(57)【要約】【課題】  投影光学系の非回転対称な収差が所望の状態で露光や計測などの各種動作を行うことができる露光装置等を提供する。【解決手段】  主制御系２０は、投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの分布と投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬのエネルギーと投影光学系ＰＬの非回転対称収差の変動量との関係を示す伝達関数を用いて投影光学系ＰＬの非回転対称収差を算出する。この算出結果が予め設定された許容値以上である場合には、許容値以下になるまで露光動作を中断し、又は照明条件の切り替えを遅らせる。【選択図】  図１
2006073584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に露光光を照射することによって、前記基板を露光する露光装置において、
前記基板上にパターンの像を投影する投影光学系と、
前記投影光学系の非回転対称収差が所定の許容値以下になるまで所定動作の実行を中止する制御システムと
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記所定動作は、前記基板に対する露光動作を含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御システムは、前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光の分布と前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光のエネルギーと前記投影光学系の非回転対称収差の変動量との関係を示す伝達関数を記憶する記憶部と、
前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光のエネルギー又は当該エネルギーに相当する量を計測する計測装置の計測結果と前記記憶部に記憶された前記伝達関数とに基づいて前記投影光学系の非回転対称収差を算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記投影光学系の非回転対称収差が前記所定の許容値以下であるか否かを判断する判断部と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御システムは、前記投影光学系の非回転対称収差が前記所定の許容値よりも大きい場合に、前記基板の交換時及び前記基板上に設定された複数の区画領域の各々に対する露光処理の終了時の少なくとも一方の時点で前記所定動作を中断することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記所定動作は、前記投影光学系の像面に対する共役面における前記露光光の分布と、前記投影光学系の瞳面若しくはその共役面における前記露光光の分布との少なくとも一方の変更を含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記パターンを照明するための照明系を更に備え、
該照明系は、前記投影光学系の瞳面と共役な面における露光光の分布、及び前記投影光学系の像面と共役な面における露光光の分布の少なくとも一方を変更する変更部材を含むことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系の収差を測定する収差測定装置を備えており、
前記制御システムは、前記収差測定装置の測定結果に基づいて前記投影光学系の非回転対称収差が前記所定の許容値以下であるか否かを判断する判断部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記投影光学系の結像特性を制御する結像特性制御手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記結像特性制御手段は、前記投影光学系の少なくとも一部に前記露光光の波長とは異なる波長の光ビームを照射して、前記投影光学系の結像特性を制御することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】
前記結像特性制御手段は、前記投影光学系の回転対称収差を補正する補正機構を有し、
前記露光光の波長と異なる波長の光ビームを照射して前記投影光学系の非回転対称収差を回転対称収差に変更して、前記補正機構で補正することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１１】
照明光をマスクに照射し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法において、
前記投影光学系の非回転対称収差が所定の許容値以下になるまで所定動作の実行を中止することを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
前記所定動作は、前記基板に対する露光動作を含むことを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】
前記所定動作は、前記投影光学系の像面に対する共役面における前記露光光の分布と、前記投影光学系の瞳面若しくはその共役面における前記露光光の分布との少なくとも一方の変更を含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の露光方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の露光装置、又は請求項１１から請求項１３の何れか一項に記載の露光方法を用いてデバイスのパターンを物体上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置及び方法、並びに当該露光装置又は方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを基板としてのフォトレジストが塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写するために、ステッパ等の投影露光装置が使用されている。投影露光装置においては、露光光の照射量や周囲の気圧変化等によって、投影光学系の結像特性が次第に変化する。このため、結像特性を常に所望の状態に維持するために、投影露光装置には、例えば投影光学系を構成する一部の光学部材の位置又は姿勢を制御することによって、その結像特性を補正する結像特性補正機構が設けられている。従来の結像特性補正機構によって補正することができる結像特性は、歪曲収差や倍率等の回転対称の低い次数の成分である。
【０００３】
ところで、近年の露光装置においては、特定のパターンに対する解像度を高めるために、所謂輪帯照明又は４極照明（照明光学系の瞳面上の４箇所の領域を２次光源とする照明法）よりなる、照明光学系の瞳面上の光軸を含む領域を露光光が通過しない照明条件が用いられる機会が多くなっている。かかる照明条件を用いるときには、投影光学系中の瞳面付近の光学部材は、ほぼ中抜けの状態で露光光が照明されることになる。また、投影光学系を大型化することなく、転写できるパターンの面積を大きくするため、最近ではスキャニングステッパ等の走査露光型の投影露光装置も多用されている。走査露光型の場合、レチクルは走査方向を短辺方向とする長方形状の照明領域で照明されるため、投影光学系中のレチクル及びウェハに近い光学部材は、主に非回転対称な領域が露光光に照明されることになる。
【０００４】
このような露光装置においては、球面収差等の高次成分の変動や非回転対称の変動が生じる虞がある。そこで、これらの収差変動を抑えるようにした投影露光装置が以下の特許文献１、特許文献２等で提案されている。更に、レチクルやレチクルパターンに応じて照明条件を変更した場合にも、投影光学系の結像特性を厳密に制御するようにした投影露光装置が以下の特許文献３等で提案されている。
【特許文献１】特開平１０−６４７９０号公報
【特許文献２】特開平１０−５０５８５号公報
【特許文献３】特開平６−４５２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近においては、例えば所定のライン・アンド・スペースパターンを主に含むレチクルパターンを転写するような場合に、照明光学系の瞳面上の光軸を挟む２つの領域のみを２次光源とするダイポール照明（２極照明）が用いられることがある。このダイポール照明は４極照明に比べて光量分布が大きく非回転対称になっているため、投影像に非回転対称な収差成分である光軸上での非点収差（以下、「センターアス」という）が発生する。また、ダイポール照明によってセンターアス以外の非回転対称な収差変動も生じる。
【０００６】
更に、レチクル上の長方形状の照明領域の更に一方の端部の領域のみが露光光で照明される場合、投影光学系のレチクル側及びウェハ側の光学部材において露光光の光量分布が更に大きく非回転対称となるため、非回転対称な収差成分が多く発生する。同様に、レチクルのパターン密度が特定の領域で特に低いような場合にも、投影光学系のレチクル側及びウェハ側の光学部材において露光光の光量分布が大きく非回転対称となるため、非回転対称な収差成分が発生する。
【０００７】
このような非回転対称な収差成分は、前述した結像特性補正機構を用いても補正することはできない。従って、レチクルやレチクルパターンに応じて照明条件を変更したときに、新たな照明条件の下で結像特性補正機構を用いて投影光学系の結像特性を制御したとしても投影光学系の非回転対称な収差成分を補正することはできない。このため、従来の技術では非対称な収差成分が生ずる投影光学系の結像特性を厳密に制御することはできなかった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、投影光学系の結像特性が所望の状態で露光や計測等の各種動作を実行することができる露光装置及び方法、並びに当該露光装置又は方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。特に、本発明は、投影光学系の非回転対称な収差が所望の状態で露光や計測などの各種動作を行うことができる露光装置及び方法、並び当該露光装置又は方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、基板（Ｗ）上に露光光（ＩＬ）を照射することによって、前記基板を露光する露光装置において、前記基板上にパターンの像を投影する投影光学系（ＰＬ）と、前記投影光学系の非回転対称収差が所定の許容値以下になるまで所定動作の実行を中止する制御システム（２０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、制御システムによって投影光学系ＰＬの非回転対称収差が所定の許容値以下になるまで所定動作の実行が中止される。
ここで、前記所定動作は、前記基板に対する露光動作、又は、前記投影光学系の像面に対する共役面における前記露光光の分布と、前記投影光学系の瞳面若しくはその共役面における前記露光光の分布との少なくとも一方の変更を含むことを特徴としている。
