(57)【要約】  ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定する。第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定する方法。第１面に配置される所定のパターンと、照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の輝度要素により表された瞳輝度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、許容されるＭＥＥＦ（マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタ）を制約条件として、プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することとを含む。
2014042044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定する方法であって、
前記第１面に配置される所定のパターンと、前記照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の輝度要素により表された瞳輝度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、
許容されるＭＥＥＦ（マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタ）を制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することとを含むことを特徴とする瞳輝度分布の設定方法。
【請求項２】
前記瞳輝度分布を設定することは、凸計画法を用いて前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の設定方法。
【請求項３】
前記瞳輝度分布を設定することは、前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に近づくように瞳輝度分布を設定することを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の設定方法。
【請求項４】
前記瞳輝度分布を設定することは、基準的な瞳輝度分布から設定された瞳輝度分布を求めることを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項５】
許容されるＯＰＥ誤差を設定することをさらに含み、
前記瞳輝度分布を設定することは、前記許容されるＯＰＥ誤差および前記許容されるＭＥＥＦを制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項６】
前記許容されるＯＰＥ誤差は、前記第２面上に形成されるパターン像の線幅の所望値からの許容誤差であることを特徴とする請求項５に記載の設定方法。
【請求項７】
前記許容されるＯＰＥ誤差および前記許容されるＭＥＥＦに関する制約条件として、前記結像光学系および前記照明光学系を含む装置の個体差および／または装置パラメータの変動を導入した制約条件を用いることを特徴とする請求項６に記載の設定方法。
【請求項８】
前記設定された瞳輝度分布に基づいてＭＥＥＦを計算することと、
前記計算されたＭＥＥＦと前記許容されるＭＥＥＦとの差が許容範囲に収まっているか否かを判断することとをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項９】
前記計算されたＭＥＥＦと前記許容されるＭＥＥＦとの差が前記許容範囲に収まっていないときに、前記計算されたＭＥＥＦと前記許容されるＭＥＥＦとの差が前記許容範囲に収まるまで、前記瞳輝度分布を設定することを繰り返すことによりＭＥＥＦを設定することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の設定方法。
【請求項１０】
異なる複数のＤＯＦについて、前記ＭＥＥＦを設定することを繰り返すことと、
前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に最も近づくときの設定されたＤＯＦの値を求めることとをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の設定方法。
【請求項１１】
前記設定されたＤＯＦに対応する瞳輝度分布を用いて、前記第２面上に形成されるパターン像の評価位置の所望位置からのシフト量を求めることと、
前記シフト量が所定値よりも大きいか否かを判断することとをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の設定方法。
【請求項１２】
異なる複数の所定フォーカス位置について、前記ＭＥＥＦを設定することを繰り返すことと、
前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に最も近づくときの設定された所定フォーカス位置を求めることとをさらに含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項１３】
前記設定された所定フォーカス位置に対応する瞳輝度分布を用いて、前記第２面上に形成されるパターン像の評価位置の所望位置からのシフト量を求めることと、
前記シフト量が所定値よりも大きいか否かを判断することとをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の設定方法。
【請求項１４】
前記シフト量が前記所定値よりも大きいときに、前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に向かって収束するように前記評価位置を調整しつつ前記評価位置を設定することをさらに含むことを特徴とする請求項１１または１３に記載の設定方法。
【請求項１５】
前記評価位置の設定に際して、前記第２面の複数のデフォーカス位置に応じて計算された前記シフト量を前記評価位置の調整量として用いることを特徴とする請求項１４に記載の設定方法。
【請求項１６】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の調整方法において、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の設定方法を用いて、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定することと、
前記設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整することとを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１７】
前記設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する際に、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１６に記載の調整方法。
【請求項１８】
前記照明光学系が備える空間光変調器であって且つ前記照明瞳に瞳輝度分布を形成するための空間光変調器を制御することによって、前記設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整することを特徴とする請求項１６または１７に記載の調整方法。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系。
【請求項２０】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳分布計測装置と、
前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置と、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の設定方法を用いて設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整するために前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする照明光学系。
【請求項２１】
前記瞳分布計測装置は、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
【請求項２２】
前記瞳分布計測装置は、前記被照射面へ向かう光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項２１に記載の照明光学系。
【請求項２３】
前記瞳調整装置は、所定面に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明瞳に瞳輝度分布を可変的に形成する空間光変調器を備え、
前記制御部は、前記空間光変調器の前記複数の光学要素を制御することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２４】
前記空間光変調器は、前記所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
【請求項２５】
所定のパターンを照明するための請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２６】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項２５に記載の露光装置。
【請求項２７】
請求項２５または２６に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、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、瞳輝度分布の設定方法、照明光学系およびその調整方法、露光装置、並びにデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、デバイスパターンの微細化に伴い、高い解像度が要求されるようになってきた。解像度Ｒは、レイリーの式、すなわちＲ＝ｋ１（λ／ＮＡ）で表される。ここで、λは、照明光（露光光）の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ１はレジストの解像性及び／又はプロセス制御性に依存するプロセス・ファクタである。このため、従来、照明光の短波長化及び投影光学系の開口数の増大化（高ＮＡ化）などにより、解像度の向上が図られてきた。【０００３】
しかしながら、露光波長の短波長化には、例えば光源及び硝材の開発に困難が伴う。また、高ＮＡ化は、投影光学系のＤＯＦ（Depth Of Focus）の低下を招き、ひいては結像性能（結像特性）の悪化の原因となるため、高ＮＡ化をむやみに推し進めることはできない。このような理由により、照明光の短波長化及び投影光学系の開口数の増大化（高ＮＡ化）のみでは、回路パターン・サイズの微細化に対処することが困難であった。このため、露光装置では、輪帯照明などの変形照明技術、及び位相シフトマスクなどの光延命技術の導入、レジスト技術における材料及び薄膜化及び多層化などのプロセス開発技術によるリソグラフィ性能向上（低ｋ１化）の努力がなされてきた。【０００４】
