JP2011216796A - 瞳輝度分布の評価方法、照明光学系およびその調整方法、露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価する。
【解決手段】 結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を評価する方法は、所定の瞳輝度分布に対応した結像光学系の光学伝達関数である第１の光学伝達関数を算出すること（Ｓ１１）と、瞳輝度分布の変調パラメータの微小変化に応じた第１の光学伝達関数の変化をパラメータ毎に求めること（Ｓ１２）と、計測された瞳輝度分布に対応した結像光学系の光学伝達関数である第２の光学伝達関数を算出すること（Ｓ１３）と、第１の光学伝達関数と第２の光学伝達関数との差を、パラメータ毎の変化を用いた関数で近似すること（Ｓ１４）とを含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は、瞳輝度分布の評価方法、照明光学系およびその調整方法、露光装置、並びにデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置の照明瞳に形成される瞳輝度分布の評価に関する。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳輝度分布」という。照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

従来、ズーム光学系を用いることなく瞳輝度分布（ひいては照明条件）を連続的に変更することのできる照明光学系が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学系では、アレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小なミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換し、ひいては所望の瞳輝度分布を実現している。

特開２００２−３５３１０５号公報

特許文献１に記載された照明光学系では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素を有する空間光変調器を用いているので、瞳輝度分布の形状および大きさの変更に関する自由度は高い。ただし、実際に照明瞳に形成される瞳輝度分布は、設計上の瞳輝度分布とは異なり、複雑な外形形状および分布を有することが多い。また、設計上の瞳輝度分布そのものが複雑な外形形状および分布を有する場合もあり、その場合には実際の瞳輝度分布はさらに複雑な外形形状および分布を有することになる。

そこで、実際の瞳輝度分布に応じた結像性能を設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能に近づけるために、結像性能に着目して設計上の瞳輝度分布と実際の瞳輝度分布との差を指標評価することが望まれる。この種の瞳輝度分布の評価ができない場合、所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を適切に調整すること（すなわち照明条件を適切に調整すること）が困難になる。また、異なる２つの露光装置の間で発生する解像線幅のばらつきを小さく抑えることが困難になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価する評価方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を適切に調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、実際の瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面に配置される物体の像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を評価する方法であって、
所定の瞳輝度分布に対応した前記結像光学系の光学伝達関数である第１の光学伝達関数を算出することと、
少なくとも１つの瞳輝度分布の変調パラメータの微小変化に応じた前記第１の光学伝達関数の変化をパラメータ毎に求めることと、
計測された瞳輝度分布に対応した前記結像光学系の光学伝達関数である第２の光学伝達関数を算出することと、
前記第１の光学伝達関数と前記第２の光学伝達関数との差を、前記パラメータ毎の変化を用いた関数で近似することとを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の評価方法を処理装置に実行させるプログラムを提供する。

本発明の第３形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の調整方法において、
前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測することと、
第１形態の評価方法を用いて前記瞳輝度分布を評価することと、
前記評価の結果に基づいて前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整すること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４形態では、第３形態の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第５形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳計測装置と、
前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置と、
第１形態の評価方法を用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第６形態では、所定のパターンを照明するための第４形態または第５形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第７形態では、第６形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の第８形態では、第１パターンを照明する第１照明光学系を備え、前記第１パターンを感光性基板に露光する第１露光装置と、第２パターンを照明する第２照明光学系を備え、前記第２パターンを前記感光性基板に露光する第２露光装置とを備える露光システムの調整方法であって、
前記第１照明光学系および第２照明光学系のうちの少なくとも一方を、第３形態の調整方法にしたがって調整することを特徴とする調整方法を提供する。

本発明の一態様にしたがう瞳輝度分布の評価方法では、所定の瞳輝度分布に対応する第１の光学伝達関数と、計測された瞳輝度分布に対応する第２の光学伝達関数との差を、所要数の変調パラメータの微小変化に応じた第１の光学伝達関数のパラメータ毎の変化を用いた関数、例えば複数のパラメータ毎の変化を線形結合した関数で近似する。この関数近似により得られた係数は、計測された実際の瞳輝度分布の特徴を現す指標であって、実際の瞳輝度分布が所定の瞳輝度分布からどの程度変化しているかを表している。

すなわち、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法では、結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価することができる。本発明の照明光学系では、瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価する評価方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を適切に調整することができる。本発明の露光装置では、実際の瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

１次のディストーション多項式のみによる変調作用を示す図である。 ３次のディストーション多項式のみによる変調作用を示す図である。 ４次のディストーション多項式のみによる変調作用を示す図である。 ８次のディストーション多項式のみによる変調作用を示す図である。 １２次のディストーション多項式のみによる変調作用を示す図である。 本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法のフローチャートである。 設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄを例示する図である。 実際の光学伝達関数ＯＴＦｒと設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δを例示する図である。 パラメータ毎に求められた光学伝達関数ＯＴＦｄの変化を例示する図である。 実際のＯＴＦ差Δおよび関数近似されたＯＴＦ差Δａを例示する図である。 本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 空間光変調ユニットの構成および作用を概略的に示す図である。 空間光変調ユニット中の空間光変調器の部分斜視図である。 瞳計測装置の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる照明光学系の調整方法のフローチャートである。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

