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TWI706125B - 測量裝置及曝光裝置、以及元件製造方法 - Google Patents

測量裝置及曝光裝置、以及元件製造方法 Download PDF

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TWI706125B
TWI706125B TW107119872A TW107119872A TWI706125B TW I706125 B TWI706125 B TW I706125B TW 107119872 A TW107119872 A TW 107119872A TW 107119872 A TW107119872 A TW 107119872A TW I706125 B TWI706125 B TW I706125B
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北尚憲
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日商尼康股份有限公司
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Abstract

本發明係關於以高精度且較低負荷迅速地測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之測定裝置等。測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之測定裝置，具備：繞射光柵，能設置於與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之第1面；照明光學系統，以經由繞射光柵而生成之+1次繞射光通過光瞳之有效區域內之第1光瞳部分區域且經由繞射光柵而生成之-1次繞射光通過第2光瞳部分區域之方式使相對光軸傾斜之光束射入第1面之既定位置；以及測量部，測量經由第1光瞳部分區域及被檢測光學系統之+1次繞射光之強度與經由第2光瞳部分區域及被檢測光學系統之-1次繞射光之強度；根據+1次繞射光之強度之測量值及-1次繞射光之強度之測量值，求出在第1光瞳部分區域之光瞳透射率與在第2光瞳部分區域之光瞳透射率之比。

Description

測量裝置及曝光裝置、以及元件製造方法
本發明係關於光瞳透射率分布之測定方法及測定裝置、曝光方法及曝光裝置、以及元件製造方法。更詳言之，本發明係關於搭載於曝光裝置(例如在微影製程製造半導體元件或液晶顯示元件等元件時所使用)之投影光學系統之光瞳透射率分布之測定。
在製造半導體元件等之微影製程中，係使用將光罩(或標線片)之圖案像經由投影光學系統投影曝光至感光性基板(塗布有光阻之晶圓、玻璃板等)上之曝光裝置。近年，為了謀求經由投影光學系統而形成之圖案像之對比提升，係提出了一種在搭載於曝光裝置之狀態下隨時測定投影光學系統之光瞳透射率分布之方法(參照例如非專利文獻1)。
非專利文獻1所揭示之測定方法中，係使較細之平行光垂直射入於設置於被檢測光學系統即投影光學系統之物體面之明暗型繞射光柵之既定位置，在投影光學系統之像面附近檢測經由繞射光柵而生成之0次光及±1次繞射光。接著，根據0次光之強度之檢測結果及±1次繞射光之強度之檢測結果，測定投影光學系統之光瞳透射率分布。此外，「光學系統之光瞳透射率分布」，係就通過光瞳之有效區域內之任意位置之光，該光之射入前之強度與射出後之強度之比，在於光瞳位置配置有透射率濾光器之理想光學狀態與實際之光學系統之狀態之間彼此一致之情形下，意指該透射率濾 光器之透射率分布。
[專利文獻1]歐洲發明專利公開第779530號公報(對應日本特表平10-503300號公報)
[專利文獻2]美國發明專利第6,900,915號公報(對應日本特開2004-78136號公報)
[專利文獻3]美國發明專利第7,095,546號公報(對應日本特表2006-524349號公報)
[專利文獻4]日本特開2006-113437號公報
[專利文獻5]美國發明專利公開第2008/0030707A1號公報
[專利文獻6]美國發明專利公開第2008/0252876A1號公報(對應日本特表2008-502126號公報)
[專利文獻7]美國發明專利公開第2002/0001088A1號
[專利文獻8]美國發明專利公開第2005/0078287A1號公報
[專利文獻9]日本特開2004-304135號公報
[專利文獻10]美國發明專利公開第2007/0296936號公報(對應國際公開第2006/080285號小冊子)
[專利文獻11]國際公開第WO99/49504號小冊子
[專利文獻12]日本特開平6-124873號公報
[專利文獻13]日本特開平10-303114號公報
[專利文獻14]美國公開公報第2006/0170901號
[專利文獻15]美國公開公報第2007/0146676號
[非專利文獻1] Kazuya Sato et al., "Measurement of transmittance variation of projection lenses depending on the light paths using a grating-pinhole mask", Proceedings of SPIE Vol. 4346 379-386, 2001
發明者群，針對習知之光瞳透射率分布之測定方法研究後之結果，發現了如下之課題。亦即，非專利文獻1所揭示之測定方法中，由於經由明暗型繞射光柵而生成之繞射光中之±1次繞射光成分之強度顯著地小於0次光成分，因此需使用非常寬廣之動態範圍檢測各成分，進而難以進行光瞳透射率分布之高精度之測定。又，為了檢測通過涵蓋光瞳有效區域整體而分布之複數個位置之±1次繞射光成分，由於需準備明暗圖案之間距彼此不同之複數個繞射光柵，並一邊使間距方向變化、一邊反覆使用了各繞射光柵之測定，因此測定所花費之負荷較高而難以迅速地測定。
本發明係為了解決上述課題而完成者，其目的在於提供能以高精度且較低負荷迅速地測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之測定方法及測定裝置。又，本發明之目的在於能提供使用高精度且迅速地測定所搭載之投影光學系統之光瞳透射率分布之測定方法及測定裝置，形成對比較高之圖案像之曝光裝置、曝光方法、以及元件製造方法。
為了解決前述課題，本實施形態係提供測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之測定方法。該測定方法之一態樣具備光束供給步驟、光束繞射步驟、區域通過步驟、強度測量步驟、以及透射率比算出步驟。光束供給步驟中，對與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之第1面上之既定位置供給第1光束。光束繞射步驟中，藉由對經由第1面上之第1相位區域之光賦予第1相位值，且對經由與第1相位區域相鄰之第2相位區域之光賦予與第1相位值相異之第2相位值，以使第1光束繞射。區域通過步驟中，使經由使第1光束繞射之動作而生成之+1次繞射光通過光瞳之有效區域內之第1光瞳部分區域，且使經由使第1光束繞射之動作而生成之-1次繞射光通過在有效區域內與第1光瞳部分區域分離之第2光瞳部分區域。強度測量步驟中，測量經由第1光瞳部分區域及被檢測光學系統 之+1次繞射光之強度與經由第2光瞳部分區域及被檢測光學系統之前述-1次繞射光之強度。透射率比算出步驟，根據+1次繞射光之強度之測量值及-1次繞射光之強度之測量值，求出在第1光瞳部分區域之光瞳透射率與在第2光瞳部分區域之光瞳透射率之比。
本實施形態所提供之測定方法之其他形態亦具備光束供給步驟、光束繞射步驟、區域通過步驟、強度測量步驟、以及透射率比算出步驟。光束供給步驟中，對與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之第1面上之既定位置供給相對前述被檢測光學系統之光軸傾斜之第1光束。光束繞射步驟中，使第1光束繞射。區域通過步驟中，使經由使第1光束繞射之動作而生成之+1次繞射光通過前述光瞳之有效區域內之第1光瞳部分區域，且使經由使第1光束繞射之動作而生成之-1次繞射光通過在有效區域內與第1光瞳部分區域分離之第2光瞳部分區域。強度測量步驟中，測量經由第1光瞳部分區域及被檢測光學系統之+1次繞射光之強度與經由第2光瞳部分區域及被檢測光學系統之-1次繞射光之強度。透射率比算出步驟中，根據+1次繞射光之強度之測量值及-1次繞射光之強度之測量值，求出在第1光瞳部分區域之光瞳透射率與在第2光瞳部分區域之光瞳透射率之比。
本實施形態，係提供使處理裝置執行上述任一態樣之測定方法之程式。又，本實施形態，係提供儲存此種程式之記錄媒體。
本實施形態係提供曝光裝置之控制方法。該曝光裝置之控制方法，係控制具備照明既定圖案之照明光學系統與將前述既定圖案之像形成於感光性基板上之投影光學系統之曝光裝置。具體而言，該控制方法，係根據使用上述任一態樣之測定方法測定之投影光學系統之光瞳透射率分布之測定結果，變更照明既定圖案之照明條件。
本實施形態係提供曝光方法。該曝光方法之一態樣，具備照明既定圖 案之動作與使用投影光學系統將既定圖案曝光於感光性基板之動作。具體而言，該曝光方法之一態樣，係根據使用上述任一態樣之測定方法測定之前述投影光學系統之光瞳透射率分布之測定結果，變更照明既定圖案之照明條件。
本實施形態所提供之曝光方法之其他態樣，亦具備照明既定圖案之動作與使用投影光學系統將既定圖案曝光於感光性基板之動作。具體而言，該曝光方法之其他態樣，係使用根據使用上述任一態樣之測定方法測定之前述投影光學系統之光瞳透射率分布之測定結果而作成之圖案。
本實施形態係提供使用上述任一態樣之曝光方法之元件製造方法。該元件製造方法，具備曝光步驟、光罩層形成步驟、加工步驟。曝光步驟中，使用上述任一態樣之曝光方法將既定圖案曝光於感光性基板。光罩層形成步驟中，使轉印有既定圖案之感光性基板顯影，以將與既定圖案對應之形狀之光罩層形成於感光性基板表面。加工步驟中，透射光罩層對感光性基板表面加工。
