JP4599632B2 - 照度分布の評価方法、光学部材の製造方法、照度測定装置、露光装置および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、照度分布の評価方法、光学部材の製造方法、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置の照明光学装置に用いられるマイクロフライアイレンズの製造に関する。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束がフライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。

コンデンサーレンズにより集光された光束は、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。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

上述の構成を有する露光装置では、照度分布の均一性を高めるために、フライアイレンズを構成する微小レンズ要素の数をできるだけ多く設定することが必要である。また、開口絞りにおける光量損失を避けるために、所望の形状に近い形状を有する二次光源を形成することが必要である。このため、たとえばフライアイレンズを構成する微小レンズ要素のサイズを非常に小さく設定すること、すなわちマイクロフライアイレンズを用いることが考えられる。

ここで、フライアイレンズは多数のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは多数の微小屈折面を一体的に形成することにより構成される。すなわち、フライアイレンズは、単品で研磨した多数のレンズエレメントを組み合わせて稠密配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小屈折面を形成することによって構成される。

したがって、フライアイレンズの製造では、研磨加工したレンズエレメントの屈折面形状を検査し、規格を満たすレンズエレメントを選別し、高精度に形成された屈折面を有するレンズエレメントのみを用いて組み上げることができる。しかしながら、マイクロフライアイレンズでは、研磨加工に比して良質な面形状を得ることが難しいエッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造することが求められるので、フライアイレンズに比して良品率がかなり低くなる。

現在開発を進めているマイクロフライアイレンズでは、数十ｎｍオーダーの形状精度（微小屈折面の面形状の精度）が設計上要求される。例えば、代表的な設計例によれば、マイクロフライアイレンズ中のすべての微小屈折面が互いに同じ形状を有する場合、微小屈折面の１０ｎｍの形状変化（形状誤差）に起因して０．１％の照度変化（照度ムラ）が発生する。このため、照野上において照度ムラを０．５％以下に抑えるという所要の仕様（スペック）を達成するには、マイクロフライアイレンズの有効領域内で数十ｎｍという非常に高い加工精度が求められることになる。

しかしながら、エッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造するマイクロフライアイレンズでは、すべての微小屈折面を数十ｎｍという非常に高い形状精度で加工することは困難である。そこで、この高い形状精度の要求を低減する方法として、マイクロフライアイレンズ内の微小屈折面の形状を適度にばらつかせて平均化する方法が考えられる。すなわち、マイクロフライアイレンズの有効領域内で微小屈折面の形状を適度に変化させる（適度にばらつかせる）ことにより、微小屈折面の形状精度に対する要求を大幅に緩和することができる。

微小屈折面の形状を適度に変化させて形状精度に対する要求を緩和する方法を適用する場合、マイクロフライアイレンズの安定した量産のためには、その微小屈折面の形状のばらつきをある一定範囲に管理することが重要である。微小屈折面の形状ばらつきの管理には、たとえば形状計測器により各微小屈折面の面形状を計測する方法を用いることができる。しかしながら、この方法では、各微小屈折面の形状データから照度分布を計算により予想するのに手間がかかるだけでなく、照度分布の予想精度も低いという不都合がある。

これに対し、マイクロフライアイレンズの有効領域よりも実質的に小さいプローブ光を用いて、マイクロフライアイレンズの有効領域のうちの複数の部分領域を介して形成される照度分布を計測する方法（以下、「ＨＩＴＳ方式」という）を用いることも考えられる。ＨＩＴＳ方式を用いて微小屈折面の形状ばらつきの管理を行う場合、各微小屈折面の形状データから照度分布を計算により予想する手間が不要になるが、各部分領域を介して形成される照度分布を計測することにより得られた照度分布データ（生データ）を、簡便な関数にしたがって表現して照度ムラ成分を解析的に評価することが課題になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照度分布データを簡便な関数にしたがって表現して照度ムラ成分を解析的に評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、照度分布データを簡便な関数にしたがって表現して照度ムラ成分を解析的に評価する評価方法を用いて、たとえばマイクロフライアイレンズのような光学部材を介して所要精度の照度分布が得られるように微小屈折面の形状のばらつきを管理することのできる製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、たとえば所要精度の照度分布を得ることのできるマイクロフライアイレンズを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件で被照射面を照明する高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことのできる露光装置および露光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、本発明の第１形態では、多項式を用いて一次元的な照度分布を評価する評価方法において、
前記多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
前記一次元的な照度分布を前記べき多項式で近似して前記べき多項式の各項の係数を求める近似工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

本発明の第２形態では、光学部材の製造方法において、
前記光学部材を介して形成される二次元的な照度分布を計測する計測工程と、
前記計測工程で得られた前記二次元的な照度分布を所定方向に沿った一次元的な照度分布に変換する変換工程と、
前記一次元的な照度分布を評価するための多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
前記一次元的な照度分布を前記べき多項式で近似して前記べき多項式の各項の係数を求める近似工程と、
前記近似工程で得られた前記各項の係数に関する情報を管理指標として前記光学部材を製造する製造工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。

本発明の第３形態では、二次元的に配列された複数の光学要素を有し、各光学要素を介した光束が二次元的な照度分布を重畳的に形成するように構成された光学部材の製造方法において、
前記複数の光学要素が形成する有効領域のうちの複数の部分領域を介してそれぞれ形成される複数の二次元的な照度分布を計測する計測工程と、
前記計測工程で得られた前記複数の二次元的な照度分布を所定方向に沿った複数の一次元的な照度分布にそれぞれ変換する変換工程と、
前記複数の一次元的な照度分布を評価するための多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
前記複数の一次元的な照度分布を前記べき多項式でそれぞれ近似して前記べき多項式の各項について複数組の係数を求める近似工程と、
前記近似工程で得られた前記複数組の係数に関する情報を管理指標として、前記光学部材における各光学要素の形状ばらつきを管理する管理工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。この場合、前記光学部材はマイクロフライアイレンズであることが好ましい。

本発明の第４形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
第２形態または第３形態の製造方法を用いて製造された前記光学部材を介して、前記被照射面または前記被照射面と光学的にほぼ共役な位置に前記照度分布を形成することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第５形態では、第４形態の照明光学装置を備え、前記被照射面に設定されたマスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第６形態では、第４形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定されたマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第７形態では、照度分布を計測するための光検出器と、該光検出器からの信号に基づいて前記照度分布を多項式で評価して出力するための処理部とを備えた照度測定装置であって、
前記処理部は、前記照度分布に対応する一次元的な照度分布を、閉区間で直交な一次元のべき多項式で近似して、前記べき多項式の各項の係数を求めることを特徴とする照度測定装置を提供する。