本発明の具体的な実施形態の説明に先立って、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法の基本的な考え方を説明する。露光装置において照明瞳に実際に形成された瞳輝度分布は、瞳面内の座標ｘ，ｙの関数Ψｒ（ｘ，ｙ）を用いて表される。一般に、照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布は、照明瞳に形成しようと企図した設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）とは異なる分布になる。その理由として、例えば、光学系の透過率分布や収差などの影響が考えられる。従って、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を調整するには、実際の瞳輝度分布と設計上の瞳輝度分布との差を結像性能に着目して指標評価することが必要になる。

円形照明や輪帯照明を行う従来技術では、僅かな幾何学的パラメータ（半径、輪帯比など）を用いて設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）を表現することができた。このため、実際の瞳輝度分布から算出されるＯＴＦ（光学伝達関数）分布を参照し、結像性能に関して実際の瞳輝度分布と等価である実効的な瞳輝度分布を指標評価すること、すなわち半径や輪帯比のような指標を用いて瞳輝度分布を評価することが容易であった。しかしながら、最近では、設計上の瞳輝度分布そのものが複雑な外形形状および分布を有する場合があり、その場合には実際の瞳輝度分布はさらに複雑な外形形状および分布を有するため、僅かな幾何学的パラメータのような指標を用いて瞳輝度分布を評価することができない。

まず、本発明では、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）と実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）との関係を、後述する数種類の変調作用による複合作用情報と、各変調作用を表現するパラメータ群（透過率の濃度や分布の種類など）とを用いて具体化する。一般に、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）と実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）との間に、次の式（１）に示す関係が成立する。式（１）において、Ｑ［ ］は何らかの現実的なモデルを反映させた変調操作であり、Ｑ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iは複数の変調因子（瞳輝度分布の変調パラメータ）である。
Ψｒ（ｘ，ｙ）≒Ｑ［Ψｄ（ｘ，ｙ），Ｑ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_i］ （１）

この変調操作と変調因子とに関するモデルの一例として、光学系による代表的な分布変調作用、すなわち透過率変調の作用およびディストーション変調の作用が考えられる。透過率変調（透過率分布に起因する変調）の場合、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）と実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）との関係は、次の式（２）に示すように表される。
Ψｒ（ｘ，ｙ）＝Ｔ（ｘ，ｙ）Ψｄ（ｘ，ｙ） （２）
ここで、Ｔ（ｘ，ｙ）≡exp［ΣＱ_i×ｆ_i（ｘ，ｙ）］

式（２）において、Ｔ（ｘ，ｙ）は正味の透過率分布関数を意味し、ｆ_i（ｘ，ｙ）はフリンジツェルニケ多項式を意味している。また、式（２）において、Σは、１〜ｉまでの総和記号である。透過率変調が全くない場合、フリンジツェルニケ多項式ｆ_i（ｘ，ｙ）の各次数の展開係数Ｑ_iは０であり、透過率分布関数Ｔ（ｘ，ｙ）は１になる。

ディストーション変調（瞳輝度分布の変形に起因する変調）の場合、変調後の瞳座標値ｘ’，ｙ’は、変調前の瞳座標値ｘ，ｙ、および関数ｇ_x，ｇ_yを用いて、次の式（３ａ），（３ｂ）のように表される。
ｘ’≡ｘ＋ｇ_x（ｘ，ｙ） （３ａ）
ｙ’≡ｙ＋ｇ_y（ｘ，ｙ） （３ｂ）

式（３ａ），（３ｂ）は、変調前の瞳面内の光線の各位置（ｘ，ｙ）（数値計算的には各ピクセルに相当）が、関数ｇ_x，ｇ_yに基づいて規定される各位置（ｘ’，ｙ’）へ微小移動するという操作を意味している。これによって、例えば糸巻き型や樽型に代表されるディストーション作用（分布の歪み、変形）に基づく瞳輝度分布の変調作用が結果的に生じる。ディストーション変調作用についても、フリンジツェルニケ多項式ｆ_i（ｘ，ｙ）を用いた表現によって具体的な定義が可能である。

例えば、４次のディストーション多項式（Dist-4）のみの変調作用がある場合、関数ｇ_xおよびｇ_yは、次の式（４ａ）および（４ｂ）のように表される。
ｇ_x（ｘ，ｙ）＝Ｑ₄×｛ｆ₂（ｘ，ｙ）｝ （４ａ）
ｇ_y（ｘ，ｙ）＝Ｑ₄×｛−ｆ₃（ｘ，ｙ）｝ （４ｂ）

ここで、Ｑ₄は、ディストーション多項式の４次の展開係数に相当し、この数値Ｑ₄の大小で４次のディストーション作用の大きさが決まる。次の表（１）に、１次のディストーション多項式（Dist-1）〜５５次のディストーション多項式（Dist-55）を示す。表（１）において、Ｆｉはｆ_i（ｘ，ｙ）を意味している。また、表（１）において、ＤＸは瞳面座標ｘを対象に変調を掛けるということを意味する単位ベクトルであり、ＤＹは瞳面座標ｙを対象に変調を掛けるということを意味する単位ベクトルである。

