(57)【要約】【課題】照明光源の形状の目標に対する一致度合が正確に評価する。【解決手段】  目標Ψ０に基づいて照明光学系の瞳面に形成された照明光源の形状Ψを計測し（ステップ２０８）、計測されるべき照明光源の形状を、照明光学系内の光学部材の特性を考慮して前記目標に基づいて予測し（ステップ２０５）、前記計測の結果〈Ψ〉と前記予測の結果ΨＩとのずれに基づいて、照明光源の形状の目標に対する一致度合を評価する（ステップ２０９、２１０）。これにより、照明光源の形状の目標に対する一致度合が正確に評価される。【選択図】図５
2012099685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム源からのビームを用いて光学部材によって照明光路上の所定面に形成される照明光源の形状を評価する照明光源評価方法であって、
目標に基づいて前記所定面に形成された前記照明光源の形状を計測することと；
前記計測されるべき照明光源の形状を、少なくとも前記光学部材の特性を考慮して前記目標に基づいて予測することと；
前記計測の結果と前記予測の結果とのずれに基づいて、前記照明光源の形状の目標に対する一致度合を評価することと；を含む照明光源評価方法。
【請求項２】
前記予測することでは、前記照明光源の形状の計測に用いられる計測装置の特性をさらに考慮して前記計測されるべき照明光源の形状を、予測する請求項１に記載の照明光源評価方法。
【請求項３】
前記評価することでは、前記ずれを前記所定面内における前記照明光源が形成された範囲内の少なくとも一部の領域について移動平均して前記ずれの分布を求め、該ずれの分布を用いて前記一致度合いを評価する請求項１又は２に記載の照明光源評価方法。
【請求項４】
前記評価することでは、前記ずれの分布を、前記所定面内における前記照明光源が形成された範囲内についての重み分布を用いて重み付き平均し、該重み付き平均の結果を用いて前記一致度合いを評価する請求項３に記載の照明光源評価方法。
【請求項５】
前記重み分布として、前記ずれの分布の振幅の大きな前記所定面内の領域について大きな重みを有する分布を用いる請求項４に記載の照明光源評価方法。
【請求項６】
前記評価することでは、前記所定面内の前記照明光源が形成された範囲内の一部の領域について前記一致度合いを評価する請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明光源評価方法。
【請求項７】
前記評価することでは、前記計測の結果として得られる前記照明光源の形状と前記予測の結果として得られる前記照明光源の形状との重心及び外形の少なくとも一方を一致させて、前記ずれを求める請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明光源評価方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明光源評価方法を利用して前記照明光源の形状を評価することと；
前記評価結果に基づいて、前記照明光源の形状を調整することと；を含む照明光源調整方法。
【請求項９】
請求項８に記載の照明光源調整方法により調整された照明光源からの照明光で物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法。
【請求項１０】
前記照明光源からの照明光で被投影物体を照明し、照明された被投影物体からの光を投影光学系に通して前記物体上に前記被投影物体の像を形成する請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記所定面は、前記投影光学系の開口絞りの位置と光学的に共役な位置または該共役な位置の近傍である請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上に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物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと；
前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと；を含むデバイス製造方法。
【請求項１３】
ビーム源からのビームを用いて照明光源を形成し、該照明光源からの照明光により物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記照明光源をその瞳面及びその共役面に形成する光学部材をその内部に有し、前記照明光源からの照明光を前記物体に向けて射出する光学系と；
前記照明光源の形状を計測する計測装置と；
少なくとも前記光学部材の特性を考慮して目標に基づいて前記計測されるべき照明光源の形状を予測する予測装置と；
前記計測装置を用いて前記照明光源の形状を計測するとともに、該計測の結果と前記予測の結果とのずれに基づいて、前記照明光源の形状の前記目標に対する一致度合を評価する評価装置と；を備える露光装置。
【請求項１４】
前記予測装置は、前記計測装置の特性をさらに考慮して前記計測されるべき照明光源の形状を、予測する請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記評価装置は、前記ずれを前記照明光源が形成された面内における前記照明光源が形成された範囲内の少なくとも一部の領域について移動平均して前記ずれの分布を求め、該ずれの分布を用いて前記一致度合いを評価する請求項１３又は１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記評価装置は、前記ずれの分布を、前記照明光源が形成された範囲内についての重み分布を用いて重み付き平均し、該重み付き平均の結果を用いて前記一致度合いを評価する請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記評価装置は、前記重み分布として、前記ずれの分布の振幅の大きな前記所定面内の領域について大きな重みを有する分布を用いる請求項１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記評価装置は、前記照明光源が形成された面内における前記照明光源が形成された範囲内の一部の領域について前記一致度合いを評価する請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記評価装置は、前記計測の結果として得られる前記照明光源の形状と前記予測の結果として得られる前記照明光源の形状との重心及び外形の少なくとも一方を一致させて、前記ずれを求める請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記評価結果に基づいて、光学部材を介して前記照明光源の形状を調整する調整装置をさらに備える請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の露光装置と；
前記露光装置を管理する上位装置と；を備えるリソグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源評価方法、照明光源調整方法、露光方法、デバイス製造方法、露光装置、及びリソグラフィシステムに係り、特に、ビーム源からのビームを用いて光学部材によって形成される照明光源の形状を評価する照明光源評価方法、該照明光源評価方法を利用して照明光源形状を調整する照明光源調整方法、該照明光源調整方法により調整された照明光源からの照明光で物体を露光する露光方法、該露光方法を用いるデバイス製造方法、照明光源からの照明光により物体を露光して物体上にパターンを形成する露光装置、及び該露光装置を備えるリソグラフィシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスパターンの微細化に伴い、半導体素子等の製造に用いられる所謂ステッパ、あるいは所謂スキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる）等の投影露光装置には、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、光源（照明光）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で決まるプロセス・ファクタである。
【０００３】
従来、照明光の波長λ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。しかるに、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い、また、高ＮＡ化は投影光学系の焦点深度（ＤＯＦ）の低下をもたらし、結像性能（結像特性）を悪化させるため、高ＮＡ化をむやみに推し進めることはできない。
【０００４】
近年では、高ＮＡ化を実現するものとして、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が、液浸露光装置においても、照明光の波長λの短波長化は勿論、高ＮＡ化にも限界があり、Ｌｏｗｋ１化は必要不可欠となってきた。
【０００５】
