(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光をマスクに照射する照明光学系と、前記マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系とを備える露光装置において、
前記投影光学系の瞳面近傍に配置される光学部材の温度を調整する調整機構を含み、前記投影光学系の光学特性を調整する調整装置と、
前記投影光学系の像面との共役面における前記照明光の断面形状及び大きさの少なくとも一方を可変に設定可能である設定装置と、
前記設定装置によって設定された前記照明光の断面形状及び大きさに応じて前記調整機構を制御し、前記光学部材の温度分布を変更することによって前記投影光学系の光学特性を調整する制御装置と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記調整装置は、前記照明光とは波長が異なる光ビームを、前記投影光学系の光学部材の、前記照明光が入射又は射出する面の一部に、前記投影光学系の他の光学部材を介さず照射する第１機構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】
前記第１機構は、少なくとも前記照明光学系による前記マスクの照明条件に応じて、前記光学部材の面上で前記光ビームの照射領域を可変とすることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記調整装置は、前記光学部材に照射される前記光ビームの一部を受光するセンサを含み、前記制御装置は、前記センサの検出結果に基づいて前記光ビームの照射量を制御することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の露光装置。
【請求項５】
前記調整装置は、前記第１機構によって前記投影光学系の動的な光学特性を調整することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記調整装置は、前記第１機構によって前記投影光学系の非回転対称収差を調整することを特徴とする請求項２から請求項５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記調整装置は、前記第１機構によって調整される前記投影光学系の光学特性と異なる光学特性を調整する第２機構を含むことを特徴とする請求項２から請求項６の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記調整装置は、前記第２機構によって前記投影光学系の静的な光学特性を調整することを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【請求項９】
前記調整装置は、前記第２機構によって前記投影光学系の非回転対称収差を調整することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】
前記第２機構は、前記光ビームが照射される光学部材と異なる前記投影光学系の光学部材の光学特性を調整することを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記調整装置は、前記投影光学系の光学部材を移動して前記投影光学系の回転対称な光学特性を調整する第３機構を含むことを特徴とする請求項２から請求項１０の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記照明光の断面形状及び大きさに応じて前記投影光学系に入射する光のエネルギーと前記投影光学系の光学特性の変動量との関係を示す伝達関数を記憶する記憶部を備えており、当該記憶部に記憶された伝達関数を用いて前記調整装置による前記投影光学系の光学特性の調整を制御することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記照明光の断面形状及び大きさに応じて前記投影光学系に対する光学特性の調整量を複数設定したテーブルを記憶する記憶部を備えており、当該記憶部に記憶されたテーブルを用いて前記調整装置による前記投影光学系の光学特性の調整を制御することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１４】
照明光をマスクに照射する照明光学系と、前記マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系とを備える露光装置において、
前記投影光学系における非回転対称の動的な光学特性を調整する第１調整機構と、
前記投影光学系における非回転対称の静的な光学特性を調整する第２調整機構と、を備え、
前記第１調整機構は、前記照明光とは波長が異なる光ビームを、前記投影光学系の瞳面近傍に配置される光学部材の、前記照明光が入射又は射出する面の一部に、前記投影光学系の他の光学部材を介さず照射し、前記投影光学系の像面との共役面における前記照明光の断面形状及び大きさの少なくとも一方の変更に応じて、前記光学部材の温度分布を変更することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
前記第１調整機構は、少なくとも前記照明光学系による前記マスクの照明条件に応じて、前記光学部材の面上で前記光ビームの照射領域を可変とすることを特徴とする請求項１４記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第１調整機構は、前記光学部材に照射される前記光ビームの一部を受光するセンサを含み、前記センサの検出結果に基づいて前記光ビームの照射量が制御されることを特徴とする請求項１４又は請求項１５記載の露光装置。
【請求項１７】
前記静的な光学特性は、前記投影光学系が初期状態で有している光学特性であり、
前記動的な光学特性は、前記投影光学系に前記照明光を入射させたときに前記照明光学系による前記マスクの照明条件に応じて変化する光学特性である
ことを特徴とする請求項１４から請求項１６の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記第２調整機構は、前記投影光学系に含まれる少なくとも１つの光学部材に対して、加熱、冷却、加圧、減圧の少なくとも一つを行う機構を含むことを特徴とする請求項１４から請求項１７の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記第２調整機構は、前記光ビームが照射される光学部材と異なる前記投影光学系の光学部材の光学特性を調整することを特徴とする請求項１４から請求項１８の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記投影光学系の光学部材を移動して前記投影光学系の回転対称な光学特性を調整する第３調整機構を更に備えることを特徴とする請求項１４から請求項１９の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０の何れか一項に記載の露光装置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、及び当該露光装置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。
本願は、２００４年８月３１日に出願された特願２００４−２５１８７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【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変化する。このため、結像特性を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（傾き）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、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）などの、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、例えば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、投影光学系の結像特性中の高次の球面収差等の高次成分の変動や非回転対称な収差の変動が生じる虞があるため、このような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
