JP2013165134A - 瞳輝度分布の最適化方法、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】 所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化する。
【解決手段】 基準的な瞳輝度分布について変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求める第１工程と、基準的な瞳輝度分布をターゲットとして得られるＯＰＥ値を得る第２工程と、第２工程で得られたＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第３工程と、第３工程で求めた変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第４工程と、予測したＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第５工程と、第５工程で求めた変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第６工程とを含み、予測したＯＰＥ値と目標ＯＰＥ値との差が許容範囲に収まるまで第５工程および第６工程を繰り返す。
【選択図】 図６

Description

本発明は、瞳輝度分布の最適化方法、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。

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、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微細化されており、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、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、所望の瞳輝度分布を実現する照明光学系が知られている。この照明光学系では、可動マルチミラーを用いているので瞳輝度分布の外形形状および分布の変更に関する自由度が高く、転写すべきパターンの特性に応じて適切に決定された複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布を精度良く実現することができる。

ただし、実際に照明瞳に形成される瞳輝度分布は様々な原因により設計上の瞳輝度分布とは僅かに異なるものとなったり、瞳輝度分布以外の光学特性が瞳輝度分布を設計した条件と異なるものとなったりして、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能を達成することは困難である。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、瞳輝度分布の最適化を行う手法が提案されている（特許文献１を参照）。

国際公開第２０１１／１０２１０９号パンフレット

特許文献１に記載された瞳輝度分布の最適化手法では、後述するように、解空間が非線形空間の場合、１回の最適化ステップにより得られる結果が極値解に十分近づかない。すなわち、１回の最適化ステップでは、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるような瞳輝度分布を求めることができない。また、極値解に十分近い解を求めるために最適化ステップを繰り返すと、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるような瞳輝度分布を求めるのに多大な時間がかかる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化することのできる最適化方法を提供することを目的とする。また、本発明は、瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化する最適化方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに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、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、第１形態では、第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化する方法であって、
基準的な瞳輝度分布について、変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求める第１工程と、
前記基準的な瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を得る第２工程と、
前記パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、前記得られたＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第３工程と、
前記第３工程で求めた前記変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第４工程と、
前記パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、前記予測したＯＰＥ値が前記目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第５工程と、
前記第５工程で求めた前記変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第６工程とを含み、
前記予測したＯＰＥ値と前記目標ＯＰＥ値との差が許容範囲に収まるまで前記第５工程および前記第６工程を繰り返すことにより、前記照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化することを特徴とする瞳輝度分布の最適化方法を提供する。

第２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、
第１形態の最適化方法を用いて、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化することと、
前記最適化された瞳輝度分布をターゲットとし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。

第３形態では、第２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。

第４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分布計測装置と、
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形態の最適化方法を用いて最適化された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整するために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。

第５形態では、所定のパターンを照明するための第３形態または第４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。

第６形態では、第５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。

第７形態では、第１面に配置されるパターンに照明光を供給する照明光学系と該パターンの像を第２面上に形成する結像光学系と組合せられる調整装置であって、前記第２面上での前記像の形成状態を調整する調整装置で用いられる調整量を算出する方法であって、
基準状態における調整量の微小変化に応じた前記像の形成状態の変化を、前記調整量毎に求める第１工程と、
前記基準状態での前記像の形成状態を得る第２工程と、
前記調整量毎の前記像の形成状態の変化を用いる最適化手法により、前記得られた像の形成状態が目標とする像の形成状態に近づくような調整量を求める第３工程と、
前記第３工程で求めた前記調整量を前記調整装置に適用したときに得られる像の形成状態を予測する第４工程と、
前記調整量毎の前記像の形成状態の変化を用いる最適化手法により、前記予測した像の形成状態が前記目標とする像の形成状態に近づくような調整量を求める第５工程と、
前記第５工程で求めた前記調整量を前記調整装置に適用したときに得られる像の形成状態を予測する第６工程とを含み、
前記予測した像の形成状態と前記目標とする像の形成状態との差が許容範囲に収まるまで前記第５工程および前記第６工程を繰り返すことにより、調整量を求めることを特徴とする算出方法を提供する。

実施形態にしたがう瞳輝度分布の最適化方法では、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように、瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化することができる。実施形態にかかる照明光学系では、瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化する最適化方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに瞳輝度分布を適切に調整することができる。実施形態の露光装置では、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。 実施形態にかかる瞳輝度分布の最適化方法のフローチャートである。 ＯＰＥ誤差が０となる瞳輝度分布の極値解が等高線の局所的な底に一致するように描かれた解空間を模式的に示す図である。 図７の解空間において最適化ステップを繰り返す様子を模式的に示す図である。 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。 瞳分布計測装置の内部構成を概略的に示す図である。 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。

