(57)【要約】【課題】  被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学系。【解決手段】  光源からの光により被照射面を照明する照明光学系は、その照明瞳の位置から光軸方向に沿って離れた第１位置に配置されて、第１透過率分布を有する第１フィルタと、第１フィルタと隣接する第２位置、あるいは第１位置光学的に共役な第１共役位置または第２位置と光学的に共役な第２共役位置に配置されて、第１透過率分布と相補的な第２透過率分布を有する第２フィルタとを備えている。第１フィルタと第２フィルタとの相対位置は変更可能であり、第１透過率分布は、多項式で表される関数を相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳の位置から光軸方向に沿って離れた第１位置に配置されて、第１透過率分布を有する第１フィルタと、
前記第１フィルタと隣接する第２位置、あるいは前記第１位置と光学的に共役な第１共役位置または前記第２位置と光学的に共役な第２共役位置に配置されて、前記第１透過率分布と相補的な第２透過率分布を有する第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタと前記第２フィルタとの相対位置は変更可能であり、
前記第１透過率分布は、多項式で表される関数を前記相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第１透過率分布と前記第２透過率分布とを合成した透過率分布である第１合成透過率分布は、前記第１フィルタと前記第２フィルタとの相対位置の変更に伴って、均一な透過率分布と中心から離れるに従って透過率が低下する透過率分布との間で変化することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、互いに平行な状態を維持しつつ相対位置が変更可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、前記照明光学系の光軸と直交する平面の面内方向に沿って相対的に移動可能に構成されてい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系。
【請求項６】
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、前記照明光学系の光軸廻りに相対的に回転可能に構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系。
【請求項７】
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、前記照明光学系の光軸の方向に沿って相対的に移動可能に構成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系。
【請求項８】
前記第２フィルタは、前記第１フィルタと隣接する第２位置に配置され、
前記第１フィルタの前記第２フィルタ側の光透過面に第１濃度分布を持つ第１パターンが形成され、
前記第２フィルタの前記第１フィルタ側の光透過面に第２濃度分布を持つ第２パターンが形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系。
【請求項９】
前記照明光学系の照明瞳から光軸方向に沿って離れた第３位置に配置されて、第３透過率分布を有する第３フィルタと、
前記第３フィルタと隣接する第４位置、あるいは前記第３位置と光学的に共役な第３共役位置または前記第４位置と光学的に共役な第４共役位置に配置されて、前記第３透過率分布と相補的な第４透過率分布を有する第４フィルタとをさらに備え、
前記第３フィルタと前記第４フィルタとの相対位置は変更可能であり、
前記第３透過率分布は、多項式で表される関数を、前記第３フィルタと前記第４フィルタとの相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形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系。
【請求項１０】
前記第３透過率分布と前記第４透過率分布とを合成した透過率分布である第２合成透過率分布は、前記第３フィルタと前記第４フィルタとの相対位置の変更に伴って、均一な透過率分布と中心から離れるに従って透過率が低下する透過率分布との間で変化することを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第２フィルタは前記第２位置に配置され、
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、前記第１位置に対して前記被照射面と光学的に共役な位置を挟んで配置され、
前記第４フィルタは、前記第４位置に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、光路から退避可能に構成されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記第３フィルタおよび前記第４フィルタは、平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、互いに平行な状態を維持しつつ相対位置が変更可能であることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１５】
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、前記照明光学系の光軸と直交する平面の面内方向に沿って相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１６】
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、前記照明光学系の光軸廻りに相対的に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１７】
前記第３フィルタと前記第４フィルタとは、前記照明光学系の光軸の方向に沿って相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１８】
前記第４フィルタは、前記第３フィルタと隣接する第４位置に配置され、
前記第３フィルタの前記第４フィルタ側の光透過面に第３濃度分布を持つ第３パターンが形成され、
前記第４フィルタの前記第３フィルタ側の光透過面に第４濃度分布を持つ第４パターンが形成されていることを特徴とする請求項９乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１９】
前記関数を表す多項式は、ツェルニケ多項式、チェビシェフ多項式、またはべき級数であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２０】
オプティカルインテグレータを有し、該オプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系と、
前記被照射面の各位置に関する瞳強度分布を一様に補正する補正部材とをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２１】
前記補正部材は、前記照明瞳の位置、または前記照明瞳と光学的に共役な位置に配置された透過率分布フィルタを有することを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
【請求項２２】
前記分布形成光学系は、前記補正部材として、前記瞳強度分布を形成するために入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子を有することを特徴とする請求項２０または２１に記載の照明光学系。
【請求項２３】
前記空間光変調素子は、所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項２２に記載の照明光学系。
【請求項２４】