【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、「センターアスティグマティズム」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ティグマティズム以外の非回転対称な収差変動も生じる。【０００６】
更に、近年においては、１台の露光装置で形状及び大きさが異なるデバイスが製造されることが多くなってきており、レチクル上の照明領域の大きさ及び形状を大幅に変化させて露光処理が行われる機会が増大しており、レチクル上における照明領域の大きさ及び形状によっては投影光学系の光学特性が所定の許容範囲を超えてしまう事態が発生する。【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、投影光学系の光学特性を所望の状態に維持できる露光装置、及び当該露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。特に、投影光学系で生ずる非回転対称な収差成分を効率的に補正することができる露光装置、及び当該露光装置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】
【０００８】
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、照明光（ＩＬ）をマスク（Ｒ）に照射する照明光学系（ＩＬＳ）と、前記マスクのパターンの像を基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）とを備える露光装置において、前記投影光学系の瞳面近傍に配置される光学部材の温度を調整する調整機構を含み、前記投影光学系の光学特性を調整する調整装置（１４、２２、４０）と、前記投影光学系の像面との共役面における前記照明光の断面形状及び大きさの少なくとも一方を可変に設定可能である設定装置（９）と、前記設定装置によって設定された前記照明光の断面形状及び大きさに応じて前記調整機構を制御し、前記光学部材の温度分布を変更することによって前記投影光学系の光学特性を調整する制御装置（２０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系の像面との共役面における前記照明光の断面形状及び大きさに応じて投影光学系の光学特性の調整が行われる。
また、上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、照明光（ＩＬ）をマスク（Ｒ）に照射する照明光学系（ＩＬＳ）と、前記マスクのパターンの像を基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）とを備える露光装置において、前記投影光学系における非回転対称の動的な光学特性を調整する第１調整機構（４０）と、前記投影光学系における非回転対称の静的な光学特性を調整する第２調整機構（２２）と、を備え、前記第１調整機構は、前記照明光とは波長が異なる光ビームを、前記投影光学系の瞳面近傍に配置される光学部材の、前記照明光が入射又は射出する面の一部に、前記投影光学系の他の光学部材を介さず照射し、前記投影光学系の像面との共役面における前記照明光の断面形状及び大きさの少なくとも一方の変更に応じて、前記光学部材の温度分布を変更することを特徴としている。
この発明によると、第１調整機構により投影光学系における非回転対称の動的な光学特性が調整されるとともに、第２調整機構により投影光学系における非回転対称の静的な光学特性が調整される。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置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】
【０００９】
本発明によれば、投影光学系の光学特性を所望状態に維持することができる。また、投影光学系の光学特性を所望状態に維持できる露光装置を使うことによって歩留まりの高いデバイス製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】結像特性補正機構の一例を示す図である。
【図３Ａ】調整機構の構成例を示す断面図である。
【図３Ｂ】調整機構の構成例を示す上面図である。
【図４】温度調整器の他の構成例を示す図である。
【図５】熱輸送機構を用いた温度調整器の構成例を示す図である。
【図６Ａ】投影光学系の一部を断面とした正面図である。
【図６Ｂ】投影光学系の一部を断面とした正面図である。
【図７Ａ】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７Ｂ】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７Ｃ】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７Ｄ】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８Ａ】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８Ｂ】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９】ダイポール照明により生ずるセンターアスティグマティズムを示す図である。
【図１０Ａ】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１０Ｂ】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１１】主制御系の内部構成、及び主制御系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１２】フォーカス変動量についての代表的な伝達関数を示す図である。
【図１３】メモリに記憶されたテーブルの一例を説明するための図である。
【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Ｓ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
９  視野絞り  １４  結像特性補正機構  ２０  主制御系  ２２  調整機構  ３７  メモリ  ４０  非露光光照射機構  ＩＬ  露光光（照明光）  ＩＬＳ照明光学系  ＰＬ  投影光学系  Ｒ  レチクル（マスク）  Ｗ  ウェハ（基板、物体）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。【００１３】
〔露光装置〕
図１は、本発明の一実施形態に係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、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。【００１４】
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表面に対してほぼ平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷ表面に対してほぼ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。【００１５】
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、及び主制御系２０を含む。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。【００１６】
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。【００１７】
