JP2015144275A - 光学系の測定方法、露光装置の制御方法、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検光学系の瞳透過率分布を高精度、低負荷且つ迅速に測定する装置を提供する。
【解決手段】被検光学系の瞳透過率分布を測定する測定装置１０は、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある第１面に設置可能な回折格子１１と、回折格子１１を経て生成された＋１次回折光が瞳の有効領域内の第１瞳部分領域を通過し且つ回折格子１１を経て生成された−１次回折光が第２瞳部分領域を通過するように光軸に対して傾いた光束を第１面の所定位置に入射させる照明光学系１２と、第１瞳部分領域および被検光学系を経た＋１次回折光の強度と、第２瞳部分領域および被検光学系を経た−１次回折光の強度とを計測する計測部とを備え、＋１次回折光の強度の計測値および−１次回折光の強度の計測値に基づいて、第１瞳部分領域における瞳透過率と第２瞳部分領域における瞳透過率との比を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、瞳透過率分布の測定方法および測定装置、露光方法および露光装置、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、例えば半導体素子や液晶表示素子などのデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に搭載された投影光学系の瞳透過率分布の測定に関するものである。

半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用される。近年、投影光学系を介して形成されるパターン像のコントラストの向上を図るために、露光装置に搭載された状態で投影光学系の瞳透過率分布を随時測定する方法が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。

非特許文献１に開示された測定方法では、被検光学系である投影光学系の物体面に設置された明暗型回折格子の所定位置に細い平行光を垂直入射させ、回折格子を経て生成された０次光および±１次回折光を投影光学系の像面の近傍で検出する。そして、０次光の強度の検出結果および±１次回折光の強度の検出結果に基づいて、投影光学系の瞳透過率分布を測定する。なお、「光学系の瞳透過率分布」とは、瞳の有効領域内の任意の位置を通過する光について当該光の入射前の強度と射出後の強度との比が、瞳位置に透過率フィルターが配置された理想的な光学状態と実際の光学系の状態との間で互いに一致する場合に、その透過率フィルターの透過率分布を意味する。

欧州特許公開第７７９５３０号公報（特表平１０−５０３３００号公報に対応） 米国特許第６,９００,９１５号公報（特開２００４−７８１３６号公報に対応） 米国特許第７,０９５,５４６号公報（特表２００６−５２４３４９号公報に対応） 特開２００６−１１３４３７号公報 米国特許公開第２００８／００３０７０７Ａ１号公報 米国特許公開第２００８／０２５２８７６Ａ１号公報（特表２００８−５０２１２６号公報に対応） 米国特許公開第２００２／０００１０８８Ａ１号 米国特許公開第２００５／００７８２８７Ａ１号公報 特開２００４−３０４１３５号公報 米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報（国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに対応） 国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット 特開平６−１２４８７３号公報 特開平１０−３０３１１４号公報 米国公開公報第２００６／０１７０９０１号 米国公開公報第２００７／０１４６６７６号 Kazuya Sato et al., "Measurement of transmittance variation of projection lenses depending on the light paths using a grating-pinhole mask", Proceedings of SPIE Vol. 4346 379-386, 2001

発明者らは、従来の瞳透過率分布の測定方法について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、非特許文献１に開示された測定方法では、明暗型回折格子を経て生成される回折光のうち±１次回折光成分の強度が０次光成分に比して著しく小さくなるため、非常に広いダイナミックレンジを用いて各成分を検出する必要があり、ひいては瞳透過率分布の高精度な測定が困難である。また、瞳有効領域の全体に亘って分布する複数の位置を通過する±１次回折光成分を検出するには、明暗パターンのピッチが互いに異なる複数の回折格子を準備し、ピッチ方向を変化させつつ各回折格子を用いた測定を繰り返す必要があるため、測定にかかる負荷が比較的高く迅速な測定が困難である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、被検光学系の瞳透過率分布を高精度に且つ比較的低い負荷で迅速に測定することのできる測定方法および測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、搭載された投影光学系の瞳透過率分布を高精度に且つ迅速に測定する測定方法および測定装置を用いて、コントラストの高いパターン像を形成することのできる露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本実施形態は、被検光学系の瞳透過率分布を測定する測定方法を提供する。当該測定方法の一態様は、光束供給工程、光束回折工程、領域通過工程、強度計測工程、及び透過率比算出工程を備える。光束供給工程では、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある第１面上の所定位置に第１の光束が供給される。光束回折工程では、第１面上の第１位相領域を経た光に第１の位相値を付与すると共に、第１位相領域に隣接する第２位相領域を経た光に第１の位相値とは異なる第２の位相値を付与することにより、第１の光束が回折させられる。領域通過工程では、第１の光束を回折させることを経て生成された＋１次回折光が、瞳の有効領域内の第１瞳部分領域を通過させられ、且つ、第１の光束を回折させることを経て生成された−１次回折光が、有効領域内において第１瞳部分領域から離れた第２瞳部分領域を通過させられる。強度計測工程では、第１瞳部分領域および被検光学系を経た＋１次回折光の強度と、第２瞳部分領域および被検光学系を経た前記−１次回折光の強度とが計測される。透過率比算出工程では、＋１次回折光の強度の計測値および−１次回折光の強度の計測値に基づいて、第１瞳部分領域における瞳透過率と第２瞳部分領域における瞳透過率との比が算出される。

本実施形態が提供する測定方法の他の形態も、光束供給工程、光束回折工程、領域通過工程、強度計測工程、及び透過率比算出工程を備える。光束供給工程では、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある第１面上の所定位置に前記被検光学系の光軸に対して傾いた第１の光束が供給される。光束回折工程では、第１の光束が回折させられる。領域通過工程では、第１の光束を回折させることを経て生成された＋１次回折光が前記瞳の有効領域内の第１瞳部分領域を通過させられ、且つ、第１の光束を回折させることを経て生成された−１次回折光が有効領域内において第１瞳部分領域から離れた第２瞳部分領域を通過させられる。強度計測工程では、第１瞳部分領域および被検光学系を経た＋１次回折光の強度と、第２瞳部分領域および被検光学系を経た−１次回折光の強度とが計測される。透過率比算出工程では、＋１次回折光の強度の計測値および−１次回折光の強度の計測値に基づいて、第１瞳部分領域における瞳透過率と第２瞳部分領域における瞳透過率との比が算出される。

本実施形態は、上記いずれかの態様の測定方法を処理装置に実行させるプログラムを提供する。また、本実施形態は、かかるプログラムを格納する記録媒体を提供する。

本実施形態は、露光装置の制御方法を提供する。当該露光装置の制御方法は、所定のパターンを照明する照明光学系と、前記所定のパターンの像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備えた露光装置を制御する。具体的に当該制御方法は、上記いずれかの態様の測定方法を用いて測定された投影光学系の瞳透過率分布の測定結果に基づいて、所定のパターンを照明する照明条件を変更する。

本実施形態は、露光方法を提供する。当該露光方法の一態様は、所定のパターンを照明することと、投影光学系を用いて所定のパターンを感光性基板に露光することを備える。具体的に当該露光方法の一態様は、上記いずれかの態様の測定方法を用いて測定された前記投影光学系の瞳透過率分布の測定結果に基づいて、所定のパターンを照明する照明条件を変更する。

本実施形態が提供する露光方法の他の態様も、所定のパターンを照明することと、投影光学系を用いて所定のパターンを感光性基板に露光することを備える。具体的に当該露光方法の他の態様は、上記いずれかの態様の測定方法を用いて測定された投影光学系の瞳透過率分布の測定結果に基づいて作成されたパターンを用いる。

本実施形態は、上記いずれかの態様の露光方法を用いたデバイス製造方法を提供する。当該デバイス製造方法は、露光工程と、マスク層形成工程と、加工工程を備える。露光工程では、上記いずれかの態様の露光方法を用いて、所定のパターンが感光性基板に露光される。マスク層形成工程では、所定のパターンが転写された感光性基板が現像されることで、所定のパターンに対応する形状のマスク層が感光性基板の表面に形成される。加工工程では、マスク層を介して感光性基板の表面が加工される。

本実施形態は、被検光学系の瞳透過率分布を測定する測定装置を提供する。当該測定装置は、回折格子と、照明光学系と、計測部を備える。回折格子は、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある第１面に設置可能な光学素子である。照明光学系は、第１面に設置された回折格子を経て生成された＋１次回折光が瞳の有効領域内の第１瞳部分領域を通過し、且つ、回折格子を経て生成された−１次回折光が前記有効領域内において第１瞳部分領域から離れた第２瞳部分領域を通過するように、被検光学系の光軸に対して傾いた光束を前１面の所定位置に入射させる。計測部は、第１瞳部分領域および被検光学系を経た＋１次回折光の強度と、第２瞳部分領域および被検光学系を経た−１次回折光の強度とを計測する。特に、当該測定装置は、＋１次回折光の強度の計測値および−１次回折光の強度の計測値に基づいて、第１瞳部分領域における瞳透過率と第２瞳部分領域における瞳透過率との比を求める。

本実施形態は、所定のパターンを照明する照明光学系と、所定のパターンの像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備えた露光装置を提供する。当該露光装置の一態様は、上記いずれかの態様の測定方法により測定された投影光学系の瞳透過率分布の測定結果に基づいて、所定のパターンの照明条件を切り換えるために照明光学系を制御する制御部を備える。