本発明の第８形態では、マスクのパターンを感光性基板上へ露光する露光装置において、
前記感光性基板上または前記感光性基板と光学的にほぼ共役な面における照度分布を多項式で評価して出力するための第７形態の照度測定装置と、
前記照度測定装置の出力に基づいて前記照度分布を調整するための調整手段とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第９形態では、マスクのパターンを感光性基板上へ露光する露光方法において、
第７形態の照度測定装置を用いて、前記感光性基板上または前記感光性基板と光学的にほぼ共役な面における照度分布を多項式で評価する評価工程と、
前記評価工程の評価に基づいて前記照度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第１０形態では、撮像素子を用いて照度分布を計測する方法において、
前記撮像素子の撮像面の感度ばらつきが前記照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正するためのオフセットを求めるオフセット獲得工程と、
前記照度分布の実計測結果を前記オフセットに基づいて補正する補正工程とを含むことを特徴とする照度計測方法を提供する。

本発明の第１１形態では、第１０形態の照度計測方法にしたがって照度分布を計測する照度測定装置であって、
前記照度分布を計測するための撮像素子と、
前記オフセットに基づいて、前記撮像素子で得られた前記照度分布の実計測結果を補正するための処理部とを備えていることを特徴とする照度測定装置を提供する。

本発明の第１２形態では、光学部材の製造方法において、
前記光学部材を介して所定の照度分布を形成する照度分布形成工程と、
第１０形態の照度計測方法を用いて、前記照度分布を計測する計測工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。

本発明の第１３形態では、第２形態、第３形態または第１２形態の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする光学部材を提供する。

本発明の第１４形態では、二次元的に配列された複数の光学要素を備え、各光学要素を介した光束によって二次元的な照度分布を形成する光学部材において、
前記複数の光学要素が形成する有効領域のうちの複数の部分領域を介してそれぞれ形成される複数の二次元的な照度分布を所定方向に沿った一次元的な照度分布にそれぞれ変換して、閉区間で直交な一次元のべき多項式で前記一次元的な照度分布をそれぞれ近似して前記べき多項式の各項について複数組の係数を求め、前記複数組の係数の標準偏差の自乗和平方根をＲＳＳとするとき、
ＲＳＳ≦１％
を満足することを特徴とする光学部材を提供する。

本発明の第１５形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
第１３形態または第１４形態の前記光学部材を介して、前記被照射面または前記被照射面と光学的にほぼ共役な位置に前記照度分布を形成することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第１６形態では、第１５形態の照明光学装置を備え、前記被照射面に設定されたマスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第１７形態では、第１５形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定されたマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法を提供する。

本発明にかかる照度分布の評価方法では、閉区間で直交な一次元のべき多項式として、たとえばチェビシェフ多項式を設定する。そして、チェビシェフ多項式で照度分布を近似し、チェビシェフ多項式の各項の係数を求める。後述するように、チェビシェフ多項式では、各項のコントラストが互いに同じであり、例えば１次項が照度分布の傾斜ムラ成分（１次ムラ成分）に対応し、２次項が照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）に対応し、４次項が照度分布の４次ムラ成分（Ｍ型ムラ成分またはＷ型ムラ成分）に対応している。

こうして、本発明にかかる照度分布の評価方法では、照度分布データをチェビシェフ多項式のような簡便な関数にしたがって表現して、その各項の係数に関する情報に基づいて照度ムラ成分を解析的に評価することができる。その結果、本発明では、たとえばマイクロフライアイレンズのような光学部材の製造に際して、照度分布データを簡便な関数にしたがって表現して照度ムラ成分を解析的に評価する評価方法を用いて、マイクロフライアイレンズを介して所要精度の照度分布が得られるように微小屈折面の形状のばらつきを管理することができる。

また、本発明は、たとえば所要精度の照度分布を得ることのできるマイクロフライアイレンズを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を実現することができる。その結果、本発明の露光装置および露光方法では、所望の照明条件で被照射面を照明する高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 マイクロフライアイレンズの製造に際してＨＩＴＳ方式によりマイクロフライアイレンズの部分領域を介して形成される照度分布を計測する様子を概略的に示す図である。 本実施形態におけるマイクロフライアイレンズの製造方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 チェビシェフ多項式の０次項Ｔ_０（ｘ）〜５次項Ｔ_５（ｘ）の閉区間−１≦ｘ≦＋１における値の変化をそれぞれ示す図である。 図１の露光装置に搭載された照度測定装置の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態における照度計測方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 ＨＩＴＳ方式におけるマイクロフライアイレンズと部分領域との関係の一例を示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法の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、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷに平行な面内において互いに直交する２つの方向に沿ってＸ軸およびＺ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定されている。

本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。レーザ光源１から射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。

整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行な光束は、円形照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、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。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。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。

回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子３ａや４極照明用の回折光学素子３ｂと切り換え可能に構成されている。ここで、円形照明用の回折光学素子３と輪帯照明用の回折光学素子３ａと４極照明用の回折光学素子３ｂとの間の切り換えは、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動系２１により行われる。また、ズームレンズ４の焦点距離の変化は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動系２２により行われる。

マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズ（光学要素）からなる光学部材である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小屈折面を同時形成することによって構成される。こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野を形成する。

ここで、形成される円形状の照野の大きさ（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５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、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。

マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り６に入射する。開口絞り６は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面に配置されて二次光源の形状または大きさを規定する機能を有する。円形状の開口部（光透過部）を有する開口絞り６を介した二次光源からの光は、正レンズ成分７ａと負レンズ成分７ｂとを含むコンデンサー光学系７の集光作用を受けた後、補正フィルター８を介して、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド９を重畳的に照明する。

ここで、正レンズ成分７ａは、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。また、負レンズ成分７ｂは、Ｘ軸およびＺ軸を中心として光軸ＡＸに対して傾斜可能に構成されている。正レンズ成分７ａの移動および負レンズ成分７ｂの傾動は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動系２３により行われる。一方、マスクブラインド９に近接して配置された補正フィルター８は、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター８ａから選択されて照明光路中に位置決めされる。複数の補正フィルター８ａの照明光路に対する切り換えは、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動系２４により行われる。なお、正レンズ成分７ａ、負レンズ成分７ｂ、および補正フィルター８の作用については後述する。

こうして、マスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０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。このように、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状の開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド９は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。

マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、たとえばパターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状のパターン領域が照明される。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷ上には、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、たとえばＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状の実効露光領域（すなわち静止露光領域）にパターン像が形成される。

上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるマスクＭ上の照明領域およびウェハＷ上の実効露光領域は、Ｚ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、矩形状の実効露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＺ方向に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージ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上には実効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ショット領域に対してマスクパターンが走査露光される。

