CN108107685A - 曝光装置、曝光方法、器件制造方法及评价方法 - Google Patents

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Abstract

例如通过遍及光瞳亮度分布的大致整体的离散性微小调制，可靠且迅速地改善光瞳亮度分布。包含：第5工序，使用由第1工序至第4工序构成的评价方法，求出通过形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布得到的指标值；第6工序，按单位光瞳区域求出在前面的工序中求出的离散数据中、指标值的单位变化量；第7工序，利用使用单位变化量的改善方法，以使指标值接近目标指标值的方式求出调制后的离散数据；以及第8工序，使用由第1工序至第4工序构成的评价方法，求出与在第7工序中求出的调制后的离散数据对应地得到的指标值，通过重复第6工序至第8工序直到与调制后的离散数据对应地得到的指标值的误差收敛在容许范围内，改善应形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。

Description

曝光装置、曝光方法、器件制造方法及评价方法
本申请是PCT国际申请号为PCT/JP2013/062554、申请日为2013年4月30日、国家申请号为201380033974.3、发明名称为“光瞳亮度分布的评价方法和改善方法、照明光学系统及其调整方法、曝光装置、曝光方法以及器件制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光瞳亮度分布的评价方法和改善方法、照明光学系统及其调整方法、曝光装置、曝光方法以及器件制造方法。
背景技术
在用于制造半导体元件等器件的曝光装置中，从光源射出的光经由作为光学积分器的蝇眼(fly eye)透镜，形成由许多光源构成的作为实质性面光源的二次光源(一般来说，照明光瞳上的预定的光强度分布)。以下，将在照明光瞳上的光强度分布称为“光瞳亮度分布”。照明光瞳被定义为如下位置：通过照明光瞳与被照射面(在曝光装置的情况下为掩模或晶片)之间的光学系统的作用，被照射面成为照明光瞳的傅里叶变换面的位置。
来自二次光源的光在由聚光光学系统聚光后，重叠地对形成有预定图案的掩模进行照明。透射过掩模的光经由投影光学系统而成像在晶片上，并在晶片上投影曝光(转印)掩模图案。形成在掩模上的图案被微细化，为了将该微细图案正确地转印在晶片上，在晶片上获得均匀的照度分布是不可缺少的。
以往已知有如下照明光学系统：使用由多个微小的反射镜部件构成的可动多反射镜来实现期望的光瞳亮度分布，所述多个微小的反射镜部件呈阵列状排列且被独立地驱动控制倾斜角和倾斜方向。在该照明光学系统中，由于使用了作为空间光调制器的可动多反射镜，与光瞳亮度分布的外形形状和分布的变更相关的自由度高，并能够精度良好地实现光瞳亮度分布，所述光瞳亮度分布具有根据应转印的图案的特性而适当决定的复杂的外形形状和分布。
但是，实际形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布由于各种原因而与设计上的光瞳亮度分布稍微不同，或者光瞳亮度分布以外的光学特性与设计了光瞳亮度分布的条件不同，从而难以达成与设计上的光瞳亮度分布相应的期望的成像性能。因此，为了使与实际的光瞳亮度分布相应的成像性能接近与设计上的光瞳亮度分布相应的期望的成像性能，提出了进行光瞳亮度分布的最优化的方法(参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/102109号小册子
发明内容
发明要解决的问题
在以往的光瞳亮度分布的最优化方法中，由于用函数表现光瞳亮度分布，能够用比较少的参数，以比较良好的预测性来最优化光瞳亮度分布。然而，不能说充分发挥了由多个微小的反射镜部件构成的空间光调制器原本具备的与光瞳亮度分布的外形形状和分布的变更相关的高自由度。
本发明鉴于前述问题而做出，其目的在于提供一种例如通过光瞳亮度分布的离散性微小调制，能够可靠且迅速地改善光瞳亮度分布的改善方法。另外，本发明的目的在于提供一种照明光学系统，其使用可靠且迅速地改善光瞳亮度分布的改善方法，能够以期望的成像性能为目标适当地调整光瞳亮度分布。另外，本发明的目的在于提供一种曝光装置，其使用适当地调整光瞳亮度分布的照明光学系统，能够在适当的照明条件下进行良好的曝光。
用于解决问题的手段
为了解决所述问题，在第1方式中，提供一种评价形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的方法，所述照明光学系统向成像光学系统供给照明光，所述成像光学系统将配置在第1面上的图案的像形成在第2面上，其特征在于，包含：
第1工序，按单位光瞳区域求出利用从多个单位光瞳区域的各区域供给的单位亮度水平的光形成在所述第2面上的单位强度分布，所述多个单位光瞳区域是假想地分割所述照明光瞳而得的区域；
第2工序，按照如下的三维模型求出近似的所述光瞳亮度分布的离散数据，所述三维模型是所述多个单位光瞳区域的各区域分别具有用所述单位亮度水平的倍数来表示的亮度水平；
第3工序，基于在所述第1工序中按单位光瞳区域求出的多个所述单位强度分布、和在所述第2工序中求出的所述离散数据，求出由所述光瞳亮度分布形成在所述第2面上的空间像的光强度分布；以及
第4工序，基于在所述第3工序中求出的所述空间像的光强度分布，求出由所述光瞳亮度分布得到的成像特性的指标值。
在第2方式中，提供一种改善应形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的方法，所述照明光学系统向成像光学系统供给照明光，所述成像光学系统将配置在第1面上的图案的像形成在第2面上，其特征在于，包含：
第5工序，使用第1方式的评价方法，求出利用以基准性光瞳亮度分布为目标形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布得到的指标值；
第6工序，按单位光瞳区域求出在前面的工序中求出的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的所述指标值的单位变化量；
第7工序，利用使用在所述第6工序中按单位光瞳区域求出的多个所述指标值的单位变化量的改善方法，以使利用根据在前面的工序求出的离散数据调制后的离散数据而得到的指标值接近目标指标值的方式求出所述调制后的离散数据；以及
第8工序，使用第1方式的评价方法，求出与在所述第7工序中求出的所述调制后的离散数据对应地得到的指标值，
通过重复所述第6工序至所述第8工序直到与所述调制后的离散数据对应地得到的指标值与所述目标指标值之差收敛在容许范围内，从而改善应形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布。
在第3方式中，提供一种利用来自光源的光对被照射面进行照明的照明光学系统的调整方法，其特征在于，包含：
使用第2方式的改善方法，改善应形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布；以及
以所述改善后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布。
在第4方式中，提供一种评价形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的方法，所述照明光学系统向成像光学系统供给照明光，所述成像光学系统将配置在第1面上的图案的像形成在第2面上，其特征在于，包含：
第1工序，按单位光瞳区域求出利用从多个单位光瞳区域的各区域供给的单位亮度水平的光形成在所述第2面上的单位强度分布，所述多个单位光瞳区域是假想地分割所述照明光瞳而得的区域；
第2工序，按照如下的三维模型求出基准性光瞳亮度分布的离散数据，所述三维模型是所述多个单位光瞳区域的各区域分别具有用所述单位亮度水平的倍数来表示的亮度水平；
第3工序，基于在所述第1工序中按单位光瞳区域求出的多个所述单位强度分布、和在所述第2工序中求出的所述基准性光瞳亮度分布的离散数据，求出由所述基准性光瞳亮度分布形成在所述第2面上的空间像的光强度分布；
第4工序，基于在所述第3工序中求出的所述空间像的光强度分布，求出由所述基准性光瞳亮度分布得到的成像特性的指标值；以及
第5工序，按单位光瞳区域求出所述基准性光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时得到的所述指标值的单位变化量。
在第5方式中，提供一种利用来自光源的光对被照射面进行照明的照明光学系统的调整方法，其特征在于，包含：
使用第4方式的评价方法，评价形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布；以及
基于所述评价的结果调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布。
在第6方式中，提供一种照明光学系统，其特征在于利用第3方式或第5方式的调整方法调整而成。
在第7方式中，提供一种利用来自光源的光对被照射面进行照明的照明光学系统，其特征在于，包括：
光瞳分布测量装置，测量形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布；
光瞳调整装置，调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布；以及
控制部，为了以使用第2方式的改善方法改善后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布，控制所述光瞳调整装置。
在第8方式中，提供一种利用来自光源的光对被照射面进行照明的照明光学系统，其特征在于，包括：
光瞳分布测量装置，测量形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布；
光瞳调整装置，调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布；以及
控制部，为了使用第4方式的评价方法调整形成在所述照明光瞳上的光瞳亮度分布而控制所述光瞳调整装置。
在第9方式中，提供一种曝光装置，其特征在于，包括用于对预定图案进行照明的第6方式、第7方式或第8方式的照明光学系统，并将所述预定图案曝光在感光性衬底上。
在第10方式中，提供一种曝光方法，利用照明光学系统照明预定图案，并经由投影光学系统将所述预定图案曝光在感光性衬底上，所述照明光学系统利用第3方式或第5方式的调整方法调整而成，其特征在于，
调整所述投影光学系统的数值孔径、所述感光性衬底相对于所述投影光学系统的散焦量以及所述投影光学系统的波前像差中的至少一个，使得成像特性的指标值接近所述目标指标值。
在第11方式中，提供一种器件的制造方法，其特征在于，包含：使用第9方式的曝光装置或第10方式的曝光方法，将所述预定图案曝光在所述感光性衬底上；以及
将转印有所述预定图案的所述感光性衬底显影，在所述感光性衬底的表面上形成与所述预定图案对应的形状的掩模层；以及
经由所述掩模层加工所述感光性衬底的表面。
发明的效果
在按照实施方式的光瞳亮度分布的改善方法中，例如通过光瞳亮度分布的离散性的微小调制，能够可靠且迅速地改善光瞳亮度分布从而能够得到与期望的成像性能充分接近的成像性能。在实施方式的照明光学系统中，使用可靠且迅速地改善光瞳亮度分布的改善方法，能够以期望的成像性能为目标而适当地调整光瞳亮度分布。在实施方式的曝光装置中，使用适当地调整光瞳亮度分布的照明光学系统，能够在适当的照明条件下进行良好的曝光，进而能够制造良好的器件。
附图说明
图1是说明成像光学系统的像面坐标和照明光学系统的光瞳面坐标的图。
图2是表示实施方式的光瞳亮度分布的改善方法的流程图。
图3是表示沿着正交的两个方向假想地分割光瞳面而得到的多个矩形单位光瞳区域的图。
