JP2010232688A - 照明光学装置の調整方法、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被照射面での照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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装置の調整方法。
【解決手段】 光源からの光束に基づいて照明瞳面に所定の輝度分布を有する瞳輝度分布を形成し、該瞳輝度分布からの光束で被照射面を照明する照明光学装置の調整方法である。本発明の調整方法は、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を得る瞳輝度分布獲得工程と、複数点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立に調整するために、照明光学装置の光路中の複数の位置での所要の透過率分布または反射率分布を決定する分布決定工程と、所要の透過率分布または反射率分布を有する複数の調整膜をそれぞれ形成して複数の位置に配置する調整工程とを含む。
【選択図】 図８

Description

本発明は、照明光学装置の調整方法、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置の調整方法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束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイ）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。

コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、感光性基板としてのウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

また、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。

この場合、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、フライアイレンズの後側焦点面に形成される二次光源の光強度分布すなわち照明瞳面に形成される所定の輝度分布を有する瞳輝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輝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輝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、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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装置の調整方法を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持可能または調整可能で且つ被照射面上の各点での瞳輝度分布をほぼ均一に調整可能な照明光学装置の調整方法を利用して、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感光性基板上に忠実に転写することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光束に基づいて照明瞳面に所定の輝度分布を有する瞳輝度分布を形成し、該瞳輝度分布からの光束で被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
前記被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を得る瞳輝度分布獲得工程と、
前記複数点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立に調整するために、前記照明光学装置の光路中の複数の位置での所要の透過率分布または反射率分布を決定する分布決定工程と、
前記所要の透過率分布または反射率分布を有する複数の調整膜をそれぞれ形成して前記複数の位置に配置する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の調整方法により調整された照明光学装置を備え、前記照明光学装置で照明されたマスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第１形態の調整方法により調整された照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の照明光学装置の調整方法では、たとえば所定の透過率分布を有する複数の調整膜の作用により、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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、本発明の露光装置および露光方法では、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持可能または調整可能で且つ被照射面上の各点での瞳輝度分布をほぼ均一に調整可能な照明光学装置の調整方法を利用しているので、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感光性基板上に忠実に転写することができ、ひいては高精度で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全体構成を概略的に示す図である。 本実施形態における一対の補正フィルターの構成および作用を模式的に示す図である。 一対の補正フィルターに付与される透過率分布の一例を模式的に示す図である。 一対の補正フィルターに付与される透過率分布の別の例を模式的に示す図である。 入射角度に応じて透過率の異なる透過率分布を有する一対の補正フィルターを用いる変形例を概略的に示す図である。 入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する３つの補正フィルターを用いる変形例を概略的に示す図である。 図６の変形例において各補正フィルターを通過する軸上光束および軸外光束の断面をそれぞれ示す図である。 本実施形態にかかる照明光学装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を測定するための装置の構成を概略的に示す図である。 被照射面における照度分布を測定するための装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態の変形例にかかる調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 投影光学系の像面座標と瞳座標との関係を説明する図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

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全体構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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。なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定されている。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦ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＋Ｚ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。

各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、光路折り曲げミラーで＋Ｙ方向に偏向された後、円形照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ５の入射面が位置決めされている。

一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子や４極照明用の回折光学素子と切り換え可能に構成されている。

マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズ（光学要素）からなる光学部材である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小光学面を同時形成することによって構成される。こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野を形成する。

ここで、形成される円形状の照野の大きさ（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。

マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系６の集光作用を受けた後、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド７を重畳的に照明する。こうして、マスクブラインド７には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。なお、マスクブラインド７の前側（光源側）には第１補正フィルター８が配置され、マスクブラインド７の後側（マスク側）には第２補正フィルター９が配置されている。第１補正フィルター８および第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。

マスクブラインド７の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受け、光路折り曲げミラーで−Ｚ方向に偏向された後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。このように、結像光学系１０は、マスクブラインド７の矩形状の開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド７は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。

マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷ上には、マスクＭ上での矩形状の照明領域に対応するように矩形状の領域にパターン像が形成される。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

なお、回折光学素子３に代えて輪帯照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、輪帯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５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。

また、回折光学素子３に代えて４極照明用（一般には、２極、８極などを含む複数極照明用）の回折光学素子を照明光路中に設定することによって４極照明（一般には複数極照明）を行うことができる。４極照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、４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５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。

図２は、本実施形態における一対の補正フィルターの構成および作用を模式的に示す図である。本実施形態では、図２に示すように、マスクブラインド７の前側（光源側）に第１補正フィルター８が配置され、マスクブラインド７の後側（マスク側）に第２補正フィルター９が配置されている。第１補正フィルター８および第２補正フィルター９はともに平行平面板の形態を有し、入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する。すなわち、たとえば第１補正フィルター８のマスクブラインド７側の光学面および第２補正フィルター９のマスクブラインド７側の光学面には、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調整膜として形成されている。

具体的に、第１補正フィルター８は、図３（ａ）に示すように、たとえばＹ方向に沿って有効領域の中心において透過率が最も低く且つ中心からの距離の二次関数にしたがって透過率が周辺に向かって単調に増大するような二次の凹状パターンの透過率分布を有する。一方、第２補正フィルター９は、図３（ｂ）に示すように、たとえばＹ方向に沿って有効領域の中心において透過率が最も高く且つ中心からの距離の二次関数にしたがって透過率が周辺に向かって単調に減少するような二次の凸状パターンの透過率分布を有する。

