JP2009041956A - 瞳透過率分布計測装置及び方法、投影露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像光学系の射出瞳での瞳透過率分布を計測する
【解決手段】 第１面と第２面とを光学的に共役な関係にする結像光学系の射出瞳と共役な面内における透過率分布を計測する瞳透過率分布計測装置は、第１面を介して結像光学系に向かう第１の光を供給する光供給部と；第１面に配置可能に設けられて、第１の光の放射照度を計測する第１照度計と；第２面に配置可能に設けられて、結像光学系を介した光供給部からの第２の光の放射照度を計測する第２照度計と；を備え、光供給部は、結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲に設定された第１の光を供給し、且つ第２の光を、第１の光の前記角度範囲に対応する角度範囲に設定する
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検光学系の光学性能を計測するための光学性能計測技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系等の結像光学系の瞳透過率分布等を計測する際に使用して好適なものである。

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感光基板（感応物体）としてのレジストが塗布されたウエハＷ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、照明光学系と投影光学系とを備えたステッパー型又はスキャニングステッパー型等の投影露光装置が使用されている。微細パターンをウエハＷ上に高精度に転写するためには、投影光学系において例えば瞳透過率分布などの光学性能が所定の条件を満たすことが要求される。そのためには、まず投影光学系の光学性能を正確に計測（評価）する必要があり、従来より様々な計測装置が使用されている。

例えば、投影露光装置における投影光学系の射出瞳面での瞳輝度分布を計測するために、投影光学系を通過した照明光をピンホール板及び集光光学系を介して２次元光センサで受光し、その２次元光センサの検出信号を処理してその投影光学系の射出瞳面での瞳輝度分布を計測する計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１９０１２号公報

しかしながら、特許文献１の計測装置では、投影露光装置における照明光学系及び投影光学系を合成した光学系の瞳輝度分布を計測しており、投影光学系単体での瞳透過率分布の計測は不可能であった。

そこで、本発明は、投影光学系等の結像光学系の射出瞳での瞳透過率分布を計測することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の態様にかかる瞳透過率分布計測装置は、第１面と第２面とを光学的に共役な関係にする結像光学系の射出瞳と共役な面内における透過率分布を計測する瞳透過率分布計測装置であって、
前記第１面を介して前記結像光学系に向かう第１の光を供給する光供給部と；
前記第１面に配置可能に設けられて、前記第１の光の放射照度を計測する第１照度計と；
前記第２面に配置可能に設けられて、前記結像光学系を介した前記光供給部からの第２の光の放射照度を計測する第２照度計と；
を備え、
前記光供給部は、前記結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲に設定された前記第１の光を供給し、且つ前記第２の光を、前記第１の光の前記角度範囲に対応する角度範囲に設定することを特徴とする。

また、上述の目的を達成するために、本発明の第２の態様にかかる瞳透過率分布計測方法は、第１面と第２面とを光学的に共役な関係にする結像光学系の射出瞳と共役な面内における透過率分布を計測する瞳透過率分布計測方法であって、
前記第１面を介して前記結像光学系に向かう第１の光の放射照度を計測する第１計測工程と；
前記結像光学系を介して前記第２面側に射出される第２の光の放射照度を計測する第２計測工程と；
を備え、
前記第１の光は、前記結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲であり、
前記第２の光は、前記第１の光の前記角度範囲に対応する角度範囲であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様にかかる投影露光装置は、所定のパターンを感光性基板に投影露光する投影露光装置であって、
光源からの光を前記所定のパターンへ照明する照明光学系と；
前記所定のパターンの像を形成する投影光学系と；
該投影光学系の瞳透過率分布を計測するための第１の態様にかかる瞳透過率分布計測装置と；
を備え、
前記光供給ユニットの一部は、前記照明光学系内に設けられることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様にかかる投影露光装置は、所定のパターンを感光性基板に投影露光する投影露光装置において、
光源からの光を前記所定のパターンへ照明する照明光学系と；
前記所定のパターンの像を形成する投影光学系と；
を備え、
前記投影光学系は、第２の態様にかかる瞳透過率分布計測方法によって計測されていることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様にかかるデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて前記感光性基板上に前記パターンを転写する露光工程と、前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に生成する現像工程と、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加工工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の第６の態様にかかるデバイス製造方法は、投影光学系を備える露光装置を用いて感光性基板上にパターンを転写する露光工程と、前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に生成する現像工程と、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加工工程と、前記投影光学系の瞳透過率分布を第２の態様にかかる計測方法に従って計測する工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の第７の態様にかかる投影光学系の調整方法は、所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の調整方法であって、第２の態様にかかる瞳透過率分布計測方法を用いて前記投影光学系の瞳透過率分布を計測する工程と、計測された瞳透過率分布に基づいて、前記投影光学系の瞳透過率分布を補正する工程とを備えることを特徴とする。

