JP4692753B2 - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体素子又は液晶表示素子等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で、マスクパターンを基板上に転写するために使用される露光技術及びその露光技術を用いるデバイス製造技術に関し、更に詳しくは結像特性の補正技術を用いる露光技術に関する。

半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介して基板としてのフォトレジストの塗布されたウエハ（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、ステッパー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。そこで、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備えられている。従来の補正機構によって補正できる結像特性は、歪曲収差や倍率誤差等の回転対称の低い次数の成分である。

これに対して近年では、特定のパターンに対する解像度を高めるために、いわゆる輪帯照明や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ことがある。この場合、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に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ー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エ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。

前者のように光学部材が中抜けの露光光で継続して照射されると、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が生じる恐れがある。そこで、従来より、輪帯照明や４極照明を行う場合には、照明光学系の瞳面又はこの共役面の近傍で、光軸を含む領域にフォトレジストを感光させない波長域の収差補正用の照明光を導き、投影光学系中の光学部材の光軸を含む領域をほぼ一様な光量分布で照明するようにした投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。更に、後者のようにレチクルが長方形状の照明領域で照明される場合には、レチクル上の照明領域を短辺方向に挟む２つの領域を、フォトレジストを感光させない波長域の収差補正用の照明光で照明することによって、非回転対称な収差変動を抑えるようにした投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−６４７９０号公報 特開平１０−５０５８５号公報

上記の如く、従来より輪帯照明等を用いるときのように所定の光学部材が中抜けの露光光で照明される場合や、走査露光時のようにレチクル等の光学部材が長方形状の照明領域で照明される場合に、露光光と共に収差補正用の照明光でもレチクルを照明することによって、例えば高次の球面収差や非回転対称な収差成分を補正することが行われていた。
これに関して最近は、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」と言う）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。

また、走査露光方式を用いて、更にレチクル上で走査方向に直交する非走査方向の一方の端部のパターンのみを露光するような場合には、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。この場合、投影光学系のレチクル側及びウエ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エ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。

このように非回転対称な収差成分が多く発生する場合に、従来例のようにフォトレジストを感光させない収差補正用の照明光を露光光の光路とほぼ平行な光路でレチクルに照射しても、その照明光と露光光との波長が異なるため、その照明光で非回転対称な収差成分の発生に大きく寄与する光学部材の所望の部分を正確に照射することは困難であった。そのため、非回転対称な収差成分を十分に補正できない恐れがあった。

また、照明光学系側から投影光学系中の所望の光学部材にその収差補正用の照明光を照射するためには、その照明光は光学素子による吸収があまり高くない波長域とする必要がある。従って、フォトレジストに対する感光性も高まる傾向があるため、その照明光の光強度を高めることが困難であり、この点からも非回転対称な収差成分を十分に補正できない恐れがあった。

更に、最近では、小σ照明（照明光学系の瞳面上で光軸を中心とする小さい領域を２次光源とする照明法）のように、半径方向で露光光の光量分布が大きく変化する照明条件が使用されることがある。この場合にも、例えば高次の球面収差変動のように従来の結像特性補正機構では補正が困難な結像特性の変動が生じることがあるため、何らかの対策が望まれていた。

本発明は斯かる点に鑑み、マスク及び投影光学系のうちの少なくとも一部の光学部材を通過する露光ビームの光量分布が非回転対称になるか、又は半径方向に大きく変動するような場合に、結像特性のうちの非回転対称な成分、又は高次の成分を効率的に制御できる露光技術を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、そのような場合に、結像特性の変動を抑制できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを第２の目的とする。

本発明による第１の露光方法は、露光ビーム（ＩＬ）で第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光方法において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部（３２）に、その露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を、実質的に可撓性が無い内面反射型の空間導波機構（４４Ａ，４４Ｂ）を介して所定の偏光状態で照射して、その投影光学系の結像特性を補正するものである。

斯かる本発明によれば、その光ビームが例えばダイポール照明のような非回転対称な照明条件、又は例えば小σ照明のような照明光学系の瞳面上で半径方向に光量分布が大きく変化する照明条件でその第１物体を照明して、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差が発生するものとする。このとき、その第１物体又はその投影光学系中の複数の光学部材において、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その空間導波機構を介してその光ビームを部分的に照射して、その部材を加熱することで、その収差を効率的に制御できる。一例として、その光ビームの波長域を加熱対象の部材に吸収され易い波長域として、その部材の側面上方又は側面下方から露光ビームの光軸に斜めに交差する方向にその光ビームを照射することで、その第２物体を感光させることなく、その部材のみを効率的に加熱できる。

本発明において、その空間導波機構の一例は、ガラス、セラミックス、又は金属よりなる中空の導波管を含むものである。その導波路は、伝送効率をあまり低下させることなく、或る程度の曲率半径で曲げることができるため、その導波管をその光ビームの射出部に用いることで、その第１物体又はその投影光学系中の任意の光学部材の所望の照射位置に容易にその光ビームで部分的に照射できる。

次に、本発明による第２の露光方法は、露光ビーム（ＩＬ）で第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光方法において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部（３２）に、その露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を偏光状態制御機構（５１Ａ，５１Ｂ）及び上記の空間導波機構を介して所定の偏光状態で照射して、その投影光学系の結像特性を補正するものである。

本発明によれば、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その偏光状態制御機構を介してその光ビームをその部材に吸収され易い偏光状態で部分的に照射して、その部材を加熱することで、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差を効率的に制御できる。
本発明において、その偏光状態制御機構の一例は、位相板を含むものである。位相板を用いることで、簡単な構成で所望の偏光状態を得ることができる。位相板としては、１／４波長板又は１／２波長板等が使用できる。

本発明による第３の露光方法は、露光ビーム（ＩＬ）で第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光方法において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部に、その露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を、光ガイド（７２Ａ，７２Ｂ，７５Ｂ）及び偏光状態制御機構（７４Ａ，７４Ｂ）を介して所定の偏光状態で照射して、その投影光学系の結像特性を補正するものである。

本発明によれば、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その光ガイドを介してその光ビームを部分的に照射して、その部材を加熱することで、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差を効率的に制御できる。この際に光ガイドを用いることで、所望の加熱位置まで容易にその光ビームを導くことができる。また、その光ガイド中を伝わる過程でその光ビームの偏光状態が変化しても、その偏光状態制御機構によって所望の偏光状態に設定できるため、その光ビームをその部材に吸収され易い偏光状態で照射できる。

