォーカルレンズ４０を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ（変倍光学系）４３を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５０に入射する。なお、σ値は、照明光学系の瞳（照明瞳）に形成される二次光源の大きさ（直径）をＲ１とし、投影光学系ＰＬの瞳に形成される照明光束または光源像の大きさ（直径）をＲ２とし、投影光学系ＰＬのマスクＭ側の開口数をＮＡｏとし、マスクＭを照明する照明光学系の開口数をＮＡｉとするとき、σ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝Ｒ２／Ｒ１として定義される。
【００６７】
なお、所定面４２の位置はズームレンズ４３の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ５０の入射面はズームレンズ４３の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ４３は、所定面４２とマイクロフライアイレンズ５０の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４０の瞳面とマイクロフライアイレンズの入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ５０の入射面上には、アフォーカルレンズ４０の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ４３の焦点距離に依存して相似的に変化する。ズームレンズ４３の焦点距離の変化は、制御系２０からの指令に基づいて動作する駆動系２２により行われる。
【００６８】
図６は、図１のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。また、図７は、図１のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図６を参照すると、マイクロフライアイレンズ５０は、光源側に配置された第１フライアイ部材５０ａとマスク側（被照射面側）に配置された第２フライアイ部材５０ｂとから構成されている。第１フライアイ部材５０ａと第２フライアイ部材５０ｂとは全体的に同様の構成を有するが、その屈折面の曲率半径、その材質などは必ずしも一致していない。
【００６９】
さらに詳細には、第１フライアイ部材５０ａの光源側の面および第２フライアイ部材５０ｂの光源側の面には、Ｘ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群５１ａおよび５１ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、第１フライアイ部材５０ａの光源側の面および第２フライアイ部材５０ｂの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群５１ａおよび５１ｂはＸ方向に沿ってピッチｐ１を有する。
【００７０】
一方、第１フライアイ部材５０ａのマスク側の面および第２フライアイ部材５０ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群５２ａおよび５２ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、第１フライアイ部材５０ａのマスク側の面および第２フライアイ部材５０ｂのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群５２ａおよび５２ｂはＺ方向に沿ってピッチｐ２を有する。本実施形態では、光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群５１ａおよび５１ｂのピッチｐ１が、マスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群５２ａおよび５２ｂのピッチｐ２よりも小さく設定されている。
【００７１】
また、第１フライアイ部材５０ａの光源側の面および第２フライアイ部材５０ｂの光源側の面には、Ｚ方向に沿った直線状のマーク５３ａおよび５３ｂがＸ方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。同様に、第１フライアイ部材５０ａのマスク側の面および第２フライアイ部材５０ｂのマスク側の面には、Ｘ方向に沿った直線状のマーク５４ａおよび５４ｂがＺ方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。マーク５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂは、たとえば第１フライアイ部材５０ａおよび第２フライアイ部材５０ｂを構成する基板に刻設された直線状の溝である。
【００７２】
図７（ａ）を参照して、マイクロフライアイレンズ５０のＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿ってマイクロフライアイレンズ５０に入射した平行光束は、第１フライアイ部材５０ａの光源側（図中左側）に形成されたシリンドリカルレンズ群５１ａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群５１ａの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材５０ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群５１ｂのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面５０ｃ上に集光する。
【００７３】
一方、図７（ｂ）を参照して、マイクロフライアイレンズ５０のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＺＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿ってマイクロフライアイレンズ５０に入射した平行光束は、第１フライアイ部材５０ａのマスク側（図中右側）に形成されたシリンドリカルレンズ群５２ａによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群５２ａの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材５０ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群５２ｂのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面５０ｃ上に集光する。
