(57)【要約】【課題】被検光学系の波面収差の測定において該被検光学系の瞳領域における周辺部分の照度を増加させる。【解決手段】被検光学系２０００の波面収差を測定するための測定装置は、ピンホール１２００Ａを有するピンホールマスク１２００Ｂと、ピンホールマスク１２００Ｂを照明する照明光学系３１４と、ピンホールマスク１２００Ｂと被検光学系２０００との間に配置されるテストパターン１１００Ａと、ピンホール１２００Ａ、テストパターン１１００Ａおよび被検光学系２００を通過した光によって被検光学系２０００の像面に形成される像を検出する検出部と、照明光学系３１４に配置又は挿入され、被検光学系２０００の瞳領域における周辺部分が該瞳領域における中央部分の照度よりも高い照度を有する部分を含むように該瞳領域における照度分布を制御する光学部材３１４ｂとを備える。【選択図】図１
2010109294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の波面収差を測定するための測定装置であって、
ピンホールを有するピンホールマスクと、
前記ピンホールマスクを照明する照明光学系と、
前記ピンホールマスクと前記被検光学系との間に配置されるテストパターンと、
前記ピンホール、前記テストパターンおよび前記被検光学系を通過した光によって前記被検光学系の像面に形成される像を検出する検出部と、
前記照明光学系に配置又は挿入され、前記被検光学系の瞳領域における周辺部分が前記瞳領域における中央部分の照度よりも高い照度を有する部分を含むように前記瞳領域における照度分布を制御する光学部材と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記照明光学系に配置される光学部材は、バイナリーオプティクスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記照明光学系と前記ピンホールの出口との間に配置又は挿入される第２の光学部材を更に備え、
前記光学部材は、前記照明光学系に配置された光学素子の透過率分布の不均一性を低減するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第２の光学部材は、バイナリーオプティクス又は拡散板である、
ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第２の光学部材が前記ピンホールの内部又は近傍に配置されている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記照明光学系に配置又は挿入される光学部材は、前記被検光学系の瞳領域に形成される照度分布が前記周辺部分においてピークを有するように前記瞳領域における照度分布を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
レチクルのパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
前記投影光学系の波面収差を測定するように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定装置を備える、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
デバイス製造方法であって、
請求項７に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
該基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系の波面収差を測定するための測定装置、該測定装置が組み込まれた露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、表示デバイス、磁気ヘッドデバイス等のデバイスを製造するために、レチクルのパターンを投影光学系によって基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート等）に投影して該基板を露光する露光装置が使用される。
【０００３】
露光装置には、レチクルのパターンを所定の倍率で正確に基板に投影することが要求される。この要求に応えるためには、投影光学系の収差を極限まで抑えることが重要である。特に、近年におけるデバイスのパターンの微細化により、パターンの良否が投影光学系の収差に対して敏感になってきている。また、デバイスの微細化に伴って、投影光学系の高ＮＡ化も進んでいる。このため、高ＮＡの投影光学系の光学特性（収差）を高精度に測定することが要望されている。
【０００４】