近年では、更なる高ＮＡ化を実現する装置として、局所液浸露光技術を採用した露光装置が実用化されている。しかしながら、液浸露光装置においても、照明光の短波長化だけでなく高ＮＡ化にも限界があり、低ｋ１化は必要不可欠となってきた。近年における低ｋ１化では、変形照明及び位相シフト技術などの超解像技術を駆使するのみならず、収差などの光学系誤差及びマスク（レチクル）のパターンがウェハ（感光性基板）上に転写される際に、そのパターンの忠実度が劣化する分をマスクパターンで補償する光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical proximity correction）への考慮も必要となってきた。ただし、低ｋ１化は、パターン像のコントラスト低下を招くため、この点に対する配慮も必要である。【０００５】
このような技術的背景において、低ｋ１値で量産可能な光学結像ソリューションを提供すべく、光学モデルによりマスクパターンと照明瞳での光強度分布とを同時に最適化するＳＭＯ（Source and Mask Optimization）手法や、照明瞳での光強度分布を最適化するＳＯ（Source Optimization）手法が注目されている（例えば特許文献１を参照）。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳輝度分布」という。照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許６,５６３,５６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＳＭＯ手法やＳＯ手法では、ＰＷ（プロセスウィンドウ：Process Window）を最大化することを主眼にしており、露光の評価指標として重要なＭＥＥＦ（マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタ：Mask Error Enhancement Factor）についての考慮はなされていない。ちなみに、ＭＥＥＦとは、マスクパターンの製造誤差がウェハ上に増幅される程度を示す指標である。【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することのできる設定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定する設定方法を用いて、設定された瞳輝度分布をターゲットとして瞳輝度分布を適切に調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、第１形態では、第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定する方法であって、
前記第１面に配置される所定のパターンと、前記照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の輝度要素により表された瞳輝度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、
許容されるＭＥＥＦ（マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタ）を制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することとを含むことを特徴とする瞳輝度分布の設定方法を提供する。【００１０】
第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の調整方法において、
第１形態の設定方法を用いて、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定することと、
前記設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整することとを含むことを特徴とする調整方法を提供する。【００１１】
第３形態では、第２形態の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系を提供する。【００１２】
第４形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳分布計測装置と、
前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置と、
第１形態の設定方法を用いて設定された瞳輝度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整するために前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする照明光学系を提供する。【００１３】
第５形態では、所定のパターンを照明するための第３形態または第４形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。【００１４】
第６形態では、第５形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
実施形態にしたがう瞳輝度分布の設定方法では、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することができる。実施形態にかかる照明光学系では、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定する設定方法を用いて、設定された瞳輝度分布をターゲットとして瞳輝度分布を適切に調整することができる。実施形態の露光装置では、瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図２】図１のステップＳ１１とＳ１５におけるＤＯＦの最適化の工程を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ２１およびＳ２２において実行されるＭＥＥＦの最適化の工程を示すフローチャートである。
【図４】プロセスウィンドウの大きさを定義する楕円を示す図である。
【図５】照明瞳をグリッド状に分割した様子を示す図である。
【図６】各照明ピクセルが有意なボケをもつ様子を示す図である。
【図７】制約条件で強度値を制約している位置について説明する図である。
【図８】プロセスウィンドウの最適化のための評価点について説明する図である。
【図９】ＭＥＥＦの最適化のための評価点について説明する図である。
【図１０】ＯＰＥ誤差の最適化のための評価点について説明する図である。
【図１１】本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法を適用して得られた瞳輝度分布を示す図である。
【図１２】図１１の各瞳輝度分布に対応するＯＰＥ誤差を示す図である。
【図１３】実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図１４】空間光変調ユニットの構成および作用を概略的に示す図である。
【図１５】空間光変調ユニット中の空間光変調器の部分斜視図である。
【図１６】瞳分布計測装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図１７】実施形態にかかる照明光学系の調整方法のフローチャートである。
【図１８】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１９】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程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】
【００１７】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。まず、実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法を説明する。本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法では、一例として露光装置を前提とし、第１面に配置されるパターン（マスクパターン）の像を第２面（ウェハの表面：露光面）上に形成する結像光学系（投影光学系）に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を改善する。本願明細書において、「改善」とは、改善前の初期状態の瞳輝度分布でのプロセスウィンドウよりも、改善後の瞳輝度分布でのプロセスウィンドウの方が大きくなることを指す。このとき、初期状態の瞳輝度分布は、瞳面内一様に輝度０である分布であっても良い。
【００１８】
本実施形態では、露光の評価指標として重要なＭＥＥＦ（マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタ：Mask Error Enhancement Factor）、ＯＰＥ（光近接効果：Optical Proximity Effect）誤差、ＰＷ（プロセスウィンドウ：Process Window）に関して改善された自由形状（フリーフォーム）の瞳輝度分布を導出するアルゴリズムを提案する。露光装置におけるＯＰＥ誤差は、例えばウェハ（感光性基板）に形成されるレジストパターンの線幅誤差である。ＭＥＥＦおよびＯＰＥ誤差には、それぞれユーザ指定値を与えることができる。本実施形態では、一例として、ＭＥＥＦおよびＯＰＥ誤差をそれぞれユーザ指定値以下に抑えた上で、プロセスウィンドウが最大化するように改善された自由形状の瞳輝度分布を求める。
【００１９】
図１は、実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。図２は、図１のステップＳ１１とＳ１５におけるベストフォーカス位置およびＤＯＦの最適化の工程を示すフローチャートである。図３は、図２のステップＳ２１およびＳ２２において実行されるＭＥＥＦの最適化の工程を示すフローチャートである。図１のステップＳ１１とＳ１５におけるベストフォーカス位置およびＤＯＦ（Depth Of Focus：ベストフォーカス位置からのデフォーカス量の許容範囲）の最適化では、図２のステップＳ２１およびＳ２２を実行する。
【００２０】
図２のステップＳ２１およびＳ２２では、ベストフォーカス位置およびＤＯＦの値を変えながら図３のステップＳ３１〜Ｓ３５を実行する。ベストフォーカス位置およびＤＯＦは、図３のステップＳ３２において、すなわち「線形最適化」の工程において解く線形計画問題中の定数である。ステップＳ３２の「線形最適化」の工程では、以下の線形計画問題を解く。すなわち、式（Ａ）乃至式（Ｑ）に示す制約条件の下で、式（ａ）で示すメリット関数を最大化するという線形計画問題を解く。
【００２１】
【数１】
2014042044.tif 000003
【００２２】
【数２】
2014042044.tif 000004
【００２３】
【数３】
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【００２４】
図４は、プロセスウィンドウの大きさを定義する楕円を示す図である。図４において、縦軸はパターン像が形成されるウェハの露光面における光強度Ｉを、横軸は露光面のガウスフォーカス位置に対するデフォーカス量を示している。ここで、ガウスフォーカス位置とは、投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮しないときのフォーカス位置である。したがって、投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮しないときのフォーカス位置（ガウスフォーカス位置）のデフォーカス量は０であるが、投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮したときのベストフォーカス位置のガウスフォーカス位置に対するデフォーカス量ΔＦは０にならない。
