JP2010097975A - 補正ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することのできる照明光学系。
【解決手段】 光源（１）からの光で被照射面（Ｍ；Ｗ）を照明する照明光学系は、オプティカルインテグレータ（８）を有し、この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（３，４，７，８）と、上記後側の照明瞳を含む照明瞳空間に配置された補正フィルター（９）とを備えている。補正フィルターは、光軸（ＡＸ）に沿って所定の厚さを有する光透過性の第１基板と第２基板とを備え、第１基板の少なくとも一方の面には第１減光パターンが形成され、第２基板の少なくとも一方の面には第２減光パターンが形成されている。第１減光パターン中の第１単位減光領域と第２減光パターン中の第２単位減光領域とは、光の入射角度に応じて減光率が変化する減光率特性を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、補正フィルター、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の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好適な照明光学系に関するものである。

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。

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。

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）。

米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報

マスクの微細パターンをウェハ上に忠実に転写するには、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忠実に転写することができない。

本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一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ほぼ均一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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を補正する補正ユニットであって、
前記照明瞳の前側に隣接してパワーを有する光学素子と前記照明瞳の後側に隣接してパワーを有する光学素子との間の照明瞳空間に配置されて、前記照明光学系の光軸に沿って所定の厚さを有する光透過性の第１基板と、
前記照明瞳空間において前記第１基板よりも後側に配置されて前記光軸に沿って所定の厚さを有する光透過性の第２基板とを備え、
前記第１基板は、光の入射側の面および光の射出側の面のうちの少なくとも一方の面に形成された第１減光パターンを有し、
前記第２基板は、光の入射側の面および光の射出側の面のうちの少なくとも一方の面に形成された第２減光パターンを有し、
前記第１減光パターンは少なくとも１つの第１単位減光領域を有し、
前記第２減光パターンは、前記少なくとも１つの第１単位減光領域に対応して形成された少なくとも１つの第２単位減光領域を有し、
前記第１単位減光領域および前記第２単位減光領域は、前記補正ユニットに対する光の入射角度に応じて減光率が変化する減光率特性を有することを特徴とする補正ユニットを提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
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、
前記後側の照明瞳を含む前記照明瞳空間に配置された第１形態の補正ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第２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。

本発明の第４形態では、第３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露光工程と、
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現像工程と、
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加工工程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。

本発明の照明光学系では、オプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳の位置またはその近傍に、瞳強度分布を補正する補正フィルターが配置されている。この補正フィルターは、例えば平行平面板の形態を有する第１基板の少なくとも一方の面に形成された第１減光パターンと、平行平面板の形態を有する第２基板の少なくとも一方の面に形成された第２減光パターンとを有する。そして、第１減光パターン中の第１単位減光領域と第２減光パターン中の第２単位減光領域とは、光の入射角度に応じて減光率が変化する減光率特性を有する。その結果、補正フィルターの減光作用により、被照射面上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ことができ、ひいては各点に関する瞳強度分布を互いにほぼ同じ性状の分布に調整することが可能である。

こうして、本発明の照明光学系では、例えば被照射面上の各点での瞳強度分布を一律に調整する濃度フィルターと、各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整する補正フィルターとの協働作用により、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。また、本発明の露光装置では、被照射面上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ができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

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。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１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１から射出された光束は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に変換された後、例えば輪帯照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。

アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と回折光学素子３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５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。回折光学素子３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、輪帯照明用の回折光学素子３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３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中において、その瞳位置またはその近傍には、濃度フィルター６が配置されている。濃度フィルター６は平行平面板の形態を有し、その一方の光学面（入射側の面または射出側の面）に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。すなわち、濃度フィルター６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。濃度フィルター６の具体的な作用については後述する。

アフォーカルレンズ４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７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）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８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。

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。なお、マイクロフライアイレンズ８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号公報に開示されている。

所定面５の位置はズームレンズ７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８の入射面はズームレンズ７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７は、所定面５とマイクロフライアイレンズ８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４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８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８の入射面上には、アフォーカルレンズ４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７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Ｚ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。

マイクロフライアイレンズ８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８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、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源（瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、補正フィルター９が配置されている。補正フィルター９の構成および作用については後述する。

また、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り（不図示）が配置されている。照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞りは、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配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。

マイクロフライアイレンズ８および補正フィルター９を経た光は、コンデンサー光学系１０を介して、マスクブラインド１１を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１１には、マイクロフライアイレンズ８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。マスクブラインド１１の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとからなる結像光学系１２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１２は、マスクブラインド１１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。

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。

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。

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８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。

なお、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８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８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８の入射面および当該入射面と光学的に共役な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。図１の構成において、回折光学素子３、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ７、およびマイクロフライアイレンズ８は、マイクロフライアイレンズ８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。

輪帯照明用の回折光学素子３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８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。その結果、マイクロフライアイレンズ８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。

また、輪帯照明用の回折光学素子３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８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８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３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。回折光学素子３の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。