かかる背景の下、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、例えば特許文献１などに開示されるような空間光変調器（SLM: Spatial Light Modulator）により実現される照明技術が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００９７０９４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ビーム源からのビームを用いて光学部材によって照明光路上の所定面に形成される照明光源の形状を評価する照明光源評価方法であって、目標に基づいて前記所定面に形成された前記照明光源の形状を計測することと；前記計測されるべき照明光源の形状を、少なくとも前記光学部材の特性を考慮して前記目標に基づいて予測することと；前記計測の結果と前記予測の結果とのずれに基づいて、前記照明光源の形状の目標に対する一致度合を評価することと；を含む照明光源評価方法が、提供される。
【０００８】
これによれば、照明光源の形状を正確に評価することが可能となる。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、本発明の照明光源評価方法を利用して前記照明光源の形状を評価することと；前記評価結果に基づいて、前記照明光源の形状を調整することと；を含む照明光源調整方法が、提供される。
【００１０】
これによれば、目標照明光源形状を正確に再現するように照明光源を調整することが可能になる。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、本発明の照明光源調整方法により調整された照明光源からの照明光で物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法が、提供される。
【００１２】
これによれば、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００１３】
本発明の第４の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、物体上に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物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと；前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと；を含むデバイス製造方法が、提供される。
【００１４】
本発明の第５の態様によれば、ビーム源からのビームを用いて照明光源を形成し、該照明光源からの照明光により物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記照明光源をその瞳面及びその共役面に形成する光学部材をその内部に有し、前記照明光源からの照明光を前記物体に向けて射出する光学系と；前記照明光源の形状を計測する計測装置と；少なくとも前記光学部材の特性を考慮して目標に基づいて前記計測されるべき照明光源の形状を予測する予測装置と；前記計測装置を用いて前記照明光源の形状を計測するとともに、該計測の結果と前記予測の結果とのずれに基づいて、前記照明光源の形状の前記目標に対する一致度合を評価する評価装置と；を備える露光装置が、提供される。
【００１５】
これによれば、照明光源の形状を正確に評価することが可能となり、その評価結果に応じて照明光源を調整された照明光源からの照明光で物体の露光を行うことで物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００１６】
本発明の第６の態様によれば、本発明の露光装置と；前記露光装置を管理する上位装置と；を備えるリソグラフィシステムが、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の空間光変調ユニットの構成を示す図である。
【図３】瞳輝度分布を計測する輝度分布計測器の一例について説明するための図である。
【図４】図１の露光装置を含むリソグラフィシステムを備える社内ＬＡＮシステムの構成を示す図である。
【図５】初期調整時（起動時）における照明光源形状の設定に関する主制御装置（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを概略的に示すフローチャートである。
【図６】露光装置の稼働中、ロット先頭時等における照明光源形状の設定処理に関する主制御装置（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを概略的に示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）は目標照明光源形状の一例を、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に対応する理想照明光源形状を、図７（Ｃ）は照明光源の形状の計測結果の一例を、図７（Ｄ）は図７（Ｂ）の理想照明光源形状からの図７（Ｃ）の計測結果のずれを、図７（Ｅ）は図７（Ｄ）の移動平均を、図７（Ｆ）は図７（Ｄ）のずれに対する評価の重み分布の一例を、それぞれ示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７（Ｆ）に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００２０】
露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感応剤（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２１】
照明系ＩＯＰは、光源１と、光源１から射出される光ビームＬＢの光路上に順次配置されたビームエキスパンダ２、ビームスプリッタＢＳ１、空間光変調ユニット３、リレー光学系４、ビームスプリッタＢＳ２、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ５、コンデンサ光学系６、照明視野絞り（レチクルブラインド）７、結像光学系８、及び折曲ミラー９等を含む照明光学系と、を含む。
【００２２】
光源１としては、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）が用いられているものとする。光源１から射出される光ビームＬＢは、一例としてＸ軸方向に長い矩形の断面形状を有する。
【００２３】
ビームエキスパンダ２は、凹レンズ２ａと凸レンズ２ｂとから構成されている。凹レンズ２ａは負の屈折力を、凸レンズ２ｂは正の屈折力を、それぞれ有する。
【００２４】
ビームエキスパンダ２に対する光ビームＬＢの光路後方には、ビームスプリッタＢＳ１が配置されている。ビームスプリッタＢＳ１は、光ビームＬＢの大部分を透過させ、残りを反射する。光ビームＬＢの反射光路上には、ＣＣＤ等の撮像素子を含むビーム形状検出部Ｄ１が配置されている。ビーム形状検出部Ｄ１は、ビームスプリッタＢＳ１からの光ビームＬＢを受光して、空間光変調ユニット３へ向かう光ビームＬＢの強度分布（光ビームＬＢの位置ずれを含む）を検出する。ビーム形状検出部Ｄ１の検出結果は、主制御装置２０に送られる。
【００２５】
空間光変調ユニット３は、いわゆるＫプリズム（以下、単にプリズムと呼ぶ）３Ｐと、プリズム３Ｐの上面（＋Ｚ側の面）に配置された反射型の空間光変調器（SLM: Spatial Light Modulator）３Ｓとを備えている。プリズム３Ｐは、蛍石、石英ガラス等の光学ガラスから成る。
【００２６】
図２に拡大して示されるように、プリズム３Ｐの下面、すなわち空間光変調器３Ｓと反対側には、図２におけるＸ-Ｚ平面と平行な入射面（−Ｙ側面）及び射出面（＋Ｙ側面）に対して、それぞれ６０度で交差し、かつ互いに１２０度で交差する面ＰＳ１，ＰＳ２から成るＶ字状の面（楔形に凹んだ面）が形成されている。面ＰＳ１，ＰＳ２の裏面（プリズム３Ｐの内面）は、それぞれ、反射面Ｒ１，Ｒ２として機能する。
【００２７】
反射面Ｒ１は、ビームエキスパンダ２からビームスプリッタＢＳ１を透過してプリズム３Ｐの入射面に垂直に入射したＹ軸に平行な光を空間光変調器３Ｓの方向へ反射する。反射された光ビームＬＢは、プリズム３Ｐの上面を介して空間光変調器３Ｓに至り、後述するように空間光変調器３Ｓによって反射面Ｒ２に向けて反射される。プリズム３Ｐの反射面Ｒ２は、空間光変調器３Ｓからプリズム３Ｐの上面を介して到達した光を反射してリレー光学系４側に射出する。
【００２８】
空間光変調器３Ｓは、反射型の空間光変調器である。空間光変調器とは、入射光の振幅、位相又は進行方向などを二次元的に制御して、画像、あるいはパターン化されたデータなどの空間情報を処理、表示、消去する素子を意味する。本実施形態の空間光変調器３Ｓとしては、二次元（ＸＹ）平面上に配列された多数の微小なミラー要素ＳＥを有する可動マルチミラーアレイが用いられている。空間光変調器３Ｓは、多数のミラー要素を有するが、図２では、そのうちミラー要素ＳＥａ、ＳＥｂ、ＳＥｃ、ＳＥｄのみが示されている。空間光変調器３Ｓは、多数のミラー要素ＳＥと、該多数のミラー要素ＳＥをＸＹ平面内の直交二軸（例えばＸ軸及びＹ軸）回りに所定範囲で連続的に傾斜（回動）させる同一数の駆動部とを有する。駆動部は、例えばミラー要素ＳＥの裏面（＋Ｚ側の面、すなわち反射面と反対側の面）の中央を支持する支柱、該支柱が固定された基板、該基板上に設けられた４つの電極、該電極に対向してミラー要素ＳＥの裏面に設けられた４つの電極（不図示）を有する。なお、空間光変調器３Ｓと同様の空間光変調器についての詳細構成等は、例えば、米国特許出願公開第２００９／００９７０９４号明細書に開示されている。