本発明では、所定の角度範囲に制限された光束の第１面での放射照度と、当該光束の第２面での放射照度とを除算することによって、結像光学系の射出瞳内において上記光束が通過する範囲での透過率を算出することができる。すなわち、結像光学系の瞳透過率分布に対応する結像光学系の射出瞳を分割した各区画ごとの透過率を求めることができる。

以下、図面を参照して、本発明にかかる実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付して示している。

図１は、本発明の第１の実施の形態を概略的に示す図である。第１の実施の形態は、投影露光装置に装着されている被検光学系としての投影光学系（結像光学系）の瞳透過率分布を計測する場合に本発明を適用したものである。その瞳透過率分布の計測は、例えば投影露光装置のメンテナンス時等に行われる。ここで、図１（ａ）は照度計７を投影光学系ＰＯの物体面である第１面１０に配置した状態を示し、図１（ｂ）は投影光学系ＰＯの像面である第２面２０に照度計８を配置し且つ照度計７を光路から外した状態を示す図である。

なお、以下の説明においては、各図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷ面又はレチクル面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷ面又はレチクル面に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１は、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光ビームとしての露光光（照明光）を供給するための露光光源１として、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源１としては、ＫｒＦ エキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ光源（ 波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂ レーザ光源（波長１４６ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザや固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生光源、紫外固体光源（紫外半導体レーザや紫外ＬＥＤなど）、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。

露光光源１から射出されたほぼ平行光束よりなる露光光ＩＬは、例えば回折光学素子を有する光束断面形状変換素子２を介してズームレンズ３に入射する。光束断面形状変換素子２を構成する回折光学素子は、ガラス基板に露光光（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。第１の実施の形態において光束断面形状変換素子２（回折光学素子）は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。

第１の実施の形態では、ズームレンズ３の前側焦点が光束断面形状変換素子２の位置としているため、光束断面形状変換素子２からの光束によって、ズームレンズ３の後側焦点面に円形状の光強度分布、即ち円形状の断面を有する光束が形成される。

ズームレンズ３の後側焦点面の近傍には、フライアイレンズ４の入射面が位置決めされている。なお、フライアイレンズ４は入射光束に基づいて多数光源を形成するオプティカルインテグレータとして機能する。このようなフライアイレンズ４としては、例えば特開2004-56103号公報及びこれに対応する米国特許第６，９１３，３７３号を参照することができる。フライアイレンズ４に入射した光束は二次元的に分割され、フライアイレンズ４の後側焦点面にはフライアイレンズ４への入射光束によって形成される照野と同じ円形状に分布した多数光源（二次光源）からなる面光源が形成される。

図１の状態では、フライアイレンズ４の後側焦点面に、計測用の開口絞り５が配置されており、開口絞り５を通過した露光光ＩＬは、コンデンサ光学系６を介して、マスクとしてのレチクルの転写用のパターンが形成された下面（レチクル面）が位置すべき第１面１０の照明領域をほぼ均一な照度分布で照明する。

図１（ａ）に示すように、第１面１０に照度計７が配置されている場合には、照度計７は開口絞り５によって制限された光の放射照度を計測する。ここで、光束断面形状変換素子２、ズームレンズ３、フライアイレンズ４、開口絞り５及びコンデンサ光学系６は、露光光源１からの光を第１面１０に供給する光供給部と見なすことができる。

また、図１（ｂ）に示すように、第１面１０から照度計７が外されている場合（照度計７が光路から外されている場合）には、開口絞り５を通過した露光光ＩＬは、コンデンサ光学系６及び第１面１０を介して、投影光学系ＰＯを通過し、レジストが塗布された基板（感光基板）としてのウエハＷが位置すべき第２面２０の照明領域をほぼ均一な照度分布で照明する。ここで、第１面１０と第２面２０とは、投影光学系ＰＯに関して互いに光学的に共役な関係であり、第１面１０に転写用のパターンが配置される場合には、第２面２０にはそのパターンの像が形成される。そのため、第１面１０を投影光学系ＰＯの物体面、第２面２０を投影光学系ＰＯの像面を呼ぶことができる。

図２に照度計７の概略構成を示す。なお、照度計８の構成についても照度計７の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。照度計７は、所定の大きさ（例えば直径数ｍｍ）の開口部７ａを有し、遮光性材料で形成された基板７ｂと、この開口部７ａを通過した光を受光して、入射するエネルギ量に応じた光電変換信号を出力する受光素子とを備える。そして、この照度計７は、例えばレチクルと同形状・同サイズとすることができ、図示なきレチクル搬送機構によって、投影露光装置本体のレチクルステージＲＳに載置可能である。

