JP5190804B2

JP5190804B2 - 減光ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法

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Publication number: JP5190804B2
Application number: JP2009079273A
Authority: JP
Inventors: 範夫三宅
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Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP2010028089A

Description

本発明は、減光ユニット、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、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、被照射面を照明する照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる減光ユニットであって、前記照明光学系の光軸と直交する平面内の第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第１屈折面に対応するように前記複数の第１屈折面の後側に設けられて前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの少なくとも２つの隣り合う第２屈折面の境界線の直後に配置されて、前記被照射面に達する光の位置が前記被照射面の中心から前記第１方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する減光率特性を有する減光部を備えていることを特徴とする減光ユニットを提供する。

本発明の第２形態では、被照射面を照明する照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる減光ユニットであって、前記照明光学系の光軸と直交する平面内の第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第１屈折面に対応するように前記複数の第１屈折面の後側に設けられて前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの少なくとも２つの隣り合う第２屈折面の境界線の直後に配置されて、前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる前記境界線とほぼ平行に延びる線状の遮光部材を備え、前記線状の遮光部材は、位置および姿勢のいずれか一方が変更可能であることを特徴とする減光ユニットを提供する。

本発明の第３形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、前記照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと、前記オプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる第１形態または第２形態の減光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４形態では、所定のパターンを照明するための第３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５形態では、第４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の隣り合う屈折面の境界線の直後に、減光ユニットの減光部が設けられている。この減光部は、被照射面に達する光の位置がその中心から所定方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する減光率特性を有する。したがって、減光ユニットの減光部の作用により、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が可能である。その結果、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減光ユニット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。こうして、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。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１のシリンドリカル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。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。本実施形態の減光ユニットの要部構成および作用を説明する図である。本実施形態の減光ユニットの全体構成を概略的に示す図である。（ａ）は中心点Ｐ１に達する光線群が本来の大きさの小光源を形成する様子を、（ｂ）は周辺点Ｐ２，Ｐ３に達する光線群が本来の大きさの小光源と本来よりも小さい小光源とを形成する様子を模式的に示す図である。本実施形態の減光ユニットの作用効果を説明する第１の図である。本実施形態の減光ユニットの作用効果を説明する第２の図である。図２とは別の形態を有するシリンドリカル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１３のシリンドリカルマイクロフライアイレンズに対して減光ユニットの遮光部材が配置される様子を示す図である。三角形状の断面を有する遮光部材を用いる構成例を示す図である。矩形形状の断面を有する遮光部材を用いる構成例を示す図である。一方の端だけが支持された状態で局所的に延びる遮光部材を用いる構成例を示す図である。長手方向に沿って変化する断面を有する遮光部材を用いる構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第１の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第２の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第３の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第４の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第５の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢が変更可能な第６の構成例を示す図である。遮光部材の位置または姿勢を変更する駆動機構の一例を示す図である。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。

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。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シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９に入射する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９は、図２に示すように、光源側に配置された第１フライアイ部材（第１光学部材）９ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材（第２光学部材）９ｂとにより構成されている。第１フライアイ部材９ａの光源側（入射側）の面および第２フライアイ部材９ｂの光源側の面には、Ｘ方向に並んで配列された複数の円筒面形状の屈折面（シリンドリカルレンズ群）９ａａおよび９ｂａがそれぞれピッチｐｘで形成されている。第１フライアイ部材９ａのマスク側（射出側）の面および第２フライアイ部材９ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に並んで配列された複数の円筒面形状の屈折面（シリンドリカルレンズ群）９ａｂおよび９ｂｂがそれぞれピッチｐｚ（ｐｚ＞ｐｘ）で形成されている。

シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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に沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材９ａの光源側に形成された一群の屈折面９ａａによってＸ方向に沿ってピッチｐｘで波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材９ｂの光源側に形成された一群の屈折面９ｂａ中の対応する屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の後側焦点面上に集光する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＹＺ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材９ａのマスク側に形成された一群の屈折面９ａｂによってＺ方向に沿ってピッチｐｚで波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材９ｂのマスク側に形成された一群の屈折面９ｂｂ中の対応する屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の後側焦点面上に集光する。

このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第１フライアイ部材９ａと第２フライアイ部材９ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐｘのサイズを有しＺ方向にｐｚのサイズを有する多数の矩形状の微小屈折面（単位波面分割面）が縦横に且つ稠密に一体形成されたマイクロフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９では、微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑えることができる。

