JP2014022628A - 瞳輝度分布の評価方法、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 - Google Patents

Abstract

【課題】 見通しの良い物理指標を用いて、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出することのできる瞳輝度分布の評価方法。
【解決手段】 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される瞳輝度分布を評価する方法。計測された瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める第１工程と、差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する第２工程とを含む。
【選択図】 図２３

Description

本発明は、瞳輝度分布の評価方法、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。

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、光源から射出された光が、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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。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。

二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、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。

従来、アレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小なミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、所望の瞳輝度分布を実現する照明光学系が知られている。この照明光学系では、空間光変調器としての可動マルチミラーを用いているので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が高く、転写すべきパターンの特性に応じて適切に決定された複雑な外形形状および分布を有する瞳輝度分布を精度良く実現することができる。

空間光変調器としての可動マルチミラーは、非常に任意性の高い瞳輝度分布を照明瞳に精度良く形成する能力を持っている。しかしながら、ミラーの制御誤差や、他の光学系に起因する様々な原因により、実際に照明瞳に形成される瞳輝度分布（すなわち計測された実際の瞳輝度分布）と目標とする瞳輝度分布との間には少なからず乖離が発生する。その際、実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分（乖離）が許容できるか否かを評価するための見通しの良い物理指標が必要になる。ここで、見通しの良い物理指標とは、結像特性との関係が単純で定性的に解釈のし易い物理指標を指している。

従来、ツェルニケ多項式を内部に含む複数の変調作用を表わすパラメータ群を活用して瞳輝度分布を評価する方法が提案されている（特許文献１を参照）。

国際公開第２０１１／１０２１０９号パンフレット

特許文献１に記載された瞳輝度分布の評価方法では、ツェルニケ多項式のように瞳面の全体に亘って連続的に分布する関数表現を用いている。このため、例えば瞳面内の一部にあるような局所的な乖離、すなわち計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との局所的な差分を抽出するのが一般に苦手であり、かなり高次の成分まで用いないと表現しにくい傾向がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、見通しの良い物理指標を用いて、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出することのできる瞳輝度分布の評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出する瞳輝度分布の評価方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに実際の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、実際の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。

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される瞳輝度分布を評価する方法であって、
計測された瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、前記照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める第１工程と、
前記差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、前記差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する第２工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

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、
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ことと、
第１形態の評価方法を用いて、前記瞳輝度分布を評価することと、
前記評価の結果に基づい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。

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。

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、
前記瞳分布計測装置によって計測された前記瞳輝度分布と、第１形態の評価方法とを用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

第５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、
前記瞳分布計測装置によって計測された前記瞳輝度分布と、第１形態の評価方法とを用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記計測された瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、前記照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める差分演算部と、
前記差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、前記差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出するウェーブレット係数分布算出部とを含むことを特徴とする照明光学系を提供する。

第６形態では、所定のパターンを照明するための第３形態、第４形態または第５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。

第７形態では、第６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。

実施形態にしたがう瞳輝度分布の評価方法では、見通しの良い物理指標を用いて、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出し、ひいては結像性能に着目して瞳輝度分布を良好に評価することができる。実施形態にかかる照明光学系では、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出する瞳輝度分布の評価方法を用いて、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。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。

目標とする瞳輝度分布と実際の瞳輝度分布との差分分布の一次元的な典型モードを示す図である。 多重解像度解析について説明する第１の図である。 多重解像度解析について説明する第２の図である。 瞳輝度分布のサンプルデータの画像に対して多重解像度解析を行って得られた各階層のグリッドデータの画像を概略的に示す図である。 典型的なフリーフォームの瞳輝度分布について実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の二次元データの画像に対して多重解像度解析を行って得られた各階層のグリッドデータの画像を概略的に示す図である。 多重解像度解析により各次のグリッドデータが得られる様子を示す図である。 低次のウェーブレットおよび高次ウェーブレットを示す図である。 階層毎のウェーブレットの基底分布Ｖｎを示す図である。 階層毎のウェーブレットの基底分布Ｈｎを示す図である。 階層毎のウェーブレットの基底分布Ｌｎを示す図である。 二次元データからウェーブレット係数の分布を算出する様子を示す図である。 図５（ａ）に示す差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行ってウェーブレット係数の分布を算出する様子を示す図である。 直交座標系による表現の画像から極座標系による表現の画像に変換する様子を示す図である。 直交座標系により表現される円弧状の領域を示す図である。 図１４の円弧状の領域を極座標系による表現を用いて矩形状の領域に変換したときに領域の面積が変化することを示す図である。 極座標系による表現に対応する階層毎のウェーブレットの基底分布Ｒｎを示す図である。 極座標系による表現に対応する階層毎のウェーブレットの基底分布θｎを示す図である。 極座標系による表現に対応する階層毎のウェーブレットの基底分布Ｌｎを示す図である。 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。 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。 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。 瞳分布計測装置の内部構成を概略的に示す図である。 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。 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。 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。

