JP5159027B2 - 照明光学系及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、照明光学系に係り、特に、被照明面における入射角度分布又は配向特性（「有効光源」や「σ内分布」ともいう。）の制御に関する。本発明の照明光学系は、半導体素子や液晶素子、磁性材などの微細パターン製造におけるマイクロリソグラフィ用の露光装置に好適である。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなってきている。高解像度を達成する一手段としては、投影光学系の開口数（ＮＡ）を増加することが知られている（高ＮＡ化）。

また、高品位な露光を行うためには、被照明面（レチクル）に形成されたパターンに応じて最適な有効光源を形成する必要がある。有効光源分布は、例えば、ハエの目レンズの射出面近傍の強度分布を所望の形状（通常照明条件、輪帯照明条件、四重極照明条件）に調整することで実現している。また、投影光学系のＮＡ、コヒーレンスファクターσ（照明光学系のＮＡ／投影光学系のＮＡ）、及び、有効光源を変更し、様々な特性を持った工程のそれぞれに最適に設定するための手段を備えた投影露光装置が要求されている。

近年の照明光学系は、様々な有効光源を形成するなどの機能の複雑化に伴って光路が長くなっている。このため、照明光学系を直線的に配置することは困難であり、露光装置を小型にするために折り曲げミラー（偏向ミラー）を利用して光路を折り曲げる必要がある。また、露光光の光量をモニターする一手段として、照明光学系にハーフミラーを配置し、その透過光／反射光をモニターすることも知られている。

ある光束幅を有する露光光が折り曲げミラーやハーフミラーのある範囲に入射する場合を考えると、その範囲内では光束の入射角は場所によって異なる場合がある。従来は、光束の入射角度に対するミラーの透過率／反射率の変動を設計技術により許容範囲に抑えていたが、微細化の要求から高ＮＡ化が進むにつれて許容範囲に抑えることができなくなってきた。また、波長が２５０ｎｍ以下の光に対しては、ミラーを構成する膜材が限られてしまい、設計の自由度も限定されてきた。

この結果、ミラーがない状態では所望の有効光源分布を形成できたものが、ミラーの透過率及び反射率特性によって有効光源分布が所望の分布にならなくなる。これは、あるパターンの最小線幅を転写するために最適に設定されたコヒーレンスファクターσと異なるコヒーレンスファクターσで露光されることであり、設定した解像線幅（特に、最小線幅）が得られないという問題を招く。また、ウェハに転写される線幅がパターンの水平方向と垂直方向で異なる「ＨＶ差」が発生し、歩留まりが低下するという問題が発生する。

更に、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンが感光剤に作る干渉縞のコントラストはＬ＆Ｓの回折光に対してＰ偏光であるときに低下し、特に、高ＮＡ化に伴って顕著になる。このため、Ｓ偏光（即ち、光の電場ベクトルの振動方向がウェハ面に平行で光の進行方向に垂直な光）を利用した偏光照明が検討されている。ところが、Ｓ偏光とＰ偏光はミラーの透過率／反射率が異なるために同様にＨＶ差が発生する。

照明光学系における透過率分布の不均一性を解決する従来技術としては、例えば、特許文献１乃至３がある。
特開２００２−０９３７０００号公報 特開２００３−２４３２７６号公報 特開２００２−７５８４３号公報

特許文献１は、離散的な透過率分布を有する２枚のフィルターの相対角度を調節することによって透過率を補正することを提案しているが、相対角度の設定は実際に有効光源分布を測定するまでは分からないので調整に時間がかかり、また、透過率分布が離散的であるために補正精度が悪いという問題がある。一方、特許文献２は、レンズの入射位置による透過率の不均一性の補正を目的としているが、ミラーの入射角度による反射率／透過率の不均一性は考慮していない。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光束形状変換手段により変換された光束の一部を遮光する遮光部材を有し、前記遮光部材は、前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に配置されており、それぞれ独立して移動可能であり、中央に開口を形成するように設けられた複数の遮光部を有し、前記有効光源の形状の変更に応じて、前記複数の遮光部を移動することを特徴とする。

本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光束形状変換手段により変換された光束の一部を遮光する遮光部材と、前記有効光源の偏光状態を設定する偏光設定手段とを有し、前記遮光部材は、前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に配置されており、それぞれ独立して移動可能であり、中央に開口を形成するように設けられた複数の遮光部を有し、前記有効光源の形状及び偏光状態のうち少なくとも一方の変更に応じて、前記複数の遮光部を移動することを特徴とする。

本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する複数の遮光部材とを有し、前記複数の遮光部材は、中央に開口を形成するように設けられ、前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記複数の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されており、前記複数の遮光部材の各々は、前記照明光学系の光軸方向における互いに異なる位置に配置され、前記照明光学系の光路に対して挿脱可能であることを特徴とする。

本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、前記光源からの光束の一部を遮光し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍において、前記照明光学系の光路に対して挿脱可能な第１の遮光部材と、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光し、それぞれ独立して移動可能な複数の遮光部を有する第２の遮光部材とを有し、前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材の複数の遮光部は、中央に開口を形成するように設けられ、前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されていることを特徴とする。

本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する複数の遮光部材とを有し、前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記複数の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されており、前記複数の遮光部材の各々は、それぞれ独立して移動可能な複数の遮光部を有し、前記複数の遮光部は、中央に開口を形成するように設けられていることを特徴とする。

本発明の別の側面としての照明光学系は、ミラーを有し、被露光体を露光する露光装置に使用され、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、前記被照射面に、前記光束の入射角分布として有効光源を形成する光束形状変換手段と、前記照明光学系の光軸に沿って移動可能に配置される絞りとを有し、前記絞りは、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある位置の近傍に配置されることを特徴とする。

照明光学系１１０は、レチクル２００を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレータ、絞り等を含む。本実施形態の照明光学系１１０は、光束形状変換手段１２０と、光束変更手段１３０と、結像光学系１４０と、折り曲げミラー１１２、１５０、１５１と、フィルター部材１５４と、ハエの目レンズ１５６と、可変絞り１５８と、集光光学系１６０と、ハーフミラー１５２と、検出部１７０と、マスキングブレード１７２と、結像光学系１８０とを有する。

折り曲げミラー１１２は、光源部１１０から射出された光を光束形状変換手段１２０に導光する。

光束形状変換手段１２０は、光源部１１０からの光を所定面（Ａ面）において円形や輪帯形状、多重極状等必要に応じて所望の形状分布の光束に変更する。即ち、Ａ面は有効光源の基本形状を形成する面である。Ａ面での分布を基本形状とし、後述の光束変更手段１３０による形状変更や、倍率可変の結像光学系１４０による大きさ変更や、各位置に配置された絞り部材（例えば１５８）による制限等により、被照射面において所望の有効光源形状が形成される。

光束形状変換手段１２０はフライアイレンズ、内面反射を用いた光学パイプ、回折光学素子等少なくとも１つ、もしくは、これらを組み合わせた複数のオプティカルインテグレータやリレー光学系、集光光学系、ミラー等から構成される。本実施形態の光束形状変換手段１２０は、光学系１２１、１２３、１２６、オプティカルインテグレータ１２２、１２４、回折光学素子１２５ａ、１２５ｂを含む。ここで、図２は、光束形状変換手段１２０の概略構成図である。

光学系１２１は、シリンドリカルレンズなどにより構成され、入射光束をほぼ円形もしくは正方形状等の所望の大きさの光束に変更する。オプティカルインテグレータ１２２は、本実施形態では２次元的に微小レンズを配列した、もしくはそれと等価な効果を持つハエの目レンズから構成され、光学系１２３を介して、オプティカルインテグレータ１２４の入射面を均一に照明する。オプティカルインテグレータ１２４の入射面における光分布形状は、オプティカルインテグレータ１２２を構成する微小レンズの開口数と光学系１２３の焦点距離により決定され、オプティカルインテグレータ１２２に入射する光束の分布によらず一定となる。