また、本発明の露光装置は、前記制御システムが、前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光の分布と前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光のエネルギーと前記投影光学系の非回転対称収差の変動量との関係を示す伝達関数を記憶する記憶部（３７）と、前記投影光学系の少なくとも一部に入射する光のエネルギー又は当該エネルギーに相当する量を計測する計測装置の計測結果と前記記憶部に記憶された前記伝達関数とに基づいて前記投影光学系の非回転対称収差を算出する算出部（３１）と、前記算出部により算出された前記投影光学系の非回転対称収差が前記所定の許容値以下であるか否かを判断する判断部（３６）とを備えることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の露光方法は、照明光（ＩＬ）をマスク（Ｒ）に照射し、前記マスクのパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光方法において、前記投影光学系の非回転対称収差が所定の許容値以下になるまで所定動作の実行を中止することを特徴としている。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置、又は上記の露光方法を用いてデバイスのパターンを物体（Ｗ）上に転写する工程（Ｓ４６）を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投影光学系の結像特性、特に非回転対称な収差が所望の状態で各種動作を実行することができる。
また、本発明によれば、微細なパターンを忠実に物体上に転写することができ、その結果として製造不良が低減されて高い歩留まりでデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による露光装置及び方法並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。
【００１２】
〔露光装置〕
図１は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置は、図１中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光装置である。
【００１３】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中に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。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷ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。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウェハＷを同期移動させる方向（走査方向）をＹ方向に設定している。
【００１４】
図１に示す露光装置は、露光光源１、照明光学系ＩＬＳ、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウェハステージＷＳＴ、及び制御システムとしての主制御系２０を含んで構成されている。露光光源１は、例えばＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）である。尚、露光光源１としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等も使用することができる。
【００１５】
露光時に露光光源１からパルス発光された露光光ＩＬは、不図示のビーム整形光学系等を経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としての第１フライアイレンズ２に入射して、照度分布が均一化される。第１フライアイレンズ２から射出された露光光ＩＬは、不図示のリレーレンズ及び振動ミラー３を経てオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ４に入射して、照度分布が更に均一化される。振動ミラー３は、レーザ光である露光光ＩＬのスペックルの低減、及びフライアイレンズによる干渉縞の低減のために使用される。尚、フライアイレンズ２，４の代わりに、回折光学素子(ＤＯＥ：Diffractive Optical Element)又は内面反射型インテグレータ（ロッドレンズ等）等を使用することもできる。
【００１６】
第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面（照明光学系ＩＬＳの瞳面）には、露光光の光量分布（２次光源）を小さい円形（小σ照明）、通常の円形、複数の偏心領域（２極及び４極照明）、並びに輪帯状等のうちの何れかに設定して照明条件を決定するための照明系開口絞り部材５が、駆動モータ５ｃによって回転自在に配置されている。装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系２０が、駆動モータ５ｃを介して照明系開口絞り部材５の回転角を制御することによって照明条件を設定する。
【００１７】
図１に示す状態では、照明系開口絞り部材５の複数の開口絞り（σ絞り）のうちの、光軸を中心として対称に２つの円形開口が形成された第１のダイポール照明（２極照明）用の開口絞り５ａ、及びこの開口絞り５ａを９０°回転した形状の第２のダイポール照明用の開口絞り５ｂが図示されている。そして、第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面には、第１のダイポール照明用の開口絞り５ａが設置されている。尚、本例においては、照明系開口絞り部材５ａを用いて照明光学系ＩＬＳの瞳面での光量分布の調整を行っているが、米国特許６，５６３，５６７に開示されているような他の光学部材を用いて照明光学系ＩＬＳの瞳面での光量分布の調整を行ってもよい。
【００１８】
照明系開口絞り部材５中の開口絞り５ａを通過した露光光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッタ６に入射し、ビームスプリッタ６で反射された露光光は、集光レンズ（不図示）を介してインテグレータセンサ７に受光される。インテグレータセンサ７の検出信号は主制御系２０に供給されおり、この検出信号に基づいて主制御系２０は、露光光源１の出力を制御すると共に、必要に応じて不図示の減光機構を用いて露光光ＩＬのパルスエネルギーを段階的に制御する。
【００１９】
ビームスプリッタ６を透過した露光光ＩＬは、不図示のリレーレンズを経て視野絞り９の開口上に入射する。視野絞り９は、実際には固定視野絞り（固定ブラインド）及び可動視野絞り（可動ブラインド）から構成されている。後者の可動視野絞りは、レチクルＲのパターン面（レチクル面）とほぼ共役な面に配置され、前者の固定視野絞りは、そのレチクル面との共役面から僅かにデフォーカスした面に配置されている。固定視野絞りは、レチクルＲ上の照明領域の形状を規定するために使用される。尚、ここでは固定視野絞りがレチクル面との共役面から僅かにデフォーカスしている場合を例に挙げて説明するが、共役面に配置されていても良い。可動視野絞りは、露光対象の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、レチクルＲ（又は、ウェハ）と同期して動き、その照明領域を遮るために使用される。また、固定視野絞りは走査露光のときに動かないけれども、必要に応じて照明領域の走査方向及び非走査方向の中心及び幅を規定するためにも使用される。
【００２０】
視野絞り９の開口を通過した露光光ＩＬは、不図示のコンデンサレンズ、光路折り曲げ用のミラー１０、及びコンデンサレンズ１１を経て、レチクルＲのレチクル面の照明領域を均一な照度分布で照明する。視野絞り９（固定視野絞り）の開口の通常の形状は、縦横比が１：３から１：４程度の長方形である。従って、視野絞り９の開口とほぼ共役なレチクルＲ上の照明領域の通常の形状も長方形である。
【００２１】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、フォトレジストが塗布されたウェハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影される。その露光領域は、投影光学系ＰＬに関してレチクルＲ上の照明領域と共役な長方形の領域である。ウェハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。
【００２２】
露光光ＩＬの一部はウェハＷで反射され、その反射光は投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、コンデンサレンズ１１、ミラー１０、及び視野絞り９を順次経てビームスプリッタ６に戻り、ビームスプリッタ６で更に反射された光が集光レンズ（不図示）を介して反射量センサ（反射率モニタ）８で受光される。反射量センサ８の検出信号は主制御系２０に供給されている。また、投影光学系ＰＬの外部（例えば、投影光学系ＰＬの±Ｘ側及び±Ｙ側の計４箇所）には、気圧及び温度を計測するための環境センサ１２が配置されており、各環境センサ１２で計測された計測データも主制御系２０に供給されている。
【００２３】
露光光源１、フライアイレンズ２，４、ミラー３，９、照明系開口絞り部材５、視野絞り９、及びコンデンサレンズ１１等から照明光学系ＩＬＳが構成されている。照明光学系ＩＬＳは更に気密室としての不図示のサブチャンバに覆われている。露光光ＩＬに対する透過率を高く維持するために、そのサブチャンバ内及び投影光学系ＰＬの鏡筒内には、不純物を高度に除去したドライエアー（露光光がＡｒＦエキシマレーザの場合には窒素ガス、ヘリウムガス等も使用される）が供給されている。
【００２４】
また、本実施形態の投影光学系ＰＬは屈折系であり、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材は、光軸ＡＸを中心として回転対称な石英（露光光がＡｒＦエキシマレーザの場合には蛍石等も使用される）よりなる複数のレンズ、及び石英よりなる平板状の収差補正板等を含んでいる。そして、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ（照明光学系ＩＬＳの瞳面と共役な面）には開口絞り１３が配置され、その瞳面ＰＰの近傍に所定の光学部材としてのレンズＬが配置されている。このレンズＬには、露光光ＩＬとは異なる波長域の非回転対称の収差補正用の照明光が照射される（詳細後述）。また、投影光学系ＰＬには、回転対称な収差を補正するための結像特性補正機構１４が組み込まれており、主制御系２０が、制御部１５を介して結像特性補正機構１４の動作を制御する。
【００２５】