実施形態の具体的な説明に先立って、本実施形態にかかる瞳輝度分布の評価方法の基本的な考え方を説明する。露光装置において、可動マルチミラーを用いて照明瞳に形成される実際の瞳輝度分布は、照明瞳に形成しようと企図した瞳輝度分布すなわち目標とする瞳輝度分布とは僅かに異なる分布になる。また、実際の瞳輝度分布により得られる結像性能は、目標とする瞳輝度分布に応じた所望の結像性能とは僅かに異なるものになる。以下、説明の理解を容易にするために、目標とする瞳輝度分布は、設計上の瞳輝度分布であるものとする。

目標とする設計上の瞳輝度分布は、転写すべきパターンの特性に応じて適切に決定され、複雑な外形形状および分布を有する場合がある。具体的に、設計上の瞳輝度分布として、瞳の充填率が比較的低い自由形状（フリーフォーム）の光強度分布を採用することもある。この場合、例えば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実際の瞳輝度分布を調整するには、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との差分を結像性能に着目して指標評価することが必要になる。

特許文献１では、計測された実際の瞳輝度分布Ｉ_M（ｘ，ｙ）と目標とする設計上の瞳輝度分布Ｉ_T（ｘ，ｙ）との関係を、次の式（ａ）に示すようにモデル化している。式（ａ）において、Ｔ（ｘ，ｙ）は正味の透過率分布関数であり、Ｄ_x，Ｄ_yはディストーション関数である。また、ＰＳＦはぼけ効果を表す関数（例えばガウス関数）であり、Ｃは瞳面の全体に亘って均一に作用する照明フレア成分であり、「＊」はコンボリューションを表している。
Ｉ_M（ｘ，ｙ）≒Ｔ（ｘ，ｙ）［Ｉ_T（ｘ，ｙ）｛ｘ＋Ｄ_x（ｘ，ｙ），
ｙ＋Ｄ_y（ｘ，ｙ）｝＊ＰＳＦ］＋Ｃ （ａ）

前述したように、特許文献１では、式（ａ）に示すように、ツェルニケ多項式を内部に含む複数の変調作用を表わすパラメータ群を活用して瞳輝度分布を評価している。すなわち、ツェルニケ多項式のように瞳面の全体に亘って連続的に分布する関数表現を用いている。このため、例えば瞳面内の一部にあるような局所的な乖離、すなわち計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との局所的な差分を抽出するのが一般に苦手であり、かなり高次の成分まで用いないと表現しにくい傾向がある。

これは、例えば波面収差をツェルニケ多項式で表現する際に局所的な位相欠陥を表現するのが困難であることと同じことを意味している。また、計測された実際の瞳輝度分布の画像すなわち実測画像を解析して各パラメータを抽出する手段が非線形最小二乗法になるため、計算精度や計算時間等に負荷がかかり過ぎるという課題もある。さらに、瞳輝度分布の素性（特性）によって、各変調パラメータ同士の直交性が悪くなるという課題もある。そこで、本実施形態では、これらの課題を解決できるような新しい物理指標を用いて瞳輝度分布を評価する方法を提案する。

まず、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、瞳面において瞳輝度分布を形成すべき領域を簡単のために一次元で考える。図１（ａ）の左側の図において実線で示す目標とする瞳輝度分布１０１に対して破線で示す実際の瞳輝度分布１０２が横方向に位置ずれした場合、目標とする瞳輝度分布１０１と実際の瞳輝度分布１０２との差分分布１０３は、図１（ａ）の右側の図に示すような矩形の孤立波形状の分布になる。

一方、図１（ｂ）の左側の図において実線で示す目標とする瞳輝度分布１０１に対して破線で示す実際の瞳輝度分布１０２が縦方向に位置ずれした場合、目標とする瞳輝度分布１０１と実際の瞳輝度分布１０２との差分分布１０３は、図１（ｂ）の右側の図に示すような矩形の孤立波形状の分布になる。具体的に、図１（ｂ）の左側の図では、目標とする平坦な瞳輝度分布１０１に対して、左半分の領域では実際の瞳輝度分布１０２の方が大きい。ここで、瞳面内の全光量が目標とする瞳輝度分布１０１と実際の瞳輝度分布１０２とで互いに等しいという条件を考慮に入れると、右半分の領域では実際の瞳輝度分布１０２の方が自動的に小さくなる。

つまり、図１（ａ）に示す瞳面における瞳輝度分布の横方向位置ずれ、および図１（ｂ）に示す瞳面における瞳輝度分布の縦方向位置ずれのような、瞳輝度分布の形成に際して発生する最も典型的かつ両極端な誤差は、目標とする瞳輝度分布と実際の瞳輝度分布との差分を取ることによって、いずれも正負に値を取りかつ幅の異なる矩形の孤立波形状の分布として表現されやすい傾向があることが分かる。