オプティカルインテグレータ１２４は、本実施形態では２次元的に微小レンズを配列したもしくはそれと等価な効果を持つハエの目レンズから構成され、回折光学素子１２５ａ又は１２５ｂの入射面を均一に照明する。オプティカルインテグレータ１２４の各領域から射出される光束は、全領域において、ほぼ同一のＮＡ（光線広がり角度）を持った光束となる。

回折光学素子１２５ａ及び１２５ｂは、不図示の駆動装置により切り替え可能に、オプティカルインテグレータ１２４の射出面近傍に設けられている。回折光学素子の数は２つに限定されず、駆動装置は、例えば、ターレットのようにいずれか一の回折光学素子を光路上に配置可能な装置などである。回折光学素子は入射光を所望の角度分布に発散させる素子であり、その射出光角度分布が光学系１２６の後ろ側焦点面（所謂フーリエ変換面）に投影される。Ａ面は、このフーリエ変換面に相当する。なお、フーリエ変換の関係とは、物体面と瞳面又は瞳面と像面の関係をいう。

オプティカルインテグレータ１２２及び１２４は、それぞれにおいて、入射側焦点（前側焦点）位置が入射面とほぼ一致する構成となっており、それぞれに入射する光線の角度が変動した場合でも、それぞれから射出される光束の角度特性は変化しない。上記のような構成をとることにより、回折光学素子には、常に一定の角度特性の光線が入射することになり、例えば、光源からの光束が揺らいだりしても、Ａ面は常に一定の光分布とすることができる。なお、オプティカルインテグレータ１２２及び１２４は、内面反射を用いた光学パイプ、回折格子、多光源形成手段を構成する光学要素が反射作用を持つミラーであるハエの目ミラー、若しくは、これらを組み合わせた複数のオプティカルインテグレータその他の均一化手段から構成されてもよい。

オプティカルインテグレータ１２４と回折光学素子は、所定量離れた間隔で配置され、オプティカルインテグレータ１２４を構成する隣接する微小レンズからの光束が、一部で重なる程度に設定されている。また、オプティカルインテグレータ１２２と光学系１２３を介した光束でオプティカルインテグレータ１２４を照明することにより、回折光学素子に平均的に光を照射し、光の集中を防止することができる。例えば、ＡｒＦレーザーを光源とし、回折光学素子を石英で製作した場合、その一部への照射エネルギー密度が大きいと、回折光学素子が損傷してしまう。その防止策としてこのような構成がとられている。

オプティカルインテグレータ１２２と光学系１２３を介した光束でオプティカルインテグレータ１２４を照明する理由の１つとして、Ａ面における入射光束の配光特性を一定にすることができるということもある。オプティカルインテグレータ１２２や光学系１２３がない場合でもＡ面では一定の照度分布を得ることができるが、インテグレータ１２４に入射する光分布が変化するとＡ面における入射光束の配光特性（入射角度分布）が変化する。これは、それ以降の光学系やその収差によって、レチクル２００面における入射光線の角度分布が若干なりとも変わってしまうことを意味する。つまり、光源から入射する光の変動や機差があっても、Ａ面においては、回折光学素子を切り替えない限り、常に一定の制御された光分布及び入射角度分布になるように本構成がとられている。なお、本実施形態の光束形状変換手段１２０は、ダブルインテグレータの構成であるがトリプルインテグレータの構成を使用してもよい。

Ａ面にできるパターンは、回折光学素子のフーリエパターン（光を垂直にＮＡ＝０で入射したときにフーリエ変換面に形成されるパターン）と、回折光学素子に入射する光線の角度分布をコンボリューションした結果となる。従って、Ａ面での分布を所望の分布に近づけるには、オプティカルインテグレータ１２４からの射出光のＮＡはできるだけ小さくしておくことが望ましい。このため、光学系１２１から射出された光線のＮＡ×径をできるだけ保存して回折光学素子まで伝達することが望ましい。回折光学素子を切り替えることにより、Ａ面には、例えば、円形や輪帯形、多重極状の分布を形成することができる。回折光学素子の設計により、例えば、４重極等の多重極における各極の領域の強度を違った状態にすることも可能である。

図１に戻り、Ａ面近傍には、円錐型光学素子１３２や間隔変更可能な円錐型光学素子１３４、不図示の平行平面板や適当な形状の絞り部材（例えば輪帯開口絞りや４重極開口絞りや円形絞り等）、４角錐型光学素子や屋根型光学素子等、または倍率を変更するための拡大／縮小ビームエキスパンダーなど、光束形状変換手段１２０により基本形状に変更された光束をさらに変更するための光束変更手段１３０が切り替え可能に光軸上に配置されている。光束変更手段１３０は光路から待避することもできるし、これらのうちの複数を同時に光軸上に配置することも可能である。

円錐型光学素子１３２は、入射面が凹型の円錐状、射出面が凸型の円錐状の光学素子であり、例えば、Ａ面における基本形状が円形の時、光軸上に配置された場合に輪帯状の光束を形成する。

円錐型光学素子１３４は、入射面が凹型の円錐状、射出面が平面の光学素子１３４ａと、入射面が平面、射出面が凸型の円錐状の光学素子１３４ｂから構成される。Ａ面における基本形状が円形の時、円錐型光学素子１３４が光軸上に配置されている場合には、輪帯形状の光束が形成され、光学素子１３４ａと光学素子１３４ｂの間隔を変えることにより、輪帯形状の光束（輪帯比）や大きさを変えることができる。円錐型光学素子１３４をこのような構成とすることにより、より小さいスペースで効率的に輪帯形状の光束を形成することが可能となる。また、Ａ面における基本形状が例えば４重極状や２重極状の場合、その内径、外径を変更することが可能である。

例えば、図２に示した回折光学素子を適宜選択することにより、Ａ面において円形（図３（ａ））の分布を形成している時、光学素子１３４ａと光学素子１３４ｂの間隔を変えることにより、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、その輪帯の形状（輪帯比）や大きさを変更することができる。図２において別の回折光学素子を選択することにより、Ａ面において輪帯（図４（ａ））の分布を形成している時、光学素子１３４ａと光学素子１３４ｂの間隔を変えることにより、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、その輪帯の形状（輪帯比）や大きさを変更することができる。図２において更に別の回折光学素子を選択することにより、Ａ面において四重極（図５（ａ））の分布を形成している時、光学素子１３４ａと光学素子１３４ｂの間隔を変えることにより、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、その四重極の比率や大きさを変更することができる。

また、後述するように、結像光学系１４０は変倍光学系であるのでその倍率と絞り１５８の開口径を変えることにより、光束変更手段１３０が形成する輪帯比に限らず、より大きな輪帯比（例えば、２／３輪帯、３／４輪帯等）の所望の大きさを有する有効光源を形成することができる。

円錐型光学素子１３４を使用した場合には、ハエの目レンズ１５６には光線の入射角の制限を満足する必要がある。入射する光線の角度がある角度を超えてしまうと、その光線は不要光となるだけではなく、有効光源の形状が崩れたり、照度ムラが発生したりする。このため、光学素子１３４ａ及び１３４ｂの間隔、結像光学系１４０の倍率を、ハエの目レンズ１５６への入射角度の制限を超えない範囲に設定すると共に絞り１５８の開口径を変更して外径を小さくすることにより、輪帯比を変更することが有効である。これは、輪帯照明のみに限らず、４重極状、若しくは、２重極状の照明に関しても適用可能である。

