(57)【要約】【課題】パターンから発生する回折光の投影光学系の瞳面における光量分布を効率的に、かつ高精度に計算する。【解決手段】レチクルのパターンからの光による投影瞳面における光量分布を計算する方法であって、そのパターンのうち周期が異なる複数のパターンを第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する０次光及び１次回折光の強度情報の計算結果が記録されたテーブル、そのパターンから得られたフーリエ変換パターン、及び照明瞳の情報を入力するステップ１１２〜１１６と、照明瞳の複数の部分照明瞳毎に、そのフーリエ変換パターンから分離された複数の部分フーリエ変換パターンをそのテーブルを用いて修正して得られるフーリエ変換パターンに基づいて投影瞳面における部分光量分布を求めるステップ１１８〜１２２と、を有する。【選択図】図９
2014116438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算する計算方法であって、
前記所定パターンのうち互いに周期が異なる複数の周期パターンを互いに異なる第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する互いに異なる次数の第１及び第２の回折光の強度情報の計算結果が記録されたテーブルの情報を入力することと、
前記所定パターンを二次元のパターンとみなして計算して得られた前記所定パターンのフーリエ変換パターンの情報を入力することと、
前記所定パターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報を入力することと、
前記フーリエ変換パターンの情報を用いて、前記フーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離することと、
前記照明瞳の情報を用いて、前記照明瞳を複数の部分照明瞳に分割し、前記部分照明瞳毎に、前記テーブルを用いて前記複数の部分フーリエ変換パターンを修正して得られる修正後の部分フーリエ変換パターンに基づいて前記投影光学系の瞳面における部分光量分布を求めることと、
前記部分照明瞳毎に求められる前記部分光量分布を加算して光量分布を求めることと、
を含む光量分布の計算方法。
【請求項２】
前記テーブルを作成する際に使用する前記第１及び第２の入射角は、それぞれ垂直入射の角度及び前記所定パターンに入射可能な光の最大傾斜角である請求項１に記載の計算方法。
【請求項３】
前記テーブルにその強度が記録される前記第１及び第２の回折光は、０次光及び１次光である請求項１又は２に記載の計算方法。
【請求項４】
前記フーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離することは、
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに異なる複数の１次回折光を前記複数の部分パターンからの回折光として選択することと、
前記複数の１次回折光の各強度に基づいて、前記０次光の強度のうち、前記複数の部分パターンからの０次光の強度を求めることと、
を含む請求項３に記載の計算方法。
【請求項５】
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに異なる複数の１次回折光を前記複数の部分パターンからの回折光として選択することは、
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに整数倍の関係にある複数の回折光を同一の前記部分パターンからの回折光として選択することを含む請求項４に記載の計算方法。
【請求項６】
前記部分照明瞳毎に、前記テーブルを用いて前記複数の部分フーリエ変換パターンを修正して前記修正後の部分フーリエ変換パターンを求めることは、
前記部分照明瞳に対応して求められる前記パターンに対する光の入射角に応じて、前記テーブルの前記第１及び第２の入射角に関して記録されている前記第１及び第２の回折光の強度情報を内挿又は外挿して得られる強度に基づいて、前記部分フーリエ変換パターン中の前記第１及び第２の回折光の強度を修正することを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の計算方法。
【請求項７】
照明光学系からの光で照明された所定パターンの像を形成する投影光学系の光学特性の計算方法において、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光量分布の計算方法を用いて前記投影光学系の瞳面における前記所定パターンからの光の光量分布を求めることと、
前記投影光学系の瞳面における光量分布の情報を用いて前記投影光学系の光学特性を求めることと、
を含む計算方法。
【請求項８】
照明光学系からの光で所定パターンを照明し、前記光で前記所定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において、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光量分布の計算方法を用いて前記投影光学系の瞳面における前記所定パターンからの光の光量分布を求めることと、
前記投影光学系の瞳面における光量分布の情報に基づいて前記投影光学系の光学特性の変動量を求めることと、
求められた前記光学特性の変動量を補正することと、
を含む露光方法。
【請求項９】
所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算する計算装置であって、
前記所定パターンのうち互いに周期が異なる複数の周期パターンを互いに異なる第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する互いに異なる次数の第１及び第２の回折光の強度情報の計算結果が記録されたテーブルの情報と、前記所定パターンを二次元のパターンとみなして計算して得られた前記所定パターンのフーリエ変換パターンの情報と、前記所定パターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報と、を記憶する記憶装置と；
前記フーリエ変換パターンの情報を用いて、前記フーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離し、前記照明瞳の情報を用いて、前記照明瞳を複数の部分照明瞳に分割し、前記部分照明瞳毎に、前記テーブルを用いて前記複数の部分フーリエ変換パターンを修正して得られる修正後の部分フーリエ変換パターンに基づいて前記投影光学系の瞳面における部分光量分布を求め、前記部分照明瞳毎に求められる前記部分光量分布を加算して光量分布を求める演算装置と
を備える光量分布の計算装置。
【請求項１０】
前記テーブルを作成する際に使用される前記第１及び第２の入射角は、それぞれ垂直入射の角度及び前記所定パターンに入射する光の最大傾斜角であるである請求項９に記載の計算装置。
【請求項１１】
前記テーブルにその強度が記録される前記第１及び第２の回折光は、０次光及び１次光である請求項９又は１０に記載の計算装置。
【請求項１２】
前記演算装置は、
前記フーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離するために、
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに異なる複数の１次回折光を前記複数の部分パターンからの回折光として選択し、
前記複数の１次回折光の各強度に基づいて、前記０次光の強度のうち、前記複数の部分パターンからの０次光の強度を求める請求項１１に記載の計算装置。