次に、画像処理の分野などで知られる多重解像度解析について説明する。図２の最も下側の図では、互いに直交する二方向に沿って２^N×２^N個の矩形状の単位瞳領域（グリッド）に仮想的に分割された照明瞳１０４に実際の瞳輝度分布１０２が形成されている様子が示されている。多重解像度解析における最初の処理対象は、実際の瞳輝度分布１０２に関する２^N×２^N個のグリッドデータ（二次元データ）である。

この２^N×２^N個のグリッドデータに対して近接する２×２ピクセル毎の輝度の平均値を順に取っていくことにより、２^N-1×２^N-1個のサイズのデータにしたものを、一つ上の階層のグリッドデータとする。同様の処理を階層毎に繰り返していくと、図２の最も上側の図に示すように、２⁰個すなわち１つのピクセル１０５の輝度の値が、元の２^N×２^N個のグリッドデータの平均輝度に相当することになる。すなわち、ピクセル１０５の輝度の値は、一つ下の階層における４つのピクセルの値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの平均値である（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４で表わされる。

一方、図３では、図２における昇順処理で最終的に得られた１つのピクセル１０５から始めて、一つ上の階層の平均値との差分をとった分布をデータとして順次求めることにより、複数の階層（例えばＮ個の階層）のデータが得られる。具体的に、ピクセル１０５より一つ下の階層の４つのピクセルのうち、例えば図２の処理で輝度の値Ｂを持っていたピクセルは、一つ上の階層のピクセル１０５の平均値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４との差分、すなわちＢ’＝Ｂ−（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４で表わされる値を持つことになる。図３に示す降順処理は、例えば２^N×２^N個のグリッドデータの階層まで繰り返される。

このように解像度を変えて解析する手法は、画像処理の分野などで多重解像度解析と呼ばれている。多重解像度解析により、解析対象である分布に関する情報を、大局的な分布に関する情報と、細かい構造の分布に関する情報とにきれいに分けることが可能である。

図４は、適当な瞳輝度分布のサンプルデータの画像に対して多重解像度解析を行って得られた各階層のグリッドデータの画像を概略的に示す図である。図４（ａ）には、解析対象である瞳輝度分布のサンプルデータの画像を示している。図４（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）には、多重解像度解析により得られた３次，４次，５次，６次，７次，８次，９次のグリッドデータの画像を示している。

図４（ａ）に示す画像は、瞳輝度分布の２⁸×２⁸（２５６×２５６個）個のグリッドデータであって、図２の最も下側の二次元データに対応している。図４（ｂ）〜（ｈ）に示すｎ次（３次〜９次）のグリッドデータの画像は、２^n-1×２^n-1個のグリッドデータであって、図３において最も上側のピクセル１０５の階層から下側に（ｎ−１）番目の階層で得られる二次元データに対応している。

７次および８次のグリッドデータの画像では、図４（ａ）に示す評価画像の輪郭部が表現されていると解釈される。４次および５次のグリッドデータの画像では、図４（ａ）に示す評価画像の大局的な分布の構造が表現されていると解釈される。なお、本実施形態では、瞳輝度分布の二次元データそのものではなく、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを解析対象として、多重解像度解析の処理を行う。

図５は、典型的なフリーフォームの瞳輝度分布について実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の二次元データの画像に対して多重解像度解析を行って得られた各階層のグリッドデータの画像を概略的に示す図である。図５（ａ）には、解析対象である差分分布の二次元データの画像を示している。図５（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）には、多重解像度解析により得られた２次，３次，４次，５次，６次，７次，８次のグリッドデータの画像を示している。

図５（ａ）に示す画像は、差分分布の２⁸×２⁸（２５６×２５６個）個のグリッドデータであって、図２の最も下側の二次元データに対応している。図５（ｂ）〜（ｈ）に示すｎ次（３次〜９次）のグリッドデータの画像は、２^n-1×２^n-1個のグリッドデータであって、図３において最も上側のピクセル１０５の階層から下側に（ｎ−１）番目の階層で得られる二次元データに対応している。最も誤差（乖離）が大きかったのは７次のグリッドデータであり、４次〜７次のグリッドデータで誤差が比較的大きいという傾向が見られる。

図５に示すように、実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の二次元データの画像に対して多重解像度解析を行って差分分布を階層毎のグリッドデータに分けることにより、例えば大局的な分布の誤差と細かい構造の誤差とに分けて、どの階層で最も誤差が大きいかということが分かるようになる。しかしながら、所定の階層での乖離（誤差）がある値だったとしても、誤差がどう分布しているかという違いによって同じ乖離量でも結果的に結像特性に与える影響は一般に異なる。

ここで、例えば図６に示すように多重解像度解析により得られる３次の４×４のグリッド１０６内での誤差の分布の種類を考えた場合、仮に各ピクセルが２値しか値を持たないという最低限の条件だとしても、２¹⁶個という膨大な組み合わせの数になってしまう。この事は、瞳輝度分布と結像特性との相関関係を把握する際に関わってくる。

