JP5541604B2 - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

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。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、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、
前記照明瞳の前側に隣接するパワーを持つ光学素子と前記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配置されると共に、前記照明瞳の一部の領域のみを通過する光または前記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配置され、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。

本発明の第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、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が、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配置されている。したがって、この透過フィルターの作用により、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によって、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別の補正フィルターと、各点に関する瞳強度分布をそれぞれ独立的に調整する透過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。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。 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。 本実施形態の第２補正フィルターの作用を説明する第１の図である。 本実施形態の第２補正フィルターの作用を説明する第２の図である。 本実施形態の第２補正フィルターの透過率特性を示す図である。 中心点Ｐ１に関する瞳強度分布が第２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第２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。 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、第１補正フィルター６が配置されている。第１補正フィルター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、第１補正フィルター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。第１補正フィルター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、第２補正フィルター（透過フィルター）９が配置されている。第２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および第２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、第２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円弧状の実質的な面光源（以下、単に「面光源」という）２０ａ，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，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第１補正フィルター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、第１補正フィルター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、第１補正フィルター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、第１補正フィルター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、第１補正フィルター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、第１補正フィルター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、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ための透過フィルターとして、第２補正フィルター９を備えている。図７および図８は、本実施形態の第２補正フィルター９の作用を説明する図である。図９は、本実施形態の第２補正フィルター９の透過率特性を示す図である。

第２補正フィルター９は、図２に示すように、光軸ＡＸを挟んで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透過フィルター領域９ａおよび９ｂを有する。その結果、４極状の瞳強度分布２０のうち、面光源２０ａからの光は透過フィルター領域９ａを通過し、面光源２０ｂからの光は透過フィルター領域９ｂを通過するが、面光源２０ｃ，２０ｄからの光は第２補正フィルター９の作用を受けない。また、第２補正フィルター９は、図９に示すように、光の入射角度に応じて変化する透過率特性、具体的には光の入射角度が大きくなるにつれて透過率が減少する透過率特性を有する。

この場合、図７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、第２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２１ａおよび２１ｂからの光は、入射角度０で一対の透過フィルター領域９ａおよび９ｂに入射する。一方、図８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、第２補正フィルター９に対して入射角度±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２２ａおよび２２ｂからの光は、入射角度±θで一対の透過フィルター領域９ａおよび９ｂにそれぞれ入射する。

なお、図７および図８において、参照符号Ｂ１は面光源２０ａ（２１ａ，２２ａ）のＸ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２０ｂ（２１ｂ，２２ｂ）のＸ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７および図８に関連する説明の理解を容易するために、面光源２０ｃ（２１ｃ，２２ｃ）のＺ方向に沿った最外縁の点を参照符号Ｂ３で示し、面光源２０ｄ（２１ｄ，２２ｄ）のＺ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２０ｃ（２１ｃ，２２ｃ）および面光源２０ｄ（２１ｄ，２２ｄ）からの光は、第２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２１ａおよび２１ｂからの光は、第２補正フィルター９の透過フィルター領域９ａおよび９ｂの作用を受けるものの、その光強度はほとんど変化しない。面光源２１ｃおよび２１ｄからの光は、第２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１０に示すように、第２補正フィルター９の作用を受けても、元の分布２１とほぼ同じ性状の瞳強度分布２１’に僅かに調整されるだけである。すなわち、第２補正フィルター９により調整された瞳強度分布２１’においても、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からの光は、第２補正フィルター９の透過フィルター領域９ａおよび９ｂの作用を受けて、その光強度は低下する。面光源２２ｃおよび２２ｄからの光は、第２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１１に示すように、第２補正フィルター９の作用により、元の分布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、第２補正フィルター９により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。

こうして、第２補正フィルター９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、第２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、第２補正フィルター９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、光の入射角度に応じて変化する所要の透過率特性を有する。

以上のように、本実施形態の照明光学系では、光の入射角度に応じて変化する所要の透過率特性を有し、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それぞれ独立的に調整する第２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第１補正フィルター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、例えば第２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。

なお、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。

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、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としての第２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、第２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、第２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。

なお、上述の実施形態において、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としての第２補正フィルター９は、照明光学系の光軸ＡＸまたは当該光軸ＡＸと平行な軸廻りに回転可能であっても良い。また、第２補正フィルター９は、照明光学系の光軸ＡＸと直交する軸廻りに傾斜可能であっても良い。また、第２補正フィルター９は、照明光学系の光軸ＡＸを横切る方向（典型的には光軸ＡＸと直交する方向）に沿って移動可能であっても良い。

また、上述の実施形態において、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第１補正フィルター６は、照明光学系の光軸ＡＸまたは当該光軸ＡＸと平行な軸廻りに回転可能、照明光学系の光軸ＡＸと直交する軸廻りに傾斜可能、または照明光学系の光軸ＡＸを横切る方向（典型的には光軸ＡＸと直交する方向）に沿って移動可能であっても良い。

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１２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１２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１３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１３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 第１補正フィルター
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 第２補正フィルター（透過フィルター）
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 (10)

1. 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、
   前記照明瞳の前側に隣接するパワーを持つ光学素子と前記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ける所定面に配置されて、光の入射角度に応じて変化する透過率特性を有する領域を有する透過フィルターとを備え、
   前記領域は、前記光源からの光が通過する光路である照明光路内における前記所定面上の一部に設けられていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記透過フィルターの前記領域は、光の入射角度が大きくなるにつれて透過率が減少する透過率特性を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 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、
   前記透過フィルターの前記領域は、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。
4. 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、
   前記照明瞳の前側に隣接するパワーを持つ光学素子と前記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配置されると共に、前記照明瞳の一部の領域のみを通過する光または前記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配置され、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とを備え、
   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、
   前記透過フィルターは、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た一対の透過フィルター領域を有することを特徴とする照明光学系。
5. 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４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記被照射面上での照度分布または前記被照射面上に形成される照明領域の形状を変更する光量分布調整部をさらに備え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。
7. 前記光量分布調整部は、前記透過フィルターによる前記被照射面上の光量分布への影響を補正することを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至７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。
9. 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８に記載の露光装置。
10. 請求項８または９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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