本実施形態の露光装置には、投影光学系ＰＬの結像面（ウェハＷの表面）における照度分布を測定するための照度測定装置２５が設けられている。照度測定装置２５は、照度分布を計測し、計測した照度分布を多項式で評価して出力する機能を有する。照度測定装置２５で測定された投影光学系ＰＬの結像面における照度分布情報は、制御部２０に供給される。照度測定装置２５の構成および作用については後述する。

なお、回折光学素子３に代えて回折光学素子３ａを照明光路中に設定することによって輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子３ａは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ａを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。

また、回折光学素子３に代えて回折光学素子３ｂを照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子３ｂは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ｂを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。

以下、本実施形態にかかる露光装置の特徴的な動作の説明に先立って、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの製造方法について説明する。図２は、マイクロフライアイレンズの製造に際してＨＩＴＳ方式によりマイクロフライアイレンズの部分領域を介して形成される照度分布を計測する様子を概略的に示す図である。図２を参照すると、露光装置のレーザ光源１と同じタイプのレーザ光源３１から供給された光が、ＮＤフィルター３２、拡散板３３および絞り部材３４を介して、計測対象としてのマイクロフライアイレンズ３５に入射する。

ここで、ＮＤフィルター３２は、後述の撮像素子３７の感度レベルに応じて透過光の光量を調整する機能を有する。また、拡散板３３は、マイクロフライアイレンズ３５への入射光の状態が露光装置の実際の仕様にほぼ合致するように、レーザ光源３１から入射する平行光を発散光に変換する機能を有する。また、絞り部材３４は、マイクロフライアイレンズ３５の有効領域に比して実質的に小さいサイズの開口部（光透過部）を有する。具体的には、マイクロフライアイレンズ３５の有効領域が例えば１万個〜２万個の光学要素を含む場合、絞り部材３４は例えば数十個の光学要素に対応するサイズの開口部を有する。

こうして、絞り部材３４の開口部を通過したプローブ光は、マイクロフライアイレンズ３５の数十個の光学要素に対応する部分領域、およびリレーレンズ系３６を介して、たとえばＣＣＤのような撮像素子３７の撮像面上に照度分布を形成する。ここで、リレーレンズ系３６の前側焦点面とマイクロフライアイレンズ３５の射出面とがほぼ一致し、リレーレンズ系３６の後側焦点面と撮像素子３７の撮像面とがほぼ一致するように設定されている。すなわち、撮像素子３７の撮像面の位置は、図１の露光装置におけるマスクブラインド９の位置に対応している。撮像素子３７により計測された照度分布データは、処理部３８に供給される。なお、マイクロフライアイレンズ３５はステージ３９により支持され、光軸ＡＸと直交する面に沿って二次元的に移動するように構成されている。

マイクロフライアイレンズ３５の有効領域においてすべての微小屈折面が設計通りに製造されている場合、その有効領域内の任意の部分領域を介して撮像素子３７の撮像面上に形成される照度分布はほぼ均一であり、いわゆる照度ムラは実質的に発生しない。しかしながら、エッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造するマイクロフライアイレンズ３５では、すべての微小屈折面を所要の形状精度で加工することは困難である。そこで、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの製造方法では、マイクロフライアイレンズを介してほぼ均一な照度分布が得られるように微小屈折面の形状のばらつきを管理する。

図３は、本実施形態におけるマイクロフライアイレンズの製造方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図３を参照すると、本実施形態の製造方法では、いわゆるＨＩＴＳ方式にしたがって、ステージ３９を光軸ＡＸと直交する面に沿って二次元的に移動させながら、マイクロフライアイレンズ３５の有効領域内の複数（たとえば数百程度）の部分領域を介して撮像素子３７の撮像面上にそれぞれ形成される二次元的な照度分布を順次計測する（Ｓ１１）。本実施形態の露光装置では、前述したように、走査方向であるＺ方向に沿ってマスクＭおよびウェハＷを同期的に移動させることにより投影露光が行われる。

したがって、計測工程Ｓ１１で得られた複数の二次元的な照度分布において、走査方向（図１ではＺ方向）に沿った照度ムラは走査露光により平均化（積算）されるのであまり重要ではなく、走査方向と直交する走査直交方向（図１ではＸ方向）に沿った照度ムラが重要である。したがって、本実施形態では、撮像素子３７により計測された照度分布データが順次供給される処理部３８において、計測工程Ｓ１１で得られた複数の二次元的な照度分布を走査方向に積算して、走査直交方向に沿った複数の一次元的な照度分布にそれぞれ変換する（Ｓ１２）。

こうして変換工程Ｓ１２で得られた複数の一次元的な照度分布データ（生データ）は、そのままでは可読性が低く、マイクロフライアイレンズの製造のための管理指標にはなり難い。そこで、本実施形態では、処理部３８において、変換工程Ｓ１２で得られた複数の一次元的な照度分布データを、閉区間で直交な一次元のべき多項式としてのチェビシェフ（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）多項式を用いて表現することにより、照度ムラ成分を解析的に評価する（Ｓ１３）。以下、評価工程Ｓ１３の内部工程の説明に先立って、チェビシェフ多項式について簡単に説明する。

チェビシェフ多項式は閉区間（−１，＋１）すなわち−１≦ｘ≦＋１の閉区間で直交な多項式であり、その各項Ｔ_ｉ（ｘ）は以下の関係式（１）〜（３）により定義される。したがって、０次項Ｔ_０（ｘ）と１次項Ｔ_１（ｘ）と漸化式（３）とにより、たとえば２次項Ｔ_２（ｘ）、３次項Ｔ_３（ｘ）および４次項Ｔ_４（ｘ）は、次の式（４）〜（６）により表わされる。

Ｔ_０（ｘ）＝１ （１）
Ｔ_１（ｘ）＝ｘ （２）
Ｔ_ｎ＋１（ｘ）−２ｘＴ_ｎ（ｘ）＋Ｔ_ｎ−１（ｘ）＝０ （３）
Ｔ_２（ｘ）＝２ｘ^２−１ （４）
Ｔ_３（ｘ）＝４ｘ^３−３ｘ （５）
Ｔ_４（ｘ）＝８ｘ^４−８ｘ^２＋１ （６）

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ３５の各光学要素（各微小屈折面に対応する光学要素）を介して撮像素子３７の撮像面上に重畳的に形成される照明領域内において光軸ＡＸから最も離れた位置の光軸ＡＸからの距離を１に規格化し、一次元の照度分布Ｉ（ｘ）を以下の式（７）で表現する。なお、式（７）において、Σはｉ＝０〜ｎまでの総和記号であり、ｔ_ｉはｉ次項Ｔ_ｉ（ｘ）の係数である。
Ｉ（ｘ）＝Σｔ_ｉＴ_ｉ（ｘ）
＝ｔ_０Ｔ_０（ｘ）＋ｔ_１Ｔ_１（ｘ）＋ｔ_２Ｔ_２（ｘ）
＋ｔ_３Ｔ_３（ｘ）＋ｔ_４Ｔ_４（ｘ）・・・ （７）