次に、瞳輝度分布と結像特性との関係を的確に知るための基本指針について説明する。 瞳輝度分布での誤差が結像性能的にどう影響するかを見通しの良い物理量（物理指標）を用いて定量化しないと、どの程度の誤差まで許容できるかを判断する事ができない。結像システムが線形であり、かつ互い直交するパラメータで瞳輝度分布の誤差を表現することができれば、出力応答（例えば後述するＯＰＥ値のような結像特性の指標値）もそれぞれ直交するため、各パラメータ単独の応答特性を知るだけでよく、図６を参照して説明した膨大な組み合わせの数のモンテカルロ計算のような事を行わずに済むので理想的である。

しかしながら、実際には、露光装置の投影系による応答特性は非線形システムであるため、直交しないパラメータを用いて瞳輝度分布の誤差を表現すると、出力応答はそれぞれ直交しなくなる。ただし、互いにほぼ直交関係にあるような物理量を用いて瞳輝度分布の誤差を表現することにより、出力側の応答特性を近似的に直交に近い特性にすることは可能である。例えば、ツェルニケ係数を用いて波面収差の分布を表現することにより得られる結像性能に関する近似的線形結合管理は、この性質を利用したものと位置付けられる。

また、入力側のパラメータ、すなわち瞳輝度分布の誤差を表現するパラメータの選び方によって、システムの非線形の度合いも異なり得る。このため、結果的には、入力パラメータ間の直交性と同時にシステムとの相性も考慮に入れたパラメータの選択が必要になってくる。そこで、多重解像度解析により得られる各階層の分布素性（分布特性）を互いに直交するパラメータに更に分解することにより、互いにほぼ直交する入力側のパラメータと非線形システムとから互いにほぼ直交する出力応答を得るような構成を実現する手法について説明する。

多重解像度解析で得られた各階層での分布特性は、一般に、（離散）ウェーブレット変換と呼ばれる手法を用いて、図７に示すような各階層に対応する幅の孤立波（ウェーブレット）の線形結合で展開することにより、互いに直交するパラメータ表現が可能になる。図７において、参照符号１０７は１つの低次のウェーブレットを示し、参照符号１０８は１つの高次のウェーブレットを示している。本実施形態において、ウェーブレット変換の対象である各階層の分布は二次元画像であるため、図８を参照して後述するように、横・縦・斜めの計３方向の成分に分解して定量化される。得られたパラメータは、各階層内で互いに直交するだけでなく、異なる階層間でも直交関係にある。

ウェーブレット変換は、フーリエ変換とは異なり、周波数情報と位置情報との両方が表現可能であり、表現自由度が高い。このため、ウェーブレット変換は、本実施形態のような瞳輝度分布の評価に向いている。尚、実際に行うべきウェーブレット解析工程は公知であるため、ここでは重複する説明を省略する。二次元データのウェーブレット係数の分布は、多重解像度解析の工程を内包した、それ程複雑ではない線形演算工程によって比較的容易に算出可能であり、計算負荷も非常に少なく、一意的でありかつ可逆的である。

図８、図９および図１０は、階層毎のウェーブレットの基底分布を示す図である。具体的に、図８の最も上側の図には、１次の階層における縦方向成分を有する基底分布Ｖ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布Ｖ１があり、基底分布Ｖ１の上半分の領域の値は＋１であり、下半分の領域の値は−１である。基底分布Ｖ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。外枠の正方形が最大の瞳領域に外接する正方形に対応している点は、他の基底分布においても同様である。

２次の階層には、４（＝２¹×２¹）種類の基底分布Ｖ２がある。すなわち、４種類の基底分布Ｖ２では、最大の瞳領域に外接する正方形を４等分割して得られる各領域を、基底分布Ｖ１に対応する分布のウェーブレットが占めている。３次の階層には、１６（＝２²×２²）種類の基底分布Ｖ３がある。すなわち、１６種類の基底分布Ｖ３では、最大の瞳領域に外接する正方形を１６等分割して得られる各領域を、基底分布Ｖ１に対応する分布のウェーブレットが占めている。４次以降の階層における縦方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図９の最も上側の図には、１次の階層における横方向成分を有する基底分布Ｈ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布Ｈ１があり、基底分布Ｈ１の左半分の領域の値は＋１であり、右半分の領域の値は−１である。上述したように、基底分布Ｈ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。２次の階層には、４種類の基底分布Ｈ２がある。すなわち、４種類の基底分布Ｈ２では、最大の瞳領域に外接する正方形を４等分割して得られる各領域を、基底分布Ｈ１に対応する分布のウェーブレットが占めている。３次以降の階層における横方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図１０の最も上側の図には、１次の階層における斜め方向成分を有する基底分布Ｌ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布Ｌ１があり、基底分布Ｌ１の左上四半分の領域および右下四半分の領域の値は＋１であり、右上四半分の領域および左下四半分の領域の値は−１である。上述したように、基底分布Ｌ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。２次の階層には、４種類の基底分布Ｌ２がある。すなわち、４種類の基底分布Ｌ２では、最大の瞳領域に外接する正方形を４等分割して得られる各領域を、基底分布Ｌ１に対応する分布のウェーブレットが占めている。３次以降の階層における斜め方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図８〜図１０を参照すると、高次の階層になる程、幅の狭いウェーブレットになると同時に、ウェーブレットの位置の違いのバリエーションが二次元的に増加することがわかる。特定の基底分布との射影（内積）を取ることによって、その成分がどのくらいあるかという展開係数（ツェルニケ係数と同様）、すなわちウェーブレット係数が得られる。

