JP2018041115A - 露光装置及び方法、算出装置及び方法、並びにそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マスクから投影光学系の開口絞りを通過できない程度に大きい回折角で射出される回折光の状態を、照明条件に応じて正確に推定する。【解決手段】レチクルのパターンから発生する回折光の状態を推定する方法であって、照明瞳の光強度分布を設定するステップ１０２と、レチクルのパターンの像を形成する投影光学系の投影瞳内の回折強度分布を計測するステップ１０８と、照明瞳の光強度分布に対応する０次強度分布をシフトさせて得られる複数の光強度分布と回折強度分布との相関度がそれぞれ高くなるときの複数の光強度分布の重み係数を求めるステップ１１０，１１２と、複数の光強度分布の加重和によって得られる光強度分布のうち、投影瞳外の光強度分布に基づいて、投影瞳に入らない開口外回折光の状態を推定するステップ１１６と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、マスクから発生する回折光の状態を推定するマスク特性の推定技術、この推定技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で使用されるステッパー又はスキャニングステッパー等の露光装置（投影露光装置）において、レチクル（マスク）のパターンを高精度にウエハ等の基板に露光するためには、投影光学系の光学特性（例えば収差）を目標とする範囲内に維持する必要がある。また、露光を継続すると、積算照射エネルギーによって投影光学系の光学特性は次第に変動する。

そこで、従来、露光中に例えば積算照射エネルギーに応じて投影光学系の光学特性の変動量を予測し、例えば投影光学系内の所定の光学部材の位置や角度等を補正する結像特性補正系を用いてその予測される光学特性の変動量を補正することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、レチクルから射出される回折光（０次光を含む）のうち、投影光学系の入射瞳に入射する回折光に関しては、例えば投影光学系の像面側にステージに設けられて、投影光学系の射出瞳の光強度分布を計測する計測装置によってその光強度分布を計測できる。そして、この計測結果と積算照射エネルギーとに基づいて投影光学系の光学特性の変動量を予測することが可能である。

米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書

実際には、レチクルからは投影光学系を介して像面に達する回折光、すなわち投影光学系の入射瞳に入射する回折光の外に、その入射瞳に入射できない程度に大きい回折角を持つ回折光、すなわち投影光学系の入射側の開口半角よりも大きい回折角を持つ回折光（以下、開口外回折光という。）も射出される。このような開口外回折光は基板には入射しないが、投影光学系の鏡筒に入射して鏡筒の温度分布、ひいては鏡筒内の光学素子の温度分布に影響を与える恐れがある。

しかしながら、開口外回折光は、投影光学系の像面側のステージに設けられて、投影光学系の射出瞳の光強度分布を計測する計測装置では計測できないという問題がある。さらに、開口外回折光の方向、強度、又はある領域での光強度分布等の状態は、そのレチクルの照明条件（照明光学系の射出瞳の光強度分布等）に応じて複雑に変化するため、開口外回折光の状態を推定するためには照明条件を考慮する必要がある。

本発明の態様は、このような事情に鑑み、マスクから投影光学系の入射瞳に入射できない程度に大きい角度（回折角）で射出される回折光の光強度分布又は方向等の状態を、照明条件に応じて正確に推定することを目的とする。

本発明による露光装置は、照明光でマスクのパターンを照明する照明光学系と、そのパターンを介したその照明光を用いて、そのパターンの像を基板に投影する投影光学系と、その照明光学系及びその投影光学系を通過した光を用いてその投影光学系の射出瞳における第１光強度分布を計測し、その照明光学系、そのマスク及びその投影光学系を通過した光を用いてその投影光学系の射出瞳における第２光強度分布を計測する計測部と、その計測部からのその第１光強度分布に関する第１情報とその第２光強度分布に関する第２情報とを、その第１及び第２情報を用いてそのマスクから発生してその投影光学系に入射し且つその投影光学系から射出されない光を推定する推定部と、その光の推定結果を用いてその投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められたその温度変動量からその投影光学系の光学特性を算出する算出部とを備える算出装置に出力する出力部とを備えるものである。
本発明による算出装置は、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置におけるその投影光学系の光学特性を算出する算出装置において、その照明光学系及びその投影光学系を通過した光を用いて計測されたその投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、その照明光学系、そのマスク及びその投影光学系を通過した光を用いて計測されたその投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶する記憶部と、記憶されたその第１及び第２光強度分布を用いて、そのマスクから発生してその投影光学系に入射し且つその投影光学系から射出されない光を推定する推定部と、その光の推定結果を用いてその投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められたその温度変動量からその投影光学系の光学特性を算出する算出部とを備えるものである。
本発明による算出方法は、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置におけるその投影光学系の光学特性を算出する算出方法において、その照明光学系及びその投影光学系を通過した光を用いて計測されたその投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、その照明光学系、そのマスク及びその投影光学系を通過した光を用いて形成されたその投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶することと、記憶されたその第１及び第２光強度分布を用いて、そのマスクから発生してその投影光学系に入射し且つその投影光学系から射出されない光を推定することと、その光の推定結果を用いてその投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められたその温度変動量からその投影光学系の光学特性を算出することとを含むものである。
本発明によるプログラムは、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置内のコンピュータ又はその露光装置に接続されるコンピュータに、その照明光学系及びその投影光学系を通過した光を用いて計測されたその投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、その照明光学系、そのマスク及びその投影光学系を通過した光を用いて形成されたその投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶する手順と、記憶されたその第１及び第２光強度分布を用いて、そのマスクから発生してその投影光学系に入射し且つその投影光学系から射出されない光を推定する手順と、その光の推定結果を用いてその投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められたその温度変動量からその投影光学系の光学特性を算出する手順とを実行させるためのプログラムである。
本発明による露光方法は、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明することと、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光することと、本発明の算出方法を用いて、その投影光学系の光学特性を算出することとを含む露光方法である。
また、本発明の第１の態様によれば、マスクのパターンから発生する回折光の状態を推定するマスク特性の推定方法が提供される。この推定方法は、そのマスクのパターンを照明する照明光学系の射出瞳における第１光強度分布を設定することと、その照明光学系によって照明されたそのマスクのパターンの像を形成する投影光学系の射出瞳における第２光強度分布を求めることと、その投影光学系の射出瞳内でその第１光強度分布に対応する対応分布を互いに異なる量だけシフトさせて得られる複数の第３光強度分布とその第２光強度分布との相関度がそれぞれ高くなるときの複数のその第３光強度分布を求めることと、その投影光学系の射出瞳内で複数のその第３光強度分布の加重和とその第２光強度分布との相関度が高くなるように複数のその第３光強度分布の個別の係数を求めることと、その個別の係数を用いた複数のその第３光強度分布の加重和によって得られる第４光強度分布のうち、その投影光学系の射出瞳外の光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定することと、を含むものである。

また、第２の態様によれば、マスクのパターンから発生する回折光の状態を推定するマスク特性の推定方法が提供される。この推定方法は、そのマスクのパターンを照明する照明光学系の射出瞳の第１光強度分布を記憶することと、その照明光学系の射出瞳における互いに異なる複数の位置の制限された領域からの光でそのマスクのパターンを順次照明することと、その制限された領域が互いに異なる複数の位置にあるときに、それぞれその照明光学系によって照明されたそのマスクのパターンの像を形成する投影光学系の射出瞳におけるそのマスクのパターンからの光による第２光強度分布を求めることと、求められたその第２光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンからの０次光及び１次以上の回折光を含む第３光強度分布を求めることと、その第３光強度分布に基づいてその投影光学系の射出瞳内でその第１光強度分布に対応する対応分布及びこの対応分布をシフトした光強度分布を重ね合わせることによって、第４光強度分布を求めることと、その第４光強度分布のうち、その投影光学系の射出瞳外の光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定することと、を含むものである。
なお、第１及び第２の態様において、第２光強度分布を求めることは、投影光学系の射出瞳における第２光強度分布を計測することであっても良い。

また、第３の態様によれば、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明の態様の推定方法を用いて、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定することと、推定されるその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態に基づいて、その投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求めることと、その光学部材の温度変動量に基づくその投影光学系の光学特性の変動量を補正することと、を含むものである。

また、第４の態様によれば、マスクのパターンから発生する回折光の状態を推定するマスク特性の推定装置が提供される。この推定装置は、そのマスクのパターンを照明する照明光学系の射出瞳における第１光強度分布の情報を記憶する記憶部と、その照明光学系によって照明されたそのマスクのパターンの像を形成する投影光学系の射出瞳における第２光強度分布を計測する光強度分布計測部と、その記憶部に記憶されているその第１光強度分布及びその光強度分布計測部で計測されたその第２光強度分布に基づいてそのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定する演算部と、を備え、その演算部は、その投影光学系の射出瞳内でその第１光強度分布に対応する対応分布を互いに異なる量だけシフトさせて得られる複数の第３光強度分布とその第２光強度分布との相関度がそれぞれ高くなるときの複数のその第３光強度分布を求め、その投影光学系の射出瞳内で複数のその第３光強度分布の加重和とその第２光強度分布との相関度が高くなるように複数のその第３光強度分布の個別の係数を求め、その個別の係数を用いた複数のその第３光強度分布の加重和によって得られる光強度分布のうち、その投影光
学系の射出瞳外の光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定するものである。