【００２９】
図１に戻り、リレー光学系４の光路後方には、ビームスプリッタＢＳ２が配置され、ビームスプリッタＢＳ２の透過光路上には、フライアイレンズ５が配置されている。フライアイレンズ５は、光ビームＬＢに対して垂直方向に稠密に配列された正の屈折力を有する多数の微小レンズ素子の集合である。フライアイレンズ５は、後述するように入射した光束を波面分割して、その後側焦点面にレンズ素子と同数の光源像からなる二次光源(実質的な面光源)を形成する。本実施形態では、フライアイレンズ５として、例えば米国特許第６，９１３，３７３号明細書に開示されているシリンドリカルマイクロフライアイレンズが採用されているものとする。
【００３０】
本実施形態の照明系ＩＯＰによると、光源１から射出された光ビームＬＢは、ビームエキスパンダ２に入射し、ビームエキスパンダ２を通過することによりその断面が拡大されて、所定の矩形断面を有する光ビームに整形される。ビームエキスパンダ２により整形された光ビームＬＢは、ビームスプリッタＢＳ１を透過して、空間光変調ユニット３に入射する。
【００３１】
例えば、図２に示されるように、光ビームＬＢ中のＺ軸方向に並ぶ互いに平行な４本の光線Ｌ１〜Ｌ４は、プリズム３Ｐの入射面からその内部に入り、反射面Ｒ１により空間光変調器３Ｓに向けて互いに平行に反射される。そして、光線Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ、複数のミラー要素ＳＥのうちのＹ軸方向に並ぶ互いに異なるミラー要素ＳＥａ、ＳＥｂ、ＳＥｃ、ＳＥｄの反射面に入射する。ここで、ミラー要素ＳＥａ、ＳＥｂ、ＳＥｃ、ＳＥｄは、それぞれの駆動部（不図示）により独立に傾けられている。このため、光線Ｌ１〜Ｌ４は、反射面Ｒ２に向けて、ただしそれぞれ異なる方向に反射される。そして、光線Ｌ１〜Ｌ４（光ビームＬＢ）は、反射面Ｒ２により反射され、プリズム３Ｐの外部に射出される。ここで、プリズム３Ｐの−Ｙ側面（入射面）から＋Ｙ側面（出射面）までの光線Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれの空気換算光路長は、プリズム３Ｐが設けられていない場合に対応する空気換算光路長に等しく定められている。ここで、空気換算光路長とは、媒質中（屈折率ｎ）における光の光路長（Ｌ）を空気中（屈折率１）における光路長に換算した光路長Ｌ／ｎである。
【００３２】
プリズム３Ｐの外部に射出された光線Ｌ１〜Ｌ４（光ビームＬＢ）は、リレー光学系４を介してＹ軸に平行に揃えられ、リレー光学系４の後方に配置されるビームスプリッタＢＳ２を透過してフライアイレンズ５に入射する。そして、光線Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれがフライアイレンズ５の多数のレンズ素子のいずれかに入射することにより、光ビームＬＢが分割（波面分割）される。これにより、複数の光源像からなる二次光源（面光源、すなわち照明光源）が、照明光学系の瞳面（照明瞳面）に一致するフライアイレンズ５の後側焦点面ＬＰＰに形成される。
【００３３】
図２には、フライアイレンズ５の後側焦点面ＬＰＰにおける、光線Ｌ１〜Ｌ４に対応する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４が、模式的に示されている。このように、本実施形態では、二次光源（照明光源）の光強度分布（輝度分布又は照明光源形状とも呼ぶ）は、空間光変調器３Ｓにより自在に設定される。なお、空間光変調器としては、上述の反射型の能動的空間光変調器に限らず、非能動的な空間光変調器としての透過型又は反射型の回折光学素子なども用いることができる。このような非能動的な空間光変調器を用いる場合には、リレー光学系４を、例えばアフォーカルレンズ及びズームレンズ等を含んで構成することができ、その少なくとも一部の光学部材（レンズ、プリズム部材等）の位置及び／又は姿勢を制御することによって、二次光源（照明光源）の光強度分布を可変に設定することができる。また、回折光学素子として、例えば特開２００１−２１７１８８号公報及びこれに対応する米国特許第６，６７１，０３５号明細書、あるいは特開２００６−００５３１９号公報及びこれに対応する米国特許第７，２６５，８１６号明細書などに開示されるように、複数区画を備えた回折光学素子の位置を制御することによって二次光源（照明光源）の光強度分布を可変に設定しても良い。また、上述の能動的又は非能動的な空間光変調器に加えて、例えば特開２０００−５８４４１号公報およびこれに対応する米国特許第６，４５２，６６２号明細書に開示される可動照明開口絞りを用いて二次光源（照明光源）の光強度分布を可変に設定しても良い。
【００３４】
なお、本実施形態では、フライアイレンズ５が形成する二次光源を照明光源として、後述するレチクルステージＲＳＴに保持されるレチクルＲをケーラー照明する。そのため、二次光源が形成される面は、投影光学系ＰＬの開口絞り４１の面（開口絞り面）に対する共役面であり、照明光学系の瞳面（照明瞳面）と呼ばれる。また、照明瞳面に対して被照射面（レチクルＲが配置される面又はウエハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。なお、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、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（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、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二次光源（照明光源）の光強度分布（輝度分布又は照明光源形状）と称することができる。
【００３５】
上述のビームスプリッタＢＳ２の反射光路上には、照明瞳分布計測部Ｄ２が配置されている。照明瞳分布計測部Ｄ２は、フライアイレンズ５の入射面と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するＣＣＤ撮像部を備え、フライアイレンズ５の入射面に形成される光強度分布（輝度分布又は照明光源形状）をモニタする。すなわち、照明瞳分布計測部Ｄ２は、照明瞳又は照明瞳と光学的に共役な面で瞳強度分布を計測する機能を有する。照明瞳分布計測部Ｄ２の計測結果は、主制御装置２０に供給される。照明瞳分布計測部Ｄ２の詳細な構成および作用については、例えば米国特許出願公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。
【００３６】
二次光源からの光ビームＬＢは、コンデンサ光学系６を介して照明視野絞り７を重畳的に照明する。このようにして、照明視野絞り７には、フライアイレンズ５の波面分割単位である矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。照明視野絞り７の矩形状の開口部（光透過部）を介した光ビームＬＢ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レチクルＲを重畳的に照明する。すなわち、二次光源からの光ビームＬＢは、コンデンサ光学系６により集光され、さらに照明視野絞り７、結像光学系８、折曲ミラー９等（コンデンサ光学系６から折曲ミラー９までをまとめて送光光学系１０と称する）を介して照明系ＩＯＰから射出され、図１に示されるように、照明光ＩＬとしてレチクルＲに照射される。この場合、照明視野絞り７により光ビームＬＢ（照明光ＩＬ）を整形することにより、レチクルＲのパターン面の一部（照明領域ＩＡＲ）が照明される。
【００３７】
レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの下方（−Ｚ側）に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系（不図示）によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（Ｙ軸方向）に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。
【００３８】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」と呼ぶ）１４によって、移動鏡１２（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１４の計測情報は、主制御装置２０に供給される。