図４においてプロセスウィンドウを表わす楕円の鉛直方向（強度Ｉを示す縦軸方向）の幅が最大になるデフォーカス方向（図４の横軸方向）の位置を、投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮したときのベストフォーカス位置とする。ガウスフォーカス位置に対するベストフォーカス位置のデフォーカス量はΔＦである。別の表現をすれば、図４においてプロセスウィンドウを表わす楕円の重心を通って鉛直方向（強度Ｉを示す縦軸方向）に楕円を二等分する直線のデフォーカス方向（図４の横軸方向）の位置が、投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮したときのベストフォーカス位置である。ステップＳ３２の線形計画問題において最大化したいのはプロセスウィンドウである。すなわち、図４において楕円の面積で定義されるプロセスウィンドウを最大化する。ベストフォーカス位置およびＤＯＦは、ステップＳ３２において線形計画問題を解く時点では定数とする。ベストフォーカス位置およびＤＯＦは、図２のアルゴリズムにおいて最適化（改善）される。図４に示すｗ’，ｗは最適化変数であり、プロセスウィンドウの大きさを定義する楕円が縦軸と交わるときの２つの強度値である。ｗ’，ｗについては、制約条件（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）の説明において詳述する。
【００２５】
以下、各制約条件について説明する。制約条件（Ａ）において、Ｓｉは図５に示すようにグリッド状に分割された照明瞳の各ピクセルｉの強度値であり、ｎは照明ピクセルの総数である。照明瞳をどの程度細かく分割するかはユーザ定義（ユーザが決定する事項）であり、ステップＳ３２の線形最適化に際して既知の定数である。Ｓｉの最大値としてＳMaxを定義する。Ｓｉ（１≦ｉ≦ｎ）、ＳMaxは、線形計画問題における最適化変数である。Ｓｉを最適化することにより、自由形状の瞳輝度分布の最適化（改善）を行う。図５では、縦３３×横３３個のピクセルで照明瞳を表現した例を示しているが、多くの場合、縦６５×横６５個のピクセルによる表現、またはこれよりも多い縦１２９×横１２９個のピクセルによる表現の方が有意に良い結果が得られる。このように、ステップＳ３２では、照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の輝度要素Ｓｉにより表された瞳輝度分布を用いる。
【００２６】
収差が無視できるほどに十分小さい場合、瞳輝度分布にｘ，ｙ方向の非対称性があると、デフォーカスの際に像の歪みにつながる。通常、収差は十分小さいから、瞳輝度分布を表すＳｉはｘ軸およびｙ軸に関して対称である方が良い。この場合、線形計画問題における最適化変数は、照明瞳のうちの第一象限のピクセルにおけるＳｉに限定される。グリッド分割された複数の照明ピクセルで表現される瞳輝度分布を実際に実現する際には、図６に示すように、各照明ピクセル６１は有意なボケ６２をもつ。各ピクセルがウェハ上の光強度分布に対して及ぼす寄与は各照明ピクセルのボケを考慮して計算されなければならない。ボケを考慮せずに各照明ピクセルの寄与を計算した際に得られる最適解の性能は、実際に実現したときの性能と異なる。ボケはハードウェア起因であり、ハードウェアに特異的なボケを考慮することにより、実際に実現可能な瞳輝度分布が得られる。
【００２７】
制約条件（Ｂ）において、ＰＦＲ（Pupil
Fill Ratio）はユーザ定義の値である。制約条件（Ｂ）により、全てのＳｉがＳMaxに等しいときの和ΣＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）を１としたとき、少なくともＰＦＲの割合だけΣＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）が値を持つようにする。ＰＦＲには、例えば０．０５程度以上の値を入れる。ＰＦＲがあまりに小さいと、投影光学系中で使われる箇所が局在するために熱収差の影響が出やすいなどの影響がある。
【００２８】
制約条件（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）では、ユーザ定義のリファレンス瞳輝度分布（例えば設計上の瞳輝度分布）からの差異が大きくならないように制約する。リファレンス瞳輝度分布が各照明ピクセルｉにおいてもつ強度値がｒｉである。最適瞳輝度分布の強度値Ｓｉとｒｉとの差の絶対値ｄｉをとるために制約条件（Ｃ）、（Ｄ）を用いる。ｎrefは、ｎ個の照明ピクセルのうちリファレンス瞳輝度分布が有意な強度を持つピクセルの個数であり、ｎref ≦ｎである。
【００２９】
制約条件（Ｅ）、（Ｆ）により、リファレンス瞳輝度分布からの差異量を制約する。最大値が１になるようにｒｉを規格化しておくと、リファレンス瞳輝度分布の強度和はＳMaxΣｒｉ（ｉ＝１〜ｎref）である。制約条件（Ｅ）では、強度差の絶対値ｄｉの和Σｄｉ（ｉ＝１〜ｎref）がＳMaxΣｒｉ（ｉ＝１〜ｎref）に占める割合をユーザ定義の定数Ｒによって制約する。ただし、制約条件（Ｅ）で監視しているのはｒｉが有意な値を持つｎref個のピクセルにおいてのみであり、リファレンス瞳輝度分布から減る量の上限を制約する。制約条件（Ｆ）と組み合わせることにより、リファレンス瞳輝度分布から増える量の上限も制約する。ｎref＝ｎであれば、制約条件（Ｆ）は不要であり、削除する。リファレンス瞳輝度分布からの差異を制約する必要がなければ、線形計画問題から制約条件（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）を削除する。このように、ステップＳ３２では、例えばユーザ定義の基準的な瞳輝度分布から改善された瞳輝度分布を求める。
【００３０】
制約条件（Ｇ）では、ウェハ上でのアンカー・ゲージの強度値（threshold強度：しきい値）を１に規格化する。インコヒーレント結像理論から、ウェハ上の光強度Ｉ（χ，Bias）は照明ピクセル強度Ｓｉの線形和により次の式（ｂ）で表される。式（ｂ）において、Ｃｉ（χ，Defocus，Bias）は、各照明ピクセルｉがある単位強度のときに、デフォーカス量Defocusだけ位置ずれしたウェハ上の位置χ（ベクトル（ｘ，ｙ） ）に、ある量Biasだけ全体に太らせたマスクパターンによる回折を経て与えられる光強度を示している。すなわち、Bias量とは、例えばマスクパターンの設計上のライン幅に対する調整量である。
【００３１】
【数４】
2014042044.tif 000006
【００３２】
制約条件（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）では、離散的にサンプリングしたウェハ上の点の強度値を制約し、大局的にユーザ指定のターゲット構造（Target構造）が実現されるようにする。図７は、制約条件（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）で強度値を制約している位置について説明する図である。図７において灰色で示す矩形状の部分がターゲット構造（ユーザが作りたいパターン像の構造）である。露光の結果として得られるレジスト構造は、ウェハ上の光強度分布をしきい値（threshold強度）で二値化することにより、図７において黒い太線で示すように近似的に求まる。
【００３３】
図７に示すように、ターゲット構造のエッジを挟んでEdge_Dark点およびEdge_Bright点をとる。制約条件（Ｇ）によりしきい値が１であるから、制約条件（Ｈ）、（Ｉ）により図７のEdge_Dark点とEdge_Bright点との間に強度１の位置が存在することになり、近似レジスト構造のエッジ位置をEdge_Dark点とEdge_Bright点との間に位置させることができる。Edge_Dark点とEdge_Bright点との距離はユーザ定義の定数である。Edge_Dark点とEdge_Bright点との距離を小さくすると、レジスト構造をターゲット構造に近づけることができる。
【００３４】
制約条件（Ｊ）、（Ｋ）は、レジスト構造がエッジから離れた位置でも正常な強度値をもつための制約条件である。強度値が１よりも大きくなるべき位置（明るくなるべき位置）にBright点を、強度値が１よりも小さくなるべき位置（暗くなるべき位置）にDark点を取り、それぞれの位置での強度値をユーザ指定値のＩBright（＞１）、ＩDark（＜１）で制約する。Bright点、Dark点の強度の制約はデフォーカス面でも行う。図４の楕円のプロセスウィンドウが定義されるＤＯＦ以下の離散的なデフォーカス面、すなわち次の式（ｃ）で示すデフォーカス面Defocus（ただしΔzはユーザ定義値であり、照明光の波長λ＝１９３ｎｍで、投影光学系の像側開口数ＮＡ＝１．３５の場合にはΔzが５ｎｍ程度以下であることが推奨される。ただし、Δzが小さいと多くのデフォーカス面を評価する必要が出てくるため計算負荷が高くなる。計算負荷を軽減する目的で、Δzを２０ｎｍなど大きく設定するのが有効な場合もある。）で制約する。
【００３５】
【数５】
2014042044.tif 000007
【００３６】
制約条件（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）により、図４の ｗ’、ｗ 、ｗ'' を制約する。図４の楕円の上半分は次の式（ｄ）により、下半分は次の式（ｅ）により表される。離散的なデフォーカス面Defocus＝ｋdefΔz＋ΔＦで制約する。プロセスウィンドウの定義から、図４の楕円の内側領域は、各デフォーカス面においてＣＤ値（レジストパターン像の線幅値）がユーザ指定の許容誤差±ΔＣＤ（レジストパターン像の線幅の許容誤差：許容されるＯＰＥ誤差）の範囲に収まる強度値である。
【００３７】
【数６】
2014042044.tif 000008
【００３８】
図８に示すように、ＣＤ（TargetＣＤ）から±ΔＣＤだけずらした位置の明るい方にPW_Bright点、暗い方にPW_Dark点をとる。全てのPW_Bright点の強度値が各離散デフォーカス面において式（ｄ）で表される楕円の上半分よりも上であり、全てのPW_Dark点の強度値が各離散デフォーカス面において式（ｅ）で表される楕円の下半分よりも下である必要があり、これを保証するのが制約条件（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）である。
【００３９】
メリット関数と制約条件（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）とによるプロセスウィンドウの最適化方法（改善方法）は、プロセスウィンドウを評価する図形の形状が決まっていれば同様に成り立つので、プロセスウィンドウを評価する図形の形状を長方形、ひし形など他の形状にしても良い。例えばプロセスウィンドウを評価する図形を長方形で表すとき、式（ａ）で表されるメリット関数および制約条件（Ｌ）、（Ｍ）を、次に示すような式（ａ’）で表されるメリット関数および式（Ｌ’），式（Ｍ’）で表される制約条件に差し替えればよい。このとき、ｗ'' が不要であるから、制約条件（Ｎ）は削除する。
【００４０】
【数７】
2014042044.tif 000009
【００４１】
制約条件（Ｏ）により、ＭＥＥＦを制約する。D. Ziger, D., Proc.