【請求項１３】
前記演算装置は、
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに異なる複数の１次回折光を前記複数の部分パターンからの回折光として選択するために、
前記フーリエ変換パターンにおいて０次光からの距離が互いに整数倍の関係にある複数の回折光を同一の前記部分パターンからの回折光として選択する請求項１２に記載の計算装置。
【請求項１４】
前記演算装置は、
前記部分照明瞳毎に、前記テーブルを用いて前記複数の部分フーリエ変換パターンを修正して前記修正後の部分フーリエ変換パターンを求めるために、
前記部分照明瞳に対応して求められる前記パターンに対する光の入射角に応じて、前記テーブルの前記第１及び第２の入射角に関して記録されている前記第１及び第２の回折光の強度情報を内挿又は外挿して得られる強度に基づいて、前記部分フーリエ変換パターン中の前記第１及び第２の回折光の強度を修正する請求項９〜１３のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項１５】
照明光学系からの光で照明された所定パターンの像を形成する投影光学系の光学特性の計算装置において、
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の光量分布の計算装置を備え、
該計算装置は、前記演算装置によって求められる前記投影光学系の瞳面における前記所定パターンからの光の光量分布の情報を用いて前記投影光学系の光学特性を求める光学特性算出装置を含む計算装置。
【請求項１６】
照明光学系からの光で所定パターンを照明し、前記光で前記所定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いて、
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の光量分布の計算装置と、
前記計算装置によって求められる前記投影光学系の瞳面における前記所定パターンからの光の光量分布の情報に基づいて前記投影光学系の光学特性の変動量を求め、該光学特性の変動量を補正する制御装置と、
を備える露光装置。
【請求項１７】
請求項８に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の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、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項１９】
所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算するための、請求項１〜６のいずれか一項に記載の計算方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンから発生する光の光量分布を計算する計算技術、その光量分布を計算するためのプログラムを記録した記録媒体、パターンの像を形成する投影光学系の光学特性を計算する計算技術、それらの計算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。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等の電子デバイス（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）が目標とする範囲内に維持される必要がある。これに関して、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。
【０００３】
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、一例として、初めてレチクルを使用する際には、実際に基板の露光を行う前に、積算照射エネルギーに応じてどのように投影光学系の光学特性が変動するかを計測しておき、露光中には、その計測結果及び積算照射エネルギーに基づいて光学特性の変動量を予測していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように、例えばレチクルを初めて使用する毎に、露光前に予めどのように光学特性が変動するのかを計測しておく方法を実行すると、露光工程の生産性（スループット）が低下する恐れがある。そこで、例えば積算照射エネルギーに応じてどのように投影光学系の光学特性が変動するのかを計算によって求めることが好ましい。このためには、レチクルのパターンから発生する回折光（０次光を含む）が投影光学系の瞳面（又は入射瞳若しくは射出瞳）でどのような光量分布になるのかを高精度に計算する必要がある。
【０００６】
また、最近のレチクルはパターンがますます微細化しているため、例えばそのパターンが薄膜に形成されている場合に、回折光の光量分布を正確に計算するためには、そのパターンをその薄膜の構造を含む三次元のパターンとみなす必要がある。しかしながら、実際のレチクルのパターンを三次元のパターンとみなして、例えば厳密な電磁場解析（例えばマックスウェル方程式）によってそのパターンから発生する回折光の光量分布を計算しようとすると、計算量及び計算時間が膨大になり、実用性が低下する。このため、より少ない計算量で比較的高精度に光量分布を計算できることが好ましい。
【０００７】
本発明の態様は、このような事情に鑑み、例えば露光用のパターンから発生する回折光の投影光学系の瞳面における光量分布を効率的に、かつ高精度に計算できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算する光量分布の計算方法が提供される。この計算方法は、その所定パターンのうち互いに周期が異なる複数の周期パターンを互いに異なる第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する互いに異なる次数の第１及び第２の回折光の強度情報の計算結果が記録されたテーブルの情報を入力することと、その所定パターンを二次元のパターンとみなして計算して得られたその所定パターンのフーリエ変換パターンの情報を入力することと、その所定パターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報を入力することと、そのフーリエ変換パターンの情報を用いて、そのフーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離することと、その照明瞳の情報を用いて、その照明瞳を複数の部分照明瞳に分割し、その部分照明瞳毎に、そのテーブルを用いてその複数の部分フーリエ変換パターンを修正して得られる修正後の部分フーリエ変換パターンに基づいてその投影光学系の瞳面における部分光量分布を求めることと、その部分照明瞳毎に求められるその部分光量分布を加算して光量分布を求めることと、を含むものである。
【０００９】
また、第２の態様によれば、照明光学系からの光で照明された所定パターンの像を形成する投影光学系の光学特性の計算方法において、第１の態様の光量分布の計算方法を用いてその投影光学系の瞳面におけるその所定パターンからの光の光量分布を求めることと、その投影光学系の瞳面における光量分布の情報を用いてその投影光学系の光学特性を求めることと、を含む計算方法が提供される。