そして、第１補正フィルター８では有効領域の周辺における透過率の最大値と中心における透過率の最小値との差が例えば４％に設定され、第２補正フィルター９では有効領域の周辺における透過率の最小値と中心における透過率の最大値との差が例えば４％に設定されている。すなわち、第１補正フィルター８は二次の４％凹状パターンの透過率分布を有し、第２補正フィルター９は二次の４％凸状パターンの透過率分布を有する。その結果、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とは相補的な透過率分布を有することになる。

また、本実施形態では、第１補正フィルター８（厳密にはその調整膜であるマスク側の光学面）とマスクブラインド７との距離と、第２補正フィルター９（厳密にはその調整膜である光源側の光学面）とマスクブラインド７との距離とが互いに等しくなるように設定されている。ここで、被照射面としてのマスクＭ（または最終的な被照射面としてのウェハＷ）上において光軸ＡＸと交わる中心点Ｐ１に達する光線、中心点Ｐ１から＋Ｙ方向に所定距離だけ離れた点Ｐ２に達する光線、および中心点Ｐ１から−Ｙ方向に同じ所定距離だけ離れた点Ｐ３に達する光線に着目する。

そして、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９が介在しない状態では、図２において第１補正フィルター８よりも上側に斜線部で示すように、中心点Ｐ１に関する瞳輝度分布、点Ｐ２に関する瞳輝度分布、および点Ｐ３に関する瞳輝度分布がともに均一であるものとする。なお、被照射面上のある点に関する瞳輝度分布が均一であるということは、当該点に達する光線が照明瞳面（たとえばマイクロフライアイレンズ５の後側焦点面）に形成する光強度分布が均一であることに他ならない。

ここで、二次の４％凹状パターンの透過率分布を有する第１補正フィルター８だけが介在すると、第１補正フィルター８の作用により、図２において第１補正フィルター８とマスクブラインド７との間およびマスクブラインド７と第２補正フィルター９との間に斜線部で示すように、中心点Ｐ１に関する瞳輝度分布が均一なパターンから凹状パターンに変化し、点Ｐ２に関する瞳輝度分布が均一なパターンから傾斜パターンに変化し、点Ｐ３に関する瞳輝度分布が均一なパターンから点Ｐ２の傾斜パターンとは傾斜方向が逆の傾斜パターンに変化する。

さらに、第１補正フィルター８に加えて二次の４％凸状パターンの透過率分布を有する第２補正フィルター９も介在すると、第２補正フィルター９の作用により、図２において第２補正フィルター９と結像光学系１０（または結像光学系１０＋投影光学系ＰＬ）との間および結像光学系１０（または結像光学系１０＋投影光学系ＰＬ）とマスクＭ（またはウェハＷ）との間に斜線部で示すように、中心点Ｐ１に関する瞳輝度分布が凹状パターンから均一なパターンに戻り、点Ｐ２および点Ｐ３に関する瞳輝度分布の傾斜パターンの傾斜の度合いがさらに助長された傾斜パターンに変化する。

換言すれば、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９との協働作用により、中心点Ｐ１（およびＰ１と同じＹ座標を有する点）に関する均一な瞳輝度分布が変化することなく、点Ｐ２（およびＰ２と同じＹ座標を有する点）に関する均一な瞳輝度分布が線形的な傾斜パターンに変化し、点Ｐ３（およびＰ３と同じＹ座標を有する点）に関する均一な瞳輝度分布が点Ｐ２の傾斜パターンとは傾斜方向が逆で傾斜の度合いが等しい線形的な傾斜パターンに変化する。なお、点Ｐ２および点Ｐ３に関する瞳輝度分布の線形的な傾斜調整の度合いは、点Ｐ２および点Ｐ３の中心点Ｐ１からのＹ方向に沿った距離に依存する。

すなわち、中心点Ｐ１からＹ方向に沿って離れるほど、その点に関する瞳輝度分布の線形的な傾斜調整の度合いは大きくなる。また、図２を参照すると明らかであるが、被照射面上の各点に達する光線が第１補正フィルター８および第２補正フィルター９をそれぞれ通過する領域（以下、「パーシャル領域」という）の大きさは、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９がマスクブラインド７から離れるほど大きくなり、各点に関する瞳輝度分布の線形的な傾斜調整の度合いも大きくなる。もちろん、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９の透過率分布の変化の度合い（上述の例では４％）をさらに大きく設定すると、各点に関する瞳輝度分布の線形的な傾斜調整の度合いも大きくなる。

また、上述したように、本実施形態では、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とが相補的な透過率分布を有し、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とがマスクブラインド７を挟んで等しい距離に設定されているので、被照射面上の各点に関するパーシャル領域の位置および大きさは第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とでほぼ一致する。その結果、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９との協働作用により、被照射面上の各点に関する瞳輝度分布は点毎にそれぞれ調整されるが、被照射面上の照度分布は実質的に変化することなくほぼ均一に維持される。

以上のように、本実施形態では、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とが、被照射面（Ｍ，Ｗ）上の各点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立的に調整するための調整手段を構成している。その結果、本実施形態の露光装置では、被照射面（Ｍ，Ｗ）での照度分布をほぼ均一に維持しつつ、被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができるので、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。