本実施形態が提供する露光装置の他の態様も、所定のパターンを照明する照明光学系と、所定のパターンの像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備える。当該露光装置の他の態様は、投影光学系の瞳透過率分布を測定するための上記測定装置を備える。

本実施形態は、上記いずれかの態様の露光装置を用いたデバイス製造方法を提供する。当該デバイス製造方法は、露光工程と、マスク層形成工程と、加工工程を備える。露光工程では、上記いずれかの態様の露光装置を用いて、所定のパターンが感光性基板に露光される。マスク層形成工程では、所定のパターンが転写された感光性基板を現像することにより、所定のパターンに対応する形状のマスク層が感光性基板の表面に形成される。加工工程では、マスク層を介して感光性基板の表面が加工される。

本実施形態は、上記何れかの測定方法を実施する際に用いられる測定用レチクルを提供する。当該測定用レチクルには、第１位相領域および第２位相領域がその表面上に形成されている。

本実施形態は、上記他の態様の測定方法を実施する際に用いられる開口絞りを提供する。当該開口絞りは、第１の光束を供給する照明光学系の光路中であって瞳と光学的に共役な第１共役面において照明光学系の光軸から離れた位置に局在した光強度分布を形成するために、該離れた位置に形成された開口部を備える。

本実施形態は、上記他の態様の測定方法を実施する際に用いられる空間光変調器を提供する。当該空間変調器は、第１の光束を供給する照明光学系の光路中であって瞳と光学的に共役な第１共役面において照明光学系の光軸から離れた位置に局在した光強度分布を形成するために、第１共役面へ向かう光束に角度分布を与える。

本実施形態は、上記他の態様の測定方法を実施する際に用いられる空間光変調器の制御方法を提供する。当該空間変調器の制御方法は、第１の光束を供給する照明光学系の光路中であって瞳と光学的に共役な第１共役面において照明光学系の光軸から離れた位置に局在した光強度分布を形成するために、第１共役面へ向かう光束に角度分布を与えるように、空間変調器を制御する。

本実施形態は、上記空間変調器の制御方法を処理装置に実行させるプログラムを提供する。また、本実施形態は、かかるプログラムを格納する記録媒体を提供する。

なお、この発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

本実施形態の一態様にしたがう測定装置では、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある物体面に設置された位相回折格子を経て生成される回折光のうち測定対象となる±１次回折光成分の強度が互いに等しいので、計測部では比較的狭いダイナミックレンジを用いて各回折光成分の高精度な検出が可能であり、ひいては被検光学系の瞳透過率分布を高精度に測定することができる。また、被検光学系の物体面に固定的に設置された位相回折格子へ入射する測定光束の入射角度を変化させるだけで、各回折光成分が被検光学系の瞳を通過する領域を変化させることができるので、被検光学系の瞳透過率分布を比較的低い負荷で迅速に測定することができる。

第１実施形態にかかる瞳透過率分布の測定装置の構成を概略的に示す図である。 図１の位相型回折格子の構成を概略的に示す図である。 図１の照明光学系の内部構成を概略的に示す図である。 図１の計測部の内部構成を概略的に示す図である。 計測部の対物光学系の入射平面に較正用位相回折格子などが形成されている様子を示す図である。 開口絞りが照明瞳の位置に配置された様子を示す図である。 回折格子を経て生成された±１次回折光が結像光学系の瞳を通過する一対の瞳部分領域を示す図である。 一対の光束を回折格子上の所定位置に同時に斜め入射させて第１の±１次回折光と第２の±１次回折光とを生成する様子を示す図である。 計測部の対物光学系の瞳透過率分布に起因する測定結果の誤差分を検出する手法を説明する図である。 ＰＤＩ／ＬＤＩ型の計測部の内部構成を概略的に示す図である。 図１０の計測部の光透過性基板の入射平面に較正用位相回折格子などが形成されている様子を示す図である。 シアリング干渉計を利用する計測部の要部構成を概略的に示す図である。 図１２の計測部の光透過性基板の入射平面に較正用位相回折格子などが形成されている様子を示す図である。 本発明の第２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１４の照明光学系の内部構成を概略的に示す図である。 第２実施形態における投影光学系の瞳透過率分布の測定状態を示す図である。 測定用開口絞りが照明瞳の位置に配置された様子を示す図である。 図１４の測定用レチクルに形成された位相格子を概略的に示す図である。 測定用開口絞りの１つの開口部から測定用レチクルを経て生成された±１次回折光が投影光学系の瞳を通過する４つの瞳部分領域を示す図である。 測定用開口絞りの９つの開口部から測定用レチクルを経て生成された±１次回折光が投影光学系の瞳を通過する３６個の瞳部分領域を示す図である。 測定用開口絞りの１つの開口部から測定用レチクルを経て生成された±１次回折光および±３次回折光が投影光学系の瞳を通過する１６個の瞳部分領域を示す図である。 測定用開口絞りの隣接する２つの開口部から測定用レチクルを経て生成された±１次回折光および±３次回折光が投影光学系の瞳を通過する３２個の瞳部分領域を示す図である。 投影光学系の瞳透過率分布の相対比情報を補完する手法を説明する図である。 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。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態にかかる瞳透過率分布の測定装置の構成を概略的に示す図である。すなわち、第１実施形態は、被検光学系としての結像光学系２０の瞳透過率分布を測定する測定装置１０に適用される。図１では、結像光学系２０の像面２０ｉの法線方向にｚ軸を、像面２０ｉにおいて図１の紙面に平行な方向にｙ軸を、像面２０ｉにおいて図１の紙面に垂直な方向にｘ軸を設定している。

第１実施形態の測定装置１０は、結像光学系２０の物体面２０ｏに設置可能な位相型の回折格子１１と、物体面２０ｏの所定位置（ひいては回折格子１１の所定位置）に測定光を入射させる照明光学系１２と、結像光学系２０を経た測定光の強度を計測する計測部１３とを備えている。回折格子１１は、図２に示すように、透過光に対して第１の位相値を付与する第１位相領域１１ａと、透過光に対して第１の位相値とπだけ異なる第２の位相値を付与する第２位相領域１１ｂとが一方向に沿って交互に配置された形態を有する。

以下の説明では、回折格子１１は、位相領域１１ａ，１１ｂのピッチ方向がｙ方向と一致し、且つ回折光学面が物体面２０ｏと一致するように設置されるものとする。また、結像光学系２０と照明光学系１２とは、その光軸ＡＸ１およびＡＸ２（図３を参照）がｚ方向に延びる１本の直線に沿って共軸配置されているものとする。照明光学系１２は、図３に示すように、光源２１からの光に基づいて、照明瞳１２ｐに所定の光強度分布を形成する空間光変調器１２ａおよび第１リレー光学系１２ｂと、照明瞳１２ｐにおいて照明光路に対して挿脱可能な開口絞り１２ｃと、開口絞り１２ｃを経た光を結像光学系２０の物体面２０ｏへ導く第２リレー光学系２０ｄとを備えている。

光源２１は、例えば結像光学系２０の使用光を供給する。空間光変調器１２ａとして、回折光学素子、ミラーアレイなどを用いることができる。ミラーアレイは、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を有する空間光変調器であって、その構成および作用は、例えば上記特許文献１〜４に開示されている。照明瞳１２ｐは、結像光学系２０の物体面２０ｏと光学的にフーリエ変換の関係にあり、且つ結像光学系２０の瞳２０ｐと光学的に共役な位置にある。ここでは、上記特許文献１〜４の開示を参照として援用する。

計測部１３は、図４に示すように、結像光学系２０の像面２０ｉと光学的にフーリエ変換の関係にある面１３ｐを形成する対物光学系１３ａと、面１３ｐに沿って配置された検出面１３ｂａを有する光電検出器１３ｂとを備え、ｘｙ平面に沿って一体的に移動可能に構成されている。すなわち、対物光学系１３ａは結像光学系２０の瞳２０ｐと光学的に共役な面１３ｐと結像光学系２０との間の光路中に配置され、光電検出器１３ｂの検出面１３ｂａは対物光学系１３ａの瞳面１３ｐに沿って配置されている。光電検出器１３ｂとして、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子や撮像管などを用いることができる。

対物光学系１３ａの最も結像光学系２０側には、結像光学系２０の像面２０ｉに沿った平面を有する平凸レンズ１３ａａが配置されている。平凸レンズ１３ａａの入射平面１３ｉ上には、図５に示すように、例えばクロム又は酸化クロムで形成された遮光部１３ｅと、計測用開口部１３ｆと、波面収差計測結果を較正するための較正用ピンホール１３ｇと、瞳透過率分布計測結果を較正するための較正用位相回折格子１３ｈとが形成されている。計測部１３の構成において較正用位相回折格子１３ｈを除く部分は、例えば上記特許文献５に開示されている。ここでは上記特許文献５の開示を参照として援用する。なお、計測部１３は、メモリＭＲ等の記録媒体を有する処理装置（コンピュータ）であってもよく、このメモリＭＲには、本実施形態にかかる測定方法、露光装置や空間変調器１２ａの制御方法を当該処理装置に実行させるプログラムが格納される。

