(57)【要約】【課題】  光学系の開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて開口数を高精度に計測することのできる計測方法。【解決手段】  開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する測定工程（Ｓ１）と、測定された光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求める積分工程（Ｓ２）と、光強度積算曲線の平滑化処理により平滑化された光強度積算曲線を求める平滑化工程（Ｓ３）と、平滑化された光強度積算曲線の差分処理により差分曲線を求める差分工程（Ｓ４）と、差分曲線における極大値または極小値の位置に基づいて開口数を算出する算出工程（Ｓ５）とを含む。【選択図】  図３
2005322856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の開口数を計測する方法において、
前記開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、前記開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求める積分工程と、
前記積分工程で得られた前記光強度積算曲線の差分処理により差分曲線を求める差分工程と、
前記差分工程で得られた前記差分曲線における極大値または極小値の位置に基づいて前記開口数を算出する算出工程とを含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記差分処理に先立って、前記積分工程で得られた前記光強度積算曲線の平滑化処理により平滑化された光強度積算曲線を求める平滑化工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記平滑化工程では、移動平均手法を用いて前記光強度積算曲線を平滑化処理することを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
【請求項４】
光学系の開口数を計測する装置において、
前記開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、前記開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定するための測定部と、
前記測定部の出力信号を処理して前記開口数を算出するための信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記測定部で測定された前記光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求め、該光強度積算曲線の差分処理により差分曲線を求め、該差分曲線における極大値または極小値の位置に基づいて前記開口数を算出することを特徴とする計測装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記差分処理に先立って前記光強度積算曲線の平滑化処理により平滑化された光強度積算曲線を求めることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、移動平均手法を用いて前記光強度積算曲線を平滑化処理することを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記光学系は投影光学系であり、
前記測定部は、前記投影光学系の像面位置に配置されたピンホール部材と、前記像面位置を挟んで前記開口絞りの位置と光学的に共役な位置に配置された光検出器と、前記ピンホール部材と前記光検出器との間の光路中に配置された集光レンズとを有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記測定部は、前記投影光学系の物体面位置に配置された拡散部材をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測方法または請求項４乃至８のいずれか１項に記載の計測装置を用いて光学系の開口数を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて前記光学系を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１０】
前記調整工程は、前記開口絞りを調整する絞り調整工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
【請求項１１】
前記絞り調整工程は、前記開口絞りの開口部の大きさを変化させる可変動作を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の調整方法。
【請求項１２】
前記絞り調整工程は、前記開口絞りの位置または姿勢を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の調整方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の調整方法により調整された光学系を備え、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の調整方法により調整された光学系を用いて、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口数の計測方法、計測装置、調整方法、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に搭載される投影光学系の像側開口数の計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束がフライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
また、プロセスの最適化のためには、投影光学系の像側開口数を正確に把握する必要がある。従来、投影光学系の開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、開口絞りの位置における光強度分布に対応する光強度分布（照度分布）を測定し、測定した光強度分布から開口数を求める技術が知られている（たとえば特許文献１の第７図およびこれに関連する説明を参照）。
【特許文献１】特許第２９２８２７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の開口数計測手法では、測定により得られた光強度分布において、開口絞りの開口エッジを通過した光の強度は小さく、しかも比較的大きなノイズを含んでいる。その結果、測定した光強度分布から開口絞りの径を求め、ひいては光学系の像側開口数を求める際に誤差が発生し易い。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば光学系の開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて開口数を高精度に計測することのできる計測方法および計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、光学系の開口数を高精度に計測する計測方法または計測装置を用いて、開口数に関して光学系を高精度に調整することのできる調整方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、開口数に関して高精度に調整された光学系を用いて、良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法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、本発明の第１形態では、光学系の開口数を計測する方法において、