なお、上述の説明では、第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とがマスクブラインド７を挟んで等しい距離に設定されているが、最終的な被照射面であるウェハＷと光学的に共役な共役面を挟んで等しい距離に、具体的には例えばマスクＭを挟んで等しい距離に設定しても上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、上述の説明では、第１補正フィルター８が二次の凹状パターンの透過率分布を有し且つ第２補正フィルター９が二次の凸状パターンの透過率分布を有するが、第１補正フィルター８が二次の凸状パターンの透過率分布を有し且つ第２補正フィルター９が二次の凹状パターンの透過率分布を有する場合も上述の実施形態と同様の効果が得られる。

また、上述の説明では、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９が二次のパターンの透過率分布を有するが、これに限定されることなく、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９に付与する透過率分布のパターンについては様々な変形例が可能である。具体的に、たとえば第１補正フィルター８が、図４（ａ）に示すように、たとえば有効領域の中心からのＹ方向に沿った距離の四次関数にしたがって中心から周辺に向かって透過率が一旦増大した後に減少するような四次のＭ字状パターンの透過率分布を有する変形例も可能である。

この変形例では、第２補正フィルター９は、図４（ｂ）に示すように、有効領域の中心からのＹ方向に沿った距離の四次関数にしたがって中心から周辺に向かって透過率が一旦減少した後に増大するような四次のＷ字状パターンの透過率分布を有することになる。この場合、第１補正フィルター８の透過率分布と第２補正フィルター９の透過率分布とを相補的に設定すれば、上述の実施形態と同様の効果が得られる。ただし、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９が四次のパターンの透過率分布を有するため、線形的な傾斜調整ではなく三次関数的な傾斜調整効果が得られる。なお、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９のパターンの透過率分布は四次以上であってもよい。

また、上述の説明では、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９にＹ方向に沿った一次元の透過率分布を付与しているが、一次元の透過率分布の変化方向については様々な変形例が可能である。また、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９に二次元的な透過率分布を付与することもできる。また、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９に付与すべき透過率分布を他の適当な関数にしたがって規定することもできる。一例として、たとえば後述するツェルニケ多項式を用いて第１補正フィルター８および第２補正フィルター９の透過率分布を規定することにより、被照射面上の各点に関する瞳輝度分布を多様な形態にしたがって点毎にそれぞれ調整することが可能になる。

ところで、上述の実施形態において、クロムドットのような遮光性ドットの濃密パターンを用いて第１補正フィルター８および第２補正フィルター９に透過率分布を付与する場合、各ドットのウェハＷへの転写および各ドットにおける回折の影響を評価して、各ドットの大きさや、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９とマスクブラインド７との距離などを設定する必要がある。また、上述の説明では、遮光性ドットの濃密パターンを用いて第１補正フィルター８および第２補正フィルター９に透過率分布を付与しているが、これに限定されることなく、調整膜としての薄膜の厚みを制御することにより連続的に変化する透過率分布を付与することもできる。

なお、上述の実施形態では、第１補正フィルター８の透過率分布と第２補正フィルター９の透過率分布とが相補的に設定されているが、これに限定されることなく、第１補正フィルター８の透過率分布に対して相補的な透過率分布とは実質的に異なる透過率分布を第２補正フィルター９に付与する変形例も可能である。この変形例では、第１補正フィルター８の透過率分布に対して相補的な透過率分布と第２補正フィルター９の透過率分布との差に応じて被照射面上の照度分布が調整されることになり、被照射面上の照度分布をほぼ均一に調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。

同様に、被照射面上の照度分布を積極的に調整する変形例として、マスクブラインド７を挟んで第１補正フィルター８と第２補正フィルター９とを互いに異なる距離に設定することもできる。この場合、マスクブラインド７と第１補正フィルター８との距離とマスクブラインド７と第２補正フィルター９との距離との差に応じて被照射面における照度分布を調整することができ、ひいては被照射面上の照度分布をほぼ均一に調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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、上述の実施形態では、第１補正フィルター８および第２補正フィルター９が入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有するが、これに限定されることなく、入射角度に応じて透過率の異なる透過率分布を一対の補正フィルターに付与する変形例も可能である。この変形例では、たとえば図５に示すように、一方の補正フィルター８ａが結像光学系１０の瞳面１０ａ（照明瞳面と光学的に共役な共役面）よりも光源側に配置され、他方の補正フィルター９ａが結像光学系１０の瞳面１０ａよりもマスク側に配置されることになる。

この場合も、上述の実施形態および上述の変形例と同様の効果が得られる。すなわち、一対の補正フィルター８ａおよび９ａの透過率分布を相補的に設定し且つ結像光学系１０の瞳面１０ａを挟んで一対の補正フィルター８ａおよび９ａを等距離に設定することにより、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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、一対の補正フィルター８ａおよび９ａの透過率分布を実質的に相補的でない関係に設定するか、あるいは結像光学系１０の瞳面１０ａを挟んで一対の補正フィルター８ａおよび９ａを互いに異なる距離に設定することにより、被照射面での照度分布をほぼ均一に調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝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、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ーと、入射角度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ーとを組み合わせて用いることや、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ー対（８，９）と、入射角度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ー対（８ａ，９ａ）とを組み合わせて用いることもできる。

また、上述の説明では、一対の補正フィルター（８，９；８ａ，９ａ）に透過率分布を付与しているが、これに限定されることなく、入射位置に応じて反射率の異なる反射率分布を有する第１調整膜と第２調整膜とを用いることにより、あるいは入射角度に応じて反射率の異なる反射率分布を有する第１調整膜と第２調整膜とを用いることにより、上述の実施形態および上述の変形例と同様の効果が得られる。なお、入射位置または入射角度に応じて透過率分布を有する調整膜（補正フィルター）と、入射位置または入射角度に応じて反射率分布を有する調整膜とを組み合わせて用いてもよい。