本實施形態係提供測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之測定裝置。該測定裝置具備繞射光柵、照明光學系統、測量部。繞射光柵，係能設置於與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之第1面之光學元件。照明光學系統，以經由設置於第1面之繞射光柵而生成之+1次繞射光通過光瞳之有效區域內之第1光瞳部分區域，且經由繞射光柵而生成之-1次繞射光通過在前述有效區域內與第1光瞳部分區域分離之第2光瞳部分區域之方式，使相對被檢測光學系統之光軸傾斜之光束射入第1面之既定位置。測量部，測量經由第1光瞳部分區域及被檢測光學系統之+1次繞射光之強度與經由第2光瞳部分區域及被檢測光學系統之-1次繞射光之強度。特別是，根據+1次繞射光之強度之測量值及-1次繞射光之強度之測量值，求出在第1光瞳部分區域之光瞳透射率與在第2光瞳部分區域之 光瞳透射率之比。
本實施形態，提供具備照明既定圖案之照明光學系統與將既定圖案之像形成於感光性基板上之投影光學系統之曝光裝置。該曝光裝置之一態樣，具備：控制部，係根據藉由上述任一態樣之測定方法測定之投影光學系統之光瞳透射率分布之測定結果，為了切換既定圖案之照明條件而控制照明光學系統。
本實施形態所提供之曝光裝置之其他態樣，亦具備照明既定圖案之照明光學系統與將既定圖案之像形成於感光性基板上之投影光學系統。該曝光裝置之其他態樣，具備用以測定投影光學系統之光瞳透射率分布之上述測定裝置。
本實施形態係提供使用上述任一態樣之曝光裝置之元件製造方法。該元件製造方法，具備曝光步驟、光罩層形成步驟、加工步驟。曝光步驟中，使用上述任一態樣之曝光裝置將既定圖案曝光於感光性基板。光罩層形成步驟中，使轉印有既定圖案之感光性基板顯影，以將與既定圖案對應之形狀之光罩層形成於感光性基板表面。加工步驟中，透射光罩層對感光性基板表面加工。
本實施形態，係提供在實施上述任一測定方法時所使用之標線片。第1相位區域及第2相位區域形成於該測定用標線片之表面上。
本實施形態，係提供在實施上述其他態樣之測定方法時所使用之孔徑光闌。該孔徑光闌具備：開口部，為了形成在供給第1光束之照明光學系統之光路中且係與光瞳在光學上共軛之第1共軛面局部存在於與照明光學系統之光軸分離之位置之光強度分布，而形成於該分離之位置。
本實施形態，係提供在實施上述其他態樣之測定方法時所使用之空間光調變器。該空間光調變器，為了形成在供給第1光束之照明光學系統之光路中且係與光瞳在光學上共軛之第1共軛面局部存在於與照明光學系統 之光軸分離之位置之光強度分布，而對射向第1共軛面之光束賦予角度分布。
本實施形態，係提供在實施上述其他態樣之測定方法時所使用之空間光調變器之控制方法。該空間光調變器之控制方法，為了形成在供給第1光束之照明光學系統之光路中且係與光瞳在光學上共軛之第1共軛面局部存在於與照明光學系統之光軸分離之位置之光強度分布，而控制空間光調變器以對射向第1共軛面之光束賦予角度分布。
本實施形態，係提供使處理裝置執行上述空間光調變器之控制方法之程式。又，本實施形態，係提供儲存此種程式之記錄媒體。
此外，本發明之各實施形態，可藉由以下之詳細說明及附圖而更為充分理解。此等實施形態僅係例示，不應認為係限定本發明。
又，本發明之進一步應用範圍，能從以下之詳細說明可清楚理解。然而，詳細之說明及特定之事例雖顯示本發明之較佳實施形態，但其僅為例示，對發明所屬技術領域者而言，當然可根據此詳細說明進行在本發明之範圍內之各種變形及改良。
依據本實施形態之一態樣之測定裝置，由於經由相位繞射光柵(設置於與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之物體面)而生成之繞射光中作為測定對象之±1次繞射光成分之強度彼此相等，因此在測量部使用較狹窄之動態範圍仍能進行各繞射光成分之高精度之檢測，進而能高精度地測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布。又，由於僅使往固定設置於被檢測光學系統之物體面之相位繞射光柵射入之測定光束之射入角度變化，即能使各繞射光成分通過被檢測光學系統之光瞳之區域變化，因此能以較低負荷迅速地測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布。
10‧‧‧測定裝置
11‧‧‧繞射光柵
11a‧‧‧第1相位區域
11b‧‧‧第2相位區域
11c‧‧‧第1相位區域
11d‧‧‧第2相位區域
12‧‧‧照明光學系統
12a‧‧‧空間光調變器
12b‧‧‧第1中繼光學系統
12c‧‧‧孔徑光闌
12d‧‧‧第2中繼光學系統
12p‧‧‧照明光瞳
13‧‧‧測量部
13A‧‧‧測量部
13Aa‧‧‧光透射性基板
13Ae‧‧‧遮光部
13Af‧‧‧測量用開口部
13Ag‧‧‧球面基準波產生用針孔
13Ah‧‧‧校正用相位繞射光柵
13Ai‧‧‧入射面
13Aj‧‧‧射出面
13a‧‧‧物鏡光學系統
13aa‧‧‧平凸透鏡
13B‧‧‧測量部
13Ba‧‧‧光透射性基板
13Be‧‧‧遮光部
13Bf‧‧‧測量用開口部
13Bg‧‧‧波面測量用繞射光柵
13Bh‧‧‧校正用相位繞射光柵
13Bi‧‧‧入射面
13Bj‧‧‧射出面
13b‧‧‧光電檢測器
13ba‧‧‧檢測面
13e‧‧‧遮光部
13f‧‧‧測量用開口部
13g‧‧‧校正用針孔
13h‧‧‧校正用相位繞射光柵
13i‧‧‧入射平面
13p‧‧‧面
14‧‧‧平行平面板
20‧‧‧成像光學系統
20i‧‧‧像面
20o‧‧‧物體面
20p‧‧‧光瞳
20pe‧‧‧光瞳有效區域
21‧‧‧光源
31‧‧‧開口部
40a‧‧‧+1次繞射光
40b‧‧‧-1次繞射光
41a,41b‧‧‧光瞳部分區域
41c‧‧‧中點
42a‧‧‧+1次繞射光
42b‧‧‧-1次繞射光
51‧‧‧光束送光系統
52‧‧‧光束形狀可變部
52a‧‧‧空間光調變器
52b‧‧‧中繼光學系統
53‧‧‧微複眼透鏡
54‧‧‧照明孔徑光闌
54a‧‧‧測定用孔徑光闌
55‧‧‧聚光光學系統
56‧‧‧光罩遮板
57‧‧‧照明成像光學系統
60a‧‧‧光瞳部分區域
60c‧‧‧點
60d‧‧‧區域
60e‧‧‧光瞳部分區域
61~69‧‧‧開口部
61a~69a‧‧‧光瞳部分區域
64e,65e‧‧‧光瞳部分區域
64m1~64m4‧‧‧光瞳部分區域
64r‧‧‧包含區域
AS‧‧‧孔徑光闌
AX1,AX2,AXi,AXp‧‧‧光軸
CR‧‧‧控制部
IL‧‧‧照明光學系統
ILp‧‧‧照明光瞳
LS‧‧‧光源
PL‧‧‧投影光學系統
PLi‧‧‧像面
PLo‧‧‧物體面
PLp‧‧‧光瞳
M‧‧‧光罩
MIF‧‧‧光罩雷射干涉儀
MR‧‧‧記憶體
MS‧‧‧光罩載台
TR‧‧‧測定用標線片
WIF‧‧‧基板雷射干涉儀
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧基板載台
圖1係概略顯示第1實施形態之光瞳透射率分布之測定裝置構成之圖。
圖2係概略顯示圖1之相位型繞射光柵構成之圖。
圖3係概略顯示圖1之照明光學系統之內部構成之圖。
圖4係概略顯示圖1之測量部之內部構成之圖。
圖5係顯示於測量部之物鏡光學系統之射入平面形成有校正用相位繞射光柵等之樣子之圖。
圖6係顯示孔徑光闌配置於照明光瞳之位置之樣子之圖。
圖7係顯示經由繞射光柵而生成之±1次繞射光通過成像光學系統之光瞳之一對光瞳部分區域之圖。
圖8係顯示使一對光束同時傾斜射入繞射光柵上之既定位置而生成第1之±1次繞射光與第2之±1次繞射光之樣子之圖。
圖9係說明檢測因測量部之物鏡光學系統之光瞳透射率分布導致之測定結果之誤差分之方法之圖。
圖10係概略顯示PDI/LDI型測量部之內部構成之圖。
圖11係顯示於圖10之測量部之光透射性基板之射入平面形成有校正用相位繞射光柵等之樣子之圖。
圖12係概略顯示利用錯位干涉儀之測量部之要部構成之圖。
圖13係顯示於圖12之測量部之光透射性基板之射入平面形成有校正用相位繞射光柵等之樣子之圖。
圖14係概略顯示本發明之曝光裝置之構成之圖。
圖15係概略顯示圖14之照明光學系統之內部構成之圖。
圖16係顯示第2實施形態之投影光學系統之光瞳透射率分布之測定狀態之圖。
圖17係顯示測定用孔徑光闌配置於照明光瞳之位置之樣子之圖。
圖18係概略顯示形成於圖14之測定用標線片之相位光柵之圖。
圖19係顯示從測定用孔徑光闌之一個開口部經由測定用標線片而生成之±1次繞射光通過投影光學系統之光瞳之四個光瞳部分區域之圖。
圖20係顯示從測定用孔徑光闌之九個開口部經由測定用標線片而生成之±1次繞射光通過投影光學系統之光瞳之三十六個光瞳部分區域之圖。
圖21係顯示從測定用孔徑光闌之一個開口部經由測定用標線片而生成之±1次繞射光及±3次繞射光通過投影光學系統之光瞳之十六個光瞳部分區域之圖。
圖22係顯示從測定用孔徑光闌之相鄰兩個開口部經由測定用標線片而生成之±1次繞射光及±3次繞射光通過投影光學系統之光瞳之三十二個光瞳部分區域之圖。
圖23係說明補齊投影光學系統之光瞳透射率分布之相對比資訊之方法之圖。
圖24係顯示半導體元件製程之流程圖。
圖25係顯示液晶顯示元件等亦晶圓件之製程之流程圖。
根據附圖說明本發明之實施形態。圖1係概略顯示第1實施形態之光瞳透射率分布之測定裝置之構成之圖。亦即，第1實施形態係適用於測定作為被檢測光學系統之成像光學系統20之光瞳透射率分布之測定裝置10。圖1中，係於成像光學系統20之像面20i之法線方向設定z軸，在像面20i中於與圖1之紙面平行之方向設定y軸，在像面20i中於與圖1之紙面垂直之方向設定x軸。
第1實施形態之測定裝置10，具備能設置於成像光學系統20之物體面20o之相位型繞射光柵11、使測定光射入物體面20o之既定位置(進而為繞射光柵11之既定位置)之照明光學系統12、測量經由成像光學系統20之 測定光之強度之測量部13。繞射光柵11係如圖2所示，具有沿一方向交互配置有第1相位區域11a與第2相位區域11b之形態，該第1相位區域11a係對透射光賦予第1相位值，該第2相位區域11b係對透射光賦予與第1相位值相異π值之第2相位值。
