(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情報を効率的に、かつ高精度に計算する。【解決手段】互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ薄膜によって所定面上に形成されたパターンからの光の投影瞳面における光量分布情報を計算する方法であって、そのパターンを照明する照明瞳の情報を入力するステップ１１６と、照明瞳のうちの一部分からの光束が、そのパターン内の複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算して、そのパターンを通過した後の光束の仮想面における第１複素振幅分布を計算するステップ１２４，１２６と、その第１複素振幅分布をフーリエ変換して投影瞳面における第２複素振幅分布を計算するステップ１２８と、を有する。【選択図】図５
2014130971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報を計算する光量分布の計算方法であって、
前記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、
前記照明瞳のうちの一部分の光束が、前記パターン内の前記複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、前記パターンを通過した後の前記光束の前記膜と前記投影光学系との間の第１面における第１複素振幅分布を計算することと、
前記第１複素振幅分布をフーリエ変換して前記投影光学系の瞳面における前記パターンからの回折光の第２複素振幅分布を計算することと、
を含む計算方法。
【請求項２】
前記一部分の光束が、前記主面に垂直な軸に対して斜めに入射するとき、
前記第１複素振幅分布を計算することは、前記一部分の光束の直交する２つの偏光成分別に、前記パターン内の前記複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することを含む請求項１に記載の計算方法。
【請求項３】
前記一部分の光束が、前記膜の断面を通過するとき、
前記第１複素振幅分布を計算することは、前記光束が前記断面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方をも計算することを含む請求項１又は２に記載の計算方法。
【請求項４】
前記一部分の光束が前記主面に入射するときの入射角に応じて、前記光束が前記膜を通過するときの光路長を計算することと、
計算された前記光路長を用いて計算される波面収差成分を前記第２複素振幅分布に加算することと、
を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の計算方法。
【請求項５】
前記膜は少なくとも２つの前記層を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の計算方法。
【請求項６】
照明光学系からの光で複数の層を持つ膜によって形成されたパターンを照明し、前記光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
請求項１乃至５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前記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７】
互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報を計算する光量分布の計算装置であって、
前記パターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報を記憶する記憶装置と；
前記照明瞳のうちの一部分の光束が、前記パターン内の前記複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、前記パターンを通過した後の前記光束の前記膜と前記投影光学系との間の第１面における第１複素振幅分布を計算し、前記第１複素振幅分布をフーリエ変換して前記投影光学系の瞳面における前記パターンからの回折光の第２複素振幅分布を計算する演算装置と、
を備える計算装置。
【請求項８】
前記一部分の光束が、前記主面に垂直な軸に対して斜めに入射するとき、
前記演算装置は、
前記第１複素振幅分布を計算するために、前記一部分の光束の直交する２つの偏光成分別に、前記パターン内の前記複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算する請求項７に記載の計算装置。
【請求項９】
前記一部分の光束が、前記膜の断面を通過するとき、
前記演算装置は、
前記第１複素振幅分布を計算するために、前記光束が前記断面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方をも計算する請求項７又は８に記載の計算装置。
【請求項１０】
前記演算装置は、
前記一部分の光束が前記主面に入射するときの入射角に応じて、前記光束が前記膜を通過するときの光路長を計算し、計算された前記光路長を用いて計算される波面収差成分を前記第２複素振幅分布に加算する請求項７乃至９のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項１１】
前記膜は少なくとも２つの前記層を有する請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項１２】
照明光学系からの光で複数の層を持つ膜によって形成されたパターンを照明し、前記光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項７乃至１１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１３】
請求項６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１４】
請求項１２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１５】
互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報を計算するための、請求項１乃至５のいずれか一項に記載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。