また、第３の態様によれば、照明光学系からの光で所定パターンを照明し、その光でその所定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において、本発明の態様の光量分布の計算方法を用いてその投影光学系の瞳面におけるその所定パターンからの光の光量分布を求めることと、その投影光学系の瞳面における光量分布の情報に基づいてその投影光学系の光学特性の変動量を求めることと、求められたその光学特性の変動量を補正することと、を含む露光方法が提供される。
【００１０】
また、第４の態様によれば、所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算する光量分布の計算装置が提供される。この計算装置は、その所定パターンのうち互いに周期が異なる複数の周期パターンを互いに異なる第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する互いに異なる次数の第１及び第２の回折光の強度情報の計算結果が記録されたテーブルの情報と、その所定パターンを二次元のパターンとみなして計算して得られたその所定パターンのフーリエ変換パターンの情報と、その所定パターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報と、を記憶する記憶装置と、そのフーリエ変換パターンの情報を用いて、そのフーリエ変換パターンから互いに周期が異なる部分パターンによって生成される複数の部分フーリエ変換パターンを分離し、その照明瞳の情報を用いて、その照明瞳を複数の部分照明瞳に分割し、その部分照明瞳毎に、そのテーブルを用いてその複数の部分フーリエ変換パターンを修正して得られる修正後の部分フーリエ変換パターンに基づいてその投影光学系の瞳面における部分光量分布を求め、その部分照明瞳毎に求められるその部分光量分布を加算して光量分布を求める演算装置と、を備えるものである。
【００１１】
また、第５の態様によれば、照明光学系からの光で照明された所定パターンの像を形成する投影光学系の光学特性の計算装置において、第４の態様の光量分布の計算装置を備え、この計算装置は、その演算装置によって求められるその投影光学系の瞳面におけるその所定パターンからの光の光量分布の情報を用いてその投影光学系の光学特性を求める光学特性算出装置を含む計算装置が提供される。
また、第６の態様によれば、照明光学系からの光で所定パターンを照明し、その光でその所定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いて、本発明の態様の光量分布の計算装置と、その計算装置によって求められるその投影光学系の瞳面におけるその所定パターンからの光の光量分布の情報に基づいてその投影光学系の光学特性の変動量を求め、該光学特性の変動量を補正する制御装置と、を備える露光装置が提供される。
【００１２】
また、第７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。
また、第８の態様によれば、所定パターンからの光を受光する投影光学系の瞳面における光量分布を計算するための、本発明の態様の光量分布の計算方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、その所定パターンが三次元のパターンであっても、例えば厳密な電磁場解析を行う場合よりも効率的に、かつその所定パターンを二次元のパターンとみなして計算した場合よりも高精度に、その所定パターンから発生する回折光の投影光学系の瞳面における光量分布を計算できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の露光装置の制御系等を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は周期パターンの一例を示す拡大平面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のパターンに照明光が垂直入射する場合を示す断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）のパターンに照明光が最大傾斜角で入射する場合を示す断面図である。
【図４】ライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）に照明光が垂直入射及び斜入射する場合のピッチ（周期）に応じた２つの回折光の振幅の厳密な計算結果の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）は実露光用のレチクルのパターンの一例の一部を示す拡大平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）の断面図、（Ｃ）は図５（Ａ）のパターンを二次元のパターンと見たときのフーリエ変換パターンの一例を示す図である。
【図６】（Ａ）は第１のＬ＆Ｓパターンの１次以上の回折光のフーリエ変換パターンを示す図、（Ｂ）は第２のＬ＆Ｓパターンの１次以上の回折光のフーリエ変換パターンを示す図、（Ｃ）は第１のＬ＆Ｓパターンの０次及び１次の回折光のフーリエ変換パターンを示す図、（Ｄ）は第２のＬ＆Ｓパターンの０次及び１次の回折光のフーリエ変換パターンを示す図である。
【図７】（Ａ）は照明瞳の一例を示す図、（Ｂ）は照明瞳の分割方法の一例を示す図、（Ｃ）は第１の部分照明瞳を示す図、（Ｄ）は第１の部分照明瞳とフーリエ変換パターンとをコンボリューションした結果の一例を示す図、（Ｅ）は第２の部分照明瞳を示す図、（Ｆ）は第２の部分照明瞳とフーリエ変換パターンとをコンボリューションした結果の一例を示す図である。
【図８】（Ａ）は複数の光量分布を積算した結果の一例を示す図、（Ｂ）は投影光学系の瞳面における光量分布の一例を示す図である。
【図９】（Ａ）は光量分布の計算の準備工程の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は光量分布の計算及び露光工程の一例を示すフローチャートである。
【図１０】（Ａ）は照明瞳の一例を示す図、（Ｂ）は二次元パターンとして計算した光量分布を示す図、（Ｃ）は本実施形態の方法で計算した光量分布を示す図、（Ｄ）は実測した光量分布を示す図である。
【図１１】（Ａ）は他のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のパターンを二次元のパターンと見たときのフーリエ変換パターンの一例である。
【図１２】種々のパターンに関して本実施形態の計算方法及び他の計算方法で計算して得られた１次光と０次光との光量比の一例を示す図である。
【図１３】本実施形態の計算方法及び他の計算方法で計算して得られたＬ＆Ｓパターンから発生する回折光の光量分布の一例を示す図である。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の一例につき図１〜図１３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Ｙ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ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方向とも呼ぶ。
【００１６】
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から射出された照明光ＩＬ（回折光）の投影光学系ＰＬの瞳面ＰＬＰ（又は入射瞳若しくは射出瞳）における光量分布を計算する計算装置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）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。
【００１７】