前記空間光変調素子は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項２２または２３に記載の照明光学系。
【請求項２５】
前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２６】
前記被照射面または前記被照射面と光学的に共役な面上の所定点に達する光束の、前記光軸または前記光軸と平行な軸に対する角度方向の強度分布を計測する瞳強度分布計測部と、
該瞳強度計測部からの出力を受けて、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタのうちの少なくとも一方の位置を変更するように駆動する駆動制御部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２７】
前記照明光学系の照明瞳から光軸方向に沿って離れた第３位置に配置されて、第３透過率分布を有する第３フィルタと、
前記第３フィルタと隣接する第４位置、あるいは前記第３位置と光学的に共役な第３共役位置または前記第４位置と光学的に共役な第４共役位置に配置されて、前記第３透過率分布と相補的な第４透過率分布を有する第４フィルタと、
前記被照射面または前記被照射面と光学的に共役な面上の所定点に達する光束の、前記光軸または前記光軸と平行な軸に対する角度方向の強度分布を計測する瞳強度分布計測部と、
該瞳強度計測部からの出力を受けて、前記第３フィルタおよび前記第４フィルタのうちの少なくとも一方の位置を変更するように駆動する駆動制御部とをさらに備え、
前記第３フィルタと前記第４フィルタとの相対位置は変更可能であり、
前記第３透過率分布は、多項式で表される関数を、前記第３フィルタと前記第４フィルタとの相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成されていることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２８】
所定のパターンを照明するための請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２９】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
【請求項３０】
請求項２８または２９に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。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。
【０００４】
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置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】
【０００８】
前記課題を解決するために、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳の位置から光軸方向に沿って離れた第１位置に配置されて、第１透過率分布を有する第１フィルタと、
前記第１フィルタと隣接する第２位置、あるいは前記第１位置光学的に共役な第１共役位置または前記第２位置と光学的に共役な第２共役位置に配置されて、前記第１透過率分布と相補的な第２透過率分布を有する第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタと前記第２フィルタとの相対位置は変更可能であり、
前記第１透過率分布は、多項式で表される関数を前記相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成されていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【０００９】
第２形態では、所定のパターンを照明するための第１形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】照明瞳に輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。
【図３】ウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域を示す図である。
【図４】（ａ）は静止露光領域内の中心点に関する瞳強度分布の光強度分布の性状を、（ｂ）は周辺点に関する瞳強度分布の光強度分布の性状を模式的に示す図である。
【図５】実施形態における調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図６】円形状の外形を有する一対のフィルタの中心と光軸とが一致した調整ユニットの基準状態を示す図である。
【図７】調整ユニットにおける合成透過率分布が一対のフィルタの相対位置の変更量に応じて変化する様子を定性的に示す図である。
【図８】調整ユニットと補正フィルタとの協働作用を定性的に説明する図である。
【図９】一対のフィルタからなる調整ユニットを２組設けた変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１０】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１１】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、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１において、感光性基板であるウェハＷの露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１３】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出された光は、ビーム送光部１および回折光学素子２を介して、アフォーカルレンズ３に入射する。ビーム送光部１は、光源ＬＳからの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ回折光学素子２へ導くとともに、回折光学素子２に入射する光の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
【００１４】
アフォーカルレンズ３は、前側レンズ群３ａと後側レンズ群３ｂとからなり、前側レンズ群３ａの前側焦点位置と回折光学素子２の位置とがほぼ一致し、後側レンズ群３ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面４の位置とがほぼ一致し且つ前側レンズ群３ａの後側焦点位置と後側レンズ群３ｂの前側焦点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。回折光学素子２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。回折光学素子２は照明光路に対して挿脱自在であり、例えば制御系ＣＲからの指令にしたがって回折特性の異なる他の回折光学素子と交換可能である。以下、説明を簡単にするために、回折光学素子２は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。
【００１５】
輪帯照明用の回折光学素子２は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯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２に入射したほぼ平行光束は、図２に示すように、前側レンズ群３ａの後側焦点位置と後側レンズ群３ｂの前側焦点位置とがほぼ一致している位置であるアフォーカルレンズ３の瞳位置に輪帯状の光強度分布２１を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ３から射出される。なお、輪帯状の角度分布で射出される光束は、光軸ＡＸに対する角度の範囲が０度（光軸と平行）ではない最小値と所定の最大値との間であって、光軸ＡＸまたは光軸ＡＸと平行な軸線を中心とした回転対称な分布を有している。アフォーカルレンズ３の瞳位置またはその近傍には、例えば制御系ＣＲからの指令にしたがって制御される円錐アキシコン系５が配置されている。円錐アキシコン系５の構成および作用については後述する。