of SPIE 7122, 71223W (2008)を参照すると、ＭＥＥＦを近似的に以下の式（ｆ）で表すことができる。ただし、式（ｆ）におけるCD_BiasedおよびCD_Defaultは、それぞれ図９中のデフォルトのマスク（設計上のマスク）による光強度分布およびバイアスを施したマスクによる光強度分布に対応している。Ｉ（χ，Bias），Ｉ（χ，０），Ｉ（χ＋Bias，Bias）は、それぞれ図９において参照符号６３，６４，６５で示す点の強度値である。式（ｆ）では、マスクのバイアス量（ウェハ次元での換算値）と、ウェハでの位置の微小移動量（点６３，６４と点６５との位置の差）とが同じBiasであるとしている。
【００４２】
【数８】
2014042044.tif 000010
【００４３】
ＭＥＥＦにユーザ指定の許容最大値ＭＥＥＦMaxが指定されている場合には、以下の不等式（ｇ）が成り立つべきである。ここで、図９に示すように、ＣＤ値の評価方向の位置のBiasを必ず光強度が小さくなる方にとり、かつマスクのバイアスをウェハ上の強度が大きくなるようにとると、不等式（ｇ）における絶対値を外すことができ、以下の不等式（ｈ）が得られる。また、不等式（ｈ）の分母が正であるから、両辺に｛Ｉ（χ，Bias）−Ｉ（χ＋Bias，Bias）｝を掛けると、以下の不等式（ｉ）が得られる。こうして、ＭＥＥＦの制約条件が強度に関して線形の不等式になり、制約条件（Ｏ）によりＭＥＥＦをユーザ指定の許容値ＭＥＥＦMax以下に制約することができる。
【００４４】
【数９】
2014042044.tif 000011
【００４５】
制約条件（Ｐ）、（Ｑ）により、ＯＰＥ誤差を制約する。図１０は、ＯＰＥ誤差の最適化のための評価点OPE_Bright点およびOPE_Dark点について説明する図である。ＯＰＥ誤差すなわちＣＤ誤差をユーザ指定値以下に抑制するアルゴリズムは、以下の通りである。Target CD（ターゲットＣＤ）からのＣＤ誤差に対するユーザ指定の許容最大値をΔCDtargetとする。Target CDを定義する端の点から、ＣＤを計測する方向において互いに逆方向にΔCDtarget/2だけ離れた位置に、図１０に示すようにOPE_Bright点およびOPE_Dark点をとる。
【００４６】
OPE_Bright点の強度がしきい値（threshold強度）よりも大きくなる制約条件（Ｐ）を課し、OPE_Dark点の強度がしきい値よりも小さくなる制約条件（Ｑ）を課すと、しきい値（＝１）は必ずOPE_Bright点とOPE_Dark点との間にあることになる。すなわち、しきい値による二値化で得られる構造のエッジがOPE_Bright点とOPE_Dark点との間に位置する。ＣＤ値を定義する２つのエッジ位置の誤差をそれぞれΔCDtarget/2以下にすることができるから、２つのエッジ位置で定義されるＣＤ値の誤差がΔCDtarget以下に抑えられる。以上のことから、制約条件（Ｐ）、（Ｑ）によりＯＰＥ誤差を最適化（改善）することができる。
【００４７】
このように、ステップＳ３２では、第１面に配置される所定のパターンと、照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の輝度要素Ｓｉにより表された瞳輝度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算する。そして、許容されるＭＥＥＦおよび許容されるＯＰＥ誤差を制約条件として、プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に近づくように（一般的にはプロセスウィンドウが所定値以上になるように）瞳輝度分布を改善する。
【００４８】
ステップＳ３２の線形計画問題において、ＭＥＥＦは近似的に制約されている。評価パターンの位置シフトがなく且つBias量が十分小さい場合にはＭＥＥＦの近似精度は良いが、そうでない場合には厳密計算によるＭＥＥＦの補正を行う必要がある。図３は、その厳密計算によるＭＥＥＦの補正を行うループを示している。ステップＳ３２の線形計画問題において、ＭＥＥＦMax＝ＭＥＥＦTargetと初期値設定する（ステップＳ３１）。ここで、ＭＥＥＦTargetはユーザ指定の許容最大値である。
【００４９】
ステップＳ３２の線形計画問題を解いて得られた瞳輝度分布を用いてＭＥＥＦを厳密計算し、厳密計算により得られた値をＭＥＥＦcurrentに代入する（ステップＳ３３）。そして、ＭＥＥＦTargetとＭＥＥＦcurrentとの差の絶対値abs（ＭＥＥＦTarget−ＭＥＥＦcurrent）が十分小さいか否かを判断する（ステップＳ３４）。abs（ＭＥＥＦTarget−ＭＥＥＦcurrent）が十分小さければ終了するが、abs（ＭＥＥＦTarget−ＭＥＥＦcurrent）が十分小さくなければ、ＭＥＥＦMaxを調整し（ステップＳ３５）、再度ステップＳ３２の線形計画問題を解く過程を繰り返す。一般に、ＭＥＥＦMaxが小さいほどＭＥＥＦcurrentも小さくなるので、ＭＥＥＦTargetを実現するのに必要十分なだけＭＥＥＦMaxを小さくすれば良い。
【００５０】
このように、ステップＳ３２〜Ｓ３５では、ステップＳ３２により改善（設定）された瞳輝度分布に基づいてＭＥＥＦを計算し、計算されたＭＥＥＦと許容されるＭＥＥＦとの差が許容範囲に収まっているか否かを判断する。そして、計算されたＭＥＥＦと許容されるＭＥＥＦとの差が許容範囲に収まっていないときに、計算されたＭＥＥＦと許容されるＭＥＥＦとの差が許容範囲に収まるまで、瞳輝度分布を改善することを繰り返すことによりＭＥＥＦを改善する。
【００５１】
ステップＳ３１〜Ｓ３５ではベストフォーカス位置およびＤＯＦを定数としているが、図２の「ベストフォーカス位置およびＤＯＦの最適化」ではベストフォーカス位置およびＤＯＦを最適化する。投影光学系の収差、ウェハの多層膜構造、およびマスクの三次元効果を考慮した場合には、ベストフォーカス位置を変えた方がプロセスウィンドウが大きくなり得る。ユーザや装置の都合などにより必要なＤＯＦが決まっている場合には、ＤＯＦを固定してベストフォーカス位置のみを最適化すれば良い。図２は、ベストフォーカス位置およびＤＯＦを最適化する際には２段階で最適化すると良いことを示すものである。図２のステップＳ２１およびＳ２２において、それぞれベストフォーカス位置およびＤＯＦを変えながらステップＳ３１〜Ｓ３５のアルゴリズムを繰り返し実行する。具体的に、ステップＳ２１では、一定のピッチ（例えば２ｎｍなど、ベストフォーカス位置とＤＯＦとの局所最適（local optimum）な組み合わせが２つ以上存在し得ないほど十分細かい値）で、ベストフォーカス位置およびＤＯＦを変えながらメリット関数の値（ひいてはプロセスウィンドウの値）が最も大きくなる時のベストフォーカス位置およびＤＯＦの値を求める。
【００５２】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１で得られたベストフォーカス位置およびＤＯＦの近傍で、さらにメリット関数が大きくなるベストフォーカス位置およびＤＯＦの値をより高精度に求める。ステップＳ２２は、メリット関数の値が最大値で十分に収束した時点で終了とする。ステップＳ２１において十分細かいピッチで２次元グリッド探索を行うことを経てベストフォーカス位置およびＤＯＦの最適化を行うことにより、得られるベストフォーカス位置およびＤＯＦはグローバル最適な値であると言える。このように、ステップＳ２１およびＳ２２では、異なる複数のベストフォーカス位置およびＤＯＦについて、ＭＥＥＦを改善することを繰り返すことと、プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に最も近づくときの改善されたベストフォーカス位置およびＤＯＦの値を求めることとを含んでいる。
【００５３】
上述の式（ｂ）に示すようにウェハ上の光強度Ｉを照明ピクセル強度Ｓｉの線形和で表すには、ウェハ上の評価位置（ｘ，ｙ）が固定でなければならない。よって、ステップＳ３２の線形計画問題の中では評価位置を固定とし、その外側のループで評価位置を調整する。図１は、その評価位置調整のループを示している。ステップＳ１１のベストフォーカス位置およびＤＯＦ最適化において、ステップＳ２１およびＳ２２のアルゴリズムを実行する。次いで、ステップＳ２１およびＳ２２の最適化により得られた瞳輝度分布を用いて、最適化したベストフォーカス位置を中心としたＤＯＦの範囲内で位置シフトを計算する（ステップＳ１２）。
【００５４】
位置シフトの計算では、ステップＳ３２の線形計画問題において評価したＣＤを定義する２点と、実際にＣＤを求めたときのＣＤを定義する２点との乖離を調べる（ステップＳ１３）。その乖離が十分小さい（例えば、０．０１ｎｍ程度以下）場合、評価位置を調整する必要がないので、ループ終了とする。乖離が十分小さくない場合には、評価位置を最適化変数としてプロセスウィンドウの値を最大化するような最適化を行う（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。評価位置を適宜調整し、プロセスウィンドウの値が最大になるような評価位置を探索して、プロセスウィンドウの値がほぼ最大値に収束した時にループ終了とする。
【００５５】
評価位置を調整する方法の一つは、直前までの最適瞳輝度分布を用いて計算したdefocus面毎の評価位置シフト量をそのまま調整量として用いることである。線形計画問題は特定の評価位置（defocus面毎に違っていてもよい）に関してグローバル最適解を求めることができるので、この手法により直前までの最適瞳輝度分布よりも必ず良い改善された瞳輝度分布を得ることができる。ここでは、ステップＳ２１およびＳ２２のように２次元グリッド探索を経てベストフォーカス位置およびＤＯＦの最適化を行うことにより導出される最適ベストフォーカス位置および最適ＤＯＦもグローバル最適であることを用いている。ユーザが評価位置をシフトさせることをあまり望まない場合には、評価位置の調整量に制限をつければ良い。
【００５６】
このように、ステップＳ１１〜Ｓ１６では、改善（設定）されたベストフォーカス位置およびＤＯＦに対応する瞳輝度分布を用いて、ウェハ上に形成されるパターン像の現状の評価位置からのシフト量を求め。求めたシフト量が所定値よりも大きいか否かを判断する。そして、シフト量が所定値よりも大きいときに、プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に向かって収束するように評価位置を調整する。評価位置の改善に際して、ウェハ面の複数のデフォーカス位置に応じて計算されたシフト量を評価位置のデフォーカス毎の調整量として用いる。
【００５７】
実際の半導体露光装置に適用に際して、装置の個体差や装置パラメータの短期的変動にロバストであることが好ましい。ロバスト性の向上を実現するには、ステップＳ３２の線形計画問題において装置の個体差や装置パラメータの短期的変動を導入すれば良い。装置の個体差および装置パラメータの短期的変動には、具体的には光の波長、投影光学系の収差・透過率、ＭＳＤ（moving standard deviation）、像高などの違いがあるが、これらは全てウェハ上の光強度Ｉを計算する式（ｂ）におけるＣｉ（χ，Defocus，Bias）の変化になる。
【００５８】
装置の個体差および装置パラメータの変動として考えられる量を導入したＣｉ（χ，Defocus，Bias）を用いた制約条件（Ｇ）〜（Ｍ）、（Ｏ）〜（Ｑ）をステップＳ３２の線形計画問題に加えることにより、こうした変化を考慮した上での共通プロセスウィンドウを最大化し、変化の下でも制約条件が成り立つような瞳輝度分布、すなわち変化にロバストな瞳輝度分布を得ることができる。このように、許容されるＯＰＥ誤差および許容されるＭＥＥＦなどに関する制約条件として、結像光学系および照明光学系を含む装置の個体差および／または装置パラメータの変動を導入した制約条件を用いることにより、ロバスト性の向上した瞳輝度分布を得ることができる。
【００５９】
式（ｂ）を「ウェハ上の光強度」として説明したが、ウェハ上の光強度でなくとも照明ピクセル強度Ｓｉの線形和で表現できるものであれば良い。水中またはレジスト中の光強度を用いることができることは自明であるが、P. Liu et atl., Proc. of SPIE 8326, 83260A (2012)にあるようにレジスト中の強度に線形の係数を掛けることで近似的に表現したＰＡＧ（photo-acid
generator）の分布でもよい。加えて、P. Liu et
atl., Proc. of SPIE 8326, 83260A (2012)
ではGaussianのコンボリューションによって酸の拡散効果を近似的に加えているが、これを用いてもよい。
【００６０】