現在のところ、投影光学系の評価のためにその波面収差が測定されることが多い。波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式で近似することによって、そのファクターである球面収差、像面湾曲、非点収差、コマ収差などの収差を計算することができる。また、多種多様なパターンのプロセスマージンをシミュレーションによって予測する上でも波面収差の測定が重要視されている。投影光学系の波面収差は、例えば、シャック−ハルトマン法の原理を応用して測定することができる（特許文献１）。
【０００５】
図１４は、露光装置の投影光学系の波面収差を測定する方法（ＳＰＩＮ法）を説明するための図である。テストレチクル１０００Ａは、一方の面に形成されたテストパターン（パターン群）１１００Ａと、その反対の面に形成されたピンホール１２００Ａを有する。σ＞１又はσ＝１相当の照明角度を有する照明光でピンホール１２００Ａを照明し、ピンホール１２００Ａを通過し更にテストパターン１１００Ａから射出した光線は、互いに異なる角度の光線である。σは、照明光のＮＡ／投影光学系のＮＡで表される。これらの光線は、投影光学系２０００の瞳面２１００における互いに異なる位置を通過し、投影光学系２０００の波面収差の影響を受けて像面３０００に到達する。像面３０００に形成されるパターン（像）ＴＰＩの各々は、互いに異なる波面収差（位相）の影響を受けている。即ち、光線は波面の法線方向に進むため、像面３０００に形成されるパターンＴＰＩの各々は、波面の傾き量に応じてシフトすることになる。このようにして像面３０００に形成されるパターンＴＰＩの位置の基準位置からのずれ量を像面３０００上の複数点で測定し、これらの位置ずれ量に対応する波面の傾きに基づいて投影光学系２０００の波面収差を計算することができる。
【０００６】
以上のような波面収差の測定において、被検光学系（投影光学系）の瞳領域の全体における波面収差を測定するためには、瞳領域内の周辺（周縁）部分（σ＝１の位置近傍）にも光を入射させる必要がある。
【０００７】
また、被検光学系の瞳領域に入射する光の強度が不均一であると、像面に形成される像における線幅の不均一性やコントラストの低下などが発生する。通常は、像面に形成される像のエッジを検出することによって像の位置を計算する。線幅の不均一性は、計測場所に応じた測定誤差を発生させ、コントラストの低下は、エッジの検出精度を低下させる。
【０００８】
特許文献２には、広範囲の入射光を得るために、照明光学系に光学部材を配置することが開示されている。この方法によれば、照明光学系に拡散板や絞りなどの光学部材を配置することによって広範囲の光を得ることができる。
【０００９】
特許文献３には、テストレチクルにバイナリーオプティクスを配置し、このバイナリーオプティクスによってテストパターンを照明して、被検光学系の波面収差を測定することが開示されている。
【特許文献１】国際公開第０３／０２１３５２号パンフレット
【特許文献２】米国特許第７２８３２０２号明細書
【特許文献３】特開２００６−０８０４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示された方法では、投影光学系の瞳領域内の周辺部分に入射する光の強度が低下する。これは、σ＞１の光は照明光学系のσ絞りによって遮蔽されるためである。また、ｃｏｓ４乗則、瞳透過率分布、レジスト反射率などのように、光軸に対する光線の角度が大きくなると照度度が減衰するパラメータが存在する。したがって、瞳領域内の周辺部分を通過して像面に到達する光によって像面に形成される像のコントラストは低下する。投影光学系の高ＮＡ化が進むにつれて、テストパターンへの入射角度が大きくなるため、今後、瞳領域内の周辺部分を通過して像面に到達する光線によって像面に形成される像のコントラストが更に低下しうる。
【００１１】
特許文献３に記載された発明は、テストパターンを照明する光の角度をバイナリーオプティクスによって決定するものに過ぎず、特許文献３は、被検光学系の瞳領域内の周辺部分に入射する光の強度を増加させることとは無関係である。
【００１２】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、被検光学系の波面収差の測定において該被検光学系の瞳領域における周辺部分の照度を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の側面は、被検光学系の波面収差を測定するための測定装置に係り、前記測定装置は、ピンホールを有するピンホールマスクと、前記ピンホールマスクを照明する照明光学系と、前記ピンホールマスクと前記被検光学系との間に配置されるテストパターンと、前記ピンホール、前記テストパターンおよび前記被検光学系を通過した光によって前記被検光学系の像面に形成される像を検出する検出部と、前記照明光学系に配置又は挿入され、前記被検光学系の瞳領域における周辺部分が前記瞳領域における中央部分の照度よりも高い照度を有する部分を含むように前記瞳領域における照度分布を制御する光学部材とを備える。