また、上述の説明では、一対の補正フィルター（８，９；８ａ，９ａ）を用いることにより、換言すれば一対の調整膜を用いることにより、被照射面上の照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ被照射面上の各点での瞳輝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、これに限定されることなく、一般的には所定の透過率分布または反射率分布を有する複数の調整膜からなる調整手段を用いて、本発明の効果を得ることができる。すなわち、調整手段を構成する調整膜の数および配置について様々な変形例が可能である。

具体的に、たとえば図６に示すように、入射位置に応じて透過率の異なる透過率分布を有する３つの補正フィルター１１ａ〜１１ｃを用いる変形例も可能である。図６の変形例では、マイクロフライアイレンズ５とマスクブラインド７との間のコンデンサー光学系６の光路中に第１補正フィルター１１ａおよび第２補正フィルター１１ｂが光源側から順に配置され、コンデンサー光学系６とマスクブラインド７との間の光路中に第３補正フィルター１１ｃが配置されている。

この場合、図７に示すように、軸上光束（マスクブラインド７と光軸ＡＸとの交点に達する光束）が補正フィルター１１ａ〜１１ｃをそれぞれ通過する領域すなわち軸上パーシャル領域１１ａａ，１１ｂａ，１１ｃａが補正フィルター１１ａ〜１１ｃ毎に異なっている。同様に、軸外光束（光軸ＡＸから離れたマスクブラインド７上の点に達する光束）が補正フィルター１１ａ〜１１ｃをそれぞれ通過する領域すなわち軸外パーシャル領域１１ａｂ，１１ｂｂ，１１ｃｂも補正フィルター１１ａ〜１１ｃ毎に異なっている。

この変形例では、各補正フィルター１１ａ〜１１ｃの透過率分布、各補正フィルター１１ａ〜１１ｃにおける軸上パーシャル領域および軸外パーシャル領域の位置および大きさなどを適宜設定することにより、被照射面での照度分布をほぼ均一に調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。さらに一般的には、入射位置または入射角度に応じて透過率（または反射率）が変化する所定の透過率分布（または反射率分布）を有する複数の調整膜からなる調整手段を用いて、各調整膜の透過率分布（または反射率分布）、各調整膜における軸上パーシャル領域および軸外パーシャル領域の位置および大きさなどを適宜設定することにより、本発明の効果を得ることができる。

また、上述の説明では、平行平面板の形態を有する補正フィルターの光学平面上に所定の透過率分布（または反射率分布）を有する調整膜を形成しているが、これに限定されることなく、レンズや反射鏡の表面上に、すなわち凸状のレンズ面、凹状のレンズ面、凸状の反射面、凹状の反射面などの上に調整膜を形成することもできる。ただし、一般に、平面状の光学面を有する光学部材の光学平面上に調整膜を形成する方が製造容易であることはいうまでもない。

以下、光源１から投影光学系ＰＬまでを被照射面としてのウェハＷを照明する照明光学装置と考え、この照明光学装置（１〜ＰＬ）の調整方法について説明する。なお、本実施形態では、調整方法の説明を簡素化するために、所定の透過率分布を有する複数（２つまたはそれ以上）の補正フィルターを用いて、被照射面（ウェハＷが設定される面）での照度分布をほぼ均一に調整しつつ、被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整するものとする。

図８は、本実施形態にかかる照明光学装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図８に示すように、本実施形態にかかる照明光学装置（１〜ＰＬ）の調整方法では、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を得る（Ｓ１１）。具体的に、分布獲得工程Ｓ１１では、照明光学装置（１〜ＰＬ）の設計データに基づいて、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を算出する。

ここで、照明光学装置（１〜ＰＬ）の設計データとして、たとえばマイクロフライアイレンズ５の直後からウェハＷの直前までの光学系（６〜ＰＬ）のデータ、すなわち各光学面の曲率半径、各光学面の軸上間隔、各光学部材を形成する光学材料の屈折率および種類、使用光の波長、各光学部材の透過率、反射防止膜や反射膜の入射角度特性などのデータを用いる。なお、設計データに基づいて被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を算出する方法については、たとえば国際公開ＷＯ０２／０３１５７０号パンフレットを参照することができる。また、設計データに基づいて被照射面における照度分布を算出する方法については良く知られおり、たとえば特開平３−２１６６５８号公報を参照することができる。

あるいは、分布獲得工程Ｓ１１において、実際に製造された装置毎に被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を測定してもよい。具体的に、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布は、たとえば図９に示す分布計測装置２０を用いて測定することができる。なお、分布計測装置２０を用いる瞳輝度分布の測定は、ウェハＷを光路から退避させた状態で行われる。分布計測装置２０は、ピンホール部材２０ａと、集光レンズ２０ｂと、たとえば二次元ＣＣＤのような光検出器２０ｃとを有する。

ここで、ピンホール部材２０ａは、投影光学系ＰＬの結像面位置（すなわち露光に際してウェハＷの被露光面が位置決めされるべき高さ位置）に配置されている。そして、ピンホール部材２０ａは集光レンズ２０ｂの前側焦点位置に配置され、光検出器２０ｃは集光レンズ２０ｂの後側焦点位置に配置されている。したがって、光検出器２０ｃの検出面は、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に配置されている。分布計測装置２０では、投影光学系ＰＬを通過した光が、ピンホール部材２０ａのピンホールを通過し、集光レンズ２０ｂの集光作用を受けた後、光検出器２０ｃの検出面に達する。