照明光ＥＬ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ＥＬ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（照明瞳）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の射出面が照明瞳面ＩＰＰである。
【００１８】
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の光量分布（光強度分布）を円形領域、複数極領域、又は輪帯状の領域等で光量（光強度）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。照明瞳面ＩＰＰで光量が大きくなる領域を照明瞳ＩＬＰと呼ぶものとする。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。照明光学系ＩＬＳは、さらにその面光源からの照明光ＥＬ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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ＤＰ１（図５（Ａ）参照）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（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。
【００２１】
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。
【００２２】
図１において、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の瞳面（以下、投影瞳面という。）ＰＬＰ又はこの近傍に開口絞りＡＳが設置されている。投影瞳面ＰＬＰ（並びに入射瞳及び射出瞳）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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
さらに、投影光学系ＰＬには、内部の所定の複数の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（波面収差）の光学特性（結像特性を含む）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（特許文献１）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、ウエハステージＷＳＴに投影瞳面ＰＬＰの光量分布（光強度分布）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が形成された平板状のガラス基板２１Ａと、そのピンホール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２１Ｄと、これらの部材を保持する筐体２１Ｄとを有する。ガラス基板２１Ａのピンホールを露光領域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（又は射出瞳）に対して撮像素子２１Ｃの受光面は光学的に共役になる。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の光量分布を計測できる。計測された光量分布は主制御装置１４に供給される。
【００２９】
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。記憶部５２及び演算部５４を含んで、レチクルＲからの回折光による投影瞳面ＰＬＰの光量分布を計算する計算装置１０（詳細後述）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。
【００３０】
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Ｙ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。
【００３１】
このような露光を継続すると、レチクルＲのデバイス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の光学特性（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投影瞳面ＰＬＰにおける光量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、投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布から収束まで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の光学特性の変動量が計算できる。
【００３２】
なお、ウエハステージＷＳＴを駆動して計測部２０を露光領域ＩＡに移動することで投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布は計測できるが、露光工程のスループットの低下を抑制するためには、計測部２０を用いた光量分布の計測は省略できることが好ましい。そこで、以下、計算装置１０を用いてレチクルＲから発生する回折光の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を計算する方法、及びこの計算結果を用いて光学特性を補正しながらウエハＷを露光する方法の一例につき説明する。
【００３３】
また、レチクルＲのデバイスパターンＤＰ１は、図５（Ａ）に示すように、Ｘ方向にピッチ（周期）ｐ１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）６２Ａと、Ｘ方向にピッチｐ１よりも小さいピッチｐ２のＬ＆Ｓパターン６２Ｂとを含み、これらのＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂは、平板状の光透過性のガラス基板５６の下面の遮光性の薄膜５８に形成されているものとする。この場合、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのライン部６２Ａａ，６２Ｂａは薄膜５８中のＹ方向に細長い長方形の開口パターンであり、スペース部６２Ａｂ，６２Ｂｂは薄膜５８の部分であり、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのデューティ比（ライン部の幅とスペース部の幅との比）は１：１である。
【００３４】
さらに、図５（Ｂ）に示すように、一例として、薄膜５８は、厚さｄ１の例えばクロム（Ｃｒ）等の金属よりなる第１薄膜５８ａと、厚さｄ２の例えば酸化クロム（ＣｒＯ3）等の酸化膜よりなる第２薄膜とを積層したものである。一例として、厚さｄ１は８０〜９０ｎｍ（例えば８５ｎｍ）程度、厚さｄ２は１０〜２０ｎｍ（例えば１５ｎｍ）程度であり、薄膜５８の厚さは１００ｎｍ程度である。また、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのピッチｐ１，ｐ２は例えば２００ｎｍ程度より小さいため、デバイスパターンＤＰ１は、薄膜５８の影響が無視できない三次元パターンとみなすことができる。従って、デバイスパターンＤＰ１から発生する回折光（０次光を含む）の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を高精度に計算するためには、薄膜５８の影響を考慮する必要がある。一方、デバイスパターンＤＰ１に関して照明条件に応じて厳密な電磁場解析を行うものとすると計算量及び計算時間が膨大となり、実用性が低下する。そこで、本実施形態では、以下のように、照明条件に応じた薄膜５８の影響を考慮しつつ、少ない計算量で光量分布を計算する。