【００１４】
本発明の第２の側面は、レチクルのパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記投影光学系の波面収差を測定するように構成された上記の測定装置を備える。
【００１５】
本発明の第３の側面は、デバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の露光装置によって基板を露光する工程と、該基板を現像する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、例えば、被検光学系の波面収差の測定において該被検光学系の瞳領域における周辺部分の照度を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、添付図面において、同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の露光装置又は測定装置の概略構成を示す図である。本発明の好適な実施形態の露光装置は、レチクルのパターンを投影光学系２０００によって、フォトレジスト（感光材料）が塗布された基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）に投影し該フォトレジストを露光するように構成されている。該フォトレジストには、パターンの投影によって潜像が形成される。該フォトレジストが現像されることによってレジストパターンが形成される。露光装置１には、投影光学系２０００を被検光学系として該被検光学系の波面収差を測定する測定装置が組み込まれている。
【００１９】
露光装置（測定装置）１は、光源３１２と、光源３１２から提供される光を使ってデバイス製造用のレチクル又はテストレチクル１０００Ａを照明する照明光学系３１４と、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系２０００とを備えている。露光装置（測定装置）１は、更に、デバイス製造用のレチクル又はテストレチクル１０００Ａを保持するレチクルステージ、および、基板を保持する基板ステージを備えうる。テストレチクル１０００Ａは、一般には、被検光学系である投影光学系２０００の波面収差の測定時にレチクルステージに固定される。テストレチクル１０００は、第１面および第２面を有し、該第１面に形成されたテストパターン１１００Ａと、該第２面に形成されたピンホールマスク１２００Ｂとを有する。テストパターン１１００Ａは、複数のパターンＴＰｂを含む。ピンホールマスク１２００Ｂは、遮光膜に形成されたピンホール１２００Ａを有する。なお、テストパターン１１００Ａとピンホールマスク１２００Ｂとは別個の部材に形成されてもよい。
【００２０】
図１０は、図１に例示する本発明の好適な実施形態の露光装置又は測定装置における投影光学系（被検光学系）２０００の波面収差の測定方法を示すフローチャートである。ここでは、一例として、ＳＰＩＮ法による波面収差の測定方法を説明する。この実施形態では、図１０に示す測定方法の実行は、露光装置１に備えられた制御部１５によって制御される。
【００２１】
ステップＳ１１１では、照度分布の最適化がなされる。ステップＳ１１１の詳細については、図８を参照しながら後述する。ステップＳ１１２では、テストレチクル１０００Ａがレチクルステージに固定される。
【００２２】
ステップＳ１１３では、照明光学系３１４の光路に光学部材３１４ｂが配置又は挿入された状態（光学部材３１４ｂは、ステップＳ１１１において照明光学系３１４の光路に挿入される。）で、ピンホール１２００Ａおよびテストパターン１１００Ａを通過した光により投影光学系２０００の瞳面２１００における瞳領域２１０２の全体が照明される。この光は、投影光学系２０００に入射し投影光学系２０００から射出するまでの間に瞳領域２１０２を通過する。また、この光線は、投影光学系２０００に入射し投影光学系２０００から射出するまでの間（投影光学系２０００を通過する間）に、投影光学系２０００の波面収差の法線方向に進む。よって、投影光学系２０００の像面３０００には、ピンホール１２００Ａ、テストパターン１１００Ａおよび投影光学系２０００を通過した光によって投影光学系２０００の波面収差の情報を含む像（光強度分布）が形成される。光学部材３１４ｂは、被検光学系である投影光学系２０００の瞳領域における周辺（周縁）部分（σ＝１近傍）が該瞳領域における中央部分の照度よりも高い照度を有する部分を含むように該瞳領域における照度分布を制御する。
【００２３】