また、照度計８は、例えばウエハＷと同形状・同サイズとすることができ、図示なきウエハＷ搬送機構によって、投影露光装置本体のウエハＷステージＷＳに載置可能である。

なお、照度計７，８においては、角度特性を良好にするために（受光素子に入射する光の受光素子面に対する角度に応じた感度を一定に近づけるために）、受光素子表面または受光素子の入射側に隣接した光透過部材表面を拡散面とする表面処理を行っても良い。

従って、第１面１０での放射照度を計測する場合には、不図示のレチクル搬送機構を用いて、照度計７をレチクルステージＲＳ上に載置する。また、第２面２０での放射照度を計測する場合には、上記レチクル搬送機構を用いて照度計７をレチクルステージＲＳから搬出し、且つ不図示のウエハＷ搬送機構を用いて照度計８をウエハＷステージＷＳ上に載置する。

第１の実施の形態においては、まず、第１面１０に配置された照度計７を用いて開口絞り５を介した光の放射照度を計測し、第１面１０から照度計７を除いた状態で第２面２０に照度計８を配置して開口絞り５及び投影光学系ＰＯを介した光の放射照度を計測する。そして、これらの放射照度を除算することによって、開口絞り５の開口部の領域に対応する投影光学系の射出瞳面内の部分領域の透過率を算出することができる。

以下、図３及び図４を参照して、第１の実施の形態における計測手法の詳細説明を行う。

図３（ａ）は、フライアイレンズ４の射出面側に形成される面光源４ａの状態を示し、図３（ｂ）は、この面光源４ａが開口絞り５によって制限された状態を示す。図３（ｂ）では、開口絞り５によって制限された面光源を面光源４ｂとして図示する。図３（ｂ）に示すように、第１の実施の形態における開口絞り５は、扇形状の開口部を有し、フライアイレンズ４によって形成される面光源を四分円形状の面光源４ｂに制限する。

また、図３（ｃ）〜（ｅ）は、ズームレンズ３の焦点距離を変化させ、フライアイレンズ４の射出側に形成される面光源の大きさを徐々に大きくした状態を示す。なお、理解を容易にするために、図３（ｃ）では図３（ｂ）における面光源４ｂの外形を波線で示し、図３（ｄ）では図３（ｂ）での面光源４ｂと図３（ｃ）での面光源４ｃとの外形をそれぞれ波線で示している。また、図３（ｅ）では面光源４ｅと重ねて、図３（ｂ）での面光源４ｂ、図３（ｃ）での面光源４ｃ、図３（ｄ）での面光源４ｄの外形をそれぞれ波線で示している。

図４（ａ）〜（ｄ）は、第１面１０上の所定の一点についての光供給部の射出瞳と光学的に共役な面における光強度分布を示す図であり、これらは第１面上の所定の一点に入射する光束の光強度の角度分布に対応している。ここで、図４（ａ）は図３（ｂ）の状態と対応しており、図４（ｂ）は図３（ｃ）、図４（ｃ）は図３（ｄ）、図４（ｄ）は図３（ｅ）の状態と対応している。

まず、照度計７を、その開口部７ａが上記所定の一点となるように位置決めし（図１（ａ）参照）、図３（ｂ）の状態となるようにズームレンズ３の焦点距離の設定を行い、照度計７に到達する放射照度Ｅ１１を計測する。次に、図３（ｃ）の状態となるようにズームレンズ３の焦点距離を変化させ、第１面に配置された照度計７に到達する放射照度Ｅ１２を計測する。

ここで、放射照度Ｅ１１は、図４（ａ）に示した領域からの光が第１面上の所定の一点に到達した際の放射照度であり、放射照度Ｅ１２は、図４（ｂ）に示した領域からの光が第１面上の所定の一点に到達した際の放射照度である。そして、図４（ａ）に示した領域の面積をＳ１１とし、図４（ｂ）に示した領域の面積をＳ１２とするとき、これらの放射照度Ｅ１１，Ｅ１２から、図４（ｅ）にハッチングで示す領域からの光が第１面上の所定の一点に到達した際の放射照度Ｅ１３を
Ｅ１３＝Ｅ１２−Ｅ１１×（Ｓ１１／Ｓ１２）
の式によって算出することができる。

同様に、ズームレンズ３の焦点距離を変更して図３（ｄ）の状態とし、第１面に配置された照度計７に到達する放射照度Ｅ１４を計測すれば、図４（ｆ）にハッチングで示す領域からの光が第１面上の所定の一点に到達した際の放射照度Ｅ１５を
Ｅ１５＝Ｅ１４−Ｅ１２×（Ｓ１２／Ｓ１４）
の式によって算出することができる。但し、Ｓ１４は図４（ｆ）に示した領域の面積である。