【００７４】
なお、マイクロフライアイレンズ５０のＸ方向に関する入射瞳面の位置とＺ方向に関する入射瞳面の位置とは異なり、Ｘ方向に関する入射瞳面の方がＺ方向に関する入射瞳面よりも光源側に位置することになる。このように、本実施形態のマイクロフライアイレンズ５０は、光軸ＡＸに沿って間隔を隔てて配置された第１フライアイ部材５０ａと第２フライアイ部材５０ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐ１のサイズを有しＺ方向にｐ２のサイズを有する多数のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列して構成される通常のフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。
【００７５】
しかしながら、本実施形態では、各屈折面が二次元的な曲面状（球面状）に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、マイクロフライアイレンズ５０を構成する第１フライアイ部材５０ａおよび第２フライアイ部材５０ｂの各屈折面が一次元的な曲面状（円筒面状）に形成されるので加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。特に、最小ピッチｐ１が２ｍｍ以下であるようなマイクロフライアイレンズの場合には、製造コストの低減効果は顕著である。ちなみに、本実施形態のマイクロフライアイレンズ５０は、たとえば研削加工、エッチング加工、型プレス加工などにより製造可能である。
【００７６】
また、本実施形態では、光源１とマイクロフライアイレンズ５０との間の光路中にオプティカルインテグレータとしての回折光学素子３０ａ，３０ｂが配置されているので、回折光学素子３０ａ，３０ｂの角度光束形成作用により、マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面に形成される多数光源（二次光源）を構成する各光源が拡大されて光源同士の間隔が狭められる。その結果、本実施形態では、照明瞳面（マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面）に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることができるので、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことができる。
【００７７】
マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、必要に応じて輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、コンデンサー光学系７の集光作用を受けた後、補正フィルター８を介して、その後側焦点面を重畳的に照明する。コンデンサー光学系７の後側焦点面には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９が配置されている。このマスクブラインド９は後述するマスクＭと光学的に共役に配置されており、後述のスキャン動作に追随して移動し、マスクＭおよびウェハＷ上の照明範囲（露光範囲）を制限する役目を果たしている。
【００７８】
マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受けた後、マスクＭを重畳的に照明する。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬの入射瞳面には投影光学系ＰＬの開口数を規定するための可変開口絞りが設けられ、この可変開口絞りの駆動は制御系２０からの指令に基づいて動作する駆動系２７により行われる。
【００７９】
こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながらスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００８０】
さて、第２実施形態において、第１プリズム部材４１ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材４１ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系４１は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材４１ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材４１ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系４１は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系４１の間隔の変化に伴って、所定面４２への入射光束の角度は変化する。
【００８１】
第２実施形態の輪帯照明では、円錐アキシコン系４１の間隔が零で且つズームレンズ４３の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源は、円錐アキシコン系４１の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源に変化する。換言すると、円錐アキシコン系４１の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。
【００８２】
そして、第２実施形態の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源が、ズームレンズ４３の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源に変化する。換言すると、ズームレンズ４３の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。
【００８３】