【００３５】
まず、図９（Ａ）のフローチャートで示すように、光量分布の計算を行うための準備工程を実行する。この準備工程の計算は例えば予め図２のホストコンピュータ１２で実行され、この計算結果が必要に応じて露光装置ＥＸの主制御装置１４に供給される。まず、図９（Ａ）のステップ１０２において、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板５６のパターン面の薄膜５８中にＸ方向の線幅ｐ／２のライン部６０ａと線幅ｐ／２のスペース部６０ｂとをＸ方向にピッチｐで形成したＬ＆Ｓパターン６０を想定し、図３（Ｂ）に示すように、薄膜５８の構成を図５（Ｂ）のレチクルＲのデバイスパターンＤＰ１が形成されている薄膜５８と同じく、厚さｄ１の第１薄膜５８ａと厚さｄ２の第２薄膜５８ｂとの２層構造とする。そして、ホストコンピュータ１２において、例えばマックスウェル方程式を用いる厳密な電磁場解析によって、薄膜５８中のＬ＆Ｓパターン６０に照明光Ｌin（この振幅を１とする）が垂直に（入射角０度で）入射した場合に、Ｌ＆Ｓパターン６０から発生する０次光Ｌ（０）及び±１次回折光Ｌ（＋１），Ｌ（−１）の振幅（強度情報）を計算する。なお、振幅の絶対値の自乗が強度になるため、強度を計算してもよい。さらに、この計算をＬ＆Ｓパターン６０のピッチｐを例えば７０ｎｍから５００ｎｍ程度まで例えば数ｎｍステップで変化させながら行う。このピッチｐの可変範囲内に図５（Ａ）のレチクルＲのＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのピッチｐ１及びｐ２が含まれている。この計算結果をピッチｐに関して例えば補間することで、図４に示すように、垂直入射の場合の０次光及び１次回折光の振幅として実線の曲線Ａ０及びＡ１（第１の計算結果）が得られる。
【００３６】
次のステップ１０４において、ホストコンピュータ１２において、例えばマックスウェル方程式を用いる厳密な電磁場解析によって、図３（Ｃ）に示すように、薄膜５８中のＬ＆Ｓパターン６０に照明光Ｌin（振幅が１）がＸ方向に照明光学系ＩＬＳによって可能な最大の傾斜角θmax で入射した場合に、Ｌ＆Ｓパターン６０から発生する０次光Ｌ（０）及び＋１次回折光Ｌ（＋１）の振幅を、例えば７０ｎｍから５００ｎｍ程度のピッチｐの範囲で計算する。この結果、図４に示すように、最大傾斜角で入射（斜入射）する場合の０次光及び１次回折光の振幅として点線の曲線Ｂ０及びＢ１（第２の計算結果）が得られる。次の１０６において、ホストコンピュータ１２において、上記の第１及び第２の計算結果が記録されたテーブルＴＢ１を作成し、テーブルＴＢ１を内部の記憶装置に記憶する。
【００３７】
このように、２つの入射角の照明光について、ある厚さを持つ単純な形状のＬ＆Ｓパターンから発生する回折光の振幅を厳密に計算することは、比較的少ない計算量及び計算時間で実行可能である。また、そのテーブルＴＢ１は、周期方向がＹ方向のＬ＆Ｓパターンに垂直入射及びＹ方向に最大傾斜角で入射したときに発生する０次光及び１次回折光の振幅（強度）が記録されたテーブルとしても使用できる。さらに、テーブルＴＢ１は、多くの種類のレチクルに対して共通に使用可能である。
【００３８】
次のステップ１０８において、ホストコンピュータ１２は、図５（Ａ）のレチクルＲのデバイスパターンＤＰ１を二次元のパターンとみなして（薄膜５８の厚さを０として）、例えばＦＦＴ計算によって、図５（Ｃ）に示すように、デバイスパターンＤＰ１のフーリエ変換パターンＳＰ１を計算し、計算結果を内部の記憶装置に記憶する。二次元パターンのフーリエ変換パターンは短時間に計算可能である。図５（Ｃ）において、座標系（ｆｘ，ｆｙ）はＸ方向及びＹ方向の空間周波数であるが、本実施形態では、座標（ｆｘ，ｆｙ）は投影瞳面ＰＬＰにおける座標に換算されているものとする。フーリエ変換パターンＳＰ１は、中央のスポット６４（０次光）に対してｆｘ方向に対称に光量の大きいスポット６５Ａ〜６７Ａ，６５Ｂ〜６７Ｂが配列されたパターンである。これによって準備工程が終了する。
【００３９】
なお、フーリエ変換パターンＳＰ１のスポット６４（０次光）と他の例えばスポット６５Ａ，６５Ｂ（１次回折光）との間隔からこの１次回折光を発生した周期パターン（Ｌ＆Ｓパターン）のピッチが計算できる。このため、本実施形態では、フーリエ変換パターンＳＰ１の情報が既知である場合には、レチクルＲのデバイスパターンＤＰ１の具体的な二次元形状の情報は必要ではない。
【００４０】
次に、この準備工程の計算結果を用いて露光装置ＥＸにおいて投影瞳面ＰＬＰの光量分布を計算して露光を行う動作の一例につき、図９（Ｂ）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。
まず、図９（Ｂ）のステップ１１２において、図２の主制御装置１４はホストコンピュータ１２からステップ１０６で作成されたテーブルＴＢ１の情報を入力し、入力したテーブルＴＢ１の情報を記憶部５２に記憶する。また、主制御装置１４はホストコンピュータ１２からレチクルＲのデバイスパターンＤＰ１のフーリエ変換パターンＳＰ１の情報を入力し、入力した情報を記憶部５２に記憶する（ステップ１１４）。そして、主制御装置１４は露光対象のレチクルＲの照明条件（照明瞳ＩＬＰの形状及び光量分布）の情報を例えばホストコンピュータ１２から入力し、入力した照明瞳ＩＬＰの情報を記憶部５２に記憶する（ステップ１１６）。なお、レチクルＲの照明条件は、例えば記憶部５２の露光データファイルに予め記録されていてもよい。
【００４１】
そして、主制御装置１４の動作指令に応じて、演算部５４は、記憶部５２から読み出したレチクルＲのフーリエ変換パターンＳＰ１（図５（Ｃ））から複数の部分フーリエ変換パターンを分離する（ステップ１１８）。この場合、まず、フーリエ変換パターンＳＰ１において、０次光のスポット６４に最も近い対称な２つのスポット６５Ａ，６５Ｂを、図６（Ａ）に示すように第１の周期パターンからの１次回折光のスポットとして分離する。第１の周期パターンは図５（Ａ）のＬ＆Ｓパターン６２Ａに対応している。また、中央のスポット６４とスポット６５Ａ，６５Ｂとの間隔をＦＡ１として、中央のスポット６４に対して間隔がＦＡ１の整数倍のスポットを同じ第１の周期パターンからの高次回折光のスポットとして分離する。図５（Ｃ）の例では、中央のスポット６４に対して左右に３番目のスポット６７Ａ，６７Ｂまでの間隔がＦＡ１の３倍（３次回折光）であるため、スポット６７Ａ，６７Ｂはスポット６５Ａ，６５Ｂと同じく第１の周期パターンからの回折光として分離される（図６（Ａ）参照）。
【００４２】
さらに、フーリエ変換パターンＳＰ１において、０次光のスポット６４に次に最も近い対称な２つのスポット６６Ａ，６６Ｂを、図６（Ｂ）に示すように第２の周期パターンからの１次回折光のスポットとして分離する。スポット６４とスポット６６Ａ，６６Ｂとの間隔をＦＢ１とする。第２の周期パターンは図５（Ａ）のＬ＆Ｓパターン６２Ｂに対応している。演算部５４では、間隔ＦＡ１及びＦＢ１からその第１及び第２の周期パターンのピッチｐ１及びｐ２を求める。
【００４３】