さらに、ズームレンズ３の焦点距離を変更して図３（ｅ）の状態とし、第１面に配置された照度計７に到達する放射照度Ｅ１６を計測すれば、図４（ｇ）にハッチングで示す領域からの光が第１面上の所定の一点に到達した際の放射照度Ｅ１７を
Ｅ１７＝Ｅ１６−Ｅ１４×（Ｓ１４／Ｓ１６）
の式によって算出することができる。但し、Ｓ１６は図４（ｇ）に示した領域の面積である。

次に、照度計７を光路から取り外して、照度計８の開口部が投影光学系ＰＯに関して第１面１０上の所定の一点と共役な点となるように位置決めし、上述の放射照度計測と同様の手順で計測を行う。

このとき、図４（ａ）に示した領域からの光が第２面上の上記共役点に到達した際の放射照度を放射照度Ｅ２１とし、図４（ｅ）にハッチングで示す領域からの光が第２面２０上の上記共役点に到達した際の放射照度を放射照度Ｅ２３、図４（ｆ）にハッチングで示す領域からの光が第２面２０上の上記共役点に到達した際の放射照度を放射照度Ｅ２５、図４（ｇ）にハッチングで示す領域からの光が第２面２０上の上記共役点に到達した際の放射照度を放射照度Ｅ２７とする。

図５は、投影光学系ＰＯの射出瞳を複数の区画に分割した状態を示しており、図４（ａ）に示した領域が区画ＡＮＷ１に対応しており、図４（ｅ）にハッチングで示す領域が区画ＡＮＷ２に、図４（ｆ）にハッチングで示す領域が区画ＡＮＷ３に、図４（ｇ）にハッチングで示す領域が区画ＡＮＷ４にそれぞれ対応している。

ここで、投影光学系ＰＯの射出瞳での区画ＡＮＷ１における透過率は、
Ｅ２１／Ｅ１１
で算出でき、区画ＡＮＷ２における透過率は、
Ｅ２３／Ｅ１３
で算出でき、ＡＮＷ３における透過率は、
Ｅ２５／Ｅ１５
で算出でき、ＡＮＷ４における透過率は、
Ｅ２７／Ｅ１７
で算出できる。

次に、開口絞り５の開口部を光軸廻りに９０°回転させ、上述の計測を行う動作を繰り返し、投影光学系ＰＯの射出瞳の全区画について、透過率の算出を行う。

これにより、投影光学系の瞳透過率分布に対応する結像光学系の射出瞳を分割した各区画ごとの透過率を求めることができる。

そして、照度計７，８による第１面１０、第２面２０の計測位置（照度計の開口部の位置）を第１面１０内、第２面２０内で変更した後、上述の計測を行うことにより、投影光学系の複数の像点に対応する瞳透過率分布を計測することができる。

第１の実施の形態では、照度計７，８を用いて第１面１０、第２面２０での放射照度を計測しているため、計測器の角度特性に影響されずに高精度な計測を行うことができ、ひいては透過率分布を高精度に算出することができる。

なお、上記第１の実施の形態では、光束断面形状変換素子２がそのファーフィールドに形成する光強度分布が円形状であったが、輪帯状であっても良い。この場合、ズームレンズ３のポジション間で放射照度の減算動作を省略することができる。

また、上記第１の実施の形態では、扇状（四分円状）の開口部を有する開口絞り５を光軸廻りに回転させていたが、図６に示すように、扇状（四分円状）の開口部の方位が異なる複数の開口部（５ＮＷ，５ＮＥ，５ＳＥ，５ＳＷ）を互いに交換可能に設けても良い。

また、開口絞り５として、例えば特開２０００−５８４４１号及びこれに対応する米国特許第６，４５２，６６２号に開示される扇形状の開口部の開き角を変更可能な開口絞りを用いても良い。

また、上述の例では、扇形状の開口部を用いてフライアイレンズ４によって形成される面光源の一部を遮光する構成としたが、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、光束断面形状変換素子２によって、そのファーフィールドに四分円状、扇形状、部分輪帯状の光強度分布を形成し、開口絞り５を用いることなく、四分円状、扇形状、部分輪帯状の面光源を形成しても良い。このとき、光束断面形状変換素子２自体を光軸廻りに回転することによって、四分円状、扇形状、部分輪帯状の面光源も光軸廻りに回転させることができる。

また、第１の実施の形態では、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４の射出側に開口絞り５を配置したが、開口絞り５の位置は、フライアイレンズ４の入射側であっても、フライアイレンズ４の入射側光路であってフライアイレンズ４の入射面とほぼ共役な位置であっても良い。