以下の説明では、本実施形態の作用効果の理解を容易にするために、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、図２に示すような４つの円弧状の実質的な面光源（以下、単に「面光源」という）２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび２０ｄからなる４極状の瞳強度分布（二次光源）２０が形成されるものとする。また、補正フィルター９は、４極状の瞳強度分布２０の形成面よりも後側（マスク側）に配置されているものとする。また、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８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。

図２を参照すると、照明瞳に形成される４極状の瞳強度分布２０は、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ａおよび２０ｂと、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源２０ｃおよび２０ｄとを有する。なお、照明瞳におけるＸ方向はマイクロフライアイレンズ８の矩形状の微小レンズの短辺方向であって、ウェハＷの走査方向に対応している。また、照明瞳におけるＺ方向は、マイクロフライアイレンズ８の矩形状の微小レンズの長辺方向であって、ウェハＷの走査方向と直交する走査直交方向（ウェハＷ上におけるＹ方向）に対応している。

ウェハＷ上には、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が形成され、この静止露光領域ＥＲに対応するように、マスクＭ上には矩形状の照明領域（不図示）が形成される。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４極状の瞳強度分布は、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、４極状の瞳強度分布を構成する各面光源の光強度は、入射点の位置に依存して異なる傾向がある。

具体的には、図４に示すように、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布２１の場合、Ｚ方向に間隔を隔てた面光源２１ｃおよび２１ｄの光強度の方が、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２１ａおよび２１ｂの光強度よりも大きくなる傾向がある。一方、図５に示すように、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１からＹ方向に間隔を隔てた周辺の点Ｐ２，Ｐ３に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布２２の場合、Ｚ方向に間隔を隔てた面光源２２ｃおよび２２ｄの光強度の方が、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２２ａおよび２２ｂの光強度よりも小さくなる傾向がある。

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（中心点Ｐ１に入射する光が照明瞳に形成する瞳強度分布）のＺ方向に沿った光強度分布は、図６（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。一方、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布は、図６（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。

そして、瞳強度分布のＺ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に形成する瞳強度分布）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上に忠実に転写することができない。

本実施形態では、上述したように、アフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍に、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濃度フィルター６が配置されている。また、アフォーカルレンズ４の瞳位置は、その後側レンズ群４ｂとズームレンズ７とにより、マイクロフライアイレンズ８の入射面と光学的に共役である。したがって、濃度フィルター６の作用により、マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される光強度分布が調整（補正）され、ひいてはマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成される瞳強度分布も調整される。

ただし、濃度フィルター６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、各点の位置に依存することなく一律に調整する。その結果、濃度フィルター６の作用により、例えば中心点Ｐ１に関する４極状の瞳強度分布２１がほぼ均一になるように、ひいては各面光源２１ａ〜２１ｄの光強度が互いにほぼ等しくなるように調整することはできるが、その場合には周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する４極状の瞳強度分布２２の面光源２２ａ，２２ｂと面光源２２ｃ，２２ｄとの光強度の差は却って大きくなってしまう。

すなわち、濃度フィルター６の作用により、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、濃度フィルター６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。具体的には、例えば中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１および周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布２２において、面光源２１ａ，２１ｂと面光源２１ｃ，２１ｄとの光強度の大小関係と面光源２２ａ，２２ｂと面光源２２ｃ，２２ｄとの光強度の大小関係とをほぼ同じ比率で一致させる必要がある。

本実施形態では、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布の性状と周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布の性状とをほぼ一致させるために、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１において面光源２１ａ，２１ｂの光強度の方が面光源２１ｃ，２１ｄの光強度よりも小さくなるように調整するための調整手段として補正フィルター９を備えている。補正フィルター９は、図７に示すように、光軸ＡＸ（Ｙ方向に対応）に沿って所定の厚さを有する光透過性の一対の基板９１と９２とが互いに隣接するように配置された形態を有する。各基板９１，９２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。

図７を参照すると、基板９１の光の入射側（光源側）の面９１ａ、基板９１の光の射出側（マスク側）の面９１ｂ、基板９２の入射面９２ａ、および基板９２の射出面９２ｂには、円形状の遮光性ドット５１、円環状の遮光性ドット５２、Ｚ方向に間隔を隔てた一対の円形状の遮光性ドット５３が、所定の分布にしたがって形成されている。ここで、各ドット５１，５２，５３は、例えばクロムや酸化クロム等からなる。また、円環状の遮光性ドット５２および一対の円形状の遮光性ドット５３は、円形状の遮光性ドット９ａａに一対一対応するように分布形成されている。

以下、説明の理解を容易にするために、円形状の遮光性ドット５１の中心と円環状の遮光性ドット５２の中心とを結ぶ線分は、光軸ＡＸに平行であるものとする。また、円環状の遮光性ドット５２の内径は円形状の遮光性ドット５１の外径と等しく、円環状の遮光性ドット５２の外径は円形状の遮光性ドット５１の外径の２倍であるものとする。すなわち、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とは、光軸ＡＸ方向に見て補完的な形状を有し、互いに重なり合うことがない。

