JP2005322855A - 光強度分布の評価方法、調整方法、照明光学装置、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性を定量的に且つ高精度に評価することのできる評価方法。
【解決手段】 光強度分布の領域内において光強度分布の中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域と第２分割領域とを設定する設定工程（Ｓ２）と、第１分割領域における光強度分布を第１分割領域に亘って積分して得られる第１光強度積算値、および第２分割領域における光強度分布を第２分割領域に亘って積分して得られる第２光強度積算値をそれぞれ算出する算出工程（Ｓ３）と、第１光強度積算値および第２光強度積算値に基づいて光強度分布の分割線に関する対称均一性を判断する判断工程（Ｓ４）とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光強度分布の評価方法、調整方法、照明光学装置、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照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の評価および調整に関する。

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、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（またはマイクロレンズアレイ）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳面における所定の光強度分布）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。

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。

そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。

一般に、微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、フライアイレンズの後側焦点面すなわち照明瞳面に形成される二次光源（実質的な面光源）の光強度分布が均一性を有することが重要である。具体的には、照明瞳面に形成される光強度分布が実質的に不均一である場合、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差（線幅非対称性）が発生することがある。

そこで、照明光学系の照明瞳面またはその共役位置に補正フィルターを設けることにより、照明瞳面に形成される光強度分布をほぼ均一に調整する技術が知られている（たとえば特許文献１を参照）。
特開２００１−２５９１３３号公報

しかしながら、従来技術では、照明瞳面に形成される様々な形状の光強度分布の対称均一性を定量的に評価する方法が提案されていないため、たとえば補正フィルターを定量的に最適設計したり、照明瞳面の光強度分布の不均一性と線幅非対称性との関係を定量的に把握したりすることができなかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性を定量的に且つ高精度に評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性を定量的に且つ高精度に評価する評価方法を用いて、照明瞳面の光強度分布が均一になるように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。

また、本発明は、たとえば照明瞳面の光強度分布が均一になるように高精度に調整された照明光学装置を用いて、微細パターンを忠実に投影露光する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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、所定面に形成された光強度分布を評価する方法であって、
前記光強度分布の領域内において前記光強度分布の中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域と第２分割領域とを設定する設定工程と、
前記第１分割領域における光強度分布を前記第１分割領域に亘って積分して得られる第１光強度積算値、および前記第２分割領域における光強度分布を前記第２分割領域に亘って積分して得られる第２光強度積算値をそれぞれ算出する算出工程と、
前記第１光強度積算値および前記第２光強度積算値に基づいて前記光強度分布の前記分割線に関する対称均一性を判断する判断工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

本発明の第２形態では、所定面に形成された光強度分布を計測する計測工程と、
第１形態の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布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。

本発明の第３形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
前記照明光学装置の照明瞳面に形成される実質的な面光源の光強度分布を計測する計測工程と、
第１形態の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布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。

本発明の第４形態では、第２形態または第３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装置を提供する。

本発明の第５形態では、第４形態の照明光学装置を備え、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。

本発明の第６形態では、第４形態の照明光学装置を用いて、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。

本発明では、光強度分布の領域内において中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域と第２分割領域とを設定し、第１分割領域における光強度分布を第１分割領域に亘って積分して得られる第１光強度積算値、および第２分割領域における光強度分布を第２分割領域に亘って積分して得られる第２光強度積算値をそれぞれ算出する。そして、算出した第１光強度積算値および第２光強度積算値に基づいて、光強度分布の分割線に関する対称均一性を判断する。

したがって、本発明では、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性を定量的に且つ高精度に評価することができ、ひいては照明瞳面の光強度分布が均一になるように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、照明瞳面の光強度分布が均一になるように高精度に調整された照明光学装置を用いて、微細パターンを忠実に投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

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、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。

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。

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、輪帯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、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。

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、且つ円形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を中心とする輪帯状の照野を形成する。

ここで、形成される輪帯状の照野の大きさ（すなわちその外径）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輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。

マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面（すなわち照明瞳面）に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された補正フィルター６を透過し、コンデンサー光学系７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８を重畳的に照明する。補正フィルター６の構成および作用については後述する。こうして、マスクブラインド８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８の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系９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。

このように、結像光学系９は、マスクブラインド８の矩形状開口部の像を、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８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。

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（２〜９）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。

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。

なお、回折光学素子３に代えて円形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通常の円形照明を行うことができる。円形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、円形状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、円形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を中心とした円形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円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の二次光源が形成される。

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。

本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬ中の開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布を計測するための計測装置１０を備えている。図２を参照すると、計測装置１０は、ピンホール部材１０ａと、集光レンズ１０ｂと、たとえば二次元ＣＣＤのような光検出器１０ｃとを有する。ここで、ピンホール部材１０ａ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。そして、ピンホール部材１０ａは集光レンズ１０ｂの前側焦点位置に配置され、光検出器１０ｃは集光レンズ１０ｂの後側焦点位置に配置されている。

したがって、光検出器１０ｃ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。計測装置１０では、投影光学系ＰＬを通過した光は、ピンホール部材１０ａのピンホールを通過し、集光レンズ１０ｂの集光作用を受けた後、光検出器１０ｃの検出面に達する。こうして、光検出器１０ｃ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。その結果、計測装置１０は、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて、照明光学系（２〜９）の照明瞳面（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測する。

図３は、本実施形態の計測装置を用いて計測された光強度分布の評価方法を含む調整方法の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、本実施形態の調整方法では、たとえば計測装置１０を用いて、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて照明光学系（２〜９）の照明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（Ｓ１）。本実施形態では、輪帯照明時に照明光学系（２〜９）の照明瞳面に形成される輪帯状の二次光源に対応して計測される輪帯状の光強度分布の評価および調整に対して本発明を例示的に適用するものとする。

次いで、本実施形態の調整方法では、計測工程Ｓ１で計測された光強度分布の輪帯領域内において、光強度分布の中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域と第２分割領域とを設定する（Ｓ２）。具体的に、設定工程Ｓ２では、図４（ａ）に示すように、輪帯状の光強度分布４０の円形状の外形（外側輪郭）４１から中心点４２を定義する（Ｓ２１）。そして、図４（ｂ）に示すように、定義工程Ｓ２１で定義された中心点４２を通る４つの分割線４３〜４６を想定する（Ｓ２２）。

想定工程Ｓ２２では、中心点４２を中心とする円を周方向に４等分するように、４つの分割線４３〜４６を想定している。さらに、図５（ａ）および（ｂ）並びに図６（ａ）および（ｂ）に示すように、想定工程Ｓ２２で想定された各分割線４３〜４６に関して、半輪帯状の第１分割領域Ａ１〜Ａ４および半輪帯状の第２分割領域Ｂ１〜Ｂ４をそれぞれ規定する（Ｓ２３）。規定工程Ｓ２３で規定される第１分割領域Ａ１〜Ａ４は各分割線４３〜４６の一方の側に位置する半輪帯状の領域であり、第２分割領域Ｂ１〜Ｂ４は各分割線４３〜４６の他方の側に位置する半輪帯状の領域である。

次いで、本実施形態の調整方法では、各第１分割領域Ａ１〜Ａ４における光強度分布Ｉ_A1（ｘ，ｙ）〜Ｉ_A4（ｘ，ｙ）を第１分割領域Ａ１〜Ａ４に亘ってそれぞれ積分して得られる第１光強度積算値Ｐ_A1〜Ｐ_A4、および第２分割領域Ｂ１〜Ｂ４における光強度分布Ｉ_B1（ｘ，ｙ）〜Ｉ_B4（ｘ，ｙ）を第２分割領域Ｂ１〜Ｂ４に亘ってそれぞれ積分して得られる第２光強度積算値Ｐ_B1〜Ｐ_B4をそれぞれ算出する（Ｓ３）。

