(57)【要約】【課題】実際に基板の露光を行うことなく、その基板の感光層に形成される像の断面形状等の状態を効率的に評価する。【解決手段】ウエハＷ上の感光層に現像後に形成される像の断面形状を評価する投影像評価装置を備えた露光装置であって、照明光の感光層の表面に沿った方向の強度分布のコントラスト情報を求める第１演算部２２ａと、ウエハＷの感光層の下地の反射率から感光層における定在波情報を求める第２演算部２２ｂと、第１演算部２２ａで求められるコントラスト情報と第２演算部２２ｂで求められる定在波情報とを用いて、感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める第３演算部２２ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の感光層に現像後に形成される像の断面形状を評価する投影像評価方法であって、
前記感光層を露光する際の露光光の前記感光層の表面に沿った方向の強度分布のコントラスト情報を求め、
前記基板の反射率から前記感光層における定在波情報を求め、
前記コントラスト情報と前記定在波情報とに基づいて、前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求めることを特徴とする投影像評価方法。
【請求項２】
前記線幅情報を求める際に、前記感光層に対する露光量を複数に設定することを特徴とする請求項１に記載の投影像評価方法。
【請求項３】
前記基板の前記感光層は、照明系からの前記露光光で所定パターン及び投影系を介して露光され、
前記感光層を露光する際の前記コントラスト情報を求める際に、前記照明系の瞳面の前記露光光の強度分布、前記投影系の収差、前記感光層の前記投影系の像面からのデフォーカス情報のうち少なくとも一つの情報を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影像評価方法。
【請求項４】
前記感光層に形成されるパターンはライン・アンド・スペースパターンを含み、
前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める際に、前記定在波の暗部での前記ライン・アンド・スペースパターンのライン部の線幅が所定線幅となるときの、前記定在波の明部での前記ライン部の線幅を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の投影像評価方法。
【請求項５】
前記ライン・アンド・スペースパターンは、前記ライン部よりも線幅の広いラインパターンに近接して配置され、
前記ライン・アンド・スペースパターンの像のコントラスト情報を、前記ラインパターンに最も近いライン部の両端のスペース部の光量の平均値と、該ライン部の光量とを用いて求めることを特徴とする請求項４に記載の投影像評価方法。
【請求項６】
前記感光層を露光する際に、前記感光層上に前記露光光を透過する液体が供給されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の投影像評価方法。
【請求項７】
露光光で基板上の感光層を露光する露光方法において、
前記感光層に対する露光条件を設定する工程と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の投影像評価方法を用いて、前記設定された露光条件のもとで前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める工程と、
前記求められた線幅情報に基づいて前記設定された露光条件を変更する工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記線幅情報を求める工程で前記像の最小線幅を求め、
該求められた最小線幅が所定の許容範囲以上となるように、前記露光条件を変更することを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【請求項９】
露光光で基板上の感光層を露光する露光装置の管理方法であって、
前記露光装置において前記感光層に対する露光条件を設定し、
請求項１から６のいずれか一項に記載の投影像評価方法を用いて、前記設定された露光条件のもとで前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求め、
前記求められた線幅情報に基づいて前記露光装置による露光結果の評価を行うことを特徴とする露光装置の管理方法。
【請求項１０】
前記露光結果の評価に基づいて、前記設定された露光条件を変更することを特徴とする請求項９に記載の露光装置の管理方法。
【請求項１１】
基板上の感光層に現像後に形成される像の断面形状を評価する投影像評価装置であって、
前記感光層を露光する際の露光光の前記感光層の表面に沿った方向の強度分布のコントラスト情報を求める第１演算部と、
前記基板の反射率から前記感光層における定在波情報を求める第２演算部と、
前記第１演算部で求められる前記コントラスト情報と前記第２演算部で求められる前記定在波情報とを用いて、前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める第３演算部と、
を備えることを特徴とする投影像評価装置。
【請求項１２】
前記第３演算部は、前記線幅情報を求める際に、前記感光層に対する露光量を複数に設定することを特徴とする請求項１１に記載の投影像評価装置。
【請求項１３】
前記基板の前記感光層は、照明系からの前記露光光で所定パターン及び投影系を介して露光され、
前記第１演算部は、
前記感光層を露光する際の前記コントラスト情報を求める際に、前記照明系の瞳面の前記露光光の強度分布、前記投影系の収差、前記感光層の前記投影系の像面からのデフォーカスのうち少なくとも一つの情報を用いることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の投影像評価装置。
【請求項１４】
前記感光層に形成されるパターンはライン・アンド・スペースパターンを含み、
前記第３演算部は、
前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める際に、前記定在波の暗部での前記ライン・アンド・スペースパターンのライン部の線幅が所定線幅となるときの、前記定在波の明部での前記ライン部の線幅を求めることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の投影像評価装置。
【請求項１５】
前記ライン・アンド・スペースパターンは、前記ライン部よりも線幅の広いラインパターンに近接して配置され、
前記第１演算部は、前記ライン・アンド・スペースパターンの像のコントラスト情報を、前記ラインパターンに最も近いライン部の両端のスペース部の光量の平均値と、該ライン部の光量とを用いて求めることを特徴とする請求項１４に記載の投影像評価装置。
【請求項１６】
前記感光層を露光する際に、前記感光層上に前記露光光を透過する液体が供給されることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか一項に記載の投影像評価装置。
【請求項１７】
露光光で基板上の感光層を露光する露光装置において、
請求項１１から１６のいずれか一項に記載の投影像評価装置と、
前記感光層に対する露光条件を設定する設定部と、
前記設定された露光条件のもとで前記投影像評価装置によって求められる前記感光層に現像後に形成される像の線幅情報に基づいて、前記設定された露光条件を変更する制御部と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
前記投影像評価装置は前記像の最小線幅を求め、
前記制御部は、該求められた最小線幅が所定の許容範囲以上となるように、前記露光条件を変更することを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の露光装置を用いて前記基板上の感光層を露光することと、
前記露光された感光層を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光及び現像によって基板上の感光層に形成される像の状態を評価するための投影像評価技術、並びにこの投影像評価技術を用いる露光技術及び露光装置の管理技術に関する。さらに本発明は、その投影像評価技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス又はマイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを被露光基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパのような一括露光型の投影露光装置、又はスキャニング・ステッパのような走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。この種の露光装置では、様々のパターンをそれぞれ十分な焦点深度を確保しつつ高解像度でウエハ上に転写するために、転写対象のパターンに応じて、照明条件等の露光条件の設定が行われる。