上記アルゴリズムにおける線形計画問題は、より上位の概念である凸最適化問題（convex optimization：凸計画問題；凸計画法）に拡張しても良い。単純に現状のメリット関数を二乗すると凸最適化問題になる。また、凸最適化問題に拡張することで、必要に応じて２次までの関数をメリット関数や制約条件に導入できるようになる。すなわち、許容されるＭＥＥＦを制約条件として、凸計画法を用いてプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定しても良い。
【００６１】
図１１は、本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法を適用して得られた瞳輝度分布を示す図である。以下に示す数値例では、各指標に対する注力の度合いを調整し、図１１（ａ）に示すデフォルトの輪帯状の瞳輝度分布（基準的な輪帯状の瞳輝度分布）６６ａから、図１１（ｂ）〜（ｅ）に示すように改善された瞳輝度分布６６ｂ〜６６ｅを得た。表（１）に、図１１（ａ）〜（ｅ）の各瞳輝度分布６６ａ〜６６ｅの性能を示す。数値例では、ピッチが９０ｎｍ〜７００ｎｍ（ウェハ上換算）までの４５個の１次元ライン・アンド・スペース・パターンに対して瞳輝度分布の最適化（改善）を行った。
【００６２】
４５個のパターンのうち、パターン番号１〜１３は、ウェハ上換算で目標ライン幅が４５ｎｍで且つピッチがウェハ上換算で９０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で変化するパターンである。パターン番号１４〜２９は、ウェハ上換算で目標ライン幅が７５ｎｍで且つピッチがウェハ上換算で１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で変化するパターンである。パターン番号３０〜４５は、ウェハ上換算で目標ライン幅が１００ｎｍで且つピッチがウェハ上換算で３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で変化するパターンである。ｘ方向に周期的なラインに対する最適化のため、ｙ方向直線偏光の光をパターンに照射した。
【００６３】
表（１）
プロセスウィンドウ      ＭＥＥＦ      最大ＯＰＥ誤差
（％・μｍ）                        （ｎｍ）
瞳輝度分布６６ａ      ０．９３          ２．８            −
瞳輝度分布６６ｂ      １．４４          ２．６          ５．６
瞳輝度分布６６ｃ      ０．９９          ２．０          ６．０
瞳輝度分布６６ｄ      １．１７          ２．７          ０．１
瞳輝度分布６６ｅ      １．２１          ２．５          ０．５
【００６４】
図１１（ａ）に示すデフォルトの瞳輝度分布６６ａを用いてマスクパターンにＯＰＣ処理（ライン幅のBiasing）を行った。図１１（ｂ）に示す瞳輝度分布６６ｂは、ＭＥＥＦおよびＯＰＥ誤差を無視してプロセスウィンドウの最適化のみに注力して得られた瞳輝度分布である。ＭＥＥＦを無視したにも関わらずデフォルトよりもＭＥＥＦが改善したのは、プロセスウィンドウの最大化によって強度コントラストが向上したためであろうと考えられる。
【００６５】
図１１（ｃ）に示す瞳輝度分布６６ｃは、ＭＥＥＦにユーザ指定最大値２を設定して得られた瞳輝度分布である。図１１（ｄ）に示す瞳輝度分布６６ｄは、ＯＰＥ誤差にユーザ指定最大値０．１ｎｍを設定して得られた瞳輝度分布である。図１１（ｅ）に示す瞳輝度分布６６ｅは、ＯＰＥ誤差を０．５ｎｍ以下に抑えつつ、ＭＥＥＦに２．５を設定して得られた瞳輝度分布であり、プロセスウィンドウおよびＭＥＥＦを向上させながらＯＰＥ誤差があまり大きくならないように配慮したバランスのとれた瞳輝度分布である。図１２は、図１１の各瞳輝度分布に対応するＯＰＥ誤差を示す図である。図１２において、横軸はパターン番号１〜４５を示し、縦軸はＯＰＥ誤差（ＣＤ誤差：ｎｍ）を示している。ＯＰＥを制約した瞳輝度分布６６ｄと６６eにおいて、ＯＰＥ誤差を指定した通り小さく抑えることができた。以上のように、本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法では、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定することができる。
【００６６】
本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法は、目標パターンから計算機上で瞳輝度分布とマスクパターン形状とを最適化していく段階、および実際に瞳輝度分布とマスクパターンとを作製し、意図した露光結果が得られるように瞳輝度分布を修正する段階において使用される。目標パターンから瞳輝度分布とマスクパターン形状とを最適化していく段階では、ＳＭＯ（Source and Mask Optimization：例えば、T. Muelders et
al., Proc. of SPIE 8326, 83260G (2012)を参照）手法などが用いられるが、その中で空間像を用いて瞳輝度分布の最適化を行う。瞳輝度分布の最適化に際して、マスクパターン形状を変化させることなく、本実施形態にかかる設定方法によって瞳輝度分布のみを最適化（改善）する。本実施形態にかかる設定方法では、線形計画問題の活用により高速な最適化が可能である。その結果、最適化変数である照明ピクセルの数を増大させてより高い最適化結果を得ることができ、ひいてはより良い露光結果につながる瞳輝度分布を得ることができる。
【００６７】
意図した露光結果が得られるように瞳輝度分布を修正する段階では、計算で導出したマスクパターンおよび瞳輝度分布による露光結果（目標値）と、実際に作製したマスクパターンおよび瞳輝度分布による露光結果との乖離を補正する。一般に、乖離の補正に際して、マスクまたは瞳輝度分布を作り直して所望の結果が得られるようにする。しかしながら、例えば米国特許公開第２０１１／００６９３０５号公報に記載されているように自由形状の瞳輝度分布をアクティブに調整する技術を利用することにより、マスクの作り直しよりも安価に且つ迅速に瞳輝度分布を調整し、ひいては露光結果の調整を行うことが可能である。
【００６８】
このとき、本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法を用いて、どのように瞳輝度分布を調整すべきかを導出する。評価位置は、実験と計算との差異を埋めるように設定する。計算機上で線幅ＣＤcalcが得られ、露光結果において線幅ＣＤexp が得られていて、所望の線幅値がＣＤtargetであるものとすると、次の式（ｊ）に示すような換算ＣＤtargetが計算機上で得られるような瞳輝度分布を本実施形態の設定方法を用いて導出すれば、露光結果において所望の線幅ＣＤtargetが得られると期待される。
換算ＣＤtarget＝ＣＤtarget×（ＣＤexp／ＣＤcalc）      （ｊ）
【００６９】
図１３は、実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１３において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１３の紙面に平行な方向に沿ってＸ軸を、ウェハＷの転写面内において図１３の紙面に垂直な方向に沿ってＹ軸をそれぞれ設定している。
【００７０】
図１３を参照すると、本実施形態の露光装置には、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。本実施形態の露光装置は、装置の光軸ＡＸに沿って、空間光変調ユニット３を含む照明光学系ＩＬと、マスクＭを支持するマスクステージＭＳと、投影光学系ＰＬと、ウェハＷを支持するウェハステージＷＳとを備えている。
【００７１】
光源１からの光は、照明光学系ＩＬを介してマスクＭを照明する。マスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、マスクＭのパターンの像をウェハＷ上に形成する。光源１からの光に基づいてマスクＭのパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬは、空間光変調ユニット３の作用により、複数極照明（２極照明、４極照明など）、輪帯照明等の変形照明、通常の円形照明などを行う。また、マスクＭのパターンの特性に応じて、複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布に基づく変形照明を行う。
【００７２】
照明光学系ＩＬは、光軸ＡＸに沿って光源１側から順に、ビーム送光部２と、空間光変調ユニット３と、リレー光学系４と、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５と、コンデンサー光学系６と、照明視野絞り（マスクブラインド）７と、結像光学系８とを備えている。空間光変調ユニット３は、ビーム送光部２を介した光源１からの光に基づいて、その遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）に所望の光強度分布（瞳輝度分布）を形成する。空間光変調ユニット３の内部構成および作用については後述する。
【００７３】
ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調ユニット３へ導くとともに、空間光変調ユニット３に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。リレー光学系４は、空間光変調ユニット３からの光を集光して、マイクロフライアイレンズ５へ導く。マイクロフライアイレンズ５は、たとえば縦横に且つ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り、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。
【００７４】
マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。マイクロフライアイレンズ５における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。
【００７５】
マイクロフライアイレンズ５は、入射した光束を波面分割して、その後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に多数の小光源からなる二次光源（実質的な面光源；瞳輝度分布）を形成する。マイクロフライアイレンズ５の入射面は、リレー光学系４の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。なお、マイクロフライアイレンズ５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。
【００７６】
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ５により形成される二次光源を光源として、照明光学系ＩＬの被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系ＩＬの照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００７７】
なお、瞳輝度分布とは、照明光学系ＩＬの照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布である。マイクロフライアイレンズ５による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ５の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳輝度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ５の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳輝度分布と称することができる。
【００７８】
コンデンサー光学系６は、マイクロフライアイレンズ５から射出された光を集光して、照明視野絞り７を重畳的に照明する。照明視野絞り７を通過した光は、結像光学系８を介して、マスクＭのパターン形成領域の少なくとも一部に照明視野絞り７の開口部の像である照明領域を形成する。なお、図１３では、光軸（ひいては光路）を折り曲げるための光路折曲げミラーの設置を省略しているが、必要に応じて光路折曲げミラーを照明光路中に適宜配置することが可能である。