また、第５の態様によれば、マスクのパターンから発生する回折光の状態を推定するマスク特性の推定装置が提供される。この推定装置は、そのマスクのパターンを照明する照明光学系の射出瞳における第１光強度分布の情報を記憶する記憶部と、その照明光学系の射出瞳における互いに異なる複数の位置の制限された領域からの光でそのマスクのパターンを順次照明させる照明制御部と、その制限された領域が互いに異なる複数の位置にあるときに、それぞれその照明光学系によって照明されたそのマスクのパターンの像を形成する投影光学系の射出瞳におけるそのマスクのパターンからの光による第２光強度分布を計測する光強度分布計測部と、その記憶部に記憶されているその第１光強度分布及びその光強度分布計測部で計測されたその第２光強度分布に基づいてそのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定する演算部と、を備え、その演算部は、計測されたその第２光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンからの０次光及び１次以上の回折光を含む第３光強度分布を求め、その第３光強度分布に基づいてその投影光学系の射出瞳内でその第１光強度分布に対応する対応分布及びこの対応分布をシフトした光強度分布を重ね合わせることによって、第４光強度分布を求め、その第４光強度分布のうち、その投影光学系の射出瞳外の光強度分布に基づいて、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定するものである。

また、第６の態様によれば、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定するための、本発明の態様の推定装置と、その推定装置によって推定されるその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態に基づいて、その投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求める温度演算部と、その温度演算部によって求められるその光学部材の温度変動量に基づいてその投影光学系の光学特性の変動量を補正する補正部と、を備えるものである。

また、第７の態様によれば、照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、そのマスクのパターンから発生してその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態を推定する推定装置と、その推定装置によって推定されるその投影光学系の入射瞳に入らない回折光の状態に基づいて、その投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求める温度演算部と、その温度演算部によって求められるその光学部材の温度変動量に基づいてその投影光学系の光学特性の変動量を補正する補正部と、を備えるものである。

また、第８の態様によれば、本発明の態様の露光方法又は露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、照明光学系の射出瞳に設定される光強度分布の情報と、投影光学系の射出瞳における光強度分布の計測結果とを用いることによって、マスクから投影光学系の入射瞳に入射できない程度に大きい角度（回折角）で射出される回折光の光強度分布又は方向等の状態を、照明条件に応じて正確に推定できる。

第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す一部を断面とした図である。 図１の露光装置の制御系等を示すブロック図である。 （Ａ）はレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｂ）は他のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｃ）は照明光学系の瞳面（照明瞳面）における光強度分布の一例を示す図である。 開口外回折光の状態の推定方法及び露光方法の一例を示すフローチャートである。 投影光学系の瞳面（投影瞳面）における光強度分布を計測中の露光装置を示す図である。 （Ａ）は投影瞳面における０次回折光の光強度分布の一例を示す図、（Ｂ）は投影瞳面における０次及び１次の回折光の光強度分布の一例を示す図、（Ｃ）は０次回折光の光強度分布のシフト方向及びシフト量を示す図である。 投影瞳面の計算領域内で推定される回折光の光強度分布の一例を示す図である。 （Ａ）は第２の実施形態の照明瞳面における光強度分布の一例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）は照明瞳面上の互いに異なる位置から射出される照明光によって投影瞳面に形成される光強度分布を示す図、（Ｄ）は垂直入射時にレチクルからの回折光によって投影瞳面に形成される光強度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る開口外回折光の状態の推定方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態において、投影瞳面の光強度分布を計測中の露光装置を示す図である。 第２の実施形態において投影瞳面の計算領域内で推定される回折光の光強度分布の一例を示す図である。 変形例のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態につき説明する。まず、本明細書において、ある光学系の入射瞳と光学的に共役な領域とは、その光学系の入射瞳が設定される面又はこの近傍の面と光学的に共役な面上の領域を含む。また、ある光学系の射出瞳と光学的に共役な領域とは、その光学系の射出瞳が設定される面又はこの近傍の面と光学的に共役な面上の領域を含む。
また、ある光学系の射出瞳における光強度分布を設定するか、又は計測するか若しくは求めることは、それぞれその光学系の射出瞳と光学的に共役な領域における光強度分布を設定するか、又は計測するか若しくは求めることを含む。同様に、ある光学系の射出瞳における光強度分布を記憶することは、その光学系の射出瞳と光学的に共役な領域における光強度分布を記憶することを含む。また、ある光学系の入射瞳に入射しない光の状態とは、この光学系の入射瞳と光学的に共役な領域に入射しない光の状態を含む。同様に、ある光学系の射出瞳外の光強度分布に基づいてある処理を行うことは、この光学系の射出瞳と光学的に共役な領域の外側の領域の光強度分布に基づいてその処理を行うことを含む。

また、ある光学系（複数の光学系を含む場合を含む）のある射出瞳内の光強度分布に対して、その射出瞳と光学的に共役な領域内で対応する分布（以下、対応分布ともいう）とは、その光学系のその射出瞳内にその光強度分布を形成した光が、その射出瞳と光学的に共役な領域内に形成する光強度分布を含む。さらに、ある光学系の射出瞳内における一の光強度分布と他の光強度分布との相関度とは、この光学系の射出瞳と光学系に共役な領域におけるその一の光強度分布に対応する分布とその他の光強度分布に対応する分布との相関度を含む。

［第１の実施形態］
第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの全体構成を概略的に示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬを備えている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（本実施形態ではほぼ水平面に平行な面）内でレチクルＲと半導体ウエハ（以下、ウエハという。）Ｗとが相対走査される方向にＸ軸を、Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向にＹ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向をθｘ、θｙ、及びθｚ方向とも称する。

露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬを発生する露光用の光源３０、光源３０からの照明光ＩＬを用いてレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳ、及びレチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲから射出された照明光ＩＬでウエハＷ（基板）を露光する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ、レチクルＲの特性（マスク特性）を推定する推定装置１０（図２参照）、及び装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置１４等（図２参照）を備えている。露光装置ＥＸの露光本体部（照明光学系ＩＬＳ、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴを含む部分）は、温度制御された清浄な気体が供給されている環境チャンバ（不図示）内に設置されている。

照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。照明光学系ＩＬＳは、点線で概略構成を示すように、また、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されているように、光源３０から供給される所定方向の直線偏光又は非偏光等の露光用の照明光ＩＬを反射するミラーＭＲ１、その反射光を多数の傾斜角可変のミラー要素のアレイで反射する空間光変調器３２、そのミラー要素のアレイからの光を集光及び反射する集光光学系３３及びミラーＭＲ２、並びにその反射された光からその射出面に面光源（二次光源）を形成するフライアイレンズ３４（オプティカルインテグレータ）を有する。本実施形態では、フライアイレンズ３４の射出面又はこの近傍の面が照明光学系ＩＬＳの瞳面（以下、照明瞳面という。）ＩＰＰである。

主制御装置１４の制御のもとで照明制御部４６（図２参照）が空間光変調器３２の各ミラー要素の傾斜角を制御することで、照明瞳面ＩＰＰの光強度分布（光量分布）を円形領域、複数極領域、又は輪帯状の領域等で光強度（光量）が大きくなる種々の照明条件に対応する分布に設定できる。必要に応じて照明瞳面ＩＰＰ又はこの近傍に、可変開口絞り３５が設置される。一例として、照明瞳面ＩＰＰ又はこの近傍に、円形開口を持つ可変開口絞り３５が設置される場合、その円形開口内の領域を照明瞳３７と称する。なお、照明瞳面ＩＰＰ又はこの近傍に可変開口絞り３５が設置されていない場合には、空間光変調器３２の各ミラー要素からの反射光によって照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布の輪郭部（この光強度分布が所定レベル以上になる領域の輪郭部）が規定される。この場合には、一例として、この光強度分布が所定レベル以上になる領域に外接する円形の領域を照明瞳３７と称する。照明瞳３７は、通常は、コヒーレンスファクタ（いわゆるσ値）が１になる円周７１Ｉ（図３（Ｃ）参照）で囲まれた領域のうち一部の領域である。照明瞳３７は、照明光学系ＩＬＳの射出瞳と光学的に共役な領域である。

照明光学系ＩＬＳは、さらにその二次光源からの照明光ＩＬでレチクルＲのパターン面（下面）ＲａのＸ方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを重畳して照明するコンデン
サ光学系３６、及び照明領域ＩＡＲの形状を規定する可変視野絞り（不図示）等を有する。なお、空間光変調器３２の代わりに交換可能に照明光路に配置される複数の回折光学素子等も使用可能である。

さらに、照明光学系ＩＬＳには、照明光ＩＬから分岐した光の光量を計測する光電センサ（インテグレータセンサ）（不図示）が設けられ、このインテグレータセンサの計測値が主制御装置１４に供給されている。主制御装置１４ではその計測値から投影光学系ＰＬの積算照射エネルギーをモニタできる。なお、積算照射エネルギーの代替情報として、露光継続時間を使用することも可能である。

レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面Ｒａには、回路パターン等のデバイスパターン及びアライメントマーク（不図示）などが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図２のレチクルステージ駆動系４１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｘ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計２４によって、移動鏡２２（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計２４の計測値は、図２の主制御装置１４に送られる。主制御装置１４は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。投影光学系ＰＬは、円筒状の鏡筒１７内に複数の光学素子（不図示）を所定の位置関係で保持して構成されている。鏡筒１７は、複数の環状の分割鏡筒を連結したものでもよい。投影光学系ＰＬの瞳面（以下、投影瞳面という。）ＰＬＰに開口絞りＡＳが設置されている。本実施形態では、開口絞りＡＳの開口ＡＳａで囲まれた領域を投影瞳７１Ａと称する。投影瞳７１Ａは、投影光学系ＰＬの入射瞳及び射出瞳と光学的に共役である。投影瞳７１Ａの輪郭（円周）と光学的に共役な照明瞳面ＩＰＰ上の円周が、σ値が１になる円周である。