図８を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態では、開口絞り５をフライアイレンズ４の入射側光路であってフライアイレンズ４の入射面とほぼ共役な位置に設けたものである。なお、図８において、図１に示した第１の実施の形態と同じ機能を有する部材には、同じ符号を付してある。

図８において、露光光源１からの露光光は、光路折曲げプリズムＦＰを介して光束断面形状変換素子２に入射する。なお、第２実施形態では、計測用の光束断面形状変換素子２と交換可能に露光用の光束断面形状変換素子２ａが設けられている。

光束断面形状変換素子２からの露光光は、リレー光学系３０、輪帯比変更光学系３１を順に経由して、ズームレンズ３に入射する。ここで、リレー光学系３０は、前側焦点が光束断面形状変換素子２とほぼ一致するように設けられた前群３０ａと、前側焦点が前群の後側焦点とほぼ一致するように設けられた後群３０ｂとを備え、前群３０ａの後側焦点と後群３０ｂの前側焦点が一致する位置に開口絞り５が配置されている。この開口絞り５は、別の開口形状を有する別の開口絞り５ａと交換可能に設けられている。

また、輪帯比変更光学系３１は、前側焦点がリレー光学系３０の後群の後側焦点、即ちリレー光学系３０による光束断面形状変換素子２の共役面とほぼ一致するように設けられた前群３１ａと、前側焦点が前群の後側焦点とほぼ一致するように設けられた後群３１ｂと、前群３１ａの後側焦点と後群３１ｂの前側焦点が一致する位置に設けられたアキシコン系３２を備えている。なお、アキシコン系３２の詳細は、国際特許公開第ＷＯ２００６／０４３４５８号パンプレットに記載されているため、ここでは説明を省略する。

これらのリレー光学系３０及び輪帯比変更光学系３１によって、ズームレンズ３の前側焦点位置に、光束断面形状変換素子２の共役面が形成される。従って、アキシコン系３２を動作させない場合には、ズームレンズ３及びその射出側に斜設された光路折曲げミラーＦＬ１を介した光によって、光束断面形状変換素子２のファーフィールドに形成される光強度分布と相似な光強度分布がフライアイレンズ４の入射面に形成される。

フライアイレンズ４からの光は、コンデンサ光学系６を介して、レチクルブラインドＲＢをほぼ均一な照度分布で照明する。そして、このレチクルブラインドＲＢからの光は、前群６０ａ、後群６０ｂ及びこれら前群６０ａと後群６０ｂとの間に配置された光路折曲げミラーＦＬ２を備えるレチクルブラインド結像系６０によって、第１面１０へ導かれる。

図８においては、第１面１０上に照度計７が位置決めされており、且つ第２面２０上に照度計８が位置決めされている状態で図示しているが、第１の実施形態と同様に、照度計８による第２面での放射照度計測時には、照度計７は光路から退避する。なお、実際の露光時には、レチクルＲが第１面に位置決めされ、ウエハＷＷが第２面に位置決めされる。

この第２の実施の形態においては、フライアイレンズ４によって形成される面光源を開口絞り５で制限するのではなく、フライアイレンズ４の上流に配置された開口絞りによって光を整形した後にフライアイレンズ４へ導く構成となっている。このような構成においても、上述の第１の実施の形態と同様に、高精度に投影光学系の瞳透過率分布を計測することができる。

また、第２の実施の形態において、アキシコン系３２を、例えば米国特許公開第ＵＳ２００２／００８５２７６号の図１０〜図２４の実施形態に開示されるＶ字断面形状を有するアキシコン系とすることもできる。

このＶ字断面形状を有するアキシコン系では、フライアイレンズ４の入射面に形成される光束断面形状変換素子２（回折光学素子）のファーフィールドの光強度分布の像を、光軸直交面内（図８ではＹＺ平面内）において移動させることができる。このため、例えば光束断面形状変換素子２（回折光学素子）のファーフィールドの光強度分布が矩形状の光強度分布である場合には、図９に示すように、投影光学系ＰＯの射出瞳面を２次元マトリックス状の複数の区画に分割することができる。なお、図９では、投影光学系ＰＯの射出瞳と共役な面における射出瞳ＥＸＰの状態を図示している。

また、上述の各実施の形態において、求められた投影光学系の瞳透過率分布が一様でない場合には、投影光学系の開口絞り位置、または当該開口絞りと光学的に共役な位置に、瞳透過率分布補正部材を設けることができる。