【００３９】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの下方（−Ｚ側）に配置されている。投影光学系ＰＬとしては、例えば、光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられる。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（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。そのため、前述の通り照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、投影光学系ＰＬを介して、レチクルＲのパターン面（投影光学系の第１面、物体面）上の照明領域内のパターンの縮小像（パターンの一部の縮小像）が、レジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ（投影光学系の第２面、像面）上の露光領域ＩＡに投影される。
【００４０】
投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズエレメントのうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚のレンズエレメント（不図示）は、主制御装置２０の配下にある結像性能補正コントローラ４８によって例えば投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ軸方向、及びＸＹ平面に対する傾斜方向（すなわちθｘ及びθｙ方向）に駆動可能な可動レンズとなっている。また、投影光学系ＰＬの瞳面の近傍には、開口数（ＮＡ）を所定範囲内で連続的に変更可能な開口絞り４１が設けられている。開口絞り４１としては、例えばいわゆる虹彩絞りが用いられる。開口絞り４１は、主制御装置２０によって結像性能補正コントローラ４８を介して制御される。
【００４１】
ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系２４によって、ステージベース２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等によって保持されている。
【００４２】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量）、ピッチング量（θｘ方向の回転量）及びローリング量（θｙ方向の回転量））を含む）は、レーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略記する)１８によって、移動鏡１６（又はウエハステージＷＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。干渉計システム１８の計測結果は、主制御装置２０に供給される。
【００４３】
また、ウエハＷの表面のＺ軸方向の位置及び傾斜は、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとを有する焦点位置検出系によって計測される。焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）としては、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系と同様の構成のものが用いられる。
【００４４】
また、ウエハステージＷＳＴ上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さにある基準板ＦＰが固定されている。基準板ＦＰの表面には、アライメント系ＡＳのベースライン計測等に用いられる基準マーク、後述するレチクルアライメント系で検出される一対の基準マーク等が形成されている。
【００４５】
また、ウエハステージＷＳＴには、瞳輝度分布をオン・ボディで計測（測定）する輝度分布計測器８０が設けられている。輝度分布計測器８０は、図３に示されるように、カバーガラス８０ａ、集光レンズ８０ｂ、及び受光部８０ｃ等から構成される。
【００４６】
カバーガラス８０ａの上面は、投影光学系ＰＬの結像面位置、すなわちウエハステージＷＳＴ上に載置されるウエハＷの面位置に等しく設置されている。ここで上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口（ピンホール）を有する遮光膜が形成されている。この遮光膜によって、瞳輝度分布の計測の際に、周囲から不要な光が受光部８０ｃに入らないように遮られる。カバーガラス８０ａ（ピンホール）及び受光部８０ｃは、それぞれ、集光レンズ８０ｂの前側及び後側焦点位置に配置されている。すなわち、受光部８０ｃの受光面は、投影光学系ＰＬの開口絞り４１（すなわち投影光学系ＰＬの瞳面及び照明系ＩＯＰの瞳面）の位置と光学的に共役な位置に配置されている。受光部８０ｃは、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子と、例えば電荷転送制御回路等の電気回路等とを有している。なお、受光部８０ｃからの計測データは、主制御装置２０に送られる。
【００４７】
上述の構成の輝度分布計測器８０では、投影光学系ＰＬから射出された照明光ＩＬの一部がカバーガラス８０ａのピンホールを通過し、集光レンズ８０ｂにより集光されて、受光部８０ｃの受光面に入射する。ここで、受光部８０ｃの受光面には、投影光学系ＰＬの開口絞り４１における照明光ＩＬの強度分布が再現される。すなわち、受光部８０ｃにより、カバーガラス８０ａのピンホールを通過する照明光ＩＬの開口絞り４１上での強度分布が計測される。ここで、開口絞り４１の位置は投影光学系ＰＬの瞳面及び照明系ＩＯＰの瞳面の位置と光学的に共役であるため、照明光ＩＬの強度分布を計測することは瞳輝度分布を計測することに等しい。
【００４８】
なお、カバーガラス８０ａの上面には、ピンホールとの位置関係が既知の位置合わせマーク（不図示）が設けられている。位置合わせマークは、ステージ座標系上でのピンホールの位置、すなわち輝度分布計測器８０の位置を較正するために用いられる。
【００４９】
ウエハステージＷＳＴ（すなわち輝度分布計測器８０）をＸＹ二次元方向に移動させて、上述の計測を行うことにより、被照射面（第２面）上の複数点に関する瞳輝度分布が計測される。瞳輝度分布の計測についてはさらに後述する。
【００５０】
図１に戻り、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面には、ウエハＷに形成されたアライメントマーク及び基準マークを検出するアライメント系ＡＳが設けられている。アライメント系ＡＳとしては、例えばハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光によりマークを照明して検出し、検出されたマークの像（画像）を画像処理することによってマークの位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。
【００５１】
露光装置１００では、不図示であるが、レチクルステージＲＳＴの上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。レチクルアライメント系の検出信号は、主制御装置２０に供給される。
【００５２】
前記制御系は、図１中、主制御装置２０によって主に構成される。主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、装置全体を統括して制御する。また、主制御装置２０には、例えばハードディスクから成る記憶装置４２、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置４５，ＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置４４、及びＣＤ（compact disc），ＤＶＤ（digital versatile disc），ＭＯ（magneto-optical disc）あるいはＦＤ（flexible disc）等の情報記憶媒体のドライブ装置４６が、外付けで接続されている。さらに、主制御装置２０は、ＬＡＮ９１８に接続されている。
【００５３】
記憶装置４２には、投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に投影される投影像の結像状態が最適（例えば収差又は線幅が許容範囲内）となる照明光源形状（瞳輝度分布）に関する情報、これに対応する照明系ＩＯＰ、特に空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥの制御情報、及び投影光学系ＰＬの収差に関する情報等が格納されている。
【００５４】
ドライブ装置４６には、後述するように照明光源形状を調整するための処理プログラム等が格納された情報記憶媒体（以下の説明では便宜上ＣＤ−ＲＯＭとする）がセットされている。なお、これらのプログラムは記憶装置４２にインストールされていても良い。主制御装置２０は、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。
【００５５】