以下說明中，繞射光柵11係設置成相位區域11a,11b之間距方向與y方向一致且繞射光學面與物體面20o一致。又，成像光學系統20與照明光學系統12係沿其光軸AX1及AX2(參照圖3)沿延伸於z方向之一條直線共軸配置。照明光學系統12係如圖3所示，具備根據來自光源21之光於照明光瞳12p形成既定之光強度分布之空間光調變器12a及第1中繼光學系統12b、於照明光瞳12p能對照明光路進行挿卸之孔徑光闌12c、將經由孔徑光闌12c之光導往成像光學系統20之物體面20o之第2中繼光學系統12d。
光源21係供給例如成像光學系統20之使用光。作為空間光調變器12a能使用繞射光學元件、反射鏡陣列等。反射鏡陣列係具有排列於既定面內且能個別控制之複數個鏡要素之空間光調變器，其構成及作用揭示於例如上述專利文獻1~4。照明光瞳12p與成像光學系統20之物體面20o在光學上為傅立葉變換關係，且位於與成像光學系統20之光瞳20p在光學上共軛之位置。此處，係將上述專利文獻1~4之揭示作為參照而援用。
測量部13如圖4所示，具備：物鏡光學系統13a，係形成與成像光學系統20之像面20i在光學上為傅立葉變換關係之面13p；以及光電檢測器13b，具有沿面13p配置之檢測面13ba，構成為能沿xy平面一體移動。亦即，物鏡光學系統13a配置於與成像光學系統20之光瞳20p在光學上共軛之面13p與成像光學系統20之間之光路中，光電檢測器13b之檢測面13ba沿物鏡光學系統13a之光瞳面13p配置。作為光電檢測器13b，能使用例如CCD影像感測器或CMOS影像感測器等固態攝影元件或攝像管等。
於物鏡光學系統13a之最靠成像光學系統20之側，配置有具有沿成像 光學系統20之像面20i之平面之平凸透鏡13aa。於平凸透鏡13aa之入射平面13i上，如圖5所示形成有以例如鉻或氧化鉻形成之遮光部13e、測量用開口部13f、用以校正波面像差測量結果之校正用針孔13g、以及用以校正光瞳透射率分布測量結果之校正用相位繞射光柵13h。測量部13之構成中去除校正用相位繞射光柵13h之部分，揭示於例如上述專利文獻5。此處，係將上述專利文獻5之揭示作為參照而援用。此外，測量部13亦可係具有記憶體MR等記錄媒體之處理裝置(電腦)，於此記憶體MR儲存使該處理裝置執行本實施形態之測定方法、曝光裝置或空間光調變器12a之控制方法之程式。
以下，為了使測定裝置10之作用容易理解，舉最單純之例，考量如圖6所示使用形成有單一圓形之開口部31之孔徑光闌12c之情形。圖6中，以光軸AX2為中心之虛線所示之圓，係顯示照明光瞳12p之有效區域。孔徑光闌12c設置成開口部31之中心從光軸AX2往-y方向側分離之位置，於孔徑光闌12c，光束係射入包含開口部31之所需區域。此情形下，孔徑光闌12c係發揮形成圓形之局部光束之局部光束形成部之功能，該局部光束具有在與成像光學系統20之光瞳20p在光學上共軛之照明光瞳12p中與光軸AX2分離之位置局部存在之光強度分布。
經由孔徑光闌12c之開口部31之光束，係經由第2中繼光學系統12d，成為相對成像光學系統20之光軸AX1(進而相對照明光學系統12之光軸AX2)為傾斜之光束射入繞射光柵11之既定位置(進而為成像光學系統20之物體面20o之既定位置)。對繞射光柵11之傾斜光束之入射位置，係藉由例如配置於第2中繼光學系統12d(具有複數個透鏡)之光路中與物體面20o在光學上共軛之位置或其附近之視野光闌(不圖示)、或配置於緊鄰物體面20o前方之位置之視野光闌(不圖示)等而可變動地被決定。
以下，為使說明單純化，照明光學系統12之照明光瞳12p與成像光學 系統20之光瞳20p，係在x方向及y方向處於將照明光瞳12p之正立像形成於光瞳20p之共軛關係。參照圖1及圖7可知，傾斜射入繞射光柵11而生成之繞射光中之+1次繞射光40a(或40b)係通過成像光學系統20之光瞳20p之有效區域20pe內之光瞳部分區域41a，-1次繞射光40b(或40a)係通過在光瞳有效區域20pe內與光瞳部分區域41a分離之光瞳部分區域41b，而分別從成像光學系統20射出。光瞳部分區域41a及41b與開口部31同樣為圓形，具有彼此相同之大小。
光瞳部分區域41a與41b，位於光瞳有效區域20pe中隔著通過光軸AX1而延伸於y方向之直線上之一點41c而對稱之位置。此處，點41c係在經由繞射光柵11而暫時產生0次光(圖1中以虛線所示)時該0次光通過光瞳20p之區域之中心。亦即，光瞳部分區域41a與41b之中心位置41c係取決於孔徑光闌12c之開口部31之位置。光瞳部分區域41a及41b之大小取決於孔徑光闌12c之開口部31之大小。光瞳部分區域41a與41b之中心間距離取決於繞射光柵11中之相位區域11a,11b之間距。
參照圖1、圖3及圖5可知，經由光瞳部分區域41a及成像光學系統20之+1次繞射光40a、以及經由光瞳部分區域41b及成像光學系統20之-1次繞射光40b，係經由測量部13之測量用開口部13f射入物鏡光學系統13a。經由物鏡光學系統13a之1次繞射光40a,40b，係在配置於物鏡光學系統13a之光瞳面13p之檢測面13ba中被光電檢測器13b檢測出。此外，圖1中，為使圖面更為清楚，係顯示從成像光學系統20之像面20i往下側隔著間隔配置有測量部13之樣子。
以下，為使說明單純化，經由繞射光柵11而生成之+1次繞射光40a之強度與-1次繞射光40b之強度為彼此相同，且到達成像光學系統20之像面20i時之+1次繞射光40a與-1次繞射光40b之強度比係一致於在測量部13之檢測面13ba被檢測出之+1次繞射光40a與-1次繞射光40b之 強度比。換言之，測量部13能不受物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響等而正確地測量到達成像光學系統20之像面20i時之+1次繞射光40a與-1次繞射光40b之強度比
此情形下，測定裝置10，係根據+1次繞射光40a之強度之測量值及-1次繞射光40b之強度之測量值，求出光瞳部分區域41a中之光瞳透射率與光瞳部分區域41b中之光瞳透射率之比，進而針對光瞳部分區域41a及41b測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。此外，待在測定裝置10測定之光瞳透射率分布，並非在光瞳有效區域20pe之光瞳透射率之絕對值分布，而係光瞳透射率分布之相對比資訊，例如係將在光瞳有效區域20pe中心(光軸AX1之位置)之光瞳透射率設為1時之經規格化之分布。
測定裝置10，在針對隔著間隔之一對光瞳部分區域41a及41b測定成像光學系統20之光瞳透射率分布時，於連結光瞳部分區域41a中心與光瞳部分區域41b中心之線段之中點41c在光學上對應之位置配置有開口部31。此點係意指藉由一邊使孔徑光闌12c沿xy平面步進移動以將開口部31配置於待在光瞳有效區域20pe測定之一對光瞳部分區域所對應之位置，一邊反覆測量部13之測量，而能取得在任意一對光瞳部分區域之光瞳透射率之比之集合，進而能針對依據所欲分布之所欲數目之光瞳部分區域測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。
具體而言，一邊使孔徑光闌12c沿xy平面步進移動，進而一邊使射入繞射光柵11之測定光之入射角度變化，同時依序求出在任意一對光瞳部分區域之光瞳透射率之比，而能取得涵蓋光瞳有效區域20pe整體而分布之所欲數目之光瞳部分區域間之光瞳透射率之相對資訊。接著，藉由將在光瞳有效區域20pe之此等離散光瞳透射率之相對值分布予以例如冊尼克擬合(zernike fitting)，而能直接取得成像光學系統20之二維光瞳透射率分布作為函數化分布。此外，將離散測量值之分布予以冊尼克擬合以取得函數化分 布之方法，能參照以波面像差為對象之一般冊尼克擬合，能以線性最小二乘法算出。
此外，測定裝置10中，經由繞射光柵11亦會產生因繞射光柵之製造誤差導致之0次光、±3次繞射光、±5次繞射光等。此情形下，只要將±3次繞射光、±5次繞射光等排除於測定對象外，且設定為±3次繞射光、±5次繞射光等在成像光學系統20之光瞳20p不會與測定對象即±1次繞射光疊合即可。不過，現實中，±5次繞射光(及其以上之高次繞射光)之強度係顯著小於測定對象即±1次繞射光之強度而能忽視。將0次光與±3次繞射光設定為在被檢測光學系統之光瞳不會與±1次繞射光疊合之方法，將在第2實施形態中具體說明。
如以上所述，測定裝置10中，繞射光柵11係能設置於與被檢測光學系統即成像光學系統20之光瞳20p在光學上為傅立葉變換關係之物體面20o。照明光學系統12，以經由設置於物體面20o之繞射光柵11而生成之+1次繞射光41a通過光瞳有效區域20p內之光瞳部分區域41a，且經由繞射光柵11而生成之-1次繞射光40b通過在光瞳有效區域20pe內與光瞳部分區域41a分離之光瞳部分區域41b之方式，使相對成像光學系統20之光軸AX1傾斜之光束(不過不排除包含垂直射入之光束)射入物體面20o之既定位置。測量部13，測量經由光瞳部分區域41a及成像光學系統20之+1次繞射光40a之強度與經由光瞳部分區域41b及成像光學系統20之-1次繞射光40b之強度。
第1實施形態之測定裝置10中，由於使用交互配置有兩種類之相位區域11a與11b之相位繞射光柵11，因此經由繞射光柵11而生成之繞射光中作為測定對象之±1次繞射光成分之強度彼此相等。其結果，能在測量部13之光電檢測器13b使用較狹窄之動態範圍進行各繞射光成分之高精度之檢測，進而能高精度地測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。又，由於使 用交互配置有具有π之相位差之兩種類之相位區域11a與11b之相位繞射光柵11，因此不會有非測定對象之0次光產生而對±1次繞射光成分之強度之測量造成影響，而能進行各成分之高精度檢測。