二次元データからウェーブレット係数の分布を算出する例として、例えば図１１の上側の図に示すような８×８ピクセルの超低解像分布１０９の場合を考えると、８×８ピクセルの超低解像分布１０９がウェーブレット解析により、図１１の下側の図に示すような８×８のウェーブレット係数の分布１１０に変換される。本実施形態では、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の二次元データを評価対象にするため、その平均強度は常に０である。このことを考慮に入れると、ウェーブレット係数の分布１１０における左上のＤＣ成分１１１の係数（スカラー値）は常に０になる。

また、基底分布Ｖ１，Ｈ１，Ｌ１，Ｖ２，Ｈ２，Ｌ２，Ｖ３，Ｈ３，Ｌ３にそれぞれ属する係数が、図１１の下側の図に示すような配列に格納される。したがって、必要に応じて、その係数分布１１０から、着目すべき方向成分や階層の係数を抽出することができる。フーリエ変換の場合と同様に、図１１の下側の図から上側の図への逆変換も可能であり、従って最高次までの全ての成分を、非常に高速で精度よく計算することが可能である。

実際に、図５（ａ）に示す差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出した。図１２の左側に示す画像は解析対象である差分分布の二次元データに対応し、図１２の右側に示す画像はウェーブレット解析により得られたウェーブレット係数の分布に対応している。図１２の左側に示す解析対象である差分分布の二次元データは、図５（ａ）を参照して説明したように、典型的なフリーフォームの瞳輝度分布について実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の２⁸×２⁸（２５６×２５６個）個のグリッドデータである。

図１２の右側に示すウェーブレット係数分布の画像では、図１１の下側の図を参照して説明したように、左上に行くほど低次成分である。また、ウェーブレット係数分布の画像の右側半分の領域および下側半分の領域は、１ピクセル単位で変動する最も高次の乖離情報として画像全体の４分の３を占めている。基本的には、上述したように、低次〜中次の成分で乖離が大きいという傾向があるため、全ての次数の係数を評価対象としなくても済む可能性は高い。

ウェーブレット解析は一般的な画像処理の分野でよく知られている技術であるが、本実施形態において評価対象となる画像、すなわち瞳輝度分布の差分の二次元データの画像は、基本的に外枠の正方形に内接する円形状の瞳内の領域のみが対象であって、画像中心を軸とする対称性の高い分布であることが多い。また、結像性能との関わりも考慮に入れると、グリッドデータの中に属する正方形領域（照明瞳を仮想的に分割して得られる正方形状の単位瞳領域）を基本単位とするよりもむしろ、図１３の左側の図に示すような直交座標系（ξ，η）による表現における円形状や扇形の一部（以下、円弧状という）のような構造を基本単位とする方が、結像性能との相関性も強くなることが期待できる。

そこで、ウェーブレット解析に先立って、図１３の左側の図に示すような直交座標系（ξ，η）による表現の画像（二次元データ）から、図１３の右側の図に示すような極座標系（ｒ，θ）による表現の画像に変換することにより、ウェーブレット解析と相性の良い画像情報になることが期待でき、それは結果的に瞳輝度分布のより良い物理指標にもつながってくる。図１３の右側の図では、横軸が方位角θの方向を示し、縦軸が動径ｒの方向を示している。

図１３の左側の図における円形状の領域１２１、一対の円弧状の領域１２２，１２３は、図１３の右側の図における矩形状の領域１２１ａ、一対の矩形状の領域１２２ａ，１２３ａに対応している。このように、図１３の左側の図において直交座標系（ξ，η）により表現された円形状の領域１２１および円弧状の領域１２２，１２３が、図１３の右側の図における極座標系（ｒ，θ）による表現では矩形状の領域１２１ａ，１２２ａ，１２３ａに変換される。

換言すれば、図１３の右側の図において極座標系により表現された正方形状の領域は、図１３の左側の図において直交座標系による表現を用いると円弧状の領域になる。従って、極座標系による表現において同じサイズの正方形であっても、原点から離れるほど直交座標系による表現で対応する領域の面積が大きくなる。具体的に、図１４に示すように、直交座標系（ξ，η）により表現される円弧状の領域１３１の面積Ｓは、Ｓ＝（ｒ２²−ｒ１²）（θ２−θ１）で表される。