【０００３】
このように設定された露光条件のもとで露光が行われた後、ウエハの現像を行うことによってウエハのレジスト層にレジストパターンが形成され、このレジストパターンを用いてエッチング等のパターン形成処理が施される。そこで、形成されたレジストパターンが目標とする形状であるかどうかを評価するために、従来は、そのレジストパターンを上面から見たときの線幅等を例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって計測していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２６５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のように走査型電子顕微鏡によって実際にレジストパターンの線幅等を計測する評価方法では、そのレジストパターンに欠陥等が生じている場合には、未露光の別のウエハを用いて露光条件を変えて露光及び現像を繰り返す必要がある。そのため、例えば最適な露光条件を決定するまでに長い時間を要するという問題があった。
さらに、ウエハのレジスト層の下地面は例えば数％等の反射率で露光用の照明光を反射するため、レジスト層に入射する照明光と下地面からの反射光とによって形成される定在波によって、レジスト層中の光強度分布には厚さ方向にも周期的な変動がある。この結果、現像後のレジストパターンには、厚さ方向にも線幅の太い部分と細い部分とが生じるため、その太い部分の線幅が許容範囲以上であっても、その細い部分において後工程（例えば現像工程中の乾燥工程等）で、レジストパターンの倒れ等が生じる恐れがある。
【０００５】
また、そのようなレジストパターンの厚さ方向の線幅の変化、又は断面形状を走査型電子顕微鏡で計測するためには、ウエハの破壊検査を行う必要があり、評価のためにさらに長い時間を要するとともに、検査後のウエハの再使用ができないという問題もあった。
本発明は斯かる点に鑑み、レジストパターンのような基板の感光層に形成される像の断面形状等の状態を効率的に評価できる投影像評価技術、並びにこの投影像評価技術を用いる露光技術、及び露光装置の管理技術を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、その露光技術を用いて、効率的にデバイスを製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による投影像評価方法は、基板上の感光層に現像後に形成される像の断面形状を評価する投影像評価方法であって、その感光層を露光する際の露光光のその感光層の表面に沿った方向の強度分布のコントラスト情報を求め、その基板の反射率からその感光層における定在波情報を求め、そのコントラスト情報とその定在波情報とに基づいて、その感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求めるものである。
【０００８】
また、本発明による露光方法は、露光光で基板上の感光層を露光する露光方法において、その感光層に対する露光条件を設定する工程と、本発明の投影像評価方法を用いて、その設定された露光条件のもとでその感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める工程と、その求められた線幅情報に基づいてその設定された露光条件を変更する工程とを含むものである。
【０００９】
また、本発明による露光装置の管理方法は、露光光で基板上の感光層を露光する露光装置の管理方法であって、その露光装置においてその感光層に対する露光条件を設定し、本発明の投影像評価方法を用いて、その設定された露光条件のもとでその感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求め、その求められた線幅情報に基づいてその露光装置による露光結果の評価を行うものである。
【００１０】
また、本発明による投影像評価装置は、基板上の感光層に現像後に形成される像の断面形状を評価する投影像評価装置であって、その感光層を露光する際の露光光のその感光層の表面に沿った方向の強度分布のコントラスト情報を求める第１演算部と、その基板の反射率からその感光層における定在波情報を求める第２演算部と、その第１演算部で求められるそのコントラスト情報とその第２演算部で求められるその定在波情報とを用いて、その感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求める第３演算部と、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明による露光装置は、露光光で基板上の感光層を露光する露光装置において、本発明の投影像評価装置と、その感光層に対する露光条件を設定する設定部と、その設定された露光条件のもとでその投影像評価装置によって求められるその感光層に現像後に形成される像の線幅情報に基づいて、その設定された露光条件を変更する制御部と、を備えるものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いてその基板上の感光層を露光することと、その露光された感光層を現像することとを含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えば基板上の感光層の表面に沿った方向の露光光の強度分布（コントラスト情報）に、その基板の反射率から求められるその感光層中の定在波の強度分布（定在波情報）を加算することで、その感光層中の２次元的な光強度分布が求められる。そして、この光強度分布及びその感光層の感度情報から、その感光層に現像後に形成される像の線幅情報を求めることができる。従って、実際にその基板の露光を行うことなく、その基板の感光層に形成される像（例えばレジストパターン）の断面形状等の状態を効率的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）１００の構成を示す。図１において、露光装置１００は、露光用の光源１と、光源１からの照明光ＩＬ（露光光）で転写用のパターンが形成されたレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲの位置及び速度を制御するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（基板）上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置及び速度を制御するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２０とを含んで構成されている。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。
【００１４】
また、光源１としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などの他のレーザ光源、水銀ランプ、又はＹＡＧレーザの高調波発生光源若しくは固体レーザ（例えば半導体レーザ等）等の高調波発生装置なども使用することができる。
光源１から射出された紫外パルス光よりなる直線偏光の照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ２により光束の断面形状が所望の形状に変換された後、光路折り曲げ用のミラー３を介して、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って、回転可能な１／２波長板４及び１／４波長板５を含む偏光光学系６に入射する。主制御系２０が不図示の回転駆動部を介して１／２波長板４の回転角を制御することによって、偏光光学系６から射出される照明光ＩＬの偏光方向を直交する２方向のいずれか、又は円偏光に設定できる。さらに、不図示の楔型の複屈折性のプリズム（デポラライザ）を照明光ＩＬの光路中に挿入することによって、照明光ＩＬの偏光状態をランダム偏光（非偏光）にすることも可能である。このような偏光光学系６の詳細な構成は、例えば、国際公開第２００４／０５１７１７号パンフレットに開示されている。
【００１５】
偏光光学系６から射出された照明光ＩＬは、回折光学素子（Diffractive Optical Element)７Ａ，７Ｂ，７Ｃ等のいずれかに入射する。回折光学素子７Ａは、入射した矩形状の平行光束を回折してファーフィールドに円形状の照明領域を形成する。さらに、入射した照明光ＩＬを回折して、ファーフィールドに光軸ＡＸＩに対してほぼ対称にＸ方向に偏心した２箇所の照明領域を形成する２極照明用の回折光学素子７Ｂ、ファーフィールドに光軸ＡＸＩに対してほぼ対称にＸ方向及びＺ方向（レチクルＲのパターン面でのＹ方向に対応する）に偏心した４箇所の照明領域を形成する４極照明用の回折光学素子７Ｃ、他の形状の２極及び４極の照明領域を形成する回折光学素子（不図示）、及び輪帯状の照明領域を形成する回折光学素子（不図示）等が備えられている。これらの回折光学素子７Ａ〜７Ｃ等は、一例として円板８の周囲に保持されている。主制御系２０からの照明条件を設定する指令に応じて、照明制御系２１が駆動部２３によって円板８を回転することによって、その照明条件に応じた回折光学素子が照明光ＩＬの光路上に配置される。図１では、照明光ＩＬの光路上に通常照明用の回折光学素子７Ａが設定されている。