こうして、光検出器２０ｃの検出面には、開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布が形成される。すなわち、分布計測装置２０では、ピンホール部材２０ａのピンホールに達する光束が開口絞りＡＳの位置（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面と光学的に共役な位置）に形成する光強度分布、すなわち被照射面上のピンホール点に関する瞳輝度分布が計測される。その結果、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面に沿ってウェハステージＷＳを二次元的に移動させてピンホール部材２０ａのピンホールの位置を二次元的に移動させつつ計測を繰り返すことにより、被照射面上の所望の複数点に関する瞳輝度分布を計測することができる。

また、被照射面における照度分布は、たとえば図１０に示す照度測定装置２５を用いて測定することができる。照度測定装置２５を用いる照度分布の測定も、ウェハＷを光路から退避させた状態で行われる。照度測定装置２５は、投影光学系ＰＬの結像面（すなわち被照射面）における照度分布を計測するための光検出器として、たとえばフォトダイオード２５ａを備えている。フォトダイオード２５ａの出力は信号処理部２５ｂに接続されている。

照度測定装置２５では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面に沿ったウェハステージＷＳの二次元的な移動により、フォトダイオード２５ａを介して投影光学系ＰＬの結像面上の各位置における照度分布データを順次計測する。なお、複数のフォトダイオード２５ａを二次元的に配置し、ウェハステージＷＳを移動させることなく、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを一括的に計測する構成を採用することもできる。また、複数のフォトダイオード２５ａをライン状に配置し、ウェハステージＷＳを一次元的に移動させることにより、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを走査計測する構成を採用することもできる。

次いで、本実施形態の調整方法では、設計データに基づく算出あるいは装置２０および２５を用いた測定により得られた被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布がそれぞれ所望の程度にほぼ均一であるか否かを判定する（Ｓ１２）。判定工程Ｓ１２において、瞳輝度分布および照度分布のうちの少なくとも一方が所望の程度にほぼ均一でないと判定された場合（図中ＮＯの場合）、補正フィルターの設計工程Ｓ１３へ進む。一方、判定工程Ｓ１２において、瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一であると判定された場合（図中ＹＥＳの場合）、補正フィルターのドット濃密パターンの決定工程Ｓ１５へ進む。

設計工程Ｓ１３では、瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一になるように、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立的に調整し且つ必要に応じて被照射面における照度分布を調整するために複数の調整膜にそれぞれ付与すべき所要の透過率分布を決定（算出）する。具体的には、算出または測定された瞳輝度分布および照度分布の情報を参照して使用する補正フィルターの数および位置を予め想定し、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整するために各補正フィルターに付与すべき透過率分布を求める。

次いで、設計工程Ｓ１３で決定した透過率分布を付与した複数の補正フィルターをそれぞれ想定位置に配置した状態すなわち補正フィルターの搭載状態で、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を算出する（Ｓ１４）。具体的に、分布算出工程Ｓ１４では、上述の設計データ情報に加えて各補正フィルターの透過率分布および位置に関する情報を参照して、瞳輝度分布および照度分布を算出する。

次いで、分布算出工程Ｓ１４で算出された被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布がそれぞれ所望の程度にほぼ均一であるか否かを判定する（Ｓ１２）。判定工程Ｓ１２において、瞳輝度分布および照度分布のうちの少なくとも一方が所望の程度にほぼ均一でないと判定された場合（図中ＮＯの場合）、再び補正フィルターの設計工程Ｓ１３へ進むことになる。一方、判定工程Ｓ１２において、瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一であると判定された場合（図中ＹＥＳの場合）、補正フィルターのドット濃密パターンの決定工程Ｓ１５へ進む。

たとえば試行錯誤的に設計工程Ｓ１３と分布算出工程Ｓ１４とを繰り返して進んだパターン決定工程Ｓ１５では、設計工程Ｓ１３で算出された所要の透過率分布（各補正フィルターに付与すべき透過率分布）を実現するのに必要な遮光性ドットの濃密パターンを決定する。最後に、パターン決定工程Ｓ１５で決定されたドット濃密パターンを有する複数の補正フィルターを製造し、製造された各補正フィルターを光学系中の所定の位置にそれぞれ組み込む（Ｓ１６）。以上のように、パターン決定工程Ｓ１５および製造搭載工程Ｓ１６は、所要の透過率分布を有する複数の調整膜をそれぞれ形成して配置する調整工程を構成している。こうして、本実施形態の調整方法は終了する。

次に、本実施形態の変形例として、各補正フィルターに付与すべき所要の透過率分布を試行錯誤的ではなく簡易に且つ正確に求めることのできる調整方法を説明する。図１１は、本実施形態の変形例にかかる調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図１１に示す変形例の調整方法では、図８に示す調整方法と同様に、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を得る（Ｓ２１）。具体的に、分布獲得工程Ｓ２１では、照明光学装置（１〜ＰＬ）の設計データに基づいて、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を算出する。あるいは、上述の装置２０および２５を用いて、実際に製造された装置毎に被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を測定する。