図４は、チェビシェフ多項式の０次項Ｔ_０（ｘ）〜５次項Ｔ_５（ｘ）の閉区間−１≦ｘ≦＋１における値の変化をそれぞれ示す図である。図４において、縦軸は各項Ｔ_ｉ（ｘ）の値を、横軸は位置変数ｘ（規格化された距離）をそれぞれ示している。図４を参照すると、チェビシェフ多項式の１次項Ｔ_１（ｘ）が照度分布の傾斜ムラ成分（１次ムラ成分）に対応し、２次項Ｔ_２（ｘ）が照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）に対応し、３次項Ｔ_３（ｘ）が照度分布の３次ムラ成分に対応し、４次項Ｔ_４（ｘ）が照度分布の４次ムラ成分（Ｍ型ムラ成分またはＷ型ムラ成分）に対応していることがわかる。

また、図４を参照すると、チェビシェフ多項式では、０次項Ｔ_０（ｘ）を除く各項Ｔ_ｉ（ｘ）のコントラストがすべて１であることがわかる。ここで、各項のコントラストは、照度分布におけるコントラストの概念と同様に、閉区間−１≦ｘ≦＋１における最大値と最小値とにより、（最大値−最小値）／（最大値の絶対値＋最小値の絶対値）で定義される量である。０次項Ｔ_０（ｘ）を除く各項Ｔ_ｉ（ｘ）では、閉区間−１≦ｘ≦＋１における最大値は必ず＋１であり、その最小値は必ず−１であるから、そのコントラストは常に１である。ちなみに、０次項Ｔ_０（ｘ）は定数項であるため、０次項Ｔ_０（ｘ）およびその係数ｔ_０の値は照度レベルに関連するが照度ムラには関連しない。

以上のように、チェビシェフ多項式は、べきの多項式の形態を有する簡便な関数である。また、チェビシェフ多項式の１次項Ｔ_１（ｘ）、２次項Ｔ_２（ｘ）、３次項Ｔ_３（ｘ）、４次項Ｔ_４（ｘ）などが典型的な照度ムラ成分をそれぞれ独立に表わしており、計測される照度ムラ形状との親和性に優れている。その結果、従来技術において一般に広く用いられているフーリエ級数やフーリエ展開等に比べて、より少ない項数（より少ない使用次数）で複雑な照度分布を精度良く表現することができる。また、チェビシェフ多項式では、０次項Ｔ_０（ｘ）を除く各項Ｔ_ｉ（ｘ）のコントラストが１であり互いに同じであるため、各項Ｔ_ｉ（ｘ）の係数ｔ_ｉの値がそのまま各照度ムラ成分の大きさを表わす。

露光装置に搭載される照明光学装置（１〜１０）では、マスクＭ上での照度分布（ひいてはウェハＷ上での照度分布）のコントラスト（の最大値）を制御する必要があるので、チェビシェフ多項式を用いて照度分布を表現すれば、照度分布のコントラストとチェビシェフ多項式の各項の係数との関連が理解し易い。なお、チェビシェフ多項式と同様に閉区間（−１，１）で定義される直交関数系として、ルジャンドル（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）の多項式やエルミート（Ｈｅｒｍｉｔｅ）の多項式が広く知られている。しかしながら、これらの多項式では、各項のコントラストが一定ではなく、照度分布のコントラストを制御する必要がある照明系への応用には適していない。

こうして、本実施形態の評価工程Ｓ１３では、処理部３８において、変換工程Ｓ１２で得られた複数の一次元的な照度分布データを評価するための多項式として、チェビシェフ多項式の具体的な形態（使用次数など）を設定する（Ｓ１３Ａ）。次いで、処理部３８において、変換工程Ｓ１２で得られた複数の一次元的な照度分布データを、設定工程Ｓ１３Ａで設定したチェビシェフ多項式でそれぞれ近似して、チェビシェフ多項式の各項について複数組の係数ｔ_ｉを求める（Ｓ１３Ｂ）。なお、チェビシェフ多項式でのフィッティング（近似）に際して、たとえば最小二乗法の手法を用いることにより、各項の係数ｔ_ｉを求めることができる。

最後に、処理部３８が出力するチェビシェフ多項式の各項について複数組の係数ｔ_ｉ、すなわち近似工程Ｓ１３Ｂで得られた複数組の係数ｔ_ｉに関する情報を管理指標として、マイクロフライアイレンズにおける各光学要素の形状ばらつきを管理する（Ｓ１４）。管理工程Ｓ１４では、たとえば各項について、その係数の平均値や標準偏差等の統計量を求め、この種の統計量を管理指標とすることができる。あるいは、上記統計量の組み合わせにより求まる値（各項の係数の標準偏差のＲＳＳ（Ｒｏｏｔ ｓｕｍ ｓｑｕａｒｅ：平方和の平方根）などを求め、これらの値を管理指標とすることもできる。

ここで、本実施形態の管理工程Ｓ１４において、たとえばチェビシェフ多項式の各項の係数の標準偏差のＲＳＳ（自乗和平方根）を管理指標として用いる場合について説明する。まず、チェビシェフ多項式の各項の係数ごとの面内ばらつき量を算出する。すなわち、マイクロフライアイレンズ３５の有効領域内の複数の部分領域のそれぞれに対応するチェビシェフ多項式の各項の係数ごとに標準偏差値σｉを算出する。ここでは、チェビシェフ多項式の各項の係数のなかの３次〜１０次の係数を対象としてＲＳＳ（自乗和平方根）を、次の式（８）に示すように算出する。

上記の式（８）では、上述したように、チェビシェフ多項式の各項の係数のなかの３次〜１０次の係数を対象としている。１次および２次の係数に関しては、それぞれ照度分布の傾斜ムラ成分（１次ムラ成分）および照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）に対応しており、これらの成分は、マイクロフライアイレンズ３５が搭載される照明光学装置（あるいは露光装置）で補正可能な成分であるため、本実施形態では、微小屈折面の形状のばらつきの管理項目とはしていない。

さて、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ３５のＲＳＳ値を１％以下にすることが好ましい。マイクロフライアイレンズ３５のＲＳＳ値を１％以下とすることによって、当該マイクロフライアイレンズ３５が搭載される照明光学装置（または露光装置）における照明条件毎の照度ムラの差を低くすることができる。さらに、マイクロフライアイレンズ３５が搭載される照明光学装置（または露光装置）における照明条件毎の照度ムラの差を極めて小さくするためには、上記ＲＳＳ値を０．６５％以下とすることが望ましい。そして、マイクロフライアイレンズ３５が搭載される照明光学装置（または露光装置）における照明条件毎の照度ムラの差をさらに小さくするためには、上記ＲＳＳ値を０．５％以下とすることが望ましい。