【００１６】
図１において、回折光学素子７Ａ（又は７Ｂ，７Ｃ等）を介して回折された光束は、前群レンズ系９ａ、凹の円錐面を持つ第１プリズム１０ａと凸の円錐面を持つ第２プリズム１０ｂとからなるアキシコン系１０、及び後群レンズ系９ｂを介して、オプティカル・インテグレータとしてのマイクロレンズアレイ１１を照明する。前群レンズ系９ａ及び後群レンズ系９ｂから、所定範囲で焦点距離を連続的に変化させることができるズームレンズ（変倍光学系）９が構成されている。ズームレンズ９は、回折光学素子７Ａの射出面とマイクロレンズアレイ１１の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。
【００１７】
回折光学素子７Ａ〜７Ｃ等から射出される照明光ＩＬは、ズームレンズ９の後側焦点面（ひいてはマイクロレンズアレイ１１の入射面）において、円形、２極状等の所定形状の照明領域に集光される。このように回折光学装置７Ａ等とズームレンズ９とは、照明領域形成手段を構成している。その照明領域の全体的な大きさは、ズームレンズ９の焦点距離に依存して変化する。ズームレンズ９のレンズ系９ａを照明制御系２１の指令に基づいて例えばスライド機構を含む駆動部２４によって光軸ＡＸＩに沿って駆動することで、ズームレンズ９の焦点距離が所望の値に制御される。
【００１８】
また、アキシコン系１０において、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂとの円錐面は対向して配置され、第２プリズム１０ｂは、照明制御系２１の指令に基づいて例えばスライド機構を含む駆動部２５によって光軸ＡＸＩに沿って駆動される。このようにプリズム１０ａ及び１０ｂの光軸ＡＸＩに沿った間隔を制御することによって、回折光学素子７Ａ等から射出された光束のマイクロレンズアレイ１１の入射面における光軸ＡＸＩに対して半径方向の位置を制御できる。従って、例えば後述の図２（Ｃ）の２極の二次光源４２Ａ及び４２Ｂを使用する場合、図１のアキシコン系１０のプリズム１０ａ及び１０ｂの間隔を制御することによって、二次光源４２Ａ，４２Ｂの中心の光軸ＡＸＩからの距離を制御できる。一方、上記のズームレンズ９の焦点距離を制御することによって、二次光源４２Ａ，４２Ｂの個々の大きさを制御できる。
【００１９】
マイクロレンズアレイ１１は、縦横に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る。マイクロレンズアレイ１１を構成する各微小レンズは、レチクルＲ上において形成すべき照明領域の形状（ひいてはウエハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。マイクロレンズアレイ１１の後側焦点面である照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明瞳面１２）には、マイクロレンズアレイ１１への入射光束によって形成される照明領域とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸＩを中心とした実質的な面光源からなる二次光源が形成される。
【００２０】
図１において、マイクロレンズアレイ１１の後側焦点面（照明瞳面１２）に形成された二次光源からの照明光ＩＬは、必要に応じてその二次光源の光強度分布の輪郭を規定する開口絞り（不図示）を介して制限された後、第１リレーレンズ１３、レチクルブラインド１４（視野絞り）、第２リレーレンズ１５、光路折り曲げ用のミラー１６、及びコンデンサ光学系１７を介して、レチクルＲのパターン面（レチクル面）を重畳的に照明する。ビームエキスパンダ２からコンデンサ光学系１７までの光学部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。この場合、レチクルブラインド１４の配置面は、そのレチクル面の共役面である。
【００２１】
また、照明光学系ＩＬＳ中には、露光中の照明光ＩＬの光量をモニタするための不図示の光電センサ（インテグレータセンサ）が設置されている。この光電センサによって主制御系２０は、ウエハＷに対する露光量（積算露光量）をモニタできる。
なお、プリズム１０ａ，１０ｂの代わりに、円錐体の部分が角錐体（又はピラミッド状）となったプリズム、光軸近傍が中空のプリズム、又は複数の部分を別々に加工して一体に固定したもの等を用いてもよい。また、２つのプリズム１０ａ，１０ｂを用いることなく、第１プリズム１０ａのみを用いてこの位置を光軸ＡＸＩに沿って可変としてもよい。更に、可動プリズムとしては、一方向に屈折力がありそれに直交する方向には屈折力の無い１対のＶ字型の間隔可変のプリズム（不図示）を用いてもよい。ただし、図１において、照明瞳面１２における二次光源の位置を半径方向に変化させる必要の無い場合には、アキシコン系１０は省略することも可能である。また、マイクロレンズアレイ１１の代わりにフライアイレンズ等を使用してもよい。
【００２２】
照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内の所定の回路パターンの像が、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬの像面に配置されたウエハＷ上の複数のショット領域の内の一つのショット領域のレジスト層に転写される。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状の基板である。
【００２３】
本実施形態の投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、例えば特開２０００−４７１１４号公報に開示されているように、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系を持つ反射屈折投影光学系、又は例えば国際公開第０１／０６５２９６号パンフレットに開示されているように、レチクルからウエハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折系とを有し、内部で中間像を２回形成する反射屈折投影光学系等を使用できる。
【００２４】
また、露光装置１００は、液浸法で露光を行う液浸露光装置であり、図１において、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）のレンズＬ１の先端部を囲むように、照明光ＩＬを通過させる開口（不図示）を有するほぼリング状のノズルユニット３０が不図示のフレームによって保持されている。ノズルユニット３０内の液体供給路が供給配管３５Ａを介して液体供給装置３３に連結され、ノズルユニット３０内の液体回収路が回収配管３５Ｂを介して液体回収装置３４に連結されている。
【００２５】
液体供給装置３３、液体回収装置３４の動作は主制御装置２０によって制御される。液体供給装置３３、液体回収装置３４、供給配管３５Ａ、回収配管３５Ｂ、及びノズルユニット３０を含んで、投影光学系ＰＬの先端のレンズＬ１とウエハＷとの間の局所的な液浸領域３６に液体Ｌｑを供給して回収する局所液浸方式の液体供給回収システムが構成されている。液体Ｌｑとしては、一例として照明光ＩＬ（ここではＡｒＦエキシマレーザ光）が透過する超純水（以下、単に水と言う）を用いるものとする。水の照明光ＩＬに対する屈折率ｎはほぼ１．４４である。従って、ウエハＷを露光する照明光ＩＬの波長は、約１３４ｎｍ（＝１９３ｎｍ×１／ｎ）に短波長化され、解像度及び焦点深度が向上する。
【００２６】
なお、本例の液体供給回収システムはリング状のノズルユニット３０を備えているが、これに限らず、例えば、国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されるように、液体を供給する複数のノズル部材と、液体を回収する複数のノズル部材とを含んで液体供給回収システムを構成することも可能である。
また、図１において、レチクルＲは、そのレチクル面がＸＹ平面と平行な投影光学系ＰＬの物体面に配置されるようにレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）上にＹ方向に等速移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りの回転方向に微動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置（回転も含む）は、レチクルステージ駆動系３１内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系３１は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２７】