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 ＦＩ７＊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

参考として、１次のディストーション多項式（Dist-1）のみによる変調作用を図１に、３次のディストーション多項式（Dist-3）のみによる変調作用を図２に、４次のディストーション多項式（Dist-4）のみによる変調作用を図３に、８次のディストーション多項式（Dist-8）のみによる変調作用を図４に、１２次のディストーション多項式（Dist-12）のみによる変調作用を図５にそれぞれ示す。

したがって、ディストーション多項式を用いた一般的な変調作用は、複数の次数のディストーション変調の混合効果として、式（５ａ），（５ｂ）に示すように表される。式（５ａ），（５ｂ）において、Ｄ_iは表（１）で定義された各次数のディストーション多項式（ベクトル表現）であり、ＤＸ，ＤＹは瞳面座標ｘ，ｙを対象にした単位ベクトルである。また、式（５ａ），（５ｂ）において、Σは１〜ｉまでの総和記号であり、「・」はベクトルの内積を表している。
ｘ’＝ΣＱ_i×｛Ｄ_i（ｘ，ｙ）・ＤＸ｝ （５ａ）
ｙ’＝ΣＱ_i×｛Ｄ_i（ｘ，ｙ）・ＤＹ｝ （５ｂ）

表（１）で定義されたディストーション多項式では、各次数の変調作用が互いに直交した操作に相当しているため、後述する変化表の管理や指標表現等に役立つというメリットがある。なお、上記の２種類のモデル以外に、ディストーション以外の収差に起因する変調、ぼけ効果に起因する変調、フレア光に起因する変調などに関するモデルを必要に応じて追加することも可能である。さらに、これらの変調モデルの複合によって、さらに現実的な瞳輝度分布に関する変調作用を表現することが可能になる。

一方、瞳輝度分布の結像特性的な指標として、ＯＴＦ（光学伝達関数）が従来から知られている。ＯＴＦは、照明光学系および結像光学系（投影光学系）が無収差のときの結像光学系の瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）と瞳輝度分布Ψ（ｘ，ｙ）とのコンボリューションにより算出される。具体的に、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応した結像光学系の光学伝達関数ＯＴＦｒは次の式（６ａ）により得られ、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応した結像光学系の光学伝達関数ＯＴＦｄは次の式（６ｂ）により得られる。
ＯＴＦｒ＝Ψｒ（ｘ，ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ） （６ａ）
ＯＴＦｄ＝Ψｄ（ｘ，ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ） （６ｂ）

瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）および瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ），Ψｄ（ｘ，ｙ）が二次元分布であるため、算出されるＯＴＦｒ，ＯＴＦｄも二次元分布になる。ただし、以下の説明では、照明瞳において互いに直交する二方向に関するＯＴＦ分布が重要な意味を持つ傾向があるため、Ｈ方向（例えばｘ方向）に沿ったＯＴＦ一次元分布およびＶ方向（例えばｙ方向）に沿ったＯＴＦ一次元分布をＯＴＦ情報として扱うものとする。

ここで、着目すべき物理量は、次の式（７）に示すように、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｒと設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｄとの差Δである。また、式（１）を参照すると、ＯＴＦの差Δは、次の式（８）で表される物理量Ψｄ（ｘ，ｙ），Ｑ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iに依存した関数であるものと解釈することができる。
Δ≡ＯＴＦｒ−ＯＴＦｄ （７）
Δ［Ψｄ（ｘ，ｙ），Ｑ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_i］ （８）

つまり、照明瞳に形成しようと企図した設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）からの微小変化を決める複数の変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iに依存して、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｒが設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｄから微小変化することになる。一般的には、上記変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iとＯＴＦ差Δとの関係は、複雑な非線形になる。ただし、パラメータＱ_iが微小量だけ有限の値を持ったときのＯＴＦ差Δの０からの微小変化を考える場合、パラメータＱ_iとＯＴＦ差Δとの関係を近似的に線形的な変化関係として取り扱うことができる。

本発明では、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）からの微小変化を決める複数の変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iについて、単独のパラメータの微小変調によってそれぞれ惹き起こされるＯＴＦ差Δの変化を調べる。換言すれば、変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iの微小変化に応じたＯＴＦｄ（設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦ）の変化（変化率）をパラメータ毎に求める。具体的に、変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iの微小変化に応じたＯＴＦｄのパラメータ毎の変化は、変調パラメータＱ₁，Ｑ₂，・・・，Ｑ_iが０の近傍にあるときのＯＴＦ差Δの変化として、次の式（９）で表される。
∂Δ／∂Ｑ₁，∂Δ／∂Ｑ₂，・・・，∂Δ／∂Ｑ_i （９）