具体的に、図５（ａ）において中心点４２を通り図中水平に延びる第１分割線４３に着目すると、第１分割線４３に関して対称な半輪帯状の第１分割領域Ａ１および半輪帯状の第２分割領域Ｂ１が規定され、第１分割領域Ａ１の光強度分布Ｉ_A1（ｘ，ｙ）について積分して得られる第１光強度積算値Ｐ_A1および第２分割領域Ｂ１の光強度分布Ｉ_B1（ｘ，ｙ）について積分して得られる第２光強度積算値Ｐ_B1は、次の式（１）および（２）でそれぞれ表される。

同様に、図５（ｂ）において中心点４２を通り図中左下から右上へ４５度の角度で延びる第２分割線４４に着目すると、第２分割線４４に関して対称な半輪帯状の第１分割領域Ａ２および半輪帯状の第２分割領域Ｂ２が規定され、第１分割領域Ａ２の光強度分布Ｉ_A2（ｘ，ｙ）について積分して得られる第１光強度積算値Ｐ_A2および第２分割領域Ｂ２の光強度分布Ｉ_B2（ｘ，ｙ）について積分して得られる第２光強度積算値Ｐ_B2は、次の式（３）および（４）でそれぞれ表される。

同様に、図６（ａ）において中心点４２を通り図中鉛直方向に延びる第３分割線４５に着目すると、第３分割線４５に関して対称な半輪帯状の第１分割領域Ａ３および半輪帯状の第２分割領域Ｂ３が規定され、第１分割領域Ａ３の光強度分布Ｉ_A3（ｘ，ｙ）について積分して得られる第１光強度積算値Ｐ_A3および第２分割領域Ｂ３の光強度分布Ｉ_B3（ｘ，ｙ）について積分して得られる第２光強度積算値Ｐ_B3は、次の式（５）および（６）でそれぞれ表される。

さらに、図６（ｂ）において中心点４２を通り図中左上から右下へ４５度の角度で延びる第４分割線４６に着目すると、第４分割線４６に関して対称な半輪帯状の第１分割領域Ａ４および半輪帯状の第２分割領域Ｂ４が規定され、第１分割領域Ａ４の光強度分布Ｉ_A4（ｘ，ｙ）について積分して得られる第１光強度積算値Ｐ_A4および第２分割領域Ｂ４の光強度分布Ｉ_B4（ｘ，ｙ）について積分して得られる第２光強度積算値Ｐ_B4は、次の式（７）および（８）でそれぞれ表される。

また、算出工程Ｓ３では、輪帯状の光強度分布Ｉ_ALL（ｘ，ｙ）の全体をその領域ＡＬＬ（図４（ａ）の輪帯状領域４０に対応）に亘って積分して得られる全体光強度積算値Ｐ_ALLも算出する。全体光強度積算値Ｐ_ALLは、次の式（９）で表される。

次いで、本実施形態の調整方法では、算出工程Ｓ３を経て各分割線４３〜４６についてそれぞれ得られた第１光強度積算値Ｐ_A1〜Ｐ_A4および第２光強度積算値Ｐ_B1〜Ｐ_B4に基づいて、輪帯状の光強度分布４０の各分割線４３〜４６に関する対称均一性を判断する（Ｓ４）。具体的に、判断工程Ｓ４では、第１分割線４３について、第１光強度積算値Ｐ_A1と第２光強度積算値Ｐ_B1との差に基づいて、第１分割領域Ａ１と第２分割領域Ｂ１との間における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₁を評価する。

第１分割線４３により規定される第１分割領域Ａ１と第２分割領域Ｂ１との間における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₁は、次の式（１０）で表される。同様に、第２分割線４４により規定される第１分割領域Ａ２と第２分割領域Ｂ２との間における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₂、第３分割線４５により規定される第１分割領域Ａ３と第２分割領域Ｂ３との間における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₃、第４分割線４６により規定される第１分割領域Ａ４と第２分割領域Ｂ４との間における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₄は、次の式（１１）〜（１３）で表される。