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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の入射面（すなわち第１フライアイ部材９ａ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とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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の瞳面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の各単位波面分割面は、上述したように、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。

シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の直後には、減光ユニット１０が配置されている。減光ユニット１０の構成および作用については後述する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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。

シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９および減光ユニット１０を経た光は、コンデンサー光学系１１を介して、マスクブラインド１２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１２には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の単位波面分割面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１２の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１３ａと後側レンズ群１３ｂとからなる結像光学系１３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１３は、マスクブラインド１２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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜１３）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（２〜１３）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（２〜１３）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。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９による波面分割数が比較的大きい場合、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、図３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、以下の説明において単に「照明瞳」という場合には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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３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方向はシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の矩形状の単位波面分割面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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の矩形状の単位波面分割面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４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５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６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７（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７（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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の入射面に形成される光強度分布が調整（補正）され、ひいてはシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９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、具体的には周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布２２において面光源２２ａ，２２ｂの光強度の方が面光源２２ｃ，２２ｄの光強度よりも小さくなるように調整する調整手段として減光ユニット１０を備えている。図８は、本実施形態にかかる減光ユニットの要部構成および作用を説明する図である。図９は、本実施形態にかかる減光ユニットの全体構成を概略的に示す図である。図８を参照すると、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９を構成する一対のフライアイ部材９ａおよび９ｂのうち、後側（マスク側）の第２フライアイ部材９ｂの射出側において、Ｚ方向に隣り合う２つの屈折面９ｂｂの境界線９ｂｃの直後に、境界線９ｂｃと平行にＸ方向に沿って直線状に延びる遮光部材１０ａが配置されている。遮光部材１０ａは、例えば円形形状の断面を有し、適当な金属により形成されている。また、遮光部材１０ａは、図９に模式的に示すように、４極状の瞳強度分布２０においてＸ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ａおよび２０ｂに作用するように、Ｚ方向に間隔を隔てて所要の数（図９では例示的に４つ）だけ配置されている。

具体的に、本実施形態の減光ユニット１０は、図９に示すように、Ｚ方向に間隔を隔ててＸ方向に沿って直線状に延びる複数の遮光部材１０ａと、これらの複数の遮光部材１０ａを所定の位置に保持するために各遮光部材１０ａの両端を支持する保持部材１０ｂとにより構成されている。各遮光部材１０ａが所要の曲げ剛性を有しない場合、各遮光部材１０ａに所要のテンションを付与した状態でその両端を支持することにより、各遮光部材１０ａを直線状に維持することができる。なお、図８では、遮光部材１０ａの作用効果（ひいては減光ユニット１０の作用効果）の理解を容易にするために、Ｚ方向に隣り合う２つの境界線９ｂｃに対応するように一対の遮光部材１０ａが配置されている様子を示している。図８を参照すると、４極状の瞳強度分布２０のうち、Ｘ方向に間隔を隔てた面光源２０ａおよび２０ｂを形成する光はシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９を通過した直後に遮光部材１０ａの作用を受けるが、Ｚ方向に間隔を隔てた面光源２０ｃおよび２０ｄを形成する光は遮光部材１０ａの作用を受けない。以下、図８を参照して、１つの屈折面９ｂｂを介して面光源２０ａ（または２０ｂ）を構成する多数の小光源のうちの１つの小光源２０ａａ（または２０ｂａ）を形成する光線群に着目して、減光部としての遮光部材１０ａの作用を説明する。

ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に達する光線群Ｌ１は、屈折面９ｂｂのＺ方向に沿った中央領域を通過する。したがって、光線群Ｌ１は、遮光部材１０ａの作用を受けることなく、屈折面９ｂｂの屈折作用を受けて、本来の大きさ（光量）を有する小光源を照明瞳に形成する。すなわち、光線群Ｌ１は、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１の面光源２１ａ（または２１ｂ）を構成する多数の小光源のうちの１つの小光源を本来の光量で形成する。一方、静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２に達する光線群Ｌ２は、屈折面９ｂｂのＺ方向に沿った中央領域から離れた領域を通過する。その結果、屈折面９ｂｂを経た光線群Ｌ２の一部は遮光部材１０ａに入射し、残部は遮光部材１０ａに入射することなく小光源の形成面（照明瞳の面）に達する。遮光部材１０ａに入射して反射された光は、瞳強度分布の形成に寄与することなく、例えば照明光路の外側へ導き出される。こうして、光線群Ｌ２は、一部が屈折面９ｂｂの屈折作用および遮光部材１０ａの減光作用を受け、残部が屈折面９ｂｂの屈折作用だけを受けて、本来の大きさよりも小さい小光源を照明瞳に形成する。すなわち、光線群Ｌ２は、周辺点Ｐ２に関する瞳強度分布２２の面光源２２ａ（または２２ｂ）を構成する多数の小光源のうちの１つの小光源を、本来よりも小さい光量の小光源として形成する。