前記開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、前記開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求める積分工程と、
前記積分工程で得られた前記光強度積算曲線の差分処理により差分曲線を求める差分工程と、
前記差分工程で得られた前記差分曲線における極大値または極小値の位置に基づいて前記開口数を算出する算出工程とを含むことを特徴とする計測方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２形態では、光学系の開口数を計測する装置において、
前記開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、前記開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定するための測定部と、
前記測定部の出力信号を処理して前記開口数を算出するための信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記測定部で測定された前記光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求め、該光強度積算曲線の差分処理により差分曲線を求め、該差分曲線における極大値または極小値の位置に基づいて前記開口数を算出することを特徴とする計測装置を提供する。
【００１１】
本発明の第３形態では、第１形態の計測方法または第２形態の計測装置を用いて光学系の開口数を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて前記光学系を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１２】
本発明の第４形態では、第３形態の調整方法により調整された光学系を備え、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１３】
本発明の第５形態では、第３形態の調整方法により調整された光学系を用いて、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる開口数の計測装置および計測方法では、光学系の開口数を規定する開口絞りを通過した光に基づいて、開口絞りの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する。ただし、この測定された光強度分布では、開口絞りの開口エッジを通過した光の強度が小さく、しかも比較的大きなノイズを含んでいる。そこで、本発明では、測定された光強度分布に対して回転積分処理および差分処理を施して得られる差分曲線の極大値または極小値の位置に基づいて光学系の開口数を算出する。その結果、ノイズの影響などを実質的に受けることなく、光学系の開口数を高精度に計測することができる。
【００１５】
したがって、本発明では、光学系の開口数を高精度に計測する計測方法または計測装置を用いて、開口数に関して光学系を高精度に調整することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、開口数に関して高精度に調整された光学系を用いて、良好な投影露光を行うことのでき、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の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。また、図２は、図１の露光装置に搭載された開口数計測装置の内部構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷに平行な面内において互いに直交する２つの方向に沿ってＸ軸およびＺ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定されている。
【００１７】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。レーザ光源１から射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００１８】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行光束は、円形照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、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。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。
【００１９】
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子や４極照明用の回折光学素子と切り換え可能に構成されている。マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズ（光学要素）からなる光学部材である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小光学面を同時形成することによって構成される。こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野を形成する。
【００２０】
ここで、形成される円形状の照野の大きさ（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２１】
マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系６の集光作用を受けた後、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド７を重畳的に照明する。こうして、マスクブラインド７には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。マスクブラインド７の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００２２】
このように、結像光学系８は、マスクブラインド７の矩形状の開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド７は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、たとえばパターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状のパターン領域が照明される。