次いで、輪帯照明用の回折光学素子３０ａに代えて円形照明用の回折光学素子３０ｂを照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。円形照明用の回折光学素子３０ｂは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子３０ｂを介した光束は、アフォーカルレンズ４０の瞳面に円形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ４０から射出される。
【００８４】
アフォーカルレンズ４０を介した光束は、ズームレンズ４３を介して、マイクロフライアイレンズ５０の入射面上に、アフォーカルレンズ４０の瞳面と同様に、光軸ＡＸを中心とした円形状の照野が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ５０の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。円形照明では、円錐アキシコン系４１が平行平面板として機能するように、第１プリズム部材４１ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材４１ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接した状態に維持される。
【００８５】
さらに、マスクブラインド９の近傍には、第２の照明視野絞りとしての可変スリット部１１が設けられている。換言すると、マスクブラインド９と可変スリット部１１とが照明視野絞りを構成している。可変スリット部１１の駆動は、制御系２０からの指令に基づいて動作する可変スリット駆動系２６により行われる。可変スリット部１１の具体的な構成および作用については後述する。また、本実施形態の露光装置にも、ウェハＷ上の照度分布を測定するための光検出器２４が設けられている。光検出器２４の出力は、制御系２０に供給される。また、制御系２０には、たとえばキーボードのような入力手段２００から入力された露光パラメータ（たとえば照明光の瞳形状条件、露光量、投影光学系のＮＡなど）を含む情報が供給される。
【００８６】
前述したように、第２実施形態の露光装置において、二次光源の形状または大きさを変化させると、すなわち照明条件を変化させると、被照射面であるウェハ面上での照度分布が変化して不均一になる場合がある。
【００８７】
第２実施形態では、ウェハ面上の露光領域における露光量分布を調整するために可変スリット部１１を設けている。次に、可変スリット部１１の構成および作用について説明する。図８は、可変スリット部の基本的な構成とその作用を説明する図である。図中左側の図は、可変スリット部１１の可変開口部の形状を示している。また、図中右側の図は、可変スリット部１１の可変開口部の形状に対応させてウェハ上でのスキャン露光後の積算露光量を示している。ここで、縦軸はスキャン露光による積算露光量であり、横軸は非スキャン方向の像高である。
【００８８】
図８（ａ）に示すように、可変スリット部１１は、非スキャン方向に沿って延びる一対の可変エッジ１１ａおよび１１ｂと、スキャン方向に沿って延びる一対の固定エッジ１１ｃおよび１１ｄとによって規定される可変開口部（可変光透過部）１１ｅを有する。すなわち、可変スリット部１１は、全体的に矩形状の可変開口部１１ｅを有し、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、そのスキャン方向の幅（以下、「スリット幅」という）が非スキャン方向に沿って可変に構成されている。
【００８９】
可変スリット部１１を照明する光の照度分布が均一である場合、図８（ａ）に示すように可変エッジ１１ａおよび１１ｂがともに非スキャン方向に沿って直線状に延びた基準状態において、スキャン露光後の積算露光量は非スキャン方向に沿って一定になる。これに対し、図８（ｂ）に示すように可変エッジ１１ｂが内側に向かって非対称な凸形状に変化した状態では、スキャン露光後の積算露光量は可変開口部１１ｅのスリット幅に応じて非スキャン方向に沿って変化する分布となる。
【００９０】
同様に、図８（ｃ）に示すように可変エッジ１１ａが非スキャン方向に対して直線状に傾斜し且つ可変エッジ１１ｂが内側に向かって対称な凸形状に変化した状態においても、スキャン露光後の積算露光量は図８（ｂ）のほぼ同じ分布となる。こうして、本実施形態では、可変スリット駆動系２６を介して可変スリット部１１の可変エッジ１１ａおよび１１ｂを適宜駆動することにより、ウェハ面上の照明領域における照度分布を調整することができる。
【００９１】
図９は、可変スリット部の具体的な要部構成を概略的に示す図である。図９に示すように、可変スリット部１１は、ルーズホールを介したピン接合により連接された複数の羽根部材（１１０ａ，１１０ｂ）を備え、第１の羽根部材１１０ａと第２の羽根部材１１０ｂとが交互に連結されている。また、可変スリット部１１は、第１の羽根部材１１０ａと第２の羽根部材１１０ｂとの間の各ピン接合部を移動させるための駆動手段として、複数のアクチュエータ１１１を備えている。各アクチュエータ１１１と対応する各ピン接合部との間は、棒状部材１１２によって連結されている。
【００９２】
さらに、図９では、５枚の羽根部材で１つの可変エッジを構成しているが、この枚数が多いほど滑らかな曲線を可変エッジに付与することができ、ひいては積算露光量の均一性を高めることができる。こうして、本実施形態では、可変スリット部１１を適宜駆動することにより、ウェハ面上の露光領域における露光量分布を調整することができ、ひいてはスキャン露光後の積算露光量の非スキャン方向に沿った分布を均一化することができる。
【００９３】
以上のように、第２実施形態では、入力手段２００に入力された情報にしたがって、制御系２０が駆動系２１、駆動系２２および駆動系２５を介して回折光学素子３０ａ，３０ｂを選択し、且つズーム光学系４３および円錐アキシコン系４１を駆動し、所望の照明条件を実現する。次いで、二次光源の形状または大きさが変化すると、すなわち照明条件（瞳形状）が変化すると、光検出器２４の計測結果に応じて、或いはあらかじめ求められた照明条件に対する照度分布変化量に基づいて、上述の照度分布の調整が行われる。
【００９４】
したがって、本実施形態の走査露光型の露光装置では、照明条件の変化に際して、非スキャン方向の露光量均一性を良好に保つことができる。その結果、本実施形態では、ウェハ面上にマスクパターンを忠実に転写することができる。
【００９５】