このように予め求められたＯＴＦｄのパラメータ毎の変化∂Δ／∂Ｑ₁，∂Δ／∂Ｑ₂，・・・，∂Δ／∂Ｑ_iに関する情報は、例えば変化表として記憶され且つ管理される。すなわち変化表を構成するＯＴＦｄの変化は、一連の変調パラメータを対象としてパラメータ毎の計算により予め準備される。次いで、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｒと設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δを、パラメータ毎の変化を用いた関数で近似する。

具体的に、パラメータ毎の変化を用いたＯＴＦ差Δの近似に際して、次の式（１０）に示すように、複数のパラメータ毎の変化を線形結合した関数を用いることができる。つまり、式（９）に示す複数のパラメータ毎の変化の線形結合によりＯＴＦ差Δを近似的に表すことができるように、最小二乗フィッティングを行う。式（１０）において、Ｃ₁，Ｃ₂，・・・，Ｃ_iは、結果的にフィッティングされた時の変化の係数である。
Δ≒Ｃ₁（∂Δ／∂Ｑ₁）＋Ｃ₂（∂Δ／∂Ｑ₂）
＋・・・＋Ｃ_i（∂Δ／∂Ｑ_i） （１０）

式（１０）に示す関数近似により得られた係数Ｃ₁，Ｃ₂，・・・，Ｃ_iは、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）が設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）からどの程度変化しているかを表す物理量であり、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）の特徴を現す指標値（代表値）に相当する。なお、式（１０）に示す関数が表す変調作用と逆の変調作用（画像変調）を実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に掛けて得られたＯＴＦｒ’のＯＴＦｄ（設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＴＦ）からの乖離Δｅが無視できない程度に存在する可能性もある。その場合には、乖離Δｅを対象として式（１０）に基づくフィッティングを所要回数だけ繰り返すことによって、パラメータ毎の変化を用いてＯＴＦ差Δをさらに良好に近似することができる。

以上のように、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法は、結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価する。具体的に、本発明の評価方法では、図６のフローチャートに示すように、設計上の瞳輝度分布（所定の瞳輝度分布）Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応した結像光学系の光学伝達関数である設計上の光学伝達関数（第１の光学伝達関数）ＯＴＦｄを算出する（Ｓ１１）。

光学伝達関数ＯＴＦｄは、式（６ｂ）に示すように、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）と、照明光学系および結像光学系が無収差のときの結像光学系の瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）とのコンボリューションにより算出される。ステップＳ１１を経て得られた設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄを図７に例示する。図７では、Ｈ方向に沿ったＯＴＦｄの一次元分布およびＶ方向に沿ったＯＴＦｄの一次元分布を示している。図７において、縦軸は規格化されたＯＴＦ値（コントラスト）であり、横軸は規格化された空間周波数νである。図７の表記は、後述の図８、図９および図１０においても同様である。

次いで、瞳輝度分布の変調パラメータの微小変化に応じた光学伝達関数ＯＴＦｄの変化をパラメータ毎に求める（Ｓ１２）。瞳輝度分布の変調パラメータとして、透過率分布に起因する変調に関するパラメータ、瞳輝度分布の変形に起因する変調（一般には収差に起因する変調）に関するパラメータ、ぼけ効果に起因する変調に関するパラメータ、フレア光に起因する変調に関するパラメータなどを、必要に応じて選択的に用いることができる。求められたＯＴＦｄのパラメータ毎の変化に関する情報に基づいて変化表が作成される。

ステップＳ１１およびＳ１２の後に、あるいはステップＳ１１およびＳ１２に先立って、計測された実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応した結像光学系の光学伝達関数である実際の光学伝達関数（第２の光学伝達関数）ＯＴＦｒを算出する（Ｓ１３）。光学伝達関数ＯＴＦｒは、式（６ａ）に示すように、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）と、照明光学系および結像光学系が無収差のときの結像光学系の瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）とのコンボリューションにより算出される。

最後に、光学伝達関数ＯＴＦｒとＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δをパラメータ毎の変化を用いた関数で近似する（Ｓ１４）。具体的に、照明瞳において互いに直交する二方向に関するＯＴＦ分布が重要な意味を持つ傾向があるため、ＯＴＦ情報としてＨ方向に沿ったＯＴＦ一次元分布およびＶ方向に沿ったＯＴＦ一次元分布を扱うことができる。また、パラメータ毎の変化を用いたＯＴＦ差Δの近似に際して、式（１０）に示すように、複数のパラメータ毎の変化を線形結合した関数を用いることができる。

図８に、ステップＳ１３を経て得られた実際の光学伝達関数ＯＴＦｒとステップＳ１１を経て得られた設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δを例示する。図８では、Ｈ方向に沿ったＯＴＦ差Δの一次元分布およびＶ方向に沿ったＯＴＦ差Δの一次元分布を示している。図９に、ステップＳ１２によりパラメータ毎に求められた光学伝達関数ＯＴＦｄの変化を例示する。図９では、３つの変調パラメータについて、各変調パラメータの微小変化に応じた光学伝達関数ＯＴＦｄの一次元分布の変化を示している。図１０に、実際の光学伝達関数ＯＴＦｒと設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δの一次元分布、および関数近似（フィッティング）されたＯＴＦ差Δａを例示する。