【００７９】
マスクステージＭＳにはＸＹ平面（例えば水平面）に沿ってマスクＭが載置され、ウェハステージＷＳにはＸＹ平面に沿ってウェハＷが載置される。投影光学系ＰＬは、照明光学系ＩＬによってマスクＭのパターン面上に形成される照明領域からの光に基づいて、ウェハＷの転写面（露光面）上にマスクＭのパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。
【００８０】
図１４および図１５を参照して、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を説明する。空間光変調ユニット３は、図１４に示すように、プリズム３２と、プリズム３２のＹＺ平面に平行な側面３２ａに近接して配置された空間光変調器３０とを備えている。プリズム３２は、例えば蛍石または石英のような光学材料により形成されている。
【００８１】
空間光変調器３０は、例えばＹＺ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａと、複数のミラー要素３０ａを保持する基盤３０ｂと、基盤３０ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３０ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３０ｃとを備えている。空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。
【００８２】
プリズム３２は、直方体の１つの側面（空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと対向する側面）をＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃと置き換えることにより得られる形態を有し、ＸＺ平面に沿った断面形状に因んでＫプリズムとも呼ばれる。プリズム３２のＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃは、鈍角をなすように交差する２つの平面Ｐ１およびＰ２によって規定されている。２つの平面Ｐ１およびＰ２はともにＸＺ平面と直交し、ＸＺ平面に沿ってＶ字状を呈している。
【００８３】
２つの平面Ｐ１とＰ２との接線（Ｙ方向に延びる直線）Ｐ３で接する２つの側面３２ｂおよび３２ｃの内面は、反射面Ｒ１およびＲ２として機能する。すなわち、反射面Ｒ１は平面Ｐ１上に位置し、反射面Ｒ２は平面Ｐ２上に位置し、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度は鈍角である。一例として、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度を１２０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の入射面ＩＰと反射面Ｒ１とのなす角度を６０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の射出面ＯＰと反射面Ｒ２とのなす角度を６０度とすることができる。
【００８４】
プリズム３２では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと光軸ＡＸとが平行であり、且つ反射面Ｒ１が光源１側（露光装置の上流側：図１４中左側）に、反射面Ｒ２がマイクロフライアイレンズ５側（露光装置の下流側：図１４中右側）に位置している。さらに詳細には、反射面Ｒ１は光軸ＡＸに対して斜設され、反射面Ｒ２は接線Ｐ３を通り且つＸＹ平面に平行な面に関して反射面Ｒ１とは対称的に光軸ＡＸに対して斜設されている。
【００８５】
プリズム３２の反射面Ｒ１は、入射面ＩＰを介して入射した光を空間光変調器３０に向かって反射する。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａは、反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との間の光路中に配置され、反射面Ｒ１を経て入射した光を反射する。プリズム３２の反射面Ｒ２は、空間光変調器３０を経て入射した光を反射し、射出面ＯＰを介してリレー光学系４へ導く。
【００８６】
空間光変調器３０は、反射面Ｒ１を経て入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を付与して射出する。空間光変調器３０は、図１５に示すように、所定面内で二次元的に配列された複数の微小なミラー要素（光学要素）３０ａを備えている。説明および図示を簡単にするために、図１４および図１５では空間光変調器３０が４×４＝１６個のミラー要素３０ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数、典型的には４０００個〜１００，０００個程度のミラー要素３０ａを備えている。
【００８７】
図１４を参照すると、光軸ＡＸと平行な方向に沿って空間光変調ユニット３に入射した光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３０ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。
【００８８】
空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面は、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に配置されている。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系４の後側焦点面４ａに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが射出光に与える角度を、空間光変調器３０の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面４ａ上での位置に変換している。
【００８９】
再び図１５を参照すると、リレー光学系４の後側焦点面４ａの位置にマイクロフライアイレンズ５の入射面が位置決めされている。したがって、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成される瞳輝度分布は、空間光変調器３０およびリレー光学系４がマイクロフライアイレンズ５の入射面に形成する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した分布となる。空間光変調器３０は、図１５に示すように、例えば平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小なミラー要素３０ａを含む可動マルチミラーである。
【００９０】
各ミラー要素３０ａは可動であり、その反射面の傾き（すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向）は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部３０ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３０ａは、その配列面に平行で且つ互いに直交する二方向（Ｙ方向およびＺ方向）を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３０ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。
【００９１】
各ミラー要素３０ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図１５には外形が正方形状のミラー要素３０ａを示しているが、ミラー要素３０ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３０ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３０ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。
【００９２】
空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、リレー光学系４を介して、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に、複数極状（２極状、４極状など）、輪帯状、円形状等の光強度分布（瞳輝度分布）を形成する。また、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳には、マスクＭのパターンの特性に応じて、複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布が形成される。
【００９３】
すなわち、リレー光学系４およびマイクロフライアイレンズ５は、空間光変調ユニット３中の空間光変調器３０を介した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系８の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）にも、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳における光強度分布に対応する瞳輝度分布が形成される。
【００９４】
本実施形態の露光装置は、例えばマスクステージＭＳに取り付けられて、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成された瞳輝度分布を計測する瞳分布計測装置ＤＴを備えている。瞳分布計測装置ＤＴは、図１６に示すように、ピンホール部材１０と、集光レンズ１１と、たとえば二次元ＣＣＤイメージセンサのような光検出器１２とを有する。ピンホール部材１０は、計測に際して、照明光学系ＩＬの被照射面（すなわち露光に際してマスクＭのパターン面Ｐｍが位置決めされるべき高さ位置）に配置される。また、ピンホール部材１０は集光レンズ１１の前側焦点位置に配置され、光検出器１２の検出面は集光レンズ１１の後側焦点位置に配置されている。
【００９５】
したがって、光検出器１２の検出面は、照明光学系ＩＬの照明瞳と光学的に共役な位置、すなわち結像光学系８の瞳面と光学的に共役な位置に配置される。瞳分布計測装置ＤＴでは、照明光学系ＩＬを経た光が、ピンホール部材１０のピンホールを通過し、集光レンズ１１の集光作用を受けた後、光検出器１２の検出面に達する。光検出器１２の検出面には、結像光学系８の瞳面における光強度分布（瞳輝度分布）に対応する光強度分布が形成される。
【００９６】
こうして、瞳分布計測装置ＤＴは、照明光学系ＩＬの被照射面を通過した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳（結像光学系８の瞳面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測する。具体的に、瞳分布計測装置ＤＴは、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳輝度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳輝度分布）を計測する。
【００９７】
露光装置の動作を統括的に制御する制御部ＣＲは、瞳分布計測装置ＤＴでの計測結果を参照しつつ、照明瞳に所望の瞳輝度分布が形成されるように、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａを制御する。瞳分布計測装置ＤＴのさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開２０００−１９０１２号公報を参照することができる。また、瞳分布計測装置ＤＴとし、たとえば米国特許第５９２５８８７号公報に開示されるピンホールを介して瞳輝度分布を検出する装置を用いることもできる。
【００９８】
また、瞳分布計測装置ＤＴに代えて、あるいは瞳分布計測装置ＤＴに加えて、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて（すなわち投影光学系ＰＬの像面を通過した光に基づいて）、投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳輝度分布を計測する瞳分布計測装置ＤＴｗ（不図示）を設けることもできる。具体的に、瞳分布計測装置ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳輝度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳輝度分布）を計測する。これらの瞳分布計測装置の詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳分布計測装置として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。