この場合、その光ガイドの一例は、中空ファイバであり、その偏光状態制御機構の一例は、偏光板である。
上記の本発明において、その光ビームは、例えばＲＦ励起導波路型ＣＯ_２レーザで発生されるものである。特にＣＯ_２レーザの波長１０．６μｍの光は光学部材に吸収され易いため、光学部材を部分的に効率的に加熱できる。

また、その露光ビームによってその第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部が非回転対称な光量分布で照明される場合、その露光ビームの照射により発生するその投影光学系の非回転対称な収差を補正するように、その光ビームを照射してもよい。これによって、その非回転対称な収差を抑制できる。
また、その露光ビームの照射量に基づいて非回転対称な収差の発生量を計算し、この計算結果に基づいてその第光ビームを照射してもよい。これによって、その光ビームの照射量を制御できる。

また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法を用いてパターン（１１）を感光体（１８）に転写するものである。本発明の適用によって、ダイポール照明や小σ照明を用いる際の結像特性を向上できるため、デバイスを高精度に製造できる。
次に、本発明による第１の露光装置は、露光ビームで転写用のパターンが形成された第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光装置において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部（３２）にその露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を照射する照射機構を有し、その照射機構は、その光ビームを所定光路に沿って伝える実質的に可撓性が無い内面反射型の空間導波機構（４４Ａ，４４Ｂ）を含み、この空間導波機構を介したその光ビームを所定の偏光状態でその第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部に照射するものである。

斯かる本発明によれば、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その空間導波機構を介してその光ビームを部分的に照射して、その部材を加熱することで、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差を効率的に制御できる。
この場合、その空間導波機構の一例は、ガラス、セラミックス、又は金属よりなる中空の導波管を含むものである。その導波管の内面に、その光ビームを反射するために、金属膜又は誘電体膜の少なくとも一方を含む反射膜をコーティングしてもよい。

また、本発明による第２の露光装置は、露光ビームで転写用のパターンが形成された第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光装置において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部（３２）にその露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を照射する照射機構を有し、その照射機構は、上記の空間導波機構及びその光ビームの偏光状態を所定状態に設定する偏光状態制御機構（５１Ａ，５１Ｂ）を含むものである。

斯かる本発明によれば、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その偏光状態制御機構を介してその光ビームをその部材に吸収され易い偏光状態で照射して、その部材を加熱することで、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差を効率的に制御できる。
この場合、その偏光状態制御機構の一例は、位相板を含むものである。

次に、本発明による第３の露光装置は、露光ビームで転写用のパターンが形成された第１物体（１１）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（１４）を介して第２物体（１８）を露光する露光装置において、その第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部（３２）にその露光ビームと異なる波長域の光ビーム（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を照射する照射機構を有し、その照射機構は、その光ビームを発生する光源（４１１Ａ，４１１Ｂ，４１１）からの光ビームを導く光ガイド（７２Ａ，７２Ｂ，７５Ｂ）と、この光ガイドから射出された光ビームの偏光状態を所定状態に設定する偏光状態制御機構（７４Ａ，７４Ｂ）とを有するものである。

斯かる本発明によれば、熱吸収によって収差に大きな影響を与える所定の部材に、その光ガイド及び偏光状態制御機構を介してその光ビームを部分的に所定の偏光状態（例えば吸収され易い偏光状態）で照射して、その部材を加熱することで、非回転対称な収差又は回転対称な高次の収差を効率的に制御できる。
この場合、一例として、その光ガイドは、中空ファイバであり、その偏光状態制御機構は、偏光板である。

上記の本発明において、その照射機構は、その光ビームを発生する光源としてＲＦ励起導波路型ＣＯ_２レーザを有してもよい。この場合、そのＲＦ励起導波路型ＣＯ_２レーザが複数であってもよい。例えば加熱対象の部材の複数の照射位置のそれぞれに対応してＣＯ_２レーザを配置することで、各照射位置を短時間に加熱できる。
また、その照射機構は、その光ビームを分割する第１ビームスプリッタ（６５）を有してもよい。これによって、一つの光源からのその光ビームを、複数の照射領域に同時に照射できる。

また、その照射機構は、その光ビームを時間的に分割するために、可動ミラー（５７Ａ，５７Ｂ）又はシャッタの少なくとも一方を有してもよい。これによって、一つの光源からのその光ビームを、複数の照射領域に時分割的に照射できる。
また、その光ビームを発生する光源（４１１Ａ，４１１Ｂ）の発光持続時間を制御する光源制御装置（４１２Ａ，４１２Ｂ）を有することができる。その発光持続時間の制御で照射量を制御できる。

また、その光ビームの一部を分岐する第２ビームスプリッタ（５０Ａ，５０Ｂ）と、この第２ビームスプリッタで分岐された光を受光する光電センサ（５３Ａ，５３Ｂ）とを有し、この光電センサによってその光ビームの光量の情報を求めてもよい。このように、できるだけその光ビームの射出口に近い位置でその光ビームの光量を計測することによって、その光ビームの照射量を正確に制御できる。
また、その光ビームの光源とその第２ビームスプリッタとの間に配置された少なくとも一つの偏光素子（５１Ａ，５１Ｂ）を有してもよい。これによって、その光ビームの偏光状態をより正確に制御できることがある。
また、その第２ビームスプリッタとその投影光学系を構成する光学部材（３２）との間に配置されて、その光ビームの偏光状態を所定状態に設定する１／４波長板（５１Ａ，５１Ｂ）を有してもよい。その光ビームを直線偏光状態でその１／４波長板に通すことで、その光学部材を円偏光状態で照射できる。

また、その露光ビームによってその第１物体及びその投影光学系の少なくとも一部が非回転対称な光量分布で照明される場合、その露光ビームの照明により発生するその投影光学系の非回転対称な収差を補正するように、その照射機構はその光ビームを照射してもよい。これによって、非回転対称な収差が補正される。
また、その投影光学系の回転対称な収差を補正するための収差補正機構（１６）と、その照射機構及びその収差補正機構の動作を制御してその投影光学系の収差を補正する制御装置（２４）とを更に有することができる。その収差補正機構では補正できない収差をその照射機構によって補正できる。

また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光装置を用いてパターン（１１）を感光体（１８）に転写するものである。
上記の本発明の説明において、各要素に付した括弧付き符号は、後述の本発明の実施形態の構成に対応するものであるが、各符号はその要素の例示に過ぎず、各要素をその実施形態の構成に限定する意図は無い。