又，在不使繞射光柵11之姿勢變化(變化間距方向)或與特性相異(間距相異)之其他繞射光柵交換之情形下，僅使具有單一開口部31之孔徑光闌12c以所需次數沿xy平面步進移動，即能以較低負荷迅速地測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。換言之，在將繞射光柵11固定設置之狀態下，僅使孔徑光闌12c之開口部31沿xy平面步進移動且使對繞射光柵11射入之測定光之入射角度變化，即能以較低負荷迅速地測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。
第1實施形態之測定裝置10中，為了正確地檢測出各繞射光成分之強度，光瞳部分區域41a與41b彼此分離這點係重要，為了正確地測定光瞳透射率分布，將光瞳部分區域41a,41b之大小(進而為開口部31之大小)抑制為小至某程度這點係重要。亦即，即使不將與孔徑光闌12c之開口部31在光學上對應之一對光瞳部分區域41a,41b之中心間距離設定為過度大亦可，因此無需將在繞射光柵11之相位區域11a與11b之間距設定為過度小，進而使繞射光柵11之製作容易。
此外，上述關於第1實施形態之說明中，係一邊使設有單一開口部31之孔徑光闌12c步進移動一邊反覆測量部13之測量。然而，並不限定於此，亦能使用設有複數個開口部之孔徑光闌，以減少其步進移動之次數進而減少測量部之測量次數，藉此能更迅速地測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。作為一例，圖8係顯示經由照明光瞳12p中隔著光軸AX2於y方向對稱配置之一對開口部之第1光束與第2光束同時傾斜射入繞射光柵11之既定位置，而生成相對第1光束之第1之±1次繞射光與相對第2光束之第2之±1次繞射光之樣子。
或者，亦能使用具有依據所需分布而配置之複數個開口部之孔徑光闌12c，將與開口部相同數目之光束同時供給至繞射光柵11上之既定位置，並根據依各光束生成之±1次繞射光一次測定成像光學系統20之光瞳透射率分布。此情形下，由於無需使孔徑光闌12c步進移動，測量部13之測量亦僅一次，因此能最迅速地進行光瞳透射率分布之測定。使用具有複數個開口部之孔徑光闌一次測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之方法，將在第2實施形態中具體說明。
又，上述關於第1實施形態之說明中，孔徑光闌12c係發揮形成一個圓形之局部光束之局部光束形成部之功能，該局部光束具有在照明光瞳12p中與光軸AX2分離之位置局部存在之光強度分布。然而，並不限定於此，針對形成於照明光瞳之局部光束之數目、形狀、大小、位置等能有各種形態。具體而言，例如亦可為了形成多角形狀之局部光束而設置多角形狀之開口部，或於光軸AX2之位置亦配置開口部以包含局部存在於光軸AX2位置之局部光束。
又，亦能取代孔徑光闌12c(或除了孔徑光闌12c以外進一步地)使空間光調變器12a發揮局部光束形成部之功能。此情形下，作為局部光束形成部之空間光調變器12a，為了形成在照明光瞳12p中與光軸AX2分離之位置局部存在之至少一個光強度分布，係對射向照明光瞳12p之光束賦予角度分布。具體而言，作為空間光調變器12a，亦可僅使用繞射光學元件，或僅使用反射鏡陣列，或併用繞射光學元件與反射鏡陣列。
僅使用繞射光學元件之情形，需準備特性相異之複數個繞射光學元件，並視往繞射光柵11射入之光束所需之入射角度將所需之繞射光學元件設定於照明光路中。僅使用反射鏡陣列之情形，只要視往繞射光柵11射入之光束所需之入射角度將複數個鏡要素個別控制即可。具體而言，可藉由個別控制反射鏡陣列之複數個鏡要素，一邊使入射角度變化、一邊使一條 或複數條光束依序射入繞射光柵11，或亦可使具有各種入射角度之複數條光束同時射入繞射光柵11。
又，上述關於第1實施形態之說明中，係使用於一方向交互配置有具有π之相位差之兩種類之相位區域11a與11b之形態之相位繞射光柵，作為繞射光柵11。然而並不限定於此，針對繞射光柵之具體構成亦能有各種形態。例如，亦能使用於一方向交互配置有具有π以外之適當相位差之兩種類之相位區域之形態之繞射光柵。此情形下，雖會產生0次光，但只要將此0次光排除於測定對象外，且設定為0次光在成像光學系統20之光瞳20p不會與±1次繞射光疊合即可。
又，亦能使用例如配置成兩種類之矩形相位區域形成方格旗圖案之繞射光柵、亦即能使用兩種類之矩形相位區域配置成棋盤格子狀之形態之繞射光柵。此情形下，係相對射入繞射光柵之一個光束生成一對之+1次繞射光與一對之-1次繞射光。使用具有π之相位差之兩種類矩形相位區域配置成棋盤格子狀之形態之繞射光柵測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布之方法，將在第2實施形態中具體說明。
又，亦能取代相位型之繞射光柵11使用明暗型之繞射光柵。此情形下，能一邊使射入繞射光柵(固定設置於與被檢測光學系統之光瞳在光學上為傅立葉變換關係之位置)之測定光之入射角度變化，一邊以較低負荷迅速地測定被檢測光學系統之光瞳透射率分布。亦即，亦可準備明暗圖案之間距互異之複數個繞射光柵，而不反覆一邊使間距方向變化一邊使用各繞射光柵之測定。
又，上述關於第1實施形態之說明中，係假定測量部13不受物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響而能正確地測量+1次繞射光40a與-1次繞射光40b之強度比者。不過，當物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響非小至能忽視之程度時，能依據以下之方法，檢測出因物鏡光學系統 13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分，以校正成像光學系統20之光瞳透射率分布之測定結果。
首先，在進行因物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分之檢測動作(亦即測量部13之校正動作)時，係如圖9所示，取代繞射光柵11而將例如具有與繞射光柵11相同厚度且相同折射率之平行平面板14設置於成像光學系統20之物體面20o。接著，從開口部31往平行平面板14上之既定位置(與對繞射光柵11之測定光束之入射位置相同位置)射入而經由成像光學系統20之光係以通過校正用相位繞射光柵13h之方式將測量部13沿xy平面定位。校正用相位繞射光柵13h與繞射光柵11同樣地，具有沿y方向交互配置有具有π之相位差之兩種類之相位區域之形態。
此情形下，從例如圖6所示設置之孔徑光闌12c之開口部31射出而通過平行平面板14及成像光學系統20之校正光束(不被平行平面板14繞射之光束)係被校正用相位繞射光柵13h繞射。經由校正用相位繞射光柵13h而生成之+1次繞射光42a(或42b)及-1次繞射光42b(或42a)，係經由物鏡光學系統13a而到達配置於其光瞳面13p之光電檢測器13b之檢測面13ba。
測量部13係測量+1次繞射光42a之強度及-1次繞射光42b之強度。此處，校正用相位繞射光柵13h，構成為+1次繞射光42a對應於參照圖1而說明之+1次繞射光40a且-1次繞射光42b對應於-1次繞射光40b。其結果，測量部13係使用+1次繞射光42a及-1次繞射光42b之強度之測量值校正在一對光瞳部分區域41a,41b之光瞳透射率之比之算出結果。進而，藉由一邊使具有開口部31之孔徑光闌12c沿xy平面步進移動、一邊反覆測量部13之測量，來校正在成像光學系統20之光瞳有效區域20pe內任意一對光瞳部分區域之光瞳透射率之比之算出結果。如此，檢測出因物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分，而能校正成像光學系統20之光瞳透射率分布之測定結果。
此外，使用設有複數個開口部之孔徑光闌時，藉由減少其步進移動之次數、進而減少測量部之測量之次數，而能更迅速地檢測出因物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分。或者，在使用具有依據所需分布配置之複數個開口部之孔徑光闌時，能將與開口部相同數目之光束同時供給至平行平面板14上之既定位置，針對各光束，根據經由校正用相位繞射光柵13h而生成之±1次繞射光而一次檢測出因物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分。
能依據使用於成像光學系統20之光瞳透射率分布之測定之繞射光柵11之構成，使用例如沿一方向交互配置有具有π以外之適當相位差之兩種類之相位區域與之形態之繞射光柵，作為校正用相位繞射光柵13h。又，亦能使用例如配置成兩種類之矩形相位區域形成方格旗圖案之繞射光柵、亦即能使用兩種類之矩形相位區域配置成棋盤格子狀之形態之繞射光柵，作為校正用相位繞射光柵13h。
又，上述關於第1實施形態之說明中，測量部13具有物鏡光學系統(測量光學系統)13a、在物鏡光學系統13a之光瞳面(與成像光學系統20之光瞳20p在光學上共軛之面)13p將±1次繞射光成分光電轉換而檢測出之光電檢測器13b。然而，關於測量部之具體構成可為各種形態。例如，如圖10所示，亦能使用利用PDI(Point Diffraction Interferometer(點繞射干涉儀))或LDI(Line Diffraction Interferometer(線繞射干涉儀))之測量部13A。
此種PDI/LDI型之測量部13A，具備：具有平面狀入射面13Ai之光透射性基板13Aa、具有配置成與光透射性基板13Aa之平面狀射出面13Aj接觸之檢測面13ba之光電檢測器13b。於光透射性基板13Aa之入射面13Ai，如圖11所示，形成有以例如鉻或氧化鉻形成之遮光部13Ae、測量用開口部13Af、球面基準波產生用針孔13Ag、用以校正光瞳透射率分布測量結果之校正用相位繞射光柵13Ah。測量部13A之構成中去除校正用相位繞射光柵 13Ah之部分，揭示於例如日本特表2008-502126號公報及對應該公報之美國發明專利第2008/0252876A1號公報之圖3。
測量部13A，係使通過測量用開口部13Af之來自被檢測光學系統之波面與從球面基準波產生用針孔13Ag產生之球面波干涉，而於光電檢測器13b之檢測面13ba上形成干涉紋。此干涉紋包含有被檢測光學系統之波面像差之資訊。此處，只要光僅射入測量用開口部13Af，即於檢測面13ba上形成與被檢測光學系統之光瞳透射率分布對應之光強度分布。接著，只要光僅射入校正用相位繞射光柵13Ah，即能檢測出因光透射性基板13Aa之透射率分布導致之測量結果之誤差分。此外，光電檢測器13b之檢測面13ba為了接收NA超過1之光束而接觸於光透射性基板13Aa之射出面13Aj。