【００９９】
露光装置では、マスクＭのパターンをウェハＷに高精度に且つ忠実に転写するために、例えばマスクＭのパターン特性に応じた適切な照明条件のもとで露光を行うことが重要である。本実施形態では、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する空間光変調器３０を備えた空間光変調ユニット３を用いて、空間光変調器３０の作用により形成される瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させ、ひいては多様な照明条件を実現することができる。すなわち、照明光学系ＩＬでは、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３０ａを有する空間光変調器３０を用いているので、照明瞳に形成される瞳輝度分布の外形形状および分布の変更に関する自由度は高い。
【０１００】
しかしながら、実際に照明瞳に形成される瞳輝度分布は様々な原因により設計上の瞳輝度分布とは僅かに異なるものとなったり、瞳輝度分布以外の光学特性が瞳輝度分布を設計した条件と異なるものとなったりして、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能を達成することは困難である。本実施形態の露光装置では、所望の結像性能に十分近い結像性能が得られるように、本実施形態にかかる瞳輝度分布の設定方法を用いて照明光学系ＩＬの照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定し、設定された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整し、ひいては照明光学系ＩＬを調整する。
【０１０１】
図１７は、本実施形態にかかる照明光学系の調整方法のフローチャートである。本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、図１〜図１２を参照して説明した瞳輝度分布の設定方法を用いて、照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳輝度分布を設定する（ステップＳ０１）。すなわち、ステップＳ０１は、図１のステップＳ１１〜Ｓ１６を含んでおり、ＭＥＥＦを小さく抑えつつ、プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を改善（設定）する。
【０１０２】
次いで、本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、改善（設定）された瞳輝度分布をターゲットとして照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する（ステップＳ０２）。具体的に、ステップＳ０２では、瞳分布計測装置ＤＴの計測結果を参照しつつ空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの姿勢をそれぞれ制御することにより、ステップＳ０１で改善された瞳輝度分布にできるだけ近い瞳輝度分布を照明瞳に形成し、ひいては照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する。
【０１０３】
換言すると、ステップＳ０２では、設計上の瞳輝度分布に応じた所望の結像性能をターゲットに、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布が適切に調整される。なお、ステップＳ０２の後に、必要に応じて、改善（設定）された瞳輝度分布に基づいてテスト露光を行い、投影光学系ＰＬの像面に設置されたウェハＷに形成されたレジストパターンの線幅を実測することにより、ＯＰＥ誤差が許容範囲に収まっていることを確認しても良い。
【０１０４】
以上のように、本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、ＭＥＥＦを小さく抑えつつプロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳輝度分布を設定する設定方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに瞳輝度分布を適切に調整することができる。その結果、本実施形態の露光装置（ＩＬ，ＭＳ，ＰＬ，ＷＳ）では、所望の結像性能をターゲットに瞳輝度分布を適切に調整する照明光学系ＩＬを用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことにより、性能の良好なデバイスを製造することができる。
【０１０５】
なお、上述の実施形態では、瞳分布計測装置ＤＴが、照明光学系ＩＬの被照射面（マスクＭのパターン面の位置）を通過した光に基づいて、照明光学系ＩＬの照明瞳（結像光学系８の瞳面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測している。しかしながら、これに限定されることなく、照明光学系ＩＬの被照射面へ向かう光に基づいて照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することもできる。一例として、マイクロフライアイレンズ５とコンデンサー光学系６との間の光路中から照明光の一部を取り出し、取り出した光をマイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳と光学的に共役な面で検出することにより、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳における瞳輝度分布に対応する光強度分布を計測する。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面に対向した光学面を有するプリズム部材として、１つの光学ブロックで一体的に形成されたＫプリズム３２を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、一対のプリズムにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の三角プリズムとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の平面ミラーとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有する組立て光学部材を構成することができる。
【０１０７】
本実施形態では、空間光変調器３０として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、米国特許公開第２０１１／０１８１８５２号公報並びに米国特許公開第２０１１／１８８０１７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素５ａの向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。
【０１０８】
上述の実施形態では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器３０を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば米国特許第６，８９１，６５５号公報や、米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。
【０１０９】
上述の実施形態では、照明光学系ＩＬの照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する瞳調整装置として、所定面内に配列されて個別に制御可能な複数のミラー要素３０ａを有する反射型の空間光変調器３０を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。
【０１１０】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【０１１１】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【０１１２】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１８は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１８に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【０１１３】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板としてパターンの転写を行う。
【０１１４】
図１９は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１９に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【０１１５】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【０１１６】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置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用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置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、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【０１１７】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ２レーザ光源、波長１４６ｎｍのレーザ光を供給するＫｒ2レーザ光源、波長１２６ｎｍのレーザ光を供給するＡｒ2レーザ光源などを用いることができる。また、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのＣＷ（Continuous Wave）光源を用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１１８】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【０１１９】
また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学系に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に、第１面に配置される物体の像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給するための照明光学系に対して本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  光源
２  ビーム送光部
３  空間光変調ユニット
３０  空間光変調器
３０ａ  ミラー要素
３０ｃ  駆動部
３２  Ｋプリズム
４  リレー光学系
５  マイクロフライアイレンズ
６  コンデンサー光学系
７  照明視野絞り（マスクブラインド）
８  結像光学系
ＩＬ  照明光学系
ＣＲ  制御部
ＤＴ  瞳分布計測装置
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
2014042044.tif 000012
【図２】
2014042044.tif 000013
【図３】
2014042044.tif 000014
【図４】
2014042044.tif 000015
【図５】
2014042044.tif 000016
【図９】
2014042044.tif 000017
【図１２】
2014042044.tif 000018
【図１３】
2014042044.tif 000019
【図１４】
2014042044.tif 000020
【図１５】
2014042044.tif 000021