本発明によれば、第１物体（マスク）及び投影光学系のうちの少なくとも一部の光学部材を通過する露光ビームの光量分布が非回転対称になるか、又は半径方向に大きく変動するような場合に、例えば収差に影響を与える所定の部分に露光ビームと異なる光ビームを照射することで、結像特性のうちの非回転対称な成分、又は高次の成分を効率的に制御できる。また、空間導波路機構若しくは光ガイド又は偏光状態制御機構を用いることで、それぞれ所望の照射位置に容易に、又は吸収され易い偏光状態でその光ビームを照射できる。
また、本発明において、投影光学系の非回転対称な収差を補正するようにその光ビームを照射する場合には、投影光学系の結像特性の変動を抑制できる。

本発明の第１の実施形態の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 図１中の結像特性補正機構１６の構成例を示す一部を切り欠いた図である。 （Ａ）はＸ方向のＬ＆Ｓパターンを示す図、（Ｂ）はＸ方向のダイポール照明時の投影光学系の瞳面上での光量分布を示す図である。 （Ａ）はＹ方向のＬ＆Ｓパターンを示す図、（Ｂ）はＹ方向のダイポール照明時の投影光学系の瞳面上での光量分布を示す図である。 Ｘ方向のダイポール照明時のレンズの温度分布を示す図である。 本発明の第１の実施形態の補正光照射機構４０の構成を示す図である。 図６の導波管４４Ａ，４４Ｂに沿って投影光学系１４を切り欠いた平面図である。 本発明の第１の実施形態における、Ｘ方向のダイポール照明時のレンズに対する露光光及び補正光の照射領域を示す平面図である。 第１の実施形態の補正光照射機構４０の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の補正光照射機構４０Ａの構成を示す図である。 第２の実施形態の補正光照射機構４０Ａの変形例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の補正光照射機構４０Ｂの構成を示す図である。 第３の実施形態の補正光照射機構４０Ｂの変形例を示す図である。 図１０中の可変減衰器５４Ａの構成例を示す図である。

符号の説明

１…露光光源、ＩＬＳ…照明光学系、１１…レチクル、１４…投影光学系、１６…結像特性補正機構、１８…ウエハ、２０…ウエハステージ、２４…主制御系、２５…照明系開口絞り部材、３２…レンズ、４０，４０Ａ，４０Ｂ…補正光照射機構、４１２，４１２Ａ，４１２Ｂ…ＣＯ_２レーザ、４３，４３Ａ，４３Ｂ…光検出器、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ…導波管、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ…照射ユニット、５１Ａ，５１Ｂ…１／４位相板、５３Ａ，５３Ｂ…光検出器、５４Ａ，５４Ｂ…可変減衰器、５７Ａ，５７Ｂ…可変ミラー、７２Ａ，７２Ｂ，７５Ｂ…中空ファイバ、７４Ａ，７４Ｂ…偏光板

［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光光源１としてはＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）などの紫外レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。

露光時に露光光源１から出力された露光ビームとしての露光光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のフライアイレンズ２に入射して、照度分布が均一化される。そして、第１のフライアイレンズ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のフライアイレンズ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。なお、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）や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。

第２のフライアイレンズ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）、並びに輪帯状など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２５が、駆動モータ２５ａ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２４が、駆動モータ２５ａを介して照明系開口絞り部材２５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の状態では、照明系開口絞り部材２５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２６Ａ、及びこの開口絞り２６Ａ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２６Ｂが現れている。そして、第２のフライアイレンズ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２６Ａが設置されている。

照明系開口絞り部材２５中の開口絞り２６Ａ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５に入射し、ビームスプリッタ５で反射された露光光は、集光レンズ（不図示）を介して第１光電センサとしてのインテグレータセンサ６に受光される。インテグレータセンサ６の検出信号は、主制御系２４中の露光量制御部及び結像特性演算部に供給され、その露光量制御部は、その検出信号と予め計測されているビームスプリッタ５から基板としてのウエハ１８までの光学系の透過率とを用いてウエハ１４上での露光エネルギーを間接的に算出する。その露光量制御部は、ウエハ１４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。

そして、ビームスプリッタ５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８の開口上に入射する。視野絞り８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、マスクとしてのレチクル１１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１１上の照明領域の形状を規定するために使用される。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、その照明領域を走査方向に閉じるために使用される。可動視野絞りは更に、必要に応じて照明領域の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。

視野絞り８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９、及びコンデンサレンズ１０を経て、マスクとしてのレチクル１１のパターン面（下面）の照明領域を均一な照度分布で照明する。視野絞り８（ここでは固定視野絞り）の開口の通常の形状は、一例として縦横比が１：３から１：４程度の長方形である。そして、その開口とほぼ共役なレチクル１１上の照明領域の通常の形状も、長方形である。

図１において、露光光ＩＬのもとで、レチクル１１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１４を介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、基板（感応基板）としてのフォトレジストが塗布されたウエハ１８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１４に関してレチクル１１上の照明領域と共役な長方形の領域である。レチクル１１及びウエハ１８はそれぞれ本発明の第１物体及び第２物体（感光体）に対応している。ウエハ１８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。

露光光ＩＬの一部はウエハ１８で反射され、その反射光は投影光学系１４、レチクル１１、コンデンサレンズ１０、ミラー９、及び視野絞り８を経てビームスプリッタ５に戻り、ビームスプリッタ５で更に反射された光が集光レンズ（不図示）を介して光電センサよりなる反射量センサ（反射率モニタ）７で受光される。反射量センサ７の検出信号は主制御系２４中の結像特性演算部に供給され、結像特性演算部は、インテグレータセンサ６及び反射量センサ７の検出信号を用いて、レチクル１１から投影光学系１４に入射する露光光ＩＬの積算エネルギー、及びウエハ１８で反射されて投影光学系１４に戻る露光光ＩＬの積算エネルギーを算出する。また、その結像特性演算部には、露光中の照明条件（照明系開口絞りの種類）の情報も供給されている。更に、投影光学系１４の外部に気圧及び温度を計測するための環境センサ２３が配置され、環境センサ２３の計測データもその結像特性演算部に供給されている。その主制御系２４内の結像特性演算部は、照明条件、露光光ＩＬの積算エネルギー、及び周囲の気圧、温度等の情報を用いて、投影光学系１４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。主制御系２４内には結像特性制御部も設けられており、その収差成分の変動量の算出結果に応じて、その結像特性制御部は、常に所望の結像特性が得られるように結像特性の変動量を抑制する（詳細後述）。