また、主制御装置２０は、図４に示されるように、クリーンルーム内に設置された露光装置１００が含まれるリソグラフィシステム９１２の他の露光装置９２２２、９２２３、及びリソグラフィシステム９１２を統括管理する上位コンピュータ９２０に、ＬＡＮ９１８を介して接続されている。上位コンピュータ９２０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）９２６を介してクリーンルーム外のサーバ９３０に接続されている。該リソグラフィシステム９１２とサーバ９３０とは、半導体工場内に構築された社内ＬＡＮシステム１０００の一部をそれぞれ構成している。
【００５６】
露光装置１００では、通常のスキャナと同様に、ウエハ交換、レチクル交換、レチクルアライメント、アライメント系ＡＳのベースライン計測並びにウエハアライメント（ＥＧＡ等）等の準備作業の後、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。詳細説明は省略する。
【００５７】
次に、本実施形態の露光装置１００における空間光変調ユニット３（空間光変調器３Ｓ）を用いた照明光源形状（瞳輝度分布）の設定処理について説明する。
【００５８】
図５には、露光装置１００の初期調整時（起動時）における照明光源形状の設定に関する主制御装置２０（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを概略的に示すフローチャートが示されている。
【００５９】
最初のステップ２０２では、照明光源に関する初期設定を行う。具体的には、主制御装置２０は、記憶装置４２に記憶された照明光源形状（瞳輝度分布）に関する情報、これに対応する照明系ＩＯＰ、空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥの制御情報、及び投影光学系ＰＬの収差に関する情報等を読み出す。ここで、照明光源形状に関する情報には、その目標である目標照明光源形状（以下、適宜、目標とも表記する）Ψ０が含まれる。目標照明光源形状Ψ０は、照明瞳面内の２次元座標ξ，ηの関数Ψ０（ξ，η）として表現される。ミラー要素ＳＥの制御情報には、ミラー要素ＳＥの角度に対する反射光の強度情報等のミラー特性情報が含まれる。主制御装置２０は、これらの基本情報に従って、照明系ＩＯＰの構成各部（光源１、空間光変調器３Ｓ等）を起動する。
【００６０】
次のステップ２０４では、光源１から射出される光ビームＬＢのビーム断面内の強度分布（ビーム形状とも表記する）を計測する。主制御装置２０は、ビーム形状検出部Ｄ１を用いて、ビームスプリッタＢＳ１により反射される光ビームＬＢを検出する。その結果より、ビーム形状Φ０の計測結果（〈Φ０〉と表記する）が得られる。
【００６１】
次のステップ２０５では、後述するステップ２０８で行われる照明光源形状の計測において計測され得る最も目標照明光源形状Ψ０に近い照明光源の形状（以下、理想照明光源形状とも呼ぶ）を予測（算出）する。具体的には、主制御装置２０は、前述のステップ２０２において設定された空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥのミラー特性情報、照明光学系の収差情報、及び輝度分布計測器８０の特性（例えば集光レンズの収差など）等に基づいて、照明系ＩＯＰにより実際に再現され、輝度分布計測器８０で計測され得る目標Ψ０に最も近い照明光源形状（理想照明光源形状）ΨＩを予測（算出）する。すなわち、現実の露光装置で輝度分布計測器８０等により計測される照明光源の形状（瞳輝度分布）は、ミラー要素ＳＥのミラー特性、照明光学系の収差、輝度分布計測器８０の特性などに起因する設定誤差、計測誤差があり、目標Ψ０からずれた形状となる。そこで、主制御装置２０は、ミラー要素ＳＥのミラー特性情報、照明光学系の収差情報、及び輝度分布計測器８０の特性などに基づいて、理想照明光源形状ΨＩを求めてメモリに記憶する。
【００６２】
次のステップ２０６では、照明光源の設定を行う。主制御装置２０は、空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥの制御情報に基づいて、強度分布〈Φ０〉を有する光ビームＬＢが空間光変調器３Ｓ、フライアイレンズ５等を介して照明瞳面上に形成する強度分布、すなわち照明光源形状Ψがその目標Ψ０を再現する様に、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを決定する。主制御装置２０は、決定した制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御し、目標照明光源形状を再現するべく、照明光源形状を設定する。ここで、再現すると表現しているのは、バーチャルな情報である目標照明光源形状を基に、目標照明光源形状に極力近い実際の照明光源形状を設定することになり、結果として実空間で目標照明光源形状にほぼ一致した照明光源形状が再現されるからである。本明細書では、かかる意味で再現するという表現を用いている。
【００６３】
次のステップ２０８では、照明光源形状Ψを計測する。主制御装置２０は、計測に先立って、輝度分布計測器８０の位置を較正する。ここで、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを駆動して、ウエハステージＷＳＴに搭載された輝度分布計測器８０をアライメント系ＡＳの直下に位置決めする。位置決め後、主制御装置２０は、アライメント系ＡＳを用いて、輝度分布計測器８０に設けられた位置合わせマーク（不図示）を検出し、その検出結果と検出時の干渉計システム１８の計測結果とを用いてステージ座標系上での輝度分布計測器８０の正確な位置を求める。その結果に従って、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを駆動して、輝度分布計測器８０（カバーガラス８０ａ上の開口）を光軸ＡＸ上に正確に位置決めする。これと同時に、主制御装置２０は、焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）を用いてカバーガラス８０ａの面位置及び傾斜を計測し、ウエハステージＷＳＴをフォーカス・レベリング制御して、カバーガラス８０ａの上面を結像点（像面）に位置決めする。
【００６４】
較正が終わると、主制御装置２０は、照明光源形状Ψの本計測を開始する。ステップ２０６において設定された照明光源（二次光源）から照明光ＩＬが射出され、図３に示されるように、照明系ＩＯＰ及び投影光学系ＰＬを介して像面上に集光される。これにより、照明光ＩＬが、カバーガラス８０ａ上の開口を通り、集光レンズ８０ｂを介して、受光部８０ｃ内の受光素子によって受光される。受光素子（２次元ＣＣＤ等）は、照明光ＩＬのその断面内での光強度分布を検出する。これにより、照明光源形状Ψの計測結果〈Ψ〉が得られる。なお、計測結果〈Ψ〉は、照明光源形状Ψと同様に、照明瞳面内の３次元（輝度）座標ξ,ηの関数〈Ψ(ξ,η)〉として表現される。
【００６５】
主制御装置２０は、照明光源形状Ψ(ξ,η)の計測結果〈Ψ(ξ,η)〉を、例えば上位コンピュータ９２０又はサーバ９３０に転送する。なお、厳密には、照明光源形状（瞳輝度分布）は瞳面座標系上の離散点について計測されるため、計測結果〈Ψ(ξ,η)〉は離散データとして表される。
【００６６】
なお、本実施形態の露光装置１００では、投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬを検出するため、照明光源形状（瞳輝度分布）の計測結果には、原理上、投影光学系ＰＬの収差等に起因する計測誤差も含まれる。しかし、本実施形態では、特に断らない限り、投影光学系ＰＬの収差等に起因する光学的な誤差はない、あるいはステップ２０２において読み出された収差及び透過率に関する情報を用いて補正されているものとする。
【００６７】
次のステップ２０９では、ステップ２０６において再現された照明光源形状と目標との一致度合を評価する。ここでは、前述のステップ２０５において求めた理想照明光源形状ΨＩが評価の基準として用いられる。すなわち、主制御装置２０は、計測結果〈Ψ〉の理想照明光源形状ΨＩからのずれ、例えばＲＭＳ誤差を求め、そのＲＭＳ誤差の値と閾値（ステップ２０２において定められているものとする）との大小を比較する。なお、このステップ２０９における評価方法については、さらに後述する。
【００６８】
そして、次のステップ２１０では、評価結果が良好であるか否かを判断する。そして、ＲＭＳ誤差が閾値より小さく、十分な精度で、目標照明光源形状Ψ０が再現されている場合、すなわち評価結果が良好な場合には、本ルーチンの処理（一連の照明光源形状の設定及び調整処理）を終了する。
【００６９】
この一方、評価結果が良好でない場合には、ステップ２１２に移行する。本実施形態では、ステップ２１２及び２１３において、調整処理の選択が行われる。
【００７０】
ステップ２１２では、照明光源形状の調整処理の選択が第１回目であるか否かを判断する。この場合、第１回目であるため、このステップ２１２における判断は肯定され、ステップ２１４に移行する。
【００７１】