【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に関する情報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、そ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）でどのような複素振幅分布又は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３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３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複素振幅分布等の光量分布情報を効率的に、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、互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報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、その照明瞳のうちの一部分の光束が、そのパターン内のその複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、そのパターンを通過した後のその光束のその膜とその投影光学系との間の第１面における第１複素振幅分布を計算することと、その第１複素振幅分布をフーリエ変換してその投影光学系の瞳面におけるそのパターンからの回折光の第２複素振幅分布を計算することと、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複数の層を持つ膜によって形成されたパターンを照明し、その光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、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そ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３の態様によれば、互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報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、そのパターンを照明する照明光学系の照明瞳の情報を記憶する記憶装置と、その照明瞳のうちの一部分の光束が、そのパターン内のその複数の層の境界面を通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、そのパターンを通過した後のその光束のその膜とその投影光学系との間の第１面における第１複素振幅分布を計算し、その第１複素振幅分布をフーリエ変換してその投影光学系の瞳面におけるそのパターンからの回折光の第２複素振幅分布を計算する演算装置と、を備えるものである。
【００１１】
また、第４の態様によれば、照明光学系からの光で複数の層を持つ膜によって形成されたパターンを照明し、その光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、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５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６の態様によれば、互いに複素屈折率が異なる複数の層を持つ膜によって主面上に形成された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情報を計算するための、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、そのパターンが３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、かつそのパターンを２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複素振幅分布を計算できる。
【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】光量分布情報の計算の準備工程の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）はレチクル用のガラス基板の薄膜の構造の一例を示す拡大断面図、（Ｂ）は実露光用のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｃ）はそのレチクルのパターンの３次元構造の一例を示す拡大断面図である。
【図５】光量分布情報の計算工程及び露光工程の一例を示すフローチャートである。
【図６】（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２の部分照明瞳を示す図である。
【図７】（Ａ）はレチクル面（レチクルのパターン面）に垂直に入射する複数の光束の光路を示す拡大断面図、（Ｂ）はレチクル面に斜めに入射する複数の光束の光路を示す拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は第１の部分照明瞳からの光束のフーリエ変換パターンを示す図、（Ｂ）は第２の部分照明瞳からの光束のフーリエ変換パターンを示す図、（Ｃ）は照明瞳からの全部の光束の光量分布の一例を示す図、（Ｄ）は投影瞳面に形成される光量分布の一例を示す図である。
【図９】ガラス基板及び薄膜の複数の層を通過する照明光の光路長の説明図である。
【図１０】他のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図１１】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９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方向として説明する。
【００１６】
図１において、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）における光量分布の情報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の射出面又はその近傍の面を照明瞳面ＩＰＰとみなすことができる。