以下、測定装置１０の作用の理解を容易にするために、最も単純な例として、図６に示すように単一の円形状の開口部３１が形成された開口絞り１２ｃを用いる場合について考える。図６において、光軸ＡＸ２を中心とした破線で示す円は、照明瞳１２ｐの有効領域を示している。開口絞り１２ｃは開口部３１の中心が光軸ＡＸ２から−ｙ方向側に離れて位置するように設置され、開口絞り１２ｃには開口部３１を含む所要領域に光束が入射する。この場合、開口絞り１２ｃは、結像光学系２０の瞳２０ｐと光学的に共役な照明瞳１２ｐにおいて光軸ＡＸ２から離れた位置に局在した光強度分布を有する円形状の局在光束を形成する局在光束形成部として機能する。

開口絞り１２ｃの開口部３１を経た光束は、第２リレー光学系１２ｄを介して、回折格子１１の所定位置（ひいては結像光学系２０の物体面２０ｏの所定位置）に、結像光学系２０の光軸ＡＸ１に対して（ひいては照明光学系１２の光軸ＡＸ２に対して）傾いた光束となって入射する。回折格子１１への斜め光束の入射位置は、例えば複数のレンズを有する第２リレー光学系１２ｄの光路中において物体面２０ｏと光学的に共役な位置またはその近傍に配置された視野絞り（不図示）、あるいは物体面２０ｏの直前の位置に配置された視野絞り（不図示）などにより可変的に決定される。

以下、説明を単純化するために、照明光学系１２の照明瞳１２ｐと結像光学系２０の瞳２０ｐとは、ｘ方向およびｙ方向に関して照明瞳１２ｐの正立像を瞳２０ｐに形成する共役関係にあるものとする。図１および図７を参照すると、回折格子１１に斜め入射して生成された回折光のうち、＋１次回折光４０ａ（あるいは４０ｂ）は結像光学系２０の瞳２０ｐの有効領域２０ｐｅ内の瞳部分領域４１ａを通過し、−１次回折光４０ｂ（あるいは４０ａ）は瞳有効領域２０ｐｅ内において瞳部分領域４１ａから離れた瞳部分領域４１ｂを通過して、結像光学系２０からそれぞれ射出される。瞳部分領域４１ａおよび４１ｂは、開口部３１と同様に円形状であり、互いに同じ大きさを有する。

瞳部分領域４１ａと４１ｂとは、瞳有効領域２０ｐｅにおいて光軸ＡＸ１を通りｙ方向に延びる直線上の１点４１ｃを挟んで対称な位置にある。ここで、点４１ｃは、回折格子１１を経て０次光（図１において破線で示す）が仮に発生したときに、その０次光が瞳２０ｐを通過する領域の中心である。すなわち、瞳部分領域４１ａと４１ｂとの中心位置４１ｃは、開口絞り１２ｃの開口部３１の位置に依存する。瞳部分領域４１ａおよび４１ｂの大きさは、開口絞り１２ｃの開口部３１の大きさに依存する。瞳部分領域４１ａと４１ｂとの中心間距離は、回折格子１１における位相領域１１ａ，１１ｂのピッチに依存する。

図１、図３および図５を参照すると、瞳部分領域４１ａおよび結像光学系２０を経た＋１次回折光４０ａ、並びに瞳部分領域４１ｂおよび結像光学系２０を経た−１次回折光４０ｂは、計測部１３の計測用開口部１３ｆを介して、対物光学系１３ａに入射する。対物光学系１３ａを経た１次回折光４０ａ，４０ｂは、対物光学系１３ａの瞳面１３ｐに配置された検出面１３ｂａにおいて光電検出器１３ｂにより検出される。なお、図１では、図面の明瞭化のために、結像光学系２０の像面２０ｉから下側に間隔を隔てて計測部１３を配置した様子を示している。

以下、説明を単純化するために、回折格子１１を経て生成された＋１次回折光４０ａの強度と−１次回折光４０ｂの強度とが互いに同じであり、且つ結像光学系２０の像面２０ｉに達したときの＋１次回折光４０ａと−１次回折光４０ｂとの強度比が、計測部１３の検出面１３ｂａにおいて検出される＋１次回折光４０ａと−１次回折光４０ｂとの強度比に一致するものとする。換言すれば、計測部１３は、対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響などを受けることなく、結像光学系２０の像面２０ｉに達したときの＋１次回折光４０ａと−１次回折光４０ｂとの強度比を正確に計測することができるものとする。

この場合、測定装置１０では、＋１次回折光４０ａの強度の計測値および−１次回折光４０ｂの強度の計測値に基づいて、瞳部分領域４１ａにおける瞳透過率と瞳部分領域４１ｂにおける瞳透過率との比を求め、ひいては瞳部分領域４１ａおよび４１ｂに関して結像光学系２０の瞳透過率分布を測定する。なお、測定装置１０において測定すべき瞳透過率分布は、瞳有効領域２０ｐｅにおける瞳透過率の絶対値の分布ではなく、瞳透過率分布の相対比情報であって、例えば瞳有効領域２０ｐｅの中心（光軸ＡＸ１の位置）における瞳透過率を１としたときの規格化された分布である。

測定装置１０では、間隔を隔てた一対の瞳部分領域４１ａおよび４１ｂに関して結像光学系２０の瞳透過率分布を測定する際に、瞳部分領域４１ａの中心と瞳部分領域４１ｂの中心とを結ぶ線分の中点４１ｃに光学的に対応する位置に開口部３１を配置している。このことは、瞳有効領域２０ｐｅにおいて測定すべき一対の瞳部分領域に対応する位置に開口部３１が配置されるように開口絞り１２ｃをｘｙ平面に沿ってステップ移動させつつ計測部１３による計測を繰り返すことにより、任意の一対の瞳部分領域における瞳透過率の比の集合が得られ、ひいては所望の分布にしたがう所望数の瞳部分領域に関して結像光学系２０の瞳透過率分布を測定することができることを意味している。

具体的に、開口絞り１２ｃをｘｙ平面に沿ってステップ移動させつつ、ひいては回折格子１１に入射する測定光の入射角度を変化させつつ、任意の一対の瞳部分領域における瞳透過率の比を順次求めることにより、瞳有効領域２０ｐｅの全体に亘って分布する所望数の瞳部分領域間の瞳透過率の相対情報が得られる。そして、瞳有効領域２０ｐｅにおけるこれらの離散的な瞳透過率の相対値の分布を、例えばツェルニケフィッティングすることにより、結像光学系２０の二次元的な瞳透過率分布が関数化分布として直接的に得られる。なお、離散的な計測値の分布をツェルニケフィッティングして関数化分布を得る手法は、波面収差を対象とした通常のツェルニケフィッティングを参照することができ、線形最小二乗法で算出できる。

なお、測定装置１０では、回折格子１１を介して、回折格子の製造誤差に起因した０次光、±３次回折光、±５次回折光なども発生する。この場合、±３次回折光、±５次回折光などを測定対象外にするとともに、±３次回折光、±５次回折光などが結像光学系２０の瞳２０ｐにおいて測定対象である±１次回折光と重なり合わないように設定すれば良い。ただし、現実的には、±５次回折光（およびそれ以上の高次回折光）の強度は測定対象である±１次回折光の強度に比して著しく小さく無視することができる。０次光と±３次回折光とが被検光学系の瞳において±１次回折光と重なり合わないように設定する手法については、第２実施形態において具体的に説明する。

以上のように、測定装置１０において、回折格子１１は、被検光学系である結像光学系２０の瞳２０ｐと光学的にフーリエ変換の関係にある物体面２０ｏに設置可能である。照明光学系１２は、物体面２０ｏに設置された回折格子１１を経て生成された＋１次回折光４１ａが瞳有効領域２０ｐｅ内の瞳部分領域４１ａを通過し且つ回折格子１１を経て生成された−１次回折光４０ｂが瞳有効領域２０ｐｅ内において瞳部分領域４１ａから離れた瞳部分領域４１ｂを通過するように、結像光学系２０の光軸ＡＸ１に対して傾いた光束（ただし、垂直入射する光束を含むことを排除しない）を物体面２０ｏの所定位置に入射させる。計測部１３は、瞳部分領域４１ａおよび結像光学系２０を経た＋１次回折光４０ａの強度および瞳部分領域４１ｂおよび結像光学系２０を経た−１次回折光４０ｂの強度を計測する。

第１実施形態の測定装置１０では、２種類の位相領域１１ａと１１ｂとが交互に配置された位相回折格子１１を用いているので、回折格子１１を経て生成される回折光のうち測定対象となる±１次回折光成分の強度は互いに等しい。その結果、計測部１３の光電検出器１３ｂでは比較的狭いダイナミックレンジを用いて各回折光成分の高精度な検出が可能であり、ひいては結像光学系２０の瞳透過率分布を高精度に測定することができる。また、πの位相差を有する２種類の位相領域１１ａと１１ｂとが交互に配置された位相回折格子１１を用いているので、測定対象でない０次光が発生して±１次回折光成分の強度の計測に影響を及ぼすことがなく、各成分の高精度な検出が可能である。

また、回折格子１１の姿勢を変化（ピッチ方向を変化）させたり特性の異なる（ピッチの異なる）他の回折格子と交換したりすることなく、単一の開口部３１を有する開口絞り１２ｃを所要回数に亘ってｘｙ平面に沿ってステップ移動させるだけで、結像光学系２０の瞳透過率分布を比較的低い負荷で迅速に測定することができる。換言すれば、回折格子１１を固定的に設置した状態で、開口絞り１２ｃの開口部３１をｘｙ平面に沿ってステップ移動させて、回折格子１１へ入射する測定光の入射角度を変化させるだけで、結像光学系２０の瞳透過率分布を比較的低い負荷で迅速に測定することができる。