ステップＳ１１４では、像面３０００に形成された像に含まれる複数のパターンＴＰＩのそれぞれの基準位置からのずれ量が測定される。この測定は、像面３０００に形成される像を検出することによりなされうる。或いは、この測定は、フォトレジストが塗布された基板を像面３０００に配置し感光させることで潜像を形成しこれを観察することにより、又は、該フォトレジストを現像してレジストパターンを形成して該レジストパターンを観察することにより、なされうる。この測定結果をＷＯ０３／０８８３２９号に記載されたような処理方法に従って処理することによって投影光学系２０００の波面収差を得ることができる。
【００２４】
テストパターン１１００Ａを構成するパターンＴＰｂは、図２（ａ）に例示されるように、開口部と、該開口部の両側に配置されたラインアンドスペースパターン部とを含みうる。或いは、テストパターン１１００Ａを構成するパターンＴＰｂは、図２（ｂ）に例示されるように、中央部分から周辺部分にライン又はスペースのピッチは一定でスペースの幅が徐々に減少するラインアンドスペースパターンを含みうる。或いは、テストパターン１１００Ａを構成するパターンＴＰｂは、太いラインの両側に細いラインを配置したパターンを含みうる。このようなテストパターンについては、ＷＯ０３／０８８３２９号に記載されている。パターンＴＰｂは、それを構成しているライン間のスペースが解像しない歪の少ない１つの大きなパターンと見なされうる。これらのパターンＴＰｂが図３に例示するように格子状に配列されて、テストパターン１１００Ａが構成されうる。
【００２５】
ＳＰＩＮ法では、投影光学系２０００の瞳領域２１０２内の周辺部分を通過した光によって投影光学系２０００の像面３０００に形成されるパターンＴＰＩの位置ずれ敏感度（投影光学系２０００の収差に対する敏感度）が高い。よって、投影光学系２０００の瞳領域２１０２内の周辺部分を通過した光によって形成されるパターンＴＰＩの位置ずれを精度よく測定することが、投影光学系２０００の波面収差の測定精度の向上をもたらす。したがって、投影光学系２０００の瞳領域２１０２内の周辺部分における照度を増加させることが好ましい。
【００２６】
特にパターンＴＰｂの像を基板上のフォトレジストに潜像として転写し観察するためには、発明者の経験によれば、像面３０００の測定範囲における照度分布ｈ（ｘ，ｙ）の最大値と最小値との差Δが該最大値の３０％以内であることが好ましい。このような条件を目標照明条件と呼ぶことにする。照明光学系３１４は、そのの光路に光学部材３１４ｂが配置された状態において、目標照明条件を満たす照度分布でテストパターン１１００Ａを照明する必要がある。
【００２７】
図１２は、参考例として、拡散板が取り付けられたテストレチクルを投影光学系２０００の物体面に配置し、σ＝０．９の照明条件でテストレチクルを照明した場合における像面３０００における照度分布ｈ（ｘ,ｙ）を示す図である。なお、図１２において、縦軸は、σ＝０における照度で規格化された照度を示している。
【００２８】
太線で示されるｈ（ｘ,ｙ）は、瞳領域の周辺部に相当する部分であり、目標照明条件を満たすことができない部分である。この部分では、基板上にコントラストの低い像が形成されるか、もしくは像が形成されず、波面収差の測定精度が低下する。
【００２９】
以下、投影光学系２０００の波面収差の測定時に照明光学系３１４の光路に配置又は挿入される光学部材３１４ｂの設計方法を説明する。なお、ここでは、説明の簡単化のために、照明光学系３１４がコンデンサレンズ３１４ａおよびフライアイレンズ３１４ｃを有し、投影光学系２０００の波面収差の測定時には照明光学系３１４の光路に光学部材３１４ｃが挿入されるものとして説明する。しかし、実際の照明光学系３１４は、更に多くの光学素子を含んで構成されうる。
【００３０】
まず、光源３１２を射出した光は、コンデンサレンズ３１４ａを通過した後に光学部材３１４ｂに入射し、光学部材３１４ｂによって照度分布ｆ（ｘ、ｙ）が形成される。照度分布ｆ（ｘ、ｙ）を形成する光は、フライアイレンズ３１４ｃを通過し、その際にフライアイレンズ３１４ｃの透過率分に相当する照度の低下が発生する。
【００３１】
照明光学系３１４を射出した光は、ピンホール１２００Ａを有するピンホールマスク１２００Ｂを照明し、ピンホール１２００Ａを通過した光がテストパターン１１００Ａを照明する。ピンホール１２００Ａとテストパターン１１００Ａとがなす角θのコサイン４乗則に従って照度が低下する。
【００３２】
テストパターン１１００Ａを射出した光は、投影光学系（被検光学系）２０００に入射し、投影光学系２０００の瞳透過率分布ｐ（ｘ、ｙ）に従って照度が低下する。投影光学系２０００を射出した光は、像面３０００に投影光学系２０００の収差の情報を含んだ像を形成する。この像には、パターンＴＰＩが含まれる。
【００３３】
像面３０００における照度分布ｈ（ｘ，ｙ）は、（１）式で表される。
【００３４】
ｈ（ｘ，ｙ）＝（ｆ（ｘ，ｙ）・ｆｙ（ｘ，ｙ））＊ｐｈ（ｘ，ｙ）・ｐ（ｘ，ｙ）・ｒｓ（ｘ，ｙ）・ｃｏｓ４θ  ・・・（１）式
ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は光学部材３１４ｂが形成する照度分布である。ｆｙ（ｘ，ｙ）はフライアイレンズ３１４ｃの透過率分布である。ｐｈ（ｘ，ｙ）はピンホール１２００Ａを表現する関数である。ｈ（ｘ，ｙ）は像面３０００における照度分布である。ｐ（ｘ，ｙ）は投影光学系２０００の瞳透過率分布である。ｒｓ（ｘ，ｙ）はレジスト反射率である（ｒｓ（ｘ，ｙ）はテストパターンをレジストに転写する場合にのみ考慮される）。（ｘ，ｙ）は光軸を中心とする座標をσ値に換算した座標である。θは光軸と光線とがなす角度である。＊はコンボリューション（畳み込み計算）である。
【００３５】
デバイスの製造のために基板を露光する際は、物体面のある一点には様々な角度の斜入射光が入射し、それらの和がその一点における照度となる。しかし、ＳＰＩＮ測定法では、物体面のある一点にはピンホール１２００Ａとその一点との位置関係で決定される角度の斜入射光のみが入射するので、その斜入射光によってその一点における照度が定まる。
【００３６】
よって、ＳＰＩＮ測定法において、像面における均一な照度というのは、斜入射光の強度が均一であることと等価である。
【００３７】
１つの方法によれば、（１）式の左辺に目標照明条件を満たす照度分布ｈｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）を代入するとともに右辺にｆｙ（ｘ，ｙ）、ｐｈ（ｘ，ｙ）、ｐ（ｘ，ｙ）、ｒｓ（ｘ，ｙ）を代入し、デコンボリューション（復元計算）が行われる。これにより、理想的なｆ（ｘ，ｙ）としてｆｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）を求めることができる。ここで、ｆｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）は、投影光学系２０００の瞳領域における周辺部分が該瞳領域における中央部分の照度よりも高い照度を有する部分を含みうる。或いは、ｆｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）は、投影光学系２０００の瞳領域における周辺部分においてピークを有する照度分布でありうる。
【００３８】
他の方法によれば、（１）式において実現可能な範囲でｆ（ｘ，ｙ）を変化させながら照度分布ｈ（ｘ，ｙ）を計算し、その照度分布ｈ（ｘ，ｙ）が目標照明条件を満たすｆ（ｘ，ｙ）が探し出される。
【００３９】
光学部材３１４ｂは、決定されたｆｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）を形成するように、例えばバイナリーオプティクス（例えば、ＣＧＨ）によって構成されうる。このようにして製作された光学部材３１４ｂを使用することにより、ｈｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）を実現できることができる。
【００４０】
また、光学部材３１４ｂを使用してＳＰＩＮ法を実施することにより、広範囲に均一な照度分布で各点のパターンＴＰＩを得ることができるため、高精度な収差測定を行うことができる。
【００４１】
ここで、ＳＰＩＮ法によって投影光学系等の被検光学系の波面収差を計算するために必要な測定領域について説明する。図１３は、測定領域を概念的に示す図である。ＳＰＩＮ法では、あるサイズを有するピンホールを使用するので、各測定データは、投影光学系の瞳面においてピンホールの径分の広がりをもった領域の波面収差の平均値となる。
【００４２】
波面収差を計算するための測定を行う範囲をσａとすると、σａ内における周辺部分の測定点（ｘ,ｙ）では、ピンホールの径分の広がりにおける一部がσａの範囲を超える。したがって、当該周辺部分の測定値については、波面収差の計算に使用するべきではない。
【００４３】
波面収差の計算に使用することができる瞳中心からの最大距離σｒは、（２）式に表される。
【００４４】
σａ≦σｒ＝１−ｐｈ
ここで、ｐｈはσ値に換算したピンホールの径である。
【００４５】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。
【００４６】
フライアイレンズ３１４ｃの透過率分布を完全に解消するように光学部材３１４ｂを製作することは難しく、照度に局所的な不均一性が生じうる。前述したとおり、照度の不均一性は、投影光学系等の被検光学系の像面に形成されるパターンＴＰＩａの線幅に影響を与える。よって、パターンＴＰＩの位置ずれの測定の際のエッジ検出精度が悪くなり、位置ずれの測定精度度が悪くなる。これにより、結果的に、被検光学系の波面収差の測定精度が低下する。
【００４７】