次に、演算部５４は、図５（Ｃ）のフーリエ変換パターンＳＰ１の０次光のスポット６４の光量からその第１及び第２の周期パターンからの０次光の光量を分離する。このためには、図６（Ａ）の１次回折光のスポット６５Ａ，６５Ｂの強度と、記憶部５２から読み出したテーブルＴＢ１に記録されている図４の垂直入射時の０次光及び１次回折光の振幅（曲線Ａ０，Ａ１のピッチｐ１における値）の自乗の比の値とを用いて、スポット６５Ａ，６５Ｂに対応する０次光のスポット６４ａ（図６（Ｃ）参照）の強度を求める。さらに、図６（Ｂ）の１次回折光のスポット６６Ａ，６６Ｂの強度と、図４の０次光及び１次回折光の振幅（曲線Ａ０，Ａ１のピッチｐ２における値）の自乗の比の値とを用いて、スポット６６Ａ，６６Ｂに対応する０次光のスポット６４ｂ（図６（Ｄ）参照）の強度を求める。
【００４４】
これは、フーリエ変換パターンＳＰ１の０次光のスポット６４から、その第１及び第２の周期パターンの面積比に応じてその第１及び第２の周期パターンの０次光のスポットを分離することを意味する。この結果、図６（Ｃ）の０次光のスポット６４ａ及び１次回折光のスポット６５Ａ，６５Ｂよりなる部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａがその第１の周期パターンのフーリエ変換パターンとして分離され、図６（Ｄ）の０次光のスポット６４ｂ及び１次回折光のスポット６６Ａ，６６Ｂよりなる部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ｂがその第２の周期パターンのフーリエ変換パターンとして分離される。
【００４５】
次に、演算部５４では記憶部５２からレチクルＲの照明条件（照明瞳ＩＬＰ）を読み出し、読み出した照明瞳ＩＬＰをレチクルＲに対するＸ方向の複数の傾斜角毎に複数の部分照明瞳に分割する（ステップ１２０）。レチクルＲを照明する際の照明瞳面ＩＰＰにおける照明瞳ＩＬＰは、一例として図７（Ａ）に示すように、光軸ＡＸに関してＸ方向に対称に配列された２つの扇形の領域（以下、瞳領域という）７０Ａ，７０Ｂで光量が大きくなる形状であるとする。なお、照明瞳面ＩＰＰにおける距離は、投影瞳面ＰＬＰにおける距離に換算されている。この場合、光軸ＡＸから±Ｘ方向への間隔によってその部分からの照明光のレチクルＲに対するＸ方向の傾斜角が規定されるため、瞳領域７０Ａ，７０Ｂを、図７（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に所定幅のＩ個（Ｉは２以上の整数）の部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｉ）に分割する。部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）（部分照明瞳の光量が大きくなる領域）の中心の光軸ＡＸとの間隔をｘｉとすると、間隔ｘｉから傾斜角が計算できる。なお、瞳領域７０Ａ，７０Ｂを光軸ＡＸを中心として半径ｒｉの部分瞳領域に分割することも可能である。
【００４６】
そして、演算部５４では、ｉ番目の部分照明瞳（部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ））毎に、テーブルＴＢ１を用いて、図６（Ｃ）、（Ｄ）の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂの回折光の強度の修正を行い、修正後の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂと部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）とのコンボリューションを行って部分光量分布を求める（ステップ１２２）。具体的に、１番目の部分瞳領域７０Ａ（１），７０Ｂ（１）は図７（Ｃ）となり、この部分瞳領域７０Ａ（１），７０Ｂ（１）からの照明光のレチクルＲに対するＸ方向の傾斜角は図３（Ｃ）に示す角度θｉであるとする。この角度θｉ（０度との差分）と、角度θｉと最大傾斜角θmax との差分は例えばｋ１：ｋ２であるとする（ｋ１、ｋ２は実数）。
【００４７】
このとき、テーブルＴＢ１のデータである図４において、ピッチｐ１の部分で０次光に関する曲線Ａ０と曲線Ｂ０との値をｋ１：ｋ２で内挿する点の値をＣ１０（ｉ）、１次回折光に関する曲線Ａ１と曲線Ｂ１との値をｋ１：ｋ２で内挿する点の値をＣ１１（ｉ）とすると、値Ｃ１０（ｉ），Ｃ１１（ｉ）はそれぞれ部分瞳領域７０Ａ（１），７０Ｂ（１）から射出されてピッチｐ１のＬ＆Ｓパターンに入射した照明光（振幅１）から発生する０次光及び１次回折光の振幅である。同様に、図４において、ピッチｐ２の部分で曲線Ａ０と曲線Ｂ０との値をｋ１：ｋ２で内挿する点の値をＣ２０（ｉ）、曲線Ａ１と曲線Ｂ１との値をｋ１：ｋ２で内挿する点の値をＣ２１（ｉ）とすると、値Ｃ２０（ｉ），Ｃ２１（ｉ）はそれぞれ部分瞳領域７０Ａ（１），７０Ｂ（１）から射出されてピッチｐ２のＬ＆Ｓパターンに入射した照明光（振幅１）から発生する０次光及び１次回折光の振幅である。
【００４８】
そこで、演算部５４では、図６（Ｃ）の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａに関しては、０次光のスポット６４ａ及び１次回折光のスポット６５Ａ，６５Ｂの強度に、それぞれ図４のピッチｐ１における値Ｃ１０（ｉ）と曲線Ａ０の値との比率の自乗、及び値Ｃ１１（ｉ）と曲線Ａ１の値との比率の自乗を乗算して、修正後の強度を求める。さらに、図６（Ｄ）の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ｂに関しては、０次光のスポット６４ｂ及び１次回折光のスポット６６Ａ，６６Ｂの強度に、それぞれ図４のピッチｐ２における値Ｃ２０（ｉ）と曲線Ａ０の値との比率の自乗、及び値Ｃ２１（ｉ）と曲線Ａ１の値との比率の自乗を乗算して、修正後の強度を求める。その後、強度が修正された部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂと図７（Ｃ）の部分瞳領域７０Ａ（１），７０Ｂ（１）とのコンボリューションを行うことで、図７（Ｄ）の第１の部分光量分布７１（１）が得られる。なお、図７（Ｄ）等において、点線の曲線は、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳで制限される開口７２である。
【００４９】
同様に、２番目の部分瞳領域７０Ａ（２），７０Ｂ（２）は図７（Ｅ）となり、この部分瞳領域７０Ａ（２），７０Ｂ（２）からの照明光のレチクルＲに対するＸ方向の傾斜角（０度との差分）と、この傾斜角と最大傾斜角θmax との差分は例えばｋ３：ｋ４であるとする（ｋ３、ｋ４は実数）。このとき、テーブルＴＢ１のデータである図４において、ピッチｐ１の部分で０次光に関する曲線Ａ０（Ａ１）と曲線Ｂ０（Ｂ１）との値をｋ３：ｋ４で内挿する点の値をＣ１０（ｉ）（Ｃ１１（ｉ））とすると、値Ｃ１０（ｉ），Ｃ１１（ｉ）はそれぞれ部分瞳領域７０Ａ（２），７０Ｂ（２）から射出されてピッチｐ１のＬ＆Ｓパターンに入射した照明光（振幅１）から発生する０次光及び１次回折光の振幅である。同様に、図４において、ピッチｐ２の部分で曲線Ａ０（Ａ１）と曲線Ｂ０（Ｂ１）との値をｋ３：ｋ４で内挿する点の値をＣ２０（ｉ）（Ｃ２１（ｉ））とすると、値Ｃ２０（ｉ），Ｃ２１（ｉ）はそれぞれ部分瞳領域７０Ａ（２），７０Ｂ（２）から射出されてピッチｐ２のＬ＆Ｓパターンに入射した照明光（振幅１）から発生する０次光及び１次回折光の振幅である。なお、照明光の入射角が０度と最大傾斜角（第２の入射角）との間の外にある場合には、２つの曲線の値を外挿してもよい。
【００５０】