一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース（不図示）上にＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置されている。ウエハステージＷＳＴの位置（回転も含む）は、ウエハステージ駆動系３２内のレーザ干渉計によって計測されている。ウエハステージ駆動系３２は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。また、ウエハステージＷＳＴには、不図示のオートフォーカスセンサの計測情報に基づいて、走査露光中に露光領域（投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域）内でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの結像面に合わせ込むための合焦機構が組み込まれている。
【００２８】
また、主制御系２０には、ウエハＷの現像後にレジスト層に形成されるレジストパターンの断面形状を評価（予測）するためのコンピュータよりなるシミュレータ２２（演算装置）が接続されている。シミュレータ２２は、レジストパターンの断面形状を評価するためのプログラムを実行する。シミュレータ２２は、そのプログラムによって実行される機能（ソフトウェア上の機能）である後述の第１演算部２２ａ、第２演算部２２ｂ、及び第３演算部２２ｃを備えている。なお、これらの演算部２２ａ〜２２ｃを個別にハードウェアによって実現することも可能である。さらに、主制御系２０には、オペレータとの間で各種コマンド及び各種情報の入出力を行うための入出力部１９が接続されている。
【００２９】
以下、露光装置１００において、そのレジストパターンの断面形状を予め評価する動作を含む露光動作の一例につき図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１０１において、図１のレチクルステージＲＳＴ上に露光対象のレチクルＲをロードする。次のステップ１０２において、主制御系２０は、内部の記憶装置に記憶されているレチクルＲの露光データファイルからレチクルＲ上の最も微細なパターン（以下、単にレチクルＲのパターンという）の情報、レチクルＲに対する照明条件、投影光学系ＰＬの倍率及び開口数（不図示の開口絞りによって設定される）、並びにウエハ上の既知のレジストの感度（適正露光量）等の情報を読み出す。そして、主制御系２０は、照明制御系２１を介して、その読み出した照明条件に応じて照明瞳面１２における二次光源の形状を設定し、偏光光学系６における偏光照明を設定し、投影光学系ＰＬの開口数を設定する。走査露光時のウエハＷ上の各点に対する照明光ＩＬの露光パルス数をＮ、照明光ＩＬのウエハＷ上でのパルスエネルギーをＥＰＵとすると、ウエハＷに対する露光量（積算露光量）は、Ｎ×ＥＰＵとなる。従って、露光パルス数Ｎ及び／又はパルスエネルギーＥＰＵの制御によって露光量を制御できる。
【００３０】
レチクルＲのパターン、その照明条件（照明光ＩＬの波長、波長幅、二次光源の形状、偏光照明）、レジストの感度、及び投影光学系ＰＬの開口数等の情報はシミュレータ２２の記憶部にも格納される。
次のステップ１０３において、主制御系２０は、ウエハ上のレジストの厚さ（設定値）ｈ、透過率Ｔｈ、及び屈折率等の情報、並びにウエハのレジストの下地の反射率（基板反射率）ＷＲ（例えば０〜数％程度）の情報をその露光データファイルから入力し、この入力した情報をシミュレータ２２の記憶部に格納する。ウエハ上の第１レイヤに露光する際には、その基板反射率ＷＲは、レジスト塗布前のウエハの表面の反射率に等しい。さらに、ウエハの表面に反射防止膜が形成されている場合には基板反射率ＷＲは小さくなる。高性能の反射防止膜を形成すれば基板反射率ＷＲは低下するが、デバイスの製造工程が多くなり製造コストが増大する。従って、或る程度の基板反射率ＷＲがあっても高いスループットでデバイスを製造できるように、照明条件を含む露光条件を調整することが好ましい。
【００３１】
さらに、主制御系２０は、露光装置１００に関する露光データファイルから、投影光学系ＰＬの収差、液浸露光時の液体Ｌｑの屈折率、投影光学系ＰＬに対する平均的なフォーカス変動（デフォーカス）による結像誤差（例えば線幅誤差）、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの振動である像振動ＭＳＤによる結像誤差、照明光ＩＬの偏光度による結像誤差、並びに照明光学系ＩＬＳ及び投影光学系ＰＬのフレアによる結像誤差の情報を読み出し、これらのレチクルパターンの像の状態に影響を与える情報をシミュレータ２２の記憶部に格納する。
【００３２】
ここで、一例として、レチクルＲのパターンは、図２（Ａ）のＸ方向に解像限界程度の周期で形成されたライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンと言う）４１Ｘであるとする。また、この際の照明条件は、図２（Ｅ）に示すＺ方向に細長い二次光源４２Ｅ，４２Ｆを用いるＸ方向の２極照明で、レチクル面での照明光ＩＬの偏光状態をＹ方向の直線偏光（Ｖ偏光）であるとする。図２（Ｅ）において、円周４２Ｇは、照明瞳面１２においてコヒーレンスファクタ（σ値）を規定しており、二次光源４２Ｅ，４２Ｆの外側のエッジ部は円周４２Ｇに内接している。
【００３３】
さらに、一例として、Ｌ＆Ｓパターン４１Ｘの投影像の段階での線幅を３７．５ｎｍ、周期（ピッチ）を７５ｎｍとして、Ｌ＆Ｓパターン４１Ｘはその遮光部の透過率が６％のハーフトーンであるとする。これに応じて、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを１．３５（液浸法使用時）として、図２（Ｅ）の二次光源４２Ｅ，４２Ｆの外側のσ値（σout)を０．９８、内側のσ値（σin）を０．８４３（σin／σout ＝０．８６）とする。また、照明光ＩＬの偏光度を次のＤＳＰ又はＲＳＰで定義する。なお、以下の式において、Ｉｘは目標とする偏光成分（ここではＶ偏光）の強度、Ｉｙは目標とする偏光成分と異なる偏光成分（ここではＶ偏光に直交するＨ偏光）の強度である。
【００３４】
ＤＳＰ＝｜Ｉｘ−Ｉｙ｜／（Ｉｘ＋Ｉｙ）  …（１Ａ）
ＲＳＰ＝Ｉｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）            …（１Ｂ）
この場合、一例として、照明光ＩＬの偏光度ＤＳＰは０．８５（偏光度ＲＳＰは０．９２５）に設定される。
なお、照明条件として、図２（Ｃ）に示す円形の二次光源４２Ａ，４２Ｂを用いるＸ方向の２極照明を使用することも可能である。
【００３５】
図３（Ａ）及び（Ｃ）は、図１のウエハＷの露光面の一部を示す拡大図である。図３（Ａ）及び（Ｃ）において、ウエハＷ上に厚さｈのレジストＰＲが塗布されている。図２（Ｃ）の一方の二次光源４２Ａから射出されて、図２（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４１Ｘ及び投影光学系ＰＬを通過した０次光を図３（Ａ）及び（Ｃ）の入射角θ（ｒａｄ）の光束ＩＬ１として、その二次光源４２Ａから射出されてＬ＆Ｓパターン４１Ｘで回折されて投影光学系ＰＬを通過した１次回折光を図３（Ａ）の入射角θの光束ＩＬ２とする。このとき、光束ＩＬ１及びＩＬ２の干渉によって、レジストＰＲ内にＬ＆Ｓパターン４１Ｘの投影光学系ＰＬによる像４３Ｘ（図３（Ｂ）参照）に対応する強度分布、即ちレジストＰＲの表面に沿ったＸ方向に周期ＰＸの図３（Ｂ）の実線４４Ａで示す正弦波状の強度分布ＳＸが形成される。図３（Ｂ）及び後述の図３（Ｄ）において、光強度が高い部分ほど白く表されている。
【００３６】
上記のレチクルのパターン、照明条件（照明光ＩＬの波長、二次光源の形状等）、投影光学系ＰＬの倍率及び開口数、液体Ｌｑの屈折率、投影像に影響を与える情報（上記の投影光学系ＰＬの収差、フォーカス変動による誤差、ステージの振動（像振動）による誤差等）、レジストの厚さｈ、レジストの屈折率、並びにレジストの透過率Ｔｈ等の情報を用いることによって、図１のシミュレータ２２の第１演算部２２ａは強度分布ＳＸを計算することができる。この際に、光束ＩＬ１の強度は例えば所定の基準強度としておけばよい。また、近似的には、光束ＩＬ１及びＩＬ２を収差に応じて位相が部分的に変化する平面波で表して、それらの和の絶対値を求めることで強度分布ＳＸを計算できる。強度分布ＳＸは、振幅の１／２であるＡＸ１及び平均値ＡＸ２を用いて次のように近似的に表すことができ、そのコントラストＣＳＸは次のようになる。
【００３７】
ＳＸ＝ＡＸ１・sin（２π・Ｘ／ＰＸ）＋ＡＸ２  …（２Ａ）
ＣＳＸ＝（ＡＸ１／ＡＸ２）×１００（％）     …（２Ｂ）
実際には強度分布ＳＸには、図２（Ｃ）の他方の二次光源４２Ｂから射出されてＬ＆Ｓパターン４１Ｘを透過した０次光、及びＬ＆Ｓパターン４１Ｘで回折された１次光の干渉による同様の強度分布も重畳されている。Ｙ方向のＬ＆Ｓパターンの像の強度分布ＳＹについても同様に計算することができる。