光学素子１３４ａ及び１３４ｂの円錐状の面の角度は、ほぼ同一角度になっている。同一角度にすることにより、光束形状変更手段１２２の射出光束の角度増加を抑え、後段の光学系での光束のけられを最小限にすることができる。後段の光学系に角度的な余裕がある場合には、必ずしも同一角度にする必要はなく、例えば、輪帯幅を小さくするために角度を変えてもよい。

円錐型光学素子１３４と同様に、入射型の光学素子の入射面を凹型の四角錐面、射出側の光学素子の射出面を凸型の四角錐面とした間隔可変の四重極変換素子や、同様に、三角屋根型の二重極変換素子を適用することも可能である。光束変換手段１３０を使用せずに、光束形状変換手段１２０で形成した形状を維持してもよい。このように、光束形状変換手段１２０及び光束変更手段１３０の光学素子を組み合わせることにより、様々な形状分布の光束をＡ面近傍に実像もしくは虚像として形成することができる。

Ａ面上に形成された形状もしくは、光束変更手段１３０により所望の形状に変更された光束は、倍率可変の結像光学系１４０により倍率が変更され、後述するフィルター部材１５４を経て、ハエの目レンズ１５６の入射面に投影される。結像光学系１４０は、本実施形態ではレンズ１４２、１４４及び１４６を含むが、レンズの数は限定されない。

ハエの目レンズ１５６の入射面において、所定面Ａの光量分布が収差なく結像した場合、光強度分布の輪郭がはっきりとしてしまう。この場合、被露光面であるプレート４００上において照度ムラや有効光源の画面内不均一性が発生する。従って、所定面Ａとハエの目レンズ１５６の入射面との結像関係は、ある程度収差がある状態（デフォーカスを含む）で結像していることが望ましい。但し、ハエの目レンズ１５６を構成するレンズ（微小レンズ）が多数あり、照度ムラ等への影響が小さい場合にはこの限りではない。

ハエの目レンズ１５６は、入射光束により、その射出面近傍に複数の光源像（２次光源）を形成し、レチクル２００面を均一に照明する。複数の光源像が形成される面の近傍（Ｂ面）には、径可変（切り替えも含む）の絞り１５８が配置されている。なお、複数の光源像が形成される面（ハエの目レンズを構成する微小レンズの後ろ側集光点面）は比較的光束のエネルギー密度が高いため、その面に対して若干デフォーカスした位置（−数ｍｍ乃至＋数ｍｍの範囲内の位置）に絞り１５８を配置する。ただし、絞り１５８が、そのエネルギー密度の高さに耐えうる場合には、複数の光源像が形成される面に一致させてその絞り１５８を配置してもよい。

絞り１５８と開口絞り３１０は、光学的にほぼ共役な位置に配置されている。絞り１５８の射出面側において、ハエの目レンズ１５６及び絞り１５８により形成される多光源の形状の開口絞り３１０の位置での像が、プレート４００面上の各点における照明光の形状（有効光源形状）となる。

複数の光源像からの光束のうち、絞り１５８により制限されない光束が集光光学系１６０によりマスキングブレード１７２が配置される面を効率よく照明する。マスキングブレード１７２は、結像光学系１８０によりレチクル２００が配置される面と光学的に共役な位置に配置され、レチクル２００面上における被照明領域を決定する。集光光学系１６０は本実施形態ではレンズ１６２及び１６４を含み、結像光学系１８０は本実施形態ではレンズ１８２及び１８４を含むが、これらのレンズの数は限定されない。

集光光学系１６０のレンズ１６２及び１６４の間にはハーフミラー１５２が配置されている。ハーフミラー１５２は入射光束を反射光と透過光に分割し、その一方をレチクル２００への照明光に、もう一方をレチクル２００に入射する露光量を検出器１７０にて間接的にモニターするような構成となっている。ハーフミラー１５２及び検出器１７０の配置は図１に示す限りではなく、光源部１０２からマスキングブレード１７２の間の光路中に配置されていればよい。レチクル２００の近傍には、レチクル２００と投影光学系３００との間に挿入及び取り出しが可能で、有効光源分布を測定するための検出部１９０が設けられている。

本実施例においては、図２に示す回折光学素子からプレート４００面に到る光路は、図１に示すように、１つの平面内に収まるように折り曲げミラー１５０、１５１及びハーフミラー１５２を配置している。この結果、後述するように、フィルター部材１５４の構成を簡単にすることができる。

以下、フィルター部材１５４及びσ形状補正機構１２８について説明する。

まず、図１を参照して、ミラー１５０乃至１５２がもたらす照明光学系１１０の透過率分布が不均一性について説明する。図１において、紙面に平行な断面で見た時の主光線ａ及び所定のＮＡを持った光線ｂ及びｃについて、折り曲げミラー１５０及び１５１やハーフミラー１５２がないときには、光線ｂ及びｃは光軸対称であり、Ａ面からレチクル２００面に到る光路中にて両者の透過率に差はない。また、これらのミラーがあっても各ミラーがある領域において光線ｂ及びｃが平行であれば、やはり光線ｂ及びｃの透過率に差は生じない。

しかし実際には、設計の制約（スペースや収差の最適化）により、ミラー１５０、１５１及びハーフミラー１５２に入射する角度を厳密に同一にすることは難しい。これらの光学素子の透過率（反射率）に角度特性が出ない程度のコーティングが施されていれば問題はないが、波長２５０ｎｍ以下、特に、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）程度以下になると、コーティング物質も限られ、角度特性が出ないコーティングは難しい。従って、光線ａ乃至ｃのＡ面からレチクル２００面までの透過率に差が発生することになる。

図６は、その透過率の一例を示したグラフである。また、図７は、σ分布内の２次元的な透過率例を表したものである。図７における濃度は透過率分布が不均一であることを示している。Ａ面において紙面と垂直な方向に位置する光線ｄ及びｅの各ミラーへの入射角は光線ａのそれと殆ど変わらないため、図７に示すように、σ内透過率分布はＸ方向にほぼ一定であり、Ｙ方向に変化する分布となる。このため、Ａ面においてＸＹ対称な分布を形成しても、レチクル２００面におけるσ分布はＸ方向に対してＹ方向の強度が弱い分布となる。このσ分布を使用して露光を行った場合、Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンで結像性能が変わってきてしまい、２方向のパターンで線幅差が発生する。また、レチクル以降の投影光学系にミラーを用いるカタディオ光学系の場合、レチクル２００面におけるσ分布が均一であっても、投影系ミラーによってウェハ４００面におけるσ分布が不均一になり、Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンで結像性能が変わってきてしまい、２方向のパターンで線幅差が発生する。

即ち、瞳３１０までの透過率分布が均一ではないために、有効光源分布は均一にはならなくなる。かかる問題を解決する第１の手段として本実施形態では透過率分布を均一にするフィルター部材１５４を配置することにしている。即ち、フィルター部材１５４は、照明系ミラー、投影系ミラーがもたらす透過率分布の不均一性をキャンセルするような透過率分布を有する。