又，例如圖12所示，亦能使用利用剪切干涉儀之測量部13B。測量部13B與測量部13A同樣地，具備：具有平面狀入射面13Bi之光透射性基板13Ba、具有配置成與光透射性基板13Ba之平面狀射出面13Bj接觸之檢測面13ba之光電檢測器13b。於光透射性基板13Ba之入射面13Bi，如圖13所示，形成有以例如鉻或氧化鉻形成之遮光部13Be、測量用開口部13Bf、波面測量用繞射光柵13Bg、用以校正光瞳透射率分布測量結果之校正用相位繞射光柵13Bh。測量部13B之構成中去除測量用開口部13Bf及校正用相位繞射光柵13Bh之部分，揭示於例如上述專利文獻6之圖2或圖5、上述專利文獻7~8等。此處，係將上述專利文獻6~8之揭示作為參照而援用。
測量部13B中，來自被檢測光學系統之波面係藉由波面測量用繞射光柵13Bg而橫向錯開，彼此橫向錯開之波面彼此干涉而於光電檢測器13b之檢測面13ba上形成干涉紋。此干涉紋包含有被檢測光學系統之波面像差之資訊。此處，只要光僅射入測量用開口部13Bf，即於檢測面13ba上形成與被檢測光學系統之光瞳透射率分布對應之光強度分布。接著，只要光僅射入校正用相位繞射光柵13Bh，即能檢測出因光透射性基板13Ba之透射率分 布導致之測量結果之誤差分。此外，光電檢測器13b之檢測面13ba為了接收NA超過1之光束而接觸於光透射性基板13Ba之射出面13Bj。
又，上述關於第1實施形態之說明中，雖未言及對繞射光柵11供給之測定光束之偏光狀態，但有時被檢測光學系統即成像光學系統20之光瞳透射率分布係較大地依存於入射光之偏光狀態。此情形下，例如只要使用以偏光於x方向之直線偏光狀態對繞射光柵11射入之測定光測定與x方向直線偏光相關之成像光學系統20之光瞳透射率分布，使用以偏光於y方向之直線偏光狀態對繞射光柵11射入之測定光測定與y方向直線偏光相關之成像光學系統20之光瞳透射率分布即可。
又，上述關於第1實施形態之說明中，係根據具有第1入射角度之第1測定光束經由繞射光柵11而生成之±1次繞射光求出在第一對之光瞳部分區域之光瞳透射率之比，根據具有第2入射角度之第2測定光束經由繞射光柵11而生成之±1次繞射光求出在第二對之光瞳部分區域之光瞳透射率之比。然而，由於在第1對之光瞳部分區域之光瞳透射率比與在第二對之光瞳部分區域之光瞳透射率比並不一定以同一條件測量，因此必須正確地求出在第一對之光瞳部分區域之光瞳透射率與在第二對之光瞳部分區域之光瞳透射率之比。
因此，視需要在第1測定光束及第2測定光束之測量之前或後，使第3測定光束射入繞射光柵11之既定位置，藉此能求出在第1對之光瞳部分區域之光瞳透射率與在第2對之光瞳部分區域之光瞳透射率之比，並根據此光瞳透射率比補齊光瞳透射率分布之相對比資訊。此時，第3測定光束，係以經由繞射光柵11而生成之+1次繞射光通過包含第一對之光瞳部分區域之第1包含區域內之光瞳部分區域、經由繞射光柵11而生成之-1次繞射光通過包含第二對之光瞳部分區域之第2包含區域內之光瞳部分區域之方式，以所需角度往繞射光柵11射入。關於如上述補齊光瞳透射率分布之 相對比資訊之方法，將在第2實施形態中具體說明。
圖14係概略顯示第2實施形態之曝光裝置之構成之圖。亦即，第2實施形態適用於具備測定裝置(測定作為被檢測光學系統之投影光學系統PL之光瞳透射率分布)之曝光裝置。圖14中，係沿感光性基板即晶圓W之表面(轉印面)之法線方向設定Z軸，在晶圓W之表面內與圖1之紙面平行之方向設定Y軸，在晶圓W之表面內與圖1之紙面垂直之方向設定X軸。
參照圖14可知，第2實施形態之曝光裝置中，係從光源LS供給曝光用光(照明光)。作為光源LS，能使用例如供給193nm之波長之光之ArF準分子雷射光源或供給248nm之波長之光之KrF準分子雷射光源等。從光源LS射出之光，係經由照明光學系統IL照明形成有待轉印圖案之光罩(標線片)M。當為步進重複方式之曝光裝置之情形，照明光學系統IL係照明光罩M之矩形圖案區域整體。在為步進掃描方式之曝光裝置之情形，照明光學系統IL係照明矩形圖案區域中沿與掃描方向即Y方向正交之X方向為細長之矩形區域。
從光源LS射出之光束，係如圖15所示射入具有周知構成之光束送光系統51。射入光束送光系統51之光束，在被整形為具有既定矩形剖面之光束後，經由光束形狀可變部52射入微複眼透鏡(或複眼透鏡)53。光束送光系統51具有一邊將入射光束轉換為具有適切大小及形狀之剖面之光束，一邊往光束形狀可變部52導引，且主動地修正射入光束形狀可變部52(進而為微複眼透鏡53)之光束之位置變動及角度變動之功能。
光束形狀可變部52包含空間光調變器52a、中繼光學系統等，具有使形成於微複眼透鏡53之入射面之照野之大小及形狀變化、進而使形成於微複眼透鏡53之後側焦點面之實質面光源之大小及形狀變化之功能。作為空間光調變器52a，能使用例如依據來自控制部CR之控制訊號而能對照明光路進行更換之複數個繞射光學元件。繞射光學元件，係將入射光束之剖面 形狀轉換為相異剖面形狀之光學元件。一般而言，繞射光學元件，係藉由於基板形成具有曝光用光(照明光)之波長程度之間距之段差而構成，具有將入射光束繞射成所欲角度之作用。
此外，控制部CR亦可係具有記憶體MR等記錄媒體之處理裝置(電腦)，於此記憶體MR儲存使該處理裝置執行本實施形態之測定方法、曝光裝置或空間光調變器52a之控制方法之程式。
作為空間光調變器52a，亦能使用例如對照明光路固定設置之反射鏡陣列。反射鏡陣列如前所述，係具有排列於既定面內且能個別控制之複數個鏡要素之空間光調變器。反射鏡陣列中，係依據例如來自控制部CR之控制訊號將複數個鏡要素分別設定成既定面向，藉由複數個鏡要素而分別以既定角度反射之光於微複眼透鏡53之入射面形成具有所欲大小及形狀之照野。作為空間光調變器52a，亦能併用繞射光學元件與反射鏡陣列。
微複眼透鏡53，例如係由排列成縱橫且稠密之多數個具有正折射力之微小透鏡構成之光學元件，藉由對平行平面板施以蝕刻處理而形成微小透鏡群而構成。微複眼透鏡中，與由彼此隔絕之透鏡元件構成之複眼透鏡不同地，係多數個微小透鏡(微小折射面)彼此不隔絕地一體形成。然而，在縱橫配置有透鏡要素方面，微複眼透鏡係與複眼透鏡同樣地係波面分割型光學積分器。
在微複眼透鏡53之作為單位波面分割面之矩形微小折射面，係與待在光罩M形成之照野之形狀(進而為待在晶圓W上形成之曝光區域之形狀)相似之矩形狀。此外，作為微複眼透鏡53，亦能使用例如圓柱微複眼透鏡。圓柱微複眼透鏡之構成及作用，揭示於例如美國發明專利第6913373號說明書。
射入微複眼透鏡53之光束被多數個微小透鏡分成二維，於其後側焦點面或其附近之照明光瞳ILp，形成具有與形成於入射面之光強度分布大致相 同之光強度分布之二次光源(由多數個小光源構成之實質之面光源：光瞳強度分布)。來自形成於緊鄰微複眼透鏡53後之照明光瞳ILp之二次光源之光束，係射入照明孔徑光闌54。照明孔徑光闌54，配置於微複眼透鏡53之後側焦點面或其附近，具有與二次光源對應之形狀之開口部(光透射部)。
照明孔徑光闌54，構成為可對照明光路插卸自如，且構成為能與具有大小及形狀相異之開口部之複數個孔徑光闌切換。作為照明孔徑光闌54之切換方式，能使用例如周知之轉盤方式或滑動方式等。照明孔徑光闌54，配置於與後述之投影光學系統PL之光瞳PLp在光學上共軛之位置，規定有助於二次光源之照明之範圍。此外，亦能省略照明孔徑光闌54之配置。
被照明孔徑光闌54限制之來自二次光源之光，經由聚光光學系統55重疊地照明光罩遮板56。如此，於作為照明視野光闌之光罩遮板56形成與微複眼透鏡53之矩形微小折射面之形狀及焦距對應之矩形照野。經由光罩遮板56之矩形開口部(光透射部)之光束，在受到照明成像光學系統57之聚光作用後，重疊地照明形成有既定圖案之光罩M。亦即，照明成像光學系統57係將光罩遮板56之矩形開口部之像形成於光罩M上。
透射過光罩M之圖案面之光，經由例如具有縮小倍率之投影光學系統PL於塗布有光阻之晶圓(感光性基板)W之單位曝光區域形成光罩M之圖案像。亦即，以與在光罩M上之照明區域光學對應之方式，在晶圓W之單位曝光區域中於與光罩M之圖案區域整體相似之矩形區域或於X方向為細長之矩形區域(靜止曝光區域)形成光罩圖案像。
光罩M，係在光罩載台MS上與XY平面平行地保持成其圖案面與投影光學系統PL之物體面PLo一致。於光罩載台MS組裝有使光罩M移動於X方向、Y方向、Z方向、以及繞Z軸之旋轉方向之機構。於光罩載台MS設有省略了圖示之移動鏡，使用此移動鏡之光罩雷射干涉儀MIF係即時測量光罩載台MS(進而為光罩M)之X方向之位置、Y方向之位置、以及繞Z軸 之旋轉方向之位置。
晶圓W，係在基板載台WS上與XY平面平行地保持成其表面(轉印面)與投影光學系統PL之像面PLi一致。於基板載台WS組裝有使晶圓W移動於X方向、Y方向、Z方向、以及繞Z軸之旋轉方向之機構。於基板載台WS設有省略了圖示之移動鏡，使用此移動鏡之基板雷射干涉儀WIF係即時測量基板載台WS(進而為晶圓W)之X方向之位置、Y方向之位置、以及繞Z軸之旋轉方向之位置。
光罩雷射干涉儀MIF之輸出及基板雷射干涉儀WIF之輸出被供給至控制部CR。控制部CR係根據光罩雷射干涉儀MIF之測量結果，進行光罩M之X方向之位置、Y方向之位置、以及繞Z軸之旋轉方向之位置之控制。亦即，控制部CR係對組裝於光罩載台MS之機構發送控制訊號，並藉由此機構根據控制訊號使光罩載台MS移動，來進行光罩M之X方向之位置、Y方向之位置、以及繞Z軸之旋轉方向之位置之調整。
控制部CR係藉由自動聚焦方式控制晶圓W之Z方向之位置(聚焦位置)之控制，以使晶圓W之表面與投影光學系統PL之像面PLi一致。又，控制部CR係根據基板雷射干涉儀WIF之測量結果，進行晶圓W之X方向之位置、Y方向之位置、以及繞Z軸之旋轉方向之位置之控制。亦即，控制部CR係對組裝於基板載台WS之機構發送控制訊號，並藉由此機構根據控制訊號使基板載台WS移動，來進行晶圓W之X方向、Y方向及繞Z軸之旋轉方向之位置之調整。