【００２３】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬは、その瞳位置に配置されて可変開口部を有する開口絞りＡＳを有し、マスクＭ側およびウェハＷ側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。したがって、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系の照明瞳面における二次光源の像が形成され、投影光学系ＰＬを介した光によってウェハＷがケーラー照明される。すなわち、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷ上には、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、たとえばＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状の実効露光領域（すなわち静止露光領域）にパターン像が形成される。
【００２４】
上述したように、マスクＭ上の照明領域およびウェハＷ上の実効露光領域は、Ｚ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、矩形状の実効露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＺ方向に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２５】
なお、回折光学素子３に代えて輪帯照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、輪帯照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。
【００２６】
また、回折光学素子３に代えて４極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、４極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。
【００２７】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの像側開口数を計測するための開口数計測装置９を備えている。図２を参照すると、本実施形態の開口数計測装置９は、ピンホール部材９ａと、集光レンズ９ｂと、たとえば二次元ＣＣＤのような光検出器９ｃと、光検出器９ｃに接続された信号処理部９ｄとを有する。ここで、ピンホール部材９ａは、投影光学系ＰＬの像面位置（すなわち露光に際してウェハＷの被露光面が位置決めされるべき高さ位置）に配置されている。
【００２８】
そして、ピンホール部材９ａは集光レンズ９ｂの前側焦点位置に配置され、光検出器９ｃは集光レンズ９ｂの後側焦点位置に配置されている。したがって、光検出器９ｃの検出面は、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置に配置されていることになる。開口数計測装置９を用いて開口数を計測する場合、照明光学装置は通常の円形照明を行うように設定され、拡散パターンＤＦの形成されたテストマスクＴＭが投影光学系ＰＬの物体面位置（すなわち露光に際してマスクＭのパターン面が位置決めされるべき高さ位置）に配置される。
【００２９】
この状態で、照明光学装置（１〜８）がテストマスクＴＭを円形照明すると、照明光は拡散パターンＤＦを介して拡散され、投影光学系ＰＬ中の開口絞りＡＳの開口部全体を照明する。そして、開口絞りＡＳの開口部を通過した光は、ピンホール部材９ａのピンホールを通過し、集光レンズ９ｂの集光作用を受けた後、光検出器９ｃの検出面に達する。こうして、光検出器９ｃの検出面には、開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布が形成される。
【００３０】
すなわち、拡散部材としてのテストマスクＴＭ、ピンホール部材９ａ、集光レンズ９ｂ、および光検出器９ｃは、投影光学系ＰＬの像側開口数を規定する開口絞りＡＳの開口部全体を通過した光に基づいて、開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定するための測定部を構成している。信号処理部９ｄは、測定部の出力信号すなわち光検出器９ｃの検出信号を処理して、投影光学系ＰＬの像側開口数を算出する。信号処理部９ｄにおける信号処理および像側開口数の算出については、本実施形態の開口数計測方法の説明に関連して後述する。
【００３１】
図３は、本実施形態の開口数計測装置を用いて投影光学系の像側開口数を計測する計測工程を概略的に示すフローチャートである。図３を参照すると、本実施形態の開口数計測方法では、開口数計測装置９の測定部（ＴＭ，９ａ〜９ｃ）を用いて、投影光学系ＰＬの像側開口数を規定する開口絞りＡＳを通過した光に基づいて、開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する（Ｓ１）。典型的な設計にしたがう投影光学系ＰＬにおいて、像側開口数が例えば０．６８になるように開口絞りＡＳの可変開口部の大きさを設定したときに測定工程Ｓ１で得られる光強度分布を図４に示す。
【００３２】
図４を参照すると、測定工程Ｓ１で得られる光強度分布（開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布）では、開口絞りＡＳの開口エッジを通過した光の強度Ｉは小さく、しかも比較的大きなノイズを含んでいることがわかる。したがって、測定した光強度分布から開口絞りＡＳの開口径を、ひいては投影光学系ＰＬの像側開口数を高精度に求めることは困難である。そこで、本実施形態の開口数計測方法では、測定工程Ｓ１で測定された光強度分布の外形中心に関する回転積分により光強度積算曲線を求める（Ｓ２）。
【００３３】
具体的に、積分工程Ｓ２では、光強度分布の外形中心を原点とする極座標（ｒ，θ）を設定し、次の式（１）にしたがって光強度分布Ｉ（ｒ，θ）を回転積分することにより、図５に示すような光強度積算曲線Ｐ（ｒ）が得られる。
【数１】
2005322856.tif 000003
【００３４】
さらに、必要に応じて、積分工程Ｓ２で得られた光強度積算曲線を平滑化処理することにより、平滑化された光強度積算曲線（不図示）を求める（Ｓ３）。平滑化工程Ｓ３では、たとえば移動平均（単純移動平均）手法を用いて、光強度積算曲線を平滑化処理することができる。また、単純移動平均に限定されることなく、たとえば加重移動平均、指数平滑移動平均、フーリエ変換、自己回帰などの手法を用いることもできる。
【００３５】
次いで、積分工程Ｓ２で得られた光強度積算曲線または平滑化工程Ｓ３を経て平滑化された光強度積算曲線を差分処理することにより、差分曲線Ｄ（ｒ）を求める（Ｓ４）。具体的に、差分工程Ｓ４では、光強度積算曲線上の微小区間（ｒ，ｒ＋δｒ）について、差分値｛Ｐ（ｒ）−Ｐ（ｒ＋δｒ）｝を求め、各微小区間について求めた差分値Ｄをプロットすることにより、図６に示すような差分曲線Ｄ（ｒ）が得られる。
【００３６】
なお、差分工程Ｓ４では、積分工程Ｓ２で得られた光強度積算曲線または平滑化工程Ｓ３を経て平滑化された光強度積算曲線を微分可能な所定の関数で近似し、この近似関数を微分することにより差分曲線Ｄ（ｒ）を解析的に求めることもできる。すなわち、本発明において、「光強度積算曲線の差分処理」とは、光強度積算曲線上の各微小区間について差分値を求める処理だけでなく、光強度積算曲線を微分可能な所定の関数で近似し且つ近似関数を微分する処理も含む広い概念である。
【００３７】