また、投影瞳面ＰＬＰは照明瞳面ＩＰＰと光学的に共役であり、投影瞳面ＰＬＰは、レチクルＲのパターン面Ｒａ（投影光学系ＰＬの物体面）に対して光学的なフーリエ変換面でもある。なお、投影光学系ＰＬは中間像を形成するタイプでもよく、開口絞りＡＳは投影瞳面ＰＬＰの近傍の位置、投影瞳面ＰＬＰと光学的に共役な位置、又はこの近傍の位置に設置されていてもよい。さらに、投影光学系ＰＬは、屈折系でもよいが、反射屈折系であってもよい。

図１において、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン面Ｒａの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のデバイスパターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと光学的に共役な領域）に形成される。ウエハＷは、一例としてシリコン等の半導体よりなる直径が２００〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材にフォトレジスト（感光材料）を数１０〜２００ｎｍ程度の厚さで塗布したものを含む。

また、露光装置ＥＸにおいて、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置の一部を構成して、露光領域ＩＡを含む液浸領域で露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）の供給及び回収を行うノズルユニット１８が設けられている。ノズルユニット１８は、液
体Ｌｑを供給するための配管（不図示）を介して、液体供給装置４３及び液体回収装置４４（図２参照）に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置は設けなくともよい。

また、投影光学系ＰＬ内の複数の光学素子の保持機構に接触するように設置された配管（不図示）には、温度制御部２８から供給用の配管２９Ａを介して温度制御された液体Ｃｏ（例えば純水、フッ素系液体、又は冷媒等）が供給され、その投影光学系ＰＬ内の配管を流れた液体Ｃｏは回収用の配管２９Ｂを介して温度制御部２８に回収されている。温度制御部２８で温度制御された液体Ｃｏを投影光学系ＰＬ内に循環させることで、照明光ＩＬの積算照射エネルギーに起因する投影光学系ＰＬ内の複数の光学素子の温度上昇が抑制される。

さらに、投影光学系ＰＬには、内部の所定の複数の光学素子（例えばレンズ）の姿勢を制御してディストーション及び球面収差等の波面収差で表される結像特性を補正する結像特性補正系１６が設けられている。そのような結像特性補正系は、例えば米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書に開示されている。
また、露光装置ＥＸは、レチクルＲのアライメントを行うためにレチクルＲのアライメントマークの投影光学系ＰＬによる像の位置を計測する空間像計測系（不図示）と、ウエハＷのアライメントを行うために使用される例えば画像処理方式（ＦＩＡ系）のアライメント系ＡＬと、照射系４５ａ及び受光系４５ｂよりなりウエハＷの表面の複数箇所のＺ位置を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系という）４５（図２参照）と、を備えている。

ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数のエアパッド（不図示）を介して、ベース盤ＷＢのＸＹ面に平行な上面に非接触で支持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系４２（図２参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体と、ステージ本体に設けられてウエハＷを真空吸着等で保持するウエハホルダＷＨと、ウエハＷのＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を制御するＺステージ機構（不図示）とを備えている。

また、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためにレーザ干渉計よりなるウエハ干渉計２６が配置されている。なお、ウエハ干渉計２６の代わりに、回折格子と検出器とを組み合わせたエンコーダ方式の位置計測システムを使用してもよい。ウエハステージＷＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、ウエハ干渉計２６によって例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出され、その計測値は主制御装置１４に送られる。主制御装置１４は、その計測値に基づいてステージ駆動系４２を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。

また、ウエハステージＷＳＴに投影瞳７１Ａ内の光強度分布（光量分布）を計測できる計測部２０が組み込まれている。計測部２０は、ウエハＷの表面と同じ高さの表面を有し、その表面にピンホール２１Ａａが形成された平板状のガラス基板２１Ａと、ピンホール２１Ａａを通過した照明光を集光する受光光学系２１Ｂと、受光光学系２１Ｂで集光された照明光を受光するＣＣＤ又はＣＭＯＳ型の二次元の撮像素子２１Ｃと、これらの部材を保持する筐体２１Ｄとを有する。ピンホール２１Ａａを露光領域ＩＡ内に移動した状態で、受光光学系２１Ｂによって、投影瞳面ＰＬＰに対して撮像素子２１Ｃの受光面は光学的に共役になる。ただし、計測部２０に入射する光束は開口絞りＡＳを通過した光束だけであるため、撮像素子２１Ｃの検出信号を画像処理部（不図示）で処理することによって、投影瞳面ＰＬＰ上の投影瞳７１Ａの光強度分布を計測できる。計測された光強度分布は主制御装置１４に供給される。なお、計測部２０は、投影光学系ＰＬの射出瞳の光強度分布を計測するとみなすこともできる。

コンピュータよりなる主制御装置１４は、複数の演算プロセッサ、メモリ、記憶装置等を備えている。また、主制御装置１４には、入出力部４８、ＤＶＤ(digital versatile disk)、ＣＤ−ＲＯＭ、又はフラッシュメモリ等の記録媒体５１のデータの記録及び再生を行う記録再生部５０、磁気ディスク装置又は半導体の不揮発性メモリ等の記憶部５２、演算プロセッサ及びメモリ等を含む演算部５４、及び複数の露光装置及び複数のリソグラフィ装置に制御情報等を供給するホストコンピュータ１２との間でデータの授受を行うインターフェース部（不図示）が接続されている。照明制御部４６、光強度分布の計測部２０、記憶部５２、及び演算部５４を含んで、レチクルＲの特性を推定する推定装置１０が構成されている。なお、演算部５４は、主制御装置１４を構成するコンピュータのソフトウェア上の一つの機能であってもよい。主制御装置１４及び演算部５４で実行されるプログラムは例えば記録媒体５１に記録されており、記録媒体５１から記録再生部５０によって読み取ることができる。

ウエハＷの露光時に、基本的な動作として、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われた後、ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向への移動（ステップ移動）によって、ウエハＷの露光対象のショット領域が投影光学系ＰＬの露光領域の手前に移動する。そして、主制御装置１４の制御のもとで、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの当該ショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期駆動して、投影光学系ＰＬに対してレチクルＲ及びウエハＷを例えば投影倍率を速度比としてＸ方向に走査することによって、当該ショット領域の全面にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。このようにステップ移動と走査露光とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの複数のショット領域に対して順次レチクルＲのパターンの像が露光される。

このような露光を継続すると、レチクルＲのパターンから発生する回折光（０次光を含む）よりなる照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを通過する際の積算照射エネルギーによって投影光学系ＰＬ内の複数の光学素子の温度が次第に上昇し、投影光学系ＰＬの結像特性（例えば波面収差）が変動する。なお、本実施形態では、温度制御部２８から投影光学系ＰＬ内に温度制御された冷却用の液体Ｃｏが供給されているため、それらの光学素子の温度分布は次第に飽和して、レチクルＲから発生する回折光の光強度分布に応じたある温度分布に収束していく。また、各光学素子は熱膨張率が極めて小さいため、変形量は小さいが、屈折率分布がその温度分布に応じてわずかに変化する。そのため、回折光の光強度分布及び照明光ＩＬの積算照射エネルギーに基づいて、各光学素子（又は光学特性の変動に最も大きく寄与する部分の光学素子）の温度分布の変動量及び収束したときの温度分布を計算によって求め、求められた温度分布から当該光学素子の屈折率分布を求めることで、露光中の各時点での投影光学系ＰＬの結像特性の変動量が計算できる。

本実施形態では、レチクルＲのパターンから発生する回折光のうち、投影光学系ＰＬの投影瞳７１Ａ（開口絞りＡＳ）を通過して像面に達する回折光による投影光学系ＰＬの波面収差の変動量（以下、第１収差変動量という）と、投影光学系ＰＬの入射瞳に入射できない程度に大きい回折角を持つ回折光、すなわち投影光学系ＰＬの入射側の開口半角よりも大きい回折角を持つ回折光である開口外回折光による投影光学系ＰＬの波面収差の変動量（以下、第２収差変動量という）とを求めるものとする。この場合、第１収差変動量は、投影光学系ＰＬ中の光学素子を回折光が通過することによる温度分布の変動に起因する。一方、第２収差変動量は、投影光学系ＰＬの光学素子を保持する鏡筒１７に開口外回折光が入射して、鏡筒１７の温度分布が変動し、この温度分布の変動に伴って光学素子の温度分布が変動することに起因する。

なお、投影光学系ＰＬの入射瞳に入射する回折光、すなわち投影瞳７１Ａ（開口絞りＡＳ）を通過する回折光の光強度分布は計測部２０によって計測可能であるが、開口絞りＡＳを通過できない開口外回折光の光強度分布は計測部２０では計測できない。このため、本実施形態では、仮想的に、投影光学系ＰＬの投影瞳面ＰＬＰにおいて投影瞳７１Ａの外側の領域にその開口外回折光が入射するものとして、推定装置１０によってその開口外回折光の仮想的な光強度分布、その開口外回折光が投影光学系ＰＬに入射する方向、及び／又はその開口外回折光の光強度等の状態を推定する。以下、推定装置１０を用いてレチクルＲから発生する開口外回折光の状態を推定する方法、及びこの推定方法により得られた結果を用いて投影光学系ＰＬの光学特性としての結像特性を補正しながらウエハを露光する方法の一例につき、図４のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置１４によって制御される。