なお、上記の式（８）で表現されるＲＳＳ値は、チェビシェフ多項式の各項のコントラストと同じ水準である。これは、マイクロフライアイレンズ３５による照度ムラの照明条件毎の差が当該ＲＳＳ値程度ばらつく可能性があることを示している。また、上記の式（１）〜（６）において、チェビシェフ多項式の各項Ｔ_ｉ（ｘ）は厳密には直交していないため、ＲＳＳ値を上記の式（８）で算出する際には、各次数関数による規格化係数を考慮した上で算出することが好ましい。しかしながら、この規格化係数は３次から１０次まではほぼ１に近い値を持っているため、本実施形態では、算出の簡便性を優先して近似的算出を行っている。

以上のように、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの製造方法では、その評価工程Ｓ１３において、マイクロフライアイレンズ３５の各部分領域に対応する照度分布データを、使用次数の比較的少ないチェビシェフ多項式のような簡便な関数にしたがって表現して、その各項の係数に関する情報に基づいて照度ムラ成分を解析的に評価することができる。その結果、上述の照度ムラ成分の解析的な評価結果に基づいて、マイクロフライアイレンズを介して所要精度の照度分布が得られるように微小屈折面の形状のばらつきを管理することができる。

具体的には、マイクロフライアイレンズのすべての微小屈折面を高い形状精度で加工することは困難であるが、近似工程Ｓ１３Ｂで得られた複数組の係数ｔ_ｉに関する情報を管理指標として、マイクロフライアイレンズの微小屈折面の形状を適度にばらつかせて平均化することができる。すなわち、マイクロフライアイレンズの有効領域内で微小屈折面の形状を適度に変化させる（適度にばらつかせる）ことができる。その結果、微小屈折面の形状精度に対する要求を大幅に緩和して、所要の光学性能を有するマイクロフライアイレンズの安定した量産が可能になる。

こうして、本実施形態の照明光学装置（１〜１０）では、所要精度の照度分布を得ることのできるマイクロフライアイレンズ５を用いて、所望の照明条件で被照射面であるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明することができる。その結果、本実施形態の露光装置では、所望の照明条件で被照射面であるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明する高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。

次に、本実施形態にかかる露光装置の特徴的な動作について説明する。前述したように、本実施形態の露光装置には、投影光学系ＰＬの結像面（ウェハＷの表面）における照度分布を測定するための照度測定装置２５が設けられている。図５は、図１の露光装置に搭載された照度測定装置の内部構成を概略的に示す図である。図５を参照すると、照度測定装置２５は、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布を計測するための光検出器として、たとえばフォトダイオード２５ａを備えている。フォトダイオード２５ａの出力は処理部２５ｂに接続され、処理部２５ｂの出力は制御部２０に接続されている。

照度測定装置２５では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面に沿ったウェハステージＷＳの二次元的な移動により、フォトダイオード２５ａを介して投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを順次計測する。なお、複数のフォトダイオード２５ａを二次元的に配置し、ウェハステージＷＳを移動させることなく、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを一括的に計測する構成を採用することもできる。また、複数のフォトダイオード２５ａをライン状に配置し、ウェハステージＷＳを一次元的に移動させることにより、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを走査計測する構成を採用することもできる。

処理部２５ｂは、図２に示す処理部３８と同様の機能を有する。すなわち、処理部２５ｂでは、フォトダイオード２５ａを介して得られた二次元的な照度分布を走査方向に積算して、走査直交方向に沿った一次元的な照度分布に変換する。次いで、変換された一次元的な照度分布データをチェビシェフ多項式を用いて表現することにより、照度ムラ成分を解析的に評価する。具体的には、処理部２５ｂは、一次元的な照度分布データをチェビシェフ多項式で近似して、チェビシェフ多項式の各項の係数ｔ_ｉを求めて出力する。

本実施形態の露光装置には、照度測定装置２５に加えて、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布を調整するための照度分布調整機構、すなわち投影光学系ＰＬの結像面における各照度ムラ成分をそれぞれ補正するための複数の補正手段が設けられている。具体的には、駆動系２３を介してコンデンサー光学系７中の負レンズ成分７ｂを光軸ＡＸに対して傾斜させることにより、照度分布の傾斜ムラ成分（１次ムラ成分）を補正することができる。また、駆動系２３を介してコンデンサー光学系７中の正レンズ成分７ａを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）を補正することができる。さらに、駆動系２４を介して所要の透過率分布を有する補正フィルター８を照明光路中に位置決めすることにより、照度分布の４次以上のムラ成分を補正することができる。

本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布に含まれる照度ムラ成分の解析的な評価結果が、照度測定装置２５から制御部２０に供給される。制御部２０では、照度測定装置２５から供給された照度ムラ成分の解析的な評価結果に応じて、照度分布調整機構としてのコンデンサー光学系７中の負レンズ成分７ｂ、コンデンサー光学系７中の正レンズ成分７ａおよび補正フィルター８をそれぞれ駆動し、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布を調整する。

なお、コンデンサー光学系７中の負レンズ成分７ｂを光軸ＡＸに対して傾斜させることにより照度分布の傾斜ムラ成分（１次ムラ成分）を補正する手法、およびコンデンサー光学系７中の正レンズ成分７ａを光軸ＡＸに沿って移動させることにより照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）を補正する手法の詳細については、特開平１０−１８９４２７号公報およびこれに対応する米国特許第５８６７３１９号公報を参照することができる。また、所要の透過率分布を有する補正フィルター８をマスクブラインド９の近傍に位置決めすることにより、照度分布の４次以上のムラ成分を補正する手法の詳細についても、特願２００３−３１９５４号および特願２００４−２５５４号で提案されている手法を参照することができる。

なお、上述の実施形態では、照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）を補正するための補正手段としてコンデンサー光学系７中の正レンズ成分７ａを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば特開２００２−１００５６１号公報およびこれに対応する米国特許公開ＵＳ２００３／００２５８９０Ａ公報に開示されているように、マスクブラインド９の近傍に位置決めした濃度フィルター（所定の透過率分布を有するフィルター）を光軸廻りに回転させることにより、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）を補正することができる。

また、たとえば特開昭５９−２８３３７号公報およびこれに対応する米国特許第４５９８１９７号公報に開示されているように、マスクブラインド９の矩形状の開口部を規定する４辺のうち走査方向と交差するように対向する２辺を所定の曲線状に設定することにより、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の凹凸ムラ成分（２次ムラ成分）を補正することもできる。さらに、マイクロフライアイレンズ５の各光学要素毎に規定された所定の透過率分布を有する補正フィルターをマイクロフライアイレンズ５の入射面の近傍に設定することにより、投影光学系ＰＬの結像面における複雑な形態の照度ムラを補正することもできる。