【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（図６（Ａ）参照）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ＩＬでレチクルＲのパターン面（以下、レチクル面という）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、レチクル面Ｒａには、回路パターン等のデバイスパターン及びアライメントマーク（不図示）などが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図２のレチクルステージ駆動系４１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（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２次元の撮像素子２１Ｃと、これらの部材を保持する筐体２１Ｄとを有する。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の情報は主制御装置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の光量分布の情報（例えば複素振幅分布を含む）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次回折光を含む）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。さらに、投影瞳面ＰＬＰにおけるレチクルＲからの回折光の複素振幅分布が必要になる場合もあるが、計測部２０では、直接にその複素振幅分布を計測することは困難である。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における光量分布の情報を計算する方法、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】
まず、図３のフローチャートで示すように、光量分布の情報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。なお、この準備工程も、露光装置ＥＸの主制御装置１４で実行してもよい。まず、図３のステップ１０２において、例えばオペレータがレチクルＲの膜構造データをホストコンピュータ１２に入力する。
【００３４】
本実施形態のレチクルＲのパターンは、一例として図４（Ａ）に示すように、平板状で光透過性の屈折率ｎ０で吸収係数（消衰係数）ｋ０のガラス基板５６の下面であるレチクル面Ｒａに形成された薄膜５８に形成されているものとする。本実施形態では、薄膜５８は、レチクル面Ｒａに形成された厚さｈ１、屈折率ｎ１、及び吸収係数ｋ１の第１の層５８Ａと、この層５８Ａ上に形成された厚さｈ２、屈折率ｎ２、及び吸収係数ｋ２の第２の層５８Ｂとから形成されている。これらの屈折率ｎ０〜ｎ２、吸収係数ｋ０〜ｋ３及び厚さｈ１，ｈ２のデータが膜構造データとなる。
【００３５】
本実施形態では、その２つの層５８Ａ，５８Ｂは互いに複素屈折率が異なっており、ガラス基板５６及びこれに接している第１の層５８Ａも互いに複素屈折率が異なっている。このとき、ガラス基板５６と層５８Ａとの境界面６０Ａ、層５８Ａと層５８Ｂとの境界面６０Ｂ、及び層５８Ｂとその外部の気体層（例えば空気層）との境界面６０Ｂを考えると、ガラス基板５６側から層５８Ｂ側に照明光が通過するとき、各境界面６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃの前後（照明光の入射時及び射出時）で複素屈折率が互いに異なっている。
【００３６】
ある物質の屈折率をｎ、吸収係数をｋとすると、その物質の複素屈折率ｎｃは、ｎ＋ｉｋとなる。このため、ガラス基板５６と層５８Ａとは、屈折率ｎ０，ｎ１及び吸収係数ｋ０，ｋ１の少なくとも一方が異なっており、２つの層５８Ａ，５８Ｂは、屈折率ｎ１，ｎ２及び吸収係数ｋ１，ｋ２の少なくとも一方が異なっている。一例として、ガラス基板５６は、石英（合成石英）から形成され、第１の層５８Ａは例えばクロム（Ｃｒ）等の金属から形成され、第２の層５８Ｂは、例えば酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）等の酸化膜から形成されている。一例として、層５８Ａの厚さｈ１は８０〜９０ｎｍ（例えば８５ｎｍ）程度、層５８Ｂの厚さｈ２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。
【００３７】
また、照明光ＩＬの波長が１９３ｎｍである場合、ガラス基板５６が石英であるときの屈折率ｎ０はほぼ１．５５で、吸収係数ｋ０はほぼ０．００である。また、層５８Ａがクロムであるときの屈折率ｎ１はほぼ０．７５で、吸収係数ｋ１はほぼ１．４５であり、層５８Ｂが酸化クロムであるときの屈折率ｎ２はほぼ１．８３で、吸収係数ｋ２はほぼ１．９９である。
【００３８】
そして、ステップ１０４において、例えばオペレータがレチクルＲの２次元パターンのデータをホストコンピュータ１２に入力する。本実施形態では、レチクル面Ｒａ上に形成されたパターンは、＋Ｚ方向から見た場合には、図４（Ｂ）に示すように、遮光領域６１中に複数の開口パターンから形成された２次元のデバイスパターンＤＰ２を含んでいる。デバイスパターンＤＰ２は、Ｙ方向に細長い開口パターンよりなるスペース部６２ＡａとＹ方向に細長い遮光領域よりなるライン部６２ＡｂとをＸ方向にピッチ（周期）ｐ１で配列した第１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、スペース部６２Ｂａとライン部６２ＢｂとをＸ方向にピッチｐ１より大きいピッチｐ２で配列した第２のＬ＆Ｓパターン６２Ｂと、Ｙ方向に細長いＸ方向の線幅ｄ１のスペースパターン（孤立線状パターン）６３と、を含んでいる。
【００３９】
一例として、ピッチｐ１は投影光学系ＰＬの解像限界に近い値である。例えばＬ＆Ｓパターン６２Ａの投影光学系ＰＬの像のピッチを１２０〜１６０ｎｍ程度（液浸露光時）として、投影光学系ＰＬの投影倍率βを１／４とすると、レチクルＲ上でのピッチｐ１は４８０〜６４０ｎｍ程度になり、薄膜５８の厚さ（例えば１００ｎｍ程度）の効果が無視できなくなる。また、線幅ｄ１は、ピッチｐ２よりも大きいものとする。なお、図４（Ｂ）等では、説明の便宜上、線幅ｄ１はピッチｐ２とほぼ同じ大きさに表現されている。また、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのラインパターンとスペースパターンとの線幅比（デューティ比）はほぼ１：１である。なお、ピッチｐ１，ｐ２及び線幅ｄ１は任意であり、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのデューティ比も任意である。そのデバイスパターンＤＰ２のＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのピッチ及びデューティ比、ライン部６３の線幅、並びにＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂ及びライン部６３のＸＹ平面内の所定の原点（例えば不図示のアライメントマークの中心）を基準とした座標の情報が、レチクルＲの２次元パターンのデータの一部となる。