次いで、図８に示す調整方法と同様に、設計データに基づく算出あるいは装置２０および２５を用いた測定により得られた被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布がそれぞれ所望の程度にほぼ均一であるか否かを判定する（Ｓ２２）。判定工程Ｓ２２において、瞳輝度分布および照度分布のうちの少なくとも一方が所望の程度にほぼ均一でないと判定された場合（図中ＮＯの場合）、瞳輝度分布の近似工程Ｓ２３へ進む。一方、判定工程Ｓ２２において、瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一であると判定された場合（図中ＹＥＳの場合）、補正フィルターのドット濃密パターンの決定工程Ｓ２７へ進む。

瞳輝度分布の近似工程Ｓ２３では、分布獲得工程Ｓ２１で得られた被照射面上の各点に関する瞳輝度分布を照明瞳面における瞳座標の関数としての所定の多項式で近似する。具体的には、たとえば座標系として照明瞳面における瞳極座標（ρ，θ）を用いるツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を含むツェルニケ多項式で、投影光学系ＰＬの像面（被照射面）上の各点に関する瞳輝度分布をそれぞれフィッティング（近似）する。ここで、投影光学系ＰＬの像面座標と瞳座標との関係、すなわち像面直交座標（ｙ，ｚ）と瞳直交座標（ξ，η）と像面極座標（ｈ，α）と瞳極座標（ρ，θ）との関係は、図１２に概略的に示す通りである。ここで、ｈおよびρは規格化半怪であり、αおよびθは極座標の動径角である。

瞳輝度分布Ｉ（ρ，θ）は、投影光学系ＰＬの像面上の各点について、ツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（１）に示すように展開される。
Ｉ（ρ，θ）＝ΣＣｉ・Ｚｉ（ρ，θ）
＝Ｃ１・Ｚ１（ρ，θ）＋Ｃ２・Ｚ２（ρ，θ）
・・・＋Ｃｎ・Ｚｎ（ρ，θ） （１）

ここで、Ｃｉは、ツェルニケ多項式の各項の係数である。以下、ツェルニケ多項式の各項の関数系Ｚｉ（ρ，θ）のうち、第１項〜第３６項にかかる関数Ｚ１〜Ｚ３６を、次の表（１）に示す。

表（１）
Ｚ１： １
Ｚ２： ρcosθ
Ｚ３： ρsinθ
Ｚ４： ２ρ²−１
Ｚ５： ρ²cos２θ
Ｚ６： ρ²sin２θ
Ｚ７： （３ρ²−２）ρcosθ
Ｚ８： （３ρ²−２）ρsinθ
Ｚ９： ６ρ⁴−６ρ²＋１
Ｚ１０： ρ³cos３θ
Ｚ１１： ρ³sin３θ
Ｚ１２： （４ρ²−３）ρ²cos２θ
Ｚ１３： （４ρ²−３）ρ²sin２θ
Ｚ１４： （１０ρ⁴−１２ρ²＋３）ρcosθ
Ｚ１５： （１０ρ⁴−１２ρ²＋３）ρsinθ
Ｚ１６： ２０ρ⁶−３０ρ⁴＋１２ρ²−１
Ｚ１７： ρ⁴cos４θ
Ｚ１８： ρ⁴sin４θ
Ｚ１９： （５ρ²−４）ρ³cos３θ
Ｚ２０： （５ρ²−４）ρ³sin３θ
Ｚ２１： （１５ρ⁴−２０ρ²＋６）ρ²cos２θ
Ｚ２２： （１５ρ⁴−２０ρ²＋６）ρ²sin２θ
Ｚ２３： （３５ρ⁶−６０ρ⁴＋３０ρ²−４）ρcosθ
Ｚ２４： （３５ρ⁶−６０ρ⁴＋３０ρ²−４）ρsinθ
Ｚ２５： ７０ρ⁸−１４０ρ⁶＋９０ρ⁴−２０ρ²＋１
Ｚ２６： ρ⁵cos５θ
Ｚ２７： ρ⁵sin５θ
Ｚ２８： （６ρ²−５）ρ⁴cos４θ
Ｚ２９： （６ρ²−５）ρ⁴sin４θ
Ｚ３０： （２１ρ⁴−３０ρ²＋１０）ρ³cos３θ
Ｚ３１： （２１ρ⁴−３０ρ²＋１０）ρ³sin３θ
Ｚ３２： （５６ρ⁶−１０４ρ⁴＋６０ρ²−１０）ρ²cos２θ
Ｚ３３： （５６ρ⁶−１０４ρ⁴＋６０ρ²−１０）ρ²sin２θ
Ｚ３４： （１２６ρ⁸−２８０ρ⁶＋２１０ρ⁴−６０ρ²＋５）ρcosθ
Ｚ３５： （１２６ρ⁸−２８０ρ⁶＋２１０ρ⁴−６０ρ²＋５）ρsinθ
Ｚ３６： ２５２ρ¹⁰−６３０ρ⁸＋５６０ρ⁶−２１０ρ⁴＋３０ρ²−１

したがって、近似工程Ｓ２３では、被照射面（投影光学系ＰＬの像面）上の複数点について得られた瞳輝度分布をツェルニケ多項式でフィッティングし、各項のツェルニケ係数Ｃｉを各点について算出する。なお、瞳輝度分布（瞳透過率分布）のツェルニケ多項式によるフィッティング手法については、前述の国際公開ＷＯ０２／０３１５７０号パンフレットや特開２００４−１２６０１０号公報を参照することができる。