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。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５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に入射する。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Ｗ）と同期して動き、その照明領域を遮るために使用される。固定視野絞りは、レチクルＲ（又は、ウェハＷ）に同期して動かないけれども、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。主制御系２０が固定視野絞り及び可動視野絞りの動作を制御する。【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。尚、主制御系２０が視野絞り９の開口の形状を変えることにより、レチクルＲに照射される露光光ＩＬの分布、即ち露光光ＩＬの断面形状及び大きさ（投影光学系の像面との共役面における照明光の断面形状及び大きさ）が変わる。また、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲを交換してレチクルＲの周辺部の遮光領域（不要な光を遮光するために形成された領域）により規定される開口やパターンの分布（密度）が変わる場合にも投影光学系の像面との共役面における照明光の形状及び大きさが変わる。【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３，１０、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に対する光路空間の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の近傍にレンズＬ１，Ｌ２が配置されている。【００２５】
レンズＬ１には、投影光学系ＰＬの動的な光学特性（特に、非回転対称収差）を調整するために、露光光ＩＬとは異なる波長域の照明光が非露光光照射機構４０により照射される。レンズＬ２は、投影光学系ＰＬの静的な光学特性（特に、非回転対称な収差）を調整するために、調整機構２２により所定の調整が施される。調整機構２２及び非露光光照射機構４０による投影光学系ＰＬの光学特性の調整は、主制御系２０が制御する。調整機構２２及び非露光光照射機構４０の詳細については後述する。また、主制御系２０は制御部１５を介して投影光学系ＰＬの光学特性（特に、回転対称な収差）を調整するための結像特性補正機構１４の動作を制御する。尚、投影光学系ＰＬの静的な光学特性とは、投影光学系ＰＬが初期状態、即ち投影光学系ＰＬが露光光ＩＬの照射による影響を受けていない状態での光学特性であり、投影光学系ＰＬの動的な光学特性とは、投影光学系ＰＬに露光光ＩＬが照射されたことによって変化する光学特性である。【００２６】
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、このレチクルステージＲＳＴ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。【００２７】
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。【００２８】
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上に吸着保持されている。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可能であると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動可能である。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、速度などを制御する。【００２９】
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、Ｚチルトステージ１７を駆動する。【００３０】
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。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。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。【００３１】
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。【００３２】
以上、本発明の一実施形態に係る露光装置の全体構成について説明したが、次に投影光学系ＰＬの光学特性を調整するために設けられた結像特性補正機構１４、調整機構２２、及び非露光光照射機構４０について順に説明する。【００３３】
［結像特性補正機構１４］
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Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５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Ｌ１１〜Ｌ１５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。【００３４】
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Ｌ１１〜Ｌ１５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。尚、結像特性補正機構１４で調整する投影光学系ＰＬの回転対称な光学特性（収差）は、フォーカス誤差、投影倍率誤差、像面湾曲収差、歪曲収差（ディストーション）、コマ収差、球面収差のうちの少なくとも一つを含む。【００３５】
例えば、レチクル又はウェハに近い位置のレンズＬ１１，Ｌ１５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Ｌ１３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Ｌ１３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Ｌ１と同一であってもよい。【００３６】
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。【００３７】
［調整機構２２］
図３Ａは、調整機構２２の構成例を示す断面図であり、図３Ｂは、調整機構２２の構成例を示す上面図である。尚、図３Ａ及び３Ｂにおいては、図示を簡略化するために調整機構２２の構成のみを図示しており、調整機構２２以外の構成（例えば、鏡筒等）の図示は省略している。図３Ａに示す通り、調整機構２２は、保持部材２２ａ、温度調整器２２ｂ、及び調整ネジ２２ｃ等を含む。【００３８】
保持部材２２ａは、例えばアルミニウム等の熱伝導性が高い材質から形成されており、レンズＬ２周辺の一端に当接してレンズＬ２を保持するものである。温度調整器２２ｂは、例えばヒータ等の加熱素子又はペルチェ素子等の加熱冷却素子を備えており、投影光学系ＰＬの光学特性を調整するためにレンズＬ２を加熱又は冷却する。この温度調整器２２ｂは、保持部材２２ａ上に取り付けられており、熱伝導性の高い保持部材２２ａを介してレンズＬ２の加熱又は冷却を行う。保持部材２２ａを介して行われるレンズＬ２の温度調整は、主制御系２０の制御の下で制御部２３によって制御される。尚、温度調整器２２ｂの素子をレンズＬ２に直接取り付けて、レンズＬ２の温度調整を行うようにしてもよい。【００３９】
また、保持部材２２ａには、レンズＬ２に対する当接面から一側面（当接面に対向する面）に貫通するネジ穴が形成されており、このネジ穴に調整ネジ２２ｃが嵌合される。調整ネジ２２ｃはその軸がレンズＬ２の光軸に直交する面とほぼ平行となるように配置される。この調整ネジ２２ｃは、投影光学系ＰＬの光学特性を調整するためにレンズＬ２を加圧又は減圧するものである。レンズＬ２の中心に向かう方向に調整ネジ２２ｃを回転させることでレンズＬ２を加圧する（レンズＬ２を押す力を高める）ことができ、逆にレンズＬ２の中心から周辺に向かう方向に調整ネジ２２ｃを回転させることでレンズＬ２を減圧する（レンズＬ２を押す力を弱める若しくは無くす）ことができる。この調整ネジ２２ｃはレンズＬ２を加圧するための部材であるため剛性の高い材質で形成することが望ましく、更には温度調整器２２ｂが効率的にレンズＬ２を加熱又は冷却できるように、熱伝導性が高い材質で形成することが好ましい。【００４０】