ステップ２１４では、ビーム形状Φ０の推定（演算処理）を行う。ここで、ビーム形状Φ０は、すでにステップ２０４において計測されている。しかし、ビーム形状検出部Ｄ１は、空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥに入射する光ビームＬＢそのものを検出してはいない。このため、空間光変調ユニット３（プリズム３Ｐ）内で生じる光軸のずれ、あるいはビーム形状検出部Ｄ１の検出誤差等により、正確な計測結果〈Φ０〉が得られていないおそれがある。そこで、主制御装置２０は第１回目の調整処理の選択においては、ビーム形状Φ０の推定（演算処理）を、最初に行うべく、他に優先して選択することとしている。
【００７２】
ビーム形状の推定が終了すると、ステップ２０６に戻る。主制御装置２０は、ビーム形状の推定結果（《Φ０》と表記する）を用いて、強度分布《Φ０》を有する光ビームＬＢにより形成される照明光源形状Ψが目標Ψ０を再現する様に、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを再決定する。主制御装置２０は、決定された制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御し、目標照明光源形状を再現するべく、照明光源形状を再設定する。
【００７３】
一方、第２回目以降の調整処理の選択の場合、ステップ２１２における判断は否定され、ステップ２１３に進む。ステップ２１３では、調整処理の選択が第ｍ回目未満であるか否かを判断する。そして、調整処理の選択が第ｍ回目未満（通常、ｍは３、４、５等に設定される）である場合には、ステップ２１３における判断が肯定され、ステップ２１８に移行し、照明光源の設定の最適化を行う。一方、調整処理の選択が第ｍ回目になると、ステップ２１３における判断は否定され、ステップ２１６に移行する。ｍ回の設定の根拠については、後述する。
【００７４】
ステップ２１６では、ミラー特性、すなわち空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥの角度に対する反射光の強度等の推定（演算処理）を行う。ここで、ミラー特性は、すでにステップ２０２において設定されている。しかし、必ずしも、設定通りの性能が得られているとは限らないので、ミラー特性の推定を行うことは必要である。
【００７５】
ミラー特性の推定が終了すると、先と同様にステップ２０６に戻り、主制御装置２０は、ミラー特性の推定結果を用いて、先と同様にして、照明光源形状を再現すべく、照明光源形状を再設定する。すなわち、主制御装置２０は、ミラー特性の推定結果を用いて、強度分布《Φ０》（《Φ０》が得られていない場合〈Φ０〉）を有する光ビームＬＢにより形成される照明光源形状Ψがその目標Ψ０を再現する様に、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを再決定し、決定された制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御する。
【００７６】
ミラー特性の推定は、後述する照明光源の設定の最適化に比べて、処理時間が長いので、調整処理の選択において、主制御装置２０は、後述する照明光源設定の最適化の処理を優先して選択することとしている。また、ミラー特性はすでにステップ２０２において設定されているため、ミラー特性の推定を実行しない場合であっても、数回程度、照明光源設定の最適化を繰り返すことは有意義である。このため、上述のｍを３，４，５等に設定することとしている。
【００７７】
さて、ステップ２１３における判断が肯定された場合には、ステップ２１８に移行し、照明光源の設定の最適化を行う。
【００７８】
ここで、調整処理の繰り返しサイクルにおいて、ステップ２０６では、ビーム形状Φ０の計測結果〈Φ０〉若しくは推定結果《Φ０》、又は初期設定若しくは推定されたミラー特性等に基づいて、照明光源形状Ψが再現される。
【００７９】
ステップ２１８では、主制御装置２０は、再現される照明光源形状Ψ（ステップ２０８において得られる計測結果〈Ψ〉）が、目標Ψ０に一致するように、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを微調整することで、照明光源の設定を最適化する。すなわち、主制御装置２０は、最適化された制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御し、照明光源形状を再現する。
【００８０】
通常、このステップ２１８では、時間を掛けて、空間光変調器３Ｓの複数のミラー要素ＳＥの傾斜等の微調整が繰り返し、順次行われるので、ステップ２１８の処理が終わり、ステップ２０８に戻った場合には、ステップ２０９，２１０で評価結果が良好となって、処理が終了する。
【００８１】
ただし、再度、ステップ２１０における判断が否定された場合には、上記と同様の処理が、ステップ２１０の判断が肯定されるまで、繰り返される。
【００８２】
このように、図５のフローチャートに従う照明光源形状（瞳輝度分布）の設定処理では、調整処理の選択が何回目かに応じて予め定められた優先度に応じて適切な調整処理が選択されるため、効率的にかつ正確に照明光源の形状を初期設定することが可能となる。
【００８３】
図６には、露光装置１００の稼働中、特にアイドル時、ロット先頭時等における照明光源形状の設定処理に関する主制御装置２０（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを概略的に示すフローチャートが示されている。前提条件として、露光装置１００の起動時（初期調整時）に、前述の照明光源形状の設定処理が行われているものとする。すなわち、ステップ２０６において照明光源形状が設定済みであり、またステップ２０２における照明光源に関する初期設定が行われ、目標照明光源形状Ψ０、ミラー特性情報等が取得済みであるものとする。
【００８４】
最初のステップ３０２では、目標照明光源形状Ψ０を再現すべく、ビーム形状を調整する。
【００８５】
次のステップ３０４では、前述のステップ２０４と同様に、光源１から射出される光ビームＬＢのビーム断面内の強度分布（ビーム形状）を、計測する。具体的には、主制御装置２０は、ビーム形状検出部Ｄ１を用いて、ビームスプリッタＢＳ１により反射される光ビームＬＢを検出する。この結果より、ビーム形状Φ０の計測結果〈Φ０〉が得られる。
【００８６】
次のステップ３０６では、照明光源形状Ψを計測する。ここで、前述した露光装置１００の起動時（初期調整時）における設定処理では、正確であることが要求されるため、照明光源形状の計測には、輝度分布計測器８０が用いられたが、露光装置１００の稼働中における設定処理では、短時間での装置の回復が要求されるため、照明系ＩＯＰ内に設けられた照明瞳分布計測部Ｄ２が用いられる。主制御装置２０は、照明瞳分布計測部Ｄ２を用いて、ビームスプリッタＢＳ２により反射される照明光ＩＬを検出する。この結果より、照明光源形状Ψの計測結果〈Ψ〉が得られる。計測結果〈Ψ〉は、上位コンピュータ９２０又はサーバ９３０に転送される。
【００８７】
次のステップ３０８では、前述のステップ２０９と同様にして、照明光源形状と目標との一致度合を評価する。このステップ３０８における具体的処理内容については、さらに後述する。
【００８８】
そして、次のステップ３１０では、評価結果が良好であるか否かを判断する。そして、評価結果が良好な場合には、本ルーチンの処理（一連の照明光源形状の設定及び調整処理）を終了する。
【００８９】
この一方、評価結果が良好でない場合には、ステップ３１２に移行する。本実施形態では、ステップ３１２、３１４、及び３１８において、調整処理の選択が行われる。
【００９０】
ステップ３１２では、照明光源形状の調整処理の選択が第１回目であるか否かを判断する。この場合、第１回目であるため、このステップ３１２における判断は肯定され、ステップ３０２に戻る。ここで、例えば前述のステップ３０４において計測した計測結果〈Φ０〉を用いてビーム形状の異常の有無を判断し、ビーム形状の異常が検知された場合のみ、ステップ３０２に戻ることとしても良いが、ここでは、調整処理の選択が第１回目である場合には、無条件に、ステップ３０２に戻り、ビーム形状の調整を行うこととした。すなわち、第１回目の調整処理においては、ビーム形状の調整を他に優先して選択することとした。
【００９１】
なお、ビーム形状の異常の検知は、一例として次のようにして行うことができる。すなわち、主制御装置２０は、例えば、計測結果〈Φ０〉を、露光装置１００の起動時の設定処理において計測されたビーム形状と比較する。例えば光ビームＬＢの光軸がずれた場合、計測結果〈Φ０〉の分布がシフトすること、あるいはその積分値が小さくなることから、ビーム形状の異常が検知される。
【００９２】
一方、第２回目以降の調整処理の選択の場合、ステップ３１２における判断は否定され、ステップ３１４に進む。ステップ３１４では、調整処理の選択が第ｎ回目未満であるか否かを判断する。そして、調整処理の選択が第ｎ回目未満（通常、ｎは３、４、５等に設定される）である場合には、ステップ３１４における判断は肯定され、ステップ３１６に移行する。ｎ回の設定の根拠については、後述する。
【００９３】