【００４０】
そして、ステップ１０６において、ホストコンピュータ１２は、ステップ１０２で入力されたレチクルＲの膜構造データ及びステップ１０４で入力されたレチクルＲの２次元パターンのデータを用いて、レチクルＲのパターンの３次元構造を決定する。このとき、薄膜５８の層５８Ａ，５８Ｂの構造を考慮すると、図４（Ａ）の２次元のデバイスパターンＤＰ２は、図４（Ｃ）に示すように、３次元の構造を持つデバイスパターンＤＰ３となる。図４（Ｃ）において、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａのスペース部６２Ａａは、レチクル面Ｒａと、薄膜５８のＸ軸に垂直な（ＺＹ面に平行な）断面よりなる側面６４Ａ，６４Ｂとで囲まれ、ライン部６２Ａｂは、境界面６０Ａと、薄膜５８のＸ軸に垂直な断面よりなる側面６４Ｂ，６４Ｃと、境界面６０Ｃとで囲まれている。なお、＋Ｘ方向の端部の断面を側面６４Ｄとする。
【００４１】
また、Ｌ＆Ｓパターン６２Ｂのスペース部６２Ｂａは、レチクル面Ｒａと、薄膜５８のＸ軸に垂直な断面よりなる側面６５Ａ，６５Ｂとで囲まれ、ライン部６２Ｂｂは、境界面６０Ａと、薄膜５８のＸ軸に垂直な断面よりなる側面６５Ｂ，６５Ｃと、境界面６０Ｃとで囲まれている。なお、＋Ｘ方向の端部の断面を側面６５Ｄとする。また、スペース部６３は、レチクル面Ｒａと、薄膜５８のＸ軸に垂直な断面よりなる側面６６Ａ，６６Ｂとで囲まれている。さらに、ライン部６２Ａｂ，６２Ｂｂはその内部に境界面６０Ｂを有する。また、実際には、スペース部６２Ａａ，６２Ｂａ，６３は、それぞれそのＹ方向の両端部が薄膜５８のＹ軸に垂直な断面となっている。
【００４２】
Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂを規定する境界面６０Ａ〜６０Ｃのレチクル面Ｒａに対するＺ方向の位置、及び側面６４Ａ〜６４Ｄ，６５Ａ〜６５Ｄ，６６Ａ，６６ＢのＸＹ平面内の所定の原点（例えば不図示のアライメントマークの中心）を基準とした座標（位置関係）の情報が、レチクルＲのデバイスパターンＤＰ３の３次元構造のデータとなる。この３次元構造のデータはホストコンピュータ１２内の記憶装置のデータベースに記憶される（ステップ１０８）。なお、レチクルＲの照明条件の情報もそのデータベースに記憶される。
【００４３】
次に、レチクルＲに形成されているパターンを図４（Ｃ）に示す３次元構造を持つデバイスパターンＤＰ３とみなして、デバイスパターンＤＰ３からの回折光が投影瞳面ＰＬＰでどのような光量分布の情報を持つのかを計算によって求める。なお、デバイスパターンＤＰ３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情報を計算する。
【００４４】
以下、上記の準備工程で得られたデータを用いて露光装置ＥＸにおいて投影瞳面ＰＬＰの光量分布の情報（一例として電場の複素振幅分布を）を計算して露光を行う動作の一例につき、図５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。なお、この光量分布の情報の計算をホストコンピュータ１２で行うことも可能である。
【００４５】
まず、図５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で決定されたレチクルＲのデバイスパターンＤＰ３の３次元構造のデータＴＢ１を入力し、入力したデータＴＢ１を記憶部５２に記憶する。また、主制御装置１４は、レチクル面Ｒａの近傍に、その光量分布の情報が計算される面（以下、仮想面という）６８を設定し、仮想面６８の位置の情報を記憶部５２に記憶する（ステップ１１４）。一例として、図７（Ａ）に示すように、レチクルＲの薄膜５８の最も外側の層５８Ｂの外面に近接して仮想面６８が設定される。なお、仮想面６８の設定は、後述の演算部５４が行ってもよい。
【００４６】
さらに、主制御装置１４は、ホストコンピュータ１２からレチクルＲの照明条件（照明瞳ＩＬＰの形状及び光量分布）の情報を入力し、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。
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Ｘ方向、Ｙ方向に等しい幅の複数の部分照明瞳に分割する（ステップ１１８）。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６（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、及び光軸ＡＸを中心とする円形の瞳領域７０Ｃで光量が大きくなる形状であるとする。また、瞳領域７０Ａ〜７０Ｃ、又はこれらの瞳領域７０Ａ〜７０Ｃをさらに細分化した領域毎に、これらの領域から射出される照明光の偏光状態（直線偏光であればその偏光方向）が規定されている。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から半径方向へのある部分の距離によってその部分からの照明光のレチクル面Ｒａに対する入射角（傾斜角）が規定される。
【００４７】
一例として、瞳領域７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを含む領域を、図６（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸからＸ方向への距離がｘｉ（ｉ＝０，１，２，…，Ｉ）（Ｉは２以上の整数）でＹ方向への距離がｙｉのＩ個の部分瞳領域７１（ｉ）に分割する。部分瞳領域７１（ｉ）のＸ方向の幅ΔｐｘとＹ方向の幅Δｐｙとは一例として等しいが、それらの幅は互いに異なっていてもよい。また、部分瞳領域７１（ｉ）の幅Δｐｘ（又はΔｐｙ）は、一例としてその部分瞳領域７１（ｉ）からの照明光が互いに可干渉性を持ち、同じ偏光状態を持つとみなすことができる大きさでもある。本実施形態では、複数の部分照明瞳７１（ｉ）に関して、それぞれこの部分照明瞳７１（ｉ）を通過してレチクル面Ｒａに入射する照明光が、図７（Ａ）の仮想面６８でどのような電場の複素振幅分布を形成するのかを計算によって求める。