また、円形状の遮光性ドット５１と５３とは互いに同じ大きさを有し、Ｘ方向に沿って直線状に並んで配置されているものとする。また、遮光性ドット５１の中心と、対応する一対の遮光性ドット５３の中心を結ぶ線分の中点とは、光軸ＡＸ方向に見て一致しているものとする。すなわち、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とは、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合っていない。

なお、図７では、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２との組み合わせが、基板９１の入射面９１ａおよび基板９１の射出面９１ｂ、または基板９１の入射面９１ａおよび基板９２の射出面９２ｂに形成されている。また、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３との組み合わせが、基板９２の入射面９２ａおよび基板９２の射出面９２ｂに形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２との組み合わせ、および円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３との組み合わせは、光軸ＡＸ方向に間隔を隔てた任意の一対の面に形成される。そして、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２との組み合わせと、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３との組み合わせとは、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合っていても良い。

この場合、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２との組み合わせからなる単位減光領域に対して光軸ＡＸに平行な光が入射すると、補正フィルター９の直後であって射出面９２ｂに平行な面において、図８（ａ）に示すように、円形状の遮光性ドット５１により減光（遮光を含む広い概念）された領域９０ａａと、円環状の遮光性ドット５２により減光された領域９０ｂｂとは互いに重なり合う部分がない。すなわち、補正フィルター９の直後において、円形状の減光領域９０ａａと円環状の減光領域９０ｂｂとは、円環状の減光領域９０ｂｂと同じ外径を有する円形状の減光領域を形成する。

円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とからなる単位減光領域に入射する光の光軸ＡＸに対する角度が例えばＹＺ平面に沿って０度から単調に増大すると、補正フィルター９の直後において、円形状の減光領域９０ａａがＺ方向に移動して円環状の減光領域９０ｂｂと重なり合う領域が単調に増大し、やがて図８（ｂ）に示すように円形状の減光領域９０ａａが円環状の減光領域９０ｂｂの内側へ入り込む。光軸ＡＸに対する入射光の角度がＹＺ平面に沿ってさらに単調に増大すると、円形状の減光領域９０ａａと円環状の減光領域９０ｂｂとの重なり合う領域が単調に減少し、やがて図８（ｃ）に示すように円形状の減光領域９０ａａが円環状の減光領域９０ｂｂの外側へ出てしまう。

本実施形態では、４極状の瞳強度分布２０からの補正フィルター９への光のＹＺ平面に沿った最大入射角度が、図８（ｂ）に示すように円形状の減光領域９０ａａが円環状の減光領域９０ｂｂの内側へ入り込むときの光の入射角度以下になるように構成されているものとする。この場合、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とからなる単位減光領域は、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光作用を発揮することになる。

また、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３との組み合わせからなる単位減光領域に対して光軸ＡＸに平行な光が入射すると、補正フィルター９の直後であって射出面９２ｂに平行な面において、図９（ａ）に示すように、円形状の遮光性ドット５１により減光された領域９１ａａと、一対の円形状の遮光性ドット５３により減光された領域９１ｂｃとは重なり合う部分がない。すなわち、補正フィルター９の直後において、円形状の減光領域９１ａａと一対の円形状の減光領域９１ｂｃとは、円形状の減光領域９１ａａの３個分の面積を有する減光領域を形成する。

円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とからなる単位減光領域に入射する光の光軸ＡＸに対する角度が例えばＹＺ平面に沿って０度から単調に増大すると、補正フィルター９の直後において、減光領域９１ａａがＺ方向に移動して一方の減光領域９１ｂｃと重なり合う領域が単調に増大し、やがて図９（ｂ）に示すように減光領域９１ａａが一方の減光領域９１ｂｃと完全に重なり合う。この状態では、円形状の減光領域９１ａａと一対の円形状の減光領域９１ｂｃとが、円形状の減光領域９１ａａの２個分の面積を有する減光領域を形成する。

こうして、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とからなる単位減光領域も、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とからなる単位減光領域の場合と同様に、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光作用を発揮することになる。その結果、これらの単位減光領域が所定の分布にしたがって形成された補正フィルター９は、図１０に示すように、補正フィルター９に対する光の入射角度θが大きくなるにつれて減光率が減少する減光率特性を有する。

また、補正フィルター９は、図２に示すように、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ｃ，２０ｄに対応して配置された一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄを有する。したがって、４極状の瞳強度分布２０のうち、面光源２０ｃからの光はフィルター領域９ｃを通過し、面光源２０ｄからの光はフィルター領域９ｄを通過するが、面光源２０ａ，２０ｂからの光は補正フィルター９の作用を受けない。

この場合、図１１に示すように、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に達する光、すなわちマスクブラインド１１の開口部の中心点Ｐ１’に達する光は、補正フィルター９に対して入射角度０で入射する。換言すれば、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１の面光源２１ｃおよび２１ｄからの光は、入射角度０で一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄに入射する。一方、図１２に示すように、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に達する光、すなわちマスクブラインド１１の開口部の周辺点Ｐ２’，Ｐ３’に達する光は、補正フィルター９に対して比較的大きい入射角度±θで入射する。換言すれば、周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布２２の面光源２２ｃおよび２２ｄからの光は、入射角度±θで一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄにそれぞれ入射する。