【００３８】
なお、直接に強度分布ＳＸを計算する代わりに、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に示すように、予め投影像の強度分布のコントラストＣＳＸを低下させる誤差要因毎の感度（コントラストの低下量／各要因の変動量）を求めて記憶しておいてもよい。図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、及び図９（Ｄ）はそれぞれフォーカス変動（ｎｍ）、ステージの振動による像振動ＭＳＤ（ｎｍ）、照明光の偏光度ＲＳＰ、及び実効フレア（％）に起因するコントラストの低下量ΔＣを示している。実効フレア（Ｆef）とは、次のように投影光学系ＰＬのフレア（レンズフレア）ＦPLの０．５倍と、照明光学系ＩＬＳのフレア（照明フレア）ＦILS の０．２５倍との和で定義される。
【００３９】
Ｆef＝ＦPL×０．５＋ＦILS ×０．２５  …（３）
なお、レンズフレアＦPLの影響は、レチクルＲのパターンの開口率に比例し、レチクルＲの全面にＬ＆Ｓパターンが形成されている場合の開口率は０．５である。また、照明フレアＦILS の影響は、結像に寄与しない（０次光のみが通過するような）方向からの照明光と近似して計算する。
【００４０】
図９（Ａ）〜図９（Ｄ）より、フォーカス変動をＦz(ｎｍ）、像振動ＭＳＤをＶ（ｎｍ）、偏光度ＲＳＰをＰ、実効フレアをＦefとすると、予め実測又は計算によって求めて記憶されている感度（係数）ｋｚ、ｋｖ、ｋｐ、ｋｆを用いて、コントラストの低下量ΔＣは次のように表すことができる。
ΔＣ＝−ｋｚ・Ｆz2，ΔＣ＝−ｋｖ・Ｖ2，ΔＣ＝−ｋｐ（１−Ｐ），
ΔＣ＝−ｋｆ・Ｆef  …（４）
このように、フォーカス変動Ｆz 及び像振動Ｖに関しては、コントラストの低下量はＦz 及びＶの二次関数となり、それ以外の誤差要因によるコントラストの低下は一次関数である。また、フォーカス変動Ｆz 、像振動Ｖ、偏光度の誤差（１−Ｐ）、及び実効フレアＦefがそれぞれ０の場合（理想状態）に計算される強度分布ＳＸのコントラストをＣ0 とすると、式（４）を用いて上記の誤差要因がある場合のコントラストＣＳＸは次のように計算できる。
【００４１】
ＣＳＸ＝Ｃ0 −ｋｚ・Ｆz2 −ｋｖ・Ｖ2 −ｋｐ（１−Ｐ）−ｋｆ・Ｆef  …（５）
なお、ここでは転写対象のパターンがＸ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｘであるため、像振動Ｖとしては、Ｘ方向の像振動（Ｘ−ＭＳＤ）のみを考慮すればよい。
具体的に、図１０は、照明フレアＦILS が２．０％（Ｆef＝０．５％）、偏光度Ｐ（ＲＳＰ）が０．９２５の場合に、像振動Ｖ及びフォーカス変動Ｆz を次第に変化させながら式（５）を用いて計算したコントラストＣＳＸを示す。図１０において、横軸はＸ方向の像振動（Ｘ−ＭＳＤ）（ｎｍ）、縦軸はフォーカス変動Ｆz(ｎｍ）であり、実線の曲線で隔てられた領域ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３，ＣＦ４，ＣＦ５，ＣＦ６，ＣＦ７，ＣＦ８，ＣＦ９，ＣＦ１０，ＣＦ１１は、それぞれ計算されたコントラストＣＳＸが０．５−０．５２，０．４８−０．５，０．４６−０．４８，０．４４−０．４６，０．４２−０．４４，０．４−０．４２，０．３８−０．４，０．３６−０．３８，０．３４−０．３６，０．３２−０．３４，０．３−０．３２である領域を示している。
【００４２】
仮に必要とされるコントラストＣＳＸが０．４２であるとすると、図１０からフォーカス変動が３５ｎｍの場合の像振動（Ｘ−ＭＳＤ）の許容値はほぼ７ｎｍであることが分かる。
なお、この計算例では照明開口（二次光源）が小さいため波面収差の影響は小さいものとしているが、照明開口が大きい場合には波面収差の影響も考慮される。
【００４３】
また、レチクルＲのパターンが図２（Ｂ）に示すように、Ｘ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｘ及びＹ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｙを含む場合には、照明条件は、一例として図２（Ｄ）に示すように、十字型の４極の二次光源４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄを用いる４極照明となる。この場合には、Ｘ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｘの像の結像に関しては、Ｚ軸に平行に配列された２つの二次光源４２Ｃ，４２Ｄからの照明光はオフセット成分となる。従って、その像のＸ方向の強度分布ＳＸは、図３（Ｂ）の点線の曲線４４Ｂ（平均値が一致するようにレベル調整を行っている。）で示すようにコントラストが低下する。
【００４４】
次に、図３（Ｃ）において、光束ＩＬ１が透過率ＴｈのレジストＰＲを透過して、反射率ＷＲの下地で反射されることによって、下地（ウエハＷの表面）から反射光ＩＬ１Ｒが生じる。そして、光束ＩＬ１と反射光ＩＬ１Ｒとの干渉によって、レジストＰＲ中に図３（Ｄ）の実線４５Ａで示すＺ方向に周期ＰＺで強度分布ＳＺの定在波４３Ｚが形成される。図３（Ｃ）において光束ＩＬ１と反射光ＩＬ１ＲとがウエハＷの下地面に平行な面に対してなす角度φ（ｒａｄ）は、図３（Ａ）の角度θを用いて次のようになる。
【００４５】
φ＝π／２−θ  …（６）
従って、図１のシミュレータ２２の第２演算部２２ｂは、レチクルＲのパターン、その照明条件（照明光ＩＬの波長、二次光源の形状等）、投影光学系ＰＬの倍率及び開口数、液体Ｌｑの屈折率、レジストの屈折率、レジストの厚さｈ、レジストの透過率Ｔｈ、並びに基板反射率ＷＲ等の情報を用いて、ウエハＷ上のレジストＰＲ内に形成される定在波４３ＺのＺ方向の強度分布ＳＺを計算する。なお、例えばその角度φを用いて光束ＩＬ１及び反射光ＩＬ１Ｒを平面波で近似して、それらの和の絶対値を求めることによって強度分布ＳＺを計算してもよい。
【００４６】
定在波４３ＺのＺ方向の強度分布ＳＺは、振幅の１／２であるＢＸ１及び平均値ＢＸ２を用いて次のように近似的に表すことができ、そのコントラストＣＳＺは次のようになる。この際に、反射光ＩＬ１Ｒの位相は、反射時にπだけ変化するものとしている。
ＳＺ＝ＢＸ１・sin（２π・Ｚ／ＰＺ＋π）＋ＢＸ２  （０≦Ｚ≦ｈ）…（７Ａ）
ＣＳＺ＝（ＢＸ１／ＢＸ２）×１００（％）    …（７Ｂ）
実際には、強度分布ＳＺには、図３（Ａ）の光束ＩＬ２及び図４（Ｂ）に示す反射光ＩＬ２Ｒによる定在波、並びに図２（Ｃ）の他方の二次光源４２Ｂから射出されてＬ＆Ｓパターン４１Ｘを通過する０次光及び１次光に基づく定在波の強度分布も重畳されている。また、ウエハＷの基板反射率ＷＲが小さくなると、図３（Ｄ）の点線の曲線４５Ｂで示すように、定在波の強度分布ＳＺは全体として小さくなる。
【００４７】
そこで、図８のステップ１０４において、図１のシミュレータ２２の第１演算部２２ａは、上述のようにレチクルＲのパターン及び照明条件を含む露光条件を用いて、ウエハＷ上のレジストＰＲの表面に沿った方向（ここではＸ方向）のレチクルＲのパターンの像の例えば式（２Ａ）で近似できる強度分布ＳＸを計算する。さらに、第１演算部２２ａは強度分布ＳＸの式（２Ｂ）又は式（５）で表されるコントラストＣＳＸを計算し、これらの計算結果を記憶部に記憶する。この際の照明光ＩＬの強度は所定の基準強度とされている。
【００４８】
次のステップ１０５において、図１のシミュレータ２２の第２演算部２２ｂは、上述のようにレチクルＲのパターン、照明条件、及び基板反射率ＷＲを含む露光条件を用いて、ウエハＷ上のレジストＰＲ内に形成される定在波の例えば式（７Ａ）で近似できるＺ方向の強度分布ＳＺを計算し、この計算結果を記憶部に記憶する。
次のステップ１０６において、図１のシミュレータ２２の第３演算部２２ｃは、一例として、ステップ１０４で計算された強度分布ＳＸ及びステップ１０５で計算された強度分布ＳＺを加算することによって、次のようにウエハＷ上のレジストＰＲ層中のＸ方向及びＺ方向の照明光の強度分布Ｓ（Ｘ，Ｚ）を求める。この際に、本来の像の強度分布ＳＸのコントラストＣＳＸが小さい程、定在波の強度分布ＳＺの影響が大きくなる。
【００４９】
Ｓ（Ｘ，Ｚ）＝ＳＸ＋ＳＺ  …（８）
図４（Ａ）は、ウエハＷ上のレジストＰＲ中の強度分布Ｓ（Ｘ，Ｚ）の一例を等高線４６，４６Ａ〜４６Ｄで表したものである。また、レジストＰＲに対する露光量（積算露光量）は、照明光ＩＬの強度に露光時間を乗じたものであるため、その強度分布Ｓ（Ｘ，Ｚ）に想定される露光時間を乗じることによって、レジストＰＲ内の露光量分布を求めることができる。言い換えると、図４（Ａ）の等高線４６，４６Ａ〜４６Ｄを露光量の等高線ともみなすことができる。図４（Ａ）の露光量の等高線は、その露光時間（積算露光量）を複数に変えて複数回求められる。
【００５０】