実施形態の具体的な説明に先立って、本実施形態にかかる瞳輝度分布の最適化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形成される瞳輝度分布は、瞳面内の直交座標ｘ，ｙの関数Ψ（ｘ，ｙ）を用いて表される。可動マルチミラーを用いて照明瞳に形成される実際の瞳輝度分布は、照明瞳に形成しようと企図した基準的な瞳輝度分布とは僅かに異なる分布になる。また、実際の瞳輝度分布により得られる結像性能は、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能とは僅かに異なるものになる。以下、説明の理解を容易にするために、照明瞳に形成しようと企図した基準的な瞳輝度分布は、設計上の瞳輝度分布であるものとする。

設計上の瞳輝度分布は、転写すべきパターンの特性に応じて適切に決定され、複雑な外形形状および分布を有する場合がある。この場合、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能に十分近い結像性能を達成するには、例えば最適化手法により実際の結像性能が所望の結像性能に十分近づくように設計上の瞳輝度分布（一般には元の瞳輝度分布）から変調された瞳輝度分布を求めること、および変調された瞳輝度分布をターゲットとして瞳輝度分布を調整することが必要になる。

本実施形態では、元の瞳輝度分布Ψｏ（ｘ，ｙ）と変調された瞳輝度分布Ψｍ（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、元の瞳輝度分布Ψｏ（ｘ，ｙ）と変調された瞳輝度分布Ψｍ（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。
Ψｍ（ｘ，ｙ）＝Ｑ［Ψｏ（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（透過率分布に対応する変調）の場合、元の瞳輝度分布Ψｏ（ｘ，ｙ）と変調された瞳輝度分布Ψｍ（ｘ，ｙ）との関係は、次の式（２）に示すように表される。
Ψｍ（ｘ，ｙ）＝Ｔ（ｘ，ｙ）Ψｏ（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対応する変調）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Ｄ_x，Ｄ_yを用いて、次の式（３ａ），（３ｂ）のように表される。
ｘ’≡ｘ＋Ｄ_x（ｘ，ｙ） （３ａ）
ｙ’≡ｙ＋Ｄ_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、ディストーション関数Ｄ_x，Ｄ_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Ｄ_xおよびＤ_yは、次の式（４ａ）および（４ｂ）のように表される。
Ｄ_x（ｘ，ｙ）＝Ｑ₄×｛ｆ₂（ｘ，ｙ）｝ （４ａ）
Ｄ_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対応する変調、ぼけ効果に対応する変調、フレア光に対応する変調、露光ドーズ量に対応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。

また、結像光学系（例えば露光装置における投影光学系）のＮＡ（開口数）に対応する変調、結像光学系に対するデフォーカス（例えば露光装置における投影光学系の結像面に対するレジスト面のデフォーカス）に対応する変調、球面収差に対応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。

一例として、元の瞳輝度分布Ψｏ（ｘ，ｙ）と変調された瞳輝度分布Ψｍ（ｘ，ｙ）との関係を、次の式（６）に示すようにモデル化することができる。式（６）において、ＰＳＦはぼけ効果を表す関数（例えばガウス関数）であり、Ｆは瞳面の全体に亘って均一に作用する照明フレア成分であり、「＊」はコンボリューションを表している。
Ψｍ（ｘ，ｙ）＝Ｔ（ｘ，ｙ）［Ψｏ｛ｘ＋Ｄ_x（ｘ，ｙ），ｙ＋Ｄ_y（ｘ，ｙ）｝
＊ＰＳＦ］＋Ｆ （６）

瞳輝度分布に応じて得られる結像特性の指標として、ＯＰＥ（光近接効果：Optical proximity effect）が知られている。具体的に、露光装置におけるＯＰＥ値は、例えば感光性基板に形成されたレジストパターンの線幅である。この場合、ＯＰＥ値は、投影光学系の結像面の位置に依存した分布すなわち二次元分布になる。ただし、投影光学系の結像面において互いに直交する二方向に関するレジストパターンの線幅が重要な意味を持つ傾向があるため、Ｈ方向（例えば全体座標系におけるＸ方向）に沿ったＯＰＥ値の一次元分布およびＶ方向（例えば全体座標系におけるＹ方向）に沿ったＯＰＥ値の一次元分布をＯＰＥ値の情報として扱うことができる。