図２は、結像特性補正機構１４の一例を示す図である。図２において、投影光学系ＰＬの鏡筒内で、複数の光学部材中から選択された例えば５枚のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５がそれぞれ３個の光軸方向に独立に伸縮自在の駆動素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅを介して保持されている。レンズＬ１〜Ｌ５の前後には固定された不図示のレンズや収差補正板も配置されている。この場合、３個の駆動素子１４ａ（図２では２個のみを図示している）は、ほぼ正３角形の頂点となる位置関係で配置されており、同様に他の３個ずつの駆動素子１４ｂ〜１４ｅもそれぞれほぼ正三角形の頂点となる位置関係で配置されている。伸縮自在の駆動素子１４ａ〜１４ｅとしては、例えばピエゾ素子のような圧電素子、磁歪素子、又は電動マイクロメータ等を使用することができる。制御部１５が、主制御系２０からの制御情報に基づいて３個ずつの駆動素子１４ａ〜１４ｅの伸縮量を独立に制御することによって、５枚のレンズＬ１〜Ｌ５のそれぞれの光軸方向の位置、及び光軸に垂直な直交する２軸の回りの傾斜角を独立に制御することができる。これによって、投影光学系ＰＬの結像特性中の所定の回転対称な収差を補正することができる。
【００２６】
例えば、レチクル又はウェハに近い位置のレンズＬ１，Ｌ５の光軸方向の位置や傾斜角を制御することによって、例えば歪曲収差（倍率誤差を含む）等を補正することができる。また、例えば投影光学系ＰＬの瞳面に近い位置のレンズＬ３の光軸方向の位置を制御することによって、球面収差等を補正することができる。尚、図２の駆動対象のレンズＬ３は、図１の投影光学系ＰＬ内の収差補正用の照明光が照射されるレンズＬと同一であってもよい。このように投影光学系ＰＬ内のレンズ等を駆動する機構については、例えば特開平４−１３４８１３号公報にも開示されている。また、投影光学系ＰＬ内の光学部材の代わりに、又はその光学部材と共に、図１のレチクルＲの光軸方向の位置を制御して、所定の回転対称な収差を補正してもよい。更に、図１の結像特性補正機構１４としては、例えば特開昭６０−７８４５４号公報に開示されているように、投影光学系ＰＬ内の所定の２つのレンズ間の密閉された空間内の気体の圧力を制御する機構を用いてもよい。
【００２７】
図１に戻り、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは不図示のレチクルベース上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び回転角は、この上に設けられた移動鏡（不図示）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値が主制御系２０に供給されている。
【００２８】
投影光学系ＰＬの上部側面には、レチクルＲのパターン面（レチクル面）に斜めにスリット像を投影し、そのレチクル面からの反射光を受光してそのスリット像を再結像し、そのスリット像の横ずれ量からレチクル面のＺ方向への変位を検出する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、「レチクル側ＡＦセンサ」と言う）１６が配置されている。レチクル側ＡＦセンサ１６による検出情報は、主制御系２０に供給されている。また、レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。
【００２９】
一方、ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺチルトステージ１７上に吸着保持され、Ｚチルトステージ１７はウェハステージＷＳＴ上に固定され、ウェハステージＷＳＴは不図示のウェハベース上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動する。また、Ｚチルトステージ１７は、ウェハＷのＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の回りの傾斜角を制御する。ウェハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び回転角は、レーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値が主制御系２０に供給されている。主制御系２０は、その計測値及び各種制御情報に基づいてウェハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。
【００３０】
投影光学系ＰＬの下部側面には、ウェハＷの表面（ウェハ面）に斜めに複数のスリット像を投影し、そのウェハ面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像し、それらのスリット像の横ずれ量からウェハ面のＺ方向への変位（デフォーカス量）及び傾斜角を検出する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、「ウェハ側ＡＦセンサ」と言う）１８が配置されている。ウェハ側ＡＦセンサ１８による検出情報は、主制御系２０に供給されており、主制御系２０は、レチクル側ＡＦセンサ１６及びウェハ側ＡＦセンサ１８の検出情報に基づいて、常時ウェハ面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ１７を駆動する。
【００３１】
また、Ｚチルトステージ１７上のウェハＷの近くには、露光光ＩＬの露光領域の全体を覆う受光面を備えた光電センサよりなる照射量センサ１９が固定され、照射量センサ１９の検出信号が主制御系２０に供給されている。露光開始前又は定期的に、照射量センサ１９の受光面を投影光学系ＰＬの露光領域に移動した状態で露光光ＩＬを照射して、照射量センサ１９の検出信号をインテグレータセンサ７の検出信号で除算することによって、主制御系２０は、ビームスプリッタ６から照射量センサ１９（ウェハＷ）までの光学系の透過率を算出して記憶する。また、Ｚチルトステージ１７上には、投影光学系ＰＬの収差を測定する収差測定装置２１が設けられている。収差測定装置２１は、例えば特開２００２―１４００５号公報（対応米国特許公開２００２／００４１３７７号）に開示されているような空間像センサを用いることができる。この収差測定装置２１の測定結果は、主制御系２０に供給されている。
【００３２】
更に、ウェハステージＷＳＴの上方には、ウェハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ（不図示）が配置されており、上記のレチクルアライメント顕微鏡及びそのアライメントセンサの検出結果に基づいて、主制御系２０はレチクルＲのアライメント及びウェハＷのアライメントを行う。露光時には、レチクルＲ上の照明領域に露光光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウェハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、ウェハステージＷＳＴを駆動してウェハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。この動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウェハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。
【００３３】
〔主制御系の内部構成〕
図３は、主制御系２０の内部構成、及び主制御系２０と各種信号の授受を行う装置を示すブロック図である。図３に示す通り主制御系２０は、結像特性演算部３１、結像特性制御部３２、露光量制御部３３、ステージ制御部３４、Ｚチルトステージ制御部３５、コントローラ３６、及びメモリ３７を含んで構成される。
【００３４】
結像特性演算部３１は、インテグレータセンサ７及び反射量センサ８の検出信号を用いて、レチクルＲから投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの積算エネルギー、及びウェハＷで反射されて投影光学系ＰＬに戻る露光光ＩＬの積算エネルギーを算出する。この結像特性演算部３１には、コントローラ３６から露光中の照明条件の情報も供給されている。また、結像特性演算部３１は、照明条件、露光光ＩＬの積算エネルギー、及び環境センサ１２から供給される周囲の気圧、温度等の情報を用いて、投影光学系ＰＬの結像特性中の回転対称な収差成分及び非回転対称な収差成分の変動量を算出する。
【００３５】
ここで、結像特性演算部３１が投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量を算出する場合には、コントローラ３６によってメモリ３７から読み出された伝達関数（詳細は後述する）を用いて算出する。更に、収差測定装置２１から測定結果が出力された場合には、その測定結果から投影光学系ＰＬの結像特性中の回転対称な収差成分及び非回転対称な収差成分の変動量を算出する。
【００３６】
結像特性制御部３２は、結像特性演算部３１で算出された投影光学系ＰＬの収差成分の変動量に基づいて、制御部１５を介して結像特性補正機構１４の動作を制御し、又は後述する非露光光照射機構４０の動作を制御し、常に所望の結像特性が得られるように投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を抑制する。結像特性補正機構１４により投影光学系ＰＬの結像特性を補正する場合には、主制御系２０内の結像特性制御部３２からの制御情報に基づいて、制御部１５が３個ずつの駆動素子１４ａ〜１４ｅの伸縮量を独立に制御することによって、５枚のレンズＬ１〜Ｌ５のそれぞれの光軸方向の位置、及び光軸に垂直な直交する２軸の回りの傾斜角を独立に制御し、これによって、投影光学系ＰＬの結像特性中の所定の回転対称な収差が補正される。尚、非露光光照射機構４０による投影光学系ＰＬの結像特性の補正方法についての詳細は後述する。
【００３７】
露光量制御部３３は、インテグレータセンサ７の検出信号と予め計測されているビームスプリッタ６からウェハＷまでの光学系の透過率とを用いてウェハＷ上での露光エネルギーを間接的に算出する。ここで、ビームスプリッタ６からウェハＷまでの光学系の透過率は、露光開始前又は定期的に、照射量センサ１９の受光面を投影光学系ＰＬの露光領域に移動した状態で露光光ＩＬを照射して、照射量センサ１９の検出信号をインテグレータセンサ７の検出信号で除算することによって求める。また、露光量制御部３３は、ウェハＷ上での積算露光エネルギーが目標範囲内に収まるように、露光光源１の出力を制御すると共に、必要に応じて不図示の減光機構を用いて露光光ＩＬのパルスエネルギーを段階的に制御する。
【００３８】
ステージ制御部３４は、レチクルステージＲＳＴ上に設けられた不図示のレーザ干渉計の計測値と各種制御情報とに基づいて、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。また、ウェハステージＷＳＴ上に設けられた不図示のレーザ干渉計の計測値と各種制御情報とに基づいて、ウェハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。また、Ｚチルトステージ制御部３５は、レチクル側ＡＦセンサ１６及びウェハ側ＡＦセンサ１８の検出情報に基づいて、常時ウェハ面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ１７を駆動する。
【００３９】