図１０は、このような瞳透過率分布補正部材９の概略的な構成を示す図である。図１０において、瞳透過率分布補正部材９は、光透過性の基板９ａと、その基板９ａの表面上に形成されて所定の透過率を持つ補正膜９ｂ，９ｃとを備えている。この補正膜９ｂ，９ｃとしては、例えば露光光に対して遮光性の薄膜を基板９ａ上にドット状に分布させたドット濃密型の補正膜や、基板９ａ上において厚み分布を有するように設けた遮光性の薄膜からなる補正膜などを用いることができる。ここで、補正膜の材料としての遮光性材料は、露光光に対して完全遮光である必要ななく、減光する機能があれば良い。

ここで、瞳透過率分布補正部材９の面内透過率分布は、上述に従って得られる投影光学系の瞳内透過率分布を実質的に一様にするように定められる。

図１１は、投影光学系ＰＯの一例を示す図である。図１１に示す投影光学系は、例えば国際特許公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレットに開示されている。この図１１の投影光学系ＰＯは、第１面１０（または第２面２０）と光学的に共役な位置を内部に形成するものであって、第１面１０と光学的に共役な位置を形成する屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、第１結像光学系Ｇ１による共役位置のさらなる共役位置を形成する反射屈折型の第２結像光学系Ｇ２と、第２結像光学系Ｇ２による共役位置の更なる共役位置を第２面２０上に形成する屈折型の第３結像光学系とを備える。なお、投影光学系ＰＯとしては、例えば国際特許公開第ＷＯ２００５／０６９０５５号パンプレットに開示されている投影光学系も用いることができる。

ここで、第３結像光学系Ｇ３内の面Ｐ３には、開口絞りＡＳが設けられている。この面Ｐ３と光学的に共役な面は、第１結像光学系Ｇ１中の面Ｐ１及び第２結像光学系Ｇ２中の面Ｐ２である。なお、図９に示した瞳透過率分布補正部材９は、投影光学系ＰＯ中の面Ｐ１またはＰ３に配置することができる。

また、図１１に示す投影光学系ＰＯでは、凹面反射鏡が開口絞りＡＳと共役な位置である面Ｐ２に配置されているため、この凹面反射鏡の反射面内における反射率分布を制御することによっても、投影光学系の瞳内透過率分布を制御することができる。ひいては、投影光学系の瞳内透過率分布を実質的に一様にすることができる。なお、反射率分布を制御する手法としては、凹面反射鏡の反射面上に減光性の材料からなる層を設ける手法を適用できる。

また、上述では、投影光学系ＰＯの各像点に対して一様に投影光学系の瞳内透過率分布を補正していたが、投影光学系ＰＯの各像点に対して個別に投影光学系の瞳内透過率分布を制御する場合には、投影光学系ＰＯの開口絞りＡＳの位置または共役位置（面Ｐ１〜Ｐ３）から外れた位置に瞳透過率分布補正部材９を設ければよい。

なお、瞳透過率分布補正部材９は所定の光路長を有するため、投影光学系ＰＯの設計・製造に際しては瞳透過率分布補正部材９の基板９ａを含めて設計・製造を行うことが良い。このとき、瞳透過率分布を補正する際に、投影光学系ＰＯ内に位置決めされている基板９ａを取り出して、この基板９ａ上に補正膜を設けるか、補正膜が形成された基板９ａを投影光学系ＰＯ内に位置決めされている基板（平行平面板）と交換すれば良い。

また、投影光学系ＰＯを構成するレンズやミラー等の光学部材の光学面（屈折面や反射面）に補正膜を設けても良い。この場合には、上述の手法に従って投影光学系ＰＯの瞳透過率分布を求めた後、投影光学系ＰＯを構成する光学部材を取り出し、求められた瞳透過率分布を補正するための透過率分布を持つ補正膜を取り出された光学部材に形成し、補正膜が形成された光学部材を再び投影光学系ＰＯに組み込む。

また、投影光学系ＰＯを構成する光学部材の表面が汚染された場合（例えば曇りが生じた場合）や光学部材内部の変質が生じた場合においても、投影光学系ＰＯの瞳透過率分布の均一性が悪化することがある。この場合、投影光学系ＰＯの瞳透過率分布の計測結果に応じて、汚染された光学部材の洗浄や変質が生じた光学部材の交換を行えば良い。

さて、上述の例において、投影光学系ＰＯの瞳透過率分布を計測するための光として、非偏光光（減偏光光）を用いることが好ましいが、所定の方向に偏光方向を有する直線偏光光を用いても良い。この場合、互いに直交する２種類の偏光方向でそれぞれ計測を行うことにより、偏光毎の瞳透過率分布を計測することができる。