ステップ３１６では、照明光源の設定の最適化を行う。ステップ３１６では、主制御装置２０は、ステップ３０６において得られた照明光源形状Ψの計測結果〈Ψ〉、ビーム形状Φ０の計測結果〈Φ０〉、初期設定されたミラー特性等に基づいて、照明光源形状Ψが目標Ψ０に一致するように、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを微調整する。これにより、照明光源の設定を最適化する。ただし、このステップ３１６の照明光源の設定の最適化は、前述のステップ２１８の処理と異なり、短い処理時間で精度の良い処理アルゴリズムである。そこで、調整処理の選択において、主制御装置２０は、ビーム形状の調整に次いで優先して選択することとしている。また、ステップ３１６の照明光源の設定の最適化は、照明光源形状が再設定されるので数回程度、繰り返すことは有意義である。このため、上述のｎを３，４，５等に設定することとしている。
【００９４】
一方、調整処理の選択が第ｎ回目になり、ステップ３１４における判断が否定された場合には、ステップ３１８に移行し、ビーム形状の推定及び／又はミラー特性の推定を選択したか否かを判断する。ビーム形状の推定（ステップ２１４）とミラー特性の推定（ステップ２１６）は、既に、露光装置１００の起動時に少なくとも１回行われている。そこで、他の調整処理（この場合、ステップ３１６の照明光源の設定の最適化の（ｎ−２）回の繰返し）を行ってもステップ３１０における評価結果が良好とならない場合にのみ、ビーム形状の推定及び／又はミラー特性の推定を選択することとしている。
【００９５】
そして、ステップ３１８における判断が否定された場合には、ステップ３２０に移行する。ステップ３２０では、前述のステップ２１４と同様のビーム形状の推定及び／又はステップ２１６と同様のミラー特性の推定を行い、ビーム形状の推定及び／又はミラー特性の推定が終了すると、ステップ３２２に進む。
【００９６】
ステップ３２２では、ビーム形状及び／又はミラー特性の推定結果を用いて、照明光源を再設定する。具体的には、主制御装置２０は、上記の推定結果を用いて、前述のステップ２０６と同様に、照明光源形状Ψがその目標Ψ０を再現する様に、ミラー要素ＳＥの制御パラメータを再決定する。そして、主制御装置２０は、決定された制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御し、照明光源形状を再現する。
【００９７】
一方、上述のステップ３１８における判断が肯定された場合、すなわちビーム形状の推定及び／又はミラー特性の推定の選択を既に行っている場合には、露光装置を停止させないまま行える処理はすべて選択済みであるため、最後の選択肢としてメンテナンスを選択するため、ステップ３２４に移行し、オペレータに空間光変調ユニット３の空間光変調器３Ｓのメンテンナンスの必要性を通知する。この通知は、一例として表示装置４４の表示画面に「ＳＬＭのメンテナンスが必要です」と表示するとともに、不図示のスピーカから同内容を音声にて発することで行われる。通知後、ステップ３２６に進んで、再開（再起動）の指示がなされるのを待つ。なお、空間光変調器３Ｓのメンテナンスは、露光装置１００を停止させて行うため、長い処理時間を要する。そこで、主制御装置２０は、その他の処理をすべて試みた結果、それでも所望の光源形状を得られなかった場合に、最後に選択することとしている。
【００９８】
上記の表示及び音声による通知を受けたオペレータにより露光装置１００が一旦停止され、空間光変調器３Ｓのミラー要素ＳＥの検査が行われる。検査の終了後、オペレータにより露光装置１００の再起動が指示される。これにより、ステップ３２６における判断が肯定され、ステップ３２８に移行する。
【００９９】
ステップ３２８では、再起動後、ミラー特性のキャリブレーション及び照明光源の再設定を行う。具体的には、主制御装置２０は、露光装置１００を再起動するとともに、ミラー要素ＳＥの特性のキャリブレーションを行い、このキャリブレーションの結果に基づいてステップ２０６と同様にしてミラー要素ＳＥの制御パラメータを決定する。主制御装置２０は、決定された制御パラメータに従って、空間光変調器３Ｓ（ミラー要素ＳＥの傾斜等）を制御し、照明光源形状を再現する。
【０１００】
ステップ３２８の処理の終了後、ステップ３０６に戻り、以後、ステップ３１０における判断が肯定されるまで、上述の処理を繰り返す。
【０１０１】
このように、図６のフローチャートに従う照明光源形状（瞳輝度分布）の設定処理では、短い時間で正確に調整可能な調整方法が優先して選択されるため、露光装置１００の稼働中であっても、スループットを殆ど低下させることなく効率的に照明光源を調整することが可能となる。
【０１０２】
次に、上述のステップ２０９の照明光源形状の評価ステップの具体的処理内容について、図７（Ａ）〜図７（Ｆ）に基づいて説明する。
【０１０３】
前提として、ステップ２０２の照明光源に関する初期設定において、一例として図７（Ａ）に模式的に示されるような目標照明光源形状Ψ０（すなわちξ，ηの関数Ψ０（ξ，η））が設定されているものとする。また、ステップ２０５において、図７（Ｂ）に示されるような理想照明光源形状ΨＩ（ξ，η）が予測されているものとする。この図７（Ｂ）の理想照明光源形状は、ミラー要素ＳＥのミラー特性、照明光学系の収差等の照明光源の固有の特性、及び輝度分布計測器８０の特性などに起因して、照明光源形状の輪郭がぼけるなどの図７（Ａ）の目標から変化している。以下では、理想照明光源形状ΨＩの目標Ψ０からの変化として、照明光源形状の輪郭のぼけが生じているものとして説明を行う。
【０１０４】
本実施形態では、理想照明光源形状ΨＩを評価の基準として用いることにより、照明光源の固有の特性、及び輝度分布計測器８０の特性などを考慮した照明光源形状の正確な評価が可能となる。
【０１０５】
図７（Ｃ）には、ステップ２０８で計測された照明光源形状の計測結果〈Ψ（ξ，η）〉が示されている。この例では、上述の輪郭のぼけに加えて、大きさの異なる複数の欠落点（黒い点）が現れている。
【０１０６】
主制御装置２０は、照明光源形状の計測結果〈Ψ（ξ，η）〉と理想形状ΨＩ（ξ，η）との差ΔΨ（ξ，η）（＝〈Ψ（ξ，η）〉−ΨＩ（ξ，η））を求める。ここで、主制御装置２０は、照明光源の形状〈Ψ（ξ，η）〉と理想形状ΨＩ（ξ，η）との重心又は外形（重心と外形とが一致する場合は両者）を一致させて、差ΔΨ（ξ，η）を求める。
【０１０７】
図７（Ｄ）には、求められた差ΔΨ（ξ，η）が示されている。差ΔΨ（ξ，η）には、理想形状ΨＩ（ξ，η）を評価の基準として用いたことにより、照明光源の固有の特性に由来する輪郭のぼけが取り除かれ、上述の複数の欠落点（黒い点）のみが残っている。
【０１０８】
ただし、複数の欠落点には、通常、計測誤差（ノイズ）に由来する欠落点も含まれる。そこで、主制御装置２０は、さらに、差ΔΨ（ξ，η）を一定の領域について畳み込み積分する。次の積分公式において、重みｗ（ξ，η）として、例えば図７（Ｄ）に示される円形領域ｃ１、ｃ２のように中心点から一定の半径内の領域について一定の振幅を有する分布関数を採用する。
ｄΨ（ξ，η）＝∫ｗ（ξ−ξ’，η−η’）ΔΨ（ξ’，η’）ｄξ’ｄη’
【０１０９】
なお、計測結果〈Ψ（ξ，η）〉及び目標Ψ０（ξ，η）は２次元座標ξ，η内の複数の離散点（ピクセル）上の離散値（ピクセル値）を用いて表現されているため、一定範囲内のピクセル値の平均（移動平均）を用いて中心ピクセル上でのピクセル値が与えられる。これにより、図７（Ｅ）に示されるように、畳み込み積分ｄΨ（ξ，η）から、計測誤差（ノイズ）に由来する失点が取り除かれる。
【０１１０】
主制御装置２０は、畳み込み積分ｄΨ（ξ，η）の自乗平均、すなわち計測結果〈Ψ〉と理想形状ΨＩとのＲＭＳ誤差を求め、これを照明光源の評価の指標とする。すなわち、前述の通り、指標の値が閾値（ステップ２０２において定められているとする）より小さい場合、主制御装置２０は、十分な精度で、目標とする照明光源形状Ψ０が再現されていると判断して、照明光源形状の設定（又は再設定）処理を終了する。ＲＭＳ誤差の値が閾値より大きい場合、主制御装置２０は、ステップ２１２に移行して、照明光源形状の調整処理を実行する。
【０１１１】
なお、いわゆる変形照明などでは、照明光源形状（瞳輝度分布）は、照明瞳面内の一定の領域のみについて振幅を有する。そこで、例えば、図７（Ｆ）に示されるような評価マップを導入しても良い。この評価マップでは、変形照明の光源形状に対応する領域ｅ２で大きな重みが、その他の領域ｅ１，ｅ３では小さい重みが割り当てられている。評価マップを用いてＲＭＳ誤差を求めることにより、個別の照明光源形状に応じた評価が可能となる。
【０１１２】
なお、領域ｅ１，ｅ２，ｅ３毎に、照明光源形状を評価することとしても良い。この場合、ＲＭＳ誤差に対する重みを一定とし、閾値を領域ごとに定めることとしても良い。また、畳み込み積分（移動平均）の領域が、評価マップ上の異なる領域をまたぐ場合、そのまたぐ領域を積分領域（平均領域）から除外することもできる。また、評価の指標としてＲＭＳ誤差に限らず、ｄΨ（ξ，η）の最大と最小の差（振幅）あるいはばらつき等を採用することも可能である。
【０１１３】
上述のステップ３０８における処理は、評価の対象が、ステップ３０６において、照明瞳分布計測部Ｄ２を用いて計測された照明光源形状Ψの計測結果〈Ψ〉となる点を除けば、上で詳述したステップ２０９における処理と同様である。このステップ３０８では、上述の照明瞳分布計測部Ｄ２で計測され得る目標Ψ０に最も近い照明光源形状（Ψ２とする）を、前述と同様にして、ただし輝度分布計測器８０の特性の代わりに照明瞳分布計測部Ｄ２の特性を用いて、求め、その照明光源形状Ψ２を評価の基準としても良いし、ステップ２０９と同じ理想照明光源形状ΨＩを評価の基準としても良い。