なお、照明条件の変化に伴って、ウェハ面上の各箇所へ入射する照明光束の形状が、すなわち各像高における照明光の瞳形状が不均一になる場合や、照明条件の変化に伴って、ウェハ面上の各箇所へ入射する照明光束の中心線のウェハ面の法線に対する傾きが発生し、いわゆる照明テレセントリシティが崩れる場合には、照明条件の変更に応じて、コンデンサー光学系７を構成する複数のレンズのうちの一部の位置や姿勢を調整すれば良い。
【００９６】
第２実施形態においても、４次成分（或いは６次成分などの４次以上の成分）を含む透過率分布を持つ補正面および／または傾斜成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター８を照明光路中に位置決めしているため、ウェハＷ上において４次以上の成分を含む照度分布ムラや傾斜成分を含む照度分布ムラを補正することができる。ここで、補正フィルター８により補正できない成分の照度分布ムラについては、前述の可変スリット部１１で補正することができる。本実施形態においては、補正フィルター８で照度分布ムラの粗調整を行い、可変スリット部１１で照度分布ムラの微調整を行う構成としているため、可変スリット部１１における駆動手段としてのアクチュエータ１１１自体のストロークを短くすることができる。すなわち、補正フィルター８を設けずにアクチュエータ１１１のストロークを長くする場合と比べると、アクチュエータ１１１による羽根部材１１０ａ，１１０ｂの位置決め精度の高精度化を図ることができる利点があり、ひいてはウェハＷ上における露光量分布を高精度に調整することができる。
【００９７】
なお、第２実施形態では、補正フィルター８をマスクブラインド９の位置（ウェハＷの共役面の位置）から若干間隔を隔てて配置しているため、透過率分布として６次を超える成分を適用しても補正効果が弱くなる。したがって、本実施形態では４次以上の成分を含む透過率分布として、６次までの成分を適用している。
【００９８】
また、上述の実施形態におけるマイクロフライアイレンズ５，５０では、ＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して１つの光透過性基板上に多数の微小レンズ面が形成されている。この場合、研磨加工に比して良質な面形状を得ることが難しいエッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造することが求められるため、良品率が低くなる傾向にある。ここで、マイクロフライアイレンズ５，５０の微小屈折面に製造誤差がある場合には、被照射面での照度分布に影響を及ぼす。
【００９９】
上述の各実施形態のマイクロフライアイレンズ５，５０においては、４次以上の成分を含む透過率分布を持つ補正面を有する補正フィルター８により補正できる照度分布に応じて、マイクロフライアイレンズの微小屈折面の面形状に公差を与えることができるため、すなわち、補正フィルター８により補正できる照度分布の分だけマイクロフライアイレンズの公差を緩くすることができるため、当該マイクロフライアイレンズの製造における良品率の向上を達成することができる。
【０１００】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【０１０１】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【０１０２】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１１において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【０１０３】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【０１０４】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【０１０５】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源や、レーザ光源以外の光源、例えばｉ線やｇ線、ｈ線等の紫外光を供給するランプ光源に対して本発明を適用することもできる。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、照明光学装置の具体的な構成については様々な変形例が可能である。たとえば、上述の実施形態における第１インテグレータとしての回折光学素子３から第２インテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５までの光学系を、特開２００１−８５２９３号公報や特開２００２−２３１６１９号公報に開示された対応部分の光学系で置換して得られる照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。
【０１０７】
また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のコンデンサー光学系と結像光学系との間の光路中に配置された補正フィルターとマスクブラインドとの位置関係を説明する図である。
【図３】ウェハ上において４次成分を含む照度分布ムラが発生している状態、および照度分布ムラの４次成分を補正するために補正フィルターに形成された４次成分を含む透過率分布を模式的に示す図である。
【図４】ウェハ上において傾斜成分を含む照度分布ムラが発生している状態、および照度分布ムラの傾斜成分を補正するために補正フィルターに形成された傾斜成分を含む透過率分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】図５のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】図５のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図８】可変スリット部の基本的な構成とその作用を説明する図である。
【図９】可変スリット部の具体的な要部構成を概略的に示す図である。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１  レーザ光源
３  回折光学素子
４  ズームレンズ
５  マイクロフライアイレンズ
７  コンデンサー光学系
８  補正フィルター
９  マスクブラインド
１０  結像光学系
２０  制御系
２１〜２３  駆動系
２４  光検出器
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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