Ｅ₁＝（｜Ｐ_A1−Ｐ_B1｜）／（Ｐ_A1＋Ｐ_B1） （１０）
Ｅ₂＝（｜Ｐ_A2−Ｐ_B2｜）／（Ｐ_A2＋Ｐ_B2） （１１）
Ｅ₃＝（｜Ｐ_A3−Ｐ_B3｜）／（Ｐ_A3＋Ｐ_B3） （１２）
Ｅ₄＝（｜Ｐ_A4−Ｐ_B4｜）／（Ｐ_A4＋Ｐ_B4） （１３）

このように、誤差Ｅ₁は輪帯状の光強度分布４０の第１分割線４３に関する対称均一性の誤差を、誤差Ｅ₂は輪帯状の光強度分布４０の第２分割線４４に関する対称均一性の誤差を、誤差Ｅ₃は輪帯状の光強度分布４０の第３分割線４５に関する対称均一性の誤差を、誤差Ｅ₄は輪帯状の光強度分布４０の第４分割線４６に関する対称均一性の誤差をそれぞれ表している。

図７は、第１分割線４３、第２分割線４４、第３分割線４５、および第４分割線４６に関する輪帯状の光強度分布４０の対称均一性の誤差Ｅ₁〜Ｅ₄を棒グラフの形態で示す図である。図７を参照すると、輪帯状の光強度分布４０の第１分割線４３に関する対称均一性の誤差Ｅ₁および第４分割線４６に関する対称均一性の誤差Ｅ₄が約３．２〜約３．４（厳密には３．３６）％と比較的大きく、輪帯状の光強度分布４０の第２分割線４４に関する対称均一性の誤差Ｅ₂および第３分割線４５に関する対称均一性の誤差Ｅ₃が約１．７５〜約１．０％と比較的小さいことがわかる。

あるいは、判断工程Ｓ４では、各分割線４３〜４６に関して、全体光強度積算値Ｐ_ALLに対する第１光強度積算値Ｐ_A1〜Ｐ_A4の割合に対応する第１指標に基づいて第１分割領域Ａ１〜Ａ４における光強度分布の対称均一性の誤差を評価し、全体光強度積算値Ｐ_ALLに対する第２光強度積算値Ｐ_B1〜Ｐ_B4の割合に対応する第２指標に基づいて第２分割領域Ｂ１〜Ｂ４における光強度分布の対称均一性の誤差を評価することもできる。

具体的には、第１分割線４３に関して、全体光強度積算値Ｐ_ALLに対する第１光強度積算値Ｐ_A1の割合に対応する第１指標に基づいて、第１分割領域Ａ１における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_CUは、次の式（１４）で表される。また、第１分割線４３に関して、全体光強度積算値Ｐ_ALLに対する第２光強度積算値Ｐ_B1の割合に対応する第２指標に基づいて、第２分割領域Ｂ１における光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_CBは、次の式（１５）で表される。
Ｅ_CU＝２×Ｐ_A1／Ｐ_ALL−１ （１４）
Ｅ_CB＝２×Ｐ_B1／Ｐ_ALL−１ （１５）

同様に、第２分割線４４に関する第１分割領域Ａ２の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_LUおよび第２分割領域Ｂ２の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_RB、第３分割線４５に関する第１分割領域Ａ３の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_LCおよび第２分割領域Ｂ３の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_RC、第４分割線４６に関する第１分割領域Ａ４の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_LBおよび第２分割領域Ｂ４の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ_RUは、次の式（１６）〜（２１）でそれぞれ表される。

Ｅ_LU＝２×Ｐ_A2／Ｐ_ALL−１ （１６）
Ｅ_RB＝２×Ｐ_B2／Ｐ_ALL−１ （１７）
Ｅ_LC＝２×Ｐ_A3／Ｐ_ALL−１ （１８）
Ｅ_RC＝２×Ｐ_B3／Ｐ_ALL−１ （１９）
Ｅ_LB＝２×Ｐ_A4／Ｐ_ALL−１ （２０）
Ｅ_RU＝２×Ｐ_B4／Ｐ_ALL−１ （２１）