本実施形態では、一例として、レチクルＲには、図３（Ａ）に示すように、Ｘ方向に投影光学系ＰＬの解像限界（傾斜照明をした場合を含む）に近いピッチ（周期）ｐｘのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）６０Ｘを含むデバイスパターンが形成されているものとする。Ｌ＆Ｓパターン６０Ｘは、光透過性のガラス基板５６のパターン面の遮光膜５９中に、Ｘ方向の幅ｐｘ／２の開口部よりなるラインパターン６０Ｘａと、Ｘ方向の幅ｐｘ／２の遮光部よりなるスペースパターン６０Ｘｂとを交互に配列したものである。さらに、レチクルＲを使用する場合の照明条件は一例として４極照明とする。

この場合、図１の照明光学系ＩＬＳの照明瞳面ＩＰＰ上の照明瞳３７の光強度分布７０は、図３（Ｃ）に示すように、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸをＸ方向に挟むように配置された１対の領域７０Ａ，７０Ｂ、及び光軸ＡＸをＹ方向に挟むように配置された１対の領域７０Ｃ，７０Ｄにおいて光強度が大きくなる。なお、図３（Ｃ）の光強度分布７０を用いる照明条件は、図３（Ｂ）に示すように、Ｙ方向に投影光学系ＰＬの解像限界に近いピッチｐｙのＬ＆Ｓパターン６０Ｙ（ラインパターン６０Ｙａ及びスペースパターン６０Ｙｂ）を含むデバイスパターンが形成されているレチクルＲ１の照明条件としても使用できる。

まず、図４のステップ１０２において、主制御装置１４は、記憶部５２に記憶されている露光データファイルからレチクルＲの照明条件を読み出し、この照明条件に対応する光強度分布７０が設定されるように、照明制御部４６を介して照明光学系ＩＬＳの空間光変調器３２を駆動する。ただし、この段階ではレチクルステージＲＳＴにはレチクルＲはロードされていない。そして、図５に示すように、一例としてレチクルステージＲＳＴに例えば素通しのガラス基板ＧＰが載置されている状態で、ウエハステージＷＳＴを駆動して計測部２０の受光部を投影光学系ＰＬの露光領域に移動し、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでガラス基板ＧＰを照明し（又は素通しの状態で照明してもよい）、計測部２０によって投影瞳７１Ａ内の光強度分布（以下、０次強度分布という）７２（図６（Ａ）参照）を計測する（ステップ１０４）。なお、計測部２０を用いた計測時に、投影光学系ＰＬと計測部２０との間に液浸露光用の液体Ｌｑは供給されていてもよいが、その液体Ｌｑがない状態で計測を行ってもよい（以下、同様）。

このように計測される０次強度分布７２は、照明瞳３７内の光強度分布７０を照明瞳面ＩＰＰと投影瞳面ＰＬＰとの間の倍率で伸縮した分布（光強度分布７０に対応する分布）である。このため、図６（Ａ）に示すように、０次強度分布７２は、図３（Ｃ）の４つの領域７０Ａ〜７０Ｄと共役な投影瞳面ＰＬＰ上の領域７０ＡＰ〜７０ＤＰで光強度が大きくなる。また、投影瞳面ＰＬＰで投影瞳７１Ａを含む正方形の領域をＸ方向、Ｙ方向に所定幅で複数の画素に分割し、Ｘ方向にｉ番目でＹ方向にｊ番目の画素Ｇ（ｘｉ，ｙｊ）の光強度を関数org[i][j]の値とする。画素Ｇ（ｘｉ，ｙｊ）は、計測部２０の撮像素子２
１Ｄの各画素に対応している。画素Ｇ（ｘｉ，ｙｊ）は、中心のＸ方向、Ｙ方向の座標が（ｘｉ，ｙｊ）であることを意味している。なお、ｉは０〜Ｉ（Ｉは例えば数１００〜数１０００の整数）の整数、ｊは０〜Ｊ（Ｊは例えば数１００〜数１０００の整数）の整数である。このとき、計測された０次強度分布７２は関数org[i][j]で表され、投影瞳７１
Ａの外側の領域では関数org[i][j]の値は０である。

次に、ガラス基板ＧＰをレチクルステージＲＳＴからアンロードし、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴにロードして、アライメントを行う（ステップ１０６）。そして、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルＲを照明し、レチクルＲからの回折光による投影瞳７１Ａ内の光強度分布（以下、回折強度分布という）７４（図６（Ｂ）参照）を計測部２０によって計測する（ステップ１０８）。計測された回折強度分布７４の情報は記憶部５２に記憶される。

図５において、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘからは、投影光学系ＰＬの入射瞳（ひいては投影瞳７１Ａ）に入射する回折光ＤＬ（０次光を含む）の外に、θｘ方向の回折角が大きいためにその入射瞳に入射しない開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢも射出される。ステップ１０８で計測される回折強度分布７４は、回折光ＤＬによって形成される分布である。図６（Ｂ）に示すように、投影瞳７１Ａ内の回折強度分布７４は、０次光が入射する領域７０ＡＰ〜７０ＤＰ、及びＸ方向の±１次回折光が入射する領域７０ＢＤ１，７０ＡＤ２で光強度が大きくなる。この場合、図６（Ｂ）のＸ方向にｉ番目でＹ方向にｊ番目の画素Ｇ（ｘｉ，ｙｊ）の平均的な光強度を関数dif[i][j]の値とすると、計測された回折強度分布７４は関数dif[i][j]で表される。投影瞳７１Ａの外側の領域では関数dif[i][j]の値は０である。計測された強度分布７２，７４の情報は演算部５４に供給され、演算部５４は以下のステップ１１０〜１１６の演算処理を行う。

まず、ステップ１１０において、仮想的に投影瞳面ＰＬＰ上で、０次強度分布７２をＸ方向及び／又はＹ方向にシフトさせては回折強度分布７４と重ね合わせて、以下の式で定義される相関関数v[p][q] を計算する。この場合、整数ｐはＸ方向のシフト量を画素単位で表し、整数ｑはＹ方向のシフト量を画素単位で表している。

そして、相関関数ｖが極値（ピーク値）を取るときの０次強度分布７２のＸ方向、Ｙ方向のシフト量を求める。この結果求められた相関関数ｖが極値を取る回数を（Ｋ＋１）回（Ｋは１以上の整数）とする。このとき、相関関数ｖがｋ番目（ｋは０〜Ｋの整数）の極値を取るときの０次強度分布７２のＸ方向、Ｙ方向のシフト量を表す整数（ｐ，ｑ）の組を（p[k], q[k]）で表す。ただし、ｋ＝０は、Ｘ方向、Ｙ方向のシフト量が０の場合（p[k]=0, q[k]=0）（シフト前の０次光の分布）であるとする。

図６（Ｃ）は、シフト量の組（ｐ，ｑ）に対して相関関数ｖの値の分布（値が大きいほど濃度が高く表されている）の一例を概念的に示す。原点（ｐ，ｑ）のピーク７６Ａは０次光と相関が高い部分であり、ピーク７６Ａの周囲の部分７６Ａａ、さらにその周囲の部分７６Ａｂと次第に値が小さくなっている。同様に、ピーク７６Ｂ及び７６Ｃは、それぞれＸ方向の±１次回折光と相関が高い部分であり、図６（Ｃ）では、相関関数ｖの極値は３つあることになる。

次に、ステップ１１２において、相関関数ｖがｋ番目の極値を取るときの、Ｘ方向、Ｙ方向にシフトされた０次強度分布７２（関数org[i+p[k]][j+q[k]]）にそれぞれ重み係数
ａ［ｋ］（ｋ＝０〜Ｋ）を与え、Ｋ個の極値を取ったときのＸ方向、Ｙ方向にシフトされた０次強度分布７２の加重和の分布関数res[i][j]を以下のように計算する。

そして、その加重和の分布関数res[i][j]と、回折強度分布７４を表す関数dif[i][j]との差分の二乗和が最小になるように、最小二乗法で係数ａ［ｋ］（ｋ＝０〜Ｋ）の値を決定する。具体的に、最尤関数Ｓを以下のように定義する。

そして、この最尤関数Ｓの係数ａ［ｋ］による偏微分が次式のように０になるときの係数ａ［ｋ］を決定する（ｋ＝０〜Ｋ）。
∂Ｓ／∂ａ［ｋ］＝０ …（７）
次に、ステップ１１４において、ステップ１１２で決定された係数ａ［ｋ］（ｋ＝０〜Ｋ）、及びこのときのシフト量の組（p[k], q[k]）を用いて０次強度分布７２の関数org[i][j]をシフトした関数を用いて、上記の式（４）の加重和の分布関数res[i][j]の値を画素単位で計算する。ただし、この場合の計算は、図７に示すように、投影瞳面ＰＬＰにおいて、光軸ＡＸを中心とする円形の投影瞳７１Ａ（この半径をｒとする）を囲むように、光軸ＡＸを中心として設定される半径が３ｒの領域（以下、計算領域という）７１Ｂで行われる。このように計算領域７１Ｂの半径が投影瞳７１Ａの半径の３倍になるのは、ステップ１１０で０次強度分布７２をＸ方向、Ｙ方向にシフトさせるときに、０次強度分布７２と回折強度分布７４とが重なる可能性のあるシフト量の絶対値は、最大で投影瞳７１Ａの直径（２ｒ）であり、式（４）で規定される関数の値は、計算領域７１Ｂの外部では０になるからである。