瞳輝度分布の最適化において着目すべき物理量は、次の式（７）に示すように、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）により達成すべき所望の目標ＯＰＥ値であるＯＰＥｄと、設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）をターゲットとして照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）により得られる、あるいは、実際の輝度分布Ψｒ（ｘ，ｙ）の状態で露光により得られるＯＰＥ値であるＯＰＥｒとの差、すなわちＯＰＥ誤差Δである。式（１）を参照すると、ＯＰＥ誤差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≡ＯＰＥｒ−ＯＰＥｄ （７）
Δ＝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ＯＰＥｒが設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＰＥｄ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ＯＰＥ誤差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ＯＰＥ誤差Δの０からの微小変化を考える場合、パラメータＱ_iとＯＰＥ誤差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。

本実施形態では、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ＯＰＥ誤差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ＯＰＥｄ（設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＰＥ値）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ＯＰＥｄ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ＯＰＥ誤差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ＯＰＥｄ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ＯＰＥｄ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ＯＰＥｒと設計上の瞳輝度分布Ψｄ（ｘ，ｙ）に対応したＯＰＥｄとのＯＰＥ誤差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ＯＰＥ誤差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ＯＰＥ誤差Δを近似的に表すことができるように、例えば最小二乗法による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が設計上の瞳輝度分布Ψｄからどの程度変化しているかを表す、あるいは、露光で得られたＯＰＥｒが目標のＯＰＥｄからどの程度変化しているかを輝度分布変化で表す物理量である。したがって、式（１０）に示す関数が表す変調作用に対応する変調作用（具体的には関数が表す変調作用と逆の変調作用）を元の瞳輝度分布Ψｏ（後述するように最初の最適化ステップでは設計上の瞳輝度分布Ψｄに対応）に及ぼす（掛ける）ことにより、ＯＰＥ誤差Δが小さくなるように変調された瞳輝度分布Ψｍが求められる。

なお、透過率分布に対応する変調パラメータ、ディストーション（瞳輝度分布の変形）に対応する変調パラメータ、ぼけ効果に対応する変調パラメータ、フレア光に対応する変調パラメータなどについては、パラメータとＯＰＥ誤差との間に比較的良好な線形関係が得られる範囲がある。したがって、これらの変調パラメータを用いる場合には、それぞれの変化範囲を線形性の比較的良好な範囲に設定することができる。

一方、結像光学系のＮＡに対応する変調パラメータ、結像光学系に対するデフォーカスに対応する変調パラメータ、球面収差に対応する変調パラメータなどについては、パラメータとＯＰＥ誤差との関係は非線形性が比較的高い。したがって、これらの変調パラメータを用いる場合には、複数の異なるＮＡ値、複数の異なるデフォーカス量、複数の異なる球面収差量などについて、他の変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求めて、特定のＮＡ値、特定のデフォーカス量、特定の球面収差量などに対する変化表をそれぞれ作成すれば良い。

本実施形態にかかる瞳輝度分布の最適化方法では、結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を、結像性能の指標であるＯＰＥ誤差が十分小さくなるように最適化する。具体的に、本実施形態の最適化方法では、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について、変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求める（Ｓ１１）。上述したように、露光装置の場合には、転写すべきパターンは既知であり、そのパターンの特性に応じた適切な瞳輝度分布が、設計上の瞳輝度分布Ψｄとして既に決定されている。

以下、設計上の瞳輝度分布Ψｄは、複雑な外形形状および分布を有するものとする。この場合においても、元の瞳輝度分布Ψｏと変調された瞳輝度分布Ψｍとの関係を例えば式（６）に示すように設定してモデル化し、設計上の瞳輝度分布Ψｄに応じた目標ＯＰＥ値であるＯＰＥｄのパラメータ毎の変化に関する情報が変化表として求められる。すなわち、変化表を構成するＯＰＥｄのパラメータ毎の変化は、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求められる。変化表を作成する計算に要する時間は比較的長いが、予め準備することができる。

次いで、設計上の瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成された瞳輝度分布により得られる、あるいは露光により得られたＯＰＥ値を検出する（Ｓ１２）。具体的に、露光装置の場合には、転写すべきパターンの設置面または投影光学系の結像面を通過した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（実際の瞳輝度分布に対応）を計測しつつ、例えば可動マルチミラーのような空間光変調器を制御することにより、設計上の瞳輝度分布Ψｄと僅かに異なる瞳輝度分布が照明瞳に形成される。