図８は、各分割領域Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４の光強度分布の対称均一性の誤差をそれぞれ示す図である。図８において、太線で描かれた円８０は誤差０に対応し、円８０よりも外側の円８１は所定の正の値の誤差に対応し、円８０よりも内側の円８２は円８１と絶対値が同じで符号の異なる負の値の誤差に対応している。したがって、誤差Ｅを表す図中黒塗りの菱形の中心が円８０の線上にあれば誤差Ｅの値は０であり、黒塗りの菱形の中心が円８０よりも外側にあれば誤差Ｅの値は正の値であり、黒塗りの菱形の中心が円８０よりも内側にあれば誤差Ｅの値は負の値である。

図８では、中心点４２に対する各輪帯状分割領域（Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４）の中心位置の方位が、各分割領域の光強度分布の対称均一性誤差を表す黒塗り菱形のプロット位置の方位にそれぞれ対応している。また、上述したように、中央の円８０の線上が誤差０に対応し、円８０の線上から半径外側方向への移動が正の誤差に対応し、円８０の線上から半径内側方向への移動が負の誤差に対応している。したがって、図８を参照すると、各分割領域の光強度分布の対称均一性誤差の大きさおよび方向性を瞬時に且つ正確に把握することができる。

最後に、本実施形態の調整方法では、判断工程Ｓ４の評価結果（すなわち評価工程Ｓ２〜Ｓ４の評価結果）に基づいて光強度分布を調整する（Ｓ５）。具体的に、調整工程Ｓ５では、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面すなわち照明瞳面またはその近傍に所定の透過率分布を有する補正フィルター６を配置することにより、照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性の誤差が小さくなるように調整する。

本実施形態では、一例として、図９（ｂ）に示すような透過率分布を有する補正フィルター６を用いて、図９（ａ）に示すような対称均一性誤差を有する光強度分布（図８に示すものと同一）を、図９（ｃ）に示すように対称均一性誤差の比較的小さい光強度分布に調整している。ここで、補正フィルター６の図中上半分の領域６ａは１００％の透過率を有し、図中下半分の領域６ｂは９６％の透過率を有する。そして、領域６ａと領域６ｂとの境界線６ｃは、輪帯状の光強度分布の第１分割線４３に対応している。その結果、最大で±３．３６％の対称均一性誤差を有する図９（ａ）に示す光強度分布を、最大で±２．３４％の対称均一性誤差を有する図９（ｃ）に示す光強度分布に調整することができる。

以上のように、本実施形態では、光強度分布の領域内において中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域（Ａ１〜Ａ４）と第２分割領域（Ｂ１〜Ｂ４）とを設定し、第１分割領域における光強度分布を第１分割領域に亘って積分して得られる第１光強度積算値（Ｐ_A1〜Ｐ_A4）、および第２分割領域における光強度分布を第２分割領域に亘って積分して得られる第２光強度積算値（Ｐ_B1〜Ｐ_B4）を算出している。そして、算出した第１光強度積算値（Ｐ_A1〜Ｐ_A4）および第２光強度積算値（Ｐ_B1〜Ｐ_B4）に基づいて、光強度分布の分割線に関する対称均一性を判断している。

したがって、本実施形態では、照明光学装置（１〜９）の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性を定量的に且つ高精度に評価することができ、ひいては照明瞳面の光強度分布が均一になるように高精度に調整することができる。また、本実施形態の露光装置では、照明瞳面の光強度分布が均一になるように高精度に調整された照明光学装置（１〜９）を用いて、微細パターンを忠実に投影露光することができる。特に、光強度分布の対称均一性を定量的に評価することにより、補正フィルター６を定量的に最適設計したり、照明瞳面の光強度分布の不均一性と線幅非対称性との関係を定量的に把握したりすることができる。また、たとえば露光装置では、照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の対称均一性の誤差を±５％以内に抑えることが好ましく、対称均一性の誤差を±３％以内に抑えることがさらに好ましい。