次いで、本変形例の調整方法では、近似工程Ｓ２３で得られたツェルニケ多項式における各項の係数Ｃｉに基づいて、各点に関する瞳輝度分布を像面極座標（ｈ，α）および瞳極座標（ρ，θ）の関数としての瞳輝度分布多項式により評価する（Ｓ２４）。具体的に、評価工程Ｓ２４では、各点に関する瞳輝度分布を像面極座標（ｈ，α）および瞳極座標（ρ，θ）の関数として表す瞳輝度分布多項式を設定する。なお、瞳輝度分布多項式の設定については、特開２００３−２５７８１２号公報や特願２００４−１４９６９８号明細書および図面を参照することができる。

上述の公報などでは、投影光学系の波面収差を像面極座標（ｈ，α）および瞳極座標（ρ，θ）の関数として表す収差多項式を設定しているが、同様の手法により瞳輝度分布多項式を設定することができることは明らかである。こうして、評価工程Ｓ２４では、近似工程（Ｓ２３）で得られたツェルニケ多項式における各項のツェルニケ係数Ｃｉに基づいて、瞳輝度分布多項式における各項の係数を決定し、ひいては各点に関する瞳輝度分布を瞳輝度分布多項式により表して評価する。

具体的には、上述の公報などに開示されているように、たとえば特定項のツェルニケ関数Ｚｉに着目し、対応するツェルニケ係数Ｃｉの像面内分布（各点における係数Ｃｉの分布）に基づいて、瞳輝度分布多項式における特定項の係数を例えば最小二乗法を用いて決定する。さらに、他の特定項のツェルニケ関数Ｚｉに着目し、対応するツェルニケ係数Ｃｉの像面内分布に基づいて、瞳輝度分布多項式における他の項の係数を例えば最小二乗法を用いて順次決定する。

こうして、評価工程Ｓ２４では、瞳輝度分布の瞳内分布および像面内分布を同時に表現する瞳輝度分布多項式が最終的に得られる。このように、瞳輝度分布の瞳内分布および像面内分布を同時に表現する瞳輝度分布多項式を用いることにより、瞳輝度分布を解析的に分解することが可能になり、コンピュータを使って試行錯誤的に数値最適化を行う手法に比して、光学調整解を迅速に且つ正確に算出することが可能になる。つまり、瞳輝度分布多項式により瞳輝度分布状況の特徴を把握し易くなるので、光学調整の見通しが立て易くなる。

次いで、補正フィルターの設計工程Ｓ２５では、瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一になるように、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立的に調整し且つ必要に応じて被照射面における照度分布を調整するために複数の調整膜にそれぞれ付与すべき所要の透過率分布を決定（算出）する。具体的には、まず必要に応じて、分布獲得工程Ｓ２１で得られた被照射面における照度分布を像面極座標（ｈ，α）の関数としてのツェルニケ多項式により近似しておく。

また、各補正フィルターに付与すべき透過率分布を、たとえば調整膜としての光学面における極座標を用いたツェルニケ多項式により表現する。そして、各補正フィルターの透過率分布を表すツェルニケ多項式の各項の係数と被照射面上の各点に関する瞳輝度分布の変化との関係を表す第１テーブルＴ２１、および各補正フィルターの透過率分布を表すツェルニケ多項式の各項の係数と被照射面における照度分布の変化との関係を表す第２テーブルＴ２２を準備する。

こうして、設計工程Ｓ２５では、評価工程Ｓ２４で得られた瞳輝度分布に関する評価結果（具体的には瞳輝度分布の瞳内分布および像面内分布を同時に表現する瞳輝度分布多項式）、必要に応じてツェルニケ多項式により近似された照度分布情報、第１テーブルＴ２１における各補正フィルターの透過率分布と瞳輝度分布の変化との相関関係、および第２テーブルＴ２２における各補正フィルターの透過率分布と照度分布の変化との相関関係を参照した線形結合による最適化手法に基づいて、被照射面での照度分布をほぼ均一に維持または調整しつつ被照射面上の各点での瞳輝度分布をそれぞれほぼ均一に調整するために各補正フィルターに付与すべき透過率分布を求める。

次いで、設計工程Ｓ２５で決定した透過率分布を付与した複数の補正フィルターをそれぞれ想定位置に配置した状態すなわち補正フィルターの搭載状態で、被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布を算出する（Ｓ２６）。さらに、分布算出工程Ｓ２６で算出された被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布および被照射面における照度分布がそれぞれ所望の程度にほぼ均一であるか否かを判定する（Ｓ２２）。線形結合による最適化手法を用いて所要の透過率分布が試行錯誤的ではなく簡易に且つ正確に求められているので、判定工程Ｓ２２において瞳輝度分布および照度分布の双方が所望の程度にほぼ均一であると判定され、補正フィルターのドット濃密パターンの決定工程Ｓ２７へ進むことになる。

パターン決定工程Ｓ２７では、設計工程Ｓ２５で算出された所要の透過率分布（各補正フィルターに付与すべき透過率分布）を実現するのに必要な遮光性ドットの濃密パターンを決定する。最後に、パターン決定工程Ｓ２７で決定されたドット濃密パターンを有する複数の補正フィルターを製造し、製造された各補正フィルターを光学系中の所定の位置にそれぞれ組み込む（Ｓ２８）。こうして、変形例の調整方法は終了する。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１３のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１４のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１４において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。

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、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報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。

なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ₂レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。

１ 光源
３ 回折光学素子
４ ズームレンズ
５ マイクロフライアイレンズ（フライアイレンズ）
６ コンデンサー光学系
７ マスクブラインド
８，８ａ，９，９ａ 補正フィルター
１０ 結像光学系
２０ 分布計測装置
２５ 照度測定装置
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (27)