すなわち、設計上の瞳輝度分布Ψｄをターゲットとして照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布Ψｒも、設計上の瞳輝度分布Ψｄと同様に、複雑な外形形状および分布になる。ステップＳ１２では、照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布Ψｒに基づいてテスト露光を行い、投影光学系の像面に設置された感光性基板に形成されたレジストパターンの線幅を実測し、実測した線幅をＯＰＥ値として検出する。あるいは、実際にテスト露光を行わなくても、照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布Ψｒに基づいて投影光学系の像面に形成されたパターン像の線幅を光学的に計測し、計測した線幅をＯＰＥ値として検出しても良い。

次いで、パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、ステップＳ１２で検出したＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める（Ｓ１３）。具体的に、ステップＳ１３では、実際の瞳輝度分布Ψｒに応じたＯＰＥ値と設計上の瞳輝度分布Ψｄに応じたＯＰＥ値との差であるＯＰＥ誤差Δを、パラメータ毎の変化を用いた関数で近似する。

パラメータ毎の変化を用いたＯＰＥ誤差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。こうして、例えば式（１０）に示す関数（パラメータ毎の変化を用いて近似される関数）が表す変調作用に対応する変調作用を元の瞳輝度分布Ψｏである設計上の瞳輝度分布Ψｄに掛けることにより、ＯＰＥ誤差Δが小さくなるように変調された瞳輝度分布Ψｍが求められる。

すなわち、ステップＳ１３において、式（６）に示す元の瞳輝度分布Ψｏは、設計上の瞳輝度分布（一般には基準的な瞳輝度分布）Ψｄに対応している。ステップＳ１３において最適化手法により求めた変調された瞳輝度分布Ψｍに応じたＯＰＥ値を、例えば周知の空間像シミュレーションにより精度良く予測することができる。この予測により得られるＯＰＥ値（すなわち変調された瞳輝度分布Ψｍに応じたＯＰＥ値）は、ステップＳ１２で検出されたＯＰＥ値（すなわち実際の瞳輝度分布Ψｒに応じたＯＰＥ値）よりも目標ＯＰＥ値に近い値になる。

換言すれば、元の瞳輝度分布Ψｏである設計上の瞳輝度分布Ψｄをターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布に基づいて得られるＯＰＥ誤差よりも、変調された瞳輝度分布Ψｍをターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布に基づいて得られるＯＰＥ誤差の方が小さくなる。しかしながら、ＯＰＥの変化が変調パラメータに対して非線形に変化する場合、１回の最適化ステップ（上述のステップＳ１３に対応）によりＯＰＥ誤差を十分小さくすること、すなわちＯＰＥ誤差を許容範囲に収めることは困難である。

図７には、ＯＰＥ誤差が０となる瞳輝度分布の極値解７１が等高線群７２の局所的な底部に一致するように描かれた解空間が模式的に示されている。瞳輝度分布の外形形状および分布が複雑で、ひいては解空間（最適化解の空間）が非線形な場合、図８に示すように１回の最適化ステップ７３ａにより得られる結果が極値解７１に十分近づかない。すなわち、１回の最適化ステップ７３ａでは、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるような瞳輝度分布を求めることができない。

図７および図８において、参照符号７４で示す線は、最適化の経路を表している。参照符号７５で示す点は、設計上の瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布に基づいて得られるＯＰＥ誤差に対応している。参照符号７３ａで示す矢印は、上述のステップＳ１３に対応する最適化ステップを表している。参照符号７３ｂで示す矢印は、ステップＳ１３で得られた変調された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布に応じたＯＰＥ誤差７３を予測するステップ（後述するステップＳ１４に対応する）を表している。

ここで、ステップＳ１３の最適化手法により得られた変調された瞳輝度分布について改めて変化表を作成し、変調された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値をテスト露光により検出し、検出したＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくようにさらに変調された瞳輝度分布を最適化手法により求める手法も考えられる。すなわち、極値解に十分近い解を求めるために、上述のステップＳ１１〜Ｓ１３を、変調された瞳輝度分布について必要回数だけ繰り返す手法も考えられる。

しかしながら、変化表を作成するステップＳ１１は、最適化ステップＳ１３に比して多大な時間がかかる。したがって、変調された瞳輝度分布を求める度にステップＳ１１〜Ｓ１３を必要回数だけ繰り返す手法では、ＯＰＥ誤差が許容範囲に収まるような瞳輝度分布、すなわち所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるような瞳輝度分布を迅速に求めることができない。