【００１６】
アフォーカルレンズ３を介した光は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ６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（またはフライアイレンズ）７に入射する。マイクロフライアイレンズ７は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であって、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ている。
【００１７】
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（微小屈折面）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、正屈折力を有する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。マイクロフライアイレンズ７として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。
【００１８】
所定面４の位置はズームレンズ６の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ７の入射面はズームレンズ６の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ６は、所定面４とマイクロフライアイレンズ７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３の瞳面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。また、アフォーカルレンズ３とズームレンズ６との合成光学系は、回折光学素子２が配置される配置面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的にほぼ共役にしている。
【００１９】
したがって、マイクロフライアイレンズ７の入射面上には、アフォーカルレンズ３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（輪帯状に照明光が分布する）。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ６の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ８における各微小レンズの入射面（すなわち単位波面分割面）は、例えばＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状であって、マスクＭ上において形成すべき照明領域の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。
【００２０】
マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置（ひいては照明瞳の位置）には、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち図２に示すように光軸ＡＸを中心とした輪帯状の二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）２１’が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源２１’からの光は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９を重畳的に照明する。
【００２１】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ７の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に、すなわち後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞りを配置してもよい。コンデンサー光学系８の光路中には、一対のフィルタ１０ａ，１０ｂからなる調整ユニット１０が配置されている。調整ユニット１０の構成および作用については後述する。
【００２２】
マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとからなる結像光学系１１を介して、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。すなわち、結像光学系１１は、マスクブラインド９の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。結像光学系１１の瞳位置またはその近傍には、補正フィルタ（透過率分布フィルタ）１２が配置されている。
【００２３】
補正フィルタ１２は平行平面板の形態を有し、その光学面にはクロムや酸化クロム等からなる遮光性ドットの濃密パターンが形成されている。あるいは、補正フィルタ１２の光学面には、位置により厚さの異なる減光性の薄膜、例えばクロムや酸化クロムからなる薄膜が形成されている。すなわち、補正フィルタ１２は、光の入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する。補正フィルタ１２は照明光路に対して挿脱自在であり、例えば制御系ＣＲからの指令にしたがって濃密パターンの異なる他の補正フィルタと交換可能である。補正フィルタ１２の具体的な作用については後述する。
【００２４】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。
【００２５】
こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Ｘ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＹ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２６】
円錐アキシコン系５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５ａ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５ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材５ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材５ｂ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５ａおよび第２プリズム部材５ｂ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５ａと第２プリズム部材５ｂとの間隔が可変に構成されている。
【００２７】
ここで、第１プリズム部材５ａと第２プリズム部材５ｂとが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系５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５ａと第２プリズム部材５ｂとを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００２８】
ズームレンズ７は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７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、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７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。このように、円錐アキシコン系５およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００２９】