なお、図１１および図１２において、参照符号Ｂ１は面光源２０ｃ（２１ｃ，２２ｃ）のＺ方向に沿った最外縁の点（図２を参照）を示し、参照符号Ｂ２は面光源２０ｄ（２１ｄ，２２ｄ）のＺ方向に沿った最外縁の点（図２を参照）を示している。さらに、図１１および図１２に関連する説明の理解を容易するために、面光源２０ａ（２１ａ，２２ａ）のＸ方向に沿った最外縁の点を参照符号Ｂ３で示し、面光源２０ｂ（２１ｂ，２２ｂ）のＸ方向に沿った最外縁の点を参照符号Ｂ４で示している。ただし、上述したように、面光源２０ａ（２１ａ，２２ａ）および面光源２０ｂ（２１ｂ，２２ｂ）からの光は、補正フィルター９の作用を受けない。

こうして、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１のうち、面光源２１ｃおよび２１ｄからの光は、補正フィルター９のフィルター領域９ｃおよび９ｄの減光作用を受けて、その光強度は比較的大きく低下する。面光源２１ａおよび２１ｂからの光は、補正フィルター９の作用を受けないため、その光強度は変化しない。その結果、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１は、図１３に示すように、補正フィルター９の作用を受けて、元の分布２１とは異なる性状の瞳強度分布２１’に調整される。すなわち、補正フィルター９により調整された瞳強度分布２１’では、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２１ａ，２１ｂの光強度の方がＺ方向に間隔を隔てた面光源２１ｃ’，２１ｄ’の光強度よりも大きい性状に変化する。

一方、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２のうち、面光源２２ｃおよび２２ｄからの光は、補正フィルター９のフィルター領域９ｃおよび９ｄの作用を受けて、その光強度は比較的小さく低下する。面光源２２ａおよび２２ｂからの光は、補正フィルター９の作用を受けないため、その光強度は変化しない。その結果、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２は、図１４に示すように、補正フィルター９の作用により、元の分布２２と同様の性状の瞳強度分布２２’に調整される。すなわち、補正フィルター９により調整された瞳強度分布２２’においても、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２２ａ，２２ｂの光強度の方がＺ方向に間隔を隔てた面光源２２ｃ’，２２ｄ’の光強度よりも大きい性状は維持される。

こうして、補正フィルター９の作用により、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１は、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２’とほぼ同じ性状の分布２１’に調整される。同様に、中心点Ｐ１と周辺点Ｐ２、Ｐ３との間でＹ方向に沿って並んだ各点に関する瞳強度分布、ひいてはウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布も、互いにほぼ同じ性状の分布に調整される。換言すれば、補正フィルター９の作用により、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は互いにほぼ同じ性状の分布に調整される。

さらに別の表現をすれば、補正フィルター９の一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄは、各点に関する瞳強度分布を互いにほぼ同じ性状の分布に調整するために必要な所要の減光率特性、すなわち光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する所要の減光率特性を有する。一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄの所要の減光率特性は、補正フィルター９を構成する基板９１，９２の厚さ、フィルター領域９ｃおよび９ｄにおける円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とからなる単位減光領域の分布、フィルター領域９ｃおよび９ｄにおける円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とからなる単位減光領域の分布などを適宜設定することにより実現される。

以上のように、本実施形態の補正フィルター９では、平行平面板の形態を有する一対の光透過性基板９１，９２の任意の面に円形状の遮光性ドット５１が所定の分布にしたがって形成され、基板９１，９２の別の任意の面に円形状の遮光性ドット５１と一対一対応するように円環状の遮光性ドット５２または一対の円形状の遮光性ドット５３が形成されている。そして、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とは光軸ＡＸ方向に見て補完的な形状（ひいては互いに重なり合わない形状）を有し、円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とは光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合わない形状を有する。したがって、円形状の遮光性ドット５１と円環状の遮光性ドット５２とからなる単位減光領域、および円形状の遮光性ドット５１と一対の円形状の遮光性ドット５３とからなる単位減光領域は、いわゆる視差の効果により、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光作用を発揮する。

その結果、遮光性ドット５１と５２とからなる単位減光領域および遮光性ドット５１と５３とからなる単位減光領域が所定の分布にしたがって形成された補正フィルター９は、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光率特性を有する。また、補正フィルター９は、照明瞳の近傍の位置、すなわち被照射面であるマスクＭ（またはウェハＷ）における光の位置情報が光の角度情報に変換される位置に配置されている。したがって、本実施形態の補正フィルター９の減光作用により、被照射面上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ことができ、ひいては各点に関する瞳強度分布を互いにほぼ同じ性状の分布に調整することが可能である。

また、本実施形態の照明光学系では、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する所要の減光率特性を有する一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄを備え、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補正フィルター９と、光の入射位置に応じて変化する所要の透過率特性を有し、各点に関する瞳強度分布を一律に調整する濃度フィルター６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（１〜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上に忠実に転写することができる。

本実施形態において、ウェハ（被照射面）Ｗ上の光量分布が、例えば補正フィルター９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内の照度分布を変更する、または静止露光領域（照明領域）ＥＲの形状を変更して露光量分布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。