ステップ１１２で決定された係数ａ［ｋ］を用いて計算される式（４）の加重和の分布関数res[i][j]は、図７の計算領域７１Ｂ内の光強度分布７８を表す。一例として図６（
Ｃ）に示すように、式（２）の相関関数v[p][q] の極値が、原点（ｋ＝０）、ｐがある正の値を取るとき（ｋ＝１とする）、及びｐがある負の値を取るとき（ｋ＝２とする）であるとすると、係数ａ［０］，ａ［１］，ａ［２］がある値に決定される。これらの係数ａ［０］〜ａ［２］を用いて計算される光強度分布７８は、投影瞳７１Ａ内の領域７０ＡＰ〜７０ＤＰで光強度が大きくなる０次光の光強度分布と、領域７０ＡＰ〜７０ＤＰを＋Ｘ方向に移動した領域７０ＡＤ１〜７０ＤＤ１の＋１次回折光の光強度分布と、領域７０ＡＰ〜７０ＤＰを−Ｘ方向に移動した領域７０ＡＤ２〜７０ＤＤ２の−１次回折光の光強度分布と、を含んでいる。一例として、＋１次回折光の分布のうち領域７０ＢＤ１が投影瞳７１Ａ内にあり、−１次回折光の分布のうち領域７０ＡＤ２が投影瞳７１Ａ内にある。

この場合、投影瞳７１Ａ内の領域７０ＡＤ１〜７０ＤＤ１，７０ＢＤ１，７０ＡＤ２に入射する回折光（０次光を含む）が、図５のレチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入射する光である。一方、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａの外側の輪帯状の領域にある領域７０ＡＤ１，７０ＣＤ１，７０ＤＤ１及び７０ＢＤ２，７０ＣＤ２，７０ＤＤ２に仮想的に入射する±１次回折光が、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入射しない開口外回折光ＨＤＡ及びＨＤＢである。言い換えると、投影瞳７１Ａ内の光強度分布７８ａが、投影光学系ＰＬの入射瞳に入射する回折光の分布であり、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａの外側の光強度分布７８ｂが開口外回折光の分布を表している。従って、投影瞳面ＰＬＰにおける開口外回折光の仮想的な光強度分布７８ｂが推定できた（計算によって求められた）ことになる。

次のステップ１１６において、ステップ１１４で得られた開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの仮想的な光強度分布７８ｂより、レチクルＲを用いた露光時に図１の投影光学系ＰＬの鏡筒１７に対する開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの入射位置及び強度を推定する。一例として、図７において、計算領域７１Ｂの内部で投影瞳７１Ａ外の領域をＸ方向、Ｙ方向に所定幅の複数の単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）に分割し、光強度分布７８ｂから各単位領域（ｘｉ，ｙｊ）内の平均的な光強度を仮想的に単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）に入射する開口外回折光の光強度として求める。なお、単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）は、中心のＸ方向、Ｙ方向の座標が（ｘｉ，ｙｊ）であることを意味している。単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）は、投影瞳７１Ａ内の一つの画素の整数倍の大きさでもよい。

また、図７の投影瞳面ＰＬＰにおいて、光軸ＡＸから単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）の中心までの距離ｒｈ（ｉ，ｊ）、及び光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線に対して、光軸ＡＸと単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）の中心とを結ぶ直線がなす角度φ（ｉ，ｊ）を求める。このとき、仮想的に単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）に入射する開口外回折光を図１の開口外回折光ＨＤＡとすると、開口外回折光ＨＤＡの鏡筒１７に対するＸＹ平面内での入射方向は角度φ（ｉ，ｊ）である。さらに、その入射方向における開口外回折光ＨＤＡの回折角をｈφＡとして、投影光学系ＰＬの前群光学系（開口絞りＡＳと物体面との間の光学系）の焦点距離をｆａとすると、図７の単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）の距離ｒｈ（ｉ，ｊ）を用いてほぼ次の関係がある。

ｆａ・ｓｉｎ（ｈφＡ）＝ｒｈ（ｉ，ｊ） …（８）
従って、式（８）から投影瞳７１Ａ外の領域にある単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）に入射する開口外回折光ＨＤＡの回折角ｈφＡを求めることができる。同様に、図１の−Ｘ方向に射出される開口外回折光ＨＤＢに関しても、ＸＹ平面内での入射方向、この方向での回折角ｈφＢ、及び光強度を求めることができる。このようにして、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａ外の領域に入射する全部の開口外回折光の入射方向、回折角、及び光強度を単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）を単位として推定できる（計算によって求めることができる）。

なお、以下では説明の便宜上、レチクルＲから発生する開口外回折光は開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢのみであるとする。また、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの位置関係（例えば走査露光時の平均的な位置関係でもよい）は既知であり、投影光学系ＰＬの鏡筒１７の形状、及び鏡筒１７と鏡筒１７内の複数の光学素子との位置関係も既知である。これらの位置関係及び形状の情報と、上記の開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの入射方向及び回折角とから、これらの開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの鏡筒１７に対する入射位置を計算できる。さらに、開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの光強度も単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）の光強度として求められている。このようにして求められた開口外回折光の鏡筒１７に対する入射位置及び光強度の情報は記憶部５２に記憶される。

次のステップ１１８で、ウエハステージＷＳＴにフォトレジストが塗布された未露光のウエハＷをロードしてアライメントを行う。そして、主制御装置１４内の第１収差計算部は、ステップ１０８で計測された図６（Ｂ）の投影瞳７１Ａ内の回折強度分布７４及び照明光学系ＩＬＳ内のインテグレータセンサ（不図示）を介して検出される積算照射エネルギーより、投影光学系ＰＬの第１収差変動量（投影瞳７１Ａを通過する回折光による投影光学系ＰＬの波面収差の変動量）を計算する（ステップ１２０）。

さらに、主制御装置１４内の温度演算部は、ステップ１１６で求められた開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの鏡筒１７に対する入射位置及び光強度、並びにインテグレータセンサ（
不図示）を介して検出される積算照射エネルギーより、例えば有限要素法によって鏡筒１７の温度分布の変動量、ひいては鏡筒１７内の光学素子、例えば開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢが鏡筒１７に入射する位置に近い光学素子の温度分布の変動量（又はこの光学素子の温度平均値の変動量）を計算する。さらに、主制御装置１４内の第２収差計算部は、その光学素子の温度分布（又は温度の平均値）の変動量より、投影光学系ＰＬの第２収差変動量（開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢによる投影光学系ＰＬの波面収差の変動量）を計算する（ステップ１２２）。そして、その第２収差計算部は、計算されたその第１収差変動量と第２収差変動量とを加算して得られる合計収差変動量の情報を結像特性補正系１６の制御部に出力する。これに応じて、結像特性補正系１６がその合計収差変動量を相殺するように投影光学系ＰＬの結像特性を補正する（ステップ１２４）。これによって、投影光学系ＰＬの結像特性は良好な状態に維持される。なお、主制御装置１４内の第１収差計算部、温度演算部、及び第２収差演算部は、コンピュータのソフトウェア上の機能であるが、これらの機能をハードウェアで実現してもよい。

この状態で、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷを走査露光する（ステップ１２６）。露光済みのウエハＷをアンロードした後（ステップ１２８）、次のウエハに露光する場合に（ステップ１３０）、動作はステップ１１８に戻り、次のウエハのロード、投影光学系ＰＬの結像特性の変動量の計算及び補正、並びにウエハの露光が繰り返される。

このように本実施形態によれば、０次強度分布７２をシフトさせて回折強度分布７４との相関度が高いときのシフト量及びシフト方向を求め、この相関度が高いときのシフト量及びシフト方向で０次強度分布７２をシフトさせて得られる分布の係数ａ［ｋ］の値を決定し、そのシフトさせて得られる分布の加重和により、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａ外の領域に仮想的に入射する開口外回折光の光強度分布を推定している。従って、０次強度分布７２と回折強度分布７４とを求めるだけで、計算によって開口外回折光の光強度分布を正確にかつ効率的に推定できる。

さらに、その光強度分布からその開口外回折光が投影光学系ＰＬの鏡筒１７に入射する位置及びその入射するときの光強度を求めて鏡筒１７の温度分布、ひいては鏡筒１７内の光学素子の温度分布を求めているため、開口外回折光に起因する投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を求めることができる。従って、この結像特性の変動量を結像特性補正系１６によって補正することにより、開口外回折光が鏡筒１７に入射する場合でも、投影光学系ＰＬの結像特性を良好な状態に維持して、高精度に露光を行うことができる。

上述のように、本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルのパターンから発生する回折光の状態（レチクル特性）を推定する推定装置１０を備えている。そして、推定装置１０は、レチクルＲのパターンを照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳３７（射出瞳と光学的に共役な領域）における光強度分布７０（第１光強度分布）の情報を記憶する記憶部５２と、照明光学系ＩＬＳによって照明されたレチクルＲのパターンの像を形成する投影光学系ＰＬの投影瞳７１Ａ（射出瞳と光学的に共役な領域）における回折強度分布７４（第２光強度分布）を計測する計測部２０と、光強度分布７０及び回折強度分布７４に基づいてレチクルＲのパターンから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入射しない開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの状態を推定する演算部５４と、を備えている。そして、演算部５４は、上記のステップ１１０、１１２、１１４、１１６の処理を行って開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの投影瞳面ＰＬＰの投影瞳７１Ａ外の領域における光強度分布等の状態を推定している。