第１実施形態の測定装置１０では、各回折光成分の強度を正確に検出するために瞳部分領域４１ａと４１ｂとが離れていることが重要であり、瞳透過率分布を正確に測定するために瞳部分領域４１ａ，４１ｂの大きさ（ひいては開口部３１の大きさ）をある程度小さく抑えることが重要である。すなわち、開口絞り１２ｃの開口部３１に光学的に対応する一対の瞳部分領域４１ａ，４１ｂの中心間距離を過度に大きく設定しなくてもよいので、回折格子１１における位相領域１１ａと１１ｂとのピッチを過度に小さく設定する必要がなく、ひいては回折格子１１の製作が容易である。

なお、上述の第１実施形態に関する説明では、単一の開口部３１が設けられた開口絞り１２ｃをステップ移動させつつ計測部１３による計測を繰り返している。しかしながら、これに限定されることなく、複数の開口部が設けられた開口絞りを用いて、そのステップ移動の回数、ひいては計測部による計測の回数を減らすことにより、結像光学系２０の瞳透過率分布をさらに迅速に測定することもできる。一例として、図８に、照明瞳１２ｐにおいて光軸ＡＸ２を挟んでｙ方向に対称配置された一対の開口部を経た第１光束と第２光束とが同時に回折格子１１上の所定位置に斜め入射して、第１光束に対する第１の±１次回折光と第２光束に対する第２の±１次回折光とが生成される様子を示す。

あるいは、所要の分布にしたがって配置された複数の開口部を有する開口絞り１２ｃを用いて、開口部と同数の光束を回折格子１１上の所定位置に同時に供給し、各光束について生成された±１次回折光に基づいて結像光学系２０の瞳透過率分布を一括的に測定することもできる。この場合、開口絞り１２ｃをステップ移動させる必要がなく、計測部１３による計測も１回だけになるので、瞳透過率分布の測定を最も迅速に行うことができる。複数の開口部を有する開口絞りを用いて被検光学系の瞳透過率分布を一括的に測定する手法については、第２実施形態において具体的に説明する。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、開口絞り１２ｃが、照明瞳１２ｐにおいて光軸ＡＸ２から離れた位置に局在した光強度分布を有する１つの円形状の局在光束を形成する局在光束形成部として機能している。しかしながら、これに限定されることなく、照明瞳に形成される局在光束の数、形状、大きさ、位置などについて様々な形態が可能である。具体的に、例えば多角形状の局在光束を形成するために多角形状の開口部を設けたり、光軸ＡＸ２の位置に局在した局在光束を含むように光軸ＡＸ２の位置にも開口部を配置したりしても良い。

また、開口部１２ｃに代えて、あるいは開口部１２ｃに加えて、空間光変調器１２ａを局在光束形成部として機能させることもできる。この場合、局在光束形成部としての空間光変調器１２ａは、照明瞳１２ｐにおいて光軸ＡＸ２から離れた位置に局在した少なくとも１つの光強度分布を形成するために、照明瞳１２ｐへ向かう光束に角度分布を与える。具体的に、空間光変調器１２ａとして、回折光学素子だけを用いても良いし、ミラーアレイだけを用いても良いし、回折光学素子とミラーアレイとを併用しても良い。

回折光学素子だけを用いる場合、特性の異なる複数の回折光学素子を準備し、回折格子１１へ入射させる光束に必要な入射角度に応じて所要の回折光学素子を照明光路中に設定する必要がある。ミラーアレイだけを用いる場合、回折格子１１へ入射させる光束に必要な入射角度に応じて複数のミラー要素を個別に制御すれば良い。具体的に、ミラーアレイの複数のミラー要素を個別に制御することにより、入射角度を変化させつつ１つまたは複数の光束を順次回折格子１１へ入射させても良いし、様々な入射角度を有する複数の光束を同時に回折格子１１へ入射させても良い。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、回折格子１１として、πの位相差を有する２種類の位相領域１１ａと１１ｂとが一方向に沿って交互に配置された形態を有する位相回折格子を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、回折格子の具体的な構成については様々な形態が可能である。例えばπ以外の適当な位相差を有する２種類の位相領域が一方向に沿って交互に配置された形態の回折格子を用いることができる。この場合、０次光が発生することになるが、この０次光を測定対象外にするとともに、０次光が結像光学系２０の瞳２０ｐにおいて±１次回折光と重なり合わないように設定すれば良い。

また、例えば２種類の矩形状の位相領域がチェックフラッグパターンを形成するように配置された回折格子、すなわち２種類の矩形状の位相領域が市松格子状に配置された形態の回折格子を用いることができる。この場合、回折格子に入射する１つの光束に対して一対の＋１次回折光と一対の−１次回折光とが生成される。πの位相差を有する２種類の矩形状の位相領域が市松格子状に配置された形態の回折格子を用いて被検光学系の瞳透過率分布を測定する手法については、第２実施形態において具体的に説明する。

また、位相型の回折格子１１に代えて、明暗型の回折格子を用いることもできる。この場合、被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある位置に固定的に設置された回折格子に入射する測定光の入射角度を変化させつつ、被検光学系の瞳透過率分布を比較的低い負荷で迅速に測定することができる。すなわち、明暗パターンのピッチが互いに異なる複数の回折格子を準備して、ピッチ方向を変化させつつ各回折格子を用いた測定を繰り返さなくても良い。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、計測部１３が対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響を受けることなく、＋１次回折光４０ａと−１次回折光４０ｂとの強度比を正確に計測することができるものと想定している。ただし、対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響が無視できる程度に小さくない場合には、以下の手法にしたがって、対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分を検出し、結像光学系２０の瞳透過率分布の測定結果を較正することができる。

まず、対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分の検出動作（すなわち計測部１３のキャリブレーション動作）に際して、図９に示すように、回折格子１１に代えて、例えば回折格子１１と同じ厚さおよび同じ屈折率を有する平行平面板１４を結像光学系２０の物体面２０ｏに設置する。そして、開口部３１から平行平面板１４上の所定位置（回折格子１１への測定光束の入射位置と同じ位置）へ入射して結像光学系２０を経た光が較正用位相回折格子１３ｈを通過するように、計測部１３をｘｙ平面に沿って位置決めする。較正用位相回折格子１３ｈは、回折格子１１と同様に、πの位相差を有する２種類の位相領域がｙ方向に沿って交互に配置された形態を有する。

この場合、例えば図６に示すように設置された開口絞り１２ｃの開口部３１から射出されて平行平面板１４および結像光学系２０を通過した較正光束（平行平面板１４により回折されない光束）は、較正用位相回折格子１３ｈにより回折される。較正用位相回折格子１３ｈを経て生成された＋１次回折光４２ａ（あるいは４２ｂ）および−１次回折光４２ｂ（あるいは４２ａ）は、対物光学系１３ａを介して、その瞳面１３ｐに配置された光電検出器１３の検出面１３ｂａに達する。

計測部１３は、＋１次回折光４２ａの強度および−１次回折光４２ｂの強度を計測する。ここで、較正用位相回折格子１３ｈは、＋１次回折光４２ａが図１を参照して説明した＋１次回折光４０ａに対応し且つ−１次回折光４２ｂが−１次回折光４０ｂに対応するように構成されている。その結果、計測部１３では、＋１次回折光４２ａおよび−１次回折光４２ｂの強度の計測値を用いて一対の瞳部分領域４１ａ，４１ｂにおける瞳透過率の比の算出結果を較正する。さらに、開口部３１を有する開口絞り１２ｃをｘｙ平面に沿ってステップ移動しつつ計測部１３による計測を繰り返すことにより、結像光学系２０の瞳有効領域２０ｐｅ内の任意の一対の瞳部分領域における瞳透過率の比の算出結果を較正する。こうして、対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分を検出し、結像光学系２０の瞳透過率分布の測定結果を較正することができる。

なお、複数の開口部が設けられた開口絞りを用いる場合、そのステップ移動の回数、ひいては計測部による計測の回数を減らすことにより、対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分をさらに迅速に検出することができる。あるいは、所要の分布にしたがって配置された複数の開口部を有する開口絞りを用いる場合、開口部と同数の光束を平行平面板１４上の所定位置に同時に供給し、各光束について較正用位相回折格子１３ｈを経て生成された±１次回折光に基づいて対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分を一括的に検出することもできる。

結像光学系２０の瞳透過率分布の測定に使用する回折格子１１の構成に応じて、較正用位相回折格子１３ｈとして、例えばπ以外の適当な位相差を有する２種類の位相領域が一方向に沿って交互に配置された形態の回折格子を用いることができる。また、較正用位相回折格子１３ｈとして、例えば２種類の矩形状の位相領域がチェックフラッグパターンを形成するように配置された回折格子、すなわち２種類の矩形状の位相領域が市松格子状に配置された形態の回折格子を用いることもできる。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、計測部１３が、対物光学系（計測光学系）１３ａと、対物光学系１３ａの瞳面（結像光学系２０の瞳２０ｐと光学的に共役な面）１３ｐにおいて±１次回折光成分を光電変換して検出する光電検出器１３ｂとを有する。しかしながら、計測部の具体的な構成については様々な形態が可能である。例えば、図１０に示すように、ＰＤＩ（Point Diffraction Interferometer（点回折干渉計））やＬＤＩ（Line Diffraction Interferometer（線回折干渉計））を利用する計測部１３Ａを用いることもできる。