投影光学系ＰＬに設けられる不図示の鏡筒には調整ネジ２２ｃを操作するための操作穴（図示省略）が設けられており、オペレータは鏡筒の外部から鏡筒に形成された操作穴を介して調整ネジ２２ｃを調整することができる。尚、投影光学系ＰＬの内部は、光学特性の変動を抑えるために温調されている。このため、例えば通常は蓋等によって操作穴が塞がれており、調整ネジ２２ｃを操作するときのみ、蓋を取り外して操作穴が現れるようにすることが望ましい。【００４１】
調整機構２２はレンズＬ２の周囲に複数設けられており、図３Ｂに示す例では各々がレンズＬ２の中心に関して４５°の角度をなすように８個設けられている。図３Ａ及び３Ｂに示す通り、調整機構２２に設けられた温度調整器２２ｂは制御部２３に接続されており、何れの温度調整器２２ｂを温度調整するか、及び何度に調整するかは制御部２３によって制御される。【００４２】
本実施形態においては、投影光学系ＰＬの静的な光学特性（非回転対称な収差）の調整は、温度調整器２２ｂ及び調整ネジ２２ｃの何れによっても行うことができる。温度調整器２２ｂによる調整は、制御部２３により制御できるけれども応答性が比較的遅い。これに対し、調整ネジ２２ｃによる調整は応答性が比較的速いけれどもオペレータによる手作業が必要になる。従って、本実施形態においては調整ネジ２２ｃによる調整は、投影光学系の製造時、又は露光装置の製造時に行われ、温度調整器２２ｂによる調整は露光装置の定期又は不定期のメンテナンス時に投影光学系ＰＬの静的な光学特性の経時変化を補正するために行われる。尚、本実施形態において、調整機構２２は投影光学系ＰＬの静的な非回転対称な収差を調整するものであるが、投影光学系ＰＬの回転対称な収差の調整に用いても良い。【００４３】
尚、以上の例では、調整ネジ２２ｃによりレンズＬ２の周辺から中心に向かう方向に力を加えてレンズＬ２を加圧減圧する構成について説明したが、この構成以外に例えばレンズＬ２の周辺を上下方向（±Ｚ方向）に挟み込み、この挟み込む力によってレンズＬ２の面内に働く応力を生じさせる機構を用いても良い。また、上記の例ではオペレータが手作業で調整ネジ２２ｃを調整する場合を例に挙げて説明したが、調整ネジ２２ｃを回転させるアクチュエータを設けて調整ネジ２２ｃの回転角を制御部２３を介して制御する構成にしても良い。【００４４】
更に、上記の例では温度調整器２２ｂがヒータ等の加熱素子又はペルチェ素子等の加熱冷却素子を備える場合を例に挙げたが、投影光学系ＰＬの外部に加熱冷却源を設けるとともに、この加熱冷却源と保持部材２２ａ又はレンズＬ２の端部近傍とをヒートパイプ等の熱輸送機構で接続した構成としてもよい。図４は、熱輸送機構を用いた温度調整器２２ｂの構成例を示す図である。図４に示す通り、投影光学系ＰＬの外部には制御部２３に制御される複数の加熱冷却源２４が設けられており、各々の加熱冷却源２４からレンズＬ２の端部に向けてヒートパイプ２５が配設されている。【００４５】
尚、図４においては図示を簡略化しているが、加熱冷却源２４及びヒートパイプ２５を８個設け、ヒートパイプ２５の各々の端部が図３Ｂと同様に、レンズＬ２の周囲における８箇所に配置される。以上の構成により、制御部２３が加熱冷却源２４を制御することで、投影光学系ＰＬの光学特性の調整を温度調整器２２ｂと同様に行うことができる。尚、図４においては、複数の加熱冷却源２４を備える構成を例に挙げて説明したが、投影光学系ＰＬの外部に８個のヒートパイプが接続された１つの加熱冷却源を備えた構成としても良い。かかる構成の場合には、例えば個々のヒートパイプの流路の開閉を制御してレンズＬ２の加熱又は冷却部位を変えるようにする。【００４６】
また、本実施形態においては、レンズＬ２の周囲に８個の調整機構２２を等間隔に設けているが、調整機構２２の数や位置は任意に設定することができる。また、本実施形態においては、レンズＬ２の周囲の同じ位置に温度調整器２２ｂと調整ネジ２２ｃとを配置しているが、レンズＬ２の周囲の異なる位置にそれぞれを配置してもよく、それぞれの数が異なっていてもよい。更に、温度調整器２２ｂと調整ネジ２２ｃの一方を、投影光学系ＰＬの瞳面近傍のレンズＬ２とは異なる他のレンズの周囲に配置してもよい。また、投影光学系ＰＬの静的な光学特徴を調整するために、調整機構２２は、温度調整器２２ｂと調整ネジ２２ｃの両方を備えているが、どちらか一方のみを備えることもできる。【００４７】
［非露光光照射機構４０］
次に、投影光学系ＰＬの動的な光学特性（非回転対称収差）を調整するための非露光光照射機構４０について説明する。図１に示す非露光光照射機構４０は、例えばダイポール照明を行った際に投影光学系ＰＬで生ずるセンターアスティグマティズム等の非回転対称な収差を補正するものである。投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を補正するために、非露光光照射機構４０は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ付近のレンズＬ１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。【００４８】
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、石英に対する吸収性が高く、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Ｌ１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。【００４９】
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）の材料等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Ｌ１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。【００５０】
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Ｌ１に照射される。【００５１】
図５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５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。【００５２】
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。【００５３】
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Ｌ１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Ｌ１に照射される。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の照射領域の位置、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（センターアスティグマティズムなど）が低減されるように決定される。【００５４】
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Ｌ１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制御される。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Ｌ１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。【００５５】