そこで、第２実施形態では、光学部材（第１の光学部材）３１４ｂのほかに、第２の光学部材５００を使用することによって、照度の不均一性を低減する。第２の光学部材５００は、照明光学系３１４とピンホールマスク１２００Ｂの出口との間に配置されればよい。第２の光学部材５００は、例えば、テストレチクル１０００Ａのピンホールマスク１２００Ｂの近傍に配置されることが好ましい。より具体的には、第２の光学部材５００は、テストレチクル１０００Ａのピンホールマスク１２００Ｂに張り付けられること、又は、ピンホール１２００Ａの内部に配置されることが好ましい。
【００４８】
図４は、本発明の第２実施形態の露光装置又は測定装置の概略構成を示す図である。第２実施形態は、照明光学系３１４とピンホールマスク１２００Ｂの出口との間に第２の光学部材５００が存在する点で第１実施形態と異なる。
【００４９】
第２の光学部材５００が形成する照度分布をｇ（ｘ，ｙ）とすると、投影光学系２０００の像面３０００に形成される照度分布ｈ（ｘ,ｙ）は、（３）式で表される。
【００５０】
ｈ（ｘ，ｙ）＝（ｆ（ｘ，ｙ）・ｆｙ（ｘ，ｙ））＊ｐｈ（ｘ，ｙ）＊ｇ（ｘ，ｙ）・ｐ（ｘ，ｙ）・ｒｓ（ｘ，ｙ）・ｃｏｓ４θ  ・・・（３）式
（３）式が（１）式と異なる点は、第２の光学部材５００によって形成される照度分布ｇ（ｘ、ｙ）が畳み込み計算に加わった点である。照明光学系３１４からの射出光に対する第２の光学部材５００によって畳み込み計算に相当する作用によって、フライアイレンズ３１４ｃの透過率ｆｙ（ｘ、ｙ）が平均化され、その不均一性が低減される。これにより、波面収差の測定を高精度化することができる。第２の光学部材５００は、バイナリーオプティクス又は拡散板によって構成されうる。
【００５１】
ここで、第２の光学部材５００によって形成される照度分布ｇ（ｘ、ｙ）について説明する。ピンホール１２００Ａの径は、例えば１００〜２００μｍ程度とされることが一般的であり、小さいため、第２の光学部材５００を構成するバイナリーオプティクスのサイズおよびセル数が限定される。セル数が少ないと、各セルの製造誤差が照度分布に与える影響が大きくなる。
【００５２】
そこで、第２の光学部材５００によって形成する照度分布ｇ（ｘ，ｙ）は、複雑な分布や、広い拡散角の分布ではなく、照度の７０％以上がσ＜０．３のような小σであるように構成されうる。ｇ（ｘ、ｙ）を小σとすることでバイナリーオプティクスの製作上の難易度が下がるため、製造誤差を少なくすることができる。
【００５３】
（３）式を解く際に、上記のようにｇｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）として小σを仮定することができる。第１実施形態と同様に、（３）式の左辺にｈｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）を代入するとともに右辺に設計値又は実測の照度分布、透過率分布等を代入し、デコンボリューションを行うことで理想的なｆ（ｘ，ｙ）としてｆｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）を求めることができる。
【００５４】
第１の光学部材３１４ｂと第２の光学部材５００を通過した光によってｈｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）を形成することができる。
【００５５】
ｈｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）を実現するように計算されたｆｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）とｇｉｄｅａｌ（ｘ，ｙ）の一方又は双方を実現することが難しい場合には、次のような方法を採用してもよい。即ち、実現可能な範囲のｆ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，ｙ）の組み合わせの中からｈｉｄｅａｌ（ｘ、ｙ）が目標照明条件を満たすものを探し出してもよい。
【００５６】
図５（ａ）、（ｂ）は、ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）を例示する図である。図６（ａ）は、図５（ａ）に示すｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）を使用して像面に形成されるｈ（ｘ，ｙ）を示す図である。図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示すｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）を使用して形成されるｈ（ｘ，ｙ）を示す図である。いずれのｈ（ｘ，ｙ）も均一ではないが、目標照明条件を満たす。
【００５７】
［照明条件の最適化］