次のステップ１０７において、第３演算部２２ｃは、式（８）で近似される強度分布Ｓ（Ｘ，Ｚ）を用いて、ウエハＷのレジストＰＲを現像した後に形成される図４（Ｃ）のレジストパターン４７の最小線幅ｄmin を予測する（求める）。例えば照明光ＩＬによる露光量をレジスト感度（適正露光量）に合わせたときに、図４（Ａ）の等高線４６がその適正露光量であるとする。このとき、等高線４６Ａは適正露光量より小さい露光量、等高線４６Ｃ，４６Ｄは適正露光量より大きい露光量をそれぞれ表している。なお、等高線４６，４６Ａ〜４６Ｄは、例えば画像データ上で実際にはもっと細かい間隔で多数描画される。
【００５１】
従って、照明光ＩＬを適正露光量で照射するときには、図４（Ａ）のレジストＰＲの現像後には、等高線４６がそのまま図４（Ｃ）のレジストパターン４７の断面形状となる。レジストパターン４７は、Ｘ方向のＬ＆Ｓパターンの像の強度分布及び定在波の強度分布によって、Ｚ方向にもその線幅が周期的に変化している。
なお、現像後のレジストパターン４７の形状は、レジストＰＲの露光後でその現像前に行われるＰＥＢ(post-exposure bake)（現像前ベーク）によっても或る程度影響を受ける。そこで、予めテストプリント等によってＰＥＢの影響（レジスト拡散効果）を求めておき、ステップ１０７でレジストパターンの形状を求める際にそのＰＥＢの影響を考慮して、レジストパターンを補正してもよい。
【００５２】
また、図４（Ｃ）のレジストパターン４７の最小線幅ｄmin を求める際に最大線幅ｄmax も求めておく。この場合、レジストパターン４７は、定在波４３Ｚ（図３（Ｄ）参照）の強度が最も大きい明部において最小線幅ｄmin となり、定在波４３Ｚの強度が最も小さい暗部において最大線幅ｄmax となる。そして、照明光ＩＬの露光量をその適正露光量に対して所定量ΔＥずつ増減させながら、複数の露光量でそれぞれ図４（Ａ）の強度分布Ｓ（Ｘ，Ｚ）から得られるレジストパターンの断面形状の最小線幅ｄmin 及び最大線幅ｄmax を求める。例えば照明光ＩＬの露光量を適正露光量よりも増加させた場合には、図４（Ａ）の等高線４６に対して等高線４６Ａ側にずれた等高線（不図示）が新たな断面形状を表す。
【００５３】
本実施形態では、一例としてその最大線幅ｄmax がレジストパターン４７の周期ＰＸの１／２（設計上の目標値）になるときの露光量を、実際にウエハを露光する際の露光量とする。そして、そのレジストパターン４７の最大線幅ｄmax がその目標値（＝ＰＸ／２）になるときの最小線幅ｄmin を、最終的に予測された最小線幅として、そのときの最大線幅ｄmax 及び最小線幅ｄmin を図１の主制御系２０に出力する。
【００５４】
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、投影像の段階で周期が７５ｎｍ（線幅が３７．５ｎｍ）のＸ方向のＬ＆Ｓパターンの像を、基板反射率ＷＲがそれぞれ０％、１％、２％のウエハのレジストに最大線幅が３７．５ｎｍになるという条件で投影して、現像した後に形成されることが計算によって予測されるレジストパターン４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃを示す。また、図５（Ｃ）の点線のレジストパターン４７Ｄは、基板反射率をさらに３％にした場合に予測されるパターンである。図５（Ａ）〜（Ｃ）より、基板反射率ＷＲが大きくなるに従って、レジストパターン４７Ａ〜４７Ｄの最小線幅ｄmin が小さくなり、倒れ易くなることが分かる。
【００５５】
また、図６（Ａ）は、周期が７５ｎｍ（線幅が３７．５ｎｍ）のＬ＆Ｓパターンの投影像のコントラストが異なる場合の、基板反射率ＷＲ（％）とレジストパターンの最小線幅ｄmin （ｎｍ）との予測される関係の一例を示す。図６（Ａ）において、曲線５１Ａは、図２（Ｃ）の２極照明を用いて投影像のコントラストが高い場合、曲線５１Ｂは、図２（Ｄ）の４極照明を用いて投影像のコントラストが低い場合、曲線５１Ｃは、その４極照明を用いて投影像のコントラストをさらに５％低くした場合にそれぞれ予測されるレジストパターンの最小線幅ｄmin である。
【００５６】
また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の場合と同じ条件下で、投影像のコントラストを１００％から５５％まで５％ずつ低下させた場合に、現像後のレジストパターンの最大線幅ｄmax が周期の１／２になるときの最小線幅ｄmin をシミュレーションによって求めたものである。図６（Ｂ）から、基板反射率が高いほど、定在波効果が大きくなって最小線幅ｄmin が小さくなるが、投影像のコントラストが高い場合には、基板反射率が高くなっても最小線幅ｄmin はあまり小さくならないことが分かる。
【００５７】
従って、予め複数の周期について図６（Ｂ）の特性を記憶しておき、図８のステップ１０４に対応する工程では、レチクルのパターンの投影像の式（２Ｂ）又は式（５）のコントラストを求め、ステップ１０５〜１０７に対応する工程では、基板反射率及びそのコントラストをそのパターンの周期に対応する図６（Ｂ）の特性に適用して、現像後のレジストパターンの最小線幅ｄmin を予測してもよい。この場合には、一度図６（Ｂ）の特性を計算しておけば、後は簡単に現像後のレジストパターンの最小線幅ｄmin を求めることができる。
【００５８】
また、図７は、図６（Ａ）の曲線５１Ｂの場合（４極照明）に、露光量を適正露光量に対して４％少なくした場合（曲線５２Ａ）、適正露光量とした場合（曲線５２Ｂ）、及び適正露光量に対して４％多くした場合（曲線５２Ｃ）の基板反射率とレジストパターンの最小線幅ｄmin との予測される関係の一例を示す。図７から、露光量を増大すると、最小線幅ｄmin がさらに小さくなって、レジストパターンが倒れ易くなることが分かる。なお、露光量の影響に基板反射率に対する依存性は殆どないことが分かる。
【００５９】
次に、図８のステップ１０８において、主制御系２０は、最小線幅ｄmin がその最大線幅ｄmax （又は周期ＰＸ）に応じて予め定められている所定の許容値以上であるかどうかを判定する。そして、最小線幅ｄmin がその許容値より小さいときには、そのレジストパターン４７は、例えば現像工程中の乾燥工程等で倒れる恐れがある。そこで、最小線幅ｄmin がその許容値より小さいときには、ステップ１０９に移行して一例としてオペレタータ・コールを行う。そして、例えばオペレータから主制御系２０に対して、照明条件、投影光学系ＰＬの開口数、基板反射率等のうちの少なくとも１つのデータの変更の指示があった場合には、ステップ１１０に移行して、主制御系２０は、変更された照明条件等のデータをシミュレータ２２の記憶部に格納する。その後は、ステップ１０４に戻り、シミュレータ２２がステップ１０４〜１０７までを実行して、ウエハＷのレジストＰＲ中の光強度分布を計算して、現像後のレジストパターン４７の最大線幅ｄmax 及び最小線幅ｄmin を予測する。
【００６０】
なお、ステップ１０９のようにオペレータ・コールを行うことなく、ステップ１０８からステップ１１０に直接移行して、予め定められた順序で、照明条件の変更等を行うようにしてもよい。
そして、ステップ１０８において、最小線幅ｄmin がその許容値以上であれば、ステップ１１１に移行して、ステップ１２１でレジストが塗布されたウエハＷ上にレチクルＲのパターンを実際に露光する。
【００６１】
即ち、図１の露光装置１００において、主制御系２０は、ステップ１０８で最小線幅ｄmin が許容値以上となったときに計算で使用された照明光学系ＩＬＳの照明条件、投影光学系ＰＬの開口数、及び露光量等の露光条件を設定する。その後、主制御系２０、レチクルステージ駆動系３１、及びウエハステージ駆動系３２の制御のもとで、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に駆動して、ウエハＷが走査開始位置にステップ移動される。続いて、液浸領域３６への液体Ｌｑの供給を開始し、照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴを介して照明領域に対してＹ方向に速度ＶＲでレチクルＲを走査するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介して露光領域に対してウエハＷ上の一つのショット領域を対応する方向に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査する走査露光が行われる。そのステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写される。
【００６２】
その後、ステップ１１２で、図１のウエハステージＷＳＴ上のウエハＷが次の未露光のウエハと交換されて、ステップ１１１においてそのウエハの露光が行われる。一方、ステップ１１１で露光済みのウエハは、露光装置１００からコータ・デベロッパ（不図示）に搬送され、ステップ１２２においてＰＥＢ（現像前ベーク）が行われた後、ステップ１２３において、ウエハのレジストの現像及び乾燥が行われる。次のステップ１２４において、現像したウエハの加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理が行われる。そして、次のステップ１２５において、必要に応じてリソグラフィ工程及び基板処理工程を繰り返した後、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）、及び検査ステップ等を経て半導体デバイス等のデバイスが製造される。