また、上述の実施形態では、入射面および射出面のうちの少なくとも一方の面に多数の微小屈折面が縦横に形成されたマイクロフライアイレンズを想定しているが、これに限定されることなく、たとえば特開２００４−５６１０３号公報およびこれに対応する米国特許公開ＵＳ２００４／００３６９７７Ａ公報に提案されているシリンドリカルマイクロフライアイレンズ、すなわち入射面および射出面に互いに直交する方向に沿ってシリンドリカルレンズ群が形成されたマイクロフライアイレンズに対しても同様に本発明を適用することができる。ここでは、米国特許公開ＵＳ２００４／００３６９７７Ａ公報を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、チェビシェフ多項式を用いて一次元的な照度分布を評価しているが、これに限定されることなく、一般に閉区間で直交な一次元のべき多項式を用いることができる。この場合、前述したように、べき多項式の各項が照明ムラ成分に対応し且つ各項のコントラストが互いにほぼ同じであることが好ましい。

ところで、図２においてＨＩＴＳ方式によりマイクロフライアイレンズ３５の部分領域を介して形成される照度分布を計測する際にＣＣＤのような撮像素子３７を用いる場合、ＣＣＤ３７の撮像面に二次元的に配置された各フォトダイオードの感度のばらつきに応じて、ＣＣＤ３７を介して得られた照度分布には計測誤差が含まれることになる。以下、たとえば図２に示すＨＩＴＳ方式においてＣＣＤのような撮像素子の撮像面の感度ばらつきが照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正して二次元的な照度分布を高精度に計測することのできる本実施形態の照度計測方法について説明する。

図６は、本実施形態における照度計測方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図６を参照すると、本実施形態の照度計測方法では、図２に示すＨＩＴＳ方式にしたがって、第１マイクロフライアイレンズ３５ａ（不図示）の任意の部分領域を介して形成される照度分布をＣＣＤ３７を用いて計測することにより、第１測定データＡ１を得る（Ｓ２１）。また、第１マイクロフライアイレンズ３５ａの同じ部分領域を介して投影光学系ＰＬの結像面に形成される照度分布を照度測定装置２５を用いて計測することにより、第１参照データＡ２を得る（Ｓ２２）。

ここで、照度測定装置２５では、前述したように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面に沿ったウェハステージＷＳの二次元的な移動により、１個のフォトダイオード２５ａを介して投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを順次計測する。したがって、照度測定装置２５は、多数のフォトダイオードが二次元的に配置されたＣＣＤ３７とは異なり、撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段である。その結果、照度測定装置２５を用いて計測された照度分布データである第１参照データＡ２には、撮像面の感度ばらつきの影響が含まれないことになる。

次いで、第１マイクロフライアイレンズ３５ａを別の第２マイクロフライアイレンズ３５ｂ（不図示）と交換し、図２に示すＨＩＴＳ方式にしたがって、第２マイクロフライアイレンズ３５ｂの任意の部分領域を介して形成される照度分布をＣＣＤ３７を用いて計測することにより、第２測定データＢ１を得る（Ｓ２３）。また、第２マイクロフライアイレンズ３５ｂの同じ部分領域を介して投影光学系ＰＬの結像面に形成される照度分布を照度測定装置２５を用いて計測することにより、第２参照データＢ２を得る（Ｓ２４）。

上述したように、第１測定データＡ１と第２測定データＢ１とは同じＣＣＤ３７を用いて計測された照度分布データであり、ＣＣＤ３７の撮像面の感度ばらつきの影響を同じように受けている。したがって、第１測定データＡ１と第２測定データＢ１との差（Ａ１−Ｂ１）には、ＣＣＤ３７の撮像面の感度ばらつきの影響が残らない。一方、第１参照データＡ２および第２参照データＢ２は、撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段である照度測定装置２５を用いてそれぞれ計測された照度分布データである。したがって、第１参照データＡ２と第２参照データＢ２との差（Ａ２−Ｂ２）は、当然に、撮像面の感度ばらつきの影響を受けない。

こうして、ＣＣＤ３７の測定原点と照度測定装置２５の測定原点とが一致（単に原点の位置ずれだけでなく測定領域の倍率も含む概念において一致）していれば、すなわち第１測定データＡ１および第２測定データＢ１の原点と第１参照データＡ２および第２参照データＢ２の原点とが一致していれば、第１測定データＡ１と第２測定データＢ１との差（Ａ１−Ｂ１）と、第１参照データＡ２と第２参照データＢ２との差（Ａ２−Ｂ２）とがほぼ一致するはずである。そこで、本実施形態では、第１測定データＡ１と第２測定データＢ１との差（Ａ１−Ｂ１）と、第１参照データＡ２と第２参照データＢ２との差（Ａ２−Ｂ２）とがほぼ一致するように、第１測定データＡ１および第２測定データＢ１の原点と第１参照データＡ２および第２参照データＢ２の原点とを位置合わせする（Ｓ２５）。

そして、第１測定データＡ１および第２測定データＢ１の原点と第１参照データＡ２および第２参照データＢ２の原点とを位置合わせした状態で、第１測定データＡ１と第１参照データＡ２との差Ｘ１（＝Ａ１−Ａ２）と第２測定データＢ１と第２参照データＢ２との差Ｘ２（＝Ｂ１−Ｂ２）との平均値Ｘ（＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２）をオフセットとして設定する（Ｓ２６）。最後に、図２に示すＨＩＴＳ方式にしたがってマイクロフライアイレンズ３５の各部分領域を介して形成される照度分布をＣＣＤ３７を用いて順次計測し、得られた照度分布の実計測結果をオフセットＸに基づいて補正する（Ｓ２７）。

こうして、本実施形態の照度計測方法では、たとえば図２に示すＨＩＴＳ方式において、撮像素子としてのＣＣＤ３７を用いて得られた照度分布の実計測結果を予め求めたオフセットＸに基づいて補正することにより、ＣＣＤ３７の撮像面の感度ばらつきが照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正して二次元的な照度分布を高精度に計測することができる。

なお、上述の説明では、第１測定データＡ１と第１参照データＡ２との差Ｘ１（＝Ａ１−Ａ２）と第２測定データＢ１と第２参照データＢ２との差Ｘ２（＝Ｂ１−Ｂ２）との平均値Ｘ（＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２）をオフセットとして設定している。しかしながら、これに限定されることなく、第１測定データＡ１と第１参照データＡ２との差Ｘ１、または第２測定データＢ１と第２参照データＢ２との差Ｘ２をオフセットとして設定することもできる。