フィルター部材１５４は、本実施形態では、ハエの目レンズ１５６の直前に配置されているが、この位置に限定されず、被照射面であるレチクル２００面と実質的にフーリエ変換の関係にある位置（又は瞳３１０面と共役な位置）に配置されていればよい。本実施形態は、瞳３１０までの透過率分布を均一にしようとしており、瞳３１０がレチクル２００とフーリエ変換の関係にあり、ハエの目レンズ１５６の射出面が瞳３１０と共役だからである。フィルター部材１５４は、ハエの目レンズ１５６の入射面もしくは射出面、又は、これらの面と光学的に共役な面の近傍に配置されることが可能である。フィルター部材１５４がハエの目レンズ１５６の入射面に配置されてもよい理由は、ハエの目レンズ１５６は、各レンズ素子においては、入射面と射出面とがフーリエ変換の関係であるが、ハエの目レンズ１５６全体では入射面と射出面（即ち、細分化の前後）において有効光源をほぼ維持しているからである。この意味で、フィルター部材１５４は、有効光源の基本形状を決定する面（Ａ面）又はそれと光学的に共役な位置又はその近傍に設けられていれば足り、本出願において「被照明面と実質的にフーリエ変換の関係にある位置」は有効光源の基本形状を決定する面（Ａ面）又はそれと光学的に共役な位置又はその近傍を含む概念である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に、異なる透過率分布を有するフィルター部材１５４ａ及び１５４ｂを示す。フィルター部材１５４ａはその透過率がＸ軸に対称なものであり、フィルター部材１５４ｂは、それをＹ方向に若干オフセットをもたせたものである。図８における濃度は透過率分布を示しており、光線ａ乃至ｃの各ミラーによる反射率及び透過率差をキャンセルした分布になっている。

フィルター部材１５４により、瞳３１０における透過率分布はほぼ均一な分布もしくは回転対称な分布にすることができる。照明光学系１１０の設計値（ミラーの反射特性、透過特性）により一意的にこの分布を決定して配置してもよい。代替的に、レチクル２００面にてσ分布を検出部１９０が測定し、制御部５００が複数のフィルター部材１５４の中から選択的に配置してもよい。また、大きめのフィルター部材１５４を配置し、装置毎／照明状態毎にそれをＹ方向にシフトして、それぞれ最適な位置を求めて位置を決定してもよい。

フィルター部材１５４の透過率分布を決定する方法について、図９を参照して説明する。ここで、図９は、フィルター部材１５４の透過率分布を設定するためのフローチャートである。

まず、ミラー１５０乃至１５２がない状態で照明光学系１１０が瞳３１０に均一な透過率分布を形成するように設計する（ステップ１００２）。その際、光源部１１０から被照明面としてのレチクル２００面に到る光路の光軸を１つの平面内に保つように配置することが好ましい。これにより、フィルター部材１５４の構成を一方向のみへの濃度変化フィルターのように単純にすることができるからである。

次に、投影系ミラー、照明系ミラー１５０乃至１５２を挿入することによってミラーがもたらす透過率分布の不均一性をシミュレーションによって取得する（ステップ１００４）。透過率分布の不均一性は、ミラー１５０乃至１５２の挿入前後の透過率分布を比較することによって取得することができる。必要があれば、他の要因に基づく透過率の不均一性を取得する。

次に、ステップ１００４によって測定された、投影系ミラー、照明系ミラー１５０乃至１５２がもたらす透過率分布の不均一性を補正する透過率分布をフィルター部材１５４に設定する（ステップ１００６）。

例えば、図７において、光線ａ乃至ｅに対応する位置の透過率分布がそれぞれ９５％、９０％、９０％、９５％、９５％であれば、これをキャンセルするように、光線ａ乃至ｅに対応する位置の透過率分布がそれぞれ相対的に９０％、９５％、９５％、９０％、９０％になるような透過率分布をフィルター部材１５４に設定する。このような透過率分布はフィルター部材１５４ａに当てはまる。

一方、例えば、図７において、光線ａ乃至ｅに対応する位置の透過率分布がそれぞれ９５％、９０％、９３％、９５％、９５％であれば、まず、上述のように、光線ａ乃至ｅに対応する位置の透過率分布がそれぞれ相対的に９０％、９５％、約９２％、９０％、９０％になるような透過率分布を作成し、光線ａ乃至ｅにおける透過率分布が均一になるようにそれをＹ方向に所定方向だけオフセットすることによって透過率分布を決定し、それをフィルター部材１５４に設定する。このような透過率分布はフィルター部材１５４ｂに当てはまる。上記では、Ｙ方向の３点での補正例を示したが、実際には、より細分化したポイントを測定もしくは補間し、その分布にあった（キャンセルした）分布のフィルター部材を設定することが望ましい。

フィルター部材１５４ａ及び１５４ｂは、Ｘ方向の分布は実質的に同一であり、Ｙ方向には連続的に変化する。これは、図１に示すように、有効光源の基本形状が決定されるＡ面とレチクル面の光路は、１つの平面内におさまるようミラー１５０乃至１５２を配置しているからである。上述したように、紙面と垂直な方向に位置する光線ｄ及びｅの各ミラーへの入射角は光線ａのそれと殆ど変わらないため、このようなフィルター分布にて補正が可能となる。一方向への濃度変化を持つフィルターのため、製作は容易である。例えば、金属膜等の蒸着によりこのフィルターを製作する場合、蒸着中に基板と蒸着源の間に配置された２枚の遮蔽板の位置をそれぞれ制御しながら蒸着することにより基板にこのような一方向に分布を持つフィルターを簡単に安価に製作することができる。

照明光学系１１０の配置上、Ａ面からレチクル２００面の光路を平面内に収めることができない場合、一方向に分布を持つフィルター部材１５４を２枚、分布の方向を９０°回転させて配置してもよい。もちろん、Ａ面からレチクル２００面の光路を平面内に収めることができた場合においても、分布の方向を９０°回転させて配置した２枚のフィルター部材を配置してもよい。２枚をそれぞれ独立に各分布方向にシフトさせ、それらの位置を調整してもよい。必要があればフィルター部材１５４は、２枚以上設けられてもよい。少なくとも２枚以上のフィルター部材１５４は、同一の透過率分布を有してもよいし、異なる透過率分布を有してもよい。

次に、ステップ１００６により設定された透過率分布を有するフィルター部材１５４を照明光学系１１０（の光路上）に配置する（ステップ１００８）。配置位置は、上述したように、被照明面と実質的にフーリエ変換の関係にある位置である。この結果、フィルター部材１５４の透過率分布は、ミラーがもたらす照明光学系１１０及び投影光学系３００の透過率分布の不均一性を補正するように予め設定された透過率分布を有する。

なお、照明状態が変更されるたびに制御部５００はフィルター部材１５４の切り替えを行ってもよい。照明状態の変更は、典型的には、レチクル２００面におけるσ分布を変更することを意味しているが、本実施形態は、分布自体は変わらなくても偏光状態が変わった場合も照明状態の変更に含んでいる。近年の露光装置のように投影光学系のＮＡが大きくなった場合、ウェハ面に入射する光の偏光状態により結像特性が変わってくる。従って、より微細なパターンを高ＮＡの露光で形成する場合、像質を改善するために偏光状態を制御した照明が提案されている。例えば、Ｘ方向に延びたライン＆スペースの場合、パターンを照明する照明光の偏光方向もＸ方向に特化した照明が望ましい。つまり、パターンによっては、偏光状態を切り替えることで、最適な露光を行うことが考えられる。

前述したミラーについては、一般的に、図１５に示すように角度特性以外に偏光に対する特性の違いも存在している。従って、Ａ面において同じ分布形状でも、偏光状態が違えば（特に上述のように積極的に偏光を制御した照明の場合は）、当然投影レンズの瞳３１０までの透過率分布が違ってくる。複数のフィルター部材１５４をターレットのような切り替え手段に設け、レチクル２００面にてσ分布を検出部１９０が測定し、照明状態が変更される毎に制御部５００が複数のフィルター部材１５４の中から適当なフィルター部材１５４を選択して光路上に配置してもよい。