なお、上述の実施形態では、中心点４２を中心とする円を周方向に４等分する４つの分割線４３〜４６を想定している。換言すれば、中心点４２を中心として４５度刻みで光強度分布の対称均一性を解析している。しかしながら、これに限定されることなく、解析の刻み角度などについては様々な変形例が可能である。一般に、解析の刻み角度を小さく設定するほど、高精度で詳細な解析が可能になる。図１０では、解析の刻み角度が４５度の場合に図８の手法に基づいて得られる結果（ａ）と、解析の刻み角度が１度の場合に図８の手法に基づいて得られる結果（ｂ）とを対比させて示している。図１０（ｂ）において、線８４は、誤差を表す黒塗り菱形を多数プロットしたときの各黒塗り菱形の中心点の集合に対応している。

また、上述の実施形態では、分割線の一方の側に第１分割領域を想定し、他方の側に第２分割領域を想定している。しかしながら、これに限定されることなく、中心点において所定の角度をなして交差する２つの直線によって、分割線に関してほぼ対称な第１分割領域および第２分割領域をそれぞれ規定することもできる。図１１では、一例として、中心点６０を通る分割線６１に関してほぼ対称な第１分割領域６２および第２分割領域６３が、中心点６０において９０度の角度をなして交差する２つの直線６４および６５によって規定される様子を示している。なお、２つの直線６４と６５との交差角度を０度から１８０度の間で適宜変化させることができる。そして、２つの直線６４と６５との交差角度を１８０度に設定すれば、分割領域６２および６３はともに本実施形態と同様に半輪帯状になる。

また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍に配置された補正フィルター６を用いて光強度分布を調整している。しかしながら、これに限定されることなく、補正フィルター６の配置や調整手段については様々な変形例が可能である。たとえば結像光学系９の瞳面またはその近傍に補正フィルター６を配置することもできる。また、たとえば特開平１０−３１９３２１号公報に開示されるように、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の入射面側に、照明瞳面の光強度分布を調整するための補正フィルターを配置してもよい。また、補正フィルター以外の適当な手段、たとえば特開２００２−７５８４３号公報に開示されるような変形可能な開口絞りなどを用いて光強度分布を調整することもできる。また、上述の実施形態では、輪帯状の光強度分布の対称均一性の評価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、円形状や４極状など様々な形状の光強度分布の対称均一性の評価および調整に対しても同様に本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態では、計測装置１０のピンホール部材１０ａを投影光学系ＰＬの像面位置に配置し、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて照明光学系（２〜９）の照明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。そして、この計測結果に基づいて、照明光学装置（１〜９）が搭載された露光装置を対象として光強度分布の評価を行っている。しかしながら、これに限定されることなく、計測装置１０のピンホール部材１０ａを照明光学装置（１〜９）の被照射面位置（投影光学系ＰＬの物体面位置に対応）に配置し、照明光学装置（１〜９）のみを対象として光強度分布の評価を同様に行うことができる。なお、計測装置１０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。

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１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１２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。

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１３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１３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。

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。

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。

なお、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。

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１の露光装置に搭載された計測装置の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の計測装置を用いて計測された光強度分布の評価方法を含む調整方法の工程を概略的に示すフローチャートである。 （ａ）は輪帯状の光強度分布の円形状の外形から中心点を定義する様子を、（ｂ）は定義された中心点を通る４つの分割線を想定する様子をそれぞれ示す図である。 （ａ）は第１分割線に関して規定された第１分割領域Ａ１および第２分割領域Ｂ１を、（ｂ）は第２分割線に関して規定された第１分割領域Ａ２および第２分割領域Ｂ２をそれぞれ示す図である。 （ａ）は第３分割線に関して規定された第１分割領域Ａ３および第２分割領域Ｂ３を、（ｂ）は第４分割線に関して規定された第１分割領域Ａ４および第２分割領域Ｂ４をそれぞれ示す図である。 第１分割線〜第４分割線に関する輪帯状の光強度分布の対称均一性の誤差Ｅ₁〜Ｅ₄を棒グラフの形態で示す図である。 各分割領域Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４の光強度分布の対称均一性の誤差をそれぞれ示す図である。 補正フィルターを用いて照明瞳面に形成される光強度分布を調整する様子を示す図である。 解析の刻み角度が４５度の場合に図８の手法に基づいて得られる結果（ａ）と、解析の刻み角度が１度の場合に図８の手法に基づいて得られる結果（ｂ）とを対比させて示す図である。 中心点において所定の角度をなして交差する２つの直線によって分割線に関してほぼ対称な第１分割領域および第２分割領域をそれぞれ規定する変形例を示す図である。 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。 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