1. 光源からの光束に基づいて照明瞳面に所定の輝度分布を有する瞳輝度分布を形成し、該瞳輝度分布からの光束で被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
   前記被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を得る瞳輝度分布獲得工程と、
   前記複数点に関する瞳輝度分布をそれぞれ独立に調整するために、前記照明光学装置の光路中の複数の位置での所要の透過率分布または反射率分布を決定する分布決定工程と、
   前記所要の透過率分布または反射率分布を有する複数の調整膜をそれぞれ形成して前記複数の位置に配置する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法。
2. 前記被照射面における照度分布を得る照度分布獲得工程をさらに含み、
   前記分布決定工程では、前記照度分布を調整するために、前記照明光学装置の光路中の前記複数の位置での所要の透過率分布または反射率分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の調整方法。
3. 前記照度分布獲得工程では、前記照明光学装置の設計データに基づいて前記被照射面における照度分布を算出することを特徴とする請求項２に記載の調整方法。
4. 前記照度分布獲得工程では、前記被照射面における照度分布を測定することを特徴とする請求項２に記載の調整方法。
5. 前記瞳分布獲得工程では、前記照明光学装置の設計データに基づいて前記被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整方法。
6. 前記瞳分布獲得工程では、前記被照射面上の複数点に関する瞳輝度分布を測定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整方法。
7. 前記調整工程では、前記複数の調整膜の間の距離を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整方法。
8. 前記調整工程は、入射位置に応じて透過率または反射率の異なる第１透過率分布または第１反射率分布を有する第１調整膜を準備する工程と、前記第１透過率分布または前記第１反射率分布に対してほぼ相補的な第２透過率分布または第２反射率分布を有する第２調整膜を準備する工程とを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
9. 前記調整工程では、前記第１調整膜を前記被照射面と光学的に共役な共役面よりも光源側に配置し、前記第２調整膜を前記共役面よりも被照射面側に配置することを特徴とする請求項８に記載の調整方法。
10. 前記調整工程では、前記第１調整膜と前記共役面との距離を、前記策２調整膜と前記共役面との距離とほぼ等しく設定することを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
11. 前記調整工程では、前記第１調整膜と前記共役面との第１距離を、前記第２調整膜と前記共役面との第２距離と実質的に異なるように設定することを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
12. 前記調整工程では、入射位置に応じて透過率または反射率の異なる第１透過率分布または第１反射率分布を有する第１調整膜を準備する工程と、前記第１透過率分布または前記第１反射率分布に対して相補的な透過率分布または反射率分布とは実質的に異なる第２透過率分布または第２反射率分布を有する第２調整膜を準備する工程とを有することを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
13. 前記調整工程では、前記第１調整膜を前記被照射面と光学的に共役な共役面よりも光源側に配置し、前記第２調整膜を前記共役面よりも被照射面側に配置することを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
14. 前記調整工程は、前記相補的な透過率分布または反射率分布と前記第２透過率分布または前記第２反射率分布との差に応じて前記被照射面における照度分布を調整することを特徴とする請求項１２または１３に記載の調整方法。
15. 前記調整工程では、入射角度に応じて透過率または反射率の異なる第１透過率分布または第１反射率分布を有する第１調整膜を準備する工程と、前記第１透過率分布または前記第１反射率分布に対してほぼ相補的な第２透過率分布または第２反射率分布を有する第２調整膜を準備する工程とを有することを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
16. 前記調整工程では、前記第１調整膜を前記照明瞳面と光学的に共役な共役面よりも光源側に配置し、前記第２調整膜を前記共役面よりも被照射面側に配置することを特徴とする請求項１５に記載の調整方法。
17. 前記第１調整膜と前記共役面との距離は、前記第２調整膜と前記共役面との距離とほぼ等しいことを特徴とする請求項１６に記載の調整方法。
18. 前記第１調整膜と前記共役面との第１距離は、前記第２調整膜と前記共役面との第２距離と実質的に異なることを特徴とする請求項１６に記載の調整方法。
19. 前記調整工程では、入射角度に応じて透過率または反射率の異なる第１透過率分布または第１反射率分布を有する第１調整膜を準備する工程と、前記第１透過率分布または前記第１反射率分布に対して相補的な透過率分布または反射率分布とは実質的に異なる第２透過率分布または第２反射率分布を有する第２調整膜を準備する工程とを有することを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
20. 前記調整工程では、前記第１調整膜を前記照明瞳面と光学的に共役な共役面よりも光源側に配置し、前記第２調整膜を前記共役面よりも被照射面側に配置することを特徴とする請求項１９に記載の調整方法。
21. 前記調整工程は、前記相補的な透過率分布または反射率分布と前記第２透過率分布または前記第２反射率分布との差に応じて前記被照射面における照度分布を調整することを特徴とする請求項１９または２０に記載の調整方法。
22. 前記複数の位置は、前記照明光学装置の光軸方向で異なる位置であることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の調整方法。
23. 請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の調整方法により調整された照明光学装置を備え、前記照明光学装置で照明されたマスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
24. 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系をさらに備え、
    前記被照射面は前記投影光学系の像面であることを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。
25. 前記マスクのパターン面は前記被照射面上に位置することを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。
26. 請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の調整方法により調整された照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
27. 前記露光工程は、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影工程をさらに備え、
    前記被照射面は前記パターン像が形成される面であることを特徴とする請求項２６に記載の露光方法。

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