以步進重複方式對縱橫設定於晶圓W上之複數個單位曝光區域中之一個單位曝光區域一次曝光光罩M之圖案像。其後，控制部CR係藉由使基板載台WS沿XY平面步進移動，而將晶圓W之另一單位曝光區域相對投影光學系統PL定位。如此，反覆將光罩M之圖案像一次曝光至晶圓W之單位曝光區域之動作。
步進掃描方式中，控制部CR係一邊以與投影光學系統PL之投影倍率對應之速度比使光罩載台MS及基板載台WS移動於Y方向，一邊將光罩M之圖案像掃描曝光至晶圓W之一個單位曝光區域。其後，控制部CR係藉由使基板載台WS沿XY平面步進移動，將晶圓W之另一單位曝光區域相對投影光學系統PL定位。如此，反覆將光罩M之圖案像掃描曝光至晶圓W之單位曝光區域之動作。
亦即，步進掃描方式中，係一邊進行光罩M及晶圓W之位置控制，一邊沿矩形之靜止曝光區域之短邊方向即Y方向使光罩載台MS與基板載台WS、進而使光罩M與晶圓W同步移動(掃描)，而於晶圓W上，對具有與靜止曝光區域之長邊相等之寬度且具有與晶圓W之掃描量(移動量)對應之長度之區域掃描曝光光罩圖案。以下，被檢測光學系統即投影光學系統PL與照明光學系統IL，其光軸AXp及AXi係沿延伸於Z方向之一條直線共軸配置。
第2實施形態中，係以藉由微複眼透鏡53形成之二次光源為光源，對配置於照明光學系統IL之被照射面之光罩M進行科勒照明。因此，形成二次光源之位置係與投影光學系統PL之孔徑光闌AS之位置(進而為投影光學系統PL之光瞳PLp之位置)在光學上共軛，能將二次光源之形成面稱為照明光學系統IL之照明光瞳面。典型者為，相對照明光瞳面被照射面(配置光罩M之面、或包含投影光學系統PL而考量為照明光學系統時係配置晶圓W之面)為光學傅立葉變換面。
所謂光瞳強度分布，係照明光學系統IL之照明光瞳面或與該照明光瞳面在光學上共軛之面之光強度分布(亮度分布)。微複眼透鏡53之波面分割數較大時，形成於微複眼透鏡53之入射面之整體光強度分布與二次光源整體之整體光強度分布(光瞳強度分布；光瞳亮度分布)係顯示高相關。因此，針對微複眼透鏡53之入射面及與該入射面在光學上共軛之面之光強度分布 亦能稱為光瞳強度分布。
第2實施形態之曝光裝置，具備測量投影光學系統PL之波面像差之測量裝置13。測量裝置13具有與第1實施形態之測量裝置13相同之構成，以圖1之x座標、y座標及z座標分別與圖14之X座標、Y座標及Z座標分別對應之方式安裝於基板載台WS。第2實施形態之測定裝置10’(參照圖16)中，為了謀求透過投影光學系統PL而形成之圖案像之對比之提升，係在搭載於曝光裝置之狀態下隨時測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。
在測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布時，如圖16所示，係取代照明光學系統IL中之照明孔徑光闌54(當省略照明孔徑光闌54之設置時係於其位置)設置測定用孔徑光闌54a，並取代光罩M而設置測定用標線片TR。再者，係依據來自控制部CR之指令使基板載台WS移動，將測量裝置13定位成平凸透鏡13aa之入射平面13i一致於投影光學系統PL之像面PLi且測量用開口部13f配置於像面PLi上之既定位置(經由投影光學系統PL之測定光射入像面PLi之位置)。測定裝置10’具備：包含設置於照明光瞳ILp之測定用孔徑光闌54a之照明光學系統IL、測定用標線片TR、以及測量部13。
測定用孔徑光闌54a，作為較單純之一例，係如圖17所示，具有九個開口部61,62,63,64,65,66,67,68,69。以下，為使說明單純，各開口部61~69為圓形，且彼此具有相同大小。開口部61~64,66~69，排列成其中心點與以中央之開口部65為中心之正方形頂點或各邊之中點一致。測定用孔徑光闌54a，配置成開口部65之中心點與照明光學系統IL之光軸AXi一致。
具體而言，能將開口部61~69之間距Ppi設定為開口部61~69之直徑Dpi之十倍程度。若開口部61~69之直徑Dpi過大，則經由各開口部61~69及測定用標線片TR之相位格子而生成之±1次繞射光通過投影光學系統 PL之光瞳PLp之光瞳部分區域(形成於光瞳PLp之繞射點像)彼此則會局部重疊。關於開口部61~69之間距Ppi，雖其絕對值有任意性，但如後所述，能限制成與測定用標線片TR之相位格子之間距Pr滿足既定之相對關係。不過，若開口部61~69之間距Ppi過大，則雖能容易地避免光瞳部分區域彼此局部重疊，但在不使測定用孔徑光闌54a沿XY平面步進移動而一次測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布時，光瞳透射率分布資訊之橫分析能會被犧牲。
於測定用標線片TR之表面，如圖18所示形成有相位格子(相位圖案),該相位格子係沿彼此正交之兩方向交互配置有對透射光賦予第1相位值之矩形之第1相位區域11c與對透射光賦予與第1相位值相異π值之第2相位值之矩形之第2相位區域11d。換言之，測定用標線片TR之相位格子具有配置成兩種類之矩形相位區域11c,11d形成方格旗圖案之形態(亦即兩種類之矩形相位區域11c,11d配置成棋盤格子狀之形態)。
以下說明中，各相位區域11c,11d為正方形且彼此具有相同大小。又，測定用標線片TR係設置成相位區域11c,11d之間距方向與X方向及Y方向一致且繞射光學面與投影光學系統PL之物體面PLo一致。關於相位區域11c,11d之間距Pr，如後所述，能限制成與設於孔徑光闌54a之開口部61~69之間距Ppi滿足既定之相對關係。
光束係射入孔徑光闌54a中包含開口部61~69之所需區域(例如包含開口部61~69之圓形區域)。此情形下，經由中央之開口部65之光束係從照明光學系統IL射出，並垂直射入(與投影光學系統PL之光軸AXp平行地射入)測定用標線片TR之相位格子上之既定位置(進而為投影光學系統PL之物體面PLo之既定位置)。經由除開口部65以外之其他開口部61~64,66~69之光束、亦即圓形之局部光束(具有在與投影光學系統PL之光瞳PLp光學共軛之照明光瞳ILp中與光軸AXi分離之位置局部存在之光強度分布)， 係從照明光學系統IL射出，成為相對光軸AXp(進而相對光軸AXi)傾斜之八個光束對測定用標線片TR之相位格子上之既定位置射入。
對測定用標線片TR之九個光束之射入位置，係藉由例如光罩遮板56之作用而可變地被決定。或者，藉由配置於光罩遮板56附近之視野光闌(未圖示)、或配置於緊鄰物體面PLo前方之位置之視野光闌(未圖示)等而可變地被決定。如此，來自開口部61~69之九個光束，係同時對測定用標線片TR之相位格子上之相同位置射入。以下，為使說明單純，照明光學系統IL之照明光瞳ILp與投影光學系統PL之光瞳PLp，係處於在X方向及Y方向將照明光瞳ILp之正立像形成於光瞳PLp之共軛關係。
若著眼於對測定用標線片TR射入之一個光束，經由測定用標線片TR之相位格子而生成之繞射光中為測定對象之一對+1次繞射光及一對-1次繞射光，係如圖19所示，通過投影光學系統PL之光瞳PLp之有效區域內之四個光瞳部分區域60a而分別從投影光學系統PL射出。四個光瞳部分區域60a係與開口部61~69同樣地為圓形，具有彼此相同之大小。四個光瞳部分區域60a之各中心，位於被以點60c為中心延伸於X方向及Y方向之四個邊規定之正方形頂點位置。
點60c係在經由測定用標線片TR之相位格子而暫時產生0次光時該0次光通過光瞳PLp之區域60d之中心。亦即，四個光瞳部分區域60a之中心位置60c係取決於孔徑光闌54a所該當之開口部之位置。光瞳部分區域60a之大小取決於孔徑光闌54a之各開口部61~69之大小。光瞳部分區域60a之間距Ppp取決於測定用標線片TR之相位格子中相位區域11c,11d之間距Pr。
具體而言，光瞳部分區域60a之間距Ppp，在將光之波長設為λ、將投影光學系統PL之入射側(物體側)之數值孔徑設為NAo時，係以次式(1)表示。又，光瞳部分區域60a之中心與點60c之距離Lpc係以次式(2)表示。此 外，式(1)及式(2)中，係將間距Pr以射入投影光學系統PL之光束之數值孔徑NAo規格化。
Ppp=(2×λ/Pr)/NAo．．．(1)
Lpc=(√2×λ/Pr)/NAo．．．(2)
經由孔徑光闌54a之九個開口部61~69及測定用標線片TR之相位格子而生成之±1次繞射光，係如圖20所示通過投影光學系統PL之光瞳PLp之有效區域PLpe內之三十六個(=4×9)光瞳部分區域61a~69a，並從投影光學系統PL分別射出。三十六個光瞳部分區域61a~69a之排列圖案，可藉由圖17所示之孔徑光闌54a之九個開口部61~69之排列圖案與如圖19所示對一個光束產生之±1次繞射光通過投影光學系統PL之光瞳PLp之四個光瞳部分區域60a之排列圖案之卷積而取得。
如後所述，為了避免在投影光學系統PL之光瞳PLp中測定對象外之±3次繞射光與測定對象之±1次繞射光疊合，圖20中三十六個光瞳部分區域61a~69a被排列成對應一個光束之四個光瞳部分區域與對應其他光束而相鄰之四個光瞳部分區域之X方向間隔及Y方向間隔成為四個光瞳部分區域之間距Ppp之一半之值(亦即Ppp/2)。此情形下，四個光瞳部分區域之中心與相鄰與此之四個光瞳部分區域之中心之距離(亦即與開口部之間距Ppi在光學上對應之距離)成為四個光瞳部分區域之間距Ppp之3/2倍之值。
經由三十六個光瞳部分區域61a~69a及投影光學系統PL之±1次繞射光，係經由測量部13之測量用開口部13f射入物鏡光學系統13a。經由物鏡光學系統13a之±1次繞射光，係在配置於光瞳面13p之檢測面13ba被光電檢測器13b檢測出。其結果，在檢測面13ba亦形成與投影光學系統PL之光 瞳PLp中之三十六個光瞳部分區域61a~69a之排列圖案同樣地離散分布之三十六個圓形光入射區域(未圖示)。
以下，為使說明單純，經由測定用標線片TR之相位格子而生成之三十六個±1次繞射光之強度彼此相同，且到達投影光學系統PL之像面PLi時之三十六個±1次繞射光彼此之強度比係一致於在測量部13之檢測面13ba檢測出之三十六個±1次繞射光彼此之強度比。換言之，測量部13能幾乎不受物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響等正確地測量到達投影光學系統PL之像面PLi時之三十六個±1次繞射光彼此之強度比。