そこで、本実施形態の最適化方法では、ステップＳ１３で求めた変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測し（Ｓ１４）、パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、ステップＳ１４で予測したＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める（Ｓ１５）。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で求めた変調された瞳輝度分布により、投影光学系の像面に形成されるパターン空間像のシミュレーション結果に基づいてＯＰＥ値を予測し、ひいては変調された瞳輝度分布に応じたＯＰＥ誤差を予測する。

本実施形態では、複雑な解空間を想定しているので、ステップＳ１４で予測されるＯＰＥ値は目標ＯＰＥ値からある程度乖離しており、図８に示すようにステップＳ１４で予測されるＯＰＥ誤差７３は許容範囲に収まらないものとする。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で予測されるＯＰＥ誤差Δを、パラメータ毎の変化を用いた関数で近似する。ただし、ステップＳ１５で用いられる変化表（パラメータ毎の変化に関する情報）は、ステップＳ１３で求めた変調された瞳輝度分布について新たな計算により求める変化表ではなく、ステップＳ１１において設計上の瞳輝度分布について既に求めた変化表である。

ステップＳ１５においても、上述のステップＳ１３の場合と同様に、パラメータ毎の変化を用いたＯＰＥ誤差の近似に際して、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。そして、例えば式（１０）に示す関数が表す変調作用に対応する変調作用をステップＳ１３で求めた第１回目の変調された瞳輝度分布Ψ_m1に掛けることにより、ＯＰＥ誤差Δが小さくなるように変調された第２回目の瞳輝度分布Ψ_m2が求められる。すなわち、ステップＳ１５において、式（６）に示す元の瞳輝度分布Ψｏは、第１回目の変調された瞳輝度分布Ψ_m1に対応している。

次いで、ステップＳ１５で求めた変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測し（Ｓ１６）、ステップＳ１６で予測したＯＰＥ値に対応するＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっているか否かを判断する（Ｓ１７）。ステップＳ１７において、ステップＳ１６で予測したＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっていると判断した場合、図６中のＹＥＳで示す矢印にしたがって本実施形態の最適化方法は終了する。

一方、ステップＳ１６で予測したＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっていないと判断した場合、図６中のＮＯで示す矢印にしたがってステップＳ１５へ戻る。第２回目のステップＳ１５では、パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、ステップＳ１６で予測したＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された第３回目の瞳輝度分布Ψ_m3を求める。次いで、第２回目のステップＳ１６では、第２回目のステップＳ１５で求めた第３回目の変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を、ひいてはＯＰＥ誤差を予測する。

さらに、第２回目のステップＳ１７では、第２回目のステップＳ１６で予測したＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっているか否かを判断する。このように、ステップＳ１６で予測したＯＰＥ誤差が許容範囲に収まるまでステップＳ１５およびＳ１６を所要回数だけ繰り返すことにより、照明瞳に形成すべき瞳輝度分布が最適化され、最終的に変調された瞳輝度分布が最適化された瞳輝度分布として得られる。

ここで、図７，図８を参照すると、参照符号７６ａで示す矢印は、上述のステップＳ１５に対応する第２回目の最適化ステップに対応している。参照符号７６ｂで示す矢印は、ステップＳ１５で得られた第２回目の変調された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布に応じたＯＰＥ誤差７６を予測するステップＳ１６に対応している。さらに、参照符号７７ａで示す矢印はステップＳ１５に対応する第３回目の最適化ステップに対応し、参照符号７７ｂで示す矢印はステップＳ１５で得られた第３回目の変調された瞳輝度分布に応じたＯＰＥ誤差７７を予測するステップＳ１６に対応している。

第２回目および第３回目の最適化ステップＳ１５では、第１回目の最適化ステップＳ１３と同様に、設計上の瞳輝度分布について予め準備された変化表を共通に用いている。したがって、図８では、第２回目の最適化ステップを表す矢印７６ａおよび第３回目の最適化ステップを表す矢印７７ａが、第１回目の最適化ステップを表す矢印７３ａと平行に描かれている。そして、ＯＰＥ誤差が許容範囲に収まるまで最適化ステップＳ１５を所要回数だけ繰り返すことにより、瞳輝度分布が最適化され、ひいては極値解７１に十分近い最適解７８が得られる。

本実施形態にかかる瞳輝度分布の最適化方法では、瞳輝度分布の外形形状および分布が複雑で、ひいては解空間が複雑な場合においても、瞳輝度分布の変調パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化ステップを所要回数だけ繰り返すことにより、ＯＰＥ誤差が許容範囲に収まるように変調された瞳輝度分布を確実に求めること、すなわち所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように瞳輝度分布を確実に最適化することができる。