次に、第１および第２実施形態の露光装置又は測定装置における照明条件の最適化（図１０のステップＳ１１１）について説明する。
【００５８】
図８は、図１０のステップＳ１１１における照明条件の最適化の処理を具体的に示すフローチャートである。図８に示す処理は、制御部１５によって制御される。
【００５９】
図７は、本発明の好適な実施形態の露光装置又は測定装置の構成を示す図である。図７では、被検光学系としての投影光学系２０００の波面収差測定に関連する構成要素として検出部１０および駆動部２０が示されている。なお、検出部１０および駆動部２０は、図１および図４では図示が省略されている。図９は、照度分布を例示する図である。
【００６０】
ステップＳ１２０では、照明光学系３１４の光路に光学部材３１４ｂが挿入される。このとき、後の重心位置計算を考慮して、光学部材３１４ｂで形成される照度分布が照明光学系３１４の絞り等によって蹴られないように第１コンデンサレンズ３１４ａおよび第２コンデンサレンズ３１４ｄの光軸方向位置（つまり倍率）を調節しておくとよい。
【００６１】
ステップＳ１２１では、光源３１２から照明光学系３１４に光が提供され、照明光学系３１４から射出される光によって投影光学系２０００を介して像面３０００に照度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が形成される。そして、照度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が検出部１０によって検出される。なお、このとき、テストレチクル１０００Ａは、光路に配置されていない。
【００６２】
検出部１０によって検出される照度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、（４）式で表される。
【００６３】
Ｉ（ｘ，ｙ）＝（ｆ（ｘ，ｙ）・ｆｙ（ｘ，ｙ））＊ｐｈ（ｘ，ｙ）・ｐ（ｘ，ｙ）・ｃｏｓ４θ  ・・・（４）式
ここで、設計値に基づいて計算される理想的な照度分布Ｉ（ｘ，ｙ）をＩｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）とする。
【００６４】
ステップＳ１２２では、制御部１５は、照度分布Ｉ（ｘ,ｙ）の重心位置（Ｇｘ,Ｇｙ）および倍率を計算する。重心位置（Ｇｘ,Ｇｙ）は、（５）式で表される。
【００６５】
（Ｇｘ,Ｇｙ）＝１／ｗ＊ΣΣＩ（ｘ,ｙ）・（ｘ,ｙ）  ・・・（５）式
前述のとおり、照明光学系の絞り等で照度分布Ｉ（ｘ,ｙ）が蹴られている場合、（５）式に従って正確に重心を求めることができなくなるので、照度分布Ｉ（ｘ,ｙ）の全体を計測することができるように倍率を調整しておくとよい。図９に示した例では、Ｉｉｄｅａｌ（ｘ、ｙ）の重心はｉｄｅａｌ（Ｇｘ,Ｇｙ）であり、（５）式に従って計算された重心はｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（Ｇｘ,Ｇｙ）である。
【００６６】
倍率は、σ＝１の領域に対するＩ（ｘ、ｙ）の領域の比、又は、Ｉｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）の分布領域に対するＩ（ｘ、ｙ）の分布領域に比として計算することができる。図９に示した例では、Ｉｉｄｅａｌ（ｘ、ｙ）の特徴的な分布の広さが”ｉｄｅａｌ  ｓｐａｎ”とされている。また、Ｉ（ｘ、ｙ）においてＩｉｄｅａｌ（ｘ、ｙ）の”ｉｄｅａｌ  ｓｐａｎ”を定めるσ値における照度と同じ照度を有するσ値の間隔が”ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ  ｓｐａｎ”とされている。倍率は、例えば、”ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ  ｓｐａｎ”／”ｉｄｅａｌ  ｓｐａｎ”として計算することができる。
【００６７】
ステップＳ１２３では、制御部１５は、計算した重心位置および倍率がＩｉｄｅａｌ（ｘ,ｙ）に対して許容範囲内であるか否かを判定する。ここで、許容範囲として、事前にｈ（ｘ,ｙ）が目標照明条件を満たすＩ（ｘ,ｙ）の重心および倍率の範囲をシミュレーションしておくとよい。なお、Ｉ（ｘ,ｙ）とｈ（ｘ,ｙ）との関係は、第１実施形態では（６）式で与えられ、第２実施形態では（７）式で与えられる。
【００６８】
ｈ（ｘ,ｙ）＝Ｉ（ｘ,ｙ）  ・・・（６）式
ｈ（ｘ,ｙ）＝Ｉ（ｘ,ｙ）＊ｇ（ｘ,ｙ）  ・・・（７）式
Ｉ（ｘ、ｙ）が許容範囲内であると判定した場合は、制御部１５は、照度分布の最適化を終了する。
【００６９】
Ｉ（ｘ、ｙ）が許容範囲外であると判定した場合、制御部１５は、ステップＳ１２４において、計算した重心位置および倍率に基づいて、第１コンデンサレンズ３１４ａおよび第２コンデンサレンズ３１４ｄの位置（つまり、倍率）の調整量を計算する。