此情形下，測定裝置10’係使用使用具有依據所需分布排列之九個開口部61~69之孔徑光闌54a，將與開口部61~69相同數目之九個光束同時供給至測定用標線片TR之相位格子上之既定位置，藉由測量部13測量針對各光束而生成之合計三十六個±1次繞射光之強度。測定裝置10’係根據其測量值，求出涵蓋投影光學系統PL之光瞳有效區域PLpe整體分布之三十六個光瞳部分區域61a~69a中之光瞳透射率之相對比，進而針對三十六個光瞳部分區域61a~69a一次測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。
其結果，能得到涵蓋投影光學系統PL之光瞳有效區域20pe整體分布之三十六個光瞳部分區域間之光瞳透射率之相對資訊，藉由將此等離散光瞳透射率之相對值分布予以例如冊尼克擬合，而能直接取得投影光學系統PL之二維光瞳透射率分布作為函數化分布。如此，第2實施形態之測定裝置10’中，由於不需使孔徑光闌54a步進移動，測量部13之測量亦僅一次，因此能在搭載於曝光裝置之狀態下高精度地且迅速地隨時測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。
如以上所述，第2實施形態之測定裝置10’中，由於使用設有相位格子(配置成兩種類之相位區域11c,11d形成方格旗圖案)之測定用標線片TR，因此經由測定用標線片TR之相位格子而生成之繞射光中作為測定對 象之±1次繞射光成分之強度彼此相等。其結果，能在測量部13之光電檢測器13b使用較狹窄之動態範圍進行各繞射光成分之高精度之檢測，進而能高精度地測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。又，由於使用設有相位格子(具有π之相位差之兩種類之相位區域11c與11d交互配置)之測定用標線片TR，因此不會產生非測定對象之0次光而對±1次繞射光成分之強度測量造成影響，能進行各成分之高精度檢測。
又，不需使測定用標線片TR之姿勢變化或與特性相異之其他測定用標線片交換，僅將具有複數個開口部61~69之孔徑光闌54a固定設置於照明光路，即能一次測定、亦即以非常低之負荷迅速地測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。換言之，能在固定設置測定用標線片TR及孔徑光闌54a之狀態下，根據測量部13之一次測量結果，以非常低之負荷迅速地測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。
第2實施形態之測定裝置10’中，為了正確檢測出各繞射光成分之強度而三十六個光瞳部分區域61a~69a彼此分離一事非常重要，為了正確檢測光瞳透射率分布而將光瞳部分區域61a~69a之大小(進而為開口部61~69之大小)抑制為小至某程度一事亦屬重要。亦即，由於只要不將與孔徑光闌54a之開口部61~69在光學上對應之各光瞳部分區域61a~69a之中心間距離設定成過度大即可，因此無需將測定用標線片TR之相位格子中之相位區域11c與11d之間距Pr設定成過度小，進而測定用標線片TR之製造係容易。
第2實施形態之曝光裝置中，控制部CR係根據藉由測定裝置10’(使用測定裝置10’之測定方法)測定之投影光學系統PL之光瞳透射率分布之測定結果，變更照明光罩M之圖案之照明條件來進行所欲之曝光。具體而言，控制部CR係參照光瞳透射率分布之測定結果，例如對包含空間光調變器52a之光束形狀可變部52供給控制訊號，並藉由空間光調變器52a等之作用變更在形成於光罩M之圖案面之照明區域之照度分布、及/或在照明 光瞳ILp之光瞳亮度分布，以使透過投影光學系統PL而形成之圖案像之對比提升。
又，第2實施形態之曝光裝置中，亦可取代照度分布及/或光瞳亮度分布之變更，或除了照度分布及/或光瞳亮度分布之變更以外進一步地，使用具有圖案(根據藉由測定裝置10’測定之投影光學系統PL之光瞳透射率分布之測定結果而作成)之光罩M，亦能謀求透過投影光學系統PL而形成之圖案像之對比提升。第2實施形態之曝光裝置，亦可例如依據既定之程式，使作為資訊處理裝置之控制部CR執行測定裝置10’之測定方法。
此外，第2實施形態之測定裝置10’亦與第1實施形態之測定裝置10同樣地，會透過測定用標線片TR之相位格子而產生±3次繞射光、±5次繞射光等。此情形下，只要將±3次繞射光、±5次繞射光等排除於測定對象外，且忽視強度係顯著小於測定對象即±1次繞射光之±5次繞射光(及其以上之高次繞射光)，並將±3次繞射光設定為在投影光學系統PL之光瞳PLp不會與±1次繞射光疊合即可。以下，說明第2實施形態中將±3次繞射光設定為在投影光學系統PL之光瞳有效區域PLpe內不會與±1次繞射光疊合之方法。
若著眼於對測定用標線片TR射入之一個光束，則經由測定用標線片TR之相位格子而生成之繞射光中為非測定對象之±3次繞射光，係如圖21所示在投影光學系統PL之光瞳PLp中通過十二個光瞳部分區域60e，而從投影光學系統PL分別射出。十二個光瞳部分區域60e，與關於±1次繞射光之四個光瞳部分區域60a同樣地為圓形且彼此具有相同大小。十二個光瞳部分區域60e之各中心，係位於被以點60c為中心延伸於X方向及Y方向之四個邊規定之正方形頂點位置、以及將各邊三等分之點之位置。
十二個光瞳部分區域60e中於X方向，Y方向相鄰之兩個中心間距離，係與四個光瞳部分區域60a中於X方向，Y方向相鄰之兩個中心間距離即間距Ppp相等。接著，連結十二個光瞳部分區域60e之各中心而形成之正方形 之邊，具有連結四個光瞳部分區域60a之各中心而形成之正方形之邊之三倍長度(=3×Ppp)。
因此，經由在孔徑光闌54a於Y方向相鄰之兩個開口部64,65及測定用標線片TR之相位格子而生成之±3次繞射光，係如圖22所示在投影光學系統PL之光瞳PLp中通過二十四個(=12×2)光瞳部分區域64e,65e，而從投影光學系統PL分別射出。圖22中，為了使圖示更清楚，係省略與經由其他開口部61~63,66~69及測定用標線片TR之相位格子而生成之±1次繞射光及±3次繞射光對應之光瞳部分區域之圖示。
然而，參照圖22可知，由於與測定對象即±1次繞射光對應之三十六個光瞳部分區域61a~69a被設定成呈圖20所示排列圖案，因此可容易地推測出，在投影光學系統PL之光瞳PLp中±3次繞射光與±1次繞射光為最難疊合之關係。此處，參照圖19~圖22，考量與±1次繞射光對應之三十六個光瞳部分區域61a~69a呈圖20所示排列圖案時應滿足之條件。
與±1次繞射光對應之光瞳部分區域(60a；61a~69a)之間距Ppp係以前述式(1)表示。四個光瞳部分區域(例如64a)之中心與相鄰於此之。四個光瞳部分區域(例如65a)之中心之距離Ppp、亦即在投影光學系統PL之光瞳PLp中與開口部61~69之間距Ppi在光學上對應之距離Ppe，與間距Ppp之3/2倍之值(=3×(λ/pr)/NAo)相等。另一方面，距離Ppe，係使用開口部61~69之間距Ppi與投影光學系統PL之光瞳有效區域PLpe之半徑Ra，以次式(3)表示。
Ppe=Ppi/Ra．．．(3)
因此，當滿足次式(4)所示關係時，與測定對象即±1次繞射光對應之三 十六個光瞳部分區域61a~69a呈如圖20所示之排列圖案，進而在投影光學系統PL之光瞳PLp中±3次繞射光與±1次繞射光成為最難疊合。現實中，藉由設定成大致滿足式(4)所示關係，即能在不受±3次繞射光之影響之情形下進行光瞳透射率分布之高精度測定。
Ppi/Ra=3×(λ/Pr)/NAo．．．(4)
此外，上述關於第2實施形態之說明中，係使用具有依據所欲分布而配置之複數個開口部之孔徑光闌54a，將與開口部相同數目之光束同時供給至測定用標線片TR之相位格子上之既定位置，並根據依各光束生成之±1次繞射光一次測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。然而並不限定於此，亦能藉由作為空間光調變器52a之反射鏡陣列之作用，依序照明孔徑光闌54a之各開口部，將經由各開口部之光束依序供給至測定用標線片TR之相位格子上之既定位置，並根據依各光束依序生成之±1次繞射光測定投影光學系統PL之光瞳透射率分布。再者，亦能省略孔徑光闌54a之設置，藉由反射鏡陣列之作用同時或依序形成與各開口部對應之局部光束。
又，上述關於第2實施形態之說明中，係假定測量部13不受物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響而能正確地測量±1次繞射光彼此之強度比者。不過，當物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布之影響非小至能忽視之程度時，能關於第1實施形態所說明之前述方法，檢測出因測量部13之物鏡光學系統13a之光瞳透射率分布導致之測量結果之誤差分，以校正投影光學系統PL之光瞳透射率分布之測定結果。又，亦可取代測量部13而使用PDI/LDI型之測量部13A或利用剪切干涉儀之測量部13B。
又，上述關於第2實施形態之說明中，係假定對應一個光束之四個光 瞳部分區域中之光瞳透射率比與對應其他光束之四個光瞳部分區域中之光瞳透射率比以彼此相同之條件測量者。然而，當此假定不成立時，即使能正確地求出例如四個光瞳部分區域64a中之光瞳透射率比，且能正確地求出其他四個光瞳部分區域65a中之光瞳透射率比，亦無法正確地求出光瞳部分區域64a中之光瞳透射率與光瞳部分區域65a中之光瞳透射率之比。
此情形下，係將孔徑光闌54a如圖17所示地配置並在將進行之測定前或後，例如在使孔徑光闌54a往+X方向移動Ppi/3且往+Y方向移動Ppi/3之狀態下進行測定。其結果，經由孔徑光闌54a之開口部64及測定用標線片TR之相位格子而生成之±1次繞射光係如圖23所示，在投影光學系統PL之光瞳PLp中通過四個光瞳部分區域64m1,64m2,64m3,64m4，並從投影光學系統PL分別射出。此時，四個光瞳部分區域64m1~64m4，係位於投影光學系統PL之光瞳PLp中從四個光瞳部分區域64a往+X方向移動Ppe/3且往+Y方向移動Ppe/3之位置。