また、本実施形態のレチクル特性の推定方法は、推定装置１０を用いてレチクルＲのパターンから発生する回折光の状態を推定する方法である。この推定方法は、レチクルＲのパターンを照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳３７における光強度分布７０（第１光強度
分布）を設定するステップ１０２と、照明光学系ＩＬＳによって照明されたレチクルＲのパターンの像を形成する投影光学系ＰＬの投影瞳７１Ａにおける回折強度分布７４（第２光強度分布）を計測するステップ１０８と、を有する。さらに、この推定方法は、光強度分布７０に対応する投影瞳７１Ａ内の０次強度分布７２（対応分布）をシフトさせて得られる複数の光強度分布（org[i+p][j+q]：第３光強度分布）と回折強度分布７４との相関
度がそれぞれ高くなるときの複数の光強度分布（org[i+p][j+q]）を求めるステップ１１
０と、投影瞳７１Ａ内で複数の光強度分布（org[i+p][j+q]）の重み係数ａ［ｋ］を用い
た加重和（res[i][j]）と回折強度分布７４との相関度が高くなるようにその個別の係数
ａ［ｋ］を求めるステップ１１２と、その係数ａ［ｋ］を用いた複数の光強度分布（org[i+p][j+q]）の加重和によって得られる光強度分布７８（第４光強度分布）のうち、投影
瞳７１Ａ外の光強度分布７８ｂに基づいて、レチクルＲのパターンから発生して投影瞳７１Ａに入らない開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの鏡筒１７に対する入射方向及び光強度を推定するステップ１１４，１１６と、を有する。

本発明の態様によれば、照明瞳３７に設定される光強度分布７０の情報と、投影瞳７１Ａの光強度分布（回折強度分布７４）の計測結果とを用いて、レチクルＲから投影光学系ＰＬの入射瞳に入射できない（投影瞳７１Ａに入射できない）程度に大きい回折角で射出される開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの光強度分布、方向及び強度の状態を照明条件に応じて正確に推定できる。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置である。露光装置ＥＸは、レチクルＲのパターンから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入らない開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの状態を推定する処理（ステップ１０２〜１１６）を行う推定装置１０と、推定装置１０によって推定される開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢの状態に基づいて、投影光学系ＰＬを構成する少なくとも一つの光学素子（光学部材）の温度変動量を求める処理（ステップ１２２）を行う主制御装置１４内の温度演算部と、この温度演算部によって求められるその光学素子の温度変動量に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の変動量を補正する処理（ステップ１２４）を行う結像特性補正系１６と、を備えている。

この露光装置ＥＸ又は露光装置ＥＸを用いる露光方法によれば、レチクルＲから発生する開口外回折光ＨＤＡ，ＨＤＢに起因する投影光学系ＰＬの結像特性の変動量をも補正できるため、投影光学系ＰＬの結像特性をより高精度に目標とする状態に維持して、レチクルＲのパターンの像をより高精度にウエハに露光できる。
なお、本実施形態では、ステップ１０４において、レチクルステージＲＳＴにガラス基板ＧＰを載置して（又は素通しの状態で）、計測部２０を用いて図６（Ａ）の０次強度分布７２を計測している。しかしながら、本実施形態では、照明瞳３７と投影瞳７１Ａとの間の倍率は既知であり、照明瞳３７における光強度分布７０は空間光変調器３２によって目標とする分布を正確に設定できるため、照明瞳３７に設定される光強度分布７０の設計上の分布をその既知の倍率で伸縮した分布を０次強度分布７２として使用してもよい。この場合には、ステップ１０４の計測工程を省略できる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図８（Ａ）〜図１１を参照して説明する。本実施形態においても第１の実施形態の図１及び図２に示す露光装置ＥＸを使用する。露光装置ＥＸは、レチクルＲから発生する回折光の状態（レチクル特性）を推定する推定装置１０を備えている。以下、図８（Ａ）〜（Ｄ）及び図１１において図３（Ｃ）、図６（Ａ）、及び図７に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図１０において、図５に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

以下、本実施形態において、推定装置１０を用いてレチクルＲから発生する開口外回折光の状態を推定する方法、及びこの推定方法により得られた結果を用いて投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）を補正しながら露光装置ＥＸを用いてウエハを露光する方法の一例につき、図９のフローチャートを参照して説明する。この動作は図２の主制御装置１４によって制御される。

本実施形態でも、一例として、レチクルＲには、Ｘ方向に投影光学系ＰＬの解像限界（傾斜照明をした場合を含む）に近いピッチｐｘのＬ＆Ｓパターン６０Ｘ（図３（Ａ）参照）を含むデバイスパターンが形成されているものとする。
まず、図９のステップ１３２において、図２の主制御装置１４は、一例としてホストコンピュータ１２からレチクルＲ用の照明条件を入力し、入力された照明条件のデータを記憶部５２に記憶する。ただし、本実施形態では、説明の便宜上、レチクルＲを使用する場合の照明条件は一例として輪帯照明（照明瞳３７内の輪帯状の領域で光強度が大きくなる光強度分布を用いる条件）とする。

次に、図１０に示すように、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴにロードしてアライメントを行う（ステップ１３４）。そして、ステップ１３６において、ウエハステージＷＳＴを駆動して計測部２０の受光部を投影光学系ＰＬの露光領域に移動する。さらに、空間光変調器３２の多数のミラー要素からの反射光が、照明光学系ＩＬＳの照明瞳面ＩＰＰ上で光軸ＡＸを通りＬ＆Ｓパターン６０Ｘの周期方向に平行な直線に沿った領域であって、σ値が１の円周に近い一方（ここでは＋Ｘ方向とする）の小さい円形の領域（以下、第１瞳点という）Ｂ１に集光されるように、照明制御部４６を介して空間光変調器３２の複数のミラー要素の傾斜角を制御する。第１瞳点Ｂ１の形状は正方形又は矩形等でもよい。また、照明瞳３７（例えば可変開口絞り３５の開口）は、ほぼσ値が１の円周で囲まれた領域と同じ大きさに設定されている。

後述のように、投影瞳面ＰＬＰにおいてできるだけ広い範囲で開口外回折光の光強度分布を推定するためには、第１瞳点Ｂ１の大きさ（幅）をできるだけ小さくして、かつ第１瞳点Ｂ１の中心をできるだけσ値が１の円周に近づけることが好ましい。一例として、第１瞳点Ｂ１の大きさ（幅）は、σ値が１の領域の半径の１／１０以下であることが好ましい。ただし、実際には第１瞳点Ｂ１からの光は計測部２０によって検出されるため、第１瞳点Ｂ１の大きさは、計測部２０の画素と照明瞳面ＩＰＰ上で共役な領域（計測分解能）より小さくする必要はない。

なお、第１瞳点Ｂ１の光強度が大きくなり過ぎる場合には、空間光変調器３２の多数のミラー要素のうち一部のミラー要素からの光を可変開口絞り３５の開口の外部の領域（又はフライアイレンズ３４に入射しない部分）に捨ててもよい。
そして、光源３０の発光を開始させて、第１瞳点Ｂ１からの照明光ＩＬ１でレチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘを照明する。第１瞳点Ｂ１は、照明瞳面ＩＰＰ上で＋Ｘ方向にシフトした位置にあるため、照明光ＩＬ１は、全体としてＹ軸に平行な軸の回りに右回りに傾斜したほぼ平行な光束としてレチクルＲに入射する。レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘからは、０次光ＤＬ０、＋１次回折光ＤＬ１Ａ、及び−１次回折光ＤＬ１Ｂが発生する。これらの回折光のうち、０次光ＤＬ０及び＋１次回折光ＤＬ１Ａは投影光学系ＰＬの入射瞳に入射して投影瞳７１Ａに達するが、−１次回折光ＤＬ１Ｂは投影光学系ＰＬの入射瞳に入射できない。

次のステップ１３８において、計測部２０によって投影瞳面ＰＬＰの投影瞳７１Ａ内の光強度分布を計測し、照明光ＩＬの発光を停止する。この際に計測されるのは、図８（Ｂ）に示すように、投影瞳７１Ａ内の０次光ＤＬ０及び＋１次回折光ＤＬ１Ａの位置及び光強度である。計測結果は記憶部５２に記憶される。
次のステップ１４０において、空間光変調器３２からの反射光が、照明瞳面ＩＰＰ上で光軸ＡＸを通りＬ＆Ｓパターン６０Ｘの周期方向に平行な直線に沿った領域であって、σ値が１の円周に近い他方（ここでは−Ｘ方向）の小さい円形の領域（以下、第２瞳点という）Ｂ２に集光されるように、照明制御部４６を介して空間光変調器３２の複数のミラー要素の傾斜角を制御する。一例として第２瞳点Ｂ２の形状は第１瞳点Ｂ１と同じである。