图4是表示由来自单位光源的光形成在投影光学系统的像面上的单位强度分布的情况的图。
图5是说明用于求出光瞳亮度分布的离散数据的三维模型的图。
图6是概略地表示实施方式的曝光装置的构成的图。
图7是概略地表示空间光调制单元的构成和作用的图。
图8是空间光调制单元中的空间光调制器的部分透视图。
图9是概略地表示光瞳分布测量装置的内部构成的图。
图10是实施方式的照明光学系统的调整方法的流程图。
图11是表示第2实施方式的光瞳亮度分布的评价方法的流程图。
图12是表示在第2实施方式的评价方法中假想作为应评价光瞳亮度分布的设计上的光瞳亮度分布的图。
图13是表示在第2实施方式的评价方法中假想作为应形成图案像的4种图案像的图。
图14是表示针对除去了锚定(anchor)图案的3种掩模图案，按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布的图。
图15是表示实际形成了以设计上的光瞳亮度分布为目标的环带状光瞳亮度分布的情况的图。
图16是表示基准性光瞳亮度分布的离散数据与实际光瞳亮度分布的离散数据的差值的分布的一例的图。
图17是表示按单位光瞳区域求出与图16的差值分布对应的图案线宽的变化量而得到的线宽变化量的分布的图。
图18是表示在经过第2实施方式的光瞳亮度分布的评价方法后，调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布的工序的流程图。
图19是表示仅利用1次失真多项式的调制作用的图。
图20是表示仅利用3次失真多项式的调制作用的图。
图21是表示仅利用4次失真多项式的调制作用的图。
图22是表示仅利用8次失真多项式的调制作用的图。
图23是表示仅利用12次失真多项式的调制作用的图。
图24是表示半导体器件的制造工序的流程图。
图25是表示液晶显示元件等液晶器件的制造工序的流程图。
具体实施方式
在实施方式的具体说明之前，说明本实施方式的光瞳亮度分布的评价方法和改善方法的基本想法。在曝光装置中，使用可动多反射镜形成在照明光瞳上的实际光瞳亮度分布会成为与企图要形成在照明光瞳上的基准性光瞳亮度分布稍微不同的分布。另外，通过实际光瞳亮度分布得到的成像性能也会稍微不同于与设计上的光瞳亮度分布相应的期望的成像性能。以下，为了容易理解说明，企图要形成在照明光瞳上的基准性光瞳亮度分布设为设计上的光瞳亮度分布。
设计上的光瞳亮度分布根据应转印的图案的特性而适当地决定，有时具有复杂的外形形状和分布。具体而言，作为设计上的光瞳亮度分布，有时也采用光瞳的填充率比较低的自由形状(自由形式)的光强度分布。在该情况下，为了达成与对应于设计上的光瞳亮度分布的期望成像性能充分接近的成像性能，例如需要通过改善方法，求出根据设计上的光瞳亮度分布调制的光瞳亮度分布以及以调制后的光瞳亮度分布为目标而调整光瞳亮度分布，以使得实际的成像性能充分接近期望的成像性能。
图1是说明成像光学系统的像面坐标和照明光学系统的光瞳面坐标的图。在图1中，示意性地示出了成像光学系统(与曝光装置的投影光学系统对应)的像面正交坐标(x,y)和照明光学系统的光瞳面正交坐标(ξ,η)。作为根据光瞳亮度分布而得到的成像特性的指标，已知有OPE(Optical proximity effect：光学邻近效应)。具体而言，曝光装置中的OPE值是例如形成在感光性衬底上的抗蚀剂图案的线宽。
在该情况下，OPE值成为取决于投影光学系统的像面位置的分布即二维分布。但是，由于在投影光学系统的像面上沿着相互正交的两个方向的抗蚀剂图案的线宽具有重要的含义，所以能够将沿着H方向(例如中的x方向)的OPE值的一维分布和沿着V方向(例如图1中的y方向)的OPE值的一维分布作为OPE值的信息进行处理。
在光瞳亮度分布的改善中应着眼的物理量是OPE误差，即通过设计上的光瞳亮度分布应达成的期望的目标OPE值与通过以设计上的光瞳亮度分布为目标而形成在照明光瞳上的实际光瞳亮度分布而得到的OPE值之差。在本实施方式的光瞳亮度分布的改善方法中，改善应形成在向成像光学系统供给照明光的照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布，使得作为成像性能的指标的OPE误差充分变小。以下，为了容易理解，说明应形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的改善，所述照明光学系统在曝光装置中向投影光学系统供给照明光。
在本实施方式的改善方法中，如图2的流程图所示，按单位光瞳区域求出利用单位亮度水平的光形成在投影光学系统的像面上的单位强度分布，所述单位亮度水平的光从假想地分割照明光瞳而得到的多个单位光瞳区域的各区域供给(S11)。具体而言，在步骤S11中，如图3所示，通过在照明光瞳面中沿着相互正交的两个方向即ξ方向和η方向假想地分割光瞳面，从而得到多个矩形的单位光瞳区域41。
在图3中，作为一例，通过将正方形的光瞳区域43在ξ方向上256等分割且在η方向上256等分割，得到256×256＝65536个正方形的单位光瞳区域41，所述正方形光瞳区域43与在照明光学系统的照明光瞳面中可形成光瞳亮度分布的最大圆形区域42外接。针对光瞳面的假想分割，即针对光瞳面的ξ方向上的分割数和η方向上的分割数，进而单位光瞳区域的形状和大小等，可有各种形态。
另外，在步骤S11中，如图4所示，例如，求出仅在照明光学系统的光瞳面的最大圆形区域42中的一个单位光瞳区域41a中具有单位亮度水平的光时，来自该单位光源的光经由掩模M和投影光学系统PL而形成在投影光学系统PL的像面Im上的光强度分布(单位强度分布)44a。通过基于掩模M的图案的三维构造、投影光学系统PL的光学特性等的严密的成像计算而正确地求出单位强度分布44a。
一般来说，在应用本实施方式的改善方法时，掩模M的图案的三维构造、投影光学系统PL的光学特性等信息是已知且固定的。因此，按单位光瞳区域求出单位强度分布的成像计算虽然是需要比较多的时间的计算(负载比较大的计算)，但是能够在改善步骤的实质应用前预先进行的事前性(或者准备性)作业。即，虽然按单位光瞳区域求出单位强度分布的成像计算所需的时间比较长，但能够预先准备。
在步骤S11中，不一定需要针对最大圆形区域42中的全部单位光瞳区域按单位光瞳区域求出单位强度分布。针对被认为与后述各工序关联而需要的所需数量的单位光瞳区域41，按单位光瞳区域求出单位强度分布即可。顺便说一句，针对最大圆形区域42中的全部单位光瞳区域按单位光瞳区域求出单位强度分布的成像计算所需时间，与求出由对应于最大圆形区域42的圆形光瞳亮度分布而得到的空间像的光强度分布的成像计算所需要的时间是同等程度的。因此，针对所需数量的单位光瞳区域，按单位光瞳区域要求单位强度分布，并将求出的多个单位强度分布的信息与对应的单位光瞳区域关联而做成数据库，在时间上、容量上均不会增加过大的负担。
当使用公式表示时，在步骤S11中，求出在照明光学系统的光瞳面坐标(ξ,η)中由仅在位于坐标(ξn,ηn)的一个单位光瞳区域具有单位亮度水平的光的单位光源形成的单位强度分布Iu(x,y,ξn,ηn)。即，针对所需数量的单位光瞳区域41，分别求出单位强度分布Iu(x,y,ξ1,η1),Iu(x,y,ξ2,η2),…Iu(x,y,ξN,ηN)。
接着，在本实施方式的改善方法中，按照多个单位光瞳区域的各区域分别具有以单位亮度水平的倍数(包括0倍)表示的亮度水平的三维模型，求出近似的光瞳亮度分布的离散数据(S12)。具体而言，作为三维模型的一例，如图5所示，能够采用如下模型，256×
256＝65536个正方形的单位光瞳区域的各区域分别具有用256个等级的单位亮度水平表示的亮度水平。
在步骤S12中，测量以设计上的光瞳亮度分布为目标而实际形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布，基于该测量结果，按照图5所示的三维模型，求出近似的光瞳亮度分布的离散数据。这样，形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布的离散数据被表现作为分别赋予给图5所示的256×256×256＝16777216个单位立方体的0或1的集合体，进而被做成数据库。在图5所示的三维模型中，集合体的底面与光瞳面对应，其高度方向与亮度水平的方向对应。
在图5所示的集合体的底面部分的256×256＝65536个单位立方体中，以0表示的单位立方体意味着对应的单位光瞳区域没有亮度，以1表示的单位立方体意味着对应的单位光瞳区域具有亮度。而且，具有亮度的单位光瞳区域意味着具有在对应的256个单位立方体中以1表示的单位立方体的数量乘以单位亮度水平而得到的亮度水平。此外，也可以是，根据需要将各单位光瞳区域中的亮度水平的等级数设定为小于光瞳面的ξ方向的分割数和η方向的分割数。
接着，在本实施方式的改善方法中，基于在步骤S11中按单位光瞳区域求出的多个单位强度分布和在步骤S12中求出的离散数据，求出由光瞳亮度分布形成在投影光学系统的像面上的空间像的光强度分布(S13)。具体而言，在步骤S13中，通过以各单位光瞳区域41的亮度水平为系数的多个单位强度分布的线性结合，求出与光瞳亮度分布对应地得到的空间像的光强度分布。
当使用公式表示时，在步骤S13中，基于在步骤S11中求出的多个单位强度分布Iu(x,y,ξn,ηn)、和在步骤S12中求出的离散数据中位于光瞳面坐标(ξn,ηn)的单位光瞳区域的亮度水平S(ξn,ηn)，利用以下式(1)求出基于测量到的光瞳亮度分布S(ξ,η)形成在投影光学系统的像面上的空间像的光强度分布I{x,y,S(ξ,η)}。
[公式1]
接着，在本实施方式的改善方法中，基于在步骤S13中求出的空间像的光强度分布，求出由光瞳亮度分布得到的成像特性的指标值(S14)。具体而言，在步骤S14中，求出由测量到的光瞳亮度分布得到的OPE值，作为成像特性的指标值。当使用公式表示时，在步骤S14中，使用评价函数M，利用以下的式(2)求出由测量到的光瞳亮度分布得到的OPE值。
OPE值＝M[I{x,y,S(ξ,η)}](2)
如上所述，只要掩模图案的三维构造、投影光学系统的光学特性等信息是固定的，就能够通过以各单位光瞳区域的亮度水平为系数的多个单位强度分布的线性结合，计算与光瞳亮度分布对应地得到的空间像的光强度分布I{x,y,S(ξ,η)}。另一方面，求出在设置于投影光学系统的像面上的晶片(感光性衬底)上与空间像的光强度分布I{x,y,S(ξ,η)}对应地形成的抗蚀剂像的强度分布的计算、以及求出抗蚀剂图案的线宽(即OPE值)的计算是用评价函数M来表示的非线性运算。但是，该非线性运算与上述成像计算相比负载小。
在步骤S11～S14中，多个单位强度分布的信息与按照图3所示的光瞳面的假想分割模型得到的所需数量的单位光瞳区域关联而被做成数据库，并且形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布的信息按照图5所示的三维模型被做成数据库作为离散数据。图3所示的光瞳面的假想分割模型与图5所示的三维模型在光瞳面的假想分割方式方面是共同的。
这样，步骤S11～S14构成评价形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的方法，所述照明光学系统向投影光学系统供给照明光，所述投影光学系统在晶片上形成设置在掩模上的图案的像。在由步骤S11～S14构成的评价方法中，求出通过光瞳亮度分布得到的指标值(即OPE值)，所述光瞳亮度分布以设计上的光瞳亮度分布(一般来说为基准性光瞳亮度分布)为目标而形成在照明光学系统的照明光瞳上。
接着，在本实施方式的改善方法中，按单位光瞳区域求出在步骤S12中求出的光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的指标值的单位变化量(S15)。具体而言，在步骤S15中，针对所选择的多个单位光瞳区域，按单位光瞳区域求出亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量。