この場合、照明光学系１００は、図１７に示すような構成を使用することができる。ここで、図１７は、偏光照明を行う場合と無偏光照明を行う場合における図１に示す照明光学系の拡大構成図である。光源部１０２がレーザーであればレーザーの直線偏光をそのまま利用することができる。また、レーザーの設置状態による出射レーザー光の偏光方向の違い、及びレーザー引き回し光学系の構成によらず、照明光学系に X偏光を一定に 入射する必要がある。そのため、出射レーザー光の偏光方向、及び偏向ミラー１０３、１０４、１１２による反射の結果、Ｙ偏向入射になる場合、λ／２位相板１１１を配置することでX偏光入射にする構成が望ましい。

位相解消板（又は位相調節板）１１３は、直線偏光をランダムな偏光に変換するためのもので無偏光照明の際に光路に挿入され、偏光照明時には光路から退避する。ミラー１５０及び１５１はブロードバンド高反射膜ミラー（ＢｒｏａｄＢａｎｄ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＢＢＨＲ）ミラーであり、ＢＢＨＲ膜は広帯域の入射角度に対して、膜で発生するＳ偏光とＰ偏光との位相差を小さく抑えるように設計されている。

１５４はＮＤフィルターであり、１５５はλ／２位相板である。本実施例では、複数の種類のＮＤフィルター１５４と複数の種類のλ／２位相板１５５が設けられており、それらは対になっている。図１８（ａ）と図１９（ａ）は異なる種類のＮＤフィルター１５４とλ／２位相板１５５の対を示している。図１８（ａ）は、タンジェンシャル偏光照明に使用されるＮＤフィルター１５４ａとλ／２位相板１５５ａの対を示す概略平面図であり、図１９（ａ）は、クロスポール偏光照明に使用されるＮＤフィルター１５４ｂとλ／２位相板１５５ｂの対を示す概略平面図である。参照番号１５４は１５４ａ及び１５４ｂを総括し、参照番号１５５は１５５ａ及び１５５ｂを総括している。

λ／２位相板１５５は、本実施例の偏光照明ではこのように有効光源の複数の領域に対して所定の偏光状態を設定する。ＮＤフィルター１５４は各領域に対応したフィルター部材で構成されており、各フィルター部材はミラーがもたらす光の偏光状態の差による 透過率分布の不均一性を補正するように予め設定されている。

図１８（ｂ）と図１９（ｂ）は、図６に対応し、ＮＤフィルター１５４ａ及び１５４ｂの入射角度に依存した透過率分布を示している（グラフの縦軸は透過率を表す）。ＮＤフィルター１５４ａに設定される透過率分布の一例を図１８（ｃ）に示す。例えば、図１８（ａ）に示すように同一の偏光状態Ａ及びＥが設定されているにも拘らずＮＤフィルター１５４ａの領域ａとｅに対しては図１８（ｃ）において９６％と開口（１００％）の透過率分布を設定しているのは図１８（ｂ）に示す透過率の角度依存性を考慮しているためである。 本実施例で一つのフィルターの透過率が一定に設定されているのは、偏光照明の場合には、ダイポール照明のように変形照明が通常使用され、変形照明ではダイポールなどの限られた領域を使用するため、一つの領域内（フィルター内）で実際に使用する領域での入射角度による透過率差が小さいためである。しかし、一つのフィルター内で角度依存特性を考慮するかしないかは選択的である。

このように、位相板１５５を用いて瞳の異なる領域に異なる偏光状態を発生させる場合、領域ごとに異なる透過率を示すミラーの影響を、各領域の偏光状態に適したフィルター部材１５４を設けることによって補正することができる。図１においては、作図の便宜上、制御部５００はフィルター部材１５４に接続されていないが、制御部５００は図示しない切り替え手段を介してフィルター部材１５４を制御することができる。フィルター部材１５４と位相板１５５は対で交換される。このように、ステップ１００８はフィルター部材１５４の初期配置に限られない。

検出部１９０は、例えば２つのセンサーを使用し偏光成分毎（例えば、Ｘ方向偏光成分とＹ方向偏光成分）に計測可能な構成をとることも可能である。もちろん、有効光源検出器の位置はこの位置に限ったものではなく、例えば、ウェハステージ上に配置しても良い。また、光量検出機１７０の位置に配置してもよい。ただし、この位置での検出については、ハーフミラー１５２の反射／透過特性やミラー１５１の反射特性が反映されていないため、これらの特性を考慮し、再計算した上で、被照射面での有効光源分布を算出する必要がある。

フィルター部材１５４は、光学的な濃度分布が変化する光学フィルターに限定されず、例えば、図８（ｃ）のフィルター部材１５４ｃのように、メカニカルな遮光部１５５（Ｙ方向にピッチや遮光幅がちがうもの）を使用してもよい。図８（ｃ）において、黒い線が遮光部１５５であり、白い領域が光透過部である。但し、メカニカルな遮光部材をハエの目レンズ１５６の直前に配置すると、その構造がハエの目レンズ１５６の入射面に現われ、その影響が被照明面における照度分布やσ分布の照射位置に対するばらつきに現われてしまう。このため、その細密な構造がハエの目レンズ１５６の入射面に現われない程度に、ハエの目レンズ１５６の入射面から所定量だけ離して配置することが望ましい。

メカニカルなフィルター１５４は、特にＥＵＶを光源とする露光装置のように屈折部材が使えない（ミラーのみの）光学系に特に有効である。ＥＵＶ露光装置の構成は、上述してきたものとは全く異なり、光源から照射面まで基本的にはミラーによる反射光学系になっている。ミラーを多用しているため、有効光源の非対称性が発生しやすい。したがって、１５４のようなメカニカルなフィルターを照明面の瞳面近傍に１枚もしくは複数枚装着することにより非対称性を補正することができる。

以上、光束形状変換手段１２０の中に回折光学素子が含まれた構成にて説明をしたが、本実施形態の趣旨は、投影系ミラー、照明系ミラー１５０乃至１５２がもたらす、もしくは、他の要因で発生するσ分布の非対称性を補正することであって、必ずしも回折光学素子は必須の構成ではない。図１に示すように、Ａ面において制御された所定の光形状分布を形成する光学系であれば、本実施形態を適用できることは明らかである。

また、理想のσ分布から遠ざけることも可能である。例えば、レチクルパターン自体に線幅に方向差があったり、投影レンズの収差要因でパターンの方向差がでたり、露光装置１において、走査方向とそれに垂直な非走査方向で露光された線幅に差が発生している場合、実際に露光されたパターンの方向差を補正するようなフィルターを選択すればよい。瞳３１０までの透過率分布が均一ではないために有効光源分布は均一にはならないという問題を解決する第２の手段としては、有効光源を変更して被照明面における積算強度を均一にすることである。このため、本実施形態は、σ形状補正機構１２８を設けている。σ形状補正機構１２８はフィルター部材１５４と同時に適用してもよいし、両者はそれぞれ単独で適用されてもよい。

好ましい実施形態においては、調整時間の短縮と調整の容易化のため、投影系ミラー、照明系ミラー１５０乃至１５２など照明状態によらない固定のσ分布の透過率は、できるだけフィルター部材１５４で補正し、照明状態毎の微補正をσ形状補正機構１２８で行うのがよい。σ形状補正機構１２８は、照明面におけるσ分布を理想に近づけることが可能である。特に、偏光状態を制御した照明を行う場合は、ミラー、ハーフミラー、反射防止膜によるσ分布の非対称性が発生しやすくなるため、偏光状態の変更に伴って、σ形状補正機構１２８により適切な状態に調整することができる。

また、理想のσ分布から遠ざけることも可能である。例えば、レチクルパターン自体に線幅に方向差があったり、投影レンズの収差要因でパターンの方向差がでたり、露光装置１において、走査方向とそれに垂直な非走査方向で露光された線幅に差が発生している場合、σ形状補正機構１２８により、σ分布の対称性を変更して最終的に露光されるパターンの線幅の方向差を補正することができる。