このようなＰＤＩ／ＬＤＩ型の計測部１３Ａは、平面状の入射面１３Ａｉを有する光透過性基板１３Ａａと、光透過性基板１３Ａａの平面状の射出面１３Ａｊと接触するように配置された検出面１３ｂａを有する光電検出器１３ｂとを備えている。光透過性基板１３Ａａの入射平面１３Ａｉには、図１１に示すように、例えばクロム又は酸化クロムで形成された遮光部１３Ａｅと、計測用開口部１３Ａｆと、球面基準波発生用ピンホール１３Ａｇと、瞳透過率分布計測結果を較正するための較正用位相回折格子１３Ａｈとが形成されている。計測部１３Ａの構成において較正用位相回折格子１３Ａｈを除く部分は、例えば特表２００８−５０２１２６号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００８／０２５２８７６Ａ１号公報の図３に開示されている。

計測部１３Ａでは、計測用開口部１３Ａｆを通過する被検光学系からの波面と、球面基準波発生用ピンホール１３Ａｇから生じる球面波とを干渉させて、光電検出器１３ｂの検出面１３ｂａ上に干渉縞を形成する。この干渉縞は、被検光学系の波面収差の情報を含んでいる。ここで、計測用開口部１３Ａｆのみに光が入射するようにすれば、検出面１３ｂａ上には、被検光学系の瞳透過率分布に応じた光強度分布が形成される。そして、較正用位相回折格子１３Ａｈのみに光が入射されるようにすれば、光透過性基板１３Ａａの透過率分布に起因する計測結果の誤差分を検出することができる。なお、光電検出器１３ｂの検出面１３ｂａは、ＮＡが１を超える光束を受光するために光透過性基板１３Ａａの射出面１３Ａｊに接触している。

また、例えば図１２に示すように、シアリング干渉計を利用する計測部１３Ｂを用いることもできる。計測部１３Ｂは、計測部１３Ａと同様に、平面状の入射面１３Ｂｉを有する光透過性基板１３Ｂａと、光透過性基板１３Ｂａの平面状の射出面１ＢＡｊと接触するように配置された検出面１３ｂａを有する光電検出器１３ｂとを備えている。光透過性基板１３Ｂａの入射平面１３Ｂｉには、図１３に示すように、例えばクロム又は酸化クロムで形成された遮光部１３Ｂｅと、計測用開口部１３Ｂｆと、波面計測用回折格子１３Ｂｇと、瞳透過率分布計測結果を較正するための較正用位相回折格子１３Ｂｈとが形成されている。計測部１３Ｂの構成において計測用開口部１３Ｂｆおよび較正用位相回折格子１３Ｂｈを除く部分は、例えば上記特許文献６の図２や図５、上記特許文献７〜８などに開示されている。ここでは上記特許文献６〜８の開示を参照として援用する。

計測部１３Ｂでは、被検光学系からの波面が波面計測用回折格子１３Ｂｇによって横ずらしされ、互いに横ずらしされた波面同士が干渉して光電検出器１３ｂの検出面１３ｂａ上に干渉縞を形成する。この干渉縞は、被検光学系の波面収差の情報を含んでいる。ここで、計測用開口部１３Ｂｆのみに光が入射するようにすれば、検出面１３ｂａ上には、被検光学系の瞳透過率分布に応じた光強度分布が形成される。そして、較正用位相回折格子１３Ｂｈのみに光が入射されるようにすれば、光透過性基板１３Ｂａの透過率分布に起因する計測結果の誤差分を検出することができる。なお、光電検出器１３ｂの検出面１３ｂａは、ＮＡが１を超える光束を受光するために光透過性基板１３Ｂａの射出面１３Ｂｊに接触している。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、回折格子１１へ供給する測定光束の偏光状態に言及していないが、被検光学系である結像光学系２０の瞳透過率分布が入射光の偏光状態に比較的大きく依存することがある。この場合、例えばｘ方向に偏光した直線偏光状態で回折格子１１へ入射する測定光を用いてｘ方向直線偏光に関する結像光学系２０の瞳透過率分布を測定し、ｙ方向に偏光した直線偏光状態で回折格子１１へ入射する測定光を用いてｙ方向直線偏光に関する結像光学系２０の瞳透過率分布を測定すれば良い。

また、上述の第１実施形態に関する説明では、第１の入射角度を有する第１の測定光束が回折格子１１を経て生成する±１次回折光に基づいて第１の対の瞳部分領域における瞳透過率の比を求め、第２の入射角度を有する第２の測定光束が回折格子１１を経て生成する±１次回折光に基づいて第２の対の瞳部分領域における瞳透過率の比を求めている。ただし、第１の対の瞳部分領域における瞳透過率比と第２の対の瞳部分領域における瞳透過率比とは必ずしも同一条件で計測されていないため、第１の対の瞳部分領域における瞳透過率と第２の対の瞳部分領域における瞳透過率との比を正確に求めていることにはならない。

したがって、必要に応じて、第１の測定光束および第２の測定光束による計測の前または後に、回折格子１１の所定位置に第３の測定光束を入射させることにより、第１の対の瞳部分領域における瞳透過率と第２の対の瞳部分領域における瞳透過率との比を求め、この瞳透過率比に基づいて瞳透過率分布の相対比情報を補完することができる。このとき、第３の測定光束は、回折格子１１を経て生成される＋１次回折光が第１の対の瞳部分領域を包含する第１包含領域内の瞳部分領域を通過し、回折格子１１を経て生成される−１次回折光が第２の対の瞳部分領域を包含する第２包含領域内の瞳部分領域を通過するように所要の入射角度で回折格子１１へ入射する。上述のように瞳透過率分布の相対比情報を補完する手法については、第２実施形態において具体的に説明する。

図１４は、第２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。すなわち、第２実施形態は、被検光学系としての投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を測定する測定装置を備えた露光装置に適用される。図１４において、感光性基板であるウェハＷの表面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１４を参照すると、第２実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳ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。光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、転写すべきパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを照明する。ステップ・アンド・リピート方式の露光装置の場合、照明光学系ＩＬは、マスクＭの矩形状のパターン領域の全体を照明する。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置の場合、照明光学系ＩＬは、矩形状のパターン領域のうち、走査方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って細長い矩形状の領域を照明する。

光源ＬＳから射出された光束は、図１５に示すように、周知の構成を有するビーム送光系５１に入射する。ビーム送光系５１に入射した光束は、所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、ビーム形状可変部５２を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５３に入射する。ビーム送光系５１は、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ビーム形状可変部５２へ導くとともに、ビーム形状可変部５２（ひいてはマイクロフライアイレンズ５３）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。

ビーム形状可変部５２は、空間光変調器５２ａ、リレー光学系５３ｂなどを含み、マイクロフライアイレンズ５３の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロフライアイレンズ５３の後側焦点面に形成される実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。空間光変調器５２ａとして、例えば制御部ＣＲからの制御信号にしたがって照明光路に対して交換可能な複数の回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、入射光束の断面形状を異なる断面形状に変換する光学素子である。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。

なお、制御部ＣＲは、メモリＭＲ等の記録媒体を有する処理装置（コンピュータ）であってもよく、このメモリＭＲには、本実施形態にかかる測定方法、露光装置や空間変調器５２ａの制御方法を当該処理装置に実行させるプログラムが格納される。

空間光変調器５２ａとして、例えば照明光路に対して固定的に設置されたミラーアレイを用いることもできる。ミラーアレイは、前述したように、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を有する空間光変調器である。ミラーアレイでは、例えば制御部ＣＲからの制御信号に応じて複数のミラー要素がそれぞれ所定の向きに設定され、複数のミラー要素によりそれぞれ所定の角度で反射された光がマイクロフライアイレンズ５３の入射面に所望の大きさおよび形状を有する照野を形成する。空間光変調器５２ａとして、回折光学素子とミラーアレイとを併用することもできる。

マイクロフライアイレンズ５３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５３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。なお、マイクロフライアイレンズ５３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。

マイクロフライアイレンズ５３に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳ＩＬｐには、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ５３の直後の照明瞳ＩＬｐに形成された二次光源からの光束は、照明開口絞り５４に入射する。照明開口絞り５４は、マイクロフライアイレンズ５３の後側焦点面またはその近傍に配置され、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する。

照明開口絞り５４は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。照明開口絞り５４の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞り５４は、後述する投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐと光学的に共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。なお、照明開口絞り５４の設置を省略することもできる。

照明開口絞り５４により制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系５５を介して、マスクブラインド５６を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド５６には、マイクロフライアイレンズ５３の矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド５６の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、照明結像光学系５７の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、照明結像光学系５７は、マスクブラインド５６の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクＭのパターン面を透過した光は、例えば縮小倍率を有する投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗの単位露光領域にマスクＭのパターン像を形成する。すなわち、マスクＭ上での照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷの単位露光領域において、マスクＭのパターン領域全体と相似な矩形状の領域に、あるいはＸ方向に細長い矩形状の領域（静止露光領域）に、マスクパターン像が形成される。