在此，也能够采用如下方法，针对照明光学系统的光瞳面的最大圆形区域42中的全部单位光瞳区域，按单位光瞳区域求出亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量。但是，在该方法中，由于赋予了最大圆形区域42内的任意单位光瞳区域的亮度水平在某种程度上自由地变化这样的非常大的调制自由度，不仅会成为负载大的最优化问题，而且还有成为与原来的光瞳亮度分布相距甚远的分布的危险性。因此，从避免在过大的解空间之中花费大量时间来进行最优化的观点，即可靠且迅速地最优化光瞳亮度分布这样的观点来看，优选的是，在不过大地调制原来的光瞳亮度分布的范围中以使作为成像性能的指标的OPE误差变得充分小的方式改善光瞳亮度分布。
在本实施方式中，在步骤S12中求出的光瞳亮度分布的离散数据中，针对具有单位亮度水平以上的亮度水平的多个单位光瞳区域(第1组单位光瞳区域)和与这些多个单位光瞳区域相邻的多个单位光瞳区域(第2组单位光瞳区域)，按单位光瞳区域求出亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量。此时，也能够从调制的对象排除如下单位光瞳区域，所述单位光瞳区域在与测量到的实际光瞳亮度分布对应的离散数据中具有非常小的亮度水平(例如小于亮度水平的最大值的1％)且在设计上的光瞳亮度分布中没有亮度。在步骤S15中成为调制对象的单位光瞳区域的选择可有各种方式。
当使用公式表示时，在步骤S15中，通过针对所选择的多个单位光瞳区域算出与评价函数M的光瞳亮度分布S(ξ,η)相关的偏微分分布，按位于坐标(ξn,ηn)的单位光瞳区域，求出亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量与OPE值的单位变化量相关的信息例如作为变化表被存储且管理。
如上所述，例如在光瞳的填充率比较低的自由形式的光瞳亮度分布的情况下，由于无需针对非调制对象的大部分单位光瞳区域求出OPE值的单位变化量，步骤S15所需的时间比较少。另外，在能够利用光瞳亮度分布的对称性的情况下，能够将评价函数M的偏微分分布的算出所需的计算量抑制为较少。
接着，在本实施方式的改善方法中，利用使用在步骤S15中按单位光瞳区域求出的多个指标值的单位变化量的改善方法，以使由根据在步骤S12中求出的离散数据被调制成的离散数据而得到的指标值接近目标指标值的方式求出上述调制后的离散数据(S16)。在步骤S16中，作为一例，利用最陡下降法求出以使OPE误差变小的方式调制后的离散数据，所述最陡下降法参照了按单位光瞳区域求出的OPE值的单位变化量的相互的比率。
在此，调制后的离散数据是根据在步骤S12中求出的离散数据而调制的数据，按照图5所示的三维模型来表示。这样，在第一次的改善步骤S15和S16中，不需进行需要比较多时间的成像计算，就能够求出以使OPE误差可靠地变小的方式调制后的光瞳亮度分布的离散数据。作为步骤S16中的最优化方法(改善方法)，也能够使用最陡下降法以外的其他适当的方法。
接着，在本实施方式的改善方法中，使用由步骤S11～S14构成的评价方法，求出与在步骤S16中求出的被调制后的离散数据对应地得到的指标值(S17)。在步骤S17中求出的OPE值(即，与在步骤S16中求出的调制后的光瞳亮度分布对应地得到的OPE值)成为比在步骤S14中求出的OPE值(即，与在步骤S12中测量到的实际光瞳亮度分布对应地得到的OPE值)更接近目标OPE值的值。
换句话说，与基于以设计上的光瞳亮度分布为目标形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布而得到的OPE误差相比，基于被调制后的光瞳亮度分布而得到的OPE误差更小，所述设计上的光瞳亮度分布是原来的光瞳亮度分布。然而，由于用评价函数M表示的计算是非线性运算，因此利用一次改善步骤(与上述步骤S15和S16对应)充分减小OPE误差，即将OPE误差收敛在容许范围内是困难的。
因此，在本实施方式的改善方法中，通过重复步骤S15～S17直到与在步骤S17中调制后的离散数据对应地得到的指标值与目标指标值之差收敛在容许范围内，从而改善应形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。即，判断与在步骤S17中求出的OPE值对应的OPE误差是否收敛在容许范围内(S18)。在步骤S18中，在判断为在步骤S17中求出的OPE误差收敛在容许范围内的情况下，按照在图2中的用“是”表示的箭头，本实施方式的改善方法结束。
另一方面，在判断为在步骤S17中求出的OPE误差未收敛在容许范围内的情况下，按照在图2中的用“否”表示的箭头，返回步骤S15。在第二次的步骤S15中，按单位光瞳区域求出在步骤S16中求出的光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量。接着，在第二次的步骤S16中，使用最陡下降法等最优化方法，求出以使OPE误差进一步变小的方式调制后的离散数据。
接着，在第二次的步骤S17中，求出与在第二次的步骤S16中求出的调制后的离散数据对应地得到的OPE值。并且，在第二次的步骤S18中，判断与在第二次的步骤S17中求出的OPE值对应的OPE误差是否收敛在容许范围内。这样，通过重复所需次数的步骤S15～S17直到与在步骤S17中求出的OPE值对应的OPE误差收敛在容许范围内，从而改善应形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布，并最终得到调制后的光瞳亮度分布作为被改善后的光瞳亮度分布。
在本实施方式的光瞳亮度分布的改善方法中，针对在离散数据中具有单位亮度水平以上的亮度水平的多个单位光瞳区域和与之相邻的多个单位光瞳区域，按单位光瞳区域求出OPE值的单位变化量。然后，利用使用求出的单位变化量的改善方法，求出以使得OPE值接近目标OPE值的方式调制后的光瞳亮度分布的离散数据。因此，本实施方式的改善方法是通过连续函数不能表现的以像素为单位的微小调制来进行改善的方法，并且是利用与空间光调制器的光瞳亮度分布的变更相关的高自由度的方法，所述空间光调制器例如由多个微小反射镜部件构成。
这样，即使是在自由形式的光瞳亮度分布那样的外形形状和分布复杂，进而解空间复杂的情况下，通过将改善步骤重复所需次数，所述改善步骤使用按单位光瞳区域求出的OPE值的单位变化量，也能够可靠地求出以使得OPE误差收敛在容许范围内的方式调制的光瞳亮度分布，即能够可靠地改善光瞳亮度分布从而能够得到与期望的成像性能充分接近的成像性能。此时，在重复改善步骤时，仅重复进行针对调制后的光瞳亮度分布求出OPE值和偏微分分布这样的负载比较小的计算，而无需每当调制光瞳亮度分布时针对调制后的光瞳亮度分布重复进行负载比较大的成像计算。结果，能够迅速地改善光瞳亮度分布从而能够得到与期望的成像性能充分接近的成像性能。
基于附图说明实施方式。图6是概略地表示实施方式的曝光装置的构成的图。在图6中，沿着作为感光性衬底的晶片W的转印面(曝光面)的法线方向设定Z轴，沿着在晶片W的转印面内平行于图6的纸面的方向设定X轴，沿着在晶片W的转印面内垂直于图6的纸面的方向设定Y轴。
参照图6，从光源1向本实施方式的曝光装置供给曝光光线(照明光)。作为光源1，能够使用例如供给波长为193nm的光的ArF准分子激光光源、供给波长为248nm的光的KrF准分子激光光源等。本实施方式的曝光装置沿着装置的光轴AX包括：包含空间光调制单元3的照明光学系统IL、支撑掩模M的掩模载台MS、投影光学系统PL以及支撑晶片W的晶片载台WS。
来自光源1的光经由照明光学系统IL照明掩模M。透射过掩模M的光经由投影光学系统PL在晶片W上形成掩模M的图案的像。基于来自光源1的光对掩模M的图案面(被照射面)进行照明的照明光学系统IL利用空间光调制单元3的作用，进行多极照明(2极照明、4极照明等)、环带照明等变形照明、通常的圆形照明等。另外，根据掩模M的图案的特性进行变形照明，所述变形照明基于具有复杂的外形形状和分布的自由形式的光瞳亮度分布。
照明光学系统IL沿着光轴AX从光源1侧开始顺次包括：光束送光部2、空间光调制单元3、中继光学系统4、微型蝇眼透镜(或蝇眼透镜)5、聚光光学系统6、照明视场光阑(掩模遮帘)7、成像光学系统8。空间光调制单元3基于经由光束送光部2的来自光源1的光，在其远视场区域(夫琅和费衍射区域)形成所需的光强度分布(光瞳亮度分布)。将在后面叙述空间光调制单元3的内部构成和作用。
光束送光部2具有如下的功能：在将来自光源1的入射光束转换成具有适当的大小及形状的截面的光束的同时，向空间光调制单元3引导，并且主动地修正射入空间光调制单元3的光束的位置变动和角度变动。中继光学系统4将来自空间光调制单元3的光聚光，并向微型蝇眼透镜5引导。微型蝇眼透镜5是例如由纵横并密集地排列的多个具有正折射率的微小透镜构成的光学元件，通过在平行平面板上实施蚀刻处理形成微小透镜组而构成。
微型蝇眼透镜不同于由彼此隔离的透镜元件构成的蝇眼透镜，多个微小透镜(微小折射面)一体地形成而不相互隔绝。然而，从纵横地配置有透镜部件这一点来看，微型蝇眼透镜为与蝇眼透镜相同的波阵面分割类型的光学积分器。作为微型蝇眼透镜5中的单位波阵面分割面的矩形微小折射面是与应形成在掩模M上的照明场的形状(进而应形成在晶片W上的曝光区域的形状)相似的矩形。
微型蝇眼透镜5对入射的光束进行波阵面分割，在其后侧焦点位置或其附近的照明光瞳上形成由多个小光源构成的二次光源(实质性面光源；光瞳亮度分布)。微型蝇眼透镜5的入射面配置在中继光学系统4的后侧焦点位置或其附近。此外，作为微型蝇眼透镜5，例如也能够使用柱面微型蝇眼透镜。柱面微型蝇眼透镜的构成及作用例如公开于美国专利第6913373号说明书中。
在本实施方式中，将由微型蝇眼透镜5形成的二次光源作为光源，对配置于照明光学系统IL的被照射面上的掩模M进行柯拉照明。由此，形成二次光源的位置与投影光学系统PL的孔径光阑AS的位置在光学上共轭的，可以将二次光源的形成面称为照明光学系统IL的照明光瞳面。典型地讲，相对于照明光瞳面，被照射面(是配置了掩模M的面，或在包括投影光学系统PL地看作照明光学系统的情况下是配置了晶片W的面)成为光学上的傅立叶变换面。
而且，光瞳亮度分布是指照明光学系统IL的照明光瞳面或与该照明光瞳面在光学上共轭的面上的光强度分布。在利用微型蝇眼透镜5的波阵面分割数比较大的情况下，形成在微型蝇眼透镜5的入射面上的全面性的光强度分布、与二次光源整体的全面性的光强度分布(光瞳亮度分布)显示出高相关性。由此，对于微型蝇眼透镜5的入射面和与该入射面在光学上共轭的面上的光强度分布能够称为光瞳亮度分布。
聚光光学系统6将从微型蝇眼透镜5中射出的光进行聚光，对照明视场光阑7重叠地进行照明。通射过照明视场光阑7的光经由成像光学系统8，在掩模M的图案形成区域的至少一部分上形成作为照明视场光阑7的开口部的像的照明区域。此外，在图6中，虽然省略了用于将光轴(进而是光路)折曲的光路折曲反射镜的设置，然而根据需要可以在照明光路中适当地配置光路折曲反射镜。
在掩模载台MS上沿着XY平面(例如水平面)载置掩模M，在晶片载台WS上沿着XY平面载置晶片W。投影光学系统PL基于由照明光学系统IL形成于掩模M的图案面上的来自照明区域的光，在晶片W的转印面(曝光面)上形成掩模M的图案的像。这样，通过一边在与投影光学系统PL的光轴AX正交的平面(XY平面)内二维驱动控制晶片载台WS，进一步说是一边二维驱动控制晶片W，一边进行一次性曝光或扫描曝光，从而在晶片W的各曝光区域中将掩模M的图案顺次曝光。
参照图7和图8，说明空间光调制单元3的内部构成和作用。如图7所示，空间光调制单元3包括棱镜32、与平行于棱镜32的YZ平面的侧面32a接近配置的空间光调制器30。棱镜32例如由萤石或石英这样的光学材料形成。