【００４８】
そのため、演算部５４は、記憶部５２は、レチクルＲのパターンの３次元構造のデータＴＢ１及び仮想面６８の位置の情報を読み出す。そして、演算部５４は、各部分照明瞳７１（ｉ）に関して、照明光ＩＬのうちで部分照明瞳７１（ｉ）を通過して図７（Ａ）のレチクル面Ｒａに入射する光束の平均的な入射角θｉ及び平均的な強度ＩＴｉを算出する（ステップ１２０）。なお、このステップ１２０から後述のステップ１３０までの動作は部分照明瞳７１（ｉ）毎に個別に順次実行される。以下では、説明の便宜上、図６（Ｃ）の光軸ＡＸを中心とする第１の部分照明瞳７１Ａ、及び図６（Ｄ）の光軸ＡＸに対して＋Ｘ方向に離れた位置にある第２の部分照明瞳７１Ｂから射出される光束について説明する。他の部分照明瞳７１（ｉ）から射出される光束についても同様である。
【００４９】
すなわち、演算部５４は、部分照明瞳７１（ｉ）から射出される光束がレチクル面Ｒａに垂直に入射するかどうかを判定し（ステップ１２２）、垂直に入射する場合にはステップ１２４に移行し、その光束がレチクル面Ｒａに傾斜して入射する場合にはステップ１２６に移行する。図６（Ａ）の第１の部分照明瞳７１Ａは光軸ＡＸにあるため、この部分照明瞳７１Ａからの光束ＩＬＡは、図７（Ａ）に示すように、レチクル面Ｒａに垂直に（Ｚ軸に平行に）入射する。このようにレチクル面Ｒａに垂直入射する光の透過率及び反射率は、その光の偏光方向には関係しないため、後述のように単一の式でその光の透過率及び反射率を計算できる。そこで、部分照明瞳７１Ａからの光束の光量分布情報を求めるときにはステップ１２４に移行する。
【００５０】
ステップ１２４において、演算部５４は、光束ＩＬＡがＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのライン部６２Ａｂ，６２Ｂｂの境界面６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ、並びにＬ＆Ｓパターン６２Ａ，６２Ｂのスペース部６２Ａａ，６２Ｂａ及びスペース部６３のレチクル面Ｒａを通過するときの透過率を計算し、この計算結果から仮想面６８における光束ＩＬＡの電場の複素振幅分布を計算する。その計算は、その光束ＩＬＡを例えばＸ方向に中心の間隔Δｘで分割した多数の幅Δｘの光束（光束ＩＬＡ１〜ＩＬＡ７を含む）について実行される。幅Δｘは、一例として最もピッチが小さいＬ＆Ｓパターン６２Ａのライン部６２Ａａ及びスペース部６２ＡｂのＸ方向の幅の数分の１以下程度に設定される。
【００５１】
例えばスペース部６３に入射する光束ＩＬＡ１については、屈折率ｎ０のガラス基板５６からレチクル面Ｒａを介して屈折率が１の気体層に入射するときの透過率ｔaが計算され、レチクル面Ｒａに入射するときの複素振幅Ｅiを例えば１として、この振幅Ｅiと透過率ｔaを用いて仮想面６８での複素振幅が計算される。他のスペース部６２Ｂａ，６２Ａａを通過する光束ＩＬＡ３，ＩＬＡ５，ＩＬＡ６，ＩＬＡ８も同様に仮想面６８での複素振幅が計算される。また、スペース部６３に近接する層５８Ａ，５８Ｂを通過する光束ＩＬＡ２に関しては、境界面６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを通過するときの透過率が順次計算され、レチクル面Ｒａに入射するときの複素振幅とその３つの透過率とを用いて仮想面６８での複素振幅が計算される。一例として、屈折率ｎ１の層５８Ａから境界面６０Ｂを介して屈折率ｎ２の層５８Ｂに入射するときの透過率ｔaは、境界面６０Ｂへの入射時の複素振幅Ｅi及び射出時の複素振幅Ｅtを用いて、次のようになる。なお、ここでは、多重反射は無視している。ただし、多重反射を考慮した場合も同様に計算できる。
【００５２】
Ｅt＝Ｅi・ｔa＝Ｅi・２ｎ１／（ｎ１＋ｎ２）  …（１）
なお、この式（１）及び以下で説明する透過率及び反射率に関する数式は、例えば参考文献「Max Born & Emil Wolf: "Principles of Optics", Sixth Edition, pp. 36-41 (Pergamon Press, 1980)」に記載されているように周知である。他の境界面６０Ａ，６０Ｃを通過するときの透過率も式（１）と同様に計算できる。
【００５３】
また、レチクル面Ｒａと仮想面６８との間の光束の複素振幅Ｅ、及び境界面６０Ａ〜６０Ｃ間の光束の複素振幅Ｅは、その光路の複素屈折率ｎｃ、その光束の波長λ、その光束のＺ方向の位置ｚ、その光束の角周波数ω、及び時間ｔを用いて次のように表すことができる。Ｅtは直前の境界面６０Ａ〜６０Ｃを通過した後の複素振幅である。
Ｅ＝Ｅtｅｘｐ［−ｉ｛（２ｎｃ・π／λ）ｚ＋ωｔ｝］  …（２）
また、式（２）中の複素屈折率ｎｃは、その光路の屈折率ｎ及び吸収係数ｋを用いて次のようになる。
【００５４】
ｎｃ＝ｎ＋ｉｋ  …（３）
この場合、層５８Ａ，５８Ｂを通過する光束は、吸収係数ｋに応じて複素振幅の絶対値が減少する。他のライン部６２Ｂｂ，６２Ａｂを通過する光束ＩＬＡ４，ＩＬＡ７も同様に仮想面６８での複素振幅が計算される。
そして、Ｘ方向に中心の間隔Δｘで配列された幅Δｘの多数の光束について計算された複素振幅をＸ方向に配列することで、光束ＩＬＡが図７（Ａ）のレチクルＲの３次元構造を持つパターンに入射したときに仮想面６８に形成される複素振幅分布である第１複素振幅分布Ｅ１（Ｘ，Ｙ）が求められる。この第１複素振幅分布Ｅ１（Ｘ，Ｙ）のうち、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２ＢのＹ方向の中央部でＸ軸に沿った分布をＥ１（Ｘ）とすると、この実数部ＲｅＥ１（Ｘ）は、一例として図７（Ａ）に示すような分布となる。
【００５５】
次に、図６（Ｄ）の光軸ＡＸに対して＋Ｘ方向に離れた位置にある第２の部分照明瞳７１Ｂから射出される光束ＩＬＢは、レチクル面Ｒａに対して垂直な方向（Ｚ方向）から傾斜して（入射角をθｉとする）レチクル面Ｒａに入射する。このためステップ１２２から動作はステップ１２６に移行する。このようにレチクル面Ｒａに傾斜して入射する光束については、偏光状態がＰ偏光（偏光方向が入射面に平行な直線偏光）かＳ偏光（偏光方向が入射面に垂直な直線偏光）かに応じて透過率及び反射率が異なるため、偏光成分別に透過率及び反射率を計算する必要がある。
【００５６】