本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法では、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応する設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄと、計測された実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）に対応する実際の光学伝達関数ＯＴＦｒとのＯＴＦ差Δを、所要数の変調パラメータの微小変化に応じたＯＴＦｄのパラメータ毎の変化を用いた関数、例えば式（１０）に示すように複数のパラメータ毎の変化を線形結合した関数で近似する。式（１０）に示す関数近似により得られた係数Ｃ₁，Ｃ₂，・・・，Ｃ_iは、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）の特徴を現す指標であって、実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）が設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）からどの程度変化しているかを表している。

すなわち、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法では、結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価することができる。別の表現をすれば、照明瞳に形成しようと企図する設計上の瞳輝度分布の外形形状および分布が複雑であっても、実際に形成される瞳輝度分布の設計上の瞳輝度分布からの乖離について、定性的に意味のある比較的少数のパラメータの集合として代表値表現することが可能である。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１１において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１１の紙面に平行な方向に沿ってＸ軸を、ウェハＷの転写面内において図１１の紙面に垂直な方向に沿ってＹ軸をそれぞれ設定している。

図１１を参照すると、本実施形態の露光装置には、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。本実施形態の露光装置は、装置の光軸ＡＸに沿って、空間光変調ユニット３を含む照明光学系ＩＬと、マスクＭを支持するマスクステージＭＳと、投影光学系ＰＬと、ウェハＷを支持するウェハステージＷＳとを備えている。

光源１からの光は、照明光学系ＩＬを介してマスクＭを照明する。マスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、マスクＭのパターンの像をウェハＷ上に形成する。光源１からの光に基づいてマスクＭのパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬは、空間光変調ユニット３の作用により、複数極照明（２極照明、４極照明など）、輪帯照明等の変形照明、または通常の円形照明を行う。

照明光学系ＩＬは、光軸ＡＸに沿って光源１側から順に、ビーム送光部２と、空間光変調ユニット３と、リレー光学系４と、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５と、コンデンサー光学系６と、照明視野絞り（マスクブラインド）７と、結像光学系８とを備えている。空間光変調ユニット３は、ビーム送光部２を介した光源１からの光に基づいて、その遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）に所望の光強度分布（瞳輝度分布）を形成する。空間光変調ユニット３の内部構成および作用については後述する。

ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調ユニット３へ導くとともに、空間光変調ユニット３に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。リレー光学系４は、空間光変調ユニット３からの光を集光して、マイクロフライアイレンズ５へ導く。マイクロフライアイレンズ５は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。マイクロフライアイレンズ５における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。

マイクロフライアイレンズ５は、入射した光束を波面分割して、その後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に多数の小光源からなる二次光源（実質的な面光源；瞳輝度分布）を形成する。マイクロフライアイレンズ５の入射面は、リレー光学系４の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。なお、マイクロフライアイレンズ５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ５により形成される二次光源を光源として、照明光学系ＩＬの被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系ＩＬの照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

なお、瞳輝度分布とは、照明光学系ＩＬの照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布である。マイクロフライアイレンズ５による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ５の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳輝度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ５の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳輝度分布と称することができる。

コンデンサー光学系６は、マイクロフライアイレンズ５から射出された光を集光して、照明視野絞り７を重畳的に照明する。照明視野絞り７を通過した光は、結像光学系８を介して、マスクＭのパターン形成領域の少なくとも一部に照明視野絞り７の開口部の像である照明領域を形成する。なお、図１１では、光軸（ひいては光路）を折り曲げるための光路折曲げミラーの設置を省略しているが、必要に応じて光路折曲げミラーを照明光路中に適宜配置することが可能である。

マスクステージＭＳにはＸＹ平面（例えば水平面）に沿ってマスクＭが載置され、ウェハステージＷＳにはＸＹ平面に沿ってウェハＷが載置される。投影光学系ＰＬは、照明光学系ＩＬによってマスクＭのパターン面上に形成される照明領域からの光に基づいて、ウェハＷの転写面（露光面）上にマスクＭのパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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のパターンが順次露光される。

図１２および図１３を参照して、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を説明する。空間光変調ユニット３は、図１２に示すように、プリズム３２と、プリズム３２のＹＺ平面に平行な側面３２ａに近接して配置された空間光変調器３０とを備えている。プリズム３２は、例えば蛍石または石英のような光学材料により形成されている。

空間光変調器３０は、例えばＹＺ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａと、複数のミラー要素３０ａを保持する基盤３０ｂと、基盤３０ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３０ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３０ｃとを備えている。空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。

プリズム３２は、直方体の１つの側面（空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと対向する側面）をＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃと置き換えることにより得られる形態を有し、ＸＺ平面に沿った断面形状に因んでＫプリズムとも呼ばれる。プリズム３２のＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃは、鈍角をなすように交差する２つの平面Ｐ１およびＰ２によって規定されている。２つの平面Ｐ１およびＰ２はともにＸＺ平面と直交し、ＸＺ平面に沿ってＶ字状を呈している。