コントローラ３６は、結像特性演算部３１、結像特性制御部３２、露光量制御部３３、ステージ制御部３４、及びＺチルトステージ制御部３５を制御することで、露光装置の全体的な動作を制御する。詳細は後述するが、コントローラ３６は、結像特性演算部３１で算出される投影光学系ＰＬの非回転対称収差が予め設定された許容値以下になるまで、所定の動作の実行を中止する制御を行う。
【００４０】
例えば、投影光学系ＰＬの非回転対称収差が予め設定された許容値以下になるまでウェハＷに対する露光動作を中断し、又は投影光学系ＰＬの非回転対称収差が予め設定された許容値以下になるまで照明条件等の変更を遅らせる制御を行う。ここにいう、照明条件等の変更とは、投影光学系ＰＬの像面に対する共役面（視野絞り９が配置されている面又はレチクル面等）における露光光ＩＬの分布の変更、及び投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ又はその共役面（照明系開口絞り部材５が配置されている位置等）における露光光ＩＬの分布の変更を含む。
【００４１】
メモリ３７は、投影光学系ＰＬの少なくとも一部に入射する光の分布と投影光学系ＰＬの少なくとも一部に入射する光のエネルギーと投影光学系ＰＬの非回転対称収差の変動量との関係を示す伝達関数を記憶する。また、メモリ３７は上記のウェハＷに対する露光動作を中断するか否か、又は照明条件等の切り換えを行うか否かを判断するための許容値を記憶する。尚、ここでは投影光学系ＰＬの非回転対称収差に関する伝達関数を主として説明するが、投影光学系ＰＬの回転対称収差に関する伝達関数もメモリ３７に記憶されていても良い。
【００４２】
メモリ３７に記憶される伝達関数の一般式は、例えば以下の（１）式で表される。
【数１】
2006073584.tif 000003
但し、
Ｆ  ：露光光吸収によるフォーカス変化量
Δｔ：露光光吸収によるフォーカス変化量の計算間隔
Ｔｋ ：露光光吸収によるフォーカス変化時定数
Ｆｋ ：露光光吸収による時刻Δｔ前のフォーカス変化時定数
Ｃｋ ：露光光吸収に対するフォーカス変化率の時定数
Ｒｗ ：ウェハ反射率
α  ：ウェハ反射率依存性
Ｑ  ：露光光の入射エネルギー
【００４３】
上記（１）に示す伝達関数は、投影光学系ＰＬに露光光ＩＬを照射したときのフォーカス変動量を示す伝達関数である。照明条件（投影光学系ＰＬに対する露光光ＩＬの入射条件）に応じて上記（１）式中の変数Ｑを変えることにより、投影光学系ＰＬの非回転対称収差の変動量を求めることができる。詳細は後述するが、ダイポール照明を行う場合には、投影光学系ＰＬの瞳面においてＸ方向の異なる２箇所又はＹ方向の異なる２箇所に集中的に露光光ＩＬが照明されるため、投影光学系ＰＬの瞳面近傍に設けられたレンズＬのＸ方向における曲率及びＹ方向における曲率が変化する。よって、照明条件に応じてＸ方向のフォーカス変動量とＹ方向のフォーカス変動量とを求めることによりセンターアスが求められることになる。
【００４４】
〔非回転対称な収差成分の説明〕
以上、本発明の露光装置の概略構成について説明したが、次にダイポール照明を行った際に投影光学系で生ずる非回転対称な収差成分について説明する。図４及び図５は、ダイポール照明を行った際に生ずるレンズの形状変化を説明するための図である。まず、Ｘ方向に対応する方向に離れた２つの開口を持つ開口絞り５ａが第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に配置される場合には、レチクルＲに形成されている主な転写用のパターンは、一例として図４（ａ）に拡大して示す通り、Ｙ方向に細長いラインパターンをＸ方向（非走査方向）にほぼ投影光学系ＰＬの解像限界に近いピッチで配列してなるＸ方向のライン・アンド・スペースパターン（以下、「Ｌ＆Ｓパターン」と言う）ＰＶである。この際に、レチクルＲ上には通常、Ｌ＆ＳパターンＰＶよりも大きい配列ピッチで配列方向がＸ方向及びＹ方向（走査方向）の別の複数のＬ＆Ｓパターン等も形成されている。
【００４５】
開口絞り５ａを用いるＸ方向のダイポール照明では、レチクルが無いものとすると、図４（ｂ）に示す通り、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰにおいて、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対称な２つの円形領域ＩＲｘを露光光ＩＬが照明する。また、露光光ＩＬの光路に種々のレチクルパターンが配置された場合にも、通常は０次光の光量が回折光の光量に比べてかなり大きいと共に、回折角も小さいため、露光光ＩＬ（結像光束）の大部分は円形領域ＩＲｘ又はその近傍を通過する。従って、露光を継続すると、その瞳面ＰＰ近傍のレンズＬの温度分布は、光軸をＸ方向に挟む２つの円形領域ＩＲｘで最も高くなり、その周辺の領域に向かって次第に低くなる分布となり、この温度分布に応じてレンズＬは熱膨張（熱変形）する。
【００４６】
この場合、レンズＬをＹ方向及びＸ方向に見て変化を誇張した側面図はそれぞれ図４（ｃ），（ｄ）のようになる。これらの図において、露光光吸収前のレンズＬの面形状を面Ａとすると、露光光吸収後の熱膨張した面Ｂは、Ｘ軸に沿った方向（図４（ｃ））では、広い範囲に亘って光軸を挟む２つの凸部ができるために屈折力が低下し、Ｙ軸に沿った方向（図４（ｄ））では局所的に中央部に１つの凸部ができるため屈折力が増加する。このように、Ｘ方向とＹ方向との屈折力に差が生ずるとセンターアスが生ずる。図６は、ダイポール照明により生ずるセンターアスを示す図である。図６に示す通り、投影光学系ＰＬの像面は、Ｘ方向に開いた光束に対しては屈折力が低下するために下方（−Ｚ方向）の像面ＩＶとなり、Ｙ方向に開いた光束に対しては屈折力が増加するために上方（＋Ｚ方向）の像面ＩＨとなる。従って、光軸上での非点収差であるセンターアスΔＺが発生する。尚、このセンターアスΔＺは、上記の（１）式に示す伝達関数を用いて算出することができる。
【００４７】
センターアスが生じている状態で、仮にレチクルＲ上にＸ方向のＬ＆ＳパターンＰＶの他に、Ｙ方向に所定ピッチ（このピッチは通常はＬ＆ＳパターンＰＶのピッチよりも大きい）で配列されたＹ方向のＬ＆Ｓパターン（図示省略）が形成されているものとすると、Ｘ方向のＬ＆ＳパターンＰＶを通過した露光光はＸ方向に拡がり、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターンを通過した露光光はＹ方向に拡がる。従って、Ｘ方向のＬ＆ＳパターンＰＶの像は図６の下方の像面ＩＶに形成され、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターンの像は図６の上方の像面ＩＨに形成されるため、仮にウェハ面を像面ＩＶに合わせ込むと、Ｘ方向のＬ＆ＳパターンＰＶの像は高解像度で転写されるが、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターンの像にはデフォーカスによるぼけが発生してしまう。
【００４８】
一方、図５（ａ）に拡大して示す通り、レチクルＲ上に主にＸ方向に細長いラインパターンをＹ方向（走査方向）にほぼ投影光学系ＰＬの解像限界に近いピッチで配列してなるＹ方向のＬ＆ＳパターンＰＨが形成されているものとする。この場合には、図１の照明光学系ＩＬＳの瞳面には開口絞り５ａを９０°回転した形状の開口絞り５ｂが設定される。この開口絞り５ｂを用いるＹ方向のダイポール照明では、レチクルが無いものとすると、図５（ｂ）に示す通り、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰにおいて、光軸ＡＸを挟んでＹ方向に対称な２つの円形領域ＩＲｙを露光光ＩＬが照明する。この際に、露光光ＩＬの光路に種々のレチクルパターンが配置されても、通常は大部分の露光光ＩＬ（結像光束）は円形領域ＩＲｙ及びその近傍を通過する。そして、露光光ＩＬの光路中に図５（ａ）のレチクルＲが配置されると、解像限界に近いピッチのＬ＆ＳパターンＰＨからの±１次回折光もほぼ円形領域ＩＲｙ又はその近傍を通過するため、そのＬ＆ＳパターンＰＨの像は高解像度でウェハＷ上に投影される。
【００４９】
この場合、図１の投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰの近傍のレンズＬに入射する露光光ＩＬの光量分布もほぼ図５（ｂ）の光量分布になる。従って、露光を継続すると、その瞳面ＰＰ近傍のレンズＬの温度分布は、光軸をＹ方向に挟む２つの円形領域ＩＲｙで最も高くなり、その周辺の領域に向かって次第に低くなる分布となり、その分布に応じてレンズＬは熱膨張する。そのため、投影光学系ＰＬの像面は、図４の場合とはほぼ逆に、Ｘ方向に開いた光束に対しては屈折力が増加するために上方の像面ＩＨの近傍となり、Ｙ方向に開いた光束に対しては屈折力が低下するために下方の像面ＩＶの近傍となり、図６の場合と逆符号でほぼ同じ大きさのセンターアスが発生する。尚、レチクルＲがＸ方向（非走査方向）を長手方向とする長方形の照明領域で照明されているため、その照明領域に起因するセンターアスも図６のセンターアスと同じ符号で常に僅かに発生している。これに対して、図５（ｂ）のダイポール照明で発生するセンターアスは、その長方形の照明領域に起因するセンターアスとは符号が逆になり、全体としてのセンターアスは図４（ｂ）のダイポール照明を用いる場合よりも僅かに小さくなる。
【００５０】
これらのセンターアスは、非回転対称な収差であると共に、ダイポール照明によって他の非回転対称な収差（Ｘ方向とＹ方向との投影倍率差等）も発生するが、これらの非回転対称な収差は、図１の結像特性補正機構１４では実質的に補正できない。また、他の非回転対称な照明条件を用いた場合にも、非回転対称な収差が発生する。更に、投影光学系ＰＬの開口数と照明光学系ＩＬＳの開口数との比を表す照明σの値を、例えば０．４以下にする小σ照明を行う場合のように、照明光学系の瞳面（投影光学系ＰＬの瞳面）での露光光ＩＬの光量分布が半径方向に大きく変化する場合には、結像特性補正機構１４では良好に補正しきれない高次の球面収差等の高次の回転対称な収差が発生する虞もある。そこで、本実施形態の露光装置では、その非回転対称な収差又は高次の回転対称な収差を補正するために、図１において、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ付近のレンズＬに露光光ＩＬとは異なる波長域の収差補正用の照明光（以下、「非露光光」と言う）ＬＢを照射する非露光光照射機構４０を備えている。以下、その非露光光ＬＢをレンズＬに照射するための非露光光照射機構４０の構成、及びその収差の補正動作について詳細に説明する。
【００５１】
〔非露光光照射機構〕
本実施形態では、非露光光ＬＢとして、ウェハＷに塗布されたフォトレジストを殆ど感光しない波長域の光を使用する。このため、非露光光ＬＢとして、一例として炭酸ガスレーザ（ＣＯ２レーザ）からパルス発光される例えば波長１０．６μｍの赤外光を使用する。尚、ＣＯ２レーザとして連続光を用いてもよい。この波長１０．６μｍの赤外光は、石英の吸収性が高く、投影光学系ＰＬ中の１枚のレンズによってほぼ全て（望ましくは９０％以上）吸収されるため、他のレンズに対して影響を与えることなく収差を制御するために使用し易いという利点がある。また、本実施形態のレンズＬに照射された非露光光ＬＢは、９０％以上が吸収されるように設定されている。尚、非露光光ＬＢとしては、上記の赤外光以外にＹＡＧレーザ等の固体レーザ光から射出される波長１μｍ程度の近赤外光、又は半導体レーザから射出される波長数μｍ程度の赤外光等も使用することができる。即ち、非露光光ＬＢを発生する光源は、非露光光ＬＢが照射される光学部材（レンズ等）の材料などに応じて最適なものを採用することができる。尚、図１等において、レンズＬは凸レンズのように描かれているが、凹レンズであってもよい。