【００６３】
この際に、本実施形態では、ステップ１０８で予めレジストパターンの最小線幅ｄmin が許容値以上になるように照明条件等が設定されている。従って、レジストパターンの線幅は許容値以上であり、ステップ１２３のウエハの現像工程中にレジストパターンの倒れ等が生じることがなくなり、高いスループットでデバイスを高精度に製造できる。
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
【００６４】
（１）本実施形態の図１の露光装置１００に備えられて、ウエハＷ上のレジストＰＲに現像後に形成されるレジストパターンの断面形状を評価するシミュレータ２２（投影像評価装置）は、ステップ１０４において、レジストＰＲを露光する際の照明光ＩＬのレジストＰＲの表面に沿った方向（Ｘ方向）の強度分布のコントラスト情報（式（２Ａ）の強度分布ＳＸ及び／又は式（２Ｂ）（若しくは式（５））のコントラストＣＳＸ）を求める第１演算部２２ａを有する。さらに、シミュレータ２２は、ステップ１０５において、ウエハＷの基板反射率ＷＲからレジストＰＲにおける定在波４３Ｚの情報（式（７Ａ）の強度分布ＳＺ、式（７Ｂ）のコントラストＣＳＺ、及び基板反射率ＷＲのうちの少なくとも一つ）を求める第２演算部２２ｂと、ステップ１０６、１０７において、そのコントラスト情報とその定在波情報とに基づいて、レジストＰＲに現像後に形成されるレジストパターン（像）の最大線幅ｄmax 及び最小線幅ｄmin （線幅情報）を求める第３演算部２２ｃとを備えている。
【００６５】
本実施形態によれば、例えばそのコントラスト情報としてのレチクルのパターンの像の強度分布ＳＸにその定在波情報としての定在波の強度分布ＳＺを加算することで、そのレジストＰＲの断面内の２次元的な光強度分布が求められる。この光強度分布及びレジストＰＲの感度から、レジストＰＲに現像後に形成されるレジストパターンの断面形状、ひいては線幅情報を求めることができる。従って、実際にウエハＷの露光を行うことなく、ウエハＷのレジストに現像後に形成されるレジストパターンの断面形状を効率的に評価できる。
【００６６】
（２）また、第３演算部２２ｃは、そのレジストパターンの最大線幅ｄmax 及び最小線幅ｄmin （線幅情報）を求める（予測する）際に、照明光ＩＬの露光量をレジストＰＲの感度（適正露光量）を含む複数の露光量に設定している（ステップ１０７）。従って、最終的にレジストパターンで最適な線幅が得られるときの実際の適正な露光量を求めることができる。
【００６７】
（３）また、本実施形態では、ウエハＷのレジストＰＲは、照明光学系ＩＬＳ（照明系）からの照明光ＩＬでレチクルＲのパターン及び投影光学系ＰＬ（投影系）を介して露光される。そして、第１演算部２２ａは、ステップ１０４でレジストＰＲを露光する際のコントラスト情報を求める際に、照明光学系ＩＬＳの瞳面の照明光ＩＬの強度分布、投影光学系ＰＬの収差、及びレジストＰＲ（ウエハＷ）の投影光学系ＰＬの像面からのデフォーカス情報（予測されるデフォーカス量又はフォーカス変動）等を用いている。従って、高精度にそのコントラスト情報を求めることができる。なお、例えばレジストパターンの断面形状を大まかに評価する場合には、それらの情報のうち少なくとも一つの情報を用いてそのコントラスト情報を求めてもよい。
【００６８】
（４）また、ステップ１０６、１０７では、ウエハＷのレジストＰＲに形成されるパターンが図２（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４１Ｘの像である場合に、そのレジストＰＲに現像後に形成される図４（Ｃ）のレジストパターン４７の線幅情報を求める際に、その定在波の暗部（最も強度が小さい部分）でのレジストパターン４７のライン部の線幅（最大線幅ｄmax)が所定線幅（ここでは周期ＰＸの１／２）となるときの、その定在波の明部でのそのライン部の線幅（最小線幅ｄmin)を求めている。従って、そのレジストパターンの断面の最大線幅と最小線幅とを求めることができ、その断面を正確に評価できる。
【００６９】
（５）また、上記の実施形態の図８の露光方法は、照明光ＩＬでウエハのレジストを露光する露光方法において、ウエハに対する露光条件（照明条件、露光量等）を設定するステップ１０２と、上記のレジストパターンの断面の評価方法（投影像評価方法）を用いて、その設定された露光条件のもとでレジストに現像後に形成されるレジストパターンの線幅情報を求めるステップ１０４〜１０７と、その求められた線幅情報に基づいてその設定された露光条件を変更するステップ１１０とを有している。従って、実際に露光を行うことなく効率的に、レジストパターンの所望の断面形状が得られるように露光条件を設定できる。
【００７０】
（６）また、その露光方法は、その線幅情報を求めるステップ１０７でレジストパターンの最小線幅ｄmin を求め、この求められた最小線幅が所定の許容範囲以上となるように、その露光条件を変更している。従って、例えば実際にウエハを露光した後の現像工程におけるレジストパターンの倒れ等を確実に防止できる。
（７）また、図８の露光方法は、図１の露光装置１００の管理方法とみなすことも可能である。この管理方法は、照明光ＩＬでウエハＷ上のレジストを露光する露光装置１００の管理方法であって、露光装置１００においてレジスト（ウエハＷ）に対する露光条件を設定し（ステップ１０２、１０３）、上記の投影像評価方法を用いて、その設定された露光条件のもとでそのレジストに現像後に形成されるレジストパターン（像）の線幅情報を求め（ステップ１０４〜１０７）、その求められた線幅情報に基づいて露光装置１００による露光結果の評価を行うものである（ステップ１０８）。
【００７１】
この管理方法によれば、実際に露光装置で露光を行うことなく、現像後にウエハＷ上に形成されるレジストパターンの断面の状態を効率的に予測できるため、露光装置の負荷を軽減できる。
（８）この管理方法においては、さらにその露光結果の評価に基づいて、その設定された露光条件を変更することが好ましい（ステップ１０８、１１０）。これによって、実際に露光を行うことなく、現像後に所望の断面形状のレジストパターンを得るために露光条件を最適化できる。
【００７２】
（９）また、図１の露光装置１００は、照明光ＩＬでウエハＷのレジスト（感光層）を露光する露光装置において、上記の実施形態のシミュレータ２２（投影像評価装置）と、ウエハＷ（レジスト）に対する露光条件（照明条件等）を設定する照明制御系２１等（設定部）と、その設定された露光条件のもとでシミュレータ２２によって求められるレジストに現像後に形成されるレジストパターン（像）の線幅情報に基づいて、その設定された露光条件を変更する主制御系２０（制御部）とを備えている。従って、実際に露光を行うことなく、所望の断面のレジストパターンが得られるように露光条件を最適化できる。
【００７３】
（１０）この場合、シミュレータ２２はそのレジストパターンの最小線幅を求め（ステップ１０７）、主制御系２０は、この求められた最小線幅が所定の許容範囲（例えば現像工程中でレジストパターンが倒れない程度の線幅）以上となるように、その露光条件を変更することが好ましい（ステップ１１０）。
（１１）また、上記の実施形態のデバイス製造方法は、上記の実施形態の露光装置１００を用いてウエハＷ上のレジストを露光すること（ステップ１１１）と、その露光されたレジスト（ウエハＷ）を現像すること（ステップ１２３）と、を含むものである。この場合、予め露光前に、現像後のレジストパターンが所望の断面形状を持つように露光条件を最適化できるため、高いスループットでかつ高い歩留りでデバイスを製造できる。
【００７４】
なお、上記の実施形態では以下のような変更が可能である。
先ず、上記の実施形態では、レジストパターンの最小線幅ｄmin を許容値と比較している。しかしながら、その他に、例えばレジストパターンの断面の線幅の平均値を許容値と比較することも可能である。さらに、そのレジストパターンの断面の線幅の標準偏差（ばらつき）を許容値と比較してもよい。
【００７５】
次に、上記の実施形態では、転写対象のパターンはＸ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｘであるが、転写対象のパターン（レチクルのパターン）は、図２（Ｂ）のＹ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｙでもよい。この場合には、照明条件として、例えば図２（Ｃ）の二次光源を９０°回転した二次光源を用いる２極照明を使用すればよい。
また、転写対象のパターンは、Ｘ方向及び／又はＹ方向の種々の周期（線幅）のＬ＆Ｓパターンを含んでいるパターンであってもよい。この場合には、例えば最も周期（線幅）の小さいＬ＆Ｓパターンの像から得られるレジストパターンの最小線幅が許容値以上になるように照明条件等を調整すればよい。
【００７６】