２つの平面Ｐ１とＰ２との接線（Ｙ方向に延びる直線）Ｐ３で接する２つの側面３２ｂおよび３２ｃの内面は、反射面Ｒ１およびＲ２として機能する。すなわち、反射面Ｒ１は平面Ｐ１上に位置し、反射面Ｒ２は平面Ｐ２上に位置し、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度は鈍角である。一例として、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度を１２０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の入射面ＩＰと反射面Ｒ１とのなす角度を６０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の射出面ＯＰと反射面Ｒ２とのなす角度を６０度とすることができる。

プリズム３２では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと光軸ＡＸとが平行であり、且つ反射面Ｒ１が光源１側（露光装置の上流側：図１２中左側）に、反射面Ｒ２がマイクロフライアイレンズ５側（露光装置の下流側：図１２中右側）に位置している。さらに詳細には、反射面Ｒ１は光軸ＡＸに対して斜設され、反射面Ｒ２は接線Ｐ３を通り且つＸＹ平面に平行な面に関して反射面Ｒ１とは対称的に光軸ＡＸに対して斜設されている。

プリズム３２の反射面Ｒ１は、入射面ＩＰを介して入射した光を空間光変調器３０に向かって反射する。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａは、反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との間の光路中に配置され、反射面Ｒ１を経て入射した光を反射する。プリズム３２の反射面Ｒ２は、空間光変調器３０を経て入射した光を反射し、射出面ＯＰを介してリレー光学系４へ導く。

空間光変調器３０は、反射面Ｒ１を経て入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を付与して射出する。空間光変調器３０は、図１３に示すように、所定面内で二次元的に配列された複数の微小なミラー要素（光学要素）３０ａを備えている。説明および図示を簡単にするために、図１２および図１３では空間光変調器３０が４×４＝１６個のミラー要素３０ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素３０ａを備えている。

図１２を参照すると、光軸ＡＸと平行な方向に沿って空間光変調ユニット３に入射した光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３０ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。

空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面は、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に配置されている。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系４の後側焦点面４ａに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが射出光に与える角度を、空間光変調器３０の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面４ａ上での位置に変換している。

再び図１１を参照すると、リレー光学系４の後側焦点面４ａの位置に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。したがって、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成される瞳輝度分布は、空間光変調器３０およびリレー光学系４がマイクロフライアイレンズ５の入射面に形成する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した分布となる。空間光変調器３０は、図１３に示すように、例えば平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小なミラー要素３０ａを含む可動マルチミラーである。

各ミラー要素３０ａは可動であり、その反射面の傾き（すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向）は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部３０ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３０ａは、その配列面に平行で且つ互いに直交する二方向（Ｙ方向およびＺ方向）を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３０ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

各ミラー要素３０ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図１３には外形が正方形状のミラー要素３０ａを示しているが、ミラー要素３０ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３０ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）が好ましい。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３０ａの間隔を必要最小限に抑えることが好ましい。

空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、リレー光学系４を介して、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に、複数極状（２極状、４極状など）、輪帯状、円形状等の光強度分布（瞳輝度分布）を形成する。

すなわち、リレー光学系４およびマイクロフライアイレンズ５は、空間光変調ユニット３中の空間光変調器３０を介した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系８の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）にも、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳における光強度分布に対応する瞳輝度分布が形成される。

本実施形態の露光装置は、例えばマスクステージＭＳに取り付けられて、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳計測装置ＤＴを備えている。瞳計測装置ＤＴは、図１４に示すように、ピンホール部材１０と、集光レンズ１１と、たとえば二次元ＣＣＤイメージセンサのような光検出器１２とを有する。ピンホール部材１０は、計測に際して、照明光学系ＩＬの被照射面（すなわち露光に際してマスクＭのパターン面Ｐｍが位置決めされるべき高さ位置）に配置される。また、ピンホール部材１０は集光レンズ１１の前側焦点位置に配置され、光検出器１２の検出面は集光レンズ１１の後側焦点位置に配置されている。

したがって、光検出器１２の検出面は、照明光学系ＩＬの照明瞳と光学的に共役な位置、すなわち結像光学系８の瞳面と光学的に共役な位置に配置される。瞳計測装置ＤＴでは、照明光学系ＩＬを経た光が、ピンホール部材１０のピンホールを通過し、集光レンズ１１の集光作用を受けた後、光検出器１２の検出面に達する。光検出器１２の検出面には、結像光学系８の瞳面における光強度分布（瞳輝度分布）に対応する光強度分布が形成される。

こうして、瞳計測装置ＤＴは、照明光学系ＩＬの被照射面を通過した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳（結像光学系８の瞳面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測する。なお、瞳計測装置ＤＴのさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開２０００−１９０１２号公報を参照することができる。また、瞳計測装置ＤＴとし、たとえば米国特許第５９２５８８７号公報に開示されるピンホールを介して瞳輝度分布を検出する装置を用いることもできる。

露光装置では、マスクＭのパターンをウェハＷに高精度に且つ忠実に転写するために、例えばマスクＭのパターン特性に応じた適切な照明条件のもとで露光を行うことが重要である。本実施形態では、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する空間光変調器３０を備えた空間光変調ユニット３を用いて、空間光変調器３０の作用により形成される瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させ、ひいては多様な照明条件を実現することができる。すなわち、照明光学系ＩＬでは、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３０ａを有する空間光変調器３０を用いているので、照明瞳に形成される瞳輝度分布の形状および大きさの変更に関する自由度は高い。