静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ３に達する光線群Ｌ３についても、一部が屈折面９ｂｂを経た後に遮光部材１０ａに入射し、残部が屈折面９ｂｂを経た後に遮光部材１０ａに入射することなく小光源の形成面に達する。その結果、光線群Ｌ３も光線群Ｌ２と同様に、一部が屈折面９ｂｂの屈折作用および遮光部材１０ａの減光作用を受け、残部が屈折面９ｂｂの屈折作用だけを受けて、本来の大きさよりも小さい小光源を照明瞳に形成する。すなわち、光線群Ｌ３は、周辺点Ｐ３に関する瞳強度分布２２の面光源２２ａ（または２２ｂ）を構成する多数の小光源のうちの１つの小光源を、本来よりも小さい光量の小光源として形成する。こうして、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に達する光線群Ｌ１は、４極状の瞳強度分布２１の面光源２１ａ，２１ｂにおいて、図１０（ａ）に模式的に示すように、本来の大きさ（すなわち本来の光量）を有する小光源３１をマトリックス状に形成する。これに対し、静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に達する光線群Ｌ２，Ｌ３は、４極状の瞳強度分布２２の面光源２２ａ，２２ｂにおいて、図１０（ｂ）に模式的に示すように、本来の大きさ（本来の光量）を有する小光源３２ａと、本来よりも小さい（本来よりも光量の小さい）小光源３２ｂとをマトリックス状に形成する。

実際には、図１０（ｂ）に示す模式図とは異なり、小光源３２ｂは、遮光部材１０ａのＺ方向に沿った位置および数ｎに対応して、Ｚ方向に沿ったｎ個の位置においてＸ方向に沿って並んで形成される。したがって、周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布２２の面光源２２ａ，２２ｂでは、光線群Ｌ２，Ｌ３が遮光部材１０ａの減光作用を受ける度合い、本来よりも光量の小さい小光源３２ｂが小光源の総数に対して占める割合などに応じて、全体的な光強度が低下する。ここで、小光源３２ｂが占める割合は、面光源２２ａ，２２ｂに作用する遮光部材１０ａの数ｎに依存する。また、光線群Ｌ２，Ｌ３が遮光部材１０ａの減光作用を受ける度合いすなわち減光率は、遮光部材１０ａの断面の形状に依存する。一般的には、光線群が静止露光領域ＥＲに達する点が中心点Ｐ１からＹ方向に沿って離れるほど、当該光線群は屈折面９ｂｂのＺ方向に沿った中央領域から離れた領域を通過することになり、遮光部材１０ａに入射して遮られる光の割合の方が屈折面９ｂｂに入射する光の割合よりも大きくなる。換言すれば、静止露光領域ＥＲ内の１点に達する光線群が遮光部材１０ａの減光作用を受ける度合いは、静止露光領域ＥＲの中心点Ｐ１から当該光線群が達する点までのＹ方向（走査直交方向）に沿った距離が大きくなるにしたがって増大する。つまり、減光部としての遮光部材１０ａは、被照射面としての静止露光領域ＥＲに達する光線群の位置が静止露光領域ＥＲの中心からＹ方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大するような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を形成する光は遮光部材１０ａの減光作用を受けないため、面光源２１ａおよび２１ｂの光強度は本来の大きさで維持される。面光源２１ｃおよび２１ｄを形成する光も遮光部材１０ａの減光作用を受けないため、面光源２１ｃおよび２１ｄの光強度は本来の大きさで維持される。その結果、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１は、図１１に示すように、遮光部材１０ａの減光作用を受けることなく、本来の分布のままである。すなわち、Ｚ方向に間隔を隔てた面光源２１ｃ，２１ｄの光強度の方がＸ方向に間隔を隔てた面光源２１ａ，２１ｂの光強度よりも大きい性状はそのまま維持される。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からの光の一部が遮光部材１０ａの減光作用を受けるため、面光源２２ａおよび２２ｂの全体的な光強度は低下する。面光源２２ｃおよび２２ｄからの光は遮光部材１０ａの減光作用を受けないため、面光源２２ｃおよび２２ｄの光強度は本来の大きさで維持される。その結果、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２は、図１２に示すように、遮光部材１０ａの減光作用により、本来の分布２２とは異なる性状の瞳強度分布２２’に調整される。すなわち、調整された瞳強度分布２２’では、Ｚ方向に間隔を隔てた面光源２２ｃ，２２ｄの光強度の方がＸ方向に間隔を隔てた面光源２２ａ’，２２ｂ’の光強度よりも大きい性状に変化する。