さらに、転写対象のパターンは、例えば図１１（Ａ）に示すように、Ｙ方向に細長い複数のライン部６２をＸ方向に所定周期で配列したＬ＆Ｓパターン６３Ａ，６３Ｂと、Ｙ方向に長くライン部６２よりも線幅が広いラインパターン６１とがＸ方向に近接して形成されているパターンを含んでいてもよい。図１１（Ａ）のライン部６２及びパターン６３Ａ，６３Ｂ，６１の投影光学系ＰＬによる像をそれぞれ図１１（Ｂ）の像６２Ｐ及び像６３ＡＰ，６３ＢＰ，６１Ｐとする。この場合、例えばＬ＆Ｓパターンの像６３Ｐを現像して得られるレジストパターンの倒れ易さを評価するために、像６３Ｐ中でラインパターンの像６１Ｐに最も近いライン部の像６２ＰのコントラストＣ(62P) を以下のように定義する。
【００７７】
この場合、ＣＬは、像６２Ｐと像６１Ｐとの間のスペース部の中央の点６４Ｌにおける強度、ＣＲは、像６２Ｐとこれに隣接するライン部の像との間のスペース部の中央の点６４Ｒにおける強度、ＣＣは、像６２Ｐの中央の点６４Ｃにおける強度である。強度ＣＬ，ＣＲ，ＣＣは例えば計算によって求められる。そして、点６４Ｌ及び６４Ｒの平均強度Ｃavを次のように求める。
【００７８】
Ｃav＝（ＣＬ＋ＣＲ）／２  …（９）
この平均強度Ｃav及び強度ＣＣを用いて、一例としてライン部の像６２ＰのコントラストＣ(62P) を次式で定義する。
Ｃ(62P) ＝｜Ｃav−ＣＣ｜／（Ｃav＋ＣＣ）  …（１０）
そして、予めこのコントラストＣ(62P) 及び基板反射率を変化させた場合の像６２Ｐに対応するレジストパターンの最小線幅を求めておき、この最小線幅が許容値以上になるように照明条件等を調整してもよい。
【００７９】
さらに、レジストパターンの断面形状を評価する場合に、図３（Ｄ）の定在波４３Ｚの強度分布ＳＺと、図３（Ｂ）のレチクルのパターンの像４３Ｘの強度分布ＳＸとのコントラスト比（ＲＳＩ）を求めてもよい。式（２Ａ）の強度分布ＳＸの振幅の１／２であるＡＸ１と、式（７Ａ）の強度分布ＳＺの振幅の１／２であるＢＸ１とを用いて、一例として近似的に、そのコントラスト比（ＲＳＩ）は次のように表すことができる。
【００８０】
ＲＳＩ＝ＢＸ１／ＡＸ１      …（１１Ａ）
なお、式（７Ｂ）の定在波４３ＺのコントラストＣＳＺと、式（５）のレチクルのパターン像の強度分布のコントラストＣＳＸとを用いて、直接次式からコントラスト比（ＲＳＩ）を計算してもよい。
ＲＳＩ＝ＣＳＺ／ＣＳＸ２    …（１１Ｂ）
図１２は、図６（Ａ）の場合に、基板反射率ＷＲに対して定在波と像とのコントラスト比（ＲＳＩ）を計算したものであり、図１２の曲線５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃはそれぞれ２極照明、４極照明、及び４極照明で像のコントラストが５％低下した場合の計算結果を示す。この場合には、像のコントラストが低下している程、コントラスト比（ＲＳＩ）が増大して、現像後のレジストパターンが倒れやすくなる。そこで、例えば予めレジストパターンの最小線幅が上記の許容値になるときのコントラスト比（ＲＳＩ）の値を許容値ＲＳＩthとして求めておき、コントラスト比（ＲＳＩ）が許容値ＲＳＩth以下となるように露光条件を設定することによって、現像後に所望の断面形状のレジストパターンを得ることができる。
【００８１】
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置を用いて露光する場合にも適用することが可能である。また、本発明は、ドライ露光型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
また、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（及び対応する米国特許第  ６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのレチクルのパターンを投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を用いる場合にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光光として用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。ＥＵＶ光を用いる場合には、マスクは反射型であり、マスクパターンの照明用に反射光学部材からなる照明系が使用され、そのパターンを投影するために反射光学部材からなる投影系が使用される。
【００８２】
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたマスク（レチクル）を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含むものである。
【００８３】
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセス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の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。
【００８４】
また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより上記の実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００８５】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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ことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態の一例の露光装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）はレチクルのパターンの一例を示す拡大図、（Ｂ）はレチクルのパターンの他の例を示す拡大図、（Ｃ）は２極照明時の二次光源を示す図、（Ｄ）は４極照明時の二次光源を示す図、（Ｅ）は２極照明時の別の二次光源を示す図である。
【図３】（Ａ）は図２（Ａ）のパターンから発生してウエハＷに入射する光束の一部を示す拡大図、（Ｂ）は図３（Ａ）の光束による強度分布ＳＸを示す図、（Ｃ）はウエハＷに入射する光束とウエハＷからの反射光とを示す図、（Ｄ）は図３（Ｃ）の光束によって形成される定在波の強度分布ＳＺを示す図である。
【図４】（Ａ）はウエハＷのレジスト層中の強度分布を等高線で示す図、（Ｂ）はウエハＷのレジスト層中の光束の一部を示す図、（Ｃ）は現像後に形成されるレジストパターンの断面形状の一例を示す拡大図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、基板反射率を次第に大きくしたときのレジストパターンの断面形状の変化の一例を示す拡大図である。
【図６】（Ａ）は、複数の照明条件のもとで、基板反射率に対して現像後のレジストパターンの最小線幅を計算した結果の一例を示す図、（Ｂ）は、投影される像のコントラストを次第に小さくして、基板反射率に対して現像後のレジストパターンの最小線幅を計算した結果の一例を示す図である。
【図７】ウエハに対する露光量を変化させて、基板反射率に対して現像後のレジストパターンの最小線幅を計算した結果の一例を示す図である。
【図８】実施形態における露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、それぞれフォーカス変動、像振動、偏光度、及び実効フレアによる投影像のコントラストの変化の一例を示す図である。
【図１０】像振動（Ｘ−ＭＳＤ）及びフォーカス変動を変化させた場合の投影像のコントラストの変化の一例を示す図である。
【図１１】（Ａ）はＬ＆Ｓパターンとラインパターンとが混在するパターンの一例を示す図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のパターンの像を示す図である。
【図１２】複数の照明条件のもとで、基板反射率に対して定在波とレチクルのパターンの像とのコントラスト比を計算した結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＰＲ…レジスト、ＩＬＳ…照明光学系、６…偏光光学系、７Ａ〜７Ｃ…回折光学素子、２０…主制御系、２１…照明制御系、２２…シミュレータ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…演算部、３０…ノズルユニット、４１Ｘ，４１Ｙ…ライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｅ，４２Ｆ…二次光源、４７，４７Ａ〜４７Ｃ…レジストパターン、１００…露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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