そして、光源３０の発光を開始させて、第２瞳点Ｂ２からの照明光（Ｙ軸に平行な軸の回りに左回りに傾斜したほぼ平行な光束）でレチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘを照明する。この際にも、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘからは、０次光ＤＬ０、＋１次回折光ＤＬ１Ａ、及び−１次回折光ＤＬ１Ｂが発生するが、今回は０次光ＤＬ０及び−１次回折光ＤＬ１Ｂは投影光学系ＰＬの入射瞳に入射して投影瞳７１Ａに達するが、＋１次回折光ＤＬ１Ａは投影光学系ＰＬの入射瞳に入射できない。次のステップ１４２において、計測部２０によって投影瞳７１Ａ内の光強度分布を計測し、照明光ＩＬの発光を停止する。この際に計測されるのは、図８（Ｃ）に示すように、投影瞳７１Ａ内の０次光ＤＬ０及び−１次回折光ＤＬ１Ｂの位置及び光強度である。計測結果は記憶部５２に記憶される。

次に、照明光学系ＩＬＳの照明条件をレチクルＲ用の輪帯照明に設定する（ステップ１４６）。このため、照明瞳３７内の輪帯状の領域で光強度が大きくなるように、照明制御部４６が空間光変調器３２を駆動する。次に、一例として、演算部５４は、照明瞳３７内の光強度分布に対応する図８（Ａ）の投影瞳７１Ａ内の光強度分布（以下、０次強度分布という）７２Ａを計算によって求める（ステップ１４８）。０次強度分布７２Ａは、照明瞳３７内の輪帯状の領域（不図示）と相似な輪帯状の領域７３Ｐで光強度が大きくなる。

次のステップ１５０において、演算部５４は、ステップ１３８，１４２の計測結果を合成することによって、投影瞳面ＰＬＰの投影瞳７１Ａの半径ｒの２倍の半径（２ｒ）の領域７１Ｃ（図８（Ｄ）参照）内におけるレチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘの仮想的なフーリエ変換パターン７９を計算する。このフーリエ変換パターン７９は、レチクルＲをＺ軸に平行な平行光束（レチクルＲのパターン面Ｒａに対する垂直入射光）で照明した場合に、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘから発生する０次光及び±１次回折光によって領域７１Ｃ内に仮想的に形成される光強度分布である。垂直入射光による照明であるため、０次光ＤＬ０が光軸ＡＸ上にある。

本実施形態において、図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ステップ１３８，１４２で計測される１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂと０次光ＤＬ０との間隔は投影瞳７１Ａの直径（２ｒ）以下である。このため、図８（Ｄ）において、０次光ＤＬ０の位置を投影瞳７１Ａの中心（光軸ＡＸ）におくと、１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂの位置は、確実に半径が２ｒの領域７１Ｃ内に収まることになる。

図８（Ｄ）に示すように、計算されたレチクルＲのフーリエ変換パターン７９は、投影瞳７１Ａ内の０次光ＤＬ０、及び領域７１Ｃ内で投影瞳７１Ａの外側の領域内の±１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂの光強度分布を含んでいる。フーリエ変換パターン７９における０次光ＤＬ０と±１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂとの相対位置は、それぞれ図８（Ｂ）及び（Ｃ）の場合の相対位置と同じである。また、垂直入射では、レチクルＲからの±１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂは投影光学系ＰＬの入射瞳に入射することがなく投影瞳面ＰＬＰには達することがない。しかしながら、本実施形態の方法によって、垂直入射の際に、レチクルＲからの±１次回折光ＤＬ１Ａ，ＤＬ１Ｂが投影瞳面ＰＬＰに形成する仮想的な光強度分布が求められたことになる。

図８（Ｄ）のフーリエ変換パターン７９が求められれば、レチクルＲの照明条件がどの
ような照明条件であっても、投影瞳面ＰＬＰ上の光強度分布は、その照明条件の０次強度分布（照明瞳３７の光強度分布に対応する投影瞳７１Ａにおける光強度分布）とフーリエ変換パターン７９とのコンボリューション演算によって容易に求めることができる。そこで、演算部５４は、図８（Ａ）のレチクルＲ用の輪帯照明の０次強度分布７２Ａと、図８（Ｄ）のレチクルＲのフーリエ変換パターン７９とのコンボリューション演算を行って、図１１に示す投影瞳面ＰＬＰの半径が３ｒの計算領域７１Ｂ内の光強度分布７８Ａを求める。０次強度分布７２Ａは半径がｒの投影瞳７１Ａ内に設定され、フーリエ変換パターン７９は半径が２ｒの領域７１Ｃ内にあるため、それらのコンボリューションによって求められる光強度分布７８Ａは、確実に計算領域７１Ｂ内に収まっている。

計算された光強度分布７８Ａは、投影瞳７１Ａ内の領域７３Ｐで光強度が大きくなる０次光の分布と、領域７３Ｐを＋Ｘ方向に移動した領域７３ＰＤ１で光強度が大きくなる＋１次回折光の分布と、領域７３Ｐを−Ｘ方向に移動した領域７３ＰＤ２で光強度が大きくなる−１次回折光の分布と、を含んでいる。一例として、±１次回折光の分布である領域７３ＰＤ１，７３ＰＤ２のうち光軸ＡＸ側の一部の領域が投影瞳７１Ａ内にある。この場合、図１１の投影瞳７１Ａ内の領域（領域７３Ｐ及び領域７３ＰＤ１，７３ＰＤ２の一部）に入射する回折光（０次光を含む）が、図１０の照明光学系ＩＬＳの照明条件を輪帯照明に設定したときに、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入射する光である。一方、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａの外側の輪帯状の領域（領域７３ＰＤ１，７３ＰＤ２の大部分）に仮想的に入射する±１次回折光が、図１０の照明光学系ＩＬＳの照明条件を輪帯照明に設定したときに、レチクルＲのＬ＆Ｓパターン６０Ｘから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入射しない開口外回折光ＨＤＣ及びＨＤＤである。言い換えると、投影瞳７１Ａ内の光強度分布７８Ａａが、投影光学系ＰＬの入射瞳に入射する回折光の分布であり、計算領域７１Ｂ内で投影瞳７１Ａの外側の光強度分布７８Ａｂが開口外回折光の分布を表している。従って、投影瞳面ＰＬＰにおける開口外回折光の仮想的な光強度分布７８Ａｂが推定できた（計算によって求められた）ことになる。

次のステップ１５２において、ステップ１５０で得られた開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤの仮想的な光強度分布７８Ａｂより、図４のステップ１１６と同様に、図７の単位領域Ｈ（ｘｉ，ｙｊ）を計算単位として、レチクルＲを用いて輪帯照明を行いながら露光するときに、図１０の投影光学系ＰＬの鏡筒１７に対する開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤの入射位置及び強度を推定する。このようにして求められた開口外回折光の鏡筒１７に対する入射位置及び光強度の情報は記憶部５２に記憶される。

これ以降の動作は、図４のステップ１１８〜１３０と同様であり、主制御装置１４内の温度演算部は、ステップ１５２で求められた開口外回折光の鏡筒１７に対する入射位置及び光強度と、インテグレータセンサ（不図示）を介して検出される積算照射エネルギーとを用いて、鏡筒１７の温度分布の変動量、ひいては鏡筒１７内の光学素子の温度分布の変動量（又は温度平均値の変動量）を計算する。さらに、主制御装置１４内の第２収差計算部は、その光学素子の温度分布（又は温度の平均値）の変動量より、投影光学系ＰＬの第２収差変動量（開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤによる投影光学系ＰＬの波面収差の変動量）を計算し、第１収差変動量（投影瞳７１Ａ内の光強度分布に起因する収差変動量）とその第２収差変動量とを加算して得られる合計収差変動量が結像特性補正系１６によって補正される。この状態で露光を行うことによって、開口外回折光が鏡筒１７に入射する場合でも、投影光学系ＰＬの結像特性を良好な状態に維持して、高精度に露光を行うことができる。

上述のように本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルのパターンから発生する回折光の状態（レチクル特性）を推定するレチクル特性の推定装置１０を備えている。そして、推
定装置１０は、レチクルＲのパターンを照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳３７（射出瞳と光学的に共役な領域）における光強度分布（第１光強度分布）の情報を記憶する記憶部５２と、照明瞳３７における互いに異なる位置の第１瞳点Ｂ１及び第２瞳点Ｂ２（制限された領域）からの光でレチクルＲのパターンを順次照明させる照明制御部４６と、を備えている。さらに、推定装置１０は、第１瞳点Ｂ１及び第２瞳点Ｂ２が互いに異なる位置にあるときに、それぞれ照明光学系ＩＬＳによって照明されたレチクルＲのパターンの像を形成する投影光学系ＰＬの投影瞳７１Ａ（射出瞳と光学的に共役な領域）におけるレチクルＲのパターンからの光による図８（Ｂ）及び（Ｃ）の光強度分布（第２光強度分布）を計測する計測部２０と（ステップ１３８，１４２）、記憶部５４に記憶されているその光強度分布及び計測部２０で計測された光強度分布に基づいてレチクルＲのパターンから発生してその投影光学系ＰＬの入射瞳に入らない開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤの状態（方向及び光強度）を推定する演算部５４と、を備えている。