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 補正フィルター
７ コンデンサー光学系
８ マスクブラインド
９ 結像光学系
１０ 計測装置
１０ａ ピンホール部材
１０ｂ 集光レンズ
１０ｃ 光検出器（二次元ＣＣＤ）
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

Claims (17)

1. 所定面に形成された光強度分布を評価する方法であって、
   前記光強度分布の領域内において前記光強度分布の中心点を通る分割線に関してほぼ対称な第１分割領域と第２分割領域とを設定する設定工程と、
   前記第１分割領域における光強度分布を前記第１分割領域に亘って積分して得られる第１光強度積算値、および前記第２分割領域における光強度分布を前記第２分割領域に亘って積分して得られる第２光強度積算値をそれぞれ算出する算出工程と、
   前記第１光強度積算値および前記第２光強度積算値に基づいて前記光強度分布の前記分割線に関する対称均一性を判断する判断工程とを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記設定工程は、前記光強度分布の外形から前記中心点を定義する定義工程と、前記中心点において所定の角度をなして交差する２つの直線によって前記第１分割領域および前記第２分割領域をそれぞれ規定する規定工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記算出工程は、前記光強度分布の全体をその領域に亘って積分して得られる全体光強度積算値を算出する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
4. 前記判断工程では、前記第１光強度積算値と前記第２光強度積算値との差に基づいて前記第１分割領域と前記第２分割領域との間における光強度分布の対称均一性の誤差を評価することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の評価方法。
5. 前記判断工程では、前記全体光強度積算値に対する前記第１光強度積算値の割合に対応する第１指標に基づいて前記第１分割領域における光強度分布の対称均一性の誤差を評価し、前記全体光強度積算値に対する前記第２光強度積算値の割合に対応する第２指標に基づいて前記第２分割領域における光強度分布の対称均一性の誤差を評価することを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
6. 前記設定工程では、前記中心点を通る複数の分割線を想定し、各分割線に関して前記第１分割領域および前記第２分割領域をそれぞれ設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法。
7. 前記設定工程では、前記中心点を中心とする円を周方向にほぼ等分するように前記複数の分割線を想定することを特徴とする請求項６に記載の評価方法。
8. 所定面に形成された光強度分布を計測する計測工程と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
   前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布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。
9. 前記調整工程では、前記光強度分布の対称均一性の誤差を±５％以内に抑えるように調整することを特徴とする請求項８に記載の調整方法。
10. 光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
    前記照明光学装置の照明瞳面に形成される実質的な面光源の光強度分布を計測する計測工程と、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
    前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布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。
11. 前記調整工程では、前記光強度分布の対称均一性の誤差を±５％以内に抑えるための所要の透過率分布を有する補正フィルタを前記照明瞳面またはその近傍に設置することを特徴とする請求項１０に記載の調整方法。
12. 前記計測工程では、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明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ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の調整方法。
13. 請求項１０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ことを特徴とする照明光学装置。
14. 請求項１３に記載の照明光学装置を備え、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。
15. 前記マスクの前記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さらに備え、
    前記計測工程では、前記投影光学系を通過した光に基づいて前記照明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ことを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 請求項１３に記載の照明光学装置を用いて、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。
17. 投影光学系を用いて、前記マスクの前記パターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、
    前記計測工程では、前記投影光学系を通過した光に基づいて前記照明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ことを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。

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