以下、図１０を参照して、σ形状補正機構１２８の作用について説明する。ここで、図１０は、光束形状変換手段１２０がＡ面に均一な光強度分布を形成する場合のσ形状補正機構１２８の動作とＡ面での光強度分布（紙面で切った断面図）を示す図である。図中の各参照番号は図１に対応している。光束形状変換手段１２０から射出された光束により、Ａ面に所定の形状の分布が形成される。光束形状変換手段１２０の中に２つ以上のオプティカルインテグレータ（ハエノメレンズ、内面反射型インテグレータ、回折光学素子等、及び、それらの組み合わせ）を構成することにより、Ａ面では分布が制御された所望の形状分布であるだけでなく入射光線の角度特性も制御された分布となっている。もちろん、光源からの光束が振れても、分布、角度特性とも一定に維持される。σ形状補正機構１２８は、遮光部１２９ａ、１２９ｂを有する。

図１０（ａ）においては、σ形状補正機構１２８の遮光部１２９ａ及び１２９ｂは、Ａ面近傍に配置され、光束形状変換手段１２０からの光束を制限しない状態に設定されている。従って、Ａ面における光強度分布は均一なままである。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態において遮光部１２９ａを光束中に挿入した状態である。遮光部１２９ａが光束を遮蔽するためにＡ面での分布は一部が欠損した状態となる。Ａ面での分布は、その後、必要に応じて光束変更手段１３０により別の形状に変換されるが、ハエの目レンズ１５６の入射面、つまり、σ分布は、Ａ面での分布形状に応じて一部が欠損した状態となる。このように、σ形状補正機構１２８の状態を変更することにより、σ分布を変更することができる。例えば、遮光部１２９ａと同様に、遮光部１２９ｂを光路に挿入することにより、２つの直交する方向へのσ分布（大きさ）を変更することができる。遮光部１２９ａの移動は、例えば、検出部１９０の出力を基に制御部５００が行う。制御部５００は、前記有効光源の分布が所定の分布からずれたかどうかを判断し、判断結果に基づいて絞り１２８により有効光源を変更する。例えば、透過率が不均一の場合にはレチクル２００面における有効光源分布の光軸から複数の方向への積算強度がほぼ均一になるように遮光部１２９ａの移動を制御する。

図１０（ｃ）は、σ形状補正機構１２８の遮光部１２９ａ及び１２９ｂをＡ面から離して配置した場合を示している。この場合、Ａ面での分布は、図１０（ｂ）に示すような一部が欠損した形状ではなく、外形を維持した状態で一部の強度を落とした分布を形成する。最終的なσ分布において、外形を変えずに一部の強度を落としたい場合にはこのような構成が好ましい。遮光部１２９ａの移動は、図１０（ｂ）と同様に、検出部１９０の出力を基に制御部５００が行う。このように、σ形状補正機構１２８の遮光部を調節することによって簡単な構成で一部の強度を変えることができる。σ形状補正機構１２８のＡ面からの位置は、このように必要に応じて変更してもよいし、どこかに固定されてもよい。また、σ形状補正機構１２８が配置される位置は、上記Ａ面近傍に限らず、例えば、ハエの目レンズ１５６の入射面近傍でもよい。

図１１は、σ形状補正機構１２８の構成例を示す概略平面図である。図１１（ａ）は、それぞれ独立に駆動可能な４枚の遮光部１２９ｃにより構成されたσ形状補正機構１２８ａを示している。例えば、図１の測定部１９０からの出力を制御部５００が取得し、その情報に基づいて有効光源形状のＸＹ差が最小になるように各遮光部１２９ｃの位置を動かしてもよい。代替的に、露光結果により、各遮光部１２９ｃの位置を変えて露光後のパターン方向差が最小になるように設定してもよい。

σ形状補正機構１２８ａの駆動によりレチクル２００面でのテレセン度（光線の垂直性）が変わってしまう場合には、例えば、光束形状変換手段１２０の一部のレンズ（光学系１２６の一部のレンズ）や変倍可能な結像光学系１４０の一部のレンズを光軸から偏心させて調整してもよい。もちろん、σ形状補正機構１２８ａそのものでテレセン調整を行うことも可能である。σ形状補正機構１２８ａにより、σ分布の偏心や非対称性の低減が可能となる。

図１１（ｂ）は、８枚の独立駆動可能な遮光部１２９ｄを用いたσ形状補正機構１２８ｂを示している。σ形状補正機構１２８ｂは、多方向の補正を与えることができる。図１１（ｃ）は４枚の遮光部１２９ｅの遮光エッジを曲線状に形成したσ形状補正機構１２８ｃを示している。通常、σ分布は円形もしくは輪帯形をベースにしており、それらの形状に適合している。

また、偏光照明においても、フィルター部材１５４の代わりに、若しくは、フィルター部材と共に、絞り１２８を使用することができる。この場合、図１８（ａ）に示すフィルター部材１５４ａと位相板１５５ａに対してσ形状補正機構１２８ｂや図１６（ａ）に示すσ形状補正機構１２８ｄの絞りを使用することができる。また、図１８（ｂ）に示すフィルター部材１５４ｂと位相板１５５ｂに対して図１６（ｂ）に示すσ形状補正機構１２８ｅの絞りを使用することができる。σ形状補正機構１２８ｄ及びｅの機能はσ形状補正機構１２８ａ乃至ｃと同様である。

σ形状補正機構１２８ａ乃至ｅにより有効光源を調整すると、遮光部を中央に移動した方向の実効的なコヒーレンスファクターσが小さくなる。つまり、方向差を少なくするために、実効的なコヒーレンスファクターσを小さい方に揃えることになる。この場合、平均的にσの大きさが小さくなってしまうことが考えられる。それを補正するために、変倍可能な結像光学系１４０の倍率を大きくしてσの平均的な大きさを調整することができる。

また、σ形状補正機能を使って、形状の微小補正だけでなく、積極的に有効光源を変更することも可能である。例えば、輪帯照明や４重極照明の状態から、この機構を使って２重極状の照明状態を作ることができる。

レチクル２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２００から発せられた回折光は、投影光学系３００を通りプレート４００上に投影される。レチクル２００とプレート４００は、光学的に共役の関係にある。本実施態様の露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式である（「ステッパー」とも呼ばれる。）ため、レチクル２００とプレート４００を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル２００のパターンをプレート４００上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクル２００とプレート４００を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系３００は、レチクル２００上のパターンを反映する光をプレート４００上に投影する光学系である。投影光学系３００は、開口絞り３１０を有し、任意の開口数（ＮＡ）に設定することができる。開口絞り３１０は、プレート４００における結像光線のＮＡを規定する開口径を可変とし、必要に応じてＮＡを変えるべく、かかる開口径が変更される。本実施形態において、コヒーレンスファクターσは、ハエの目レンズ１５６が形成する複数の光源の開口絞り３１０の位置での像の大きさと開口絞り３１０の開口径の比率ともいえる。

Ｂ面（複数の多光源が形成される面）と径可変の開口絞り３１０は、光学的にほぼ共役な位置に配置されており、実質的にこのＢ面での分布がプレート４００面におけるσ分布又は有効光源となる。Ｂ面に絞り１５８が装着されている場合には、絞り１５８により制限されない分布がσ分布となる。また、Ｂ面に絞り１５８がなく、かつ、ハエの目レンズ１５６が十分に細かい（一方向に数十列以上）状態であれば、光束形状変換手段１２０、光束変更手段１３０及び結像光学系１４０の組み合わせにより形成されたハエの目レンズ１５６の入射面での分布が実質的なσ分布となる。