なお、上述の実施形態では、第１単位減光領域としての円形状の遮光性ドット５１と、第２単位減光領域としての円環状の遮光性ドット５２とが、光軸ＡＸ方向に見て補完的な形状を有する。また、第１単位減光領域としての円形状の遮光性ドット５１と、第２単位減光領域としての一対の円形状の遮光性ドット５３とが、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合わない形状を有する。しかしながら、これに限定されることなく、補正フィルター９の任意の面に分布形成される第１単位減光領域の形状、別の任意の面に分布形成される第２単位減光領域の形状、第１単位減光領域と第２単位減光領域との位置関係などについて、様々な形態が可能である。

また、上述の実施形態では、補正フィルター９と濃度フィルター６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調整している。しかしながら、濃度フィルター６を用いることなく、フィルター領域９ｃ，９ｄとは異なる減光率特性を有する新たなフィルター領域を補正フィルター９に追加することにより、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変形例も可能である。この変形例にかかる補正フィルター９は、図１５に示すように、Ｚ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ｃ，２０ｄに対応して配置された一対のフィルター領域９ｃおよび９ｄに加えて、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ａ，２０ｂに対応して配置された一対のフィルター領域９ａおよび９ｂを備えている。

この場合、４極状の瞳強度分布２０のうち、面光源２０ｃからの光はフィルター領域９ｃを通過し、面光源２０ｄからの光はフィルター領域９ｄを通過し、面光源２０ａからの光はフィルター領域９ａを通過し、面光源２０ｂからの光はフィルター領域９ｂを通過する。フィルター領域９ａおよび９ｂでは、図１６に示すように、基板９１，９２の４つの面９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂのうちの光軸ＡＸ方向に間隔を隔てた任意の一対の面に、例えばクロムや酸化クロム等からなる一方の円形状の遮光性ドット５４と他方の円形状の遮光性ドット５５との組み合わせが形成されている。

そして、円形状の遮光性ドット５４と円形状の遮光性ドット５５との第１の組み合わせと、円形状の遮光性ドット５４と円形状の遮光性ドット５５との第２の組み合わせとは、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合っていても良い。一般的には、フィルター領域９ａおよび９ｂでは、基板９１，９２の４つの面９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂのうちの任意の面に遮光性ドット５４が形成され、別の任意の面に遮光性ドット５４に対応した遮光性ドット５５が形成され、さらに必要に応じて、別の任意の１つまたは２つの面に遮光性ドット５４に対応した遮光性ドット５４，５５が形成されている。

以下、説明の理解を容易にするために、円形状の遮光性ドット５４と５５とは互いに同じ大きさを有し、一方の面に形成された遮光性ドット５４の中心と他方の面に形成された遮光性ドット５５の中心とが光軸ＡＸ方向に見て一致しているものとする。すなわち、第１単位減光領域である円形状の遮光性ドット５４と第２単位減光領域である円形状の遮光性ドット５５とは、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合っている。

この場合、一方の面に形成された円形状の遮光性ドット５４と他方の面に形成された円形状の遮光性ドット５５との組み合わせからなる単位減光領域に対して光軸ＡＸに平行な光が入射すると、補正フィルター９の直後であって射出面９ｂに平行な面において、図１７（ａ）に示すように、円形状の遮光性ドット５４により減光された領域９２ａａと、円形状の遮光性ドット５５により減光された領域９２ｂｂとは互いに重なり合う。すなわち、補正フィルター９の直後において、円形状の減光領域９２ａａと９２ｂｂとは、円形状の減光領域９２ａａの１個分の面積を有する減光領域を形成する。

一対の円形状の遮光性ドット５４と５５とからなる単位減光領域に入射する光の光軸ＡＸに対する角度が例えばＹＺ平面に沿って０度から単調に増大すると、補正フィルター９の直後において、減光領域９２ａａがＺ方向に移動して減光領域９２ｂｂと重なり合う領域が単調に減少し、やがて図１７（ｂ）に示すように減光領域９２ａａが一方の減光領域９２ｂｂと全く重なり合わなくなる。この状態では、円形状の減光領域９２ａａと９２ｂｂとが、円形状の減光領域９２ａａの２個分の面積を有する減光領域を形成する。こうして、円形状の遮光性ドット５４と５５とからなる単位減光領域は、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が増大する減光作用を発揮する。

また、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合った一対の単位減光領域（円形状の遮光性ドット５４と５５とからなる単位減光領域が光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合った領域）に対して光軸ＡＸに平行な光が入射すると、補正フィルター９の直後であって射出面９ｂに平行な面において、図１８（ａ）に示すように、一方の単位減光領域の円形状の遮光性ドット５４により減光された領域９２ａａと、一方の単位減光領域の円形状の遮光性ドット５５および他方の単位減光領域の円形状の遮光性ドット５４により減光された領域９２ｃｃと、他方の単位減光領域の円形状の遮光性ドット５５により減光された領域９２ｄｄとは互いに重なり合う。すなわち、補正フィルター９の直後において、円形状の減光領域９２ａａと９２ｃｃと９２ｄｄとは、円形状の減光領域９２ａａの１個分の面積を有する減光領域を形成する。