しかしながら、実際に照明瞳に形成される瞳輝度分布は、照明光学系ＩＬの透過率分布や収差などの影響により、照明瞳に形成しようと企図した設計上の瞳輝度分布とは異なる分布になることが多い。本実施形態の露光装置では、実際の瞳輝度分布に応じた結像性能を設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能に近づけるために、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法を用いて設計上の瞳輝度分布と実際の瞳輝度分布との差を指標評価し、評価の結果に基づいて照明光学系ＩＬを調整する。

図１５は、本実施形態にかかる照明光学系の調整方法のフローチャートである。本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する（Ｓ２１）。具体的に、ステップＳ２１では、マスクステージＭＳに取り付けられた瞳計測装置ＤＴを用いて、照明光学系ＩＬ中の照明瞳（結像光学系８の瞳面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測する。瞳計測装置ＤＴの計測結果は、制御部ＣＲへ供給される。

制御部ＣＲは、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法を用いて、瞳計測装置ＤＴにより計測された瞳輝度分布を評価する（Ｓ２２）。具体的に、制御部ＣＲは、図６のフローチャートに示すように、照明光学系ＩＬ中の照明瞳に形成しようと企図した設計上の瞳輝度分布に対応した設計上の光学伝達関数ＯＴＦｄを算出する（Ｓ２２１；図６のステップＳ１１に対応）。次いで、制御部ＣＲは、設計上の瞳輝度分布の変調パラメータの微小変化に応じた光学伝達関数ＯＴＦｄの変化をパラメータ毎に求める（Ｓ２２２；図６のステップＳ１２に対応）。

制御部ＣＲは、ステップＳ２２１およびＳ２２２の後に、あるいはステップＳ２２１およびＳ２２２に先立って、計測された実際の瞳輝度分布に対応した実際の光学伝達関数ＯＴＦｒを算出する（Ｓ２２３；図６のステップＳ１３に対応）。次いで、制御部ＣＲは、光学伝達関数ＯＴＦｒとＯＴＦｄとのＯＴＦ差Δをパラメータ毎の変化を用いた関数で近似する（Ｓ２２４；図６のステップＳ１４に対応）。本実施形態の露光装置では、例えば所定のプログラムにしたがって、情報処理装置としての制御部ＣＲに、ステップＳ２２１〜Ｓ２２４を含む瞳輝度分布の評価方法を実行させても良い。

最後に、制御部ＣＲは、本発明にかかる瞳輝度分布の評価方法を用いて得られた評価の結果に基づいて、実際の瞳輝度分布に応じた結像性能が設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能に近づくように、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する（Ｓ２３）。具体的に、制御部ＣＲは、ステップＳ２２４で得られた関数（パラメータ毎の変化を用いた近似により得られた関数）が表す変調作用と逆の変調作用を瞳輝度分布に及ぼすように空間光変調器３０を制御する。

別の表現をすれば、制御部ＣＲは、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置として機能する空間光変調器３０を制御することによって、ステップＳ２２４で得られた関数が表す変調作用と逆の変調作用を瞳輝度分布に及ぼし、ひいては瞳輝度分布の調整を行う。この瞳輝度分布の調整は、所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を適切に調整すること（すなわち照明条件を適切に調整すること）を意味している。

以上のように、本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、瞳輝度分布を結像性能に着目して指標評価する本発明の評価方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに実際の瞳輝度分布を適切に調整することができる。その結果、本実施形態の露光装置（ＩＬ，ＭＳ，ＰＬ，ＷＳ）では、実際の瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系ＩＬを用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことにより、性能の良好なデバイスを製造することができる。

なお、上述の実施形態では、瞳計測装置ＤＴが、照明光学系ＩＬの被照射面（マスクＭのパターン面の位置）を通過した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳（結像光学系８の瞳面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測している。しかしながら、これに限定されることなく、照明光学系ＩＬの被照射面へ向かう光に基づいて照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することもできる。一例として、マイクロフライアイレンズ５とコンデンサー光学系６との間の光路中から照明光の一部を取り出し、取り出した光をマイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳と光学的に共役な面で検出することにより、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳における瞳輝度分布に対応する光強度分布を計測する。

また、上述の実施形態では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面に対向した光学面を有するプリズム部材として、１つの光学ブロックで一体的に形成されたＫプリズム３２を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、一対のプリズムにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の三角プリズムとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の平面ミラーとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有する組立て光学部材を構成することができる。

また、上述の実施形態では、空間光変調器３０として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平１０−５０３３００号公報およびこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報およびこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報およびこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素の向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。

また、上述の実施形態では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報およびこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報およびこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や、特表２００５−５２４１１２号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

また、上述の実施形態では、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置として、所定面内に配列されて個別に制御可能な複数のミラー要素３０ａを有する反射型の空間光変調器３０を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。