このように、遮光部材１０ａの作用（ひいては遮光ユニット１０の減光部の作用）により、周辺点Ｐ２、Ｐ３に関する瞳強度分布２２は、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１とほぼ同じ性状の分布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、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布２１とほぼ同じ性状の分布に調整される。換言すれば、遮光ユニット１０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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の直後に配置された減光部としての遮光部材１０ａ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、すなわち被照射面としての静止露光領域ＥＲに達する光の位置が中心点Ｐ１からＹ方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する所要の減光率特性を有する。減光部の所要の減光率特性は、上述したように、遮光部材１０ａの数、遮光部材１０ａの断面形状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、本実施形態の遮光ユニット１０は、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の射出側においてＺ方向に隣り合う屈折面９ｂｂの境界線９ｂｃの直後に配置され且つ境界線９ｂｃと平行にＸ方向に沿って直線状に延びる遮光部材１０ａを備えている。減光部としての遮光部材１０ａは、被照射面である静止露光領域ＥＲに達する光の位置が中心点Ｐ１からＹ方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する所要の減光率特性を有する。したがって、遮光部材１０ａの配置位置、数、断面形状などを適宜設定して得られる遮光ユニット１０の減光部の作用により、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（２〜１３）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手段としての遮光ユニット１０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（２〜１３）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、例えば遮光ユニット１０の減光部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、上述の説明では、波面分割型のオプティカルインテグレータとして、図２に示すような形態を有するシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図１３に示すような別の形態を有するシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９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１９は、図１３に示すように、光源側に配置された第１フライアイ部材１９ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材１９ｂとにより構成されている。第１フライアイ部材１９ａの光源側の面およびマスク側の面には、Ｘ方向に並んで配列された複数の円筒面形状の屈折面（シリンドリカルレンズ群）１９ａａおよび１９ａｂがそれぞれピッチｐ１で形成されている。第２フライアイ部材１９ｂの光源側の面およびマスク側の面には、Ｚ方向に並んで配列された複数の円筒面形状の屈折面（シリンドリカルレンズ群）１９ｂａおよび１９ｂｂがそれぞれピッチｐ２（ｐ２＞ｐ１）で形成されている。

シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９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に沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材１９ａの光源側に形成された一群の屈折面１９ａａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第１フライアイ部材１９ａのマスク側に形成された一群の屈折面１９ａｂ中の対応する屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９の後側焦点面上に集光する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＹＺ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第２フライアイ部材１９ｂの光源側に形成された一群の屈折面１９ｂａによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材１９ｂのマスク側に形成された一群の屈折面１９ｂｂ中の対応する屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９の後側焦点面上に集光する。

このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第１フライアイ部材１９ａと第２フライアイ部材１９ｂとにより構成され、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矩形状の微小屈折面（単位波面分割面）を有する。すなわち、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９は、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の単位波面分割面を有する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１９を用いる場合も、図２のシリンドリカルマイクロフライアイレンズ９の場合と同様に、例えば円形形状の断面を有する線状の遮光部材１０ａを備えた減光ユニット１０を付設することにより、上述の実施形態と同様の効果を発揮することができる。具体的には、図１４に示すように、一対のフライアイ部材１９ａおよび１９ｂのうち、後側（マスク側）の第２フライアイ部材１９ｂの射出側において、Ｚ方向に隣り合う２つの屈折面１９ｂｂの境界線１９ｂｃの直後に、境界線１９ｂｃと平行にＸ方向に沿って直線状に延びる遮光部材１０ａが配置される。減光部としての遮光部材１０ａは、例えば図９に模式的に示すように、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の面光源２０ａおよび２０ｂに作用するように、Ｚ方向に間隔を隔てて所要の数だけ配置されている。