光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合った一対の単位減光領域に入射する光の光軸ＡＸに対する角度が例えばＹＺ平面に沿って０度から単調に増大すると、補正フィルター９の直後において、減光領域９２ａａおよび９２ｃｃがＺ方向に移動して減光領域９２ｄｄと重なり合う領域が単調に減少し、やがて図１８（ｂ）に示すように減光領域９２ａａと減光領域９２ｃｃと減光領域９２ｄｄとが全く重なり合わなくなる。この状態では、円形状の減光領域９２ａａと９２ｃｃと９２ｄｄとが、円形状の減光領域９２ａａの３個分の面積を有する減光領域を形成する。こうして、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合った一対の単位減光領域は、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が増大する減光作用を発揮する。

その結果、遮光性ドット５４と５５とからなる単位減光領域が所定の分布にしたがって形成された補正フィルター９のフィルター領域９ａおよび９ｂは、フィルター領域９ｃおよび９ｄとは逆に、図１９に示すように、光の入射角度θが大きくなるにつれて減光率が増大する減光率特性を有する。こうして、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１のうち、面光源２１ａおよび２１ｂからの光は、補正フィルター９のフィルター領域９ａおよび９ｂの減光作用を受けて、その光強度は比較的小さく低下する。その結果、図２０に示すように、フィルター領域９ｃおよび９ｄにより調整された中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１’（図１３の右側の分布２１’を参照）は、フィルター領域９ａおよび９ｂの作用を受けて、ほぼ均一な性状の瞳強度分布２１''に調整される。すなわち、補正フィルター９により調整された瞳強度分布２１''では、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２１ａ'，２１ｂ'の光強度とＺ方向に間隔を隔てた面光源２１ｃ’，２１ｄ’の光強度とがほぼ一致する。

一方、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２のうち、面光源２２ａおよび２２ｂからの光は、補正フィルター９のフィルター領域９ａおよび９ｂの作用を受けて、その光強度は比較的大きく低下する。その結果、図２１に示すように、フィルター領域９ｃおよび９ｄにより調整された周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２’ （図１４の右側の分布２２’を参照）は、フィルター領域９ａおよび９ｂの作用を受けて、ほぼ均一な性状の瞳強度分布２２''に調整される。すなわち、補正フィルター９により調整された瞳強度分布２２''では、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２２ａ'，２２ｂ'の光強度とＺ方向に間隔を隔てた面光源２２ｃ’，２２ｄ’の光強度とがほぼ一致する。

こうして、図１５の変形例では、フィルター領域９ｃおよび９ｄ並びに９ａおよび９ｂを備えた補正フィルター９の作用により、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１および周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２がともにほぼ均一な性状の瞳強度分布２１''および２２''に調整される。同様に、中心点Ｐ１と周辺点Ｐ２、Ｐ３との間でＹ方向に沿って並んだ各点に関する瞳強度分布、ひいてはウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布も、ほぼ均一な性状の分布に調整される。換言すれば、濃度フィルター６を用いることなく、補正フィルター９だけの減光作用により、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がほぼ均一な性状の分布に調整される。

なお、図１５の変形例にかかるフィルター領域９ａおよび９ｂのみを備えた補正フィルターを用いて、被照射面上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整し、ひいては各点に関する瞳強度分布を互いにほぼ同じ性状の分布に調整することも可能である。換言すれば、フィルター領域９ａおよび９ｂのみを備えた補正フィルターと、濃度フィルター６との協働作用により、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こともできる。

ところで、図２２に示すように、例えばピッチの比較的小さいパターンの転写に際して比較的外径の大きい（照明ＮＡの比較的大きい）４極状の瞳強度分布２４ａ〜２４ｄを形成し、ピッチの比較的大きいパターンの転写に際して比較的外径の小さい（照明ＮＡの比較的小さい）４極状の瞳強度分布２５ａ〜２５ｄを形成することがある。この場合、一対の面光源２４ａおよび２４ｂに対向して配置されるフィルター領域９ａおよび９ｂの領域において光軸ＡＸ方向に比較的大きい間隔を隔てた一対の遮光ドット５４と５５とからなる単位減光領域や、光軸ＡＸ方向に見て互いに重なり合った一対の単位減光領域を多く含み、一対の面光源２５ａおよび２５ｂに対向して配置されるフィルター領域９ａおよび９ｂの領域において光軸ＡＸ方向に比較的小さい間隔を隔てた一対の遮光ドット５４と５５とからなる単位減光領域を多く含むように構成すればよい。

なお、上述の説明では、一対の基板９１と９２とにより、補正フィルター９を構成している。しかしながら、一対の基板からなる２段構成に限定されることなく、３つの基板により補正フィルターを構成する３段構成も可能であり、基板の数については様々な形態が可能である。また、上述の説明では、補正フィルター９を構成する光透過性の基板９１，９２として、平行平面板を用いている。しかしながら、平行平面板に限定されることなく、例えば少なくとも一方の面が曲率を有するような基板を用いて、本発明の補正フィルターを構成することもできる。