【００７０】
ステップＳ１２５では、制御部１５は、ステップＳ１２４で計算した調整量に従って駆動部２０に第１コンデンサレンズ３１４ａおよび第２コンデンサレンズ３１４ｂを駆動させ、処理をステップＳ１２１に戻す。
【００７１】
ここで、種々のＮＡを有する被検光学系の波面収差を測定するように本発明の測定装置が構成される場合を考える。この場合には、基準ＮＡに対する被検光学系のＮＡの比に基づいて基準倍率に対する倍率変化量を計算し、倍率調整機構（３１４ａ、３１４ｂ）を利用して照明光学系の倍率を調整することによって照度分布を調整することができる。
【００７２】
光学部材３１４ｂは照明光学系３１４に対して挿脱可能であるので、複数の露光装置又は測定装置において共通の光学部材３１４ｂを使用して同一の照度分布を形成することができる。露光装置間で被検光学系である投影光学系のＮＡが異なる場合においても、倍率調整機構を利用して倍率に調整することによって照度分布を調整することができる。
【００７３】
上記の照度分布の最適化を図１０で示した波面収差の測定におけるステップＳ１１１において実施することにより、好ましい照度分布で波面収差を測定することができ、波面収差の測定精度が向上する。照度分布の変動が許容レベル以内である場合には、波面収差の測定のたびにステップＳ１１１を実施する必要はない。
【００７４】
［露光装置の制御方法］
図１１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の制御方法を示すフローチャートである。図１１に示す処理は、制御部１５によって制御される。ステップＳ１０１では、図１０に示す波面収差の測定が実施される。ステップＳ１０２では、制御部１５は、測定された波面収差が許容値以下であるか否かを判定し、許容値以下であれば、ステップＳ１０４に処理を進め、１又は複数の基板を露光する。一方、測定された波面収差が許容値を超える場合には、制御部１５は、ステップＳ１０３において、投影光学系２０００の光学素子を駆動することにより波面収差を調整する。
【００７５】
［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、前記露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の露光装置又は測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】テストパターンを例示する図である。
【図３】テストパターンを例示する図である。
【図４】本発明の第２実施形態の露光装置又は測定装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１および第２の光学部材によって形成される照度分布を例示する図である。
【図６】図５に示すｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）を使用して像面に形成されるｈ（ｘ，ｙ）を示す図である。
【図７】本発明の好適な実施形態の露光装置又は測定装置の構成を示す図である。
【図８】図１０のステップＳ１１１における照明条件の最適化の処理を具体的に示すフローチャートである。
【図９】照度分布の最適化を説明するための図である。
【図１０】波面収差の測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の好適な実施形態の露光装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１２】被検光学系の像面における照度分布の参考例を示す図である。
【図１３】測定領域を概念的に示す図である。
【図１４】露光装置の投影光学系の波面収差を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  検出部
１５  制御部
２０  駆動部
３１２  光源
３１４  照明光学系
３１４ａ  第１コンデンサレンズ
３１４ｂ  光学部材（第１の光学部材）
３１４ｃ  フライアイレンズ
３１４ｄ  第２コンデンサレンズ
５００  第２の光学部材
１０００Ａ  レチクル
１１００Ａ  テストパターン
１２００Ａ  ピンホール
１２００Ｂ  ピンホールマスク
２０００  投影光学系（被検光学系）
３０００  像面
【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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【図１３】
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【図１４】
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