空间光调制器30包括：例如沿着YZ平面二维排列的多个反射镜部件30a、保持多个反射镜部件30a的底座30b、经由与底座30b连接的电缆(未图示)独立地控制驱动多个反射镜部件30a的姿势的驱动部30c。在空间光调制器30中，通过基于来自控制部CR的控制信号而工作的驱动部30c的作用，使多个反射镜部件30a的姿势分别变化，各反射镜部件30a分别被设定为预定的朝向。
棱镜32具有通过将长方体的一个侧面(与接近空间光调制器30的多个反射镜部件30a而配置的侧面32a对置的侧面)置换为呈V字形凹陷的侧面32b及32c而得的形态，因沿着XZ平面的截面形状也被称作K棱镜。棱镜32的呈V字形凹陷的侧面32b和32c由形成钝角地交叉的2个平面P1及P2规定。两个平面P1和P2都与XZ平面正交，并沿着XZ平面呈现V字形。
在两个平面P1与P2的切线(沿Y方向延伸的直线)P3处相接的两个侧面32b和32c的内面作为反射面R1及R2发挥作用。即，反射面R1位于平面P1上，反射面R2位于平面P2上，反射面R1与R2形成的角度为钝角。作为一例，可以将反射面R1与R2形成的角度设为120度，将垂直于光轴AX的棱镜32的入射面IP与反射面R1形成的角度设为60度，将垂直于光轴AX的棱镜32的射出面OP与反射面R2形成的角度设为60度。
在棱镜32中，接近空间光调制器30的多个反射镜部件30a而配置的侧面32a与光轴AX平行，并且反射面R1位于光源1侧(曝光装置的上游侧：图7中左侧)，反射面R2位于微型蝇眼透镜5一侧(曝光装置的下游侧：图2中右侧)。更详细而言，反射面R1相对于光轴AX倾斜地设置，反射面R2就穿过切线P3并且平行于XY平面的面而言，与反射面R1对称地相对于光轴AX倾斜地设置。
棱镜32的反射面R1朝向空间光调制器30反射经由入射面IP入射的光。空间光调制器30的多个反射镜部件30a配置在反射面R1与反射面R2之间的光路中，并反射经过反射面R1而入射的光。棱镜32的反射面R2反射经过空间光调制器30入射的光，并经由射出面OP向中继光学系统4引导。
空间光调制器30对于经过反射面R1入射的光，赋予与其入射位置对应的空间调制而射出。如图8所示，空间光调制器30包括二维排列在预定面内的多个微小反射镜部件(光学部件)30a。为了简单说明和图示，在图7和图8中示出了空间光调制器30包括4×4＝16个反射镜部件30a的构成例，然而实际上包括远多于16个的多个反射镜部件30a。
参照图7，沿着与光轴AX平行的方向射入空间光调制单元3的光线组当中，光线L1射入多个反射镜部件30a中的反射镜部件SEa，光线L2射入与反射镜部件SEa不同的反射镜部件SEb。同样地，光线L3射入与反射镜部件SEa、SEb不同的反射镜部件SEc，光线L4射入与反射镜部件SEa～SEc不同的反射镜部件SEd。反射镜部件SEa～SEd向光L1～L4赋予根据其位置设定的空间性调制。
空间光调制器30的多个反射镜部件30a的排列面配置于中继光学系统4的前侧焦点位置或其附近。由空间光调制器30的多个反射镜部件30a反射而赋予了预定的角度分布的光在中继光学系统4的后侧焦点面4a中形成预定的光强度分布SP1～SP4。即，中继光学系统4将空间光调制器30的多个反射镜部件30a赋予给射出光的角度转换成在空间光调制器30的远视场区域(夫琅和费衍射区域)即面4a上的位置。
再次参照图7，微型蝇眼透镜5的入射面定位在中继光学系统4的后侧焦点面4a的位置。因此，形成在微型蝇眼透镜5后的照明光瞳上的光瞳亮度分布成为与空间光调制器30和中继光学系统4形成在微型蝇眼透镜5的入射面上的光强度分布SP1～SP4对应的分布。如图8所示，空间光调制器30是包含多个微小的反射镜部件30a的可动多反射镜，所述反射镜部件30a例如在以平面状的反射面为上表面的状态下沿着一个平面规则且二维地排列。
各反射镜部件30a可动，且其反射面的倾斜(即反射面的倾斜角和倾斜方向)由驱动部30c的作用而被独立控制，所述驱动部30c按照来自控制部CR的指令而工作。各反射镜部件30a能够将平行于其排列面且相互正交的两个方向(Y方向和Z方向)作为旋转轴，连续或离散地旋转期望的旋转角度。即，可二维地控制各反射镜部件30a的反射面的倾斜。
在使各反射镜部件30a的反射面离散地旋转的情况下，最好将旋转角以多个状态(例如…、-2.5度、-2.0度、…0度、+0.5度…+2.5度、…)切换控制。在图8中示出了外形为正方形的反射镜部件30a，然而反射镜部件30a的外形形状并不限定于正方形。但是，从光利用效率的观点来看，优选能够使反射镜部件30a的间隙变小地排列的形状(可以最紧密填充的形状)。另外，从光利用效率的观点来看，优选地将相邻的两个反射镜部件30a的间隔抑制为必需的最小限度。
在空间光调制器30中，通过根据来自控制部CR的控制信号而工作的驱动部30c的作用，使多个反射镜部件30a的姿势分别变化，各反射镜部件30a分别被设定为预定的朝向。由空间光调制器30的多个反射镜部件30a分别以预定的角度反射的光经由中继光学系统4，在微型蝇眼透镜5后的照明光瞳上形成多极状(2极状、4极状等)、圆形等光强度分布(光瞳亮度分布)。另外，根据掩模M的图案的特性，在微型蝇眼透镜5后的照明光瞳上形成具有复杂的外形形状和分布的光瞳亮度分布。
即，中继光学系统4及微型蝇眼透镜5构成如下的分布形成光学系统，即，基于经由空间光调制单元3中的空间光调制器30的光，在照明光学系统IL的照明光瞳上形成预定的光强度分布。在与微型蝇眼透镜5的后侧焦点位置或其附近的照明光瞳在光学上共轭的其他照明光瞳位置，即在成像光学系统8的光瞳位置和投影光学系统PL的光瞳位置(孔径光阑AS的位置)，也形成与微型蝇眼透镜5后的照明光瞳上的光强度分布对应的光瞳亮度分布。
本实施方式的曝光装置包括例如安装在掩模载台MS上并测量形成在照明光学系统IL的照明光瞳上的光瞳亮度分布的光瞳分布测量装置DT。如图9所示，光瞳分布测量装置DT具有针孔部件10、聚光透镜11以及例如二维CCD图像传感器这样的光检测器12。针孔部件10在测量时配置在照明光学系统IL的被照射面(即，在曝光时掩模M的图案面Pm应被定位的高度位置)。另外，针孔部件10配置在聚光透镜11的前侧焦点位置，光检测器12的检测面配置在聚光透镜11的后侧焦点位置。
因此，光检测器12的检测面配置在与照明光学系统IL的照明光瞳光学上共轭的位置，即与成像光学系统8的光瞳面光学上共轭的位置。在光瞳分布测量装置DT中，经过照明光学系统IL的光通过针孔部件10的针孔，并在受到聚光透镜11的聚光作用后到达光检测器12的检测面。在光检测器12的检测面上，形成与成像光学系统8的光瞳面上的光强度分布(光瞳亮度分布)对应的光强度分布。
这样，光瞳分布测量装置DT基于通过照明光学系统IL的被照射面的光，测量与照明光学系统IL的照明光瞳(成像光学系统8的光瞳面)光学上共轭的面上的光强度分布。具体而言，光瞳分布测量装置DT监视与利用照明光学系统的被照射面上的各点相关的光瞳亮度分布(射入各点的光形成在照明光学系统的射出光瞳位置上的光瞳亮度分布)。
统括地控制曝光装置的工作的控制部CR在参照在光瞳分布测量装置DT的测量结果的同时，控制空间光调制器30的多个反射镜部件30a从而在照明光瞳上形成期望的光瞳亮度分布。针对光瞳分布测量装置DT的更详细的构成和作用，例如能够参照日本特开2000-19012号公报。另外，作为光瞳分布测量装置DT，例如也能够使用在美国专利第5925887号公报中公开的经由针孔检测出光瞳亮度分布的装置。
另外，也能够设置基于经由投影光学系统PL的光(即基于通过投影光学系统PL的像面的光)，测量投影光学系统PL的光瞳面(投影光学系统PL的射出光瞳面)上的光瞳亮度分布的光瞳分布测量装置DTw(未图示)来代替光瞳分布测量装置DT，或者在光瞳分布测量装置DT的基础上设置上述光瞳分布测量装置DTw。具体而言，光瞳分布测量装置DTw包括拍摄部并监视与投影光学系统PL的像面的各点相关的光瞳亮度分布(射入各点的光形成在投影光学系统PL的光瞳位置的光瞳亮度分布)，所述拍摄部具有配置在例如与投影光学系统PL的光瞳位置光学上共轭的位置的光电转换面。针对这些光瞳分布测量装置的详细构成和作用，例如能够参照美国专利公开第
2008/0030707号说明书。另外，作为光瞳分布测量装置，也能够参照美国专利公开第2010/0020302号公报的公开。
在曝光装置中，为了将掩模M的图案高精度并且忠实地转印到晶片W上，例如，在与掩模M的图案特性对应的适当照明条件下进行曝光是重要的。在本实施方式中，使用具备多个反射镜部件30a的姿势分别独立地变化的空间光调制器30的空间光调制单元3，能够使利用空间光调制器30的作用形成的光瞳亮度分布自由且迅速地变化，进而实现多样的照明条件。即，在照明光学系统IL中，由于使用了具有被独立地控制姿势的多个反射镜部件30a的空间光调制器30，与形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布的外形形状和分布的变更相关的自由度高。
然而，如上所述，使用空间光调制单元3而形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布与设计上的光瞳亮度分布稍微不同，达成与设计上的光瞳亮度分布相应的期望的成像性能是困难的。在本实施方式的曝光装置中，为了得到与期望的成像性能充分接近的成像性能，使用本实施方式的光瞳亮度分布的改善方法来改善应形成在照明光学系统IL的照明光瞳上的光瞳亮度分布，并调整以改善后的光瞳亮度分布为目标形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布，进而调整照明光学系统IL。
图10是本实施方式的照明光学系统的调整方法的流程图。在本实施方式的照明光学系统IL的调整方法中，使用参照图2说明的光瞳亮度分布的改善方法，改善应形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布(S21)。即，步骤S21具有与图2的步骤S11～S18对应的步骤S211～S218。
具体而言，在步骤S21中，在以设计上的光瞳亮度分布为目标在照明光瞳上形成光瞳亮度分布时，使用安装在掩模载台MS上的光瞳分布测量装置DT，随时测量与照明光学系统IL中的照明光瞳光学上共轭的面上的光强度分布。光瞳分布测量装置DT的测量结果被向控制部CR供给。控制部CR通过在参照光瞳分布测量装置DT的测量结果的同时分别控制空间光调制器30的多个反射镜部件30a的姿势，从而在照明光瞳上形成尽可能接近设计上的光瞳亮度分布的光瞳亮度分布。
接着，在步骤S21中，将与设计上的光瞳亮度分布稍微不同的实际光瞳亮度分布作为原来的光瞳亮度分布，求出以使OPE误差收敛在容许范围内的方式调制的光瞳亮度分布，进而改善光瞳亮度分布从而能够得到与期望的成像性能充分接近的成像性能。在本实施方式的曝光装置中，例如也可以按照预定的程序，使作为信息处理装置的控制部CR执行包含步骤S211～S218的光瞳亮度分布的改善方法。
接着，在本实施方式的照明光学系统IL的调整方法中，以改善后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布
(S22)。即，在步骤S22中，通过在参照光瞳分布测量装置DT的测量结果的同时分别控制空间光调制器30的多个反射镜部件30a的姿势，从而在照明光瞳上形成尽可能接近在步骤S21中改善后的光瞳亮度分布的光瞳亮度分布，进而调整形成在照明光学系统IL的照明光瞳上的光瞳亮度分布。以下，说明以改善后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布的具体步骤。
在步骤S22中，控制部CR使用例如光瞳分布测量装置DT测量以改善后的光瞳亮度分布为目标形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。即，基于通过作为被照射面的掩模M的图案面的光(或者如后所述，朝向图案面的光)，测量实际形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布，作为与照明光瞳光学上共轭的面上的光强度分布。控制部CR按照图5所示的三维模型，将在光瞳分布测量装置DT测量到的光强度分布(即光瞳亮度分布)的信息转换成离散数据。