また、上述の説明では、補正フィルター９を構成する光透過性の基板９１と９２とが互いに隣接するように配置されている。しかしながら、補正フィルターを構成する複数の基板の配置については、様々な形態が可能である。また、上述の説明では、複数の単位減光領域（第１単位減光領域と第２単位減光領域との組み合わせ）を補正フィルター９に分布形成しているが、場合によっては１つの単位減光領域により同様の作用効果を得ることもできる。

このように、本発明の補正フィルターの具体的な構成については様々な形態が可能である。ただし、本発明の補正フィルターでは、第１基板の入射面および射出面のうちの少なくとも一方の面に第１減光パターンが形成され、第２基板の入射面および射出面のうちのうちの少なくとも一方の面に第２減光パターンが形成され、第１減光パターン中の第１単位減光領域と第２減光パター中の第２単位減光領域とからなる単位減光領域が光の入射角度に応じて減光率が変化する減光率特性を有することが重要である。

また、上述の説明では、照明瞳に４極状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち４極照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、４極照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、４極状以外の他の複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。

なお、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ８を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ７の後側にその前側焦点位置がズームレンズ７の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端がマスクブラインド１１の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の結像光学系１２内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。そして、上述の実施形態の補正フィルター９は、ロッド型インテグレータの下流の結像光学系１２内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置することができる。

また、上述の説明では、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成される瞳強度分布２０の形成面よりも後側（マスク側）に、補正フィルター９を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、瞳強度分布２０の形成面の位置、またはその前側（光源側）に、補正フィルター９を配置することもできる。また、マイクロフライアイレンズ８よりも後側の別の照明瞳の位置またはその近傍、例えば結像光学系１２の前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとの間の照明瞳の位置またはその近傍に、補正フィルター９を配置することもできる。

一般的には、オプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳の前側に隣接するパワーを持つ光学素子と当該照明瞳の後側に隣接するパワーを持つ光学素子との間の照明瞳空間において、当該照明瞳の一部の領域のみを通過する光または当該照明瞳の一部の領域のみを通過した光が入射する位置に、光の入射角度に応じて変化する透過率特性を有する透過フィルターを配置することができる。すなわち、この「照明瞳空間」内には、パワーを持たない平行平面板や平面鏡が存在していても良い。

また、上述の説明では、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。

また、上述の説明では、補正フィルター９の基板９１，９２の各面に分布形成される第１単位減光領域および第２単位減光領域が、例えばクロムや酸化クロム等からなる遮光性ドット（５１〜５５）により、入射光を遮る遮光領域として形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、第１単位減光領域および第２単位減光領域については、遮光領域の形態以外の形態も可能である。例えば、第１単位減光領域および第２単位減光領域のうちの少なくとも一方を、入射光を散乱させる散乱領域として、あるいは入射光を回折させる回折領域として形成することも可能である。一般に、光透過性の基板の所要領域に粗面化加工を施すことにより散乱領域が形成され、所要領域に回折面形成加工を施すことにより回折領域が形成される。

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うことが望ましい。

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２３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２３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）。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。

図２４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２４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）、カラーフィルター形成工程（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。

ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、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ーの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。

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ー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ー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。

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。

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。

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号パンフ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。また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号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。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク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。

本発明の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。 照明瞳に形成される４極状の二次光源を示す図である。 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。 静止露光領域内の中心点Ｐ１に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布の性状を説明する図である。 静止露光領域内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布の性状を説明する図である。 （ａ）は中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布を、（ｂ）は周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布を模式的に示す図である。 本実施形態にかかる補正フィルターに形成された２種類の単位減光領域の構成を示す図である。 図７に示す第１の種類の単位減光領域の減光作用を説明する図である。 図７に示す第２の種類の単位減光領域の減光作用を説明する図である。 本実施形態の補正フィルターの減光率特性を示す図である。 本実施形態の補正フィルターの作用を説明する第１の図である。 本実施形態の補正フィルターの作用を説明する第２の図である。 中心点Ｐ１に関する瞳強度分布が本実施形態の補正フィルターにより調整される様子を模式的に示す図である。 周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布が本実施形態の補正フィルターにより調整される様子を模式的に示す図である。 濃度フィルターを用いることなく各点に関する瞳強度分布をほぼ均一に調整する変形例にかかる補正フィルターを構成する４つのフィルター領域を示す図である。 図１５の変形例の新たな一対のフィルター領域に別の種類の単位減光領域が形成されている様子を示す図である。 図１６のフィルター領域における単位減光領域の減光作用を説明する第１の図である。 図１６のフィルター領域における単位減光領域の減光作用を説明する第２の図である。 図１７のフィルター領域の減光率特性を示す図である。 図７の実施形態のフィルター領域により調整された中心点Ｐ１に関する瞳強度分布が図１６のフィルター領域によりほぼ均一に調整される様子を模式的に示す図である。 図７の実施形態のフィルター領域により調整された周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布が図１６のフィルター領域によりほぼ均一に調整される様子を模式的に示す図である。 照明ＮＡの比較的大きい４極状の瞳強度分布を形成した様子、および照明ＮＡの比較的小さい４極状の瞳強度分布を形成した様子を示す図である。 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。 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。