図６Ａ及び６Ｂは、投影光学系ＰＬの一部を断面とした正面図である。図６Ａ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Ｌ１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Ｌ１に入射する。図５の他の照射機構４４ｃ〜４４ｈも同様に、図６Ａ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Ｌ１に入射する。【００５６】
これによって、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈのレンズＬ１内での光路が長くなり、非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈはレンズＬ１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。また、投影光学系ＰＬの一部の光学部材（レンズＬ１）のレンズ面、即ち露光光ＩＬが入射（あるいは射出）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Ｌ１の温度分布を効率的に調整することができ、その結果、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を短時間で精度良く調整できる。【００５７】
尚、図６Ｂは図６Ａの変形例であり、この図６Ｂ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Ｌ１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Ｌ１の底面を照明してもよい。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。【００５８】
図５に戻り、光源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など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Ｌ１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Ｌ１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Ｌ１に効率的に照射することができる。【００５９】
尚、図５の構成例では、レンズＬ１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Ｌ１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、これらの光束の光路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Ｌ１上で必要な照射領域の個数（図５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Ｌ１上の照射領域を直接制御してもよい。以上説明した通り、非露光光照射機構４０は露光光ＩＬを投影光学系ＰＬに照射したときに生ずる投影光学系ＰＬの非回転対称な収差（動的な光学特性）を調整することができる。【００６０】
以上、投影光学系ＰＬの光学特性を調整するために設けられた結像特性補正機構１４、調整機構２２、及び非露光光照射機構４０について説明したが、次にこれらを用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整する方法について説明する。尚、結像特性補正機構１４を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整する方法については、例えば前述した特開平４−１３４８１３号公報にも開示されているため、ここでは調整機構２２及び非露光光照射機構４０により投影光学系ＰＬの光学特性が調整される方法について説明する。【００６１】
〔非回転対称な収差成分の補正方法〕
照明系開口絞り部材５による照明条件の変更や、視野絞り９によるレチクルＲ上の照明領域の形状及び大きさの変更等が行われると、投影光学系ＰＬに非回転対称な収差成分が発生する可能性がある。ここでは、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の調整について説明する。【００６２】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、８Ａ、及び８Ｂ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７Ａ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。【００６３】
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７Ｂ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Ｌ１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Ｌ１は熱膨張（熱変形）する。【００６４】
この場合、レンズＬ１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７Ｃ及び７Ｄ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Ｌ１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７Ｃ）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７Ｄ）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ティグマティズムなどの非回転対称な収差が生ずる。図９は、ダイポール照明により生ずるセンターアスティグマティズムを示す図である。図９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ティグマティズムΔＺが発生する。【００６５】
センターアスティグマティズム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９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９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。【００６６】
一方、図８Ａ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８Ｂ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８Ａ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。【００６７】
この場合、図１の投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰの近傍のレンズＬ１に入射する露光光ＩＬの光量分布もほぼ図８Ｂ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Ｌ１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Ｌ１は熱膨張する。そのため、投影光学系ＰＬの像面は、図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃ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９の場合と逆符号でほぼ同じ大きさのセンターアスティグマティズムが発生する。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ティグマティズムも図９のセンターアスティグマティズムと同じ符号で常に僅かに発生している。これに対して、図８Ｂのダイポール照明で発生するセンターアスティグマティズムは、その長方形の照明領域に起因するセンターアスティグマティズムとは符号が逆になり、全体としてのセンターアスティグマティズムは図７Ｂ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。【００６８】