【００５２】
図１の非露光光照射機構４０において、光源系４１から射出された非露光光ＬＢは、ミラー光学系４２によって複数（本実施形態では８個）の光路及び光電センサ４３に向かう一つの光路に分岐される。光電センサ４３で検出される非露光光ＬＢの光量に対応する検出信号は、光源系４１にフィードバックされている。また、その複数の光路の内の２つの光路の非露光光ＬＢが、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように配置された２つの照射機構４４ａ，４４ｂを介してそれぞれ非露光光ＬＢａ，ＬＢｂとしてレンズＬに照射される。
【００５３】
図７は、非露光光照射機構４０の詳細な構成例を示す上面図である。図７において、図１の光源系４１は、光源４１ａ及び制御部４１ｂから構成されている。光源４１ａから射出された非露光光ＬＢは、それぞれ非露光光ＬＢの光路を９０°折り曲げる状態（閉じた状態）と非露光光ＬＢをそのまま通過させる状態（開いた状態）との何れかに高速に切り換えることができる可動ミラーとしてのガルバノミラー４５ｇ，４５ｃ，４５ｅ，４５ａ，４５ｈ，４５ｄ，４５ｆ，４５ｂを経て光電センサ４３に入射し、光電センサ４３の検出信号が制御部４１ｂに供給されている。ガルバノミラー４５ａ〜４５ｈが図１のミラー光学系４２に対応する。制御部４１ｂは、主制御系２０からの制御情報に応じて光源４１ａの発光のタイミング、出力、及びガルバノミラー４５ａ〜４５ｈの開閉を制御する。
【００５４】
また、８個のガルバノミラー４５ａ〜４５ｈで順次光路が折り曲げられた非露光光ＬＢは、それぞれ光ファイバー束４６ａ〜４６ｈ（又は金属管等も使用できる）を介して照射機構４４ａ〜４４ｈに導かれている。８個の照射機構４４ａ〜４４ｈは同一構成であり、その内の照射機構４４ａ，４４ｂは、集光レンズ４７と、所定の低い反射率を有するビームスプリッタ４８と、光ファイバー束又はリレーレンズ系等からなる光ガイド部４９と、集光レンズ５１と、集光レンズ４７及び光ガイド部４９をビームスプリッタ４８に固定する保持枠５０とを備えている。
【００５５】
非露光光ＬＢは、照射機構４４ａ，４４ｂからそれぞれ非露光光ＬＢａ，ＬＢｂとして投影光学系ＰＬ内のレンズＬに照射される。この場合、第１の一対の照射機構４４ａ，４４ｂと、第２の一対の照射機構４４ｃ，４４ｄとは、それぞれ投影光学系ＰＬをＸ方向及びＹ方向に挟むように対向して配置されている。そして、第３の一対の照射機構４４ｅ，４４ｆと、第４の一対の照射機構４４ｇ，４４ｈとは、それぞれ照射機構４４ａ，４４ｂと照射機構４４ｃ，４４ｄとを投影光学系ＰＬの光軸を中心として時計回りに４５°回転した角度で配置されている。そして、非露光光ＬＢは、照射機構４４ｃ〜４４ｈからそれぞれ非露光光ＬＢｃ〜ＬＢｈとして投影光学系ＰＬ内のレンズＬに照射される。
【００５６】
一対の非露光光ＬＢａ，ＬＢｂがレンズＬ上に照射される領域は、ほぼ図４（ｂ）の光軸ＡＸをＸ方向に挟む対称な円形領域ＩＲｘであり、一対の非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄがレンズＬ上に照射される領域は、ほぼ図５（ｂ）の光軸ＡＸをＹ方向に挟む対称な円形領域ＩＲｙである。また、非露光光ＬＢｅ，ＬＢｆ、及び非露光光ＬＢｇ，ＬＧｈがレンズＬ上で照射される領域は、それぞれ図４（ｂ）の対称な円形領域ＩＲｘ、及び図５（ｂ）の対称な円形領域ＩＲｙを光軸ＡＸを中心として時計回りに４５°回転した領域である。尚、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈが照射される光学部材、並びにその光学部材上での非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの照射領域の形状及びサイズは、実験やシミュレーションによりできるだけ非回転対称な収差が低減されるように決定される。
【００５７】
また、照射機構４４ａ〜４４ｈの各ビームスプリッタ４８で反射された一部の非露光光をそれぞれ受光する光電センサ５２ａ〜５２ｈが設けられており、８個の光電センサ５２ａ〜５２ｈの検出信号も制御部４１ｂに供給されている。制御部４１ｂは、光電センサ５２ａ〜５２ｈの検出信号によって、照射機構４４ａ〜４４ｈから投影光学系ＰＬ内のレンズＬに照射される直前の非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの光量を正確にモニタすることができ、このモニタ結果に基づいて非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの照射量の各々が例えば主制御系２０によって指示された値になるようにする。投影光学系ＰＬの直前で、光電センサ５２ａ〜５２ｈによって非露光光ＬＢの照射量を計測することによって、光ファイバー束４６ａ〜４６ｈの長さ（光路長）が様々であっても、更に光学系等の経時変化の影響を受けることなく、レンズＬに照射される非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの照射量を正確にモニタできる。
【００５８】
図８は、投影光学系ＰＬの一部を断面とした正面図である。図８（ａ）に示す通り、照射機構４４ａ，４４ｂは、それぞれ投影光学系ＰＬの鏡筒のフランジ部Ｆ内に設けられた開口Ｆａ，Ｆｂ内に、レンズＬに向かって僅かに斜め下方に傾斜するように配置されている。そして、照射機構４４ａ，４４ｂから射出される非露光光ＬＢａ，ＬＢｂは、露光光ＩＬの光路に斜めに交差する方向にレンズＬに入射する。図７の他の照射機構４４ｃ〜４４ｈも同様に、図８（ａ）のフランジ部Ｆ内の開口に同じ傾斜角で配置されており、それらからの非露光光ＬＢｃ〜ＬＢｈも露光光ＩＬの光路に斜めに交差する方向にレンズＬに入射する。これによって、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈのレンズＬ内での光路が長くなり、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈはレンズＬ内で殆どが吸収されると共に、投影光学系ＰＬから殆ど射出されなくなる。尚、投影光学系ＰＬの一部の光学部材（レンズＬ）のレンズ面、即ち露光光ＩＬが入射（或いは射出）し得る領域に、投影光学系ＰＬの他の光学部材を介さずに非露光光ＬＢを照射しているので、レンズＬの温度分布を、更には投影光学系ＰＬの結像特性（非回転対称な収差）をより効果的に調整することが可能である。
【００５９】
尚、図８（ｂ）は図８（ａ）の変形例であり、この図８（ｂ）に示す通り、照射機構４４ａ，４４ｂ（他の照射機構４４ｃ〜４４ｈも同様）を、それぞれ投影光学系ＰＬの鏡筒のフランジ部Ｆ内に設けられた開口Ｆｃ，Ｆｄ内に、レンズＬに向かって僅かに斜め上方に傾斜するように配置して、非露光光ＬＢａ，ＬＢｂでレンズＬの底面側を照明してもよい。この場合には、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの投影光学系ＰＬのウェハＷ側から漏れ出る量を更に低減することができる。
【００６０】
図７に戻り、光源系４１ａ、制御部４１ｂ、ガルバノミラー４５ａ〜４５ｈ、光ファイバー束４６ａ〜４６ｈ、照射機構４４ａ〜４４ｈ、及び光電センサ５２ａ〜５２ｈから非露光光照射機構４０が構成されている。そして、例えば２つのＸ方向の非露光光ＬＢａ，ＬＢｂのみをレンズＬに照射する場合には、ガルバノミラー４５ａ〜４５ｈを全部開いた状態（非露光光ＬＢを通過させる状態）から、ガルバノミラー４５ａを所定時間だけ閉じる動作（非露光光ＬＢを反射する状態）とガルバノミラー４５ｂを所定時間だけ閉じる動作とを交互に繰り返せばよい。収差への影響が無い十分短い時間（例えば１ｍｓｅｃ）でガルバノミラーを切り換えることにより、収差への影響を無くすことができる。また、非露光光ＬＢはパルス光であるため、ガルバノミラー４５ａ〜４５ｈの開閉動作は所定パルス数を単位として行ってもよい。同様に、２つのＹ方向の非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄのみをレンズＬに照射する場合には、ガルバノミラー４５ｃを所定時間だけ閉じる動作とガルバノミラー４５ｄを所定時間だけ閉じる動作とを交互に繰り返せばよい。このようにガルバノミラー４５ａ〜４５ｈを用いることによって、非露光光ＬＢの光量損失が殆ど無い状態でレンズＬに効率的に照射することができる。
【００６１】
尚、図７の構成例では、レンズＬ上の８箇所の領域を非露光光ＬＢで照明できるようにしているが、例えばレンズＬ上のＸ方向及びＹ方向の４箇所の領域のみを非露光光ＬＢで照明できるようにしても、通常の用途で発生する殆どの収差を補正することができる。また、ガルバノミラー４５ａ〜４５ｈを用いる代わりに、例えば固定のミラー及びビームスプリッタを組み合わせて非露光光ＬＢを８個の光束に分岐し、これらの光束をシャッタを用いて開閉してもよい。この構成では、複数箇所を同時に非露光光ＬＢで照射することができる。更に、光源として例えば炭酸ガスレーザ又は半導体レーザを用いる場合には、レンズＬ上で必要な照射領域の個数（図７では８個）だけその光源を用意し、それらの光源の発光のオン・オフ若しくはシャッタによってレンズＬ上の照射領域を直接制御してもよい。
【００６２】
次に、上記構成における非露光光照射機構４０を用いて投影光学系の非回転対称な収差を補正する方法について説明する。尚、ここでは、ダイポール照明の場合に生ずるセンターアスを補正する場合を例に挙げて説明する。図９は、非露光光照射機構を用いた投影光学系の非回転対称な収差の補正方法の一例を説明するための図である。図４（ｂ）に示す通り、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ上で光軸ＡＸをＸ方向に対称に挟む２つの円形領域ＩＲｘに露光光ＩＬが照射される場合には、レンズＬ上の光軸ＡＸをＸ方向に対称に挟む領域ＩＲｘ及びその近傍の領域に露光光ＩＬが照射される。図９（ａ）に示す通り、本実施形態では、ほぼその領域ＩＲｘを光軸ＡＸの回りに９０°回転した領域である、レンズＬ上でほぼ光軸ＡＸをＹ方向に対称に挟む円形領域ＬＲｃ，ＬＲｄにそれぞれ図７に示した非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄをそれぞれ照射する。尚、その非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄ（他の非露光光も同様）の照射領域の形状やサイズは、例えば、図７において照射機構４４ｃ，４４ｄ内でのレンズ５１の位置を光軸方向に可動とすることによって変えることも可能である。
【００６３】