また、上述の瞳透過率分布の計測（及び補正）は、例えば投影露光装置製造工場における投影光学系の検査時、デバイス製造工場へ投影露光装置を納入する際の検収時、デバイス製造工場での投影露光装置の定期メンテナンス時、デバイス製造工場において投影露光装置が異常を示した時などに実施することができる。

上述の各実施の形態においては、投影光学系が組み込まれた投影露光装置の照明光学系を利用して、投影光学系を投影露光装置から取り出すことなく投影光学系の瞳透過率分布を計測することができるため、投影露光装置のダウンタイムを低減できる効果がある。

また、上述の各実施の形態では、レチクル又はウエハと同形状に形成された照度計を搬送機構を用いてステージ上に載置する構成としたが、レチクルステージの一部及びウエハステージ（又はウエハステージとは別の計測ステージ）の一部に照度計を設けても良い。

なお、上記実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を投影露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。ここで、上述の実施の形態にかかる瞳透過率分布の計測を投影光学系単体の製造時及び投影露光装置本体への組み込み後の調整時に行うことができる。なお、その投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、上述の各実施の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１２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。この図に示すように、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エハ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、各実施の形態の投影露光装置を用い、レチクルＲに形成されたパターンをウエハ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エハ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）。その後、ステップＳ４６によってウエハＷ表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウエハＷ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、各実施の形態の投影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エハＷ表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウエハＷ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、各実施の形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウエハＷを感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図１３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。この図に示すように、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、各実施の形態の投影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、各実施の形態の投影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。

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。

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。

また、上述の実施形態では、投影露光装置の投影光学系の瞳透過率分布を計測したが、本発明は投影光学系の瞳透過率分布の計測に限定されず、一般的な結像光学系の瞳透過率分布の計測に対して本発明を適用することができる。また、無限遠補正型の顕微鏡対物光学系のように、それ自体では像を形成せずに所定の結像レンズと組み合わせることによって像を形成する光学系に対しても、瞳透過率分布が既知の結像レンズと組合せた状態で本発明を適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本発明の第１の実施の形態を概略的に示す図である。 実施の形態で用いられる照度計の概略構成を示す図である。 第１の実施の形態における計測手法を説明するための図である。 第１の実施の形態における計測手法を説明するための図である。 投影光学系ＰＯの射出瞳を複数の区画に分割する際の一例を示す図である。 開口絞りの変形例を示す図である。 光束断面形状変換素子によってそのファーフィールドに形成される光強度分布の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を概略的に示す図である。 投影光学系ＰＯの射出瞳を複数の区画に分割する際の別の一例を示す図である。 瞳透過率分布補正部材の概略的な構成を示す図である。 投影光学系の一例を示す図である。 実施の形態にかかる露光装置を用いて製造する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。 実施の形態にかかる露光装置を用いて製造する液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１…露光光源、２…光束断面形状変換素子、４…フライアイレンズ、５…開口絞り、７，８…照度計、ＰＯ…投影光学系、１０…第１面、２０…第２面

Claims (20)