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２５、視野絞り８、及びコンデンサレンズ１０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１４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。

また、本例の投影光学系１４は屈折系であり、投影光学系１４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Ｆ_２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１４の瞳面ＰＰ（照明光学系ＩＬＳの瞳面と共役な面）には開口絞り１５が配置され、その瞳面ＰＰの近傍に収差に影響を与える所定の部材としてのレンズ３２が配置されている。レンズ３２に露光光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（光ビーム）が照射される（詳細後述）。また、投影光学系１４には、回転対称の収差を補正するための結像特性補正機構１６が組み込まれており、主制御系２４内の結像特性制御部が、制御部１７を介して結像特性補正機構１６の動作を制御する。

図２は、図１中の結像特性補正機構１６（収差補正機構）の一例を示し、この図２において、投影光学系１４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２７，２８，２９，３０，３１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２７（図２では２個のみが現れている）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２８〜３１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２７〜３１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１７が、主制御系２４内の結像特性制御部からの制御情報に基づいて３個ずつの駆動素子２７〜３１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１４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。

具体的に、レチクル又はウエハに近い位置のレンズＬ１又は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）などを補正することができる。また、投影光学系１４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、球面収差などを補正することができる。なお、図２の駆動対象のレンズＬ３は、図１の投影光学系１４内の収差補正用の照明光が照射されるレンズ３２と同一であってもよい。このように投影光学系１４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１４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１１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１６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１４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。

図１に戻り、以下では投影光学系１４の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクル１１及びウエハ１８の走査方向（図１の紙面に垂直な方向）にＹ軸を取り、走査方向に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。
先ず、レチクル１１はレチクルステージ１２上に吸着保持され、レチクルステージ１２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１１の走査を行う。レチクルステージ１２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２４内のステージ制御部に供給されている。ステージ制御部は、その計測値及び各種制御情報に基づいてレチクルステージ１２の位置及び速度を制御する。投影光学系１４の上部側面には、レチクル１１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）１３が配置されている。レチクル側ＡＦセンサ１３による検出情報は、主制御系２４内のＺチルトステージ制御部に供給されている。また、レチクル１１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。

一方、ウエハ１８は、ウエハホルダ（不図示）を介してＺチルトステージ１９上に吸着保持され、Ｚチルトステージ１９はウエハステージ２０上に固定され、ウエハステージ２０は不図示のウエハベース上で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１９は、ウエハ１８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。ウエハステージ２０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２４内のステージ制御部に供給されている。そのステージ制御部は、その計測値及び各種制御情報に基づいてウエハステージ２０の位置及び速度を制御する。投影光学系１４の下部側面には、ウエハ１８の表面（ウエハ面）に斜めに複数のスリット像を投影し、そのウエ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エハ面の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、「ウエハ側ＡＦセンサ」と言う）２２が配置されている。ウエハ側ＡＦセンサ２２による検出情報は、主制御系２４内のＺチルトステージ制御部に供給され、Ｚチルトステージ制御部は、レチクル側ＡＦセンサ１３及びウエハ側ＡＦセンサ２２の検出情報に基づいて、常時ウエハ面が投影光学系１４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１９を駆動する。

また、Ｚチルトステージ１９上のウエハ１８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２１が固定され、照射量センサ２１の検出信号が主制御系２４内の露光量制御部に供給されている。露光開始前又は定期的に、照射量センサ２１の受光面を投影光学系１４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２１の検出信号をインテグレータセンサ６の検出信号で除算することによって、その露光量制御部は、ビームスプリッタ５から照射量センサ２１（ウエハ１８）までの光学系の透過率を算出して記憶する。

更に、ウエハステージ２０の上方には、ウエ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２４はレチクル１１のアライメント及びウエハ１８のアライメントを行う。露光時には、レチクル１１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１２及びウエハステージ２０を駆動して、レチクル１１とウエハ１８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、ウエハステージ２０を駆動してウエハ１８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・スキャン方式でウエハ１８上の各ショット領域にレチクル１１のパターン像が露光される。

さて、本例ではダイポール照明を行うため、図１の照明光学系ＩＬＳの瞳面には、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２６Ａが配置されている。この場合、レチクル１１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３（Ａ）に拡大して示すように、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１４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）３３Ｖである。この際に、レチクル１１上には通常、Ｌ＆Ｓパターン３３Ｖ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。

本例のように開口絞り２６Ａ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３（Ｂ）に示すように、投影光学系１４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３４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３４又はその近傍を通過する。また、本例のように、露光光ＩＬの光路中に図３（Ａ）のレチクル１１が配置されたときには、解像限界に近いピッチのＬ＆Ｓパターン３３Ｖからの±１次回折光もほぼ円形領域３４又はその近傍を通過するため、そのＬ＆Ｓパターン３３Ｖの像を高解像度でウエハ上に投影することができる。

この状態では、図１の投影光学系１４の瞳面ＰＰの近傍のレンズ３２に入射する露光光ＩＬの光量分布もほぼ図３（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３２の温度分布は、図５に示すように、光軸をＸ方向に挟む２つの円形領域３４Ａで最も高くなり、その周辺の領域３４Ｂ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３２は熱膨張（熱変形）するとともに、屈折率分布も変化する。この結果、レンズ３２においてＹ方向に開いた光束に対しては屈折力が増加して、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、光軸上での非点収差であるセンターアスΔＺが発生する。このセンターアスΔＺは、時間の経過とともに次第に大きくなり、所定の値で飽和する。これは、レンズ３２の温度が飽和することによる。

この状態で、レチクル１１上に図３（Ａ）のＸ方向のＬ＆Ｓパターン３３Ｖの他に、Ｙ方向に所定ピッチで配列されたＹ方向のＬ＆Ｓパターンが形成されていると、仮にそのＸ方向のＬ＆Ｓパターン３３Ｖの像面をウエハ面に合わせ込むと、その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。
一方、図４（Ａ）に拡大して示すように、レチクル１１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１４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３３Ｈ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２６Ａを９０°回転した形状の開口絞り２６Ｂが設定される。この開口絞り２６Ｂ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４（Ｂ）に示すように、投影光学系１４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３５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３５及びその近傍を通過する。そして、露光光ＩＬの光路中に図４（Ａ）のレチクル１１が配置されると、解像限界に近いピッチのＬ＆Ｓパターン３３Ｈからの±１次回折光もほぼ円形領域３５又はその近傍を通過するため、そのＬ＆Ｓパターン３３Ｈの像は高解像度でウエハ上に投影される。