その演算部５４は、その計測された光強度分布に基づいて、レチクルＲのパターンからの０次光及び１次以上の回折光を含む投影瞳面ＰＬＰにおけるフーリエ変換パターン７９（第３光強度分布）を求め（ステップ１４４）、そのフーリエ変換パターン７９に基づいて投影瞳７１Ａ内で照明瞳３７における光強度分布に対応する０次強度分布７２Ａ（対応分布）及びこの０次強度分布７２Ａをシフトした光強度分布を重ね合わせることによって、光強度分布７８Ａ（第４光強度分布）を求め（ステップ１５０）、この光強度分布７８Ａのうち、投影瞳７１Ａ外の光強度分布７８Ａｂに基づいて、レチクルＲのパターンから発生して投影光学系ＰＬの入射瞳に入らない開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤの状態（光強度分布、方向、及び／又は光強度）を推定している（ステップ１５２）。

本実施形態の推定装置１０又は推定方法によれば、照明瞳３７に設定される光強度分布の情報と、投影瞳７１ＡにおけるレチクルＲからの０次光及び１次回折光の光強度分布の計測結果とを用いることによって、レチクルＲから投影光学系ＰＬの入射瞳に入射できない程度に大きい角度（回折角）で射出される開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤの光強度分布、方向、又は光強度の状態を、照明条件に応じて正確に推定できる。

また、本実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によれば、レチクルＲから発生する開口外回折光ＨＤＣ，ＨＤＤに起因する投影光学系ＰＬの結像特性の変動量をも補正できるため、投影光学系ＰＬの結像特性をより高精度に目標とする状態に維持して、レチクルＲのパターンの像をより高精度にウエハに露光できる。
なお、本実施形態では以下のような変形が可能である。

本実施形態では、ステップ１３６，１４０で空間光変調器３２を用いて第１瞳点Ｂ１、第２瞳点Ｂ２に照明光ＩＬを集光している。これとは別に、ステップ１３６において、図１０の可変開口絞り３５の代わりに、第１瞳点Ｂ１の部分に小さい開口が形成された開口絞り板３５Ａを設置し、空間光変調器３２からはその開口絞り３５Ａを均一な光強度分布の照明光ＩＬで照明してもよい。そして、ステップ１４０では、その開口絞り３５Ａの小さい開口の位置を第２瞳点Ｂ２の位置に移動してもよい。

また、本実施形態では、ステップ１４８で、計算によって０次強度分布７２Ａを求めている。この代わりに、レチクルステージＲＳＴからレチクルＲを取り外した状態で、照明光学系ＩＬＳから照明光ＩＬを投影光学系ＰＬに照射して、計測部２０によって投影瞳７１Ａの光強度分布を直接に計測してもよい。この計測結果が０次強度分布７２Ａとなる。
また、レチクルＲのデバイスパターンがＸ方向以外の周期方向を持つパターンを含む場合（例えば図３（Ｂ）のＬ＆Ｓパターン６０Ｙを含む場合）には、照明瞳面ＩＰＰにおいて瞳点Ｂ１，Ｂ２と同様の瞳点をその周期方向の端部でσ値が１に近い領域に設定して、ステップ１３６，１３８と同様の工程（照明及び計測）を繰り返す必要がある。この場合
には、ステップ１４４でレチクルＲからの光のフーリエ変換パターン７９を求める際に、追加して計測して得られた１次以上の回折光の光強度分布も加算する必要がある。

本実施形態では、レチクルＲからの±１次回折光のうちの開口外回折光の状態を推定したが、レチクルＲからの２次以上の回折光のうちの開口外回折光の状態を推定してもよい。
また、上記の各実施形態のレチクルからの開口外回折光の状態を推定する推定装置１０及び推定方法は、レチクルのパターンが図１２のレチクルＲ２のデバイスパターンＤＰ２で示すように、Ｌ＆Ｓパターン６２Ｘ等の他にピッチｐ３，ｐ４等の二次元のコンタクトホールパターン６３Ａ，６３Ｂ等を含む場合にも適用できる。

また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図１３に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸは露光方法によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い替えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて、マスクのパターンを介して基板（ウエハＷ）を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程（即ち、基板のレジストを現像し、そのマスクのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。

このデバイス製造方法によれば、露光装置又は露光方法においてレチクルのパターンの像を高精度でウエハに露光できるようになるため、電子デバイスを効率的に高精度に製造できる。
なお、上記の実施形態のレチクル特性の推定方法及び推定装置は、ステッパー型の露光装置等にも適用できる。

また、本実施形態のデバイス製造方法では、特に半導体デバイスの製造方法について説明したが、本実施形態のデバイス製造方法は、半導体材料を使用したデバイスの他、例えば液晶パネルや磁気ディスクなどの半導体材料以外の材料を使用したデバイスの製造にも適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

ＥＸ…露光装置、ＩＬＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＩＰＰ…照明瞳面、ＰＬＰ…投影瞳面、１０…レチクル特性の推定装置、１４…主制御装置、２０…光強度分布の計測部、３７…照明瞳、５２…記憶部、５４…演算部、７１Ａ…投影瞳、７１Ｂ…計算領域

Claims (17)

1. 照明光でマスクのパターンを照明する照明光学系と、
   前記パターンを介した前記照明光を用いて、前記パターンの像を基板に投影する投影光学系と、
   前記照明光学系及び前記投影光学系を通過した光を用いて前記投影光学系の射出瞳における第１光強度分布を計測し、前記照明光学系、前記マスク及び前記投影光学系を通過した光を用いて前記投影光学系の射出瞳における第２光強度分布を計測する計測部と、
   前記計測部からの前記第１光強度分布に関する第１情報と前記第２光強度分布に関する第２情報とを、前記第１及び第２情報を用いて前記マスクから発生して前記投影光学系に入射し且つ前記投影光学系から射出されない光を推定する推定部と、前記光の推定結果を用いて前記投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められた前記温度変動量から前記投影光学系の光学特性を算出する算出部とを備える算出装置に出力する出力部と
   を備える露光装置。
2. 前記算出された前記投影光学系の前記光学特性を、所定の光学特性にするための補正量を算出する補正部をさらに備える請求項１に記載の露光装置。
3. 前記光は、前記マスクの前記パターンから発生する回折光である、請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記推定部は、前記第１光強度分布と、前記第２光強度分布とを用いて、前記回折光の状態を推定する、請求項３に記載の露光装置。
5. 照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置における前記投影光学系の光学特性を算出する算出装置において、
   前記照明光学系及び前記投影光学系を通過した光を用いて計測された前記投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、前記照明光学系、前記マスク及び前記投影光学系を通過した光を用いて計測された前記投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶する記憶部と、
   記憶された前記第１及び第２光強度分布を用いて、前記マスクから発生して前記投影光学系に入射し且つ前記投影光学系から射出されない光を推定する推定部と、
   前記光の推定結果を用いて前記投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められた前記温度変動量から前記投影光学系の光学特性を算出する算出部と
   を備える算出装置。
6. 前記算出された前記投影光学系の前記光学特性を、所定の光学特性にするための補正量を算出する補正部をさらに備える請求項５に記載の算出装置。
7. 前記光は、前記マスクの前記パターンから発生する回折光である、請求項５又は６に記載の算出装置。
8. 前記推定部は、前記第１光強度分布と、前記第２光強度分布とを用いて、前記回折光の状態を推定する、請求項７に記載の算出装置。
9. 照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置における前記投影光学系の光学特性を算出する算出方法において、
   前記照明光学系及び前記投影光学系を通過した光を用いて計測された前記投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、前記照明光学系、前記マスク及び前記投影光学系を通過した光を用いて形成された前記投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶することと、
   記憶された前記第１及び第２光強度分布を用いて、前記マスクから発生して前記投影光学系に入射し且つ前記投影光学系から射出されない光を推定することと、
   前記光の推定結果を用いて前記投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められた前記温度変動量から前記投影光学系の光学特性を算出することと
   を含む算出方法。
10. 前記算出された前記投影光学系の光学特性を、所定の光学特性にするための補正量を算出することを含む請求項９に記載の算出方法。
11. 前記光は、前記マスクの前記パターンから発生する回折光である、請求項９又は１０に記載の算出方法。
12. 前記推定することは、前記第１光強度分布と、前記第２光強度分布とを用いて、前記回折光の状態を推定する、請求項１１に記載の算出方法。
13. 照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置内のコンピュータ又は前記露光装置に接続されるコンピュータに、
    前記照明光学系及び前記投影光学系を通過した光を用いて計測された前記投影光学系の射出瞳における第１光強度分布と、前記照明光学系、前記マスク及び前記投影光学系を通過した光を用いて形成された前記投影光学系の射出瞳における第２光強度分布とを記憶する手順と、
    記憶された前記第１及び第２光強度分布を用いて、前記マスクから発生して前記投影光学系に入射し且つ前記投影光学系から射出されない光を推定する手順と、
    前記光の推定結果を用いて前記投影光学系を構成する少なくとも一つの光学部材の温度変動量を求め、求められた前記温度変動量から前記投影光学系の光学特性を算出する手順と
    を実行させるためのプログラム。
14. 前記コンピュータは、前記算出された前記投影光学系の前記光学特性を、所定の光学特性にするための補正量を算出する手順をさらに実行する請求項１３に記載のプログラム。
15. 前記光は、前記マスクの前記パターンから発生する回折光である、請求項１３又は１４に記載のプログラム。
16. 前記推定する手順では、前記第１光強度分布と、前記第２光強度分布とを用いて、前記回折光の状態を推定する、請求項１５に記載のプログラム。
17. 照明光学系からの照明光でマスクのパターンを照明することと、
    前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光することと、
    請求項９乃至１２の何れか一項に記載の算出方法を用いて、前記投影光学系の光学特性を算出することと
    を含む露光方法。

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