絞り１５８の位置はＢ面近傍に限定されない。例えば、絞り１５８は、Ａ面に光束変更手段１３０と共にターレット等の切り替え手段によって選択的に光路に挿入されてもよいし、ハエの目レンズ１５６の直前に配置されてもよいし、これらの複数の位置に同時に配置されてもよい。例えば、放射方向（大きさを制限する方向）に制限を持たず、四重極等の開口角のみ変更可能な機構をもつ絞りを光束変更手段１３０の位置に選択的に配置し、大きさを制限する虹彩絞りをハエの目レンズ１５６の直前に配置し、Ｂ面に選択的に固定絞りを配置し、この組み合わせにより所望のσ分布を作ることも可能である。このように機能を分担した絞りを複数の位置に配置し、変更／切り替えを行うことにより、より多様なσ条件に対応可能となる。

投影光学系３００は、本実施形態では、複数のレンズ素子３２０及び３２２を有する光学系であるが、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。投影光学系３００の色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。このようなカタディオプトリック光学系では、例え照明系１１０で発生する透過率分布の不均一性を補正しても、投影系内の凹面鏡により投影レンズの瞳３１０で透過率分布の不均一性が発生する。そのため、照明系ミラー、投影系ミラー両者により発生する透過率分布の不均一性をキャンセルするようなフィルター、絞りを配置する必要がある。別の実施例では、投影光学系３００の最終面とプレート４００との間には（純粋などの）液体が満たされる。このようないわゆる液浸型投影露光装置では高ＮＡ化のために偏光制御の効果が特に大きい。

プレート４００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板やその他の被処理体を広く含む。プレート４００には、フォトレジストが塗布されている。

プレートステージ４５０は、プレート４００を支持する。プレートステージ４５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プレートステージ４５０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート４００を移動することができる。レチクル２００とプレート４００は、例えば、同期走査され、プレートステージ４５０と図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。プレートステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、図示しないレチクルステージ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

露光においては、光源部１１０から発せられた光束が、照明光学系１２０によりレチクル２００を、例えば、ケーラー照明する。レチクル２００を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３００によりウェハ４００上に結像される。露光装置１は、フィルター部材１５４及び／又はσ形状補正機構１２８により所望の有効光源を形成しているので、高解像度で性能に優れたデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

フィルター部材１５４とσ形状補正機構１２８の併用について簡単に述べたが、以下、具体的な例を記載する。

まず、フィルター部材１５４の選定について述べる。上述したように、フィルター部材１５４は、有効光源分布に依らない固定の非対称性（ミラーにより発生する非対称性）を補正するものを装着するのが望ましい。装着するフィルター１５４の透過率分布は、以下のいずれかの方法で決定される。

第１の方法は、Ａ面から非照射面までに配置されるミラーの設計値や製作後の反射（又は透過）特性を計測した結果を用いて、σ分布内の透過率分布を算出し、その分布をキャンセルするような分布のフィルターを選択する。

第２の方法は、Ａ面にて有効σ領域をできるだけ均一にした分布をハエの目入射面に照射し、被照射面にて実際の有効光源分布を測定する。Ａ面に入射し、ミラーが無い時に予想される被照射面での有効光源分布（設計値有効光源分布）と実際の有効光源分布を比較し、実際の有効光源分布が設計値有効光源分布とほぼ同一になるような分布のフィルターを選択する。

第３の方法は、代表的な照明モード（外側のσが大きい輪帯照明等）にて、実際に２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）のパターンを露光し、露光結果から、Ｘ方向、Ｙ方向のパターンがほぼ同一寸法になるフィルターを選択する。

上記のような決定方法により、フィルター部材１５４が選定される。例えば、偏光状態を制御する照明光学系の場合は、偏光状態毎に、上記フィルターを選定してもよい。偏光状態を制御する照明系の場合、その偏光状態は、図１４（ａ）乃至図１４（ｅ）に示すように、５つに大別される。ここで、図１４はσ分布内の光束の偏光状態を表したものである。図１４（ａ）は、通常の無偏光照明（もしくは円偏光照明）を示している。図１４（ｂ）は、Ｙ方向直線偏光照明を示している。図１４（ｃ）は、Ｘ方向直線偏光照明を示している。図１４（ｄ）は、接線方向に偏光している照明を示している。図１４（ｅ）は、放射方向に偏光している照明を示している。

それぞれの偏光状態に対して、１枚のフィルターを用意し、それらをターレットに配置し、設定する偏光状態に応じて、それらを切り替えてもよい。もちろん、偏光状態によらずに、例えば無偏光状態に最適化されたフィルターのみを装着するようにしても良い。

また、図１６に示すように複数の位相板を用いて瞳の異なる領域に異なる偏光状態を発生させる構成も考えられる。この場合、ミラーなどの影響で領域ごとに異なる透過率を示すことになるが、各領域の偏光状態に適したフィルターを各領域に設け瞳全体の透過率分布を補正する構成が望ましい。また、偏光状態を変更する毎に透過率分布が変わるので、偏光状態が変化するのと同時に、つまり位相板が変化するのと同時に、フィルターを各偏光状態に適した物に交換したり組み合わせたりする構成が好ましい。例えば、露光に用いる数種類の偏光状態が分かっており、その偏光状態を形成する数種類の位相板をターレットのようなもので予め用意していれば、その位相板を用いる際に発生する偏光状態から最適なフィルターを調べておき、位相板ターレットと同期して動くターレットにそのフィルターを設置しておくことで、位相板ターレットを動かし偏光状態を変更するのと同時に、その偏光状態に適したフィルターが変更される構成が望ましい。

次に、σ形状補正機構１２８の設定について述べる。σ形状補正機構は、照明状態の変更に応じて、それぞれの位置に設定される。設定方法は以下のいずれかで決定される。

第１の方法においては、σ形状補正機構１２８により光線を制限しない状態で、検出器１９０等により有効光源分布を測定する。測定された有効光源分布を複数（例えば四つ）の領域に分割し、その複数の部分の光量比を測定する。光量比が所望の値になるように、σ形状補正機構１２８のそれぞれの遮光部を駆動する。

第２の方法においては、σ形状補正機構１２８により光線を制限しない状態で、複数（例えば２方向）に延びた複数パターンの露光を行う。それぞれのパターンの線幅の差が、所望の差になるように、σ形状補正機構１２８のそれぞれの遮光部を駆動する。
上記は２つの手段を併用する場合について記載したが、もちろん単独に使用しても、かなりの効果がある。

また、偏光状態を制御する照明光学系の場合は、偏光状態毎に、上記遮光部を駆動してもよい。偏光状態を制御する照明系の場合、その偏光状態は、図１４（ａ）乃至図１４（ｅ）に示す通りで、それぞれの偏光状態に対して、遮光部を駆動してもよい。もちろん、偏光状態によらずに、例えば無偏光状態に最適化された位置に遮光部を駆動してもよい。

また、図１６に示すように複数の位相板を用いて瞳の異なる領域に異なる偏光状態を発生させる構成も考えられる。この場合、ミラーなどの影響で領域ごとに異なる透過率を示すことになるが、各領域の偏光状態に適した位置に遮光部を駆動し、有効光源外形を補正したり、外形を変更せずに強度分布を補正してもよい。
また、偏光状態を変更する毎に透過率分布が変わるので、偏光状態が変化するのと同時に、つまり位相板が変化するのと同時に、絞りを各偏光状態に適した絞り形状にする構成が好ましい。