輪帯照明用の回折光学素子２に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数極状の照野を形成する（複数極状に照明光が分布する）。その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の二次光源が形成される。
【００３０】
また、輪帯照明用の回折光学素子２に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに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、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形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７の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子２に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。
【００３１】
本実施形態の露光装置は、照明光学系（２〜１２）を介した光に基づいて照明光学系の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて円錐アキシコン系５および調整ユニット１０を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。
【００３２】
第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、例えば照明光学系の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。
【００３３】
すなわち、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗは、被照射面（マスクまたはウェハ）上の所定点に達する光束の、光軸ＡＸまたは光軸ＡＸと平行な軸に対する角度方向の強度分布を計測する瞳強度分布計測部を構成している。第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。
【００３４】
本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜１２）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（２〜１２）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００３５】
瞳強度分布とは、照明光学系（２〜１２）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ７による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
【００３６】
図１の構成において、回折光学素子２、アフォーカルレンズ３、ズームレンズ６、およびマイクロフライアイレンズ７は、マイクロフライアイレンズ７よりも後側の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。本実施形態では、回折光学素子からの光が、マイクロフライアイレンズ７の入射面の照明瞳に、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１１の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、所望の瞳強度分布が形成される。
【００３７】
本実施形態にかかる走査型の露光装置では、図３に示すように、Ｙ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域ＥＲがウェハＷ上に形成される。ここで、静止露光領域ＥＲ内の１点に入射する光が照明瞳に形成する瞳強度分布は、入射点の位置に依存することなく、互いにほぼ同じ形状を有する。しかしながら、瞳強度分布における光強度の分布は、入射点の位置に依存して異なる場合がある。具体的に、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布のＹ方向（静止露光領域ＥＲの長手方向に対応する方向）に沿った光強度分布は、入射点の位置に依存して異なる場合がある。
【００３８】
以下の説明において単に「照明瞳」という場合には、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳を指すものとする。一般に、照明瞳に形成される瞳強度分布の外形形状にかかわらず、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は、図４（ａ）に示すように、中央において最も小さく周辺に向かって増大する凹曲線状の分布を有する傾向がある。一方、静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は、図４（ｂ）に示すように、中央において最も大きく周辺に向かって減少する凸曲線状の分布を有する傾向がある。
【００３９】
そして、瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は、静止露光領域ＥＲ内のＸ方向（走査方向）に沿った入射点の位置にはあまり依存しないが、静止露光領域ＥＲ内のＹ方向（走査直交方向）に沿った入射点の位置に依存して変化する傾向がある。このように、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明瞳を通過するときの当該照明瞳における強度分布）がそれぞれほぼ均一でない場合、ウェハＷ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に正確に転写することができない。
【００４０】
本実施形態では、上述したように、結像光学系１１の瞳位置またはその近傍（すなわち結像光学系１１の光路中の照明瞳）に、光の入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する補正フィルタ１２が配置されている。結像光学系１１の瞳位置は、マスクＭのパターン面（ひいてはウェハＷの露光面）とフーリエ変換の関係にある。したがって、補正フィルタ１２の作用により、結像光学系１１の瞳位置またはその近傍の照明瞳に形成される瞳強度分布が調整される。ただし、補正フィルタ１２は、ウェハＷ上の露光領域内の各点に関する瞳強度分布を、各点の位置に依存することなく一様に（一律に）調整するだけである。
【００４１】
ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整するには、補正フィルタ１２とは別の手段により、各点に関する瞳強度分布を互いに同じ性状の分布に調整する必要がある。そこで、本実施形態では、静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布を互いに同じ性状の分布に調整するための調整手段（一般的には各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整するための調整手段）として、コンデンサー光学系８の光路中においてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳から光軸ＡＸ方向に沿って離れた位置に配置された調整ユニット１０を備えている。
【００４２】
調整ユニット１０は、図５に示すように、光軸ＡＸ（Ｚ方向に対応）に沿って隣接配置された一対のフィルタ１０ａおよび１０ｂを備えている。フィルタ１０ａ，１０ｂの本体は、例えば石英または蛍石のような光学材料により形成された平行平面板の形態を有する。第１フィルタ１０ａの射出面１０ａｂ、および第２フィルタ１０ｂの入射面１０ｂａには、例えばクロムや酸化クロム等からなる微小な遮光性ドットの濃密パターンが形成されている。
【００４３】