在步骤S21中改善后的光瞳亮度分布的离散数据、和以改善后的光瞳亮度分布为目标形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布即在步骤S22中由光瞳分布测量装置DT测量到的光强度分布的离散数据，是相互按照相同的三维模型(即相互按照相同的规则)制作而成的数据。结果，控制部CR通过比较两个离散数据，能够按单位光瞳区域掌握形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布相对于改善后的光瞳亮度分布的背离，进而通过反映每个单位光瞳区域的背离信息的空间光调制器30的控制，能够在照明光瞳上形成与改善后的光瞳亮度分布的光瞳亮度分布充分接近的光瞳亮度分布。以下，说明在控制部CR控制空间光调制器30时，判断为测量到的光强度分布的离散数据相对于改善后的光瞳亮度分布的离散数据的背离充分小的方法。
在第1方法中，利用测量到的光强度分布的离散数据、和在前述的改善方法中与各单位光瞳区域关联地求出的多个单位强度分布的数据库，求出与测量到的光强度分布对应地在投影光学系统的像面得到的空间像的光强度分布，进而求出与测量到的光强度分布对应的OPE值，而不进行成像计算。然后，通过在参照求出的OPE值相对于目标OPE值的OPE误差的同时，控制空间光调制器30直到OPE误差收敛在容许范围内，从而在照明光瞳上形成与改善后的光瞳亮度分布充分接近的光瞳亮度分布。这样，在第1方法中，基于光强度分布的测量结果的离散数据和每个单位光瞳区域的单位强度分布，求出与光强度分布的测量结果的离散数据对应地在投影光学系统的像面上得到的空间像的光强度分布，并基于求出的空间像的光强度分布，求出对应于改善后的光瞳亮度分布的离散数据与光强度分布的测量结果的离散数据的差值的指标值差(OPE误差)。
在第2方法中，按单位光瞳区域求出在改善后的光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的OPE值的单位变化量然后，使用按单位光瞳区域求出的OPE值的单位变化量利用以下的式(3)求出改善后的光瞳亮度分布的离散数据ST(ξ,η)与光强度分布的测量结果的离散数据S(ξ,η)的差值所对应的指标值差(OPE误差)ε。
[公式2]
在第2方法中，由于与利用式(3)求出的OPE值相关的指标值差(OPE误差)ε具有正、负的符号，所以通过在参照该指标值差ε的值和符号的同时控制空间光调制器30，能够迅速地在照明光瞳上形成与改善后的光瞳亮度分布充分接近的光瞳亮度分布。在第2方法中，利用了如下特性：以改善后的光瞳亮度分布为目标而利用空间光调制器30形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布与改善后的光瞳亮度分布非常接近，以及如果利用在改善后的光瞳亮度分布的附近的OPE值的单位变化量则能够以一次近似精度简单且迅速地算出光瞳亮度分布的OPE值。这样，在第2方法中，按单位光瞳区域求出在改善后的光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的指标值的单位变化量，使用按单位光瞳区域求出的多个指标值的单位变化量，求出改善后的光瞳亮度分布的离散数据与光强度分布的测量结果的离散数据的差值所对应的指标值差(OPE误差)。
如上所述，在本实施方式的照明光学系统IL的调整方法中，由于在光瞳亮度分布的改善和空间光调制器的控制(即光瞳亮度分布的调整)中利用了按相互相同的三维模型转换的离散数据，所以能够可靠且迅速地以改善后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。即，使用可靠且迅速地改善光瞳亮度分布的改善方法，能够以期望的成像性能为目标适当地调整光瞳亮度分布。结果，在本实施方式的曝光装置(IL,MS,PL,WS)中，通过使用以期望的成像性能为目标适当地调整光瞳亮度分布的照明光学系统IL，在适当的照明条件下进行良好的曝光，能够制造性能良好的器件。
此外，在上述说明中，以投影光学系统的光学特性固定为前提，然而通过调整投影光学系统的数值孔径、感光性衬底相对于投影光学系统的散焦量、投影光学系统的波前像差(与球面像差对应的成分)等，也能够使作为曝光装置中的成像特性的指标值的OPE值进一步接近目标OPE。但是，在该情况下，需要在使投影光学系统的光学特性变化的新的条件下重新进行成像计算，并使用非线性最小二乘法等求出与投影光学系统相关的所需的调整量。
图11是表示第2实施方式的光瞳亮度分布的评价方法的流程图。在第2实施方式的评价方法中，作为应评价的光瞳亮度分布，假定具有图12所示的环带状的形态的设计上的光瞳亮度分布50。另外，在第2实施方式的评价方法中，作为经由投影光学系统(成像光学系统)PL应形成在晶片W上的图案像(抗蚀剂图案)，假定图13的(a)、(b)、(c)、(d)所示的4种图案像51、52、53、54。
具体而言，光瞳亮度分布50的环带比(内径/外径)约为2/3。图13的(a)所示的图案像51是图中涂黑的线部的线宽为50nm且间距为100nm的线和空白图案，图13的(b)所示的图案像52是线部的线宽为55nm且间距为110nm的线和空白图案。图13的(c)所示的图案像53是线部的线宽为60nm且间距为220nm的实质孤立图案，图13的(d)所示的图案像54是线部的线宽为60nm且间距为700nm的实质孤立图案。
在图13的(c)和(d)中示出了：施加了剖面线的带状部分53a、54a不形成图案像53、54的一部分，在掩模M的图案区域中，在与带状部分53a、54a对应的区域中形成有用于光学邻近效应的图案。与图案像51对应的掩模图案51m(未图示)是所谓的锚定图案，决定由掩模图案51m形成的光强度分布的限制电平，使得由掩模图案51m形成的抗蚀剂图案的线宽成为目标值50nm。
然后，求出抗蚀剂图案的线宽与目标值的误差ΔCD(与目标的线宽误差)作为成像特性的指标值的误差，所述抗蚀剂图案在针对图案像51决定的限制电平下由与图案像52、53、54对应的掩模图案52m、53m、54m(未图示)而形成。即，在第2实施方式的评价方法中，作为成像特性的指标值，求出由光瞳亮度分布得到的图案的线宽。顺便说一句，在参照图2说明的改善方法中的评价方法(S11～S14)中，作为成像特性的指标值，求出了OPE值(具体而言，表示改变图案的间距时的线宽误差ΔCD的图案依赖性的OPE曲线)。
在第2实施方式的评价方法中，如图11的流程图所示，按单位光瞳区域求出利用单位亮度水平的光形成在投影光学系统的像面上的单位强度分布(S31)，所述单位亮度水平的光从假想地分割照明光瞳而得到的多个单位光瞳区域的各区域供给。步骤S31与图2的改善方法中的步骤S11对应。即，在步骤S31中，如图3所示，通过在照明光瞳面中沿着相互正交的两个方向即ξ方向和η方向假想地分割光瞳面，从而得到多个矩形的单位光瞳区域41。
然后，在步骤S31中，求出在照明光学系统的光瞳面坐标(ξ,η)中由仅在位于坐标(ξn,ηn)的一个单位光瞳区域具有单位亮度水平的光的单位光源形成的单位强度分布Iu(x,y,ξn,ηn)。具体而言，针对参照图13说明的4种掩模图案51m～54m，通过成像计算，按单位光瞳区域求出由仅在一个单位光瞳区域具有单位亮度水平的光的单位光源形成的单位强度分布。
接着，在第2实施方式的评价方法中，按照多个单位光瞳区域的各区域分别具有以单位亮度水平的倍数(包括0倍)表示的亮度水平的三维模型，求出基准性光瞳亮度分布的离散数据(S32)。在此，如图12所示，基准性光瞳亮度分布是具有环带状的形态的设计上的光瞳亮度分布50。即，在步骤S32中，与求出实际形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布的离散数据的、图2的改善方法中的步骤S12不同，求出设计上的光瞳亮度分布的离散数据。
这样，设计上的光瞳亮度分布的离散数据被表现作为分别赋予给例如图5所示的256×256×256＝16777216个单位立方体的0或1的集合体，进而被做成数据库。在步骤S32中，也能够利用针对预先假想的多个设计上的光瞳亮度分布事前求出的(进而事前做成数据库的)离散数据，而无需每次测量实际形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。
接着，在第2实施方式的评价方法中，基于在步骤S31中按单位光瞳区域求出的多个单位强度分布和在步骤S32中求出的基准性光瞳亮度分布的离散数据，求出由基准性光瞳亮度分布形成在投影光学系统的像面上的空间像的光强度分布(S33)。步骤S33是与图2的改善方法中的步骤S13对应的步骤。即，在步骤S33中，针对参照图13说明的4种掩模图案51m～54m，通过以各单位光瞳区域的亮度水平为系数的多个单位强度分布的线性结合，求出与基准性光瞳亮度分布对应地得到的空间像的光强度分布。
具体而言，在步骤S33中，基于在步骤S31中针对掩模图案51m按单位光瞳区域求出的多个单位强度分布、在步骤S32中求出的基准性光瞳亮度分布的离散数据，通过简单的线性结合计算，求出与掩模图案51m对应地得到的空间像的光强度分布而不进行成像计算。同样地，针对掩模图案52m、53m、54m也求出对应地得到的空间像的光强度分布而不进行成像计算。
接着，在第2实施方式的评价方法中，基于在步骤S33中求出的空间像的光强度分布，求出由基准性光瞳亮度分布得到的成像特性的指标值(S34)。具体而言，在步骤S34中，作为成像特性的指标值，针对4种掩模图案51m～54m，分别求出由基准性光瞳亮度分布得到的抗蚀剂图案的线宽。
结果，在步骤S34中，针对除去作为锚定图案的掩模图案51m的3种掩模图案52m～54m，求出抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。如上所述，由于以使得由掩模图案51m形成的抗蚀剂图案的线宽成为目标值50nm的方式决定光强度分布的限制电平，所以针对掩模图案51m，不产生抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。
接着，在第2实施方式的评价方法中，按单位光瞳区域求出在步骤S32中求出的基准性光瞳亮度分布的离散数据中、一个单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时得到的指标值的单位变化量
(S35)。具体而言，在步骤S35中，针对所选择的多个单位光瞳区域，针对3种掩模图案52m～54m，按单位光瞳区域求出亮度水平变化了单位亮度水平时的抗蚀剂图案的线宽的单位变化量。
图14的(a)示出了针对与图13的(b)的图案像52对应的掩模图案52m，按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56b。图14的(b)示出了针对与图13的(c)的图案像53对应的掩模图案53m，按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56c。图14的(c)示出了针对与图13的(d)的图案像54对应的掩模图案54m，按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56d。
在图14(a)～(c)中，随着各单位光瞳区域的颜色接近白色，意味着图案线宽的单位变化量向正方向(线宽变大的方向)增大，随着接近黑，意味着图案线宽的单位变化量向负方向(线宽变小的方向)增大。这样，按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56b～56d是与各单位光瞳区域的亮度水平变化了单位亮度水平时的图案线宽相关的灵敏度分布(单位：nm/％)。