この場合、図１の投影光学系１４の瞳面ＰＰの近傍のレンズ３２に入射する露光光ＩＬの光量分布もほぼ図４（Ｂ）の光量分布になる。従って、露光を継続すると、そのレンズ３２の温度分布は、ほぼ図５の分布を９０°回転した分布となり、投影光学系１４には、図３（Ｂ）のダイポール照明を用いる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。なお、本例では、レチクル１１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３（Ｂ）のダイポール照明を用いる場合と同じ符号で常に僅かに発生している。これに対して、図４（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３（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。

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１６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、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１４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１６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恐れもある。そこで、本例では、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１４の瞳面ＰＰ付近のレンズ３２に露光光ＩＬ（露光ビーム）とは異なる波長域の収差補正用の照明光（光ビームに対応し、以下、「補正光」と言う）ＬＢＡ，ＬＢＢを照射する。以下、その補正光ＬＢＡ，ＬＢＢをレンズ３２に照射するための補正光照射機構４０（光ビームを照射する照射機構）の構成、及びその収差の補正動作につき詳細に説明する。

［補正光照射機構の説明］
本例では、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢとして、ウエハ１８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。一例として、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢとして炭酸ガスレーザ（ＣＯ_２レーザ）から発光される例えば波長１０．６μｍの赤外光を使用する。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１４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。具体的に、本例のレンズ３２に照射される補正光ＬＢは、９０％以上が吸収されるように設定されている。

更に、本例ではそのＣＯ_２レーザとして、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）励起導波路型ＣＯ_２レーザを使用する。ＲＦ励起導波路型ＣＯ_２レーザは、ラジオ周波数域の放電励起を用いることによって、従来の直流放電励起型ＣＯ_２レーザに比べて小型及び堅牢化が可能であり、使い易いという利点がある。また、ＲＦ励起導波路型ＣＯ_２レーザは、一般には連続発振（ＣＷ）であるが、このレーザの出力（補正光の照射量）の制御としては、発振時間をその休止時間に対して制御するいわゆるデューティ比（Ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）制御を用いることができる。更に、一般にレーザ光源から射出されるレーザ光の偏光状態は直線偏光であり、本例の補正光ＬＢＡ，ＬＢＢもそのＣＯ_２レーザから射出された直後は直線偏光である。なお、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢとしては、その他にＹＡＧレーザなどの固体レーザ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程度の赤外光なども使用することができる。

図１に簡略化して示された補正光照射機構４０において、収差補正時に、ＣＯ_２レーザを含む光源系４１から射出された波長１０．６μｍの直線偏光のレーザ光よりなる補正光ＬＢは、反射率の小さいビームスプリッタ４２に入射し、ビームスプリッタ４２を透過した補正光は、不図示の送光光学系を経て照射ユニット４５Ａに入射する。光源系４１における発光タイミング及び出力は、主制御系６内の補正光制御部によって制御される。そして、照射ユニット４５Ａを経た補正光ＬＢは、投影光学系１４の鏡筒を貫通するように配置された空間導波機構としての導波管４４Ａ内を通過して、補正光ＬＢＡとして斜めにレンズ３２に照射される。

一方、ビームスプリッタ４２で反射された一部の補正光は、光検出器４３（光電センサ）に受光され、光検出器４３の検出信号が光源系４１にフィードバックされる。また、本例ではビームスプリッタ４２を挟んで光検出器４３に対向するように半導体レーザ光源６１（レーザダイオード）が配置され、半導体レーザ光源６１から射出された波長６７０ｎｍの可視光のレーザ光ＳＬもビームスプリッタ４２に照射される。照射されたレーザ光ＳＬの一部は、ビームスプリッタ４２で反射されて補正光ＬＢと同軸に合成された後、送光光学系（不図示）、照射ユニット４５Ａ、及び導波管４４Ａを介して補正光ＬＢＡとともにレンズ３２に照射される。この場合、例えば補正光照射機構４０の組立調整時やメンテナンス時等に、可視域のレーザ光ＳＬは赤外域の補正光ＬＢＡの光軸等を調整するためのガイド光として使用される。従って、通常の露光時にレンズ３２に補正光ＬＢＡを照射する際には、半導体レーザ光源６１は発光を停止しており、レーザ光ＳＬは照射されない。このようにレーザ光ＳＬは、収差補正時には使用されないため、図１以外では図示省略している。

また、光軸ＡＸを挟んで導波管４４Ａとほぼ対称に導波管４４Ｂが配置されており、不図示の光源系及び送光光学系から供給された補正光が、照射ユニット４５Ｂ及び導波管４４Ｂを介して補正光ＬＢＢとしてレンズ３２に照射される。また、実際には光軸ＡＸをＹ方向に挟むように別の１対の導波管が配置され、これらの導波管からもレンズ３２に対してそれぞれ補正光が照射されるように構成されている（詳細後述）。

次に、図６は図１の補正光照射機構４０の詳細な構成を示し、この図６において、図１の光源系４１は、ＲＦ励起導波路型のＣＯ_２レーザ４１１Ａ及びレーザ電源４１２Ａより構成され、図１のビームスプリッタ４２及び光検出器４３はそれぞれビームスプリッタ４２Ａ及び光検出器４３Ａに対応している。図６において、ＣＯ_２レーザ４１１Ａから射出された直線偏光の補正光ＬＢの一部は、ビームスプリッタ４２Ａで分岐されて光検出器４３Ａに受光され、この検出信号がレーザ電源４１２Ａにフィードバックされる。ビームスプリッタ４２Ａを透過した補正光ＬＢは、４枚のミラー４６Ａ，４７Ａ，４８Ａ，４９Ａで順次反射されて照射ユニット４５Ａに入射する。４枚のミラー４６Ａ〜４９Ａより送光光学系が構成されている。本例の送光光学系は反射系であるため、補正光ＬＢの偏光状態は直線偏光が維持される。