これらのセンターアスティグマティズムは、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（例えば、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内で直交する二方向の投影倍率差（ＸＹ倍率差））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。本実施形態においては、露光光ＩＬの照射によって生じる投影光学系ＰＬの動的な非回転対称な収差を補正するために、非露光光照射機構４０が設けられている。【００６９】
図１０Ａ及び１０Ｂ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７Ｂ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Ｌ１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１０Ａ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Ｌ１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５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５において照射機構４４ｃ，４４ｄ内での集光レンズ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。【００７０】
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Ｌ１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１０Ａ及び１０Ｂにおいて、Ｘ軸及びＹ軸の原点を光軸ＡＸとすると、レンズＬ１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１０Ｂに誇張して示す通りになる。図１０Ｂに示す通り、レンズＬ１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７Ｃ及び７Ｄ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Ｌ１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、センターアスティグマティズム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。【００７１】
尚、非露光光を照射するレンズは、レンズＬ１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、センターアスティグマティズム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（Ｌ１）上で、露光光ＩＬ及び非露光光ＬＢ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ティグマティズム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ＬＢをレンズＬ１に照射することによって、センターアスティグマティズム以外の非回転対称な収差も減少する。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５の設定を変更して、他の照明条件でレチクルＲを照明する場合にも非回転対称な収差が生じ得る。【００７２】
また、照明系開口絞り５ａの変更以外に、視野絞り９によりレチクルＲ上の照明領域の位置、形状、及び大きさを変更して投影光学系ＰＬの像面と共役な面における露光光ＩＬの位置、断面形状、及び大きさが変更された場合にも非回転対称な収差が生ずることがある。また、レチクルＲの開口の位置、形状、大きさやレチクルＲのパターンの分布（密度）が変わった場合にも、投影光学系ＰＬの像面と共役な面において露光光ＩＬの分布が変わり、非回転対称な収差が生ずることがある。かかる収差も上記の非露光光照射機構４０で補正することができる。即ち、本実施形態においては、投影光学系ＰＬの初期状態における静的な光学特性（非回転対称な光学特性）を調整機構２２を使って調整するとともに、露光光ＩＬの照射に起因する投影光学系ＰＬの動的な光学特性（非回転対称な収差）を、照明系開口絞り部材５で規定される照明条件や投影光学系ＰＬの像面と共役な面における露光光ＩＬの分布等に応じて、非露光光照射機構４０を使って調整する。【００７３】
〔主制御系の内部構成〕
図１１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３Ａ及び３Ｂ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。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。【００７４】
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、視野絞り９の開口の形状及び大きさを示す情報、更にはレチクルＲの特性（開口の大きさやパターン分布）を示す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。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。【００７５】
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の動的な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及び非露光光照射機構４０の動作を制御することにより、投影光学系ＰＬの光学特性を所望の状態に調整する。ここで、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Ｌ１１〜Ｌ１５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。【００７６】
また、非露光光照射機構４０により投影光学系ＰＬの光学特性を調整する場合には、レンズＬ１に対する非露光光ＬＢａ〜ＬＢｈの照射又は非照射を制御する。非露光光照射機構４０の制御によって、投影光学系ＰＬの結像特性中の所定の非回転対称な収差が補正される。【００７７】
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。また、コントローラ３６からの制御信号により照明系開口絞り部材５を回転駆動する駆動モータ５ｃの回転角度を制御し、更に視野絞り９の開口の大きさを制御する。【００７８】
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、Ｚチルトステージ１７を駆動する。【００７９】
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。メモリ３７は、投影光学系ＰＬに入射する光のエネルギーと投影光学系ＰＬの光学特性の変動量との関係を示す伝達関数を記憶している。【００８０】
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】
0005266641.tif 000002
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【００８１】
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。照明系開口絞り部材５で規定される照明条件、投影光学系ＰＬの像面の共役面における露光光ＩＬの断面形状及び大きさ等に応じて上記（１）式中の変数Ｑを変えることにより、投影光学系ＰＬのフォーカス変動量を求めることができる。図１２は、フォーカス変動量についての代表的な伝達関数を示す図である。図１２に示す通り、フォーカス変動量は、露光光ＩＬの照射開始とともに大きく変動するが、露光光ＩＬの照射時間が長くなるにつれて徐々に変動量の変化率が小さくなってある変動量に漸近する変化を示す。ここでは、フォーカス変動量についての伝達関数について説明したが、倍率等の回転対称な収差及びセンターアスティグマティズム等の非回転対称な収差についても同様の伝達関数を使ってそれぞれの変動量を求めることができる。【００８２】