あるいは、第１フィルタ１０ａの射出面１０ａｂ、および第２フィルタ１０ｂの入射面１０ｂａには、位置により厚さの異なる減光性の薄膜、例えばクロムや酸化クロムからなる薄膜が形成されている。すなわち、フィルタ１０ａ，１０ｂは、上述した補正フィルタ１２と同様に、光の入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する。さらに詳細には、第１フィルタ１０ａの第２フィルタ１０ｂ側の光透過面１０ａｂには第１濃度分布を持つ第１パターンが形成され、第２フィルタ１０ｂの第１フィルタ１０ａ側の光透過面１０ｂａには第２濃度分布を持つ第２パターンが形成されている。
【００４４】
第１フィルタ１０ａは、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の外形形状を有し、その入射面（ひいては射出面１０ａｂ）が光軸ＡＸと直交するような姿勢を維持しつつ、Ｙ方向（ウェハＷの走査方向と直交する走査直交方向に対応）に沿って移動可能に構成されている。第２フィルタ１０ｂは、第１フィルタ１０ａの後側（マスク側）に隣接して配置され、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の外形形状を有し、その入射面１０ｂａ（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交するような姿勢を維持しつつ、Ｙ方向に沿って移動可能に構成されている。
【００４５】
調整ユニット１０では、制御系ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動制御部１０１の作用により、第１フィルタ１０ａおよび第２フィルタ１０ｂがそれぞれＹ方向に沿って移動する。図５では、図面の明瞭化のために、一対のフィルタ１０ａと１０ｂとをある程度離間させた状態を示している。しかしながら、一対のフィルタ１０ａと１０ｂとは、射出面１０ａｂと入射面１０ｂａとが互いに近接するように配置される。以下、調整ユニット１０の作用の理解を容易にするために、射出面１０ａｂと入射面１０ｂａとがほぼ一致しているものとする。
【００４６】
第１フィルタ１０ａは、図６に示す局所座標（ｘ，ｙ）により表される透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）を有し、第２フィルタ１０ｂは透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）と相補的な透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）を有する。図６は、円形状の外形を有するフィルタ１０ａ，１０ｂの中心と光軸ＡＸとが一致した調整ユニット１０の基準状態を示している。局所座標（ｘ，ｙ）のｘ座標は光軸ＡＸを通り全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸ方向と平行に設定され、ｙ座標は光軸ＡＸを通り全体座標のＹ方向と平行に設定されている。
【００４７】
具体的に、第１フィルタ１０ａの透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）および第２フィルタ１０ｂの透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）は、次の式（１）および（２）に示すように、ツェルニケ（Zernike）多項式で表される関数をｙ座標（フィルタ１０ａと１０ｂとの相対位置の変更方向に対応する座標）について積分して得られる原始関数ＺＩk（ｋ＝１〜ｎ）にしたがって形成されている。式（１）および（２）において、αkは多項式で表される原始関数の各項ＺＩkの係数である。
【００４８】
【数１】
2013165196.tif 000003
【００４９】
ここで、透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）および透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）は、０〜１の間で透過率が変化する絶対的な分布ではなく、所定の範囲内で透過率が変化する相対的な分布である。式（１）および（２）を参照すると、第１透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）と第２透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）との和は常に２であり、ひいては第１透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）と第２透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）とは相互に補完する関係にある。例示的にｎ＝１６とした場合、原始関数ＺＩkの第１項ＺＩ1〜第１６項ＺＩ16は、次の式（３−１）〜式（３−１６）により表される。
【００５０】
【数２】
2013165196.tif 000004
【００５１】
ちなみに、ツェルニケ多項式で表される関数の第１項Ｚ1〜第１６項Ｚ16は、次の式（４−１）〜式（４−１６）に示す通りである。ただし、式（４−１）〜式（４−１６）では、図６において光軸ＡＸを原点とする極座標（ｒ，θ）を用いて表されるツェルニケ多項式の第１項Ｚ1（ｒ，θ）〜第１６項Ｚ16（ｒ，θ）を示している。直交座標（ｘ，ｙ）によるツェルニケ多項式の第１項Ｚ1（ｘ，ｙ）〜第１６項Ｚ16（ｘ，ｙ）は、ｘ＝ｒcosθおよびｙ＝ｒsinθの関係と極座標（ｒ，θ）による第１項Ｚ1（ｒ，θ）〜第１６項Ｚ16（ｒ，θ）とにより求められるが、その表記が比較的複雑になるため記載を省略する。
【００５２】
Ｚ1＝１      （４−１）
Ｚ2＝ｒcosθ      （４−２）
Ｚ3＝ｒsinθ      （４−３）
Ｚ4＝２ｒ2−１      （４−４）
Ｚ5＝ｒ2cos２θ      （４−５）
Ｚ6＝ｒ2sin２θ      （４−６）
Ｚ7＝（３ｒ2−２）ｒcosθ      （４−７）
Ｚ8＝（３ｒ2−２）ｒsinθ      （４−８）
Ｚ9＝６ｒ4−６ｒ2＋１      （４−９）
Ｚ10＝ｒ3cos３θ      （４−１０）
Ｚ11＝ｒ3sin３θ      （４−１１）
Ｚ12＝（４ｒ2−３）ｒ2cos２θ      （４−１２）
Ｚ13＝（４ｒ2−３）ｒ2sin２θ      （４−１３）
Ｚ14＝（１０ｒ4−１２ｒ2＋３）ｒcosθ      （４−１４）
Ｚ15＝（１０ｒ4−１２ｒ2＋３）ｒsinθ      （４−１５）
Ｚ16＝２０ｒ6−３０ｒ4＋１２ｒ2−１      （４−１６）
【００５３】
図６に示す基準状態から第１フィルタ１０ａをＹ方向に沿って移動させて、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置をｄｙだけ変更すると、フィルタ１０ａと１０ｂとを合わせた合成透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ＋ｄｙ）Ｔ2（ｘ，ｙ）は、係数αkの大きさが１よりも十分小さいと仮定して、次の式（５）に示すように近似される。式（５）は、次の式（５ａ）および（５ｂ）に示す関係を用いて導かれる。
【００５４】
【数３】
2013165196.tif 000005
【００５５】
式（５）を参照すると、Ｙ方向に沿って相対位置が変更可能な一対のフィルタ１０ａと１０ｂとの合成透過率分布Ｔ1Ｔ2（第１透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ）と第２透過率分布Ｔ2（ｘ，ｙ）とを合成した透過率分布）は、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更量（駆動量）ｄｙの値に応じて、ツェルニケ多項式で表されることがわかる。このことは、所要の項数ｎのツェルニケ多項式をｙ座標について積分して得られる原始関数ＺＩkにしたがって形成された相補的な透過率分布Ｔ1（ｘ，ｙ），Ｔ2（ｘ，ｙ）が付与された一対のフィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置を変更する調整ユニット１０では、相対位置の変更量ｄｙと項数ｎのツェルニケ多項式とを用いてフィルタ１０ａと１０ｂとの合成透過率分布Ｔ1Ｔ2を管理できることを意味している。