照射ユニット４５Ａにおいて、入射した補正光ＬＢは、反射率の小さいビームスプリッタ５０Ａ（第２ビームスプリッタ）に入射し、ビームスプリッタ５０Ａで反射されて分岐された補正光は光検出器５３Ａ（光電センサ）で受光され、この検出信号がレーザ電源４１２Ａにフィードバックされる。レーザ電源４１２Ａは、光検出器４３Ａ，５３Ａの検出信号及び図１の主制御系２４内の補正光制御部からの制御情報に基づいて、ＣＯ_２レーザ４１１Ａの発光タイミング及び出力（照射量）を制御する。この場合、光検出器５３Ａでの受光量（検出信号）から、導波管４４Ａより射出される補正光ＬＢＡの光量（例えば照度）を計算するための換算係数は予め高精度に求められて、レーザ電源４１２Ａ内の記憶部に記憶されている。その補正光制御部からは、ＣＯ_２レーザ４１１Ａの発光タイミング及びレンズ３２上での光量（又は照射量）が指示される。また、光検出器４３Ａからの検出信号は、ＣＯ_２レーザ４１１Ａの発振状態の監視、及びビームスプリッタ４２Ａからビームスプリッタ５０Ａまでの光学部品の異常検出のために利用される。

ビームスプリッタ５０Ａを透過した直線偏光の補正光ＬＢは、偏光状態制御機構としての位相板に対応する１／４波長板５１Ａを通過して円偏光に変換された後、集光レンズ５２Ａによって中空の導波管４４Ａの入射口に集光される。導波管４４Ａは、一例としてガラス、セラミックス、又は金属よりなる断面内面が円形の細管の内壁に、補正光ＬＢ（ＣＯ_２レーザ光）の波長で反射率の高い物質をコーティングしたものである。導波管４４Ａの内径は、一例として０．２から２ｍｍ程度である。同様に、ミラー４６Ａ〜４９Ａの反射面にも、補正光ＬＢの波長で反射率の高い反射膜がコーティングされている。本例では図１を参照して説明したように、補正光ＬＢに対するガイド光として可視域のレーザ光ＳＬも使用されている。そこで、ミラー４６Ａ〜４９Ａの反射面及び導波管４４Ａの内面には、補正光ＬＢ及びレーザ光ＳＬ（ガイド光）の両方の波長で反射率の高いコーティングが施されている。

中空の導波管４４Ａは、投影光学系１４の鏡筒を突き抜けて、投影光学系１４の内部のレンズ３２の斜め上方に達している。そして、導波管４４Ａ内を内面反射によって伝わった補正光ＬＢは、補正光ＬＢＡとしてレンズ３２の表面に斜めに直接入射する。この場合、１／４波長板５１Ａによって、導波管４４Ａに入射する補正光ＬＢは円偏光となっているため、導波管４４Ａからレンズ３２に照射される補正光ＬＢＡもほぼ安定な円偏光である。一般に、レンズ３２等の光学レンズを構成する材料は誘電体であるが、誘電体の反射率は入射光の偏光特性に依存する。そして、導波管４４Ａを出射した偏光特性の安定化した補正光ＬＢＡは、安定にレンズ３２に吸収されて、レンズ３２を部分的に加熱する。なお、導波管４４Ａ内での偏光特性が安定しているのであれば、１／４波長板５１Ａの代わりに１／２波長板も使用できる。この場合は、導波管４４Ａから出射される補正光ＬＢＡが、レンズ３２に有効に吸収される偏光状態の割合が最大になるように、その１／２波長板の結晶方位を決めればよい。

図６において、本例では、レンズ３２に補正光ＬＢＡを導波管４４Ａから照射するための光学系（ＣＯ_２レーザ４１１Ａ〜集光レンズ５２Ａ）と並列にかつ独立に制御可能な状態で、レンズ３２の別の領域に補正光ＬＢＢを導波管４４Ｂから照射するための光学系が配置されている。即ち、ＣＯ_２レーザ４１１Ａ、ビームスプリッタ４２Ａ、レーザ電源４１２Ａ、光検出器４３Ａ、ミラー４６Ａ〜４９Ａ、照射ユニット４５Ａ（ビームスプリッタ５０Ａ、１／４波長板５１Ａ、及び集光レンズ５２Ａ）、光検出器５３Ａ、並びに導波管４４Ａとほぼ対称に、ＣＯ_２レーザ４１１Ｂ、ビームスプリッタ４２Ｂ、レーザ電源４１２Ｂ、光検出器４３Ｂ、ミラー４６Ｂ〜４９Ｂ（送光光学系）、照射ユニット４５Ｂ（ビームスプリッタ５０Ｂ、１／４波長板５１Ｂ、及び集光レンズ５２Ｂ）、光検出器５３Ｂ、並びに導波管４４Ｂが配置されている。そして、ＣＯ_２レーザ４１１Ｂから射出された直線偏光の補正光ＬＢは、導波管４４Ｂを介して安定な円偏光の補正光ＬＢＢとしてレンズ３２に照射される。

図７は、図６の導波管４４Ａ，４４Ｂの部分で投影光学系１４を切り欠いた平面図であり、この図７において、光軸ＡＸをＸ方向に挟むように１対の中空の導波管４４Ａ及び４４Ｂの射出口が投影光学系ＰＬの鏡筒を通して配置されている。また、光軸ＡＸをＹ方向に挟むように、別の１対の中空の導波管４４Ｃ及び４４Ｄの射出口が投影光学系ＰＬの鏡筒を通して配置されている。また、導波管４４Ｃ及び４４Ｄの入射口はそれぞれ照射ユニット４５Ａと同一構成の照射ユニット４５Ｃ及び４５Ｄに連結され、照射ユニット４５Ｃ及び４５Ｄには、それぞれ図６のＣＯ_２レーザ４１１Ａからミラー４８Ａまでの光学系と同じ別の１対の光学系からミラー４９Ｃ及び４９Ｄを介して補正光が供給される。この場合、導波管４４Ａ及び４４Ｂからの補正光ＬＢＡ及びＬＢＢは、それぞれレンズ３２上の光軸ＡＸをＸ方向に挟む２つのほぼ円形の領域６３Ａ及び６３Ｂに照射される。そして、導波管４４Ｃ及び４４Ｄからの補正光ＬＢＣ及びＬＢＤは、それぞれレンズ３２上の光軸ＡＸをＹ方向に挟む２つのほぼ円形の領域６３Ｃ及び６３Ｄに照射される。