最後に、本実施形態の開口数計測方法では、差分工程Ｓ４で得られた差分曲線Ｄ（ｒ）における極大値または極小値の位置に基づいて、投影光学系ＰＬの像側開口数を算出する（Ｓ５）。具体的に、算出工程Ｓ５では、図６に示す差分曲線Ｄ（ｒ）における極小値（または極大値）の位置ｒ0を求める。ここで、差分曲線Ｄ（ｒ）における極小値の位置ｒ0は、図５に示す光強度積算曲線Ｐ（ｒ）の変曲点の位置に対応し、ひいては開口絞りＡＳの開口エッジの位置に対応している。
【００３８】
したがって、算出工程Ｓ５では、図６に示す差分曲線Ｄ（ｒ）における極小値の位置ｒ0に基づいて、開口絞りＡＳの開口エッジの位置を算出し、ひいては投影光学系ＰＬの像側開口数を算出する。なお、上述の積分工程Ｓ２、平滑化工程Ｓ３、差分工程Ｓ４、および算出工程Ｓ５は、開口数計測装置９の信号処理部９ｄにおいて実行される。ただし、積分工程Ｓ２で得られる光強度積算曲線Ｐ（ｒ）が滑らかな場合には、平滑化工程Ｓ３を省略することもできる。実際に、図６に示す差分曲線Ｄ（ｒ）は、図５の光強度積算曲線Ｐ（ｒ）に平滑化処理を施すことなく差分処理だけを施すことにより得られたものである。
【００３９】
以上のように、本実施形態にかかる開口数の計測装置および計測方法では、投影光学系ＰＬの像側開口数を規定する開口絞りＡＳの開口部全体を通過した光に基づいて、開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置における光強度分布を測定する。しかしながら、この測定された光強度分布では、開口絞りＡＳの開口エッジを通過した光の強度が小さく、しかも比較的大きなノイズを含んでいる。
【００４０】
そこで、本実施形態の計測装置および計測方法では、光強度分布の測定結果から直接的に投影光学系ＰＬの像側開口数を求める従来技術とは異なり、測定された光強度分布に対して回転積分処理および差分処理を施して得られる差分曲線の極大値または極小値の位置に基づいて投影光学系ＰＬの像側開口数を算出する。その結果、測定された光強度分布に対して施される回転積分処理および差分処理の作用により、ノイズの影響などを実質的に受けることなく、投影光学系ＰＬの像側開口数を高精度に計測することができる。
【００４１】
また、本実施形態の調整方法では、投影光学系ＰＬの像側開口数の設定値（上述の説明では０．６８）と計測値との比較により、必要に応じて、開口数に関して投影光学系ＰＬを高精度に調整することができる。具体的には、たとえば投影光学系ＰＬの像側開口数が約０．５５〜約０．８５の範囲内において様々な設定値になるように開口絞りＡＳの可変開口部の大きさを順次設定し、本実施形態の計測装置および計測方法を用いて各設定状態における投影光学系ＰＬの実際の像側開口数を計測する。
【００４２】
こうして、投影光学系ＰＬの像側開口数の各設定値に対して各計測値をそれぞれプロットすることにより、図７に示すように投影光学系の像側開口数の設定値と計測値との関係が得られる。図中黒塗りの菱形で示す各計測値が斜線７１上に位置する場合、すなわち対応する各設定値と各計測値との差が実質的にない場合、開口数に関して投影光学系ＰＬを調整する必要はない。しかしながら、各設定値と各計測値との間に全体的あるいは局所的な差がある場合、各設定値と各計測値との関係（すなわち計測結果）に基づいて投影光学系ＰＬを調整する必要がある。
【００４３】
本実施形態の調整方法では、たとえば開口絞りＡＳの位置または姿勢を調整したり、開口絞りＡＳの開口部の大きさを変化させる可変動作を調整したりすることにより、各設定値と各計測値との差を実質的に解消することができる。特に、各計測値と各設定値との差がほぼ一様である場合、この差に応じて開口絞りＡＳの開口部の可変動作をオフセット調整することができる。こうして、本実施形態の露光装置では、開口数に関して高精度に調整された投影光学系ＰＬを用いて、良好な投影露光を行うことができる。
なお、上述の実施形態では、被検光学系としての投影光学系ＰＬに対して１以上のσ値で照明するために、拡散パターンＤＦが形成されたテストマスクＴＭを用いているが、照明光学装置（１〜８）のσ値が１以上であれば、この照明光学装置（１〜８）によって投影光学系ＰＬ中の開口絞りＡＳの開口部全体を照明することが可能であるため、拡散パターンＤＦを用いなくてもかまわない。
【００４４】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
先ず、図８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００４６】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図９のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図９において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００４７】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００４８】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系の像側開口数の計測および調整に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の適当な光学系の開口数の計測および調整に対しても本発明を同様に適用することができる。また、上述の実施形態では、物理的に開口絞りを有する光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、物理的には開口絞りを有しないが光学的に開口絞りを有する光学系（たとえばレンズの枠により軸上・軸外周縁光線が規定されるような光学系）に対しても本発明を同様に適用することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、照明光学装置の具体的な構成については様々な変形例が可能である。また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の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２】図１の露光装置に搭載された開口数計測装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態の開口数計測装置を用いて投影光学系の像側開口数を計測する計測工程を概略的に示すフローチャートである。
【図４】図３の測定工程で得られる典型的な光強度分布を示す図である。
【図５】図４の光強度分布を回転積分することにより得られる光強度積算曲線を示す図である。
【図６】図５の光強度積算曲線を差分処理することにより得られる差分曲線を示す図である。
【図７】投影光学系の像側開口数の設定値と計測値との関係を示す図である。
【図８】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１  レーザ光源
３  回折光学素子
４  ズームレンズ
５  マイクロフライアイレンズ
６  コンデンサー光学系
７  マスクブラインド
８  結像光学系
９  開口数計測装置
９ａ  ピンホール部材
９ｂ  集光レンズ
９ｃ  光検出器（二次元ＣＣＤ）
９ｄ  信号処理部
ＴＭ  テストマスク
ＤＦ  拡散パターン
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
ＡＳ  開口絞り
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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