さらに一般的には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズに限定されることなく、照明光学系の光軸と直交する平面内の第１方向に所定の屈折力を有する複数の第１屈折面と、複数の第１屈折面に対応するようにその後側に設けられて第１方向に所定の屈折力を有する複数の第２屈折面とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる減光ユニットに対して本発明を適用することができる。この場合、被照射面に達する光の位置がその中心から第１方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する減光率特性を有する減光部が、少なくとも２つの隣り合う第２屈折面の境界線の直後に配置される。

また、上述の実施形態では、減光ユニット１０の減光部が、円形形状の断面を有し且つ面光源２０ａに対応する位置から面光源２０ｂに対応する位置まで延びる遮光部材１０ａにより構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、減光部の具体的な構成、ひいては遮光部材の具体的な構成について、様々な形態が可能である。例えば、図１５に示すように三角形状の断面を有する遮光部材１０ａａや、図１６に示すように矩形形状の断面を有する遮光部材１０ａｂを用いることもできる。すなわち、線状の遮光部材の配置位置や数だけでなく、その断面形状についても様々な形態が可能である。また、図１７に示すように、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の面光源２３ａ，２３ｂのうち、一方の面光源２３ａに対応して配置された複数の遮光部材１０ａｃと、他方の面光源２３ｂに対応して配置された複数の遮光部材１０ａｄと、これらの遮光部材１０ａｃ，１０ａｄを所定の位置に保持するために各遮光部材１０ａｃ，１０ａｄの一方の端だけを支持する保持部材１０ｂとにより減光ユニット１０を構成することもできる。また、図１８に示すように、面光源２３ａおよび２３ｂに対応する端部では断面積が比較的大きく且つ中央部では断面積が比較的小さい遮光部材（一般には長手方向に沿って変化する断面を有する遮光部材）１０ａｅを用いることもできる。図１７および図１８の構成例では、例えば５極状の瞳強度分布においてＸ方向に間隔を隔てた一対の面光源２３ａおよび２３ｂのみに減光作用を与え、これら一対の面光源２３ａおよび２３ｂに挟まれて光軸ＡＸ上に位置する面光源２３ｅに減光作用を与えないか、あるいは面光源２３ｅに対する不要な減光作用を小さく抑えるという利点がある。

また、上述の実施形態では、線状の遮光部材１０ａを固定的に位置決めしている。しかしながら、これに限定されることなく、１つまたは複数の線状の遮光部材の位置および姿勢のいずれか一方を変更可能に構成することもできる。また、複数の線状の遮光部材を備える場合には、一方の線状の遮光部材と他方の線状の遮光部材との相対的な位置および相対的な姿勢のうちの少なくとも一方を変更可能に構成することもできる。この構成により、遮光ユニットの減光部の減光率特性（減光率分布）の変更自由度を向上させることができる。例えば、図１９に示すように、複数の線状の遮光部材１０ａｆを光軸ＡＸに沿った方向すなわちＹ方向に一体的に移動可能または個別に移動可能に構成することができる。この場合、ある遮光部材１０ａｆが屈折面９ｂｂから離れるにしたがって、当該遮光部材１０ａｆによる減光率が低下する。また、図２０に示すように、少なくとも１つの線状の遮光部材１０ａｆをＸ方向に延びる軸（光軸ＡＸと直交する軸）廻りに回転可能に構成することもできる。この場合、ある遮光部材１０ａｆが回転するにしたがって、当該遮光部材１０ａｆのうち屈折面９ｂｂから離れる方の端部による減光率が低下する。