当参照图14的(a)～(c)时，针对掩模图案52m～54m，可容易地掌握哪个单位光瞳区域中的亮度水平的变化使图案线宽如何变化。此外，如上所述，掩模图案51m是锚定图案，针对掩模图案51m，由于抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD为0，进而灵敏度分布也成为0，所以省略图示。
接着，在第2实施方式的评价方法中，测量形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布，基于其测量结果和三维模型，求出测量到的光瞳亮度分布的离散数据(S36)。即，在步骤S36中，如图15所示，测量以设计上的光瞳亮度分布50为目标实际形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布60。在光瞳亮度分布的测量时，能够使用安装在掩模载台MS上的光瞳分布测量装置DT。控制部CR基于光瞳分布测量装置DT的测量结果，按照图5所示的三维模型求出近似的光瞳亮度分布的离散数据。
如上所述，使用具有多个反射镜部件30a的空间光调制器30而形成在照明光瞳上的实际的光瞳亮度分布成为与企图要形成在照明光瞳上的基准性光瞳亮度分布稍微不同的分布。在第2实施方式中，作为使其作用效果的理解变容易的一例，假定如下情况：实际形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布60与设计上的光瞳亮度分布50相似，相对于与设计上的光瞳亮度分布50对应的照明σ值(＝照明光学系统的掩模侧数值孔径/投影光学系统的掩模侧数值孔径)，与实际的光瞳亮度分布60对应的照明σ值减小了0.1。
接着，在第2实施方式的评价方法中，按单位光瞳区域求出在步骤S32中求出的基准性光瞳亮度分布的离散数据与在步骤S36中求出的测量到的光瞳亮度分布的离散数据的差值，并按单位光瞳区域求出与该差值对应的指标值的变化量(S37)。在步骤S37中，如图15所示，由于假定设计上的光瞳亮度分布50与实际的光瞳亮度分布60相似，作为基准性光瞳亮度分布50的离散数据与实际的光瞳亮度分布60的离散数据的差值的分布，能够得到图16所示的性状的分布57。
然后，在步骤S37中，针对掩模图案52m～54m，按单位光瞳区域求出与图16所示的差值分布57对应的指标值的变化量，即抗蚀剂图案的线宽的变化量。具体而言，如图17所示，基于基准性光瞳亮度分布50的离散数据与实际的光瞳亮度分布60的离散数据的差值分布57、例如针对掩模图案52m在步骤S35中按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56b，按单位光瞳区域求出与差值分布57对应的图案线宽的变化量，进而求出图案线宽的变化量的分布58。
同样地，针对其他的掩模图案53m、54m，基于在步骤S35中按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56c、56d，按单位光瞳区域求出与差值分布57对应的图案线宽的变化量，进而求出图案线宽的变化量的分布。在图17的线宽变化量的分布58中，与图14的(a)～(c)的情况同样地，随着各单位光瞳区域的颜色接近白色，意味着图案线宽的单位变化量向正方向(线宽变大的方向)增大，随着接近黑，意味着图案线宽的单位变化量向负方向(线宽变小的方向)增大。
最后，在第2实施方式的评价方法中，利用在步骤S37中按单位光瞳区域求出的差值所对应的指标值的变化量(线宽的变化量)的总和，求出与测量到的光瞳亮度分布对应地得到的指标值与目标指标值的误差(图案的线宽误差)(S38)。即，在步骤S38中，通过算出图17所示的线宽变化量的分布58中的线宽变化量的总和，求出例如与掩模图案52m对应地产生的抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。同样地，也求出与其他的掩模图案53m、54m对应地产生的抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。
在第2实施方式的评价方法中，在求出例如与掩模图案52m对应地产生是抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD时，算出分布58中的线宽变化量的总和。当参照成为该总和的算出对象的、线宽变化量的分布58时，能够容易地掌握哪个单位光瞳区域中的光瞳亮度的差值在线宽误差ΔCD的产生中是支配性的。同样地，针对其他掩模图案53m、54m，也能够容易地掌握哪个单位光瞳区域中的光瞳亮度的差值在线宽误差ΔCD的产生中是支配性的。
即，当参照与掩模图案52m相关的线宽变化量的分布58时，能够容易地掌握哪个单位光瞳区域中的何种程度的光瞳亮度水平的变化使与掩模图案52m对应地得到的抗蚀剂图案的线宽何种程度增减。同样地，当参照与其他的掩模图案53m、54m相关的线宽变化量的分布时，能够容易地掌握哪个单位光瞳区域中的何种程度的光瞳亮度水平的变化使与掩模图案53m、54m对应地得到的抗蚀剂图案的线宽何种程度增减。
这样，在第2实施方式的评价方法中，基于与对应于锚定图案51m以外的掩模图案52m～54m而产生的抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD相关的信息、参照例如图17所示的线宽变化量的分布而可容易地掌握的与支配性的差值相关的信息(即，哪个单位光瞳区域中的光瞳亮度的差值在线宽误差ΔCD的产生中是支配性的这样的信息)，能够调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布使得相对于多个掩模图案的线宽误差收敛在期望的范围内。即，例如技术人员使用第2实施方式的评价方法而综合地评价形成在照明光学系统的照明光瞳上的光瞳亮度分布，并基于其评价结果，调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布。
或者，在使用由上述步骤S31～S38构成的第2实施方式的评价方法而评价光瞳亮度分布后，也能够通过执行图18所示的步骤S61～S65调整光瞳亮度分布，进而调整照明光学系统IL。在第2实施方式的调整方法中，如图18所示，在经过第2实施方式的评价方法中的步骤S31～S38后，设定由多个调制参数规定的调制模型，并求出根据测量到的光瞳亮度分布的离散数据按调制参数调制后的光瞳亮度分布的离散数据(S61)。
以下，说明由多个调制参数规定的调制模型。在第2实施方式中，使用利用后述数种调制作用的复合作用信息、表现各调制作用的参数组(透射率的浓度、分布的种类等)，具体化实际测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)与根据测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)调制的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)的关系。一般来说，在测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)与调制后的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)之间，以下的式(4)所示的关系成立。在式(4)中，Q[]是反映某些现实的模型的调制操作，Q1、Q2、…、Qi是多个调制因子(光瞳亮度分布的调制参数)。
Ψm'(ξ,η)＝Q[Ψm(ξ,η),Q1,Q2,…,Qi] (4)
作为与该调制操作和调制因子相关的模型的一例，可考虑光学系统的代表性的分布调制作用，即透射率调制的作用和失真调制的作用。在透射率调制(与透射率分布对应的调制)的情况下，测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)与调制的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)的关系如以下的式(5)所示的那样来表示。
Ψm'(ξ,η)＝T(ξ,η)Ψm(ξ,η) (5)
在此，T(ξ,η)≡exp[ΣQi×fi(ξ,η)]
在式(5)中，T(ξ,η)意味着实质的透射率分布函数，fi(ξ,η)意味着FringeZernike多项式。另外，在式(5)中，Σ是1～i的总和记号。在完全没有透射率调制的情况下，Fringe Zernike多项式fi(ξ,η)的各级数的展开系数Qi是0，透射率分布函数T(ξ,η)成为1。
在失真调制(与光瞳亮度分布的变形对应的调制)的情况下，使用使用调制前的光瞳坐标值ξ,η和函数Dξ、Dη，按以下的式(6a)、(6b)表示调制后的光瞳坐标值ξ'、η'。
ξ'≡ξ+Dξ(ξ,η) (6a)
η'≡η+Dη(ξ,η) (6b)
式(6a)、(6b)意味着调制前的光瞳面内的光线的各位置(ξ,η)(数值计算来说与各像素相当)向基于失真函数Dξ、Dη规定的各位置(ξ'、η')微小移动这样的操作。由此，其结果是，产生例如枕形或桶形所代表的基于失真作用(分布的歪斜、变形)的光瞳亮度分布的调制作用。针对失真调制作用，也可利用使用了Fringe Zernike多项式fi(ξ,η)的表达来进行具体的定义。
例如，在具有仅4次失真多项式(Dist-4)的调制作用的情况下，函数Dξ和Dη按以下的式(7a)和(7b)那样表示。
Dξ(ξ,η)＝Q4×{f2(ξ,η)} (7a)
Dη(ξ,η)＝Q4×{-f3(ξ,η)} (7b)
在此，Q4相当于失真多项式的4次的展开系数，由该数值Q4的大小决定4次的失真作用的大小。在以下的表(1)中，示出1次失真多项式(Dist-1)～55次失真多项式(Dist-55)。在表(1)中，Fi意味着fi(ξ,η)。另外，在表(1)中，DX是意味着以光瞳面坐标ξ为对象施加调制的单位矢量，DY是意味着以光瞳面坐标η为对象施加调制的单位矢量。
表(1)
Dist-1 F1*DX
Dist-2 F1*DY
Dist-3 F2*DX+F3*DY
Dist-4 F2*DX-F3*DY
Dist-5 F3*DX+F2*DY
Dist-6 F4*DX
Dist-7 F4*DY
Dist-8 F5*DX+F6*DY
Dist-9 F6*DX-F5*DY
Dist-10 F5*DX-F6*DY
Dist-11 F6*DX+F5*DY
Dist-12 F7*DX+F8*DY
Dist-13 F7*DX-F8*DY
Dist-14 F8*DX+F7*DY
Dist-15 F10*DX+F11*DY
Dist-16 F11*DX-F10*DY
Dist-17 F10*DX-F11*DY
Dist-18 F11*DX+F10*DY
Dist-19 F9*DX
Dist-20 F9*DY
Dist-21 F12＊DX+F13＊DY
Dist-22 F13*DX-F12*DY
Dist-23 F12*DX-F13*DY
Dist-24 F13*DX+F12*DY
Dist-25 F17*DX+F18*DY
Dist-26 F18*DX-F17*DY
Dist-27 F17*DX-F18*DY
Dist-28 F18*DX+F17*DY
Dist-29 F14*DX+F15*DY
Dist-30 F14*DX-F15*DY
Dist-31 F15*DX+F14*DY
Dist-32 F19*DX+F20*DY
Dist-33 F20*DX-F19*DY
Dist-34 F19*DX-F20*DY
Dist-35 F20*DX+F19*DY
Dist-36 F26*DX+F27*DY
Dist-37 F27*DX-F26*DY
Dist-38 F16*DX
Dist-39 F16*DY
Dist-40 F21*DX+F22*DY
Dist-41 F22*DX-F21*DY
Dist-42 F21*DX-F22*DY
Dist-43 F22*DX+F21*DY
Dist-44 F28*DX+F29*DY
Dist-45 F29*DX-F28*DY