マスクＭは、そのパターン面が投影光学系ＰＬの物体面ＰＬｏと一致するように、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。マスクステージＭＳには、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、およびＺ軸廻りの回転方向にマスクＭを移動させる機構が組み込まれている。マスクステージＭＳには図示を省略した移動鏡が設けられ、この移動鏡を用いるマスクレーザ干渉計ＭＩＦが、マスクステージＭＳ（ひいてはマスクＭ）のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する。

ウェハＷは、その表面（転写面）が投影光学系ＰＬの像面ＰＬｉと一致するように、基板ステージＷＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。基板ステージＷＳには、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、およびＺ軸廻りの回転方向にウェハＷを移動させる機構が組み込まれている。基板ステージＷＳには図示を省略した移動鏡が設けられ、この移動鏡を用いる基板レーザ干渉計ＷＩＦが、基板ステージＷＳ（ひいてはウェハＷ）のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する。

マスクレーザ干渉計ＭＩＦの出力および基板レーザ干渉計ＷＩＦの出力は、制御部ＣＲに供給される。制御部ＣＲは、マスクレーザ干渉計ＭＩＦの計測結果に基づいて、マスクＭのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置の制御を行う。即ち、制御部ＣＲは、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、この機構が制御信号に基づいてマスクステージＭＳを移動させることにより、マスクＭのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置の調整を行う。

制御部ＣＲは、オートフォーカス方式により、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面ＰＬｉと一致させるために、ウェハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）の制御を行う。また、制御部ＣＲは、基板レーザ干渉計ＷＩＦの計測結果に基づいて、ウェハＷのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置の制御を行う。即ち、制御部ＣＲは、基板ステージＷＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、この機構が制御信号に基づいて基板ステージＷＳを移動させることにより、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸廻りの回転方向の位置の調整を行う。

ステップ・アンド・リピート方式では、ウェハＷ上に縦横に設定された複数の単位露光領域のうちの１つの単位露光領域に、マスクＭのパターン像を一括的に露光する。その後、制御部ＣＲは、基板ステージＷＳをＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に一括露光する動作を繰り返す。

ステップ・アンド・スキャン方式では、制御部ＣＲは、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳおよび基板ステージＷＳをＹ方向に移動させつつ、マスクＭのパターン像をウェハＷの１つの単位露光領域に走査露光する。その後、制御部ＣＲは、基板ステージＷＳをＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。

すなわち、ステップ・アンド・スキャン方式では、マスクＭおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域の短辺方向であるＹ方向に沿って、マスクステージＭＳと基板ステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。以下、被検光学系である投影光学系ＰＬと照明光学系ＩＬとは、その光軸ＡＸｐおよびＡＸｉがＺ方向に延びる１本の直線に沿って共軸配置されているものとする。

第２実施形態では、マイクロフライアイレンズ５３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（ひいては投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐ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。

瞳強度分布とは、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（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ５３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５３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５３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強度分布と称することができる。

第２実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する計測装置１３を備えている。計測装置１３は、第１実施形態における計測装置１３と同じ構成を有し、図１におけるｘ座標、ｙ座標およびｚ座標が図１４におけるＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標にそれぞれ対応するように、基板ステージＷＳに取り付けられている。第２実施形態の測定装置１０’（図１６を参照）では、投影光学系ＰＬを介して形成されるパターン像のコントラストの向上を図るために、露光装置に搭載された状態で投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を随時測定する。

投影光学系ＰＬの瞳透過率分布の測定に際して、図１６に示すように、照明光学系ＩＬ中の照明開口絞り５４に代えて（照明開口絞り５４の設置を省略する場合にはその位置に）測定用開口絞り５４ａを設置し、マスクＭに代えて測定用レチクルＴＲを設置する。さらに、制御部ＣＲからの指令にしたがって基板ステージＷＳを移動させて、平凸レンズ１３ａａの入射平面１３ｉが投影光学系ＰＬの像面ＰＬｉに一致し且つ計測用開口部１３ｆが像面ＰＬｉ上の所定位置（投影光学系ＰＬを経た測定光が像面ＰＬｉに入射する位置）に配置されるように計測装置１３を位置決めする。測定装置１０’は、照明瞳ＩＬｐに設置された測定用開口絞り５４ａを含む照明光学系ＩＬと、測定用レチクルＴＲと、計測部１３とを備えている。

測定用開口絞り５４ａは、比較的単純な一例として、図１７に示すように、９つの開口部６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９を有する。以下、説明を単純化するために、各開口部６１〜６９は円形状であり、互いに同じ大きさを有するものとする。開口部６１〜６４，６６〜６９は、その中心点が中央の開口部６５を中心とする正方形の頂点または各辺の中点と一致するように配列されているものとする。測定用開口絞り５４ａは、開口部６５の中心点が照明光学系ＩＬの光軸ＡＸｉに一致するように配置されているものとする。

具体的には、開口部６１〜６９のピッチＰｐｉを、開口部６１〜６９の直径Ｄｐｉの１０倍程度に設定することができる。開口部６１〜６９の直径Ｄｐが大き過ぎると、各開口部６１〜６９および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成される±１次回折光が投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐを通過する瞳部分領域（瞳ＰＬｐに形成される回折スポット像）同士が部分的に重なり合ってしまう。開口部６１〜６９のピッチＰｐｉについては、その絶対値に関して任意性があるが、後述するように測定用レチクルＴＲの位相格子のピッチＰｒと所定の相対関係を満たすように制約することができる。ただし、開口部６１〜６９のピッチＰｐｉが大き過ぎると、瞳部分領域同士が部分的に重なり合うことが容易に回避されるが、測定用開口絞り５４ａをＸＹ平面に沿ってステップ移動させることなく投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を一括的に測定する場合には、瞳透過率分布情報の横分解能が犠牲になってしまう。

測定用レチクルＴＲの表面には、図１８に示すように、透過光に対して第１の位相値を付与する矩形状の第１位相領域１１ｃと、透過光に対して第１の位相値とπだけ異なる第２の位相値を付与する矩形状の第２位相領域１１ｄとが互いに直交する二方向に沿って交互に配置された位相格子（位相パターン）が形成されている。換言すれば、測定用レチクルＴＲの位相格子は、２種類の矩形状の位相領域１１ｃ，１１ｄがチェックフラッグパターンを形成するように配置された形態（すなわち２種類の矩形状の位相領域１１ｃ，１１ｄが市松格子状に配置された形態）を有する。

以下の説明では、各位相領域１１ｃ，１１ｄが正方形状で、互いに同じ大きさを有するものとする。また、測定用レチクルＴＲは、位相領域１１ｃ，１１ｄのピッチ方向がＸ方向およびＹ方向と一致し、且つ回折光学面が投影光学系ＰＬの物体面ＰＬｏと一致するように設置されるものとする。位相領域１１ｃ，１１ｄのピッチＰｒについては、後述するように、開口絞り５４ａに設けられた開口部６１〜６９のピッチＰｐｉと所定の相対関係を満たすように制約することができる。

開口絞り５４ａには、開口部６１〜６９を含む所要領域（例えば開口部６１〜６９を包含する円形領域）に光束が入射する。この場合、中央の開口部６５を経た光束は、照明光学系ＩＬから射出され、測定用レチクルＴＲの位相格子上の所定位置（ひいては投影光学系ＰＬの物体面ＰＬｏの所定位置）に垂直入射（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐと平行に入射）する。開口部６５を除く他の開口部６１〜６４，６６〜６９を経た光束、すなわち投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐと光学的に共役な照明瞳ＩＬｐにおいて光軸ＡＸｉから離れた位置に局在した光強度分布を有する円形状の局在光束は、照明光学系ＩＬから射出され、測定用レチクルＴＲの位相格子上の所定位置に、光軸ＡＸｐに対して（ひいては光軸ＡＸｉに対して）傾いた８つの光束となって入射する。

測定用レチクルＴＲへの９個の光束の入射位置は、例えばマスクブラインド５６の作用により可変的に決定される。あるいは、マスクブラインド５６の近傍に配置された視野絞り（不図示）、または物体面ＰＬｏの直前の位置に配置された視野絞り（不図示）などにより可変的に決定される。こうして、開口部６１〜６９からの９つの光束は、測定用レチクルＴＲの位相格子上の同じ位置へ同時に入射する。以下、説明を単純化するために、照明光学系ＩＬの照明瞳ＩＬｐと投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐとは、Ｘ方向およびＹ方向に関して照明瞳ＩＬｐの正立像を瞳ＰＬｐに形成する共役関係にあるものとする。

測定用レチクルＴＲへ入射する１つの光束に着目すると、測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された回折光のうち、測定対象である一対の＋１次回折光および一対の−１次回折光は、図１９に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐの有効領域内の４つの瞳部分領域６０ａを通過し、投影光学系ＰＬからそれぞれ射出される。４つの瞳部分領域６０ａは、開口部６１〜６９と同様に円形状であり、互いに同じ大きさを有する。４つの瞳部分領域６０ａの各中心は、点６０ｃを中心としてＸ方向およびＹ方向に延びる４つの辺によって規定される正方形の頂点位置にある。

点６０ｃは、測定用レチクルＴＲの位相格子を経て０次光が仮に発生したときに、その０次光が瞳ＰＬｐを通過する領域６０ｄの中心である。すなわち、４つの瞳部分領域６０ａの中心位置６０ｃは、開口絞り５４ａの該当する開口部の位置に依存する。瞳部分領域６０ａの大きさは、開口絞り５４ａの各開口部６１〜６９の大きさに依存する。瞳部分領域６０ａのピッチＰｐｐは、測定用レチクルＴＲの位相格子における位相領域１１ｃ，１１ｄのピッチＰｒに依存する。