また、最適化ステップの繰り返しに際して、瞳輝度分布が変調される度に変調された瞳輝度分布について変化表を改めて作成することなく、設計上の瞳輝度分布について予め求めた変化表を共通に用いる。すなわち、瞳輝度分布の変調の度に変化表を作成して多大な時間を費やすことなく、予め準備された変化表を利用した最適化ステップを所要回数だけ繰り返すので、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように瞳輝度分布を迅速に最適化することができる。

実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図９は、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９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９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９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９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、通常の円形照明などを行う。また、マスクＭのパターンの特性に応じて、複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布に基づく変形照明を行う。

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９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１０および図１１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１０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１０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１０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１１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１０および図１１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１０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１１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１１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。また、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳には、マスクＭのパターンの特性に応じて、複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布が形成される。

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分布計測装置ＤＴを備えている。瞳分布計測装置ＤＴは、図１２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。瞳分布計測装置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、瞳分布計測装置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。具体的に、瞳分布計測装置ＤＴは、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳輝度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳輝度分布）をモニターする。

露光装置の動作を統括的に制御する制御部ＣＲは、瞳分布計測装置ＤＴでの計測結果を参照しつつ、照明瞳に所望の瞳輝度分布が形成されるように、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａを制御する。瞳分布計測装置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、瞳分布計測装置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。

また、瞳分布計測装置ＤＴに代えて、あるいは瞳分布計測装置ＤＴに加えて、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて（すなわち投影光学系ＰＬの像面を通過した光に基づいて）、投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳輝度分布を計測する瞳分布計測装置ＤＴｗ（不図示）を設けることもできる。具体的に、瞳分布計測装置ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳輝度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳輝度分布）をモニターする。これらの瞳分布計測装置の詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳分布計測装置として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

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外形形状および分布の変更に関する自由度は高い。

しかしながら、前述したように、空間光変調ユニット３を用いて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僅かに異なるものとなり、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能を達成することは困難である。本実施形態の露光装置では、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように、本実施形態にかかる瞳輝度分布の最適化方法を用いて照明光学系ＩＬの照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化し、最適化された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整し、ひいては照明光学系ＩＬを調整する。

図１３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、図６を参照して説明した瞳輝度分布の最適化方法を用いて、照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化する（Ｓ２１）。すなわち、ステップＳ２１は、図６のステップＳ１１〜Ｓ１７に対応するステップＳ２１１〜Ｓ２１７を有する。

具体的に、図６のステップＳ１２に対応するステップＳ２１２では、設計上の瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に瞳輝度分布を形成する際に、マスクステージＭＳに取り付けられた瞳分布計測装置ＤＴを用いて、照明光学系ＩＬ中の照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を随時計測する。瞳分布計測装置ＤＴの計測結果は、制御部ＣＲへ供給される。制御部ＣＲは、瞳分布計測装置ＤＴの計測結果を参照しつつ空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの姿勢をそれぞれ制御することにより、設計上の瞳輝度分布にできるだけ近い瞳輝度分布を照明瞳に形成する。

そして、設計上の瞳輝度分布と僅かに異なる実際の瞳輝度分布に基づいてテスト露光を行い、投影光学系ＰＬの像面に設置されたウェハＷに形成されたレジストパターンの線幅を実測し、実測した線幅をＯＰＥ値として検出する。あるいは、照明瞳に形成された実際の瞳輝度分布に基づいて投影光学系ＰＬの像面に形成されたパターン像の線幅を光学的に計測し、計測した線幅をＯＰＥ値として検出する。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Ｓ２１１〜Ｓ２１７を含む瞳輝度分布の最適化方法を実行させても良い。

次いで、本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、最適化された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する（Ｓ２２）。具体的に、ステップＳ２２では、瞳分布計測装置ＤＴの計測結果を参照しつつ空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの姿勢をそれぞれ制御することにより、ステップＳ２１で最適化された瞳輝度分布にできるだけ近い瞳輝度分布を照明瞳に形成し、ひいては照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する。

換言すると、ステップＳ２２では、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、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布が適切に調整される。なお、ステップＳ２２の後に、必要に応じて、最適化された瞳輝度分布に基づいてテスト露光を行い、投影光学系ＰＬの像面に設置されたウェハＷに形成されたレジストパターンの線幅を実測することにより、ＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっていることを確認しても良い。

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、瞳輝度分布を確実に且つ迅速に最適化する最適化方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに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、所望の結像性能をターゲットに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、瞳分布計測装置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。