【０１１４】
以上説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、照明光源の形状の目標Ψ０に基づいて設定された照明光源の形状Ψが計測され（ステップ２０８又はステップ３０６）、照明光源の形状の計測結果〈Ψ〉と照明光源の形状の目標Ψ０から予測される理想照明光源形状ΨＩとのずれΔΨを照明光源の面内について移動平均してずれの分布が求められ、求められたずれの分布ｄΨを用いて照明光源の形状の目標に対する一致度が評価される（ステップ２０９又はステップ３０８）。これにより、照明光源の形状の目標に対する一致度を正確に評価することが可能になる。また、主制御装置２０により、この評価結果に基づいて、適切な調整アルゴリズムに従って照明光源の形状が調整され、目標を正確に再現した照明光源の形成又は調整が行われる。そして、その照明光源からの照明光ＩＬでパターンが形成されたレチクルＲを照明し、照明されたレチクルＲからの光を投影光学系ＰＬに通してウエハＷ上にレチクルＲのパターンの像を形成する。これによって、ウエハＷ上にレチクルＲのパターンを正確に転写することが可能になる。
【０１１５】
なお、上記実施形態では、上述のステップ２０５において、照明光源形状の評価の基準に用いられる理想照明光源形状ΨＩを求める場合について例示したが、これに限らず、評価の基準は、評価時までに求められていれば良い。従って、例えば、ステップ２０２の初期設定時に、理想照明光源形状ΨＩを求めるようにしても良い。また、上述のステップ２０５において、照明光源形状の評価の基準となる理想照明光源形状を求める際には、これに先立ってステップ２０４においてビーム形状の計測が行われているので、この計測結果をさらに考慮して、照明光源形状の評価の基準を求めても良い。さらに、輝度分布計測器８０等の計測器の特性が照明光源形状の計測結果〈Ψ〉に与える影響が小さい場合には、評価の基準を求める際に、計測器の特性を必ずしも考慮しなくても良い。この場合には、照明光源形状の計測において計測され得る最も目標照明光源形状Ψ０に近い照明光源の形状を予測することは、ステップ２０６において設定され得る最も目標照明光源形状Ψ０に近い照明光源の形状を予測することと実質的に同じである。
【０１１６】
なお、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）、及び図７（Ｆ）を用いて説明した具体的な評価手法は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。計測されるべき照明光源の形状を、少なくとも空間光変調器３Ｓの特性を考慮して照明光源の目標に基づいて予測し、照明光源の計測結果と予測の結果とのずれに基づいて、照明光源の形状の目標に対する一致度合を評価すれば良い。
【０１１７】
なお、上記実施形態では、図５、図６のフローチャートから明らかなように、主制御装置２０がソフトウェアプログラムに従った処理を実行することで、予測装置、評価装置、及び調整装置が実現される場合について説明したが、これに限らず、ソフトウェアプログラムに従った処理と実質的に等価な処理を、他のコンピュータ又はハードウェアなどに実行させる構成を採用しても良い。
【０１１８】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた輝度分布計測器８０を用いてウエハ面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用したが、輝度分布計測器８０をレチクルステージＲＳＴ上に設け、レチクルのパターン面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用することもできる。この場合、瞳輝度分布の計測結果に投影光学系ＰＬの光学特性の効果が含まれないため、瞳輝度分布を精密に計測する上で好適である。
【０１１９】
なお、上記実施形態では１つの空間光変調ユニット（空間光変調器）を用いたが、これに限らず、複数の空間光変調ユニット（空間光変調器）を用いることも可能である。複数の空間光変調ユニットを用いた露光装置向けの照明光学系として、例えば米国特許出願公開第２００９／０１０９４１７号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１２８８８６号明細書に開示される照明光学系を採用することができる。
【０１２０】
また、上記実施形態では、二次元的に配列されたミラー要素の傾斜を独立に制御する空間光変調器を採用したが、そのような空間光変調器として、例えば欧州特許出願公開第７７９５３０号明細書、米国特許第６,９００,９１５号明細書、並びに米国特許第７,０９５,５４６号明細書等に開示される空間光変調器を採用することができる。
【０１２１】
また、空間光変調器として、さらにミラー要素の高さを独立に制御する空間光変調器を採用することも可能である。そのような空間光変調器として、例えば米国特許第５，３１２，５１３号明細書、並びに米国特許第６，８８５，４９３号明細書に開示される空間光変調器を採用することができる。さらに、上述の空間光変調器を、例えば米国特許第６，８９１，６５５号明細書、あるいは米国特許出願公開第２００５／００９５７４９号明細書の開示に従って変形することも可能である。
【０１２２】
また、上記実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。
【０１２３】
また、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
【０１２４】
また、上記実施形態では、露光装置１００が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１２５】
また、上記実施形態の露光装置を含み本発明に係る露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【０１２６】
また、上記実施形において、米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１号明細書や米国特許出願公開第２００７／０１４６６７６号明細書に開示される、いわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。
【０１２７】
また、露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、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。
【０１２８】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）を、露光装置１００として採用することができる。
【０１２９】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を、露光装置１００として採用することができる。
【０１３０】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
【０１３１】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０１３２】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態のリソグラフィシステムの一部を構成する露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態のリソグラフィシステムの一部を構成する露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
以上説明したように、本発明の照明光源評価方法は、照明光源の形状を評価するのに適している。また、本発明の照明光源調整方法は、照明光源の形状を調整するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、照明光源からの照明光で物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法及びリソグラフィシステムは、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【符号の説明】
【０１３４】
１…光源、２…ビームエキスパンダ、３Ｓ…空間光変調器、４…リレー光学系、５…フライアイレンズ、６…コンデンサ光学系、７…照明視野絞り、８…結像光学系、９…折曲ミラー、２０…主制御装置、８０…輝度分布計測器、１００…露光装置、ＩＯＰ…照明系、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ…投影ユニット、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ。
【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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