具体的に、瞳部分領域６０ａのピッチＰｐｐは、光の波長をλとし、投影光学系ＰＬの入射側（物体側）の開口数をＮＡｏとするとき、次の式（１）で表される。また、瞳部分領域６０ａの中心と点６０ｃとの距離Ｌｐｃは、次の式（２）で表される。なお、式（１）および式（２）では、ピッチＰｒを、投影光学系ＰＬに入射する光束の開口数ＮＡｏで規格化している。
Ｐｐｐ＝（２×λ／Ｐｒ）／ＮＡｏ … （１）
Ｌｐｃ＝（√２×λ／Ｐｒ）／ＮＡｏ … （２）

開口絞り５４ａの９つの開口部６１〜６９および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された±１次回折光は、図２０に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐの有効領域ＰＬｐｅ内の３６個（＝４×９）の瞳部分領域６１ａ〜６９ａを通過し、投影光学系ＰＬからそれぞれ射出される。３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａの配列パターンは、図１７に示す開口絞り５４ａの９つの開口部６１〜６９の配列パターンと、図１９に示すように１つの光束に対して発生する±１次回折光が投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐを通過する４つの瞳部分領域６０ａの配列パターンとのコンボリューションにより得られる。

後述するように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて測定対象外の±３次回折光が測定対象の±１次回折光と重なり合うことを回避するために、図２０において１つの光束に対応する４つの瞳部分領域と別の光束に対応して隣り合う４つの瞳部分領域とのＸ方向間隔およびＹ方向間隔が、４つの瞳部分領域のピッチＰｐｐの半分の値（すなわちＰｐｐ／２）になるように、３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａが配列されるものとする。この場合、４つの瞳部分領域の中心と、これに隣り合う４つの瞳部分領域の中心との距離（すなわち開口部のピッチＰｐｉに光学的に対応する距離）は、４つの瞳部分領域のピッチＰｐｐの３／２倍の値になる。

３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａおよび投影光学系ＰＬを経た±１次回折光は、計測部１３の計測用開口部１３ｆを介して、対物光学系１３ａに入射する。対物光学系１３ａを経た±１次回折光は、瞳面１３ｐに配置された検出面１３ｂａにおいて光電検出器１３ｂにより検出される。その結果、検出面１３ｂａにおいても、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおける３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａの配列パターンと同様に離散的に分布する３６個の円形状の光入射領域（不図示）が形成される。

以下、説明を単純化するために、測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された３６個の±１次回折光の強度が互いに同じであり、且つ投影光学系ＰＬの像面ＰＬｉに達したときの３６個の±１次回折光の相互の強度比が、計測部１３の検出面１３ｂａにおいて検出される３６個の±１次回折光の相互の強度比に一致するものとする。換言すれば、計測部１３は、対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響などを受けることなく、投影光学系ＰＬの像面ＰＬｉに達したときの３６個の±１次回折光の相互の強度比を正確に計測することができるものとする。

この場合、測定装置１０’は、所要の分布にしたがって配列された９つの開口部６１〜６９を有する開口絞り５４ａを用いて、開口部６１〜６９と同数の９つの光束を測定用レチクルＴＲの位相格子上の所定位置に同時に供給し、各光束について生成された合計３６個の±１次回折光の強度を計測部１３により計測する。測定装置１０’は、その計測値に基づいて、投影光学系ＰＬの瞳有効領域ＰＬｐｅの全体に亘って分布する３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａにおける瞳透過率の相対比を求め、ひいては３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａに関して投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を一括的に測定する。

その結果、投影光学系ＰＬの瞳有効領域２０ｐｅの全体に亘って分布する３６個の瞳部分領域間の瞳透過率の相対情報が得られ、これらの離散的な瞳透過率の相対値の分布を、例えばツェルニケフィッティングすることにより、投影光学系ＰＬの二次元的な瞳透過率分布が関数化分布として直接的に得られる。このように、第２実施形態の測定装置１０’では、開口絞り５４ａをステップ移動させる必要がなく、計測部１３による計測も１回だけになるので、露光装置に搭載された状態で投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を高精度に且つ迅速に随時測定することができる。

以上のように、第２実施形態の測定装置１０’では、２種類の位相領域１１ｃ，１１ｄがチェックフラッグパターンを形成するように配置された位相格子が設けられた測定用レチクルＴＲを用いているので、測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成される回折光のうち測定対象となる±１次回折光成分の強度は互いに等しい。その結果、計測部１３の光電検出器１３ｂでは比較的狭いダイナミックレンジを用いて各回折光成分の高精度な検出が可能であり、ひいては投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を高精度に測定することができる。また、πの位相差を有する２種類の位相領域１１ｃと１１ｄとが交互に配置された位相格子が設けられた測定用レチクルＴＲを用いているので、測定対象でない０次光が発生して±１次回折光成分の強度の計測に影響を及ぼすことがなく、各成分の高精度な検出が可能である。

また、測定用レチクルＴＲの姿勢を変化させたり特性の異なる他の測定用レチクルと交換したりする必要がなく、複数の開口部６１〜６９を有する開口絞り５４ａを照明光路に固定的に設置するだけで、投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を一括的に測定すること、すなわち非常に低い負荷で迅速に測定することができる。換言すれば、測定用レチクルＴＲおよび開口絞り５４ａを固定的に設置した状態で、計測部１３による１回の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を非常に低い負荷で迅速に測定することができる。

第２実施形態の測定装置１０’では、各回折光成分の強度を正確に検出するために３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａが互いに離れていることが重要であり、瞳透過率分布を正確に測定するために瞳部分領域６１ａ〜６９ａの大きさ（ひいては開口部６１〜６９の大きさ）をある程度小さく抑えることが重要である。すなわち、開口絞り５４ａの開口部６１〜６９に光学的に対応する各瞳部分領域６１ａ〜６９ａの中心間距離を過度に大きく設定しなくてもよいので、測定用レチクルＴＲの位相格子における位相領域１１ｃと１１ｄとのピッチＰｒを過度に小さく設定する必要がなく、ひいては測定用レチクルＴＲの製作が容易である。

第２実施形態の露光装置では、制御部ＣＲが、測定装置１０’により（測定装置１０’による測定方法を用いて）測定された投影光学系ＰＬの瞳透過率分布の測定結果に基づいて、マスクＭのパターンを照明する照明条件を変更して所望の露光を行う。具体的に、制御部ＣＲは、瞳透過率分布の測定結果を参照して、投影光学系ＰＬを介して形成されるパターン像のコントラストが向上するように、例えば空間光変調器５２ａを含むビーム形状可変部５２へ制御信号を供給し、空間光変調器５２ａなどの作用によりマスクＭのパターン面に形成される照明領域での照度分布、および／または照明瞳ＩＬｐでの瞳輝度分布を変更する。

また、第２実施形態の露光装置では、照度分布および／または瞳輝度分布の変更に代えて、あるいは照度分布および／または瞳輝度分布の変更に加えて、測定装置１０’により測定された投影光学系ＰＬの瞳透過率分布の測定結果に基づいて作成されたパターンを有するマスクＭを用いて、投影光学系ＰＬを介して形成されるパターン像のコントラストの向上を図ることもできる。第２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、測定装置１０’による測定方法を実行させても良い。

なお、第２実施形態の測定装置１０’においても、第１実施形態における測定装置１０の場合と同様に、測定用レチクルＴＲの位相格子を介して、±３次回折光、±５次回折光などが発生する。この場合、±３次回折光、±５次回折光などを測定対象外にするとともに、測定対象である±１次回折光に比して著しく強度の小さい±５次回折光（およびそれ以上の高次回折光）を無視し、±３次回折光が投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて±１次回折光と重なり合わないように設定すれば良い。以下、第２実施形態において±３次回折光が投影光学系ＰＬの瞳有効領域ＰＬｐｅ内において±１次回折光と重なり合わないように設定する手法について説明する。

測定用レチクルＴＲへ入射する１つの光束に着目すると、測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された回折光のうち、測定対象外である±３次回折光は、図２１に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて１２個の瞳部分領域６０ｅを通過し、投影光学系ＰＬからそれぞれ射出される。１２個の瞳部分領域６０ｅは、±１次回折光に関する４つの瞳部分領域６０ａと同様に円形状であり且つ互いに同じ大きさを有する。１２個の瞳部分領域６０ｅの各中心は、点６０ｃを中心としてＸ方向およびＹ方向に延びる４つの辺によって規定される正方形の頂点位置、および各辺を３等分する点の位置にある。

１２個の瞳部分領域６０ｅにおいてＸ方向，Ｙ方向に隣り合う２つの中心間距離は、４つの瞳部分領域６０ａにおいてＸ方向，Ｙ方向に隣り合う２つの中心間距離であるピッチＰｐｐと等しい。そして、１２個の瞳部分領域６０ｅの各中心を結んで形成される正方形の辺は、４つの瞳部分領域６０ａの各中心を結んで形成される正方形の辺の３倍の長さ（＝３×Ｐｐｐ）を有する。