【００５６】
調整ユニット１０は、被照射面であるマスクＭのパターン面とフーリエ変換の関係に位置するマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と、マスクＭのパターン面と光学的に共役なマスクブラインド９との間の光路中において、照明瞳から離れた位置に配置されている。したがって、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に達する光が調整ユニット１０を通過する領域と、静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２（Ｐ３）に達する光が調整ユニット１０を通過する領域とは互いに異なる。
【００５７】
具体的に、中心点Ｐ１に達する光は調整ユニット１０において光軸ＡＸを中心とする中央領域を通過するのに対し、周辺点Ｐ２（Ｐ３）に達する光は調整ユニット１０において光軸ＡＸから偏心した周辺領域を通過する。一般に、静止露光領域ＥＲ内の互いに異なる位置に達する光は、調整ユニット１０において互いに異なる領域を通過し、ひいては互いに異なる透過率分布の作用を受ける。そして、調整ユニット１０における合成透過率分布Ｔ1Ｔ2は、上述したように、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更量に依存して変化する。このことは、調整ユニット１０が静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整できることを意味している。
【００５８】
図７は、調整ユニットにおける合成透過率分布が一対のフィルタの相対位置の変更量に応じて変化する様子を定性的に示す図である。図７（ａ）に示すように、第１透過率分布Ｔ1を有する第１フィルタ１０ａおよび第２透過率分布Ｔ2を有する第２フィルタ１０ｂが図６に示す基準状態にある場合、フィルタ１０ａと１０ｂとの合成透過率分布Ｔ1Ｔ2は、調整ユニット１０の全面に亘って一定であり、ひいてはＹ方向に沿って一定である。図７（ａ）を参照すると、第２透過率分布Ｔ2は第１透過率分布Ｔ1を反転させて得られる分布であり、この観点において第１透過率分布Ｔ1と第２透過率分布Ｔ2とは相補的であることがわかる。
【００５９】
図７（ａ）の基準状態から第１フィルタ１０ａを＋Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させ且つ第２フィルタ１０ｂを−Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させて、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置を基準状態からΔｙだけ変更すると、図７（ｂ）に示すように、基準状態からの変更量Δｙに応じた分だけ第１透過率分布Ｔ1は図７中左側へ移動し且つ第２透過率分布Ｔ2は図７中右側へ移動する。その結果、図７（ｂ）に示すような性状の合成透過率分布Ｔ1Ｔ2が得られる。
【００６０】
次いで、図７（ｂ）の状態から第１フィルタ１０ａを＋Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させ且つ第２フィルタ１０ｂを−Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させて、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置を基準状態から２×Δｙだけ変更すると、図７（ｃ）に示すように、基準状態からの変更量２×Δｙに応じた分だけ第１透過率分布Ｔ1は図７中左側へさらに移動し且つ第２透過率分布Ｔ2は図７中右側へさらに移動する。その結果、図７（ｃ）に示すような性状の合成透過率分布Ｔ1Ｔ2が得られる。
【００６１】
さらに、図７（ｃ）の状態から第１フィルタ１０ａを＋Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させ且つ第２フィルタ１０ｂを−Ｙ方向にΔｙ／２だけ移動させて、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置を基準状態から３×Δｙだけ変更すると、図７（ｄ）に示すように、基準状態からの変更量３×Δｙに応じた分だけ第１透過率分布Ｔ1は図７中左側へさらに移動し且つ第２透過率分布Ｔ2は図７中右側へさらに移動する。その結果、図７（ｄ）に示すような性状の合成透過率分布Ｔ1Ｔ2が得られる。
【００６２】
図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照すると、調整ユニット１０の合成透過率分布Ｔ1Ｔ2は、一対のフィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更に伴って、図７（ａ）に示すほぼ均一な透過率分布と図７（ｄ）に示す性状の透過率分布との間で変化している。すなわち、Ｙ方向に沿って相対位置が変更可能な一対のフィルタ１０ａと１０ｂとの合成透過率分布Ｔ1Ｔ2の性状は、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更量（０，Δｙ，２×Δｙ，３×Δｙ）の値に応じて変化している。上述したように、調整ユニット１０の合成透過率分布Ｔ1Ｔ2は、一対のフィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更量とツェルニケ多項式とを用いて管理される。
【００６３】
図８は、調整ユニットと補正フィルタとの協働作用を定性的に説明する図である。図４を参照して、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布が凹曲線状の分布を有し、周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は凸曲線状の分布を有する傾向があることを説明した。しかしながら、図８では、調整ユニット１０と補正フィルタ１２との協働作用の理解を容易にするために、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布がほぼ均一であるものとする。
【００６４】
すなわち、調整ユニット１０と補正フィルタ１２との協働作用の説明に際して、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は、図８（ａ）の中央の図に示すように、中央から周辺に向かってほぼ均一であるものとする。一方、静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は、図８（ａ）の左側の図および右側の図に示すように、中央において最も大きく周辺に向かって減少する凸曲線状の分布を有するものとする。
【００６５】
本実施形態では、コンデンサー光学系８の光路中においてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳から離れた位置に配置された調整ユニット１０の作用により、静止露光領域ＥＲ内の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布はそれぞれ独立的に調整され、ひいては図８（ｂ）に示すように互いに同じ性状の分布に調整される。また、結像光学系１１の光路中の照明瞳に配置された補正フィルタ１２の作用により、静止露光領域ＥＲ内の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布は一様に調整され、ひいては図８（ｃ）に示すように互いにほぼ均一な分布に調整される。
【００６６】