図２１に示すように、面光源２０ａに対して配置された複数の線状の遮光部材１０ａｇおよび面光源２０ｂに対して配置された複数の線状の遮光部材１０ａｈにおいて、ＸＺ平面（光軸ＡＸと直交する平面）内における各遮光部材の位置を一体的に変更可能または個別に変更可能に構成することにより、減光率分布の変更自由度を向上させることもできる。なお、図２１に示すように、ある遮光部材と他の遮光部材との間で長さを変えることもできる。また、図２２に示すように、図２１に示す状態から、例えば遮光部材１０ａｇをＹ方向（光軸ＡＸの方向）に移動可能に構成することにより、減光率分布の変更自由度を向上させることができる。なお、図２２に示すように、面光源２０ａと２０ｂとの間で対応する遮光部材の本数が異なるように変更することもできる。さらに、図２３に示すように、図２１に示す状態から、例えば遮光部材１０ａｇをＹ方向に延びる軸（光軸ＡＸまたは光軸ＡＸと平行な軸）廻りに回転可能に構成することにより、減光率分布の変更自由度を向上させることもできる。

また、図２４に示すように、例えばＺ方向に延びた遮光部材１０ａｉをＸ方向（Ｚ方向および光軸ＡＸ方向と直交する方向）に延びる軸廻りに回転可能に構成することにより、減光率分布の変更自由度を向上させることもできる。図２４の例では、面光源２０ａ内の領域において減光率分布を光軸からの距離に応じて変化したものとしている。なお、上述した図１９〜図２４の各構成例同士は互いに組み合わせることができ、その組み合わせは任意なものとすることができる。

図２５は、線状の遮光部材を移動可能に構成する際の駆動機構の一例を示している。図２５（ａ）は図１９および図２０に対応しており、各遮光部材１０ａｆを光軸ＡＸに沿った方向に移動させ、且つ光軸ＡＸと直交する軸廻りに回転させる駆動機構を示し、図２５（ｂ）は図２１に対応しており各遮光部材１０ａｈの位置を変更する駆動機構を示している。

図２５（ａ）において、Ｘ方向に延びた各遮光部材１０ａｆは、それらの両端が駆動部３１に接続されており、これらの駆動部３１は保持部材１０ｂ上に設けられている。そして、各駆動部３１は、遮光部材１０ａｆをＸ軸廻りに回転駆動させ、且つ遮光部材１０ａｆをＹ方向に沿って移動させる。ここで、遮光部材１０ａｆの両端の駆動部３１においてＹ方向に沿った駆動量を同量とすれば、遮光部材１０ａｆのＹ方向に沿った位置が変更される。遮光部材１０ａｆの両端の駆動部３１においてＹ方向に沿った駆動量を異なる量とすれば、遮光部材１０ａｆをＺ軸廻りに回転できる。

図２５（ｂ）において、Ｘ方向に延びた遮光部材のうち＋Ｚ方向側の遮光部材１０ａｇは駆動部３２に接続されており、−Ｚ方向側の遮光部材１０ａｈは駆動部３３に接続されている。これらの駆動部３２および３３は保持部材１０ｂ上に設けられている。そして、各駆動部３２は、遮光部材１０ａｇをＺ軸廻りに回転させると共に、Ｚ方向に沿った位置を変更させる。また、各駆動部３３は、遮光部材１０ａｈをＺ軸廻りに回転させると共に、Ｚ方向に沿った位置を変更させる。

なお、上述に示した遮光部材１０の位置・姿勢の調整は、被照射面上の複数の位置での瞳輝度分布（瞳強度分布）の観測結果に基づいて、各位置での瞳輝度分布が所望の分布（強度）となるように、駆動部を制御することによって行われる。ここで、瞳輝度分布の観測に際しては、たとえば特開２００６−５４３２８号公報や特開２００３−２２９６７号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００３／００３８２２５号公報に開示されている瞳輝度分布計測装置を用いることができる。

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。

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２６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２６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２７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２７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。

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；１０減光ユニット；１０ａ遮光部材
９，１９シリンドリカル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）
１１コンデンサー光学系；１２マスクブラインド；１３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