即ち、レンズ３２に対しては、光軸ＡＸを中心として±Ｘ方向の２箇所及び±Ｙ方向の２箇所の合計４箇所の領域６３Ａ〜６３Ｄに、選択的に所望のタイミングで、かつそれぞれ所望の照射量（照射時間）で補正光ＬＢＡ〜ＬＢＤを照射できるように構成されている。この場合、２つの照射ユニット４５Ａ及び４５Ｄは近接して配置され、照射ユニット４５Ａ，４５Ｄからの導波管４４Ａ，４４Ｄは、投影光学系１４の鏡筒に沿って緩やかに撓ませて配置されている。同様に、別の２つの照射ユニット４５Ｂ及び４５Ｃも近接して配置され、照射ユニット４５Ｂ，４５Ｃからの導波管４４Ｂ，４４Ｃも、投影光学系１４の鏡筒に沿って緩やかに撓ませて配置されている。４つの導波管４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄの曲率半径Ｒの最小値は、それぞれ内部を通過する補正光の透過率が殆ど低下しない程度の値（例えば３０ｍｍ程度）以上になるようにされている。これによって、投影光学系１４の鏡筒の周囲に、補正光ＬＢＡ〜ＬＢＤを照射するための光学系をコンパクトに配置することができる。

なお、図６において、１／４波長板５１Ａ，５１Ｂによって得られる補正光ＬＢＡ，ＬＢＢのうちの円偏光状態の割合を高めるために、例えばミラー４９Ａ，４９Ｂと１／４波長板５１Ａ，５１Ｂとの間に、１／４波長板５１Ａ，５１Ｂに入射する補正光をより完全な直線偏光とするための偏光板を配置してもよい。
また、本例では４つの導波管４４Ａ〜４４Ｄに供給される補正光は、互いに独立の光学系で発生されているが、共通の１つのレーザ光源から射出されたレーザ光から分岐された４つの光を並列にそれら４つの導波管４４Ａ〜４４Ｄに供給してもよい。

また、より収差補正を高精度に行うために、例えば光軸ＡＸを中心としてほぼ等角度間隔の８箇所以上の領域で、レンズ３２に対して選択的に補正光を照射できるように構成してもよい。
［非回転対称な照明条件等での補正光の照射方法］
次に、非回転対称な照明条件での補正光の照射方法について、ダイポール照明の場合に発生するセンターアスを補正する場合を例にとって説明する。本例では、Ｘ方向のダイポール照明が行われるため、図３（Ｂ）に示すように、投影光学系１４の瞳面ＰＰ上で光軸ＡＸをＸ方向に挟む２つの円形領域３４に露光光ＩＬが照射される。

図８は、その投影光学系１４の瞳面ＰＰ近傍のレンズ３２を示す平面図であり、この図８において、レンズ３２上の光軸ＡＸをＸ方向に対称に挟む領域３４Ａ及びその近傍の領域に露光光ＩＬが照射される。本例では、ほぼその領域３４Ａを光軸ＡＸの回りに９０°回転した領域である、レンズ３２上の１対のほぼ円形の領域６３Ｃ及び６３Ｄにそれぞれ図７の導波管４４Ｃ及び４４Ｄを介して補正光ＬＢＣ及びＬＢＤを照射する。

露光光ＩＬの照射領域を９０°回転した領域を補正光ＬＢＣ，ＬＢＤで照射することにより、レンズ３２の温度分布は領域３４Ａ及び領域６３Ｃ，６３Ｄ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。この結果、露光光ＩＬのみを照明した場合のレンズ３２の変形と比べて、露光光ＩＬ及び補正光ＬＢＣ，ＬＢＤを照射した本例のレンズ３２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。これによって、投影光学系１４の結像特性が向上し、レチクル１１の全部のパターンが高精度にウエハ１８上に転写される。

この場合の、補正光ＬＢＣ，ＬＢＤの照射量（ドーズ）及び照射タイミングは、一例として次のように定めることができる。即ち、図１の主制御系２４内の結像特性演算部は、露光光ＩＬの積算エネルギーの情報及び照明光学系ＩＬＳ中の開口絞りの形状から、図８のレンズ３２上の領域３４Ａ及びその近傍の領域を通過する露光光ＩＬによって、レンズ３２に蓄積される熱エネルギー量を求めることができる。そこで、最も簡単な制御としては、その結像特性演算部は、その領域３４Ａとともに、全体として回転対称の領域を構成する領域６３Ｃ，６３Ｄにおける補正光ＬＢＣ，ＬＢＤの照射量を、その露光光ＩＬによる熱エネルギーとほぼ等しく設定し、この情報を主制御系２４内の補正光制御部に供給する。この補正光照射部では、例えば補正光ＬＢＡ〜ＬＢＤのレンズ３２による吸収率の情報を用いて、補正光ＬＢＣ，ＬＢＤの照射量を算出し、この照射量及び照射タイミングの情報を補正光照射機構４０内の対応するレーザ電源に供給する。レーザ電源では、対応するＣＯ_２レーザに所定のパワーで発光を行わせるとともに、その照射時間を照射量／平均パワーに設定する。その平均パワーとは、照射時間中の平均的なパワーであり、一例としてその平均パワーが安定化するように制御される。この制御を、「平均パワー管理」とも呼ぶことができる。これによって、補正光ＬＢＣ，ＬＢＤの照射量が適正に制御される。

また、その照射タイミングとしては、例えば（１）露光光ＩＬの照射と同じタイミング、（２）ウエハステージ２０のステップ移動時、又は（３）非対称収差が所定の許容範囲を超えると判定される時点から、等が考えられる。
なお、補正光を照射するレンズは、本例のレンズ３２のように照明光学系ＩＬＳの瞳面と共役な投影光学系１４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補正光を照射してもよい。更に、照射対象の光学部材上で、露光光及び補正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１４中のどの位置の光学部材（レンズ等）に補正光を照射しても、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、本例のように露光光と共に補正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。

また、ダイポール照明のような非回転対称な照明によって発生する非回転対称な収差を補正する場合の他に、例えば投影光学系１４の瞳面上で半径方向に光量分布が局所的に大きく変動するような照明条件で露光を行うときに、高次の球面収差等の高次の回転対称な収差が発生する場合にも、本例のように補正光を照射することによって、その高次の回転対称な収差を減少できる。一例として、小σ照明を行う場合には、図７において、レンズ３２上で光軸ＡＸから半径方向に離れた４つの領域６３Ａ〜６３Ｄに補正光ＬＢＡ〜ＬＢＤを照射してもよい。これによって、投影光学系１４の瞳面の近傍において、半径方向の光量分布の変動量が小さくなるため、高次の球面収差等の発生が抑制されて、良好な結像特性が維持される。