次に、以上説明した露光装置によりウェハＷを露光する際の動作の一例について説明する。尚、投影光学系ＰＬの静的な光学特性（非回転対称な収差）は、調整機構２２の温度調整器２２ｂと調整ネジ２２ｃの少なくとも一方を用いて所定の許容範囲内に既に調整されている。この場合、収差測定装置２１等を用いて投影光学系ＰＬの静的な光学特性を測定し、その結果に基づいて調整機構２２による調整を行うことができる。露光動作が開始されると、まず主制御系２０内のコントローラ３６は露光量制御部３３に制御信号を出力し、モータ５ｃを駆動させて照明系開口絞り部材５に形成された開口絞りの何れかを第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に配置させるとともに、視野絞り９を駆動して開口の形状及び大きさを設定する。ここでは、第２フライアイレンズ４の射出側の焦点面に開口絞り５ａが配置されるとする。これにより、照明条件とレチクルＲ上における照明領域の形状及び大きさとが設定される。これと同時に、コントローラ３６は、結像特性演算部３１に対して設定した照明条件の情報、視野絞り９の開口の形状及び大きさを示す情報、及びレチクルＲの特性を示す情報を出力する。【００８３】
次に、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、露光量制御部３３が露光光源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、コントローラ３６は不図示のレチクルローダに制御信号を出力して所定のレチクルＲを搬送させてレチクルステージＲＳＴ上に保持させるとともに、不図示のウェハローダに制御信号を出力してウェハＷを搬送させてウェハステージＷＳＴ上に保持させる。【００８４】
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。【００８５】
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。【００８６】
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の露光処理すべきショット領域内の一部に転写される。このようにして、ウェハＷ上の各ショット領域が順次露光される。露光光ＩＬが照射されている間、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。【００８７】
前述した通り、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、視野絞り９の状態を示す情報、及びレチクルＲの特性を示す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いる。結像特性演算部３１は、上記の照明条件の情報、視野絞り９の状態を示す情報、及びレチクルＲの特性を示す情報、露光光ＩＬの積算エネルギー、並びに環境センサ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の収差成分の変動量は、前述した（１）式を用いて算出する。この算出結果は、結像特性演算部３１からコントローラ３６へ出力される。【００８８】
コントローラ３６は、結像特性演算部３１の算出結果を結像特性制御部３２に出力する。結像特性制御部３２は、コントローラ３６から出力された算出結果に基づいて、制御部１５を介して結像特性補正機構１４の動作を制御して、常に所望の結像特性が得られるように投影光学系ＰＬの回転対称な収差の変動を抑制する。また、露光光ＩＬの照射による投影光学系ＰＬの非回転対称収差の補正は、非露光光照射機構４０によって行われる。以上の制御は露光動作が行われている間は繰り返し実行されるため、投影光学系ＰＬの回転対称収差及び非回転対称収差を、照明条件、投影光学系ＰＬの像面の共役面における露光光ＩＬの分布等に応じて精確に制御することができる。【００８９】
以上の説明においては、伝達関数を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整する場合を例に挙げて説明したが、投影光学系ＰＬの光学特性を調整する際にメモリ３７に記憶されているテーブルに設定された調整量を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整しても良い。図１３は、メモリ３７に記憶されたテーブルの一例を説明するための図である。ある照明条件の下で、投影光学系ＰＬの光学特性の調整量は照明光学系ＩＬＳに設けられた視野絞り９の開口の大きさ（面積）に応じて変化する。このため、視野絞り９の開口の大きさと投影光学系ＰＬの光学特性の調整量との関係を図示すると図１３中の曲線ＡＪとなる。尚、図１３に示した視野絞り９の開口の大きさと投影光学系ＰＬの光学特性の調整量との関係は一例にすぎず、直線であっても良い。【００９０】
本実施形態においては、視野絞り９の開口の大きさを複数に区分し、各区分における代表的な調整量を設定し、視野絞り９の開口の大きさを示す情報と代表的な調整量とを対応付けてテーブルに記憶している。図１３に示す例では視野絞り９の開口の大きさが区分Ｒ１〜Ｒ５の５つに区分されており、区分Ｒ１〜Ｒ５の各々について代表的な調整量Ｊ１〜Ｊ５が設定されている。従って、上記のテーブルには、例えば区分Ｒ１〜Ｒ５の各々の最大値及び最小値と調整量Ｊ１〜Ｊ５とが対応付けて記憶されることになる。各区分Ｒ１〜Ｒ５における代表的な調整量は、例えば、各区分Ｒ１〜Ｒ５に含まれる曲線ＡＪの平均値を用いる。これ以外に、各区分Ｒ１〜Ｒ５に含まれる曲線ＡＪを直線近時したときの平均値、又は各区分Ｒ１〜Ｒ５に含まれる曲線ＡＪの最大値と最小値との中間値を用いることができる。また、視野絞り９の開口の大きさの区分は５つに限らず、視野絞り９の開口の大きさの変化を考慮して、適宜定めることができる。【００９１】
以上のテーブルを用いる場合には、コントローラ３６がメモリ３７からテーブルを読み出し、その設定に対応した投影光学系ＰＬの光学特性の調整量を読み出し、その調整量を結像特性制御部３２に出力する。結像特性制御部３２はコントローラ３６から出力された調整量に応じて投影光学系ＰＬの光学特性を調整する制御信号を制御部１５及び非露光光照射機構４０に出力して投影光学系ＰＬの光学特性を調整する。以上の処理により、露光光ＩＬの断面形状及び大きさに応じて投影光学系ＰＬに対する光学特性（回転対称収差及び非回転対称収差）が調整される。【００９２】
尚、以上の説明では、視野絞り９の開口の大きさ（面積）に応じた投影光学系ＰＬの光学特性の調整量のテーブルについて説明したが、視野絞り９の開口の大きさのみならず、視野絞り９の開口の位置や形状に応じたテーブルを持つようにしても良い。例えば、視野絞り９の開口の長手方向の長さ、又は開口のＸ方向に対応する方向の長さとＹ方向に対応する方向の長さとに応じたテーブルを持つようにしても良い。即ち、メモリ３７に記憶する調整量のテーブルは、視野絞り９の設定、照明系開口絞り部材５の設定、及びレチクルＲの特性等で決定される各種の条件毎に用意することができる。【００９３】
以上のように、本実施形態に係る露光装置においては、投影光学系ＰＬの静的な光学特性（非回転対称な収差）を調整する調整機構２２と、投影光学系ＰＬの動的な光学特性（回転対称な収差）を調整する非露光光照射機構４０とを備えているため、非露光光照射機構４０による動的な非回転対称な収差の調整量を小さくすることができ、投影光学系ＰＬの動的な非回転収差の調整をより精密に行うことができる。更に、本実施形態の露光装置においては、投影光学系ＰＬの像面と共役な面内における露光光ＩＬの分布（露光光ＩＬの位置、断面形状、及び大きさ）を考慮して、すなわち、視野絞り９の開口の設定状態とレチクルの特性の少なくとも一方を考慮して投影光学系ＰＬの光学特性を調整しているので、投影光学系ＰＬの光学特性を所望状態に制御して、レチクルＲのパターンを精度よく投影することができる。【００９４】