被照射面を照明する照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる減光ユニットであって、
前記照明光学系の光軸と直交する平面内の第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第１屈折面に対応するように前記複数の第１屈折面の後側に設けられて前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの少なくとも２つの隣り合う第２屈折面の境界線の直後に配置されて、前記被照射面に達する光の位置が前記被照射面の中心から前記第１方向に沿って離れるにしたがって減光率の増大する減光率特性を有する減光部を備えていることを特徴とする減光ユニット。
前記減光部は、前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる前記境界線とほぼ平行に延びる線状の遮光部材を有することを特徴とする請求項１に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材を所定の位置に保持するために前記線状の遮光部材の両端を支持する保持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の減光ユニット。
前記保持部材は、前記線状の遮光部材に所要のテンションを付与した状態で前記線状の遮光部材の両端を支持していることを特徴とする請求項３に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、その長手方向に沿って変化する断面を有することを特徴とする請求項３または４に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材を所定の位置に保持するために前記線状の遮光部材の一方の端だけを支持する保持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、位置および姿勢のいずれか一方が変更可能であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、前記照明光学系の前記光軸に沿った方向に移動可能であることを特徴とする請求項７に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、前記照明光学系の前記光軸と直交する前記平面内における位置が変更可能であることを特徴とする請求項７または８に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、前記照明光学系の前記光軸または前記光軸と平行な軸廻りに回転可能であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、前記照明光学系の前記光軸と直交する軸廻りに回転可能であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記線状の遮光部材は、前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの前記２つの隣り合う第２屈折面の第１境界線の直後に配置される第１の線状の遮光部材と、前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの２つの隣り合う第２屈折面の第２境界線の直後に配置される第２の線状の遮光部材とを備え、
前記第１の線状の遮光部材と前記第２の線状の遮光部材との相対的な位置および相対的な姿勢のうちの少なくとも一方は変更可能であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の減光ユニット。
被照射面を照明する照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる減光ユニットであって、
前記照明光学系の光軸と直交する平面内の第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第１屈折面に対応するように前記複数の第１屈折面の後側に設けられて前記第１方向に所定の屈折力を有する前記オプティカルインテグレータの複数の第２屈折面のうちの少なくとも２つの隣り合う第２屈折面の境界線の直後に配置されて、前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる前記境界線とほぼ平行に延びる線状の遮光部材を備え、
前記線状の遮光部材は、位置および姿勢のいずれか一方が変更可能であることを特徴とする減光ユニット。
前記オプティカルインテグレータの前記複数の第１屈折面は前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向にほぼ無屈折力であり、前記複数の第２屈折面は前記第２方向にほぼ無屈折力であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記オプティカルインテグレータは、光の入射側から順に、第１光学部材と、第２光学部材とを備え、前記第１光学部材の射出側には前記複数の第１屈折面が前記第１方向に沿って配列され、前記第２光学部材の射出側には前記複数の第２屈折面が前記第１方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記複数の第１屈折面は前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向にほぼ無屈折力であり、前記複数の第２屈折面は前記第２方向にほぼ無屈折力であり、
前記第１光学部材の入射側には、前記第２方向に所定の屈折力を有し且つ前記第１方向にほぼ無屈折力の複数の第３屈折面が前記第２方向に沿って配列され、
前記第２光学部材の入射側には、前記複数の第３屈折面に対応するように前記第２方向に所定の屈折力を有し且つ前記第１方向にほぼ無屈折力の複数の第４屈折面が前記第２方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１５に記載の減光ユニット。
前記オプティカルインテグレータは、光の入射側から順に、第１光学部材と、第２光学部材とを備え、前記第２光学部材の入射側には前記複数の第１屈折面が前記第１方向に沿って配列され、前記第２光学部材の射出側には前記複数の第２屈折面が前記第１方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の減光ユニット。
前記複数の第１屈折面は前記平面内で前記第１方向と直交する第２方向にほぼ無屈折力であり、前記複数の第２屈折面は前記第２方向にほぼ無屈折力であり、
前記第１光学部材の入射側には、前記第２方向に所定の屈折力を有し且つ前記第１方向にほぼ無屈折力の複数の第３屈折面が前記第２方向に沿って配列され、
前記第１光学部材の射出側には、前記複数の第３屈折面に対応するように前記第２方向に所定の屈折力を有し且つ前記第１方向にほぼ無屈折力の複数の第４屈折面が前記第２方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１７に記載の減光ユニット。
前記オプティカルインテグレータは、前記第１方向に沿って細長い矩形状の単位波面分割面を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の減光ユニット。
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の光路中に配置される波面分割型のオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータと組み合わせて用いられる請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の減光ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系。
前記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をさらに備えていることを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
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２０または２１に記載の照明光学系。
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投影露光装置と組み合わせて用いられ、前記オプティカルインテグレータにおける前記第１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２０乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
所定のパターンを照明するための請求項２０乃至２３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。
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２４に記載の露光装置。
前記オプティカルインテグレータにおける前記第１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２５に記載の露光装置。
請求項２４乃至２６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。