一方、図１５に示すように、図１４の円弧状の領域１３１を極座標系（ｒ，θ）による表現を用いて矩形状の領域１３１ａに変換したとき、変換後の矩形状の領域１３１ａの面積Ｓ’は、Ｓ’＝（ｒ２−ｒ１）（θ２−θ１）で表される。すなわち、直交座標系（ξ，η）により表現される円弧状の領域１３１を極座標系（ｒ，θ）による表現を用いて矩形状の領域１３１ａに変換したときに領域の面積がＳからＳ’に変化する。

そこで、変換による面積変化を吸収するために、直交座標系による表現から極座標系による表現に変換する際に、面積比率Ｓ／Ｓ’＝（ｒ２＋ｒ１）／２を予め掛けてやる。これにより、エネルギー保存の効果が考慮され、目標とする瞳輝度分布と計測された実際の瞳輝度分布との適切な相対比較が極座標系による表現でも可能になる。

一旦、極座標系による表現の二次元データに変換してからウェーブレット解析を行うということは、通常の直交座標系において図１６、図１７および図１８に示すような基底分布での展開係数を算出することに相当している。具体的に、図１６の最も上側の図には、１次の階層における動径方向成分を有する基底分布Ｒ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布Ｒ１があり、基底分布Ｒ１の外側の輪帯状の領域の値は＋１であり、内側の円形状の領域の値は−１である。基底分布Ｒ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。

２次の階層には、４（＝２¹×２¹）種類の基底分布Ｒ２がある。すなわち、４種類の基底分布Ｒ２では、基底分布Ｒ１の外側輪帯状の領域の上半分の領域、外側輪帯状の領域の下半分の領域、内側の円形状領域の上半分の領域、内側の円形状領域の下半分の領域を、図示のような分布のウェーブレットがそれぞれ占めている。３次以降の階層における動径方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図１７の最も上側の図には、１次の階層における方位角方向成分を有する基底分布θ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布θ１があり、基底分布θ１の上側の半円状の領域の値は＋１であり、下側の半円状の領域の値は−１である。基底分布θ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。

２次の階層には、４種類の基底分布θ２がある。すなわち、４種類の基底分布θ２では、図１６における基底分布Ｒ１の外側輪帯状の領域の上半分の領域、外側輪帯状の領域の下半分の領域、内側の円形状領域の上半分の領域、内側の円形状領域の下半分の領域にそれぞれ対応する領域を、図示のような分布のウェーブレットがそれぞれ占めている。３次以降の階層における方位角方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図１８の最も上側の図には、１次の階層における斜め方向成分を有する基底分布ＬＬ１が示されている。１次の階層にはウェーブレットとしての単一の基底分布ＬＬ１があり、基底分布ＬＬ１の外側輪帯状の領域の上半分の領域および上側半円状の領域の値は＋１であり、外側輪帯状の領域の下半分の領域および下側半円状の領域の値は−１である。基底分布ＬＬ１に外接する正方形は、最大の瞳領域に外接する正方形に対応している。

２次の階層には、４種類の基底分布ＬＬ２がある。すなわち、４種類の基底分布ＬＬ２では、図１６における基底分布Ｒ１の外側輪帯状の領域の上半分の領域、外側輪帯状の領域の下半分の領域、内側の円形状領域の上半分の領域、内側の円形状領域の下半分の領域にそれぞれ対応する領域を、図示のような分布のウェーブレットがそれぞれ占めている。３次以降の階層における斜め方向成分を有する基底分布については図示を省略する。

図１６〜図１８を参照すると、低次になる程、＋１の値の領域と−１の値の領域との面積比が変わるため、図１４および図１５を参照して説明した面積比ウェイト（Ｓ／Ｓ’）を考慮に入れることにより直交性は改善されることがわかる。

本実施形態では、まず、スペック値を算出しようとする次数（階層）を固定させて考える。そして、その次数の各ウェーブレットの基底分布単独での微小変調を、目標とする瞳輝度分布に外乱として与え、この外乱により微小変調された瞳輝度分布に対する結像特性の指標値（例えばＯＰＥ値など）を算出する。すなわち、目標とする瞳輝度分布を各ウェーブレットの基底分布により微小変調させて得られる瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値を、ウェーブレットの基底分布毎に求める。

微小変調させた瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値をウェーブレットの基底分布毎に求める作業は、目標とする瞳輝度分布が既知であれば事前に行うことができ、その計算負荷は比較的小さい。こうして、目標とする瞳輝度分布に与えた変調量と、変調された瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値と所望の指標値との差（例えばＯＰＥ値の誤差のＲＭＳ値など）との比が、その次数の各ウェーブレットの基底分布に関するセンシティビティーになる。さらに、他の次数の各ウェーブレットの基底分布に対しても同様の作業を行う。

このように、目標とする瞳輝度分布が既知であれば、各次数のウェーブレットの基底分布毎に結像特性に対するセンシティビティーを事前に求め、必要に応じて、そのデータベースを作成することができる。本実施形態では、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分分布の二次元データを求め、この差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行って、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する。