本実施形態では、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、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、米国特許公開第２０１１／０１８１８５２号公報、米国特許公開第２０１１／１８８０１７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５ａ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。

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、たとえば米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに米国特許第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、たとえば米国特許第６，８９１，６５５号公報や、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。この場合、最適化方法における基準的な瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布であり、目標ＯＰＥ値は設計上の瞳輝度分布により達成すべきＯＰＥ値である。すなわち、変化表の作成の対象になる基準的な瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布であり、最初の最適化ステップにおいて変調の対象になる元の瞳輝度分布も設計上の瞳輝度分布である。

しかしながら、これに限定されることなく、別の露光装置（マザー号機）とのマッチングを目的とした調整方法、すなわち異なる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ための調整方法に対して、本発明を適用することができる。この場合、最適化方法における基準的な瞳輝度分布はマザー号機で用いられている瞳輝度分布であり、目標ＯＰＥ値はマザー号機で用いられている瞳輝度分布により得られているＯＰＥ値である。すなわち、変化表の作成の対象になる基準的な瞳輝度分布はマザー号機の瞳輝度分布であり、最初の最適化ステップにおいて変調の対象になる元の瞳輝度分布もマザー号機の瞳輝度分布である。

なお、上述した瞳輝度分布の最適化方法において、「基準的な瞳輝度分布」は「基準状態」であり、「瞳輝度分布の変調量」は「調整量」であり、「ＯＰＥ値」は「像の形成状態」であり、照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を調整する手段は「調整装置」であるものと解釈することもできる。この場合、「第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化する方法」を、「第１面に配置されるパターンに照明光を供給する照明光学系と該パターンの像を第２面上に形成する結像光学系と組合せられる調整装置であって、第２面上での像の形成状態を調整する調整装置で用いられる調整量を算出する方法」として捉えることもできる。

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１４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１４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、感光性基板としてパターンの転写を行う。

図１３は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１３に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（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、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源、波長１４６ｎｍのレーザ光を供給するＫｒ₂レーザ光源、波長１２６ｎｍのレーザ光を供給するＡｒ₂レーザ光源などを用いることができる。また、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのＣＷ（Continuous Wave）光源を用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

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、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６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 瞳分布計測装置
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (36)