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、上述の実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの静的な非回転対称収差を調整する調整機構と動的な非回転対称収差を調整する調整機構とを用いた調整と、投影光学系ＰＬの像面と共役な面内における露光光ＩＬの分布を考慮した投影光学系ＰＬの光学特性の調整との両方を行うようにしているが、どちらか一方の調整を行う露光装置とすることもできる。【００９５】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの像面と共役な面内における露光光ＩＬの分布を考慮して、投影光学系ＰＬの回転対象な収差と非回転対称な収差を調整するようにしているが、どちらか一方を調整するようにするようにしてもよい。また、上記実施形態では、伝達関数又はテーブルを用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整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し、その測定結果を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を調整しても良い。また、上述の実施形態においては、調整機構２２と非露光光照射機構４０とでそれぞれ異なるレンズに所定の調整を行っているが、同一のレンズに所定の調整を行うようにしてもよい。【００９６】
また、上述の実施形態においては、投影光学系の非回転対称な収差として、主にセンターアスティグマティズムを補正する場合について説明したが、非回転対称な収差として、センターアスティグマティズムに限らず、直交する二方向の投影倍率差（ＸＹ倍率差）や像シフト等の他の非回転対称な収差が発生する可能性もある。従って、調整機構２２の調整対象となる光学部材は、非回転対称な収差の種類に応じて実験やシミュレーションから最適なものを決めることができる。同様に、非露光光照射機構４０の調整対象となる光学部材、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、非回転対処な収差の種類等に応じて適宜設定することができる。例えば、上述の非回転対称なＸＹ倍率差を調整する場合には、投影光学系ＰＬの複数の光学部材のうちの比較的レチクルＲに近い光学素子、あるいはウェハＷに近い光学素子を選択するのが好ましい。尚、非露光光照射機構４０を投影光学系ＰＬの回転対称な収差の調整に用いてもよい。例えば、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σ値を小さく（例えば０．４以下に）する小σ照明法を採用する場合に発生しやすい高次の回転対称収差は非露光光照射機構４０を使って良好に補正することができる。【００９７】
また、上記実施形態では、調整機構２２が投影光学系ＰＬの静的な光学特性を調整し、非露光光照射機構４０が投影光学系ＰＬの動的な光学特性を調整する場合について説明したが、調整機構２２で投影光学系ＰＬの動的な光学特性を調整するようにしてもよく、非露光光照射機構４０で投影光学系ＰＬの静的な光学特性を調整するようにしても良い。即ち、投影光学系ＰＬの静的な非回転対称収差を調整する調整機構、及び動的な非回転対称収差を調整する調整機構は上述の実施形態に限定されず、加熱作用、冷却作用、外力作用等を用いる各種の手法を適宜選択又は組み合わせて採用することができる。【００９８】
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、上述の実施形態においては屈折系の投影光学系ＰＬを用いて説明したが、屈折系と反射系とを含む投影光学系や、反射系のみからなる投影光学系にも本発明を適用することができる。また、露光光ＩＬの照明領域（露光領域）の形状は矩形に限られず、例えば円弧状であってもよい。【００９９】
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。【０１００】
〔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Ｓ１０（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Ｓ１１（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Ｓ１２（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。【０１０１】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２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Ｓ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３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Ｓ１４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Ｓ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４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。【０１０２】
図１５は、図１４のステップＳ１３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Ｓ２１（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Ｓ２２（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Ｓ２３（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Ｓ２４（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Ｓ２１〜ステップＳ２４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。【０１０３】
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Ｓ２５（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Ｓ２６（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Ｓ２７（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Ｓ２８（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Ｓ２９（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。【０１０４】
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Ｓ２６）において上記の露光装置が備える投影光学系ＰＬの光学特性が調整されつつ、レチクルＲ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、投影光学系ＰＬの像面と共役な面に入射する露光光ＩＬの断面形状及び大きさに応じて投影光学系ＰＬの光学特性が調整される、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。【０１０５】
尚、本発明は、国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号パンフレット等に開示されているような投影光学系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１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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