以上のように、本実施形態の照明光学系（２〜１２）では、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整する調整ユニット１０と、各点に関する瞳強度分布を一様に調整する補正フィルタ１２との協働作用により、各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に（一般的にはそれぞれ所要の分布に）調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する照明光学系（２〜１２）を用いて、マスクＭの微細パターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいてはマスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に正確に転写することができる。
【００６７】
本実施形態において、静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する動作（一般的には各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する動作）は、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて行われる。具体的に、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果は、制御系ＣＲに供給される。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布が所望の分布になるように、調整ユニット１０の駆動制御部１０１に指令を出力する。駆動制御部１０１は、制御系ＣＲからの指令に基づいて一対のフィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置を所要量だけ変更し、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布を所要の分布に調整する。
【００６８】
本実施形態にかかる走査型の露光装置では、上述したように、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は凹曲線状の分布を有し、周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＹ方向に沿った光強度分布は凸曲線状の分布を有する傾向がある。したがって、調整ユニット１０は、その合成透過率分布がフィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更に伴って、ほぼ均一な透過率分布と中心から離れるに従って透過率が低下する透過率分布との間で変化するように構成されるのが通常である。
【００６９】
本実施形態において、ウェハ（被照射面）Ｗ上の光量分布が、例えば調整ユニット１０の調整作用の影響を受けることが考えられる。この場合、必要に応じて、公知の構成を有する光量分布調整部の作用により、静止露光領域ＥＲ内の照度分布または静止露光領域（照明領域）ＥＲの形状を変更することができる。具体的に、照度分布を変更する光量分布調整部としては、特開２００１−３１３２５０号および特開２００２−１００５６１号（並びにそれらに対応する米国特許第６７７１３５０号および第６９２７８３６号）に記載された構成および手法を用いることができる。また、照明領域の形状を変更する光量分布調整部としては、国際特許公開第ＷＯ２００５／０４８３２６号パンフレット（およびそれに対応する米国特許公開第２００７／００１４１１２号公報）に記載された構成および手法を用いることができる。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整する調整ユニット１０と、各点に関する瞳強度分布を一様に調整する補正フィルタ１２との協働作用により、各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整している。しかしながら、場合によっては、補正フィルタ１２の設置を省略し、調整ユニット１０の作用だけで各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することも可能である。
【００７１】
また、上述の実施形態において、調整ユニット１０は、図５および図６を参照して説明したように、光軸ＡＸに対して垂直に配置された平行平面板の形態を有し且つその光学面が光軸ＡＸと直交するような姿勢を維持しつつＹ方向に沿って移動可能な一対のフィルタ１０ａおよび１０ｂにより構成されている。また、フィルタ１０ａおよび１０ｂの透過率分布は、ツェルニケ多項式で表される関数をｙ座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、調整ユニット１０の具体的な構成については、様々な形態が可能である。
【００７２】
すなわち、調整ユニットを構成する各フィルタの形態（外形形状など）、各フィルタの姿勢、各フィルタの相対位置の変化の形態、各フィルタに形成される透過率分布の形態、透過率分布の形成面の位置（入射面または射出面）、各フィルタの配置位置、調整ユニットの数、調整ユニットの配置位置などについて、様々な形態が可能である。例えば、平行平面板の形態に限定されることなく、各フィルタの本体として、少なくとも一方の面が曲率を有するような光透過性の基板を用いることもできる。また、フィルタ１０ａおよび１０ｂの双方が移動可能な構成に限定されることなく、一方のフィルタを固定的に位置決めし、他方のフィルタを移動可能に構成しても良い。
【００７３】
また、コンデンサー光学系８の光路中においてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳から光軸ＡＸ方向に沿って離れた位置に限定されることなく、マイクロフライアイレンズの前側（光源側）または後側（被照射面）の光路中において照明瞳から光軸方向に沿って離れた位置（例えば照明瞳との間に少なくとも１つのレンズが介在する位置）に一対のフィルタを隣接配置することができる。あるいは、照明瞳の位置から光軸方向に沿って離れた第１位置に第１フィルタを配置し、この第１位置と光学的に共役な第１共役位置、または第１位置に隣接した第２位置と光学的に共役な第２共役位置に第２フィルタを配置しても良い。
【００７４】
ところで、調整ユニット１０を構成する一対のフィルタ１０ａと１０ｂとを隣接して配置する場合、フィルタ１０ａと１０ｂとのＹ方向に沿った相対位置の変更を可能にするために、フィルタ１０ａと１０ｂとを密着して配置することはできず、フィルタ１０ａと１０ｂとを光軸ＡＸ方向にある程度間隔を隔てて配置せざるを得ない。この場合、フィルタ１０ａと１０ｂとを同じサイズ（互いに反転した状態にある透過率分布を同じサイズ）にすると、基準状態においてほぼ均一な合成透過率分布が得られなくなってしまう。したがって、基準状態においてほぼ均一な合成透過率分布を得るには、静止露光領域内の１点に入射する光束が第１フィルタを通過する領域の大きさと第２フィルタを通過する領域の大きさとの比率に合わせて、第１フィルタに付与すべき第１透過率分布のサイズと第２フィルタに付与すべき第２透過率分布のサイズとの比率を決定すれば良い。
【００７５】
また、ｙ座標についての積分およびＹ方向に沿った相対位置の変更に限定されることなく、直交座標（ｘ，ｙ）で表されるツェルニケ多項式をｘ座標について積分して得られる原始関数にしたがって、調整ユニットを構成する一対のフィルタの透過率分布を形成しても良い。この場合、少なくとも１つのフィルタをＸ方向（光軸ＡＸと直交する平面の面内方向）に沿って移動可能に構成し、一対のフィルタのＸ方向に沿った相対位置を変更することにより、調整ユニットの合成透過率分布を変化させる。
【００７６】
また、直交座標（ｘ，ｙ）で表されるツェルニケ多項式に限定されることなく、極座標（ｒ，θ）で表されるツェルニケ多項式をθ座標について積分して得られる原始関数にしたがって、調整ユニットを構成する一対のフィルタの透過率分布を形成しても良い。この場合、少なくとも１つのフィルタを光軸ＡＸ廻りに回転可能に構成し、θ座標に対応する方向すなわち一対のフィルタの光軸ＡＸ廻りの回転方向に相対位置を変更することにより、調整ユニットの合成透過率分布を変化させる。
【００７７】