結像特性に対するセンシティビティーがウェーブレットの基底分布毎に求められているので、どのウェーブレット係数をどの程度まで小さく抑えれば、計測された実際の瞳輝度分布により得られる結像特性が、目標とする瞳輝度分布で達成すべき所望の結像特性に十分近づくかを容易に判断することができる。すなわち、ウェーブレット解析により得られる各ウェーブレット係数は直交性に優れた見通しの良い物理指標であり、この見通しの良い物理指標を用いて、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との局所的な差分も抽出し、ひいては結像性能に着目して瞳輝度分布を良好に評価することができる。

以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１９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１９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１９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１９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。

図１９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。

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フリーフォームの瞳輝度分布に基づく変形照明を行う。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１９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。

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。

図２０および図２１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２０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。

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。

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。

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。

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２０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２０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。

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。

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２１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２０および図２１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のミラー要素３０ａを備えている。

図２０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。

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。

再び図２０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２１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。

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。

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２１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、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）が好ましい。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好ましい。

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。

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。

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２２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。

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。

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）をモニターする。

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。

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）をモニターする。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。

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。

しかしながら、前述したように、空間光変調ユニット３を用いて照明瞳に形成される瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布とは僅かに異なるものとなり、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評価方法を用いて、目標とする設計上の瞳輝度分布により達成すべき所望の結像性能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。

図２３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２３に示すように、目標とする設計上の瞳輝度分布を各ウェーブレットの基底分布により微小変調させて得られる瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値を、ウェーブレットの基底分布毎に求める（Ｓ１１）。ステップＳ１１では、上述したように、各次数におけるウェーブレットの基底分布毎の微小変調を、目標とする設計上の瞳輝度分布に外乱として与え、この外乱により微小変調された瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値として、例えばＯＰＥ（光近接効果：Optical proximity effect）値を算出する。

具体的に、露光装置におけるＯＰＥ値は、例えば感光性基板に形成されるレジストパターンの線幅である。この場合、ＯＰＥ値は、投影光学系の像面の位置に依存した分布すなわち二次元分布になる。ただし、投影光学系の像面において互いに直交する二方向に関するレジストパターンの線幅が重要な意味を持つ傾向があるため、一方の方向（Ｈ方向）に沿ったＯＰＥ値の一次元分布および他方の方向（Ｖ方向）に沿ったＯＰＥ値の一次元分布をＯＰＥ値の情報として扱うことができる。

目標とする設計上の瞳輝度分布は既知であるから、微小変調させた瞳輝度分布に対応するＯＰＥ値をウェーブレットの基底分布毎に求めるステップＳ１１の作業を事前に行うことができる。こうして、目標とする設計上の瞳輝度分布に与えた変調量と、変調された瞳輝度分布に対応するＯＰＥ値と目標とする設計上の瞳輝度分布により達成すべき所望のＯＰＥ値との差（ＯＰＥ値の誤差）との比が、その次数の各ウェーブレットの基底分布に関するセンシティビティーになる。各次数のウェーブレットの基底分布毎に求められたＯＰＥ値に対するセンシティビティーは、必要に応じて、データベース化される。

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、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との差分を表す分布であって、照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める（Ｓ１２）。具体的に、ステップＳ１２では、照明瞳面において互いに直交する二方向に沿って瞳面を仮想的に分割することにより、複数の矩形状の単位瞳領域、例えば２^N×２^N個の正方形状のグリッドを得る。瞳面の仮想的な分割については、様々な形態が可能である。

また、ステップＳ１２では、制御系ＣＲの内部に設けられた差分演算部２１（図１９を参照）が、例えば２^N×２^N個の正方形状の単位瞳領域を単位として、瞳分布計測装置ＤＴにより計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との差分分布の二次元データを求める。上述したように、差分分布の二次元データとして、直交座標系による表現から極座標系による表現への変換により得られる極座標表現の二次元データを用いることができる。

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、差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する（Ｓ１３）。具体的に、ステップＳ１３では、制御系ＣＲの内部に設けられたウェーブレット係数分布算出部２２（図１９を参照）が、ステップＳ１２で得られた差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する。

こうして、ステップＳ１１〜Ｓ１３は、マスクに設けられたパターンの像をウェハ上に形成する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される瞳輝度分布を評価する方法を構成している。ステップＳ１１〜Ｓ１３からなる評価方法では、ウェーブレット解析により得られる各ウェーブレット係数という直交性に優れた見通しの良い物理指標を用いて、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との局所的な差分も抽出し、ひいては結像性能に着目して瞳輝度分布を良好に評価することができる。

具体的に、本実施形態にかかる瞳輝度分布の評価方法を構成するステップＳ１１では、各次数のウェーブレットの基底分布毎に、ＯＰＥ値のような結像特性に対するセンシティビティーを求める。ステップＳ１２では、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との差分分布の二次元データを求める。そして、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で求めた差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行うことにより、差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する。