したがって、開口絞り５４ａにおいてＹ方向に隣り合う２つの開口部６４，６５および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された±３次回折光は、図２２に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて２４個（＝１２×２）の瞳部分領域６４ｅ，６５ｅを通過し、投影光学系ＰＬからそれぞれ射出される。図２２では、図面の明瞭化のために、他の開口部６１〜６３，６６〜６９および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された±１次回折光および±３次回折光に対応する瞳部分領域の図示を省略している。

しかしながら、図２２を参照すると、測定対象である±１次回折光に対応する３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａが図２０に示す配列パターンを呈するように設定されているので、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて±３次回折光が±１次回折光と最も重なり合い難い関係になっていることが容易に推測される。ここで、図１９〜図２２を参照して、±１次回折光に対応する３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａが図２０に示す配列パターンを呈するときに満たすべき条件について考える。

±１次回折光に対応する瞳部分領域（６０ａ；６１ａ〜６９ａ）のピッチＰｐｐは、前述の式（１）で表される。４つの瞳部分領域（例えば６４ａ）の中心とこれに隣り合う４つの瞳部分領域（例えば６５ａ）の中心との距離Ｐｐｅ、すなわち投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて開口部６１〜６９のピッチＰｐｉに光学的に対応する距離Ｐｐｅは、ピッチＰｐｐの３／２倍の値（＝３×（λ／Ｐｒ）／ＮＡｏ）に等しい。一方、距離Ｐｐｅは、開口部６１〜６９のピッチＰｐｉと投影光学系ＰＬの瞳有効領域ＰＬｐｅの半径Ｒａとを用いて、次の式（３）で表される。
Ｐｐｅ＝Ｐｐｉ／Ｒａ … （３）

したがって、次の式（４）に示す関係を満足するときに、測定対象である±１次回折光に対応する３６個の瞳部分領域６１ａ〜６９ａが図２０に示すような配列パターンを呈し、ひいては投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて±３次回折光が±１次回折光と最も重なり合い難くなる。現実的には、式（４）に示す関係をほぼ満足するように設定することにより、±３次回折光の影響を受けることなく瞳透過率分布の高精度な測定が可能になる。
Ｐｐｉ／Ｒａ＝３×（λ／Ｐｒ）／ＮＡｏ … （４）

なお、上述の第２実施形態に関する説明では、所要の分布にしたがって配置された複数の開口部を有する開口絞り５４ａを用いて、開口部と同数の光束を測定用レチクルＴＲの位相格子上の所定位置に同時に供給し、各光束について生成された±１次回折光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を一括的に測定している。しかしながら、これに限定されることなく、空間光変調器５２ａとしてのミラーアレイの作用により、開口絞り５４ａの各開口部を順次照明することにより、各開口部を経た光束を測定用レチクルＴＲの位相格子上の所定位置に順次供給し、各光束について順次生成された±１次回折光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳透過率分布を測定することもできる。さらに、開口絞り５４ａの設置を省略し、ミラーアレイの作用により、各開口部に対応する局在光束を同時にまたは順次形成する手法も可能である。

また、上述の第２実施形態に関する説明では、計測部１３が対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響を受けることなく、±１次回折光の相互の強度比を正確に計測することができるものと想定している。しかしながら、対物光学系１３ａの瞳透過率分布の影響が無視できる程度に小さくない場合には、第１実施形態に関連して説明した前述の手法にしたがって、計測部１３の対物光学系１３ａの瞳透過率分布に起因する計測結果の誤差分を検出し、投影光学系ＰＬの瞳透過率分布の測定結果を較正することができる。また、計測部１３に代えて、ＰＤＩ／ＬＤＩ型の計測部１３Ａや、シアリング干渉計を利用する計測部１３Ｂを用いることもできる。

また、上述の第２実施形態に関する説明では、１つの光束に対応する４つの瞳部分領域における瞳透過率比と別の光束に対応する４つの瞳部分領域における瞳透過率比とが互いに同じ条件で計測されるものと想定している。しかしながら、この想定が成り立たない場合には、例えば４つの瞳部分領域６４ａにおける瞳透過率比を正確に求めることができ、且つ別の４つの瞳部分領域６５ａにおける瞳透過率比を正確に求めることができても、瞳部分領域６４ａにおける瞳透過率と瞳部分領域６５ａにおける瞳透過率との比を正確に求めることはできない。

この場合、開口絞り５４ａを図１７に示すように配置して行う測定の前または後に、例えば開口絞り５４ａを＋Ｘ方向にＰｐｉ／３だけ移動させ且つ＋Ｙ方向にＰｐｉ／３だけ移動させた状態で測定を行う。その結果、開口絞り５４ａの開口部６４および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された±１次回折光は、図２３に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて４つの瞳部分領域６４ｍ１，６４ｍ２，６４ｍ３，６４ｍ４を通過し、投影光学系ＰＬからそれぞれ射出される。このとき、４つの瞳部分領域６４ｍ１〜６４ｍ４は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬｐにおいて４つの瞳部分領域６４ａから＋Ｘ方向にＰｐｅ／３だけ移動し且つ＋Ｙ方向にＰｐｅ／３だけ移動した位置にある。

その結果、瞳部分領域６４ｍ１は１つの光束に対応する４つの瞳部分領域６４ａを包含する包含領域６４ｒ内にあり、瞳部分領域６４ｍ２は別の光束に対応する４つの瞳部分領域６５ａを包含する包含領域６５ｒ内にある。こうして、例えば瞳部分領域６４ｍ１における瞳透過率と瞳部分領域６４ｍ２における瞳透過率との比を求め、この瞳透過率比に基づいて瞳部分領域６４ａおよび６５ａについて瞳透過率分布の相対比情報を補完することができる。図２３では、図面の明瞭化のために、開口絞り５４ａの他の開口部６１〜６３，６５〜２９および測定用レチクルＴＲの位相格子を経て生成された±１次回折光に対応する瞳部分領域の図示を省略している。しかしながら、図２３を参照すれば、瞳部分領域６１ａ〜６９ａについて瞳透過率分布の相対比情報を補完することができることは容易に推測される。

また、上述の第２実施形態に関する説明では、透過型のマスクＭを用いる露光装置を対象としているため、透過型のマスクＭに代えて透過型の測定用レチクルＴＲを用いている。しかしながら、例えば反射型のマスクを用いる露光装置の場合には、反射型のマスクに代えて反射型の測定用レチクルを用いることになる。また、上述の第２実施形態においても第１実施形態の場合と同様に、測定用レチクルの位相格子の具体的な構成、計測部の具体的な構成、照明瞳に形成される局在光束の数、形状、大きさ、位置などについては、様々な形態が可能である。

また、上述の第２実施形態では、露光装置に用いられる投影光学系を被検光学系としたが、結像光学系であればどのような光学系であっても被検光学系とすることができる。また、例えばフーリエ変換光学系などの非結像光学系を被検光学系とする場合には、当該被検光学系を瞳透過率分布が既知のフーリエ変換光学系などと組み合わせて結像光学系を構成し、この結像光学系の瞳透過率分布の計測結果から、上述の組み合わせられた光学系の瞳透過率分布の分を差し引けば、非結像光学系の瞳透過率分布の計測結果を得ることができる。

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、例えば上記特許文献９及び１０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、上記特許文献１０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２４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２４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２５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２５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、本実施形態は、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、本実施形態は、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Ｆ_２レーザ光源なども本実施形態へ適用可能である。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、上記特許文献１１に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、上記特許文献１２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、上記特許文献１３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、上記特許文献１１〜１３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、上記特許文献１４及び１５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、上記特許文献１４及び１５の教示を参照として援用する。

１０，１０’ 測定装置
１１ 回折格子
１２ 照明光学系
１３，１３Ａ，１３Ｂ 計測部
２０ 結像光学系
５１ ビーム送光系
５２ ビーム形状可変部
５３ マイクロフライアイレンズ
５４ 照明開口絞り
５４ａ 測定用開口絞り
５５ コンデンサー光学系
５６ マスクブラインド
５７ 照明結像光学系
ＬＳ，２１ 光源
ＩＬ 照明光学系
ＴＲ 測定用レチクル
ＣＲ 制御部
ＭＲ メモリ（記録媒体）
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (1)

1. 被検光学系の瞳透過率分布を測定する測定方法であって、
   前記被検光学系の瞳と光学的にフーリエ変換の関係にある第１面上の所定位置に第１の光束を供給することと、
   前記第１面上の第１位相領域を経た光に第１の位相値を付与すると共に、前記第１位相領域に隣接する第２位相領域を経た光に前記第１の位相値とは異なる第２の位相値を付与することにより、前記第１の光束を回折させることと、
   前記第１の光束を回折させることを経て生成された前記第1の光束の＋１次回折光を前記瞳の有効領域内の第１瞳部分領域に通過させ且つ前記第１の光束を回折させることを経て生成された前記第1の光束の−１次回折光を前記有効領域内において前記第１瞳部分領域から離れた第２瞳部分領域に通過させることと、
   前記第１瞳部分領域および前記被検光学系を経た前記第1の光束の＋１次回折光の強度と、前記第２瞳部分領域および前記被検光学系を経た前記第1の光束の−１次回折光の強度とを計測することと、
   前記第1の光束の＋１次回折光の強度の計測値および前記第1の光束の−１次回折光の強度の計測値に基づいて、前記第１瞳部分領域における瞳透過率と前記第２瞳部分領域における瞳透過率との比を求めることと、
   を備えた測定方法。

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