また、上述の実施形態では、露光装置に搭載された照明光学系を調整する方法、すなわち単体の露光装置の調整方法に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、第１パターンを照明する第１照明光学系を備え、第１パターンを感光性基板に露光する第１露光装置と、第２パターンを照明する第２照明光学系を備え、第２パターンを上記感光性基板に露光する第２露光装置とを備える露光システムに対して、本発明にかかる照明光学系の調整方法を適用することもできる。具体的に、第１照明光学系および第２照明光学系のうちの少なくとも一方を、本発明にかかる照明光学系の調整方法にしたがって調整することにより、異なる２つの露光装置の間で発生する解像線幅のばらつきを小さく抑えることができる。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１６は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１６に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図１７は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１７に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態において、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、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレット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。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学系に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に、第１面に配置される物体の像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給するための照明光学系に対して本発明を適用することができる。

１ 光源
２ ビーム送光部
３ 空間光変調ユニット
３０ 空間光変調器
３０ａ ミラー要素
３０ｃ 駆動部
３２ Ｋプリズム
４ リレー光学系
５ マイクロフライアイレンズ
６ コンデンサー光学系
７ 照明視野絞り（マスクブラインド）
８ 結像光学系
ＩＬ 照明光学系
ＣＲ 制御部
ＤＴ 瞳計測装置
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (25)

1. 第１面に配置される物体の像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給するための照明光学系の照明瞳に形成される瞳輝度分布を評価する方法であって、
   所定の瞳輝度分布に対応した前記結像光学系の光学伝達関数である第１の光学伝達関数を算出することと、
   少なくとも１つの瞳輝度分布の変調パラメータの微小変化に応じた前記第１の光学伝達関数の変化をパラメータ毎に求めることと、
   計測された瞳輝度分布に対応した前記結像光学系の光学伝達関数である第２の光学伝達関数を算出することと、
   前記第１の光学伝達関数と前記第２の光学伝達関数との差を、前記パラメータ毎の変化を用いた関数で近似することとを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記少なくとも１つの瞳輝度分布の変調パラメータとして、透過率分布に起因する変調に関するパラメータを用いることを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記少なくとも１つの瞳輝度分布の変調パラメータとして、収差に起因する変調に関するパラメータを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
4. 前記収差に起因する変調に関するパラメータとして、瞳輝度分布の変形に起因する変調に関するパラメータを用いることを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
5. 前記少なくとも１つの変調パラメータとして、ぼけ効果に起因する変調に関するパラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の評価方法。
6. 前記少なくとも１つの変調パラメータとして、フレア光に起因する変調に関するパラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法。
7. 前記照明瞳において互いに直交する二方向に関して、前記光学伝達関数の差を近似することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の評価方法。
8. 前記関数として、複数の前記パラメータ毎の変化を線形結合した関数を用いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法。
9. 前記所定の瞳輝度分布と前記照明光学系および前記結像光学系が無収差のときの瞳関数とのコンボリューションにより前記第１の光学伝達関数を算出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の評価方法。
10. 前記計測された瞳輝度分布と前記照明光学系および前記結像光学系が無収差のときの瞳関数とのコンボリューションにより前記第２の光学伝達関数を算出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の評価方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の評価方法を処理装置に実行させるプログラム。
12. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の調整方法において、
    前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測することと、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記瞳輝度分布を評価することと、
    前記評価の結果に基づいて前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整することとを含むことを特徴とする調整方法。
13. 前記瞳輝度分布の計測に際して、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
14. 前記瞳輝度分布の計測に際して、前記被照射面へ向かう光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
15. 前記瞳輝度分布の調整に際して、前記パラメータ毎の変化を用いた近似により得られた関数が表す変調作用と逆の変調作用を前記瞳輝度分布に及ぼすことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の調整方法。
16. 前記照明光学系が備える空間光変調器であって且つ前記照明瞳に瞳輝度分布を形成するための空間光変調器を制御することによって前記逆の変調作用を前記瞳輝度分布に及ぼすことを特徴とする請求項１５に記載の調整方法。
17. 請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系。
18. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
    前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳計測装置と、
    前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする照明光学系。
19. 前記瞳計測装置は、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１８に記載の照明光学系。
20. 前記瞳計測装置は、前記被照射面へ向かう光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１８に記載の照明光学系。
21. 前記瞳調整装置は、前記照明瞳に瞳輝度分布を形成するための空間光変調器を備え、
    前記制御部は、前記パラメータ毎の変化を用いた近似により得られた関数が表す変調作用と逆の変調作用を前記瞳輝度分布に及ぼすように前記空間光変調器を制御することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の照明光学系。
22. 所定のパターンを照明するための請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
23. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項２２に記載の露光装置。
24. 請求項２２または２３に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
25. 第１パターンを照明する第１照明光学系を備え、前記第１パターンを感光性基板に露光する第１露光装置と、第２パターンを照明する第２照明光学系を備え、前記第２パターンを前記感光性基板に露光する第２露光装置とを備える露光システムの調整方法であって、
    前記第１照明光学系および第２照明光学系のうちの少なくとも一方を、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の調整方法にしたがって調整することを特徴とする調整方法。

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