ステップ１２６において、演算部５４は、図７（Ｂ）に示すように、レチクル面Ｒａに入射角θｉで入射する光束ＩＬＢをＸ方向に中心の間隔Δｘで多数の幅Δｘの光束（光束ＩＬＢ１〜ＩＬＢ９を含む）に分割し、分割された光束毎に、偏光成分別に以下のように仮想面６８での複素振幅を計算する。
例えばスペース部６３に入射する光束ＩＬＢ１に関して、まずＳ偏光成分の光束について、屈折率ｎ０のガラス基板５６からレチクル面Ｒａを介して屈折率が１の気体層に入射するときの透過率ｔs、この気体層から側面６６Ａに入射するときの反射率ｒs及び透過率ｔsが計算され、さらに側面６６Ａを透過した光束について、境界面６０Ｂ，６０Ｃでの透過率ｔsが計算される。この場合にも多重反射は無視するものとする。ただし、多重反射を考慮した場合も同様に計算できる。側面６６Ａから境界面６０Ａ，６０Ｃを通過する光束については、層５８Ａ，５８Ｂにおける吸収係数ｋ１，ｋ２に応じて式（２）より絶対値が次第に減少する複素振幅が計算できる。これらの計算結果を用いて、光束ＩＬＢ１のＳ偏光成分について、側面６６Ａで反射された光束及び側面６６Ａを透過した光束の仮想面６８における複素振幅が計算できる。
【００５７】
光束ＩＬＢ１に関して、次にＰ偏光成分の光束について、ガラス基板５６からレチクル面Ｒａを介して気体層に入射するときの透過率ｔp、この気体層から側面６６Ａに入射するときの反射率ｒp及び透過率ｔpが計算され、さらに側面６６Ａを透過した光束について、境界面６０Ｂ，６０Ｃでの透過率ｔpが計算される。境界面６０Ａ，６０Ｃを通過する光束については、式（２）より絶対値が次第に減少する複素振幅が計算できる。これらの計算結果を用いて、光束ＩＬＢ１のP偏光成分について、側面６６Ａで反射された光束及び側面６６Ａを透過した光束の仮想面６８における複素振幅が計算できる。他のスペース部６２Ｂａ，６２Ａａに入射する光束ＩＬＢ４，ＩＬＢ６，ＩＬＢ７，ＩＬＢ９も同様に、偏光成分別に仮想面６８での複素振幅が計算される。なお、光束ＩＬＢ７については、側面６４Ａで反射した光束がさらに側面６４Ａ，６４Ｂで２分割されるので、最終的に３つの光束の複素振幅が計算される。
【００５８】
ここで、レチクル面Ｒａ、境界面６０Ａ〜６０Ｃ、及び側面６４Ａ，６５Ａ，６６Ａ等におけるＳ偏光成分の反射率ｒs及び透過率ｔs、並びにＰ偏光成分の反射率ｒp及び透過率ｔpの計算式を以下に示す。なお、以下の式において、θiは入射角、θtは屈折角、ｎiは入射側の媒質の屈折率、ｎtは透過側の媒質の屈折率、Ｅi(s)、Ｅr(s)、Ｅt(s)はＳ偏光成分の入射時、反射時、及び透過時の複素振幅、Ｅi(p)、Ｅr(p)、Ｅt(p)はＰ偏光成分の入射時、反射時、及び透過時の複素振幅である。
【００５９】
2014130971.tif 000003
また、図７（Ｂ）において、スペース部６３の中央に斜めに入射する光束ＩＬＢ２に関しては、偏光成分別にレチクル面Ｒａでの透過率を計算することで、仮想面６８での複素振幅が偏光成分別に計算できる。さらに、スペース部６３に近接する領域でレチクル面Ｒａに斜めに入射する光束ＩＬＢ３に関しては、まずＳ偏光成分に関して、ガラス基板５６から境界面６０Ａを介して層５８Ａに入射するときの透過率、層５８Ａの側面６６Ｂで反射するときの反射率、さらに反射光が境界面６０Ｂ，６０Ｃを通過するときの透過率が上記の式を用いて計算される。なお、側面６６Ｂでは、全反射が起こるものとしている。全反射が起こる場合には反射光に位相シフトが発生するため、この位相シフトを考慮する。そして、層５８Ａ，５８Ｂ内での吸収を考慮することで、光束ＩＬＢ３のＳ偏光成分について、側面６６Ｂで反射された光束の仮想面６８における複素振幅が計算できる。同様に、光束ＩＬＢ３のＰ偏光成分についても、仮想面６８における複素振幅が計算できる。
【００６０】
他のライン部６２Ｂｂ，６２Ａｂに入射する光束ＩＬＢ５，ＩＬＢ８も同様に、偏光成分別に仮想面６８での複素振幅が計算される。そして、Ｘ方向に中心の間隔Δｘで配列された幅Δｘの多数の光束について計算された偏光成分別の複素振幅をＸ方向に配列することで、光束ＩＬＢが図７（Ｂ）のレチクルＲの３次元構造を持つパターンに斜めに入射したときに仮想面６８に形成される複素振幅分布であるＳ偏光成分の第１複素振幅分布ＥＳｉ（Ｘ，Ｙ）及びＰ偏光成分の第１複素振幅分布ＥＰｉ（Ｘ，Ｙ）が求められる。その第１複素振幅分布ＥＳｉ（Ｘ，Ｙ）のうち、Ｌ＆Ｓパターン６２Ａ，６２ＢのＹ方向の中央部でＸ軸に沿った分布をＥｉ（Ｘ）とすると、この実数部ＲｅＥｉ（Ｘ）は、一例として図７（Ｂ）に示すような分布となる。
【００６１】
次に、ステップ１２８において、演算部５４は、部分照明瞳７１（ｉ）（ｉ＝０〜Ｉ）から射出される光束に関してステップ１２４又は１２６で得られた第１複素振幅分布（ステップ１２６で得られた分布は偏光成分別に２つある）を個別にフーリエ変換して、投影瞳面ＰＬＰにおける複素振幅分布である第２複素振幅分布を計算する。一例として、図６（Ｃ）の部分照明瞳７１Ａから射出される光束によって仮想面６８に形成される第１複素振幅分布をフーリエ変換すると、図８（Ａ）に示すように、投影瞳面ＰＬＰにおいて、光軸ＡＸを中心とする０次光の領域７１ＡＰ１、スペース部６３による±１次回折光の領域７１ＡＰ２，７１ＡＰ３、Ｌ＆Ｓパターン６２Ｂによる±１次回折光の領域７１ＡＰ４，７１ＡＰ５、及びＬ＆Ｓパターン６２Ａによる±１次回折光の領域７１ＡＰ６，７１ＡＰ７を含む領域で絶対値が大きくなる複素振幅分布７３Ａが得られる。なお、図８（Ａ）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。
【００６２】
同様に、図６（Ｄ）の部分照明瞳７１Ｂから射出される光束によって仮想面６８に形成される第１複素振幅分布をフーリエ変換すると、図８（Ｂ）に示すように、投影瞳面ＰＬＰにおいて、光軸ＡＸからＸ方向に離れた０次光の領域７１ＢＰ１、及びこの領域に関してＸ方向に対称に配置される複数の回折光の領域を含む領域で絶対値が大きくなる複素振幅分布７３Ｂが得られる。
【００６３】
次のステップ１３０において、演算部５４は、部分照明瞳７１（ｉ）（ｉ＝０〜Ｉ）から射出される光束に関してステップ１２８で得られた第２複素振幅分布に、個別に波面収差として回転対称収差を付加する。これは、個別の光束のレチクル面Ｒａに対する入射角に応じて、仮想面６８に至るまでの光路長が異なることによる収差、及び仮想面６８と投影光学系ＰＬの物体面との間にＺ位置の偏差がある場合を考慮することを意味する。この場合、その部分照明瞳７１（ｉ）から射出される光束ＩＬＢが、図９に示すように、ガラス基板５６から層５８Ａに入射するときの屈折角をθ１、層５８Ａ（屈折率ｎ１、厚さｈ１）から層５８Ｂ（屈折率ｎ２、厚さｈ２）に入射するときの屈折角をθ２とする。このとき、光束ＩＬＢが層５８Ａ，５８Ｂを通過するときの光路長Ｌeffeは次のようになる。なお、図９では、以下の式の積算の範囲は添字ｉが１，２の場合である。