また、上述の説明では、第１測定データＡ１および第２測定データＢ１の原点と第１参照データＡ２および第２参照データＢ２の原点とを位置合わせするために、第１測定データＡ１および第１参照データＡ２だけでなく、第２測定データＢ１および第２参照データＢ２も利用している。しかしながら、第２測定データＢ１および第２参照データＢ２を用いることなく、何らかの方法によりＣＣＤ３７の測定原点と照度測定装置２５の測定原点とをほぼ一致させ、この状態で得られた第１測定データＡ１と第１参照データＡ２との差Ｘ１（＝Ａ１−Ａ２）をオフセットとして設定することもできる。

また、上述の説明では、撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段として、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面に沿ったウェハステージＷＳの二次元的な移動により１個のフォトダイオード２５ａを介して投影光学系ＰＬの結像面における照度分布データを計測する照度測定装置２５を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない他の適当な計測手段を用いることもできる。

ところで、本実施形態では、たとえば照度測定装置２５のフォトダイオード２５ａにおける角度特性（光の入射角度によって感度が変化する特性）や各レンズ成分の透過率特性（光の入射角度によってレンズ本体およびコートの透過率分布が変化する特性）などにより、照明条件の変更（照明瞳面に配置される二次光源の形状または大きさの変更）に伴ってオフセットＸの値が変動することが考えられる。そこで、本実施形態では、照明条件毎にオフセットＸを求めることが好ましい。この場合、マイクロフライアイレンズにおいて各照明条件に対応する所定形状の照明領域を複数の部分領域に分割し、各部分領域に対応して順次得られた複数のデータの総和を測定データまたは参照データとして用いることができる。

さて、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されるマイクロフライアイレンズでは、その作成工程に起因して、多数の微小屈折面の面内における形状ばらつきを制御する際の制御の容易性に異方性が生じる場合がある。たとえばシリンダ形状のレンズ面を所定のピッチ方向に配列した形状の微小屈折面を持つマイクロフライアイレンズ（特開２００４−５６１０３号およびこれに対応する米国特許公開ＵＳ２００４／００３６９７７Ａで提案）の場合を考えると、各々のシリンダレンズ面の母線方向（上記所定のピッチ方向と直交する方向）に比べて、母線方向と直交する方向（上記所定のピッチ方向）における形状の制御の方が容易である傾向にある。ＨＩＴＳ方式を用いて、このようなマイクロフライアイレンズの照度分布の計測を行う場合について図７を参照して説明する。図７は、シリンダ形状のレンズ面を所定のピッチ方向に配列した形状の微小屈折面を持つマイクロフライアイレンズ４０の入射面または射出面と、ＨＩＴＳ方式で用いられるプローブ光の部分領域との関係を示す平面図である。

ＨＩＴＳ方式にしたがって、マイクロフライアイレンズ４０とプローブ光とを相対的に二次元的に移動させながら、マイクロフライアイレンズ４０の有効領域４１内の複数の部分領域４２を介して形成される照度分布を測定する際、形状ばらつきの少ない方向に比べて形状ばらつきの多い方向における複数の部分領域４２の分割数を多くすることによって、短時間で高精度な計測を行うことができる。また、プローブ光の計測領域である複数の部分領域の配置はグリッド状に配置するよりも、図７に示すように、ばらつきの大きな方向の計測位置をばらつきの小さな方向に関して変調させた（ずらした）配置とすることによって、より一層の高精度化を図ることができる。

また、上述の説明では、図２に示すＨＩＴＳ方式においてＣＣＤのような撮像素子の撮像面の感度ばらつきが照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正して二次元的な照度分布を高精度に計測する照度計測方法に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、撮像面においてある程度の感度ばらつきを有する撮像素子を用いて照度分布を計測する一般の照度計測方法に対しても本発明を適用することができる。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図９のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図９において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）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に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、照明光学装置の具体的な構成については様々な変形例が可能である。

符号の説明

１ レーザ光源
３ 回折光学素子
４ ズームレンズ
５ マイクロフライアイレンズ
７ コンデンサー光学系
８ 補正フィルター
９ マスクブラインド
１０ 結像光学系
２０ 制御部
２１〜２４ 駆動系
２５ 照度測定装置
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 (28)