露光光ＩＬの照射領域を９０°回転した領域を非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄで照射することにより、レンズＬの温度分布は領域ＩＲｘ及び領域ＬＲｃ，ＬＲｄで高くなり、それから離れるに従って次第に低くなる分布となる。図９において、Ｘ軸及びＹ軸の原点を光軸ＡＸとすると、レンズＬの光軸ＡＸ及びＸ軸を含む面内の非走査方向に沿った断面図、及び光軸ＡＸ及びＹ軸を含む面内の走査方向に沿った断面図は共に図９（ｂ）に誇張して示す通りになる。図９（ｂ）に示す通り、レンズＬの熱膨張の様子は、非走査方向及び走査方向共にその断面形状がほぼ中央部及びその左右で膨張した形状に近くなり、屈折率分布も中央部及びその左右でそれ以外の領域よりも大きく変化する。この結果、露光光ＩＬのみを照明した場合の図４（ｃ），（ｄ）の変形と比べて、露光光ＩＬ及び非露光光ＬＢｃ，ＬＢｄを照射したレンズＬの変形の状態は、非走査方向及び走査方向で似た状態となるため、Ｘ方向及びＹ方向に開いた光束に対するフォーカス位置は互いにほぼ等しくなり、センターアスは殆ど発生しなくなる。つまり、非回転対称な収差が回転対称な収差に変更されることになる。回転対称な収差は、図２に示す結像特性補正機構１４で補正することができるため、投影光学系ＰＬの結像特性を厳密に制御することができる。
【００６４】
尚、非露光光を照射するレンズは、レンズＬのように照明光学系ＩＬＳの瞳面と共役な投影光学系ＰＬの瞳面の近傍のレンズとすると、センターアスの補正効果が大きくなる。このとき、瞳面近傍の複数のレンズに非露光光を照射してもよい。更に、照射対象の光学部材上で、露光光及び非露光光を合わせた照射領域ができるだけ回転対称に近い方が効果的である。但し、投影光学系ＰＬ中のどの位置の光学部材（レンズ等）に非露光光を照射しても、その照射量を制御することによって、ほぼ所望の範囲でセンターアスの補正効果を得ることができる。また、露光光と共に非露光光を照射することによって、センターアス以外の非回転対称な収差も減少する。
【００６５】
以上、ダイポール照明を行ったときに生じる非回転対称な収差を補正する方法について述べたが、ダイポール照明に限らず、照明系開口絞り部材５ａや視野絞り９の設定を変更して、他の照明条件でレチクルＲを照明する場合や、パターン分布が偏ったレチクルＲを使用する場合にも非回転対称な収差が発生する可能性がある。また非回転対称な収差は、センターアスに限らず、照明条件やレチクルＲのパターン特性などに応じて、Ｘ方向とＹ方向の投影倍率差や像シフトなどの非回転対称な収差が発生する可能性もある。また、以上の説明においては、非露光光照射機構４０は、投影光学系ＰＬの結像特性のうちのセンターアスを補正するように、投影光学系ＰＬの瞳面付近のレンズＬに非露光光ＬＢを照射するようにしているが、非露光光ＬＢを照射する光学部材、及びその光学部材上における非露光光ＬＢの照射位置、形状、及びサイズは、照明条件や収差の種類などに応じて適宜変更することができる。
【００６６】
〔露光方法〕
次に、本発明の露光方法について説明する。主制御系２０は、前述の非露光光照射機構４０を使用するモードと使用しないモードとを選択することができるが、ここではまず、非露光光照射機構４０による収差補正は行わない場合の露光方法について説明する。図１０は、本発明の露光方法の一例を示すフローチャートである。尚、図１０に示すフローチャートは、１枚のウェハＷに対する露光処理を示すものであって、複数枚のウェハＷに対して露光処理が継続される場合には、図１０に示す処理が繰り返し行われる。
【００６７】
露光動作が開始されると、まず主制御系２０内の露光量制御部３３（図３参照）が、コントローラ３６の制御の下で、照射量センサ１９の受光面が投影光学系ＰＬの露光領域に配置されている状態で露光光源１に制御信号を出力して露光光ＩＬを射出させ、照射量センサ１９の検出信号とインテグレータセンサ７の検出信号を得て、これらの検出信号からビームスプリッタ６からウェハＷまでの光学系の透過率を求める。次いで、所定のレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上に搬送して保持するとともに、ウェハＷをウェハステージＷＳＴ上に搬送して保持する。
【００６８】
次に、主制御系２０内のステージ制御部３４がコントローラ３６の制御の下でレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの各々に制御信号を出力して、レチクルＲを移動開始位置に配置するとともに、ウェハＷの最初に露光すべきショット領域を移動開始位置に移動する。尚、ここでは、Ｘ方向に対応する方向に離れた２つの開口を持つ開口絞り５ａが第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に配置されており、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰにおいて、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対称な２つの円形領域ＩＲｘに露光光ＩＬが照明されるものとする。
【００６９】
以上の初期処理が終了すると、ステージ制御部３４がレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの各々に制御信号を出力し、例えばレチクルステージＲＳＴの＋Ｙ方向への加速を開始するとともに、ウェハステージＷＳＴの−Ｙ方向への加速を開始する。レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの加速を開始してから所定時間経過し、これらのステージの各々が一定速度になると、コントローラ３６が露光量制御部３３を制御して露光光源１から露光光ＩＬを射出させる。
【００７０】
露光光源１から射出された露光光は、第１フライアイレンズ２、振動ミラー３、及び第２フライアイレンズ４等を順次介した後で照明系開口絞り部材５に形成された開口絞り５ａを透過する。開口絞り５ａを透過した露光光ＩＬは、ビームスプリッタ６を介して視野絞り９でスリット状に整形され、ミラー１０によって−Ｚ方向に偏向された後、コンデンサレンズ１１を介してレチクルＲ上に照射される。露光光ＩＬは開口絞り５ａによって整形されており、レチクルＲ上の照射領域はＸ方向に長いスリット状になる。
【００７１】
レチクルＲを透過した露光光は、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上の最初に露光すべきショット領域に照射され、これによってレチクルＲに形成されたパターンの一部がウェハＷの最初に露光処理すべきショット領域内の一部に転写される。露光光ＩＬが照射されている間においては、インテグレータセンサ７及び反射量センサ８から検出信号が出力されており、結像特性演算部３１は、インテグレータセンサ７及び反射量センサ８の検出信号を用いて、レチクルＲから投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの積算エネルギー、及びウェハＷで反射されて投影光学系ＰＬに戻る露光光ＩＬの積算エネルギーを算出する。
【００７２】
この、結像特性演算部３１には、コントローラ３６から露光中の照明条件（照明系開口絞り部材５や視野絞り９の設定状態等）の情報が供給されているとともに、メモリ３７に記憶された伝達関数が読み出されて供給されており、結像特性演算部３１は、照明条件、露光光ＩＬの積算エネルギー、及び環境センサ１２から供給される周囲の気圧、温度等の情報と伝達関数とを用いて、投影光学系ＰＬの結像特性中の回転対称な収差成分及び非回転対称な収差成分の変動量を算出する。尚、投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量は、前述した（１）式を用いて算出する（ステップＳ１０）。ここの算出された算出結果は、結像特性演算部３１からコントローラ３６へ出力される。
【００７３】
次に、コントローラ３６は、メモリ３７に記憶されている許容値を読み出し、ステップＳ１０で算出された投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量が許容値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１１）。尚、この許容値は、照明条件及びレチクルＲのパターン特性や要求されるパターンの転写精度等によって決められている。非回転対称な収差成分の変動量が許容値を超えていない場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴを走査しつつ、ショット領域に対する露光処理を継続する（ステップＳ１２）。次に、コントローラ３６は、１つのショット領域（ここでは最初に露光すべきショット領域）に対する露光処理を終えたか否かを判断する（ステップＳ１３）。この判断結果が「ＮＯ」の場合にはステップＳ１０の処理に戻り、そのショット領域に対する露光処理を継続する。
【００７４】
ステップＳ１３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、コントローラ３６は他に露光すべきショット領域が有るか否かを判断する。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、コントローラ３６はステージ制御部３４を制御してウェハステージＷＳＴを移動させ、次に露光すべきショット領域を露光開始位置に移動して、ステップＳ１０の処理に戻る。つまり、ステップＳ１１における判断結果が「ＮＯ」である場合、つまりステップＳ１０で算出された投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量が許容値を超えていない場合には、ウェハＷ上に設定された複数のショット領域に対する露光処理が完了するまで、ステップＳ１０〜Ｓ１３、或いはステップＳ１０〜Ｓ１４の処理が繰り返し行われる。
【００７５】
一方、ステップＳ１０で算出された投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量が許容値を超えてステップＳ１１の判断結果が「ＹＥＳ」になると、コントローラ３６は、ショット領域の露光処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ１５）。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、処理はステップＳ１２に進み、そのショット領域に対する露光処理が継続される。つまり、投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分の変動量が許容値を超えた場合であっても、露光光ＩＬがレチクルＲ及びウェハＷ上に照射されてパターンの転写が行われている最中は露光処理が継続される。
【００７６】
ショット領域に対する露光処理が終了し、ステップＳ１５における判断結果が「ＹＥＳ」になると、コントローラ３６は露光動作を中断する（ステップＳ１６）。露光動作が中断されている間は、投影光学系ＰＬに露光光ＩＬが照射されないため、露光光ＩＬの照射により変動した投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差が自然にもとに戻ることになる。コントローラ３６が露光動作を中断している間、結像特性演算部３１は前述した（１）式を用いて一定の計算間隔で投影光学系ＰＬの非回転対称収差を算出しており（ステップＳ１７）、コントローラ３６はこの算出結果がメモリ３７から読み出した許容値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。尚、その計算間隔は、実験やシミュレーションに基づいて非回転対称な収差の時間変化（低下率）を考慮して設定してやればよく、照明条件などに応じて変更してもよい。