すなわち、本実施形態にかかる瞳輝度分布の評価方法（Ｓ１１〜Ｓ１３）では、ＯＰＥ値に対するセンシティビティーが各ウェーブレットの基底分布毎に求められているので、どのウェーブレット係数をどの程度まで小さく抑えれば、計測された実際の瞳輝度分布により得られるＯＰＥ値が所望のＯＰＥ値に十分近づくかを容易に判断することができる。本実施形態の露光装置では、例えば所定のプログラムにしたがって、情報処理装置としての制御部ＣＲに、ステップＳ１１〜Ｓ１３を含む瞳輝度分布の評価方法を実行させても良い。

最後に、本実施形態にかかる照明光学系ＩＬの調整方法では、ステップＳ１１〜Ｓ１３により得られた瞳輝度分布の評価結果に基づいて、照明瞳に形成される瞳輝度分布を調整する（Ｓ１４）。すなわち、ステップＳ１４では、各次数のウェーブレットの基底分布毎に求めた結像特性に対するセンシティビティーとウェーブレット係数の分布とに留意し、、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、目標とする設計上の瞳輝度分布で達成すべき所望のＯＰＥ値に十分近いＯＰＥ値が得られるように、すなわちＯＰＥ値の誤差が許容範囲に収まるように、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。

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、計測された実際の瞳輝度分布と目標とする設計上の瞳輝度分布との局所的な差分も抽出する瞳輝度分布の評価方法を用いて、所望の結像性能をターゲットに実際の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実際の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。

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。

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。

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、米国特許公開第２０１１／１８８０１７号公報並びに特開２００６−１１３４３７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。

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。

また、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。

また、上述の実施形態では、露光装置に搭載された照明光学系を調整する方法、すなわち単体の露光装置の調整方法に対して本発明を適用している。この場合、評価方法における目標とする瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布であり、目標ＯＰＥ値は設計上の瞳輝度分布により達成すべきＯＰＥ値である。

しかしながら、これに限定されることなく、別の露光装置（マザー号機）とのマッチングを目的とした調整方法、すなわち異なる２つの露光装置の間で発生する解像線幅のばらつきを小さく抑えるための調整方法に対して、本発明を適用することができる。この場合、評価方法における目標とする瞳輝度分布はマザー号機で用いられている瞳輝度分布であり、目標ＯＰＥ値はマザー号機で用いられている瞳輝度分布により得られているＯＰＥ値である。

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。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。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ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤ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。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

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。

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２４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２４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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、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）。

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、上述の実施形態の投影露光装置は、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。

図２５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２５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、上述の実施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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
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

Claims (21)

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される瞳輝度分布を評価する方法であって、
   計測された瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、前記照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める第１工程と、
   前記差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、前記差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出する第２工程とを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記目標とする瞳輝度分布を各ウェーブレットの基底分布により微小変調させて得られる瞳輝度分布に対応する結像特性の指標値を、ウェーブレットの基底分布毎に求める第３工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記第１工程では、前記差分分布の二次元データとして、直交座標系による表現から極座標系による表現への変換により得られる極座標表現の二次元データを用いる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. 前記第１工程では、前記照明瞳において互いに直交する二方向に沿って前記照明瞳を仮想的に分割することにより複数の矩形状の前記単位瞳領域を得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. 前記第３工程では、前記指標値として、前記微小変調させて得られる瞳輝度分布に対応するＯＰＥ値を求めることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の評価方法。
6. 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、
   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ことと、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法を用いて、前記瞳輝度分布を評価することと、
   前記評価の結果に基づい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。
7. 前記瞳輝度分布の計測に際して、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６に記載の調整方法。
8. 前記瞳輝度分布の計測に際して、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６または７に記載の調整方法。
9. 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６乃至８のいずれか１項に記載の調整方法。
10. 請求項６乃至９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。
11. 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、
    前記瞳分布計測装置によって計測された前記瞳輝度分布と、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法とを用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備えていることを特徴とする照明光学系。
12. 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、
    前記瞳分布計測装置によって計測された前記瞳輝度分布と、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法とを用いて前記瞳輝度分布を評価し、該評価の結果に基づいて前記瞳調整装置を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記計測された瞳輝度分布と目標とする瞳輝度分布との差分を表す分布であって、前記照明瞳を仮想的に分割して得られる複数の単位瞳領域を単位とした差分分布の二次元データを求める差分演算部と、
    前記差分分布の二次元データに対してウェーブレット解析を行い、前記差分分布の二次元データのウェーブレット係数の分布を算出するウェーブレット係数分布算出部とを含むことを特徴とする照明光学系。
13. 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１１または１２に記載の照明光学系。
14. 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１１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
15. 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１１乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 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１５に記載の照明光学系。
17. 所定のパターンを照明するための請求項１０乃至１６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。
18. 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１７に記載の露光装置。
19. 前記目標とする瞳輝度分布は設計上の瞳輝度分布であることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
20. 前記目標とする瞳輝度分布は別の露光装置で用いられている瞳輝度分布であることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
21. 請求項１７乃至２０のいずれか１項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。

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