Dist-46 F23*DX+F24*DY
Dist-47 F23*DX-F24*DY
Dist-48 F24*DX+F23*DY
Dist-49 F30*DX+F31*DY
Dist-50 F31*DX-F30*DY
Dist-51 F25*DX
Dist-52 F25*DY
Dist-53 F32*DX+F33*DY
Dist-54 F33*DX-F32*DY
Dist-55 F34*DX+F35*DY
作为参考，在图19中示出仅利用1次失真多项式(Dist-1)的调制作用，在图20中示出仅利用3次失真多项式(Dist-3)的调制作用，在图21中示出仅利用4次失真多项式(Dist-4)的调制作用，在图22中示出仅利用8次失真多项式(Dist-8)的调制作用，在图23中示出仅利用12次失真多项式(Dist-12)的调制作用。
因此，作为多次数的失真调制的混合效果，使用了失真多项式的一般调制作用如式(8a)、(8b)所示的那样表示。在式(8a)、(8b)中，Di是在表(1)中定义的各次数的失真多项式(矢量表现)，DX、DY是以光瞳面坐标ξ,η为对象的单位矢量。另外，在式(8a)、(8b)中，Σ是1～i的总和记号，“·”表示矢量的内积。
ξ'＝ΣQi×{Di(ξ,η)·DX} (8a)
η'＝ΣQi×{Di(ξ,η)·DY} (8b)
在表(1)定义的失真多项式中，各次数的调制作用相当于相互正交的操作。此外，除了上述两种模型以外，也可根据需要追加与失真以外的像差对应的调制、与模糊效果对应的调制、与眩光对应的调制、与曝光剂量对应的调制等相关的模型。
另外，也可根据需要追加与成像光学系统(例如曝光装置中的投影光学系统)的NA(数值孔径)对应的调制、相对于成像光学系统的散焦(例如抗蚀剂面相对于曝光装置中的投影光学系统的成像面的散焦)对应的调制、与球面像差对应的调制等相关的模型。并且，通过这些调制模型的复合，可表现与更实际的光瞳亮度分布相关的调制作用。
作为一例，能够将测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)与调制后的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)的关系按以下的式(9)所示的方式模型化。在式(9)中，PSF是表示模糊效果的函数(例如高斯函数)，F是遍及光瞳面整体而均匀作用的照明眩光(flare)成分，“*”表示卷积。
Ψm'(ξ,η)＝T(ξ,η)[Ψm{ξ+Dξ(ξ,η),η+Dη(ξ,η)}*PSF]+F (9)
在第2实施方式中，由于假定4种应评价的掩模图案51m～54m，在光瞳亮度分布的调整中应着眼的物理量是线宽误差ΔCD，即是，作为通过设计上的(基准性)光瞳亮度分布Ψd(ξ,η)应达成的期望目标指标值的线宽与作为通过根据测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)调制的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)而得到的指标值的线宽之差。
在此，依赖于决定相对于测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)的微小变化的多个调制参数(即系数)Q1、Q2、…、Qi，与调制后的光瞳亮度分布Ψm'(ξ,η)对应的CD值相对于与测量到的光瞳亮度分布Ψm(ξ,η)对应的CD值产生微小变化。一般来说，上述调制参数Q1、Q2、…、Qi与线宽误差ΔCD的关系成为复杂的非线性。但是，在考虑调制参数Qi具有微小量这样有限的值时的线宽误差ΔCD从0开始的微小变化的情况下，能够将调制参数Qi与线宽误差ΔCD的关系近似地作为线性变化关系来处理。
在步骤S61中，设定按上述方式利用多个调制参数规定的调制模型。然后，求出从测量到的光瞳亮度分布的离散数据按调制参数被微小调制而成的光瞳亮度分布的离散数据。具体而言，在步骤S61中，通过向着眼的一个调制参数(系数)赋予所需的微小值且向其他全部的调制参数赋予0的值，求出根据测量到的光瞳亮度分布的离散数据微小调制而成的光瞳亮度分布的离散数据。针对全部调制参数或者针对所需的多个调制参数重复进行求出该微小调制的光瞳亮度分布的离散数据的作业。
接着，在第2实施方式的调整方法中，按单位光瞳区域求出在步骤S61得到的按调制参数调制的光瞳亮度分布的离散数据与基准性光瞳亮度分布的离散数据的差值，并按单位光瞳区域求出与该差值对应的指标值的变化量(S62)。该步骤S62与第2实施方式的评价方法中的步骤S37类似。即，在步骤S62中，基于设计上的光瞳亮度分布50的离散数据与按调制参数调制的光瞳亮度分布的离散数据的差值分布(与图16所示的差值分布57对应)、例如针对掩模图案52m在步骤S35中按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56b，按单位光瞳区域求出与差值分布对应的图案线宽的变化量，进而求出图案线宽的变化量的分布。
同样地，基于针对其他的掩模图案53m、54m在步骤S35中按单位光瞳区域求出的图案线宽的单位变化量的分布56c、56d，按单位光瞳区域求出图案线宽的变化量，进而求出图案线宽的变化量的分布，所述图案线宽的变化量对应于设计上的光瞳亮度分布50的离散数据与按调制参数调制的光瞳亮度分布的离散数据的差值分布。这样，针对按调制参数调制的光瞳亮度分布来进行针对掩模图案52m～54m求出图案线宽的变化量的分布的作业。
接着，在第2实施方式的调整方法中，利用在步骤S62中按单位光瞳区域求出的差值所对应的指标值的变化量的总和，求出与按调制参数调制的光瞳亮度分布对应地得到的指标值与目标指标值的误差(S63)。该步骤S63与第2实施方式的评价方法中的步骤S38类似。即，在步骤S63中，通过算出在步骤S62中求出的线宽变化量的分布(与图17所示的分布58对应)中的线宽变化量的总和，针对按调制参数调制的光瞳亮度分布求出例如与掩模图案52m对应地产生的抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。同样地，也针对按调制参数调制的光瞳亮度分布求出与其他的掩模图案53m、54m对应地产生的抗蚀剂图案的线宽误差ΔCD。
接着，在第2实施方式的调整方法中，求出多个调制参数的值，使得：与根据测量到的光瞳亮度分布调制的光瞳亮度分布对应地得到的指标值与目标指标值的误差变得小于与测量到的光瞳亮度分布对应地得到的指标值与目标指标值的误差(S64)。具体而言，在步骤S64中，使用例如非线性最小二乘法等方法，求出多个调制参数的值，使得与调制的光瞳亮度分布对应地得到的线宽误差ΔCD充分变小，即，与调制的光瞳亮度分布对应地得到的线宽误差ΔCD收敛在容许范围内。
最后，在第2实施方式的调整方法中，基于在步骤S64中求出的多个调制参数的值，以调制后的光瞳亮度分布为目标而调整形成在照明光瞳上的光瞳亮度分布(S65)。具体而言，在步骤S65中，控制部CR通过在参照光瞳分布测量装置DT的测量结果的同时分别控制空间光调制器30的多个反射镜部件30a的姿势，从而在照明光瞳上形成尽可能接近基于在步骤S64中求出的多个调制参数的值而调制的光瞳亮度分布，进而调整形成在照明光学系统IL的照明光瞳上的光瞳亮度分布。
此外，在步骤S65之后，也可根据需要，基于调整的光瞳亮度分布进行测试曝光，通过实测形成在设置于投影光学系统PL的像面上的晶片W上的抗蚀剂图案的线宽，确认线宽误差ΔCD收敛在容许范围内。这样，在第2实施方式的调整方法中，在使用第2实施方式的评价方法(S31～S38)评价光瞳亮度分布后，通过执行步骤S61～S65，能够调整光瞳亮度分布，进而调整照明光学系统IL。
此外，在第2实施方式的光瞳亮度分布的评价方法中，假定图12所示的环带状光瞳亮度分布50作为设计上的光瞳亮度分布，且假定一个锚定图案51m和三个掩模图案52m～54m。然而，不限定于此，设计上的光瞳亮度分布(基准性光瞳亮度分布)和评价图案可以是各种形态。另外，在第2实施方式中，作为成像特性的指标值，求出由光瞳亮度分布得到的抗蚀剂图案的线宽。然而，不限定于此，也能够使用图案的线宽以外的适当的指标值。
在上述实施方式中，光瞳分布测量装置DT基于通过照明光学系统IL的被照射面(掩模M的图案面的位置)的光，测量与照明光学系统IL的照明光瞳(成像光学系统8的光瞳面)光学上共轭的面上的光强度分布。然而，不限定于此，也能够基于朝向照明光学系统IL的被照射面的光，测量与照明光瞳光学上共轭的面上的光强度分布。作为一例，通过从微型蝇眼透镜5与聚光光学系统6之间的光路中取出照明光的一部分，并在与微型蝇眼透镜5后的照明光瞳光学上共轭的面上检测出取出的光，从而测量与微型蝇眼透镜5后的照明光瞳上的光瞳亮度分布对应的光强度分布。
另外，在上述实施方式中，作为具有与空间光调制器30的多个反射镜部件30a的排列面对置的光学面的棱镜部件，使用了用一个光学块一体地形成的K棱镜32。然而，不限定于此，能够利用一对棱镜构成具有与K棱镜32同样的功能的棱镜部件。另外，能够利用一个平行平面板和一对三角棱镜构成具有与K棱镜32同样的功能的棱镜部件。另外，能够利用一个平行平面板和一对平面反射镜，构成具有与K棱镜32同样的功能的组装光学部件。
在本实施方式中，作为空间光调制器30，例如使用使二维排列的多个反射镜部件30a的朝向连续地分别变化的空间光调制器。作为这种空间光调制器，例如能够使用在欧洲专利公开第779530号公报、美国专利第5867302号公报、美国专利第6480320号公报、美国专利第6600591号公报、美国专利第6733144号公报、美国专利第6900915号公报、美国专利第7095546号公报、美国专利第7295726号公报、美国专利第7424330号公报、美国专利第7567375号公报、美国专利公开第2008/0309901号公报、美国专利公开第2011/0181852号公报、美国专利公开第2011/188017号公报以及日本特开2006-113437号公报公开的空间光调制器。此外，也可以是，以离散地具有多个级别的方式控制二维排列的多个反射镜部件5a的朝向。
在上述实施方式中，作为具有二维排列且被独立控制的多个反射镜部件的空间光调制器，使用了可以独立地控制二维排列的多个反射面的朝向(角度：倾斜)的空间光调制器。但是，并不限定于此，例如也可以使用可以独立地控制二维排列的多个反射面的高度(位置)的空间光调制器。作为这种空间光调制器，例如能够使用美国专利第5312513号公报以及美国专利第6885493号公报的图1d公开的空间光调制器。在这些空间光调制器中，通过形成二维的高度分布，能够对入射光赋予与衍射面相同的作用。此外，也可以按照例如美国专利第6891655号公报、美国专利公开第2005/0095749号公报的公开，将具有上述二维排列的多个反射面的空间光调制器变形。
另外，在上述实施方式中，作为调整形成在照明光学系统IL的照明光瞳上的光瞳亮度分布的光瞳调整装置，使用了具有排列在预定面内并可独立地控制的多个反射镜部件30a的反射型空间光调制器30。然而，不限定于此，也能够使用透射型空间光调制器，所述透射型空间光调制器包括排列在预定面内并独立地控制的多个透射光学部件。
另外，在上述实施方式中，对调整装载在曝光装置中的照明光学系统的方法，即单体的曝光装置的调整方法应用了本发明。在该情况下，改善方法中的基准性光瞳亮度分布是设计上的光瞳亮度分布，目标OPE值是通过设计上的光瞳亮度分布应达成的OPE值。
然而，不限定于此，能够将本发明应用于以与其他曝光装置(母机)的匹配为目的的调整方法，即用于减少在不同的两个曝光装置之间产生的分辨率线宽的偏差的调整方法。在该情况下，改善方法中的基准性光瞳亮度分布是在母机中使用的光瞳亮度分布，目标OPE值是通过在母机中使用的光瞳亮度分布得到的OPE值。此外，在上述例子中，用分别具有以单位亮度水平的倍数表示的亮度水平的三维模型来近似(数字化)多个单位光瞳区域的各区域，但也可以不是单位亮度水平的倍数(整数倍)。