そこで、これらの値を用いて強度が修正された部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂと図７（Ｅ）の部分瞳領域７０Ａ（２），７０Ｂ（２）とのコンボリューションを行うことで、図７（Ｆ）の第２の部分光量分布７１（１）が得られる。同様にして、強度修正後の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂと図７（Ｂ）のＩ番目までの部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｉ）とのコンボリューションを行うことで、Ｉ番目までの部分光量分布が得られる。
【００５１】
そして、演算部５４は、部分瞳領域７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｉ）毎に得られたＩ個の部分光量分布を積算して、図８（Ａ）に示す投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布７１を求める（ステップ１２４）。なお、実際には、光量分布７１のうち、図８（Ｂ）に示すように開口７２内の瞳領域７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃで光量が大きくなる光量分布７３が投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布となり、この光量分布７３の情報が主制御装置１４に供給される。光量分布７３において、瞳領域７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ内の部分的な光量分布がレチクルＲのデバイスパターンＤＰ１の三次元構造によって変化する。
【００５２】
次のステップ１２６で、レチクルローダ系（不図示）により図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲをロードし、アライメントを行う。そして、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い（ステップ１２８）、主制御装置１４では、ステップ１２４で演算部５４から供給された投影瞳面ＰＬＰの光量分布及び例えばインテグレータセンサ（不図示）で計測される積算照射エネルギーから投影光学系ＰＬの光学特性（例えば収差）の変動量を計算し、この変動量を結像特性補正系１６によって補正する（ステップ１３０）。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１３２）。その後、ステップ１３６で次のウエハに露光する場合には動作はステップ１２８に戻り、次のウエハのロード、投影光学系ＰＬの光学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。
【００５３】
このように本実施形態によれば、レチクルＲの三次元構造を考慮してレチクルＲからの回折光の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布が計算され、この計算結果に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性の変動量が補正されるため、レチクルＲが三次元構造であっても、レチクルＲのパターンの像を常に高精度にウエハＷに露光できる。
上述のように、本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルＲのデバイスパターンＤＰ１からの光を受光する投影光学系ＰＬの瞳面（投影瞳面）ＰＬＰにおける光量分布（光強度分布）を計算する計算装置１０を備えている。計算装置１０は、デバイスパターンＤＰ１のうち互いに周期が異なる複数のＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂを互いに異なる第１及び第２の入射角の光で照明したときに、それぞれ発生する０次光及び１次回折光の強度情報（振幅）の計算結果が記録されたテーブルＴＢ１の情報と、デバイスパターンＤＰ１を二次元のパターンとみなして計算して得られたデバイスパターンＤＰ１のフーリエ変換パターン（フーリエスペクトル）ＳＰ１と、デバイスパターンＤＰ１を照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳ＩＬＰの情報と、を記憶する記憶部５２、及び演算部５４を備えている。記憶部５２には、テーブルＴＢ１、フーリエ変換パターンＳＰ１、及び照明瞳ＩＬＰの情報がそれぞれステップ１１２，１１４，１１６で入力される。
【００５４】
そして、演算部５４は、フーリエ変換パターンＳＰ１から互いに周期が異なるＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂ（部分パターン）によって生成される複数の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂを分離し（ステップ１１８）、照明瞳ＩＬＰを複数の部分照明瞳７０Ａ（ｉ），７０Ｂ（ｉ）に分割し、その部分照明瞳毎に、テーブルＴＢ１を用いてその複数の部分フーリエ変換パターンＳＰ１Ａ，ＳＰ１Ｂを修正して得られる修正後の部分フーリエ変換パターンに基づいて投影瞳面ＰＬＰにおける部分光量分布を求め（ステップ１２０，１２２）、その部分照明瞳毎に求められる部分光量分布を加算して光量分布を求める（ステップ１２４）。
【００５５】
本実施形態の計算装置１０、又は計算装置１０を用いた光量分布の計算方法によれば、デバイスパターンＤＰ１がある厚さ（ｄ１＋ｄ２）の薄膜５８に形成された三次元のパターンであるときに、例えば厳密な電磁場解析を行う場合よりも効率的に、かつデバイスパターンＤＰ１を二次元のパターンとみなして計算した場合よりも高精度に、デバイスパターンＤＰ１から発生する回折光の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を計算できる。
【００５６】
また、記録媒体５１には、記憶部５２及び演算部５４を含むコンピュータにステップ１１２〜１２４までの動作を実行させるプログラムが格納され、このプログラムを主制御装置１４が記録媒体５１から読み出してそのコンピュータに実行させることで、本実施形態の光量分布の計算を効率的に実行できる。
また、露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＥＬでレチクルＲ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って、本実施形態の光量分布の計算装置１０と、計算装置１０によって求められる投影瞳面ＰＬＰにおけるレチクルＲのパターンからの光の光量分布の情報に基づいて投影光学系ＰＬの収差（光学特性）の変動量を求め（ステップ１３０）、この光学特性の変動量を結像特性補正系１６を介して補正する（ステップ１３２）主制御装置２０と、を備えている。
【００５７】
この露光装置ＥＸ、又は露光装置ＥＸによる露光方法によれば、レチクルＲのパターンからの光の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布、又は投影光学系ＰＬの収差変動の状態を実際に計測することなく、レチクルＲを用いた露光を継続する際の投影光学系ＰＬの収差変動量を高精度に予測できる。従って、その予測される収差変動量を補正することによって、レチクルＲのパターンが実質的に三次元パターンである場合にも、スループットを低下させることなく、レチクルＲのパターンを高精度にウエハＷに露光できる。
【００５８】
なお、レチクルＲのパターンが薄膜ではなく、実質的に透過率分布又は位相分布によって形成されている場合にも上記の実施形態が適用できる。