【００６４】
2014130971.tif 000004
そして、波面収差をｊ次（ｊ＝１，２，３，…）のツェルニケ(Zernike) 多項式の係数（ツェルニケ係数）Ｚｊで表すものとして、回転対称収差中の球面収差に関するツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９（さらにＺ１６を含めてもよい）を計算する。このとき、投影光学系ＰＬのツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９に関する感度を∂Ｚ４／∂Ｌ、∂Ｚ９／∂Ｌとして、ツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９で表される波面収差を計算結果に合わせるための既知の係数をｃｚ４，ｃｚ９とすると、光路長Ｌeffeを用いてツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９は次のように計算できる。
【００６５】
Ｚ４＝ｃｚ４（∂Ｚ４／∂Ｌ）Ｌeffe  …（７Ａ）
Ｚ９＝ｃｚ９（∂Ｚ９／∂Ｌ）Ｌeffe  …（７Ｂ）
なお、係数ｃｚ４，ｃｚ９は、一例として、例えばＬ＆Ｓパターン６２Ａの一部を通過する光束に関して本実施形態の計算方法によって投影瞳面ＰＬＰにおける複素振幅分布を計算した結果と、投影光学系ＰＬの波面収差の計測値とを比較することによって求めることができる。
なお、上記ツェルニケ係数を求める際に、Ｌ＆Ｓパターンのピッチや、ライン部の幅、スペース部の幅、及びデューティ比等を考慮しても良い。
【００６６】
そして、上記のツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９に対応する複素振幅分布が、対応する部分照明瞳７１（ｉ）（ｉ＝０〜Ｉ）から射出される光束の第２複素振幅分布に加算される。これによって、各部分照明瞳７１（ｉ）（ｉ＝０〜Ｉ）から射出される光束の投影瞳面ＰＬＰにおける第２複素振幅分布が偏光成分別に求められたことになる。なお、回転対称収差が小さい場合等には、ステップ１３０は省略してもよい。
【００６７】
その後、演算部５４は、部分照明瞳７１（ｉ）から射出される光束毎に、例えば第２複素振幅分布の絶対値の二乗を計算して、投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布（以下、部分光量分布という）を求める（ステップ１３２）。さらに、演算部５４は、部分瞳領域７０（ｉ）毎に得られたＩ個の部分光量分布を積算して、図８（Ｃ）に示す投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布７４を求める（ステップ１３４）。なお、実際には、光量分布７４のうち、図８（Ｄ）に示すように開口７２内の斜線を施された領域で光量が大きくなる光量分布７５が投影瞳面ＰＬＰにおける光量分布となり、この光量分布７５の情報が主制御装置１４に供給される。
【００６８】
次のステップ１３６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１３８）、主制御装置１４では、ステップ１３４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（ステップ１４０）、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１４２）。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１４４）。その後、ステップ１４６で次のウエハに露光する場合には動作はステップ１３８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。
【００６９】
このように本実施形態によれば、レチクルＲの３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における複素振幅分布が計算され、この複素振幅分布から投影瞳面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３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。
【００７０】
上述のように、本実施形態の露光装置ＥＸは、互いに複素屈折率が異なる複数の層５８Ａ，５８Ｂを持つ薄膜５８（膜）によって、レチクルＲのパターン面としてのレチクル面Ｒａ（主面）上に形成されたデバイスパターンＤＰ３からの光を受光する投影光学系ＰＬの瞳面（投影瞳面ＰＬＰ）における光量分布情報を計算する計算装置１０を備えている。この計算装置１０は、デバイスパターンＤＰ３を照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳ＩＬＰの情報を記憶する記憶部５２と、演算部５４とを備えている。そして、演算部５４は、照明瞳ＩＬＰの光量分布の情報を記憶部５２から入力し（ステップ１１６）、照明瞳ＩＬＰのうちの部分照明瞳７１Ａ，７１Ｂからの光束ＩＬＡ，ＩＬＢが、デバイスパターンＤＰ３内の複数の層５８Ａ，５８Ｂの境界面６０Ａ〜６０Ｃを通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、デバイスパターンＤＰ３を通過した後の光束ＩＬＡ，ＩＬＢの薄膜５８と投影光学系ＰＬとの間の仮想面６８（第１面）における第１複素振幅分布を計算し（ステップ１２４，１２６）、その第１複素振幅分布をフーリエ変換して投影瞳面ＰＬＰにおけるデバイスパターンＤＰ３からの回折光の第２複素振幅分布を計算する（ステップ１２８）。
【００７１】
本実施形態の計算装置１０、又は計算装置１０を用いた光量分布情報の計算方法によれば、デバイスパターンＤＰ３が複数の層を持つ薄膜５８に形成された３次元のパターンであるときに、基本的に境界面６０Ａ〜６０Ｃ等における光束の反射率及び／又は透過率を計算することによって仮想面６８における第１複素振幅分布を計算し、この２次元の第１複素振幅分布をフーリエ変換して投影瞳面ＰＬＰにおける第２複素振幅分布を計算している。従って、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ＤＰ３を２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ＤＰ３から発生する回折光の投影瞳面ＰＬＰにおける複素振幅分布を計算できる。さらに、この複素振幅分布を用いて光量分布も計算できる。