其結果，光瞳部分區域64m1位於包含對應一個光束之四個光瞳部分區域64a之包含區域64r內，光瞳部分區域64m2位於包含對應其他光束之四個光瞳部分區域65a之包含區域65r內。如此，能求出例如光瞳部分區域64m1中之光瞳透射率與光瞳部分區域64m2中之光瞳透射率之比，並根據此光瞳透射率比針對光瞳部分區域64a及65a補齊光瞳透射率分布之相對比資訊。圖23中，為了使圖示更清楚，係省略與經由孔徑光闌54a之其他開口部61~63,66~69及測定用標線片TR之相位格子而生成之±1次繞射光對應之光瞳部分區域之圖示。然而，參照圖23，可容易地推測出能針對光瞳部分區域61a~69a補齊光瞳透射率分布之相對比資訊。
又，上述關於第2實施形態之說明中，由於係以使用透射型光罩M之曝光裝置為對象，因此能取代透射型光罩M而使用透射型測定用標線片TR。然而，在為使用例如反射型光罩之曝光裝置之情形，則取代反射型光 罩而使用反射型測定用標線片。又，上述第2實施形態亦與第1實施形態同樣地，測定用標線片之具體構成、測量部之具體構成、形成於照明光瞳之局部光束之數目、形狀、大小、位置等能有各種形態。具體而言，例如亦可為了形成多角形狀之局部光束而設置多角形狀之開口部31，或於光軸AX2之位置亦配置開口部以包含局部存在於光軸AX2位置之局部光束。
又，上述第2實施形態中，雖係以用於曝光裝置之投影光學系統作為被檢測光學系統，但只要係成像光學系統，不論係何種光學系統均能作為被檢測光學系統。又，當例如以傅立葉變換光學系統等非成像光學系統作為被檢測光學系統時，只要將該被檢測光學系統與光瞳透射率分布為已知之傅立葉變換光學系統等組合而構成成像光學系統，並從此成像光學系統之光瞳透射率分布之測量結果減去如上述組合之光學系統之光瞳透射率分布之部分，即能取得非成像光學系統之光瞳透射率分布之測量結果。
又，上述實施形態中，亦可使用根據既定電子資料來形成既定圖案的可變圖案形成裝置以取代光罩。若使用此種可變圖案形成裝置，則圖案面即使是縱置亦可將對同步精度所造成之影響減少至最低限度。此外，可變圖案形成裝置可使用例如DMD(Digital Micro-Mirror Device：數位微鏡元件)，其係包含根據既定電子資料來驅動的複數個反射元件。使用DMD之曝光裝置已揭示於例如上述專利文獻9及10。又，除了如DMD之非發光型反射型空間光調變器以外，亦可使用透射型空間光調變器，或亦可使用自發光型影像顯示元件。此處，將上述專利文獻10之教示作為參照援用。
上述實施形態之曝光裝置，係藉由組裝包含本案申請專利範圍所列舉之各構成元件的各種次系統，以能保持既定之機械精度、電氣精度、光學精度之方式所製造。為確保此等各種精度，於此組裝前後係對各種光學系統進行用以達成光學精度之調整、對各種機械系統進行用以達成機械精度之調整、對各種電氣系統進行用以達成電氣精度之調整。從各種次系統至 曝光裝置之組裝製程，係包含各種次系統彼此之機械連接、電路之配線連接、氣壓迴路之配管連接等。當然，從各種次系統至曝光裝置之組裝製程前，係有各次系統個別之組裝製程。當各種次系統至曝光裝置之組裝製程結束後，即進行綜合調整，以確保曝光裝置整體之各種精度。此外，曝光裝置之製造可在溫度及真空度等皆受到管理之無塵室進行。
其次，針對使用上述實施形態之曝光裝置的元件製造方法作說明。圖24係表示半導體元件之製造步驟的流程圖。如圖24所示，半導體元件之製造步驟中，係將金屬膜蒸鍍於構成半導體元件之基板的晶圓W(步驟S40)，並將感光性材料即光阻塗布於該蒸鍍後之金屬膜上(步驟S42)。接著，使用上述實施形態之投影曝光裝置，將形成於光罩(標線片)M之圖案轉印至晶圓W上之各照射區域(步驟S44：曝光步驟)，並進行完成該轉印後之晶圓W的顯影，亦即進行轉印有圖案之光阻的顯影(步驟S46：顯影步驟)。
之後，藉由步驟S46以產生於晶圓W表面之光阻圖案為光罩，對晶圓W表面進行蝕刻等加工(步驟S48：加工步驟)。此處，所謂光阻圖案，係指生成與藉由上述實施形態之投影曝光裝置所轉印之圖案對應之形狀之凹凸之光阻層，且其凹部係貫通光阻層者。步驟S48中，係透過該光阻圖案來進行晶圓W表面之加工。於步驟S48所進行之加工中，包含例如晶圓W表面之蝕刻或金屬膜等之成膜中之至少一者。此外，步驟S44中，上述實施形態之投影曝光裝置，係以塗布有光阻之晶圓W為感光性基板亦即板片P來進行圖案之轉印。
圖25係表示液晶顯示元件等液晶元件之製造步驟的流程圖。如圖25所示，液晶元件之製造步驟中，係依序進行圖案形成步驟(步驟S50)、彩色濾光片形成步驟(步驟S52)、單元組裝步驟(步驟S54)、以及模組組裝步驟(步驟S56)。步驟S50之圖案形成步驟中，係使用上述實施形態之投影曝光裝置，將電路圖案及電極圖案等既定圖案形成於塗布有光阻之玻璃基板上作 為板片P。於該圖案形成步驟中，包含曝光步驟，係使用上述實施形態之投影曝光裝置於光阻層進行圖案轉印；顯影步驟，進行轉印有圖案之板片P的顯影亦即進行玻璃基板上之光阻層的顯影，以產生對應圖案之形狀的光阻層；以及加工步驟等，透過該顯影後之光阻層來進行玻璃基板表面之加工。
步驟S52之彩色濾光片形成步驟中，係形成彩色濾光片，該彩色濾光片係將多數個對應R(Red)、G(Green)、及B(Blue)之3個點之組排列成矩陣狀，或將複數個R、G、B之3條條紋之濾光片之組排列於水平掃描方向。步驟S54之單元組裝步驟中，係使用藉由步驟S50形成有既定圖案之玻璃基板與藉由步驟S52所形成之彩色濾光片來組裝液晶面板(液晶單元)。具體而言，例如係將液晶注入於玻璃基板與彩色濾光片之間，藉此形成液晶面板。步驟S56之模組組裝步驟中，係對藉由步驟S54所組裝之液晶面板安裝使該液晶面板進行顯示動作之電路及背光等各種零件。
又，本發明並不限於適用在半導體元件製造用之曝光裝置，亦可廣泛適用於例如形成於方形玻璃板之液晶顯示元件或電漿顯示器等顯示裝置用的曝光裝置、或用以製造攝影元件(CCD等)、微型裝置、薄膜磁頭、以及DNA晶片等各種元件的曝光裝置。再者，本發明亦可適用於使用光微影步驟製造形成有各種元件之光罩圖案之光罩(光罩、標線片等)時的曝光步驟(曝光裝置)。
此外，上述實施形態中，雖使用ArF準分子雷射光(波長：193nm)或KrF準分子雷射光(波長：248nm)作為曝光用光，但並不限定於此，對其他適當之雷射光源，例如供應波長為157nm之雷射光的F2雷射光源等亦可適用於本實施形態。
又，上述實施形態中，亦可適用所謂液浸法，其係以具有折射率大於1.1之介質(典型為液體)來充滿投影光學系統與感光性基板間之光路中的方 法。此情形下，將液體充滿於投影光學系統與感光性基板間之光路中的方法，可採用以下諸方法，亦即如上述專利文獻11所揭示之局部充滿液體之方法、如上述專利文獻12所揭示之使保持曝光對象之基板的載台在液槽之中移動之方法、或如上述專利文獻13所揭示之將既定深度之液體槽形成於載台上並將基板保持於其中之方法。此處，將上述專利文獻11~13之教示作為參照援用。又，上述實施形態中，亦能適用上述專利文獻14及圖15所揭示之所謂偏光照明方法。此處，將上述專利文獻14及15之教示作為參照援用。
10‧‧‧測定裝置
11‧‧‧繞射光柵
12‧‧‧照明光學系統
13‧‧‧測量部
20‧‧‧成像光學系統
20i‧‧‧像面
20o‧‧‧物體面
20p‧‧‧光瞳
40a‧‧‧+1次繞射光
40b‧‧‧-1次繞射光
AX1‧‧‧光軸
MR‧‧‧記憶體

Claims (10)

  1. 一種測量裝置，係測量被檢測光學系統之特性，具備：第1光學系統，具備形成既定之光強度分布之空間光調變器，射出相對前述被檢測光學系統之光軸呈傾斜方向行進之第1光束；第2光學系統，交互配置有第1區域與第2區域，將從前述第1光學系統射出之前述第1光束射入前述第1區域及前述第2區域，改變來自前述第1區域及前述第2區域之前述第1光束之行進方向而作為第2光束，射入前述被檢測光學系統；檢測部，檢測透過前述被檢測光學系統之前述第2光束之強度；以及測量部，使用前述第2光束之強度，求出前述第2光學系統之光學系統之特性；前述第1光學系統，使相對前述被檢測光學系統之光軸呈傾斜方向行進之第3光束射入前述被檢測光學系統；前述檢測部，測量透過前述被檢測光學系統之前述第3光束之強度。
  2. 如申請專利範圍第1項之測量裝置，其中，前述檢測部，不同時進行前述第2光束之強度檢測與前述第3光束之強度檢測。
  3. 如申請專利範圍第1項之測量裝置，其中，前述第2光學系統，將從前述第1光學系統射出之前述第1光束繞射。
  4. 如申請專利範圍第3項之測量裝置，其中，被前述繞射之前述第1光束，包含+1次繞射光與一1次繞射光。
  5. 如申請專利範圍第1項之測量裝置，其中，前述檢測部，在相對前述第1光學系統與前述被檢測光學系統之間之位置在光學上為傅立葉變換關係之位置，測量前述第1光束之強度及前述第3光束之強度。
  6. 如申請專利範圍第1項之測量裝置，其中，前述空間光調變器，具有繞射光學元件或反射鏡陣列。
  7. 一種曝光裝置，具備：對位於第1面之既定圖案加以照明之照明光學系統、及將前述既定圖案之像形成於基板上之投影光學系統；且藉由申請專利範圍第1至6項中任一項之測量裝置，測量作為前述被檢測光學系統之前述投影光學系統之特性；使用前述投影光學系統之測量結果，變更照明前述既定圖案之照明條件。
  8. 如申請專利範圍第7項之曝光裝置，其中，前述照明條件，係前述照明光學系統在前述第1面之照度分布及在前述照明光學系統之光瞳之光瞳亮度分布中之至少一方。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之曝光裝置，其中，前述測量結果，係前述投影光學系統之光瞳透射率分布。
  10. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第7至9項中任一項之曝光裝置，將前述既定圖案曝光於前述基板之動作；使轉印有前述既定圖案之前述基板顯影，將與前述既定圖案對應之形狀之光罩層形成於前述基板表面之動作；以及透過前述光罩層對前述基板表面加工之動作。
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