また、実際に図１０（Ａ）の照明瞳を用いて例えばピッチが９０ｎｍのＬ＆Ｓパターンの露光を行った場合の、そのパターンを二次元パターンとみて計算した投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を図１０（Ｂ）に示し、そのパターンを三次元パターンとみて上記の実施形態の計算方法で計算した光量分布を図１０（Ｃ）に示し、そのパターンからの光量分布を計測部２０で計測した結果を図１０（Ｄ）に示す。図１０（Ｄ）と本実施形態の計算方法による図１０（Ｃ）とはよく一致しており、図１０（Ｄ）と二次元パターンとみた場合の図１０（Ｂ）とは特に瞳領域の内側の部分で光量が比較的大きく異なっていることが分かる。
【００５９】
また、本実施形態の計算方法は、レチクルのパターンが図１１（Ａ）のレチクルＲ１のデバイスパターンＤＰ２で示すように、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ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を含む場合にも適用できる。この場合のフーリエ変換パターンＳＰ２は、図１１（Ｂ）に示すように二次元パターンとなるが、予め複数のピッチのコンタクトホールパターンについて、垂直入射及び斜入射について０次光及び１次回折光の振幅（強度）を厳密に計算しておくことによって、三次元効果を考慮してデバイスパターンＤＰ２からの投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を高精度に、かつ効率的に計算できる。
【００６０】
図１２は、デューティ比が１：１のＬ＆Ｓパターン７８Ａ（線幅４５ｎｍ、６０ｎｍ、５００ｎｍ）、デューティ比が＋１０％、−１０％異なるＬ＆Ｓパターン７８Ｂ（線幅４５ｎｍ、６０ｎｍ）、二次元のポジ型のコンタクトホールパターン７８Ｃ（線幅４５ｎｍ、６０ｎｍ、５００ｎｍ）、二次元のネガ型のコンタクトホールパターン７８Ｄ（線幅４５ｎｍ、６０ｎｍ、５００ｎｍ）、及び線幅が４０ｎｍ程度で補助パターンの形状Ａ〜Ｃが異なる孤立パターン７８Ｅに関して、厳密な電磁場解析（棒グラフ７９Ａ）、上記の実施形態の三次元構造を考慮した計算方法（棒グラフ７９Ｂ）、及び二次元パターンとして計算した（棒グラフ７９Ｃ）、１次回折光の強度ＩＰ１と０次光の強度ＩＰ０との比率である。本実施形態の計算方法は、厳密な電磁場解析の結果とよく一致している。
【００６１】
さらに、図１３は、Ｌ＆Ｓパターンの線幅が４５ｎｍの場合に、図１０（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布を示す。図１３において、厳密な電磁場解析による分布が曲線７６Ｃ０，７６Ｃ１（０次光及び１次回折光、以下同様）、上記の実施形態の三次元構造を考慮した計算方法による分布が曲線７６Ｂ０，７６Ｂ１、二次元パターンとして計算した分布が曲線７６Ａ０，７６Ａ１であり、本実施形態の計算方法は、厳密な電磁場解析の結果とよく一致している。
また、上述の実施形態による計算方法を用いて、照明光学系からの光で照明された所定パターンの像を形成する投影光学系の光学特性を算出しても良い。ここで、光学特性としては、例えば投影光学系による空間像の形成状態を含むことができる。この場合、上述の実施形態による計算方法を用いて投影光学系の瞳面における所定パターンからの光の光量分布を求め、この求められた光量分布を用いて空間像の形成状態を演算により求める。なお、上述の実施形態の露光装置ＥＸの主制御装置２０を、投影光学系の光学特性を求める光学特性算出装置と見なすことができる。
【００６２】
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１４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，ＥＸＡ又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。
【００６３】
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。
【００６４】
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に高いスループットで基板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、上記の実施形態の光量分布の計算方法及び装置は、ステッパー型の露光装置等にも適用できる。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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、ＤＰ１…デバイスパターン、ＳＰ１…フーリエ変換パターン、ＩＰＰ…照明瞳面、ＰＬＰ…投影瞳面、１０…光量分布の計算装置、１４…主制御装置、２０…光量分布の計測部、５１…記録媒体５１、５２…記憶部、５４…演算部、５８…薄膜、６０，６０Ａ，６０Ｂ…Ｌ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）、７３…光量分布
【図１】
2014116438.tif 000003
【図２】
2014116438.tif 000004
【図３】
2014116438.tif 000005
【図４】
2014116438.tif 000006
【図５】
2014116438.tif 000007
【図６】
2014116438.tif 000008
【図７】
2014116438.tif 000009
【図８】
2014116438.tif 000010
【図９】
2014116438.tif 000011
【図１０】
2014116438.tif 000012
【図１１】
2014116438.tif 000013
【図１２】
2014116438.tif 000014
【図１３】
2014116438.tif 000015
【図１４】
2014116438.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月6日(2013.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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（照明瞳）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の射出面が照明瞳面ＩＰＰである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
また、記録媒体５１には、記憶部５２及び演算部５４を含むコンピュータにステップ１１２〜１２４までの動作を実行させるプログラムが格納され、このプログラムを主制御装置１４が記録媒体５１から読み出してそのコンピュータに実行させることで、本実施形態の光量分布の計算を効率的に実行できる。
また、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って、本実施形態の光量分布の計算装置１０と、計算装置１０によって求められる投影瞳面ＰＬＰにおけるレチクルＲのパターンからの光の光量分布の情報に基づいて投影光学系ＰＬの収差（光学特性）の変動量を求め（ステップ１３０）、この光学特性の変動量を結像特性補正系１６を介して補正する（ステップ１３２）主制御装置１４と、を備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2014116438.tif 000017