また、極座標（ｒ，θ）で表されるツェルニケ多項式をｒ座標について積分して得られる原始関数にしたがって、調整ユニットを構成する一対のフィルタの透過率分布を形成しても良い。この場合、少なくとも１つのフィルタを光軸ＡＸに沿って移動可能に構成し、一対のフィルタの光軸ＡＸ方向の相対位置（ひいては一対のフィルタの間隔）を変更することにより、調整ユニットの合成透過率分布を変化させる。これは、一対のフィルタの間隔の変化に伴って、静止露光領域内の１点に入射する光束が第１フィルタを通過する領域のｒ座標に沿った寸法と第２フィルタを通過する領域のｒ座標に沿った寸法との比率が変化するからである。
【００７８】
また、ツェルニケ多項式に代えて、例えばチェビシェフ（Chebyshev）多項式、べき級数（べき多項式）のような多項式を用いることもできる。すなわち、チェビシェフ多項式、べき級数などで表される関数を所要の座標について積分して得られる原始関数にしたがって、調整ユニットを構成する一対のフィルタの透過率分布を形成しても良い。
【００７９】
また、図９に示すように、例えばマスクブラインド９と結像光学系１１との間の光路中に配置された一対のフィルタ１３ａと１３ｂとからなる調整ユニット１３を付設することにより、すなわち一対のフィルタからなる調整ユニットを２組設けることにより、調整ユニットによる瞳強度分布の調整効果を高める変形例も可能である。図９では、マイクロフライアイレンズ７からマスクＭまでの光路を直線状に展開して示している。以下、説明の理解を容易にするために、調整ユニット１０と１３とが互いに同じ構成を有するものとする。
【００８０】
調整ユニット１３は、マスクＭのパターン面（被照射面）と光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド９を挟んで、結像光学系１１の光路中の照明瞳（補正フィルタ１２が配置されている位置）から光軸ＡＸ方向に沿って離れた位置に配置されている。したがって、図９の変形例では、任意の光線が第１の調整ユニット１０を通過する位置と第２の調整ユニット１３を通過する位置とは、上下左右が反転した位置関係になる。その結果、２組の調整ユニット１０，１３を用いる図９の変形例では、１組の調整ユニット１０を用いる図１の実施形態よりも、調整ユニットによる瞳強度分布の調整効果が向上する。
【００８１】
調整ユニット１０と１３とは互いに同じ構成である必要はなく、例えば一対のフィルタ１０ａ，１０ｂとは異なる任意の透過率分布（多項式で表される関数を相対位置の変更方向に対応する座標について積分して得られる原始関数にしたがって形成される任意の透過率分布）を、一対のフィルタ１３ａ，１３ｂに付与することができる。また、調整ユニット１３を光路から退避可能に構成しても良い。また、調整ユニット１３についても調整ユニット１０の場合と同様に、各フィルタの形態（外形形状など）、各フィルタの姿勢、各フィルタの相対位置の変化の形態、各フィルタに形成される透過率分布の形態、透過率分布の形成面の位置（入射面または射出面）、各フィルタの配置位置などについて、様々な形態が可能である。
【００８２】
例えば、図９では第１フィルタ１３ａと第２フィルタ１３ｂとを隣接して配置しているが、これに限定されることなく、照明瞳の位置から光軸方向に沿って離れた第３位置に第１フィルタを配置し、この第３位置と光学的に共役な第３共役位置、または第３位置に隣接した第４位置と光学的に共役な第４共役位置に第２フィルタを配置しても良い。
【００８３】
また、上述の実施形態では、被照射面の各位置に関する瞳強度分布を一様に補正する補正部材としての補正ユニット１２が、結像光学系１１の光路中の照明瞳の位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、瞳強度分布が形成される他の照明瞳の位置に補正ユニットを配置することもできる。
【００８４】
また、上述の実施形態において、回折光学素子２に代えて、あるいは回折光学素子２に加えて、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する空間光変調器を用いても良い。このような空間光変調器を用いた照明光学系は、例えば特開２００２−３５３１０５号公報や米国公開公報第２００９／０１０９４１７号公報に開示されている。
【００８５】
上述の回折光学素子および空間光変調器は、瞳強度分布を形成するために入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子である。したがって、補正ユニットに代えて、あるいは補正ユニットに加えて、回折光学素子および／または空間光変調器を、被照射面の各位置に関する瞳強度分布を一様に補正する補正部材として用いることができる。
【００８６】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００８７】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００８８】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１０は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００８９】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【００９０】
図１１は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１１に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００９１】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００９２】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００９３】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）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レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００９４】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００９５】
また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号、第２００７／０１４６６７６号及び第２００９／０１０９４１７号公報に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報、第２００７／０１４６６７６号公報及び第２００９／０１０９４１７号公報の教示を参照として援用する。
【００９６】
また、上述の実施形態では、ウェハＷのショット領域にマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハＷの各露光領域にマスクＭのパターンを一括露光する動作を繰り返すステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００９７】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００９８】
１  ビーム送光部
２  回折光学素子
３  アフォーカルレンズ
５  円錐アキシコン系
６  ズームレンズ
７  マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
８  コンデンサー光学系
９  マスクブラインド
１０  調整ユニット
１０ａ，１０ｂ  フィルタ
１１  結像光学系
１２  補正フィルタ
ＬＳ  光源
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
ＡＳ  開口絞り
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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