1. 第１面と第２面とを光学的に共役な関係にする結像光学系の射出瞳と共役な面内における透過率分布を計測する瞳透過率分布計測装置において、
   前記第１面を介して前記結像光学系に向かう第１の光を供給する光供給部と；
   前記第１面に配置可能に設けられて、前記第１の光の放射照度を計測する第１照度計と；
   前記第２面に配置可能に設けられて、前記結像光学系を介した前記光供給部からの第２の光の放射照度を計測する第２照度計と；
   を備え、
   前記光供給部は、前記結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲に設定された前記第１の光を供給し、且つ前記第２の光を、前記第１の光の前記角度範囲に対応する角度範囲に設定することを特徴とする瞳透過率分布計測装置。
2. 前記光供給部は、前記結像光学系の入射瞳と光学的に共役な面内を通過する前記第１の光の範囲を所定の範囲に設定して、前記結像光学系に入射する前記第１の光を前記一部の角度範囲に設定する角度範囲設定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の瞳透過率分布計測装置。
3. 前記角度範囲設定部は、前記結像光学系の入射瞳と光学的に共役な面に配置可能な絞りを備えることを特徴とする請求項２に記載の瞳透過率分布計測装置。
4. 前記角度範囲設定部は、光源からの光の断面形状を異なる断面形状に変換する光束断面形状変換素子を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の瞳透過率分布計測装置。
5. 前記角度範囲設定部は、ズーム光学系を有していることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測装置。
6. 前記第１照度計は、前記第１面上の第１の点に向かう前記第１の光の前記放射照度を計測し、
   前記第２照度計は、前記結像光学系に関して前記第１の点と光学的に共役な第２の点に向かう前記第２の光の放射照度の計測することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測装置。
7. 前記第１照度計は、前記第１面内で移動可能に設けられ、
   前記第２照度計は前記第２面内で移動可能に設けられることを特徴とする請求項６に記載の瞳透過率分布計測装置。
8. 前記光供給部は、前記第１の光の前記一部の角度範囲を、前記一部の角度範囲とは異なる別の角度範囲に変更し、
   前記第２の光は、前記第１の光の前記別の角度範囲に対応する角度範囲を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測装置。
9. 第１面と第２面とを光学的に共役な関係にする結像光学系の射出瞳と共役な面内における透過率分布を計測する瞳透過率分布計測方法において、
   前記第１面を介して前記結像光学系に向かう第１の光の放射照度を計測する第１計測工程と；
   前記結像光学系を介して前記第２面側に射出される第２の光の放射照度を計測する第２計測工程と；
   を備え、
   前記第１の光は、前記結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲であり、
   前記第２の光は、前記第１の光の前記角度範囲に対応する角度範囲であることを特徴とする瞳透過率計測方法。
10. 前記第１計測工程では、前記第１面上で前記第１の光の前記照射照度を計測し、
    前記第２計測工程では、前記第２面上で前記第２の光の放射照度の計測することを特徴とする請求項９に記載の瞳透過率分布計測方法。
11. 前記結像光学系の入射瞳と光学的に共役な面内を通過する前記第１の光の範囲を所定の範囲に設定して、前記結像光学系に入射する前記第１の光を前記一部の角度範囲に設定する角度範囲設定工程を備え、
    前記第１計測工程では、前記制限された前記第１の光の前記放射照度を計測することを特徴とする請求項９又は１０に記載の瞳透過率分布計測方法。
12. 前記角度範囲設定工程は、前記結像光学系の入射瞳と光学的に共役な面内において前記第１の光を制限する光制限工程を備えることを特徴とする請求項１１に記載の瞳透過率分布計測方法。
13. 前記第１の光は、前記第１面上の第１の点に向かう光であり、
    前記第２の光は、前記結像光学系に関して前記第１の点と光学的に共役な第２の点に向かう光であることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測方法。
14. 前記第１面を介して前記結像光学系に向かう第３の光の放射照度を計測する第３計測工程と；
    前記結像光学系を介して前記第２面側に射出される第４の光の放射照度を計測する第４計測工程と；
    を備え、
    前記第１の光は、前記第１面上の前記第１の点とは異なる第３の点を経由する光であって、前記結像光学系が取り込むことができる光束の角度範囲のうちの一部の角度範囲を有し、
    前記第２の光は、前記結像光学系に関して前記第３の点と光学的に共役な第４の点に向かう光であって、前記第３の光の前記角度範囲に対応する角度範囲を有することを特徴とする請求項１３に記載の瞳透過率計測方法。
15. 前記第１の光の前記一部の角度範囲を、前記一部の角度範囲とは異なる別の角度範囲に変更する角度範囲変更工程と；
    前記別の角度範囲を有する前記第１の光の放射照度を計測する第５計測工程と；
    前記第１の光の前記別の角度範囲に対応する角度範囲を有する前記第２の光の放射照度を計測する第６計測工程と；
    をさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１４の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測方法。
16. 所定のパターンを感光性基板に投影露光する投影露光装置において、
    光源からの光を前記所定のパターンへ照明する照明光学系と；
    前記所定のパターンの像を形成する投影光学系と；
    該投影光学系の瞳透過率分布を計測するための請求項１乃至８の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測装置と；
    を備え、
    前記光供給ユニットの一部は、前記照明光学系内に設けられることを特徴とする投影露光装置。
17. 所定のパターンを感光性基板に投影露光する投影露光装置において、
    光源からの光を前記所定のパターンへ照明する照明光学系と；
    前記所定のパターンの像を形成する投影光学系と；
    を備え、
    前記投影光学系は、請求項９乃至１５の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測方法によって計測されていることを特徴とする投影露光装置。
18. 請求項１６又は１７に記載の露光装置を用いて前記感光性基板上に前記パターンを転写する露光工程と、
    前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に生成する現像工程と、
    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加工工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
19. 投影光学系を備える露光装置を用いて感光性基板上にパターンを転写する露光工程と、
    前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に生成する現像工程と、
    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加工工程と、
    前記投影光学系の瞳透過率分布を請求項９乃至１５の何れか一項に記載の計測方法に従って計測する工程と、
    を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
20. 所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の調整方法において、
    請求項９乃至１５の何れか一項に記載の瞳透過率分布計測方法を用いて前記投影光学系の瞳透過率分布を計測する工程と、
    計測された瞳透過率分布に基づいて、前記投影光学系の瞳透過率分布を補正する工程とを備えることを特徴とする調整方法。

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