【００７７】
この判断結果が「ＮＯ」である場合には処理はステップＳ１７に戻る。一方、ステップＳ１８の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、コントローラ３６はステージ制御部３４、露光量制御部３３等に制御信号を出力して露光動作を再開する（ステップＳ１９）。露光動作が再開されると、コントローラ３６は、まず他に露光すべきショット領域が有るか否かを判断し（ステップＳ１４）、この判断結果が「ＹＥＳ」の場合は、処理はステップＳ１０に戻り、判断結果が「ＮＯ」の場合にはそのウェハＷ上に設定されたショット領域の全てに対して露光処理が終えたため処理は終了する。
【００７８】
図１１は、図１０に示すフローチャートに従って露光処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示す図である。図１１において、符号ＡＶ０を付した曲線は従来の露光方法を行ったときの非回転対称収差の変動例を示しており、符号ＡＶ１を付した曲線は図１０に示すフローチャートに従って露光処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示している。
【００７９】
図１１に示す通り、伝達関数を用いて投影光学系ＰＬの非回転対称収差が許容値Ｔｈを超えたか否かを判断し、露光動作を中断しない場合には、時間が経つにつれて投影光学系ＰＬの非回転対称収差が曲線ＡＶ０のように増大することが分かる。これに対し、図１０に示すフローチャートに従って露光処理を行うと、投影光学系ＰＬの非回転対称収差は曲線ＡＶ１に示すように許容値Ｔｈの近傍の値となり、許容値Ｔｈから大幅に大きく変動することはない。このため、投影光学系ＰＬに生ずる非回転対称な収差成分を効率的に制御することができ、その非回転対称な収差が所定の許容値よりも小さい所望状態で露光動作を行うことができる。
【００８０】
尚、以上の説明においては、照明系開口絞り部材５に形成された開口絞り５ａを用いて図４（ｂ）に示すダイポール照明を行った場合について説明したが、他の照明条件のときに投影光学系ＰＬで生ずる非回転対称な収差成分についても同様の方法で制御することができる。また、主制御系２０は、図７に示す非露光光照射機構４０を用いるモードを選択することもできる。非露光光照射機構４０を用いる場合には、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差の変動をなくす、或いは収差の変動を小さくすることができる。
【００８１】
また、上述の実施形態においては、露光動作の中断を非回転対称な収差に基づいて判断しているが、回転対称な収差に基づく判断を併用してもよい。かかる場合には、回転対称な収差に対する許容値を設定するとともに、所定の伝達関数を用いた投影光学系ＰＬの回転対称な収差の計算とそれに基づく結像特性補正機構１４の補正動作を繰り返し行い、結像特性補正機構１４の補正動作を実行しても回転対称な収差が所定の許容値以下にすることができない場合に露光動作を中断するのが望ましい。特に、非露光光照射機構４０を用いる場合には、非回転対称な収差が回転対称な収差に変更され、回転対称な収差の変動が大きくなる場合があるため、露光動作中断の判断に、回転対称な収差の変動を併せて考慮することが望ましい。このようにすることで、投影光学系ＰＬの結像特性を所望の状態にして露光動作を行うことができる。
【００８２】
また、露光動作を中断しているときは、非露光光照射機構４０からの非露光光ＬＢの照射は行ってもよいし、行わなくてもよい。例えば、非回転対称な収差が所定の許容値を超えたために露光動作を中断した場合には、非回転対称な収差をより短時間で小さくするために非露光光照射機構４０から非露光光ＬＢを投影光学系ＰＬの一部の光学部材（例えばレンズＬ）に照射することができる。或いは回転対称な収差が所定の許容値を超えたために露光動作を中断した場合には、非露光光照射機構４０からの非露光光ＬＢの照射を行わずに、投影光学系ＰＬの光学部材の温度が低下して、回転対称な収差が所定の許容値以下となるまで待つことができる。
【００８３】
尚、上記実施形態では、ウェハＷ上に設定された１つのショット領域に対する露光処理を終えて次のショット領域に対する露光処理を開始するまでの間に露光動作を中断する場合について説明した。しかしながら、１枚のウェハＷに対する露光処理を終えてから次のウェハＷに対する露光処理を開始するまでの間に露光処理を中断するようにしても良い。要は、上述の収差の許容値と露光不良（転写不良）となる収差と各ショットの露光に要する時間との関係に基づいて、露光動作の中断時期を決めればよい。例えば、上述の収差の許容値と露光不良となる収差との差が大きく、各ショットの露光時間が短ければ、先に述べたように、１枚のウェハＷに対する露光処理を終えてから露光動作を中断し、次のウェハＷに対する露光処理の開始を遅らせることができる。
【００８４】
〔他の露光方法〕
図１２は、本発明の他の例を示すフローチャートである。図１２のフローチャートは、１つのロットの露光終了後に照明条件を切り換えて次のロットのウェハを露光する場合の動作を説明するものである。図１０を用いて説明した場合と同様に、ビームスプリッタ６からウェハＷまでの光学系の透過率が求められるとともに、レチクルＲ及びウェハＷが搬送されてレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴ上にそれぞれ保持され、例えばダイポール照明用の開口絞り５ａが第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に配置される。以上の初期処理が終了すると、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴを走査して、レチクルＲに形成されたパターンを、投影光学系ＰＬを介してロット先頭のウェハＷ上の各ショット領域に転写する処理が行われる。
【００８５】
１枚のウェハＷに対する露光処理が処理（ステップＳ２０）が終了すると、コントローラ３６は、そのロットに含まれるウェハＷの全てに対して露光処理を終えたか否かを判断し（ステップＳ２１）、この判断結果が「ＮＯ」の場合には、処理はステップＳ２０に戻る。現在露光処理を行っているロットに含まれる全てのウェハＷに対する露光処理を終えるまでステップＳ２０，Ｓ２１の処理が繰り返される。尚、この処理を行っている間にも前述した（１）式に示す伝達関数を用いて投影光学系ＰＬの非回転対称収差を算出してショット領域毎又はウェハＷ毎に露光動作を中断するようにしても良い。
【００８６】
ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」になると、次に、主制御系２０は、次のロットがあるか否かを判断する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の判断結果が「ＮＯ」の場合には一連の露光処理が終了する。ステップＳ２２の判断が「ＹＥＳ」になると、主制御系２０は、次のロットのウェハを露光するために照明条件の切り換えが必要か否かを判断する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の判断結果が「ＮＯ」になると、ステップＳ２０に戻り、次のロットの露光処理を開始する。ステップＳ２３での判断結果が「ＹＥＳ」になると、主制御系２０は、投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差成分（更に、必要であれば回転対称な収差成分）を算出する（ステップＳ２４）。
【００８７】
次に、コントローラ３６は、メモリ３７に記憶されている照明条件切り換え用の切り換え許容値を読み出し、ステップＳ２４で算出された投影光学系ＰＬの結像特性中の非回転対称な収差が切り換え許容値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５での判断結果が「ＮＯ」の場合には、次のロットのウェハを露光するための照明条件の切り換えを実行した（ステップＳ２６）後、ステップＳ２０に戻り、次のロットの露光処理を開始する。ステップＳ２５での判断結果が「ＹＥＳ」になると、照明条件の切り換え動作をせずに、所定時間待機する（ステップ２７）。その所定時間が経過すると、ステップＳ２４に戻って非回転対称な収差成分の変動量が切り換え許容値よりも小さくなるまで、一定の計算間隔で非回転対称な収差の計算が繰り返される。尚、この計算間隔は、先の実施形態と同様に、実験やシミュレーションに基づいて非回転対称な収差の時間変化（低下率）を考慮して設定してやればよく、切り換え前の照明条件（第１照明条件）などに応じて変更してもよい。
【００８８】
図１３は、図１２に示すフローチャートに従って処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示す図である。図１３において、符号ＡＶ１０を付した曲線が図１３に示すフローチャートに従って露光処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示している。まず、例えば開口絞り５ａが第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に配置されて照明条件がダイポール照明（第１照明条件）に設定され、時刻ｔ０から露光処理が開始される。
【００８９】
時刻ｔ０〜ｔ１の露光処理の最中においては、投影光学系ＰＬの非回転対称収差は曲線ＡＶ１０に示す通り徐々に大きくなるが、１つのロットに対する露光処理が終えた時点ｔ１で投影光学系ＰＬに対する露光光ＩＬの照射が停止されるため、投影光学系ＰＬの非回転対称収差は曲線ＡＶ１０に示す通り徐々に小さくなる。但し、時刻ｔ１では投影光学系ＰＬの非回転対称収差は、切り換え閾値Ｔｈ１よりも大きいため、ロットに対する露光処理を終えてから直ちに第１照明条件から第２照明条件への照明条件の切替を行うのではなく、投影光学系ＰＬの非回転対称収差が切り換え閾値Ｔｈ１以下になるまで（時刻ｔ３になるまで）照明条件の切り換えが遅らされる。かかる制御を行うことで、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差が所定の許容値より小さくなった後に照明条件を切り換えるようにしているので、新たな照明条件の下で、次のロットのウェハに対する露光処理を直ちに開始することができる。また、照明条件毎に厳密に制御することができ、その結果としてロット不良を抑えることができる。
【００９０】
尚、上述の切り換え許容値（閾値）は、次の照明条件（第２の照明条件）がどのように設定されても、照明条件の切り換え動作後に直ちに露光処理を開始できるように設定されている。投影光学系ＰＬの収差（特に、非回転対称な収差）の許容値は、照明条件に応じて異なる場合がある。例えば、主として図４（ａ）に示すＬ＆ＳパターンＰＶからなるパターンを高解像度で転写する場合に設定される照明条件と、図４（ａ）に示すＬ＆ＳパターンＰＶと図５（ａ）に示すＬ＆ＳパターンＰＨとが混在するパターンを高解像度で転写する場合に設定される照明条件とでは、許容値が異なる。