1. 第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化する方法であって、
   基準的な瞳輝度分布について、変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求める第１工程と、
   前記基準的な瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を得る第２工程と、
   前記パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、前記得られたＯＰＥ値が目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第３工程と、
   前記第３工程で求めた前記変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第４工程と、
   前記パラメータ毎のＯＰＥ値の変化を用いる最適化手法により、前記予測したＯＰＥ値が前記目標ＯＰＥ値に近づくように変調された瞳輝度分布を求める第５工程と、
   前記第５工程で求めた前記変調された瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値を予測する第６工程とを含み、
   前記予測したＯＰＥ値と前記目標ＯＰＥ値との差が許容範囲に収まるまで前記第５工程および前記第６工程を繰り返すことにより、前記照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化することを特徴とする瞳輝度分布の最適化方法。
2. 前記第３工程は、前記得られたＯＰＥ値と前記目標ＯＰＥ値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を含むことを特徴とする請求項１に記載の最適化方法。
3. 前記第５工程は、前記予測したＯＰＥ値と前記目標ＯＰＥ値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を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の最適化方法。
4. 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２または３に記載の最適化方法。
5. 前記第３工程は、前記パラメータ毎の変化を用いて近似される関数が表す変調作用に対応する変調作用を前記基準的な瞳輝度分布に及ぼして前記変調された瞳輝度分布を求めることを含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の最適化方法。
6. 前記第５工程は、前記パラメータ毎の変化を用いて近似される関数が表す変調作用に対応する変調作用を前回の変調された瞳輝度分布に及ぼして今回の変調された瞳輝度分布を求めることを含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の最適化方法。
7. 前記第２工程は、前記基準的な瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成された瞳輝度分布のもとで、前記第１面に配置される所定のパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に露光し、露光された結果から前記ＯＰＥ値を得ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の最適化方法。
8. 前記第２工程は、前記第２面に設定された感光性基板に形成されたレジストパターンの線幅を実測し、実測した線幅を前記ＯＰＥ値として検出することを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の最適化方法。
9. 前記第２工程は、前記第２面に形成されたパターン像の線幅を光学的に計測し、計測した線幅を前記ＯＰＥ値として検出することを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の最適化方法。
10. 前記第４工程および前記第６工程は、前記変調された瞳輝度分布により前記第２面に形成されるパターン空間像のシミュレーション結果に基づいて前記ＯＰＥ値を予測することを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の最適化方法。
11. 前記変調パラメータとして、透過率分布に対応する変調パラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の最適化方法。
12. 前記変調パラメータとして、収差に対応する変調パラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の最適化方法。
13. 前記収差に対応する変調パラメータとして、瞳輝度分布の変形に対応する変調パラメータを用いることを特徴とする請求項１２に記載の最適化方法。
14. 前記変調パラメータとして、ぼけ効果に対応する変調パラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の最適化方法。
15. 前記変調パラメータとして、フレア光に対応する変調パラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の最適化方法。
16. 前記変調パラメータの変化範囲がパラメータ毎に設定されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の最適化方法。
17. 前記変調パラメータとして、前記結像光学系のＮＡに対応する変調パラメータ、前記結像光学系に対する前記第２面のデフォーカスに対応する変調パラメータ、または球面収差に対応する変調パラメータを含むことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の最適化方法。
18. 複数のＮＡ値、複数のデフォーカス量、または複数の球面収差量について、他の変調パラメータの微小変化に応じたＯＰＥ値の変化をパラメータ毎に求めることを特徴とする請求項１７に記載の最適化方法。
19. 前記第２工程において前記基準的な瞳輝度分布をターゲットとした瞳輝度分布を前記照明瞳に形成する際に、前記第１面または前記第２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１乃至１８のいずれか１項に記載の最適化方法。
20. 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、
    請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の最適化方法を用いて、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を最適化することと、
    前記最適化された瞳輝度分布をターゲットとし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。
21. 前記最適化された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する際に、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２０に記載の調整方法。
22. 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、前記最適化された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整することを特徴とする請求項２０または２１に記載の調整方法。
23. 請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系。
24. 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分布計測装置と、
    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１９のいずれか１項に記載の最適化方法を用いて最適化された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整するために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。
25. 前記瞳分布計測装置は、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２４に記載の照明光学系。
26. 前記瞳分布計測装置は、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２４に記載の照明光学系。
27. 前記瞳調整装置は、所定面に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明瞳に瞳輝度分布を可変的に形成する空間光変調器を備え、
    前記制御部は、前記空間光変調器の前記複数の光学要素を制御することを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学系。
28. 前記空間光変調器は、前記所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項２７に記載の照明光学系。
29. 所定のパターンを照明するための請求項２０乃至２８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。
30. 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２９に記載の露光装置。
31. 前記基準的な瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布であり、前記目標ＯＰＥ値は前記設計上の瞳輝度分布により達成すべきＯＰＥ値であることを特徴とする請求項３０に記載の露光装置。
32. 前記基準的な瞳輝度分布は別の露光装置で用いられている瞳輝度分布であり、前記目標ＯＰＥ値は前記別の露光装置において前記基準的な瞳輝度分布により得られているＯＰＥ値であることを特徴とする請求項３０に記載の露光装置。
33. 請求項２９乃至３２のいずれか１項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。
34. 第１面に配置されるパターンに照明光を供給する照明光学系と該パターンの像を第２面上に形成する結像光学系と組合せられる調整装置であって、前記第２面上での前記像の形成状態を調整する調整装置で用いられる調整量を算出する方法であって、
    基準状態における調整量の微小変化に応じた前記像の形成状態の変化を、前記調整量毎に求める第１工程と、
    前記基準状態での前記像の形成状態を得る第２工程と、
    前記調整量毎の前記像の形成状態の変化を用いる最適化手法により、前記得られた像の形成状態が目標とする像の形成状態に近づくような調整量を求める第３工程と、
    前記第３工程で求めた前記調整量を前記調整装置に適用したときに得られる像の形成状態を予測する第４工程と、
    前記調整量毎の前記像の形成状態の変化を用いる最適化手法により、前記予測した像の形成状態が前記目標とする像の形成状態に近づくような調整量を求める第５工程と、
    前記第５工程で求めた前記調整量を前記調整装置に適用したときに得られる像の形成状態を予測する第６工程とを含み、
    前記予測した像の形成状態と前記目標とする像の形成状態との差が許容範囲に収まるまで前記第５工程および前記第６工程を繰り返すことにより、調整量を求めることを特徴とする算出方法。
35. 前記調整装置は、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を調整するものであって、
    前記基準状態は、基準的な瞳輝度分布であって、
    前記調整量は、瞳輝度分布の変調量であることを特徴とする請求項３４に記載の算出方法。
36. 前記像の形成状態は、ＯＰＥ値であることを特徴とする請求項３５に記載の算出方法。

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