符号の説明

１ 光源
３ 回折光学素子
４ アフォーカルレンズ
６ 濃度フィルター
７ ズームレンズ
８ 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）
９ 補正フィルター
１０ コンデンサー光学系
１１ マスクブラインド
１２ 結像光学系
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
ＡＳ 開口絞り
Ｗ ウェハ

Claims (20)

1. 照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を補正する補正ユニットであって、
   前記照明瞳の前側に隣接してパワーを有する光学素子と前記照明瞳の後側に隣接してパワーを有する光学素子との間の照明瞳空間に配置されて、前記照明光学系の光軸に沿って所定の厚さを有する光透過性の第１基板と、
   前記照明瞳空間において前記第１基板よりも後側に配置されて前記光軸に沿って所定の厚さを有する光透過性の第２基板とを備え、
   前記第１基板は、光の入射側の面および光の射出側の面のうちの少なくとも一方の面に形成された第１減光パターンを有し、
   前記第２基板は、光の入射側の面および光の射出側の面のうちの少なくとも一方の面に形成された第２減光パターンを有し、
   前記第１減光パターンは少なくとも１つの第１単位減光領域を有し、
   前記第２減光パターンは、前記少なくとも１つの第１単位減光領域に対応して形成された少なくとも１つの第２単位減光領域を有し、
   前記第１単位減光領域および前記第２単位減光領域は、前記補正ユニットに対する光の入射角度に応じて減光率が変化する減光率特性を有することを特徴とする補正ユニット。
2. 前記第１基板は、前記入射側の面に形成された第１前側減光パターンと、前記射出側の面に形成された第１後側減光パターンとを有し、
   前記第２基板は、前記入射側の面に形成された第２前側減光パターンと、前記射出側の面に形成された第２後側減光パターンとを有することを特徴とする請求項１に記載の補正ユニット。
3. 前記第１基板および前記第２基板は、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に記載の補正ユニット。
4. 前記第１基板と前記第２基板とは互いに隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補正ユニット。
5. 前記第１減光パターンは分布形成された複数の第１単位減光領域を有し、
   前記第２減光パターンは、前記複数の第１単位減光領域に対応して分布形成された複数の第２単位減光領域を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補正ユニット。
6. 前記第１単位減光領域および前記第２単位減光領域のうちの少なくとも一方は、入射光を遮る遮光領域を有することを特徴とする請求項５に記載の補正ユニット。
7. 前記第１単位減光領域および前記第２単位減光領域のうちの少なくとも一方は、入射光を散乱させる散乱領域を有することを特徴とする請求項５に記載の補正ユニット。
8. 前記第１単位減光領域および前記第２単位減光領域のうちの少なくとも一方は、入射光を回折させる回折領域を有することを特徴とする請求項５に記載の補正ユニット。
9. 前記第１単位減光領域と前記第２単位減光領域とは、前記光軸方向に見て実質的に重なり合わない形状を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の補正ユニット。
10. 前記第１単位減光領域と前記第２単位減光領域とは、前記光軸方向に見て補完的な形状を有することを特徴とする請求項９に記載の補正ユニット。
11. 前記第１単位減光領域と前記第２単位減光領域とは、前記光軸方向に見てほぼ重なり合う形状を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の補正ユニット。
12. 前記補正ユニットに対する光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光率特性を有する第１補正ユニット領域と、光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が増大する減光率特性を有する第２補正ユニット領域とのうちの少なくとも一方の補正ユニット領域を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の補正ユニット。
13. 光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
    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、
    前記後側の照明瞳を含む前記照明瞳空間に配置された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の補正ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系。
14. 前記オプティカルインテグレータは、所定方向に沿って細長い矩形状の単位波面分割面を有し、
    前記補正ユニットは、前記補正ユニットに対する光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が減少する減光率特性を有する第１補正ユニット領域を有し、
    前記第１補正ユニット領域は、前記照明瞳において前記照明光学系の光軸を挟んで前記所定方向に間隔を隔てた一対の領域に対応して配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明光学系。
15. 前記オプティカルインテグレータは、所定方向に沿って細長い矩形状の単位波面分割面を有し、
    前記補正ユニットは、前記補正ユニットに対する光の入射角度が大きくなるにつれて減光率が増大する減光率特性を有する第２補正ユニット領域を有し、
    前記第２補正ユニット領域は、前記照明瞳において前記照明光学系の光軸を挟んで前記所定方向と直交する方向に間隔を隔てた一対の領域に対応して配置されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明光学系。
16. 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１３乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
17. 所定のパターンを照明するための請求項１３乃至１６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。
18. 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、該投影光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板へ投影露光することを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
19. 前記オプティカルインテグレータにおける前記所定方向は、前記走査方向と直交する方向に対応していることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
20. 請求項１７乃至１９のいずれか１項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露光工程と、
    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現像工程と、
    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加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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