【００９１】
しかしながら、本実施形態においては、いずれの許容値よりも照明条件の切り換え許容値を小さく設定しているので、照明条件の切り換え動作後に直ちに次のロットの露光処理を開始することができる。もちろん、第２の照明条件での投影光学系ＰＬの収差の許容値に合わせて切り換え許容値を設定することもできる。この場合には、第２照明条件での収差の許容値が、第１照明条件での収差の許容値よりも大きい（緩い）場合に、切り換え動作の待ち時間を短くすることができる。
【００９２】
また、図１２のフローチャートにおいては、照明条件の切り換え動作（照明系開口絞り部材５や視野絞り９の設定切り換え）を、非回転対称な収差が所定の許容値よりも小さくなるまで行わないようにしているが、照明条件の切り換えだけを先に行って、切り換え後の照明条件（第２照明条件）での露光動作を非回転対称な収差が所定の切り換え許容値よりも小さくなるまで行わない、すなわち中止するようにしてもよい。
【００９３】
尚、図１２，１３の実施形態においても、図７に示す非露光光照射機構４０を用いて投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を効率的に補正することができる。また、図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ２４で算出された非回転対称な収差が切り換え許容値よりも大きいと判断された場合に、非回転対称な収差が小さくなるように、非露光光照射機構４０から非露光光ＬＢを、投影光学系ＰＬの一部の光学部材に照射してもよい。また、図１２、１３を用いて説明した実施形態において、回転対称の収差に関する照明条件の切り換え許容値を設定してもよい。
【００９４】
尚、以上説明した実施形態では、伝達関数を用いて投影光学系ＰＬの非回転対称収差を算出する場合について説明したが、図１に示す収差測定装置２１を用いて投影光学系のＰＬの非回転対称収差を実測するようにしても良い。収差測定装置２１の測定結果を用いて露光動作の中断を行う場合には、ウエハＷの交換毎や所定時間毎などに投影光学系のＰＬの収差（非回転対称な収差）の測定が行われる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態による露光装置及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、伝達関数から投影光学系ＰＬの収差を求め、又は収差測定装置２１を用いて投影光学系ＰＬの収差を測定し、これらの収差に対して許容値を設けていた。しかしながら、温度に対して許容値を設定しても良い。この場合、温度センサや赤外線センタなどを使って、投影光学系ＰＬの少なくとも一部の光学部材の温度（温度分布）を計測することができる。
【００９６】
また、上述の実施形態においては、露光動作の中断や照明条件の切り換え動作の待機について主に説明したが、非回転対称な収差に基づく動作の中断や待機は、これらに限られず、例えば投影光学系ＰＬを使って行われる各種の計測動作を非回転対称な収差に基づいて中断、待機するようにしてもよい。また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの一部の光学部材に非露光光ＬＢを照射して、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を調整するようにしているが、調整方法はこれに限られず、特開平８−８１７８号に開示されている方法を、適宜選択して、あるいは適宜組み合わせて適用することができる。また、投影光学系ＰＬを、屈折素子と反射素子とを含む構成としたり、反射素子のみからなる構成とすることもできる。
【００９７】
また、上記実施形態では、本発明をステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、レチクルのパターンを一括して転写するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（所謂、ステッパ）にも本発明を適用することができる。また、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができる。また、本発明の露光装置は、半導体素子の製造に用いられてデバイスパターンを半導体基板上へ転写する露光装置、液晶表示素子の製造に用いられて回路パターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。
【００９８】
〔デバイス製造方法〕
次に、本発明の実施形態による露光装置を半導体素子を製造する露光装置に適用し、この露光装置を用いて半導体素子を製造する方法について説明する。図１４は、マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。図１４に示す通り、まず、ステップＳ３０（設計ステップ）において、半導体素子の機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ３１（マスク製作ステップ）において、設計したパターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ３２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００９９】
次に、ステップＳ３３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ３０〜ステップＳ３２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ３４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ３３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ３４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ３５（検査ステップ）において、ステップＳ３４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１００】
図１５は、図１４のステップＳ３３の詳細なフローの一例を示す図である。図１５において、ステップＳ４１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ４２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ４３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ４４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ４１〜ステップＳ４４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１０１】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ４５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ４６（露光工程）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクのパターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ４７（現像工程）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ４８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ４９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重にパターンが形成される。
【０１０２】
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ４６）において上記の露光装置が備える投影光学系ＰＬの非回転対称収差の制御が行われつつ、レチクルに形成されたパターンがウェハＷ上に転写される。このため、照明条件に応じて非回転対称収差又は回転対称収差が制御されるため、微細なパターンを忠実にウェハ上に転写することができ、その結果として製造不良が低減されて高い歩留まりでデバイスを製造することができる。
【０１０３】
尚、本発明は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、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液浸露光装置、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液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】結像特性補正機構１４の一例を示す図である。
【図３】主制御系２０の内部構成、及び主制御系２０と各種信号の授受を行う装置を示すブロック図である。
【図４】ダイポール照明を行った際に生ずるレンズの形状変化を説明するための図である。
【図５】ダイポール照明を行った際に生ずるレンズの形状変化を説明するための図である。
【図６】ダイポール照明により生ずるセンターアスを示す図である。
【図７】非露光光照射機構４０の詳細な構成例を示す上面図である。
【図８】投影光学系ＰＬの一部を断面とした正面図である。
【図９】非露光光照射機構を用いた投影光学系の非回転対称な収差の補正方法の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の露光方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示すフローチャートに従って露光処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示す図である。
【図１２】本発明の他の例を示すフローチャートである。
【図１３】図１２に示すフローチャートに従って露光処理を行った際の投影光学系の非回転対称収差の変動例を示す図である。
【図１４】マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。
【図１５】図１４のステップＳ３３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
５        照明系開口絞り部材（変更部材）
９        視野絞り（変更部材）
１４      結像特性補正機構（結像特性制御手段、補正機構）
２０      主制御系（制御システム）
２１      収差測定装置
３１      結像特性演算部（算出部）
３６      コントローラ（判断部）
３７      メモリ（記憶部）
４０      非露光光照射機構（結像特性制御手段）
ＩＬ      露光光（照明光）
ＩＬＳ    照明光学系（照明系）
ＰＬ      投影光学系
Ｗ        ウェハ（基板、物体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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