在上述实施方式中，能够使用基于预定的电子数据形成预定图案的可变图案形成装置来代替掩模。如果使用这种可变图案形成装置，则即使图案面纵向放置，也能够给同步精度带来的影响降低为最低限度。此外，作为可变图案形成装置，例如能够使用包含基于预定的电子数据驱动的多个反射元件的DMD(Digtial Micromirror Device：数字微镜装置)。使用了DMD的曝光装置例如公开在日本特开2004-304135号公报、国际专利公开第2006/080285号小册子以及与之对应的美国专利公开第2007/0296936号公报中。另外，除了DMD之类的非发光型的反射型空间光调制器以外，还可以使用透射型空间光调制器，还可以使用自发光型的图像显示元件。在此，作为参照援用美国专利公开第2007/0296936号公报的教导。
通过组装包含本申请权利要求书所列举的各结构要素的各种子系统，以保持预定的机械精度、电精度、光学精度的方式来制造上述实施方式的曝光装置。为了确保这些各种精度，在该组装的前后，针对各种光学系统进行用于达成光学精度的调整，针对各种机械系统进行用于达成机械精度的调整，针对各种电系统进行用于达成电精度的调整。从各种子系统向曝光装置的组装工序包含各种子系统相互间的机械连接、电路的布线连接、气压电路的管道连接等。不言而喻的是，在该从各种子系统向曝光装置的组装工序之前，具有各子系统各自的组装工序。当各种子系统向曝光装置的组装工序结束后，进行综合调整，确保作为曝光装置整体的各种精度。此外，也可以在管理了温度和清洁度等的无尘室中进行曝光装置的制造。
下面，说明使用了上述实施方式的曝光装置的器件制造方法。图24是表示半导体器件的制造工序的流程图。如图24所示，在半导体器件的制造工序中，在成为半导体器件的衬底的晶片W上蒸镀金属膜(步骤S40)，在该蒸镀好的金属膜上涂布作为感光性材料的光致抗蚀剂(步骤S42)。。然后，使用上述实施方式的投影曝光装置，将形成于掩模(标线片)M上的图案转印至晶片W上的各拍摄区域(步骤S44：曝光工序)，进行结束了该转印的晶片W的显影，也就是进行转印有图案的光致抗蚀剂的显影(步骤S46：显影工序)。
其后，将利用步骤S46在晶片W的表面生成的抗蚀剂图案作为掩模，对晶片W的表面进行蚀刻等加工(步骤S48：加工工序)。这里，抗蚀剂图案是生成了与利用上述实施方式的投影曝光装置转印的图案对应的形状的凹凸的光致抗蚀剂层，其凹部贯穿光致抗蚀剂层。在步骤S48中，隔着该抗蚀剂图案进行晶片W的表面加工。在步骤S48中进行的加工中，例如包含晶片W的表面的蚀刻或金属膜等的成膜的至少一方。而且，在步骤S44中，上述实施方式的投影曝光装置将涂布有光致抗蚀剂的晶片W作为感光性衬底来进行图案的转印。
图25是表示液晶显示元件等液晶器件的制造工序的流程图。如图25所示，在液晶器件的制造工序中，顺次进行图案形成工序(步骤S50)、彩色滤光片形成工序(步骤S52)、单元组装工序(步骤S54)以及模块组装工序(步骤S56)。在步骤S50的图案形成工序中，作为平板P在涂布有光致抗蚀剂的玻璃衬底上，使用上述实施方式的投影曝光装置形成电路图案和电极图案等预定图案。在该图案形成工序中，包含：使用上述实施方式的投影曝光装置向光致抗蚀剂层转印图案的曝光工序；进行转印有图案的平板P的显影，即玻璃衬底上的光致抗蚀剂层的显影并生成与图案对应的形状的光致抗蚀剂层的显影工序；隔着该显影过的光致抗蚀剂层对玻璃衬底的表面进行加工的加工工序。
在步骤S52的滤色片形成工序中，形成呈矩阵状排列多个与R(Red)、G(Green)、B(Blue)对应的3个点的组；或者沿水平扫描方向排列多个R、G、B的3条条纹的滤光片的组而成的彩色滤光片。在步骤S54的单元组装工序中，使用利用步骤S50形成了预定图案的玻璃衬底、利用步骤S52形成的彩色滤光片来组装液晶面板(液晶单元)。具体而言，例如通过向玻璃衬底与彩色滤光片之间注入液晶来形成液晶面板。在步骤S56的模块组装工序中，针对利用步骤S54组装而成的液晶面板，安装进行该液晶面板的显示动作的电路和背光源等各种部件。
另外，本发明并不限定于应用在半导体器件制造用的曝光装置中，例如也可以广泛地应用在例如形成在方形的玻璃板上的液晶显示元件、或者等离子体显示器等显示器装置用的曝光装置；用于制造成像元件(CCD等)、微型机器、薄膜磁头、以及DNA芯片等各种器件的曝光装置中。此外，本发明也能够应用在使用光刻工序制造形成有各种器件的掩模图案的掩模(光掩模、标线片等)时的曝光工序(曝光装置)中。
此外，在上述实施方式中，作为曝光光线，使用了ArF准分子激光(波长：193nm)、KrF准分子激光(波长：248nm)，但不限定于此，能够使用其他适当的脉冲激光光源，例如供给波长157nm的激光的F2激光光源、供给波长146nm的激光的Kr2激光光源、供给波长126nm的激光的Ar2激光光源等。另外，也可使用发出g线(波长436nm)、i线(波长365nm)等亮线的超高压水银灯等CW(Continuous Wave：连续波)光源。另外，也能够使用YAG激光器的谐波产生装置等。此外，例如像美国专利第7023610号说明书公开的那样，作为真空紫外光，也可以使用将自DFB半导体激光器或光纤激光器振荡的红外区域或可视区域的单一波长激光，用例如掺杂铒(或铒与钇双方)的光纤放大器加以放大，并使用非线性光学结晶波长转换为紫外光的谐波。
另外，在上述实施方式中，也可应用使投影光学系统与感光性衬底之间的光路中以具有大于1.1的折射率的介质(典型来说为液体)加以填充的方法，所谓液浸法。在该情况下，作为用液体填充投影光学系统与感光性衬底之间的光路的内部的方法，也能够采用：在国际公开第WO99/49504号小册子中公开的局部地填充液体的方法、在日本特开平6-124873号公报中公开的使保持了曝光对象的衬底的载台在液槽中移动的方法、在日本特开平10-303114号公报中公开的在载台上形成预定深度的液体槽并在其中保持衬底的方法等。在此，作为参照援用国际公开第WO99/49504号小册子、日本特开平6-124873号公报以及日本特开平10-303114号公报的教导。
另外，在上述实施方式中，也可应用美国公开公报第2006/0170901号和第2007/0146676号公开的所谓偏振照明方法。在此，作为参照援用美国专利公开第2006/0170901号公报和美国专利公开第
2007/0146676号公报的教导。
另外，在上述实施方式中，对在曝光装置中照明掩模的照明光学系统应用本发明。然而，并不限定于此，一般来说，能够将本发明应用于向成像光学系统供给照明光的照明光学系统，所述成像光学系统在第2面上形成配置于第1面上的物体的像。
标号说明
1 光源
2 光束送光部
3 空间光调制单元
30 空间光调制器
30a 反射镜部件
30c 驱动部
32 K棱镜
4 中继光学系统
5 微型蝇眼透镜
6 聚光光学系统
7 照明视场光阑(掩模遮帘)
8 成像光学系统
IL 照明光学系统
CR 控制部
DT 光瞳分布测量装置
M 掩模
PL 投影光学系统
W 晶片

Claims (15)

1.一种曝光装置，包括：
照明光学系统，利用照明光对配置于第1面的图案进行照明；
投影光学系统，将被照明的图案的像投影于第2面；
测量部，对形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳强度分布进行测量，
所述照明光学系统具有对形成在所述照明光瞳上的光瞳强度分布进行变更的光瞳强度分布变更部件，
按照明光瞳上的多个单位光瞳区域的各单位光瞳区域，基于光瞳强度的变化和所述投影光学系统的成像特性的指标的变化之间的关系、与由所述测量部测量到的所述光瞳强度分布中的所述多个单位光瞳区域的各单位光瞳区域的强度，使用所述光瞳强度分布变更部件来变更所述光瞳强度分布。
2.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，
以所述投影光学系统的成像特性的指标值成为目标指标值的方式，变更所述光瞳强度分布。
3.根据权利要求2所述的曝光装置，其中，
所述成像特性的指标包括OPE值。
4.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，
将所述照明光瞳假想地分割而得到多个单位光瞳区域，通过按每单位光瞳区域求出利用从所述多个单位光瞳区域的各区域供给的单位亮度水平的光形成在所述第2面上的单位强度分布，由此准备变化表。
5.根据权利要求4所述的曝光装置，其中，
通过按照如下的三维模型求出近似的光瞳亮度分布的离散数据，由此准备所述变化表，所述三维模型是所述多个单位光瞳区域的各区域分别具有用所述单位亮度水平的倍数来表示的亮度水平。
6.根据权利要求5所述的曝光装置，其中，
使用所述变化表的按所述每单位光瞳区域求出的多个所述单位强度分布、和所述变化表的所述离散数据，求出由评价对象的所述光瞳亮度分布形成在所述第2面上的空间像的光强度分布，由此求出所述指标的值。
7.根据权利要求6所述的曝光装置，其中，
从所述空间像的光强度分布算出所述指标的值。
8.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，
所述测量部接受经由所述投影光学系统的光来求出所述光瞳强度分布。
9.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，
所述照明光学系统包括使来自所述光瞳强度分布变更部件的光分布于所述照明光瞳的分布形成光学系统。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其中，
所述光瞳强度分布变更部件包括空间光调制器。
11.根据权利要求3所述的曝光装置，其中，
所述成像特性的指标包括图案的线宽。
12.一种曝光方法，包括：
使用照明光学系统用照明光对配置于第1面的图案进行照明；
将被照明的图案的像投影于第2面；
对形成在所述照明光学系统的照明光瞳上的光瞳强度分布进行测量；
对形成在所述照明光瞳上的光瞳强度分布进行变更，
所述变更是指：按照明光瞳上的多个单位光瞳区域的各单位光瞳区域，基于变化表、与由测量部测量到的所述光瞳强度分布中的所述多个单位光瞳区域的各单位光瞳区域的强度，来变更所述光瞳强度分布，所述变化表表示投影光学系统的成像特性的指标的变化相对于光瞳强度的变化。
13.根据权利要求12所述的曝光方法，其中，
以所述投影光学系统的成像特性的指标值成为目标指标值的方式，变更所述光瞳强度分布。
14.一种器件制造方法，包含：
使用权利要求1～11中任一项所述的曝光装置、或权利要求12或13所述的曝光方法，将所述预定图案曝光在所述感光性衬底上；
将转印有所述预定图案的所述感光性衬底显影，在所述感光性衬底的表面上形成与所述预定图案对应的形状的掩模层；以及
经由所述掩模层加工所述感光性衬底的表面。
15.一种评价光瞳亮度分布的方法，所述光瞳亮度分布是形成在照明光学系统的照明光瞳上的，所述照明光学系统向成像光学系统供给照明光，所述成像光学系统将配置在第1面上的图案的像形成在第2面上，其中，所述评价光瞳亮度分布的方法包含：
按每单位光瞳区域求出利用从多个单位光瞳区域的各区域供给的单位强度水平的光形成在所述第2面上的单位强度分布，所述多个单位光瞳区域是假想地分割所述照明光瞳而得到的区域，
按照如下的三维模型求出基准的光瞳强度分布的离散数据，所述三维模型是所述多个单位光瞳区域的各区域分别具有用所述单位强度水平的倍数来表示的强度水平，
基于按所述每单位光瞳区域求出的多个所述单位强度分布、和所述基准的光瞳强度分布的离散数据，求出由基准的光瞳强度分布形成在所述第2面上的空间像的光强度分布，
基于所述空间像的光强度分布，求出由所述基准的光瞳强度分布得到的成像特性的指标值，
按每单位光瞳区域求出所述指标值的单位变化量，所述指标值的单位变化量是指在所述基准的光瞳强度分布的离散数据中、1个单位光瞳区域的强度水平按单位亮度水平变化了时所得到的变化量。
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