1. 多項式を用いて一次元的な照度分布を評価する評価方法において、
   前記多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
   前記一次元的な照度分布を前記べき多項式で近似して前記べき多項式の各項の係数を求める近似工程とを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記べき多項式の各項のコントラストが互いにほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記べき多項式はチェビシェフ多項式であることを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
4. 二次元的な照度分布を計測する計測工程と、
   前記計測工程で得られた前記二次元的な照度分布を所定方向に沿った前記一次元的な照度分布に変換する変換工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の評価方法。
5. 前記計測工程では、撮像素子を用いて前記二次元的な照度分布を計測し、
   前記撮像素子の撮像面の感度ばらつきが前記照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正するためのオフセットを求めるオフセット獲得工程と、
   前記照度分布の実計測結果を前記オフセットに基づいて補正する補正工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の評価方法。
6. 前記オフセット獲得工程は、
   前記撮像素子を用いて第１照度分布を計測することにより第１測定データを得る工程と、
   撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段を用いて前記第１照度分布を計測して第１参照データを得る工程と、
   前記撮像素子を用いて前記第１照度分布とは異なる第２照度分布を計測することにより第２測定データを得る工程と、
   前記計測手段を用いて前記第２照度分布を計測して第２参照データを得る工程と、
   前記第１測定データと前記第２測定データとの差と前記第１参照データと前記第２参照データとの差とがほぼ一致するように、前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせする工程と、
   前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせした状態で、前記第１測定データと前記第１参照データとの差および前記第２測定データと前記第２参照データとの差のうちの少なくとも一方に基づいて前記オフセットを設定する設定工程とを含むことを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
7. 前記設定工程では、前記第１測定データと前記第１参照データとの差と前記第２測定データと前記第２参照データとの差との平均値を前記オフセットとして設定することを特徴とする請求項６に記載の評価方法。
8. 光学部材の製造方法において、
   前記光学部材を介して形成される二次元的な照度分布を計測する計測工程と、
   前記計測工程で得られた前記二次元的な照度分布を所定方向に沿った一次元的な照度分布に変換する変換工程と、
   前記一次元的な照度分布を評価するための多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
   前記一次元的な照度分布を前記べき多項式で近似して前記べき多項式の各項の係数を求める近似工程と、
   前記近似工程で得られた前記各項の係数に関する情報を管理指標として前記光学部材を製造する製造工程とを含むことを特徴とする製造方法。
9. 前記光学部材は、二次元的に配列された複数の光学要素を有し、
   前記光学部材の前記複数の光学要素は、二次元的な照度分布を重畳的に形成し、
   前記計測工程は、前記複数の光学要素が形成する有効領域のうちの複数の部分領域を介してそれぞれ形成される複数の二次元的な照度分布を計測し、
   前記変換工程では、前記計測工程で得られた前記複数の二次元的な照度分布を所定方向に沿った複数の一次元的な照度分布にそれぞれ変換し、
   前記近似工程では、前記複数の一次元的な照度分布を前記べき多項式でそれぞれ近似して前記べき多項式の各項について複数組の係数を求め、
   前記製造工程では、前記近似工程で得られた前記複数組の係数に関する情報を管理指標とすることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 二次元的に配列された複数の光学要素を有し、各光学要素を介した光束が二次元的な照度分布を重畳的に形成するように構成された光学部材の製造方法において、
    前記複数の光学要素が形成する有効領域のうちの複数の部分領域を介してそれぞれ形成される複数の二次元的な照度分布を計測する計測工程と、
    前記計測工程で得られた前記複数の二次元的な照度分布を所定方向に沿った複数の一次元的な照度分布にそれぞれ変換する変換工程と、
    前記複数の一次元的な照度分布を評価するための多項式として、閉区間で直交な一次元のべき多項式を設定する設定工程と、
    前記複数の一次元的な照度分布を前記べき多項式でそれぞれ近似して前記べき多項式の各項について複数組の係数を求める近似工程と、
    前記近似工程で得られた前記複数組の係数に関する情報を管理指標として、前記光学部材における各光学要素の形状ばらつきを管理する管理工程とを含むことを特徴とする製造方法。
11. 前記光学部材はマイクロフライアイレンズであることを特徴とする請求項９または１０に記載の製造方法。
12. 前記マイクロフライアイレンズは、第１方向に沿って所定のピッチで配列された第１の１次元シリンドリカルレンズアレイと、前記第１方向と交差する第２方向に沿って所定のピッチで配列された第２の１次元シリンドリカルレンズアレイとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記べき多項式の各項のコントラストが互いにほぼ同じであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 前記べき多項式はチェビシェフ多項式であることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の製造方法。
15. 前記計測工程では、撮像素子を用いて前記二次元的な照度分布を計測し、
    前記撮像素子の撮像面の感度ばらつきが前記照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正するためのオフセットを求めるオフセット獲得工程と、
    前記照度分布の実計測結果を前記オフセットに基づいて補正する補正工程とをさらに含むことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 前記オフセット獲得工程は、
    第１の光学部材を介して形成される第１照度分布を前記撮像素子を用いて計測することにより第１測定データを得る工程と、
    撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段を用いて前記第１照度分布を計測して第１参照データを得る工程と、
    第２の光学部材を介して形成される第２照度分布を前記撮像素子を用いて計測することにより第２測定データを得る工程と、
    前記計測手段を用いて前記第２照度分布を計測して第２参照データを得る工程と、
    前記第１測定データと前記第２測定データとの差と前記第１参照データと前記第２参照データとの差とがほぼ一致するように、前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせする工程と、
    前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせした状態で、前記第１測定データと前記第１参照データとの差および前記第２測定データと前記第２参照データとの差のうちの少なくとも一方に基づいて前記オフセットを設定する設定工程とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
17. 前記設定工程では、前記第１測定データと前記第１参照データとの差と前記第２測定データと前記第２参照データとの差との平均値を前記オフセットとして設定することを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記管理工程では、前記複数組の係数の標準偏差の自乗和平方根を前記管理指標とすることを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか１項に記載の製造方法。
19. 照度分布を計測するための光検出器と、該光検出器からの信号に基づいて前記照度分布を多項式で評価して出力するための処理部とを備えた照度測定装置であって、
    前記処理部は、前記照度分布に対応する一次元的な照度分布を、閉区間で直交な一次元のべき多項式で近似して、前記べき多項式の各項の係数を求めることを特徴とする照度測定装置。
20. 前記べき多項式の各項のコントラストが互いにほぼ同じであることを特徴とする請求項１９に記載の照度測定装置。
21. 前記べき多項式はチェビシェフ多項式であることを特徴とする請求項１９または２０に記載の照度測定装置。
22. 前記処理部は、前記光検出器としての撮像素子の撮像面の感度ばらつきが前記照度分布の実計測結果に及ぼす影響を補正するためのオフセットを求め、前記照度分布の実計測結果を前記オフセットに基づいて補正することを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の照度測定装置。
23. 前記処理部は、前記撮像素子を用いて第１照度分布を計測することにより第１測定データを取得し、撮像面の感度ばらつきの影響を実質的に受けることのない計測手段を用いて前記第１照度分布を計測して第１参照データを取得し、前記撮像素子を用いて前記第１照度分布とは異なる第２照度分布を計測することにより第２測定データを取得し、前記計測手段を用いて前記第２照度分布を計測して第２参照データを取得し、前記第１測定データと前記第２測定データとの差と前記第１参照データと前記第２参照データとの差とがほぼ一致するように、前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせし、前記第１測定データおよび前記第２測定データの原点と前記第１参照データおよび前記第２参照データの原点とを位置合わせした状態で、前記第１測定データと前記第１参照データとの差および前記第２測定データと前記第２参照データとの差のうちの少なくとも一方に基づいて前記オフセットを設定することを特徴とする請求項２２に記載の照度測定装置。
24. 前記処理部は、前記第１測定データと前記第１参照データとの差と前記第２測定データと前記第２参照データとの差との平均値を前記オフセットとして設定することを特徴とする請求項２３に記載の照度測定装置。
25. マスクのパターンを感光性基板上へ露光する露光装置において、
    前記感光性基板上または前記感光性基板と光学的にほぼ共役な面における照度分布を多項式で評価して出力するための請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の照度測定装置と、
    前記照度測定装置の出力に基づいて前記照度分布を調整するための調整手段とを備えていることを特徴とする露光装置。
26. 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、
    前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させつつ前記マスクのパターンを前記感光性基板に転写するように構成され、
    前記照度測定装置は、前記照度分布を前記走査方向と直交する走査直交方向に沿った前記一次元的な照度分布に変換することを特徴とする請求項２５に記載の露光装置。
27. マスクのパターンを感光性基板上へ露光する露光方法において、
    請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の照度測定装置を用いて、前記感光性基板上または前記感光性基板と光学的にほぼ共役な面における照度分布を多項式で評価する評価工程と、
    前記評価工程の評価に基づいて前記照度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする露光方法。
28. 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させつつ前記マスクのパターンを前記感光性基板に転写する工程を含み、
    前記評価工程では、前記照度分布を前記走査方向と直交する走査直交方向に沿った前記一次元的な照度分布に変換することを特徴とする請求項２７に記載の露光方法。

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