【図１６】
2014042044.tif 000022
【図１７】
2014042044.tif 000023
【図１８】
2014042044.tif 000024
【図１９】
2014042044.tif 000025
【図６】
2014042044.tif 000026
【図７】
2014042044.tif 000027
【図８】
2014042044.tif 000028
【図１０】
2014042044.tif 000029
【図１１】
2014042044.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月4日(2016.1.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳強度分布を設定する方法であって、
前記第１面に配置される所定のパターンと、前記照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の光強度要素により表された瞳強度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、
許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように線形計画法を用いて瞳強度分布を設定することと、を含むことを特徴とする瞳強度分布の設定方法。
【請求項２】
許容される線幅誤差を設定することをさらに含み、
前記瞳強度分布を設定することは、前記許容される線幅誤差および前記許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳強度分布を設定することを特徴とする請求項１に記載の設定方法。
【請求項３】
第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳強度分布を設定する方法であって、
前記第１面に配置される所定のパターンと、前記照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の光強度要素により表された瞳強度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、
許容される線幅誤差を設定することと、
前記許容される線幅誤差および許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを制約条件として、前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳強度分布を設定することと、を含むことを特徴とする瞳強度分布の設定方法。
【請求項４】
前記許容される線幅誤差は、前記第２面上に形成されるパターン像の線幅の所望値からの許容誤差であることを特徴とする請求項３に記載の設定方法。
【請求項５】
前記許容される線幅誤差および前記許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタに関する制約条件として、前記結像光学系および前記照明光学系を含む装置の個体差および／または装置パラメータの変動を導入した制約条件を用いることを特徴とする請求項４に記載の設定方法。
【請求項６】
前記瞳強度分布を設定することは、凸計画法を用いて前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳強度分布を設定することを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項７】
第１面に配置されるパターンの像を第２面上に形成する結像光学系に照明光を供給する照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳強度分布を設定する方法であって、
前記第１面に配置される所定のパターンと、前記照明瞳に沿って二次元的に分布する複数の光強度要素により表された瞳強度分布とを用いてプロセスウィンドウを計算することと、
許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを制約条件として、凸計画法を用いて前記プロセスウィンドウが所定値以上になるように瞳強度分布を設定することと、を含むことを特徴とする瞳強度分布の設定方法。
【請求項８】
前記瞳強度分布を設定することは、前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に近づくように瞳強度分布を設定することを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項９】
前記瞳強度分布を設定することは、基準的な瞳強度分布から設定された瞳強度分布を求めることを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項１０】
前記設定された瞳強度分布に基づいてマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを計算することと、
前記計算されたマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタと前記許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタとの差が許容範囲に収まっているか否かを判断することと、をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項１１】
前記計算されたマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタと前記許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタとの差が前記許容範囲に収まっていないときに、前記計算されたマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタと前記許容されるマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタとの差が前記許容範囲に収まるまで、前記瞳強度分布を設定することを繰り返すことによりマスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを設定することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の設定方法。
【請求項１２】
異なる複数のＤＯＦについて、前記マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを設定することを繰り返すことと、
前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に最も近づくときの設定されたＤＯＦの値を求めることと、をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の設定方法。
【請求項１３】
前記設定されたＤＯＦに対応する瞳強度分布を用いて、前記第２面上に形成されるパターン像の評価位置の所望位置からのシフト量を求めることと、
前記シフト量が所定値よりも大きいか否かを判断することと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の設定方法。
【請求項１４】
異なる複数の所定フォーカス位置について、前記マスク・エラー・エンハンスメント・ファクタを設定することを繰り返すことと、
前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に最も近づくときの設定された所定フォーカス位置を求めることと、をさらに含むことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の設定方法。
【請求項１５】
前記設定された所定フォーカス位置に対応する瞳強度分布を用いて、前記第２面上に形成されるパターン像の評価位置の所望位置からのシフト量を求めることと、
前記シフト量が所定値よりも大きいか否かを判断することと、をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の設定方法。
【請求項１６】
前記シフト量が前記所定値よりも大きいときに、前記プロセスウィンドウを表す楕円の面積が最大値に向かって収束するように前記評価位置を調整しつつ前記評価位置を設定することをさらに含むことを特徴とする請求項１３または１５に記載の設定方法。
【請求項１７】
前記評価位置の設定に際して、前記第２面の複数のデフォーカス位置に応じて計算された前記シフト量を前記評価位置の調整量として用いることを特徴とする請求項１６に記載の設定方法。
【請求項１８】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の調整方法において、
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の設定方法を用いて、前記照明光学系の照明瞳に形成すべき瞳強度分布を設定することと、
前記設定された瞳強度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳強度分布を調整することと、を含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１９】
前記設定された瞳強度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳強度分布を調整する際に、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１８に記載の調整方法。
【請求項２０】
前記照明光学系が備える空間光変調器であって且つ前記照明瞳に瞳強度分布を形成するための空間光変調器を制御することによって、前記設定された瞳強度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳強度分布を調整することを特徴とする請求項１８または１９に記載の調整方法。
【請求項２１】
請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学系。
【請求項２２】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳に形成された瞳強度分布を計測する瞳分布計測装置と、
前記照明瞳に形成される瞳強度分布を調整する瞳調整装置と、
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の設定方法を用いて設定された瞳強度分布をターゲットとして前記照明瞳に形成される瞳強度分布を調整するために前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする照明光学系。
【請求項２３】
前記瞳分布計測装置は、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項２２に記載の照明光学系。
【請求項２４】
前記瞳分布計測装置は、前記被照射面へ向かう光に基づいて前記照明瞳と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
【請求項２５】
前記瞳調整装置は、所定面に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する空間光変調器を備え、
前記制御部は、前記空間光変調器の前記複数の光学要素を制御することを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２６】
前記空間光変調器は、前記所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項２５に記載の照明光学系。
【請求項２７】
所定のパターンを照明するための請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２８】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項２７に記載の露光装置。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項３０】
請求項１乃至１７のいずか１項に記載の設定方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
【国際調査報告】
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