例えば、露光に用いる数種類の偏光状態が分かっており、その偏光状態を形成する数種類の位相板をターレットのようなもので予め用意していれば、その位相板を用いる際に発生する偏光状態から最適な絞り形状（遮光板の幅、位置）、絞り構成（遮光板の数）、を調べておき、位相板ターレットと同期して動くターレットにその絞りを設置しておき、位相板ターレットを動かし偏光状態を変更するのと同時に、その偏光状態に適した絞りが変更される構成が望ましい。また、偏光状態が微小に変化した場合などには、その都度遮光部を駆動する構成が望ましい。

次に、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本実施形態の露光装置１は、有効光源の基本形状を形成する面（Ａ面）からレチクル２００面までの光路を一の平面内に収めるミラー配置を採用している。加えて、露光装置１は、有効光源形成面近傍にそのミラー特性を補正するフィルター部材１５４を配置し、製造が簡単な構成でσ分布を光軸に関して対称にし、有効光源要因の露光パターンの方向差を抑えている。また、露光装置１は、Ａ面の近傍に、複数の独立駆動可能な遮光部を有するσ形状補正機構１２８を配置し、σ形状を変更可能としている。また、照明光学系以外の要因で発生する露光パターンの方向差を軽減することができる。更に、露光装置１は、照明状態を決定する遮光部材（固定絞り、可変開口角絞り、虹彩絞り、σ形状補正機構等）を複数の個所に配置し、機能を分担することにより、より多様な照明状態を形成することを可能にしている。

本発明の一側面としての露光装置の概略構成図である。 図１に示す露光装置の光束形状変換手段の概略構成図である。 図１に示す露光装置における光束変更手段の動作を説明するための概略平面図である。 図１に示す光束変更手段の別の動作を説明するための概略平面図である。 図１に示す光束変更手段の更に別の動作を説明するための概略平面図である。 図１に示す露光装置におけるミラーによる透過率分布の不均一性を説明するためのグラフである。 図１に示す露光装置におけるミラーによる透過率分布の不均一性を説明するための概略平面図である。 図１に示す露光装置のフィルター部材の概略平面図である。 図１に示す露光装置における照明方法の一例を示すフローチャートである。 図１に示す露光装置のσ形状補正機構の動作を説明するための概略図である。 図１０に示すσ形状補正機構の概略平面図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 有効光源分布内の光束の偏光状態の例を示した図である。 図１に示す露光装置におけるミラーによる偏光状態の透過率分布の不均一性を説明するためのグラフである。 偏光照明の際に瞳内に異なる偏光状態を発生させる場合の位相板構成、及びフィルター部材、絞りによる有効光源補正の例をしめした図である。 偏光照明を行う場合と無偏光照明を行う場合における図１に示す照明光学系の拡大構成図である。 タンジェンシャル偏光照明におけるフィルターの透過率分布を設定する方法を説明する図である。 クロスポール偏光照明におけるフィルターの透過率分布を設定する方法を説明する図である。

符号の説明

１ 露光装置
１１０ 照明光学系
１２０ 光束形状変換手段
１２８ σ形状補正機構
１５０、１５１ 折り曲げミラー
１５２ ハーフミラー
１５４ フィルター部材
１５６ 有効光源形成手段（ハエの目レンズ）
１５８ 絞り
２００ レチクル
３００ 投影光学系
３１０ 開口絞り
４００ プレート

Claims (24)

1. 光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、
   前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光束形状変換手段により変換された光束の一部を遮光する遮光部材を有し、
   前記遮光部材は、
   前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に配置されており、
   それぞれ独立して移動可能であり、中央に開口を形成するように設けられた複数の遮光部を有し、
   前記有効光源の形状の変更に応じて、前記複数の遮光部を移動することを特徴とする照明光学系。
2. 光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光束形状変換手段により変換された光束の一部を遮光する遮光部材と、
   前記有効光源の偏光状態を設定する偏光設定手段とを有し、
   前記遮光部材は、
   前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に配置されており、
   それぞれ独立して移動可能であり、中央に開口を形成するように設けられた複数の遮光部を有し、
   前記有効光源の形状及び偏光状態のうち少なくとも一方の変更に応じて、前記複数の遮光部を移動することを特徴とする照明光学系。
3. 前記複数の遮光部は、前記照明光学系の光軸と垂直な方向に移動可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
4. 光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、
   前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する複数の遮光部材とを有し、
   前記遮光部材は、中央に開口を形成するように設けられ、
   前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記複数の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されており、
   前記複数の遮光部材の各々は、前記照明光学系の光軸方向における互いに異なる位置に配置され、前記照明光学系の光路に対して挿脱可能であることを特徴とする照明光学系。
5. 前記被照射面とフーリエ変換の関係にある第１の面の近傍で挿脱可能な第１の遮光部材と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある第２の面の近傍で挿脱可能な第２の遮光部材とを有することを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
6. 前記第１の遮光部材を複数有し、
   該複数の第１の遮光部材は、前記照明光学系の光路内において切り替えて配置されることを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記第２の遮光部材を複数有し、
   該複数の第２の遮光部材は、前記照明光学系の光路内において切り替えて配置されることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、
   前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、
   前記光源からの光束の一部を遮光し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍において、前記照明光学系の光路に対して挿脱可能な第１の遮光部材と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光し、それぞれ独立して移動可能な複数の遮光部を有する第２の遮光部材とを有し、
   前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材の複数の遮光部は、中央に開口を形成するように設けられ、
   前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されていることを特徴とする照明光学系。
9. 光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束を変換し、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面において所定の光束形状を形成する光束形状変換手段と、
   前記光束形状変換手段からの光束を入射光として、有効光源を形成する有効光源形成手段と、
   前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面の近傍に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する複数の遮光部材とを有し、
   前記光束形状変換手段と前記有効光源形成手段との間に、前記複数の遮光部材のうち少なくとも１つが配置されており、
   前記複数の遮光部材の各々は、それぞれ独立して移動可能な複数の遮光部を有し、
   前記複数の遮光部は、中央に開口を形成するように設けられていることを特徴とする照明光学系。
10. 前記複数の遮光部材のうちの１つは虹彩絞りであることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
11. 前記挿脱可能な第１の遮光部材は虹彩絞りであることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
12. 前記複数の遮光部材のうちの１つにより、前記有効光源の開口角が定められることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
13. 前記挿脱可能な第１の遮光部材により、前記有効光源の開口角が定められることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
14. 前記有効光源の偏光状態を設定する偏光設定手段とを有することを特徴とする請求項４、８及び９のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
15. 前記遮光部材は、絞りであることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の露光装置。
16. ミラーを有し、被露光体を露光する露光装置に使用され、光源からの光束を用いて被照射面を照明する照明光学系であって、
    前記被照射面に、前記光束の入射角分布として有効光源を形成する光束形状変換手段と、
    前記照明光学系の光軸に沿って移動可能に配置される絞りとを有し、
    前記絞りは、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある位置の近傍に配置されることを特徴とする照明光学系。
17. 前記絞りは、複数の独立駆動可能な遮光部を有することを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
18. 前記遮光部は、前記有効光源の形状を変更することを特徴とする請求項１７に記載の照明光学系。
19. 前記遮光部は、前記有効光源の形状を変更せずに前記有効光源の強度を変更することを特徴とする請求項１７に記載の照明光学系。
20. 前記有効光源の複数の領域に前記光束の所定の偏光状態を設定する偏光設定手段を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の照明光学系。
21. 前記複数の遮光部は、偏光状態に応じて移動されることを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
22. 前記複数の遮光部は、有効光源に応じて移動されることを特徴とする請求項１７に記載の照明光学系。
23. 光源からの光束を用いて被照射面に配置されたレチクルを照明するための請求項１乃至２２の何れか１項に記載の照明光学系と、
    被露光体上にレチクルのパターンを投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
24. 請求項２３に記載の露光装置を用いて、被露光体を露光するステップと、露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。