【００７２】
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１１２〜１２８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情報の計算を効率的に実行できる。そのプログラムは、そのコンピュータを、デバイスパターンＤＰ３を照明する照明光学系ＩＬＳの照明瞳ＩＬＰの光量分布の情報を入力する手段、照明瞳ＩＬＰのうちの部分照明瞳７１Ａ，７１Ｂ等からの光束ＩＬＡ，ＩＬＢ等が、デバイスパターンＤＰ３内の複数の層５８Ａ，５８Ｂの境界面６０Ａ〜６０Ｃを通過するときの透過率及び反射率の少なくとも一方を順次計算することにより、デバイスパターンＤＰ３を通過した後の光束ＩＬＡ，ＩＬＢ等の薄膜５８と投影光学系ＰＬとの間の仮想面６８における第１複素振幅分布を計算する第１計算手段、及びその第１複素振幅分布をフーリエ変換して投影瞳面ＰＬＰにおけるデバイスパターンＤＰ３からの回折光の第２複素振幅分布を計算する第２計算手段として機能させるものである。このプログラムによって、投影瞳面ＰＬＰにおける複素振幅分布（光量分布情報）を効率的に計算できる。
【００７３】
また、露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬで複数の層５８Ａ，５８Ｂを持つ薄膜５８によって形成されたレチクルＲのデバイスパターンＤＰ３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情報の計算装置１０と、計算装置１０によって求められる投影瞳面ＰＬＰにおけるデバイスパターンＤＰ３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１４０）、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１４２）主制御装置１４と、を備えている。
【００７４】
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３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。
【００７５】
なお、レチクルＲのパターンが３層以上の薄膜に形成されている場合、又はデバイスパターンが位相シフトパターン（例えばスペース部に位相シフターが埋め込まれたパターン）である場合にも上記の実施形態の計算装置及び計算方法が適用できる。
また、本実施形態の計算方法は、レチクルのパターンが、平面の状態で図１０のレチクルＲ１のデバイスパターンＤＰ２Ａで示すように、ピッチｐ３，ｐ４等の２次元のコンタクトホールパターン６２ＣＡ，６ＣＢＢ等を含む場合にも適用できる。
なお、上記の実施形態では、ツェルニケ係数Ｚ４，Ｚ９（Ｚ１６）に対応する複素振幅分布を、第２複素振幅分布に加算したが、ツェルニケ係数のＺ１６よりも高次の０θ項（ツェルニケ係数Ｚ２５、Ｚ３６、Ｚ４９、Ｚ６４、Ｚ８１、…）に対応する複素振幅分布を第２複素振幅分布に加算しても良い。
【００７６】
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ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１１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。
【００７７】
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。
【００７８】
このデバイス製造方法によれば、露光装置又は露光方法においてレチクルのパターンの像を高精度でウエハに露光できるようになるため、電子デバイスを効率的に高精度に製造できる。
なお、上記の実施形態の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。上記の実施形態の光量分布の計算方法及び装置は、露光光として波長１００ｎｍ以下の極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:以下、ＥＵＶ光という）を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）等にも適用できる。
また、上記の実施形態の光量分布の計算装置は、露光装置に内蔵或いは接続されていなくとも良く、露光装置とは独立に用いられても良い。上記の実施形態の光量分布の計算方法も、露光装置とは独立に用いられても良い。
【００７９】
また、上記の実施形態の光量分布の計算方法及び装置を、光学的近接効果の補正（ＯＰＣ）のモデリングプロセスや、マスク（レチクル）のパターンと照明光源とを同時に最適化するＳＭＯ(Source and Mask Optimization)、又は照明光源を最適化するＳＯ(Source Optimization)に適用しても良い。
また、上記の実施形態の光量分布の計算方法及び装置を用いて、ＢＦＤ（Best Focus Debiations）を求める際には、投影光学系に残存するＢＦＤ及びレジスト厚さに起因する位相ずれから生じるＢＦＤを考慮しても良い。
【００８０】
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】
【００８１】
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、ＤＰ３…デバイスパターン、ＩＬＰ…照明瞳、ＰＬＰ…投影瞳面、１０…光量分布情報の計算装置、１４…主制御装置、２０…光量分布の計測部、５１…記録媒体、５２…記憶部、５４…演算部、５８…薄膜、５８Ａ，５８Ｂ…層、６０Ａ〜６０Ｃ…境界面、６４Ａ，６５Ａ，６６Ａ…側面（断面）
【図１】
2014130971.tif 000005
【図２】
2014130971.tif 000006
【図３】
2014130971.tif 000007
【図４】
2014130971.tif 000008
【図５】
2014130971.tif 000009
【図６】
2014130971.tif 000010
【図７】
2014130971.tif 000011
【図８】
2014130971.tif 000012
【図９】
2014130971.tif 000013
【図１０】
2014130971.tif 000014
【図１１】
2014130971.tif 000015