また、例えば転写するパターンによって、視野絞りの設定によって、例えば図１のレチクル１１上の−Ｘ方向の端部の領域のみに露光光ＩＬが照射されるような場合にも、その照明は大きく非回転対称となる。このような場合に対処するためには、投影光学系１４のレチクル１１側の光学部材又はレチクル１１そのものを補正光の照射対象の所定の部材として、この所定の部材の＋Ｘ方向の端部に補正光を照射してもよい。即ち、補正光（光ビーム）の照射対象としては、投影光学系１４内の任意の１つ又は複数の光学部材のみならず、レチクル１１そのものも可能である。
更に、図６において、レンズ３２の周囲に４箇所又は８箇所等の等角度間隔で例えばサーミスタ等の温度センサを設けておき、これらの温度センサの計測値に基づいて補正光ＬＢＡ〜ＬＢＤの照射量を制御してもよい。
また、補正光が照射される光学部材、並びにその光学部材上での補正光の照射領域の数、位置、形状、及びサイズは、その補正光の照射によって調整される収差の種類やその収差の許容値に応じて決めることができる。

［第１の実施形態の変形例］
次に、第１の実施形態の変形例につき図９を参照して説明する。図９は図６の第１の実施形態の補正光照射機構４０の変形例を示し、この図６に対応する部分に同一符号を付して示す図９において、ＲＦ励起導波路型のＣＯ_２レーザ４１１Ａから射出された直線偏光の補正光ＬＢの一部は、ビームスプリッタ４２Ａで分岐されて光検出器４３Ａに受光され、この検出信号がレーザ電源４１２Ａにフィードバックされる。ビームスプリッタ４２Ａを透過した補正光ＬＢは、集光レンズ７１Ａを介して光ガイドとしての中空ファイバ７２Ａの一端に入射し、中空ファイバ７２Ａ内を伝播した補正光ＬＢは照射ユニット４５Ａに入射する。中空ファイバ７２Ａは、セラミックス又は金属の細管よりなり、その内壁に補正光ＬＢの波長で反射率の高い物質をコーティングしたものである。光伝達の効率を高めるために、必要に応じてその中空ファイバ７２Ａの細管の内壁には誘電体膜が形成されることが望ましい。更に、本例では、図１の半導体レーザ光源６１から射出された波長６７０ｎｍの可視光のレーザ光ＳＬも補正光ＬＢとともにレンズ３２に照射されるため、中空ファイバ７２Ａ内の反射膜は、補正光ＬＢ及びそのレーザ光ＳＬ（ガイド光）の２つの波長で反射率が高くなるように形成されている。なお、光ガイドとしては、その中空ファイバ７２Ａの代わりに、通常の光ファイバ等も使用することができる。

この変形例の照射ユニット４５Ａの前段部には、コリメータレンズ７３Ａ及び偏光状態制御機構としての偏光板７４Ａが設置されている。偏光板７４Ａとしては、入射する光束に対する入射角がブリュースタ角とされた平板が使用され、その偏光板７４Ａを透過した光束の偏光状態は、ほぼＰ偏光成分よりなる直線偏光となる。但し、偏光板７４Ａとしては、その他に所定方向に偏光した直線偏光光のみを通過させる偏光プリズム（グラン・トムソンプリズム等）や偏光フィルタも使用することができる。

中空ファイバ７２Ａから照射ユニット４５Ａに入射した補正光ＬＢは、コリメータレンズ７３Ａによってほぼ平行光束に変換された後、偏光板７４Ａを通過してほぼ直線偏光の光となってビームスプリッタ５０Ａ（第２ビームスプリッタ）に入射する。集光レンズ７１Ａ、中空ファイバ７２Ａ、及び偏光板７３Ａより送光光学系が構成されている。本例の送光光学系は、中空ファイバ７２Ａ内を伝播する補正光ＬＢの偏光状態が次第に変化する恐れがある。そこで、中空ファイバ７２Ａを通過した補正光ＬＢの偏光状態を直線偏光にするために、偏光板７４Ａが設けられている。なお、偏光板７４Ａからは、照射ユニット４５Ａ内を通過していく偏光成分以外の偏光成分は外部に射出される。このように外部に射出される光は、例えば導波管４４Ａと同様な構造の導波管（不図示）を用いて露光に支障のない位置まで導くことが望ましい。

図９の照射ユニット４５Ａにおいて、ビームスプリッタ５０Ａで反射されて分岐された補正光は光検出器５３Ａ（光電センサ）で受光され、この検出信号がレーザ電源４１２Ａにフィードバックされる。ビームスプリッタ５０Ａを透過した直線偏光の補正光ＬＢは、偏光状態制御機構としての位相板に対応する１／４波長板５１Ａを通過して円偏光に変換された後、集光レンズ５２Ａによって中空の導波管４４Ａの入射口に集光される。そして、導波管４４Ａ内を内面反射によって伝わった補正光ＬＢは、補正光ＬＢＡとして投影光学系１４内のレンズ３２の表面に斜めに直接入射する。この場合、１／４波長板５１Ａによって、導波管４４Ａに入射する補正光ＬＢは円偏光となっているため、導波管４４Ａからレンズ３２に照射される補正光ＬＢＡもほぼ安定な円偏光である。そして、導波管４４Ａを出射した偏光特性の安定化した補正光ＬＢＡは、安定にレンズ３２に吸収されて、レンズ３２を部分的に加熱する。

図９において、本例では、レンズ３２に補正光ＬＢＡを導波管４４Ａから照射するための光学系（ＣＯ_２レーザ４１１Ａ〜集光レンズ５２Ａ）と並列にかつ独立に制御可能な状態で、レンズ３２の別の領域に補正光ＬＢＢを導波管４４Ｂから照射するための光学系が配置されている。即ち、後者の光学系は、ＣＯ_２レーザ４１１Ｂ、ビームスプリッタ４２Ｂ、集光レンズ７１Ｂ、中空ファイバ７２Ｂ、照射ユニット４５Ｂ（コリメータレンズ７３Ｂ、偏光板７４Ｂ、ビームスプリッタ５０Ｂ、１／４波長板５１Ｂ、及び集光レンズ５２Ｂ）、光検出器５３Ｂ、並びに導波管４４Ｂを含んで構成されている。そして、ＣＯ_２レーザ４１１Ｂから射出された直線偏光の補正光ＬＢは、導波管４４Ｂを介して安定な円偏光の補正光ＬＢＢとしてレンズ３２に照射される。

この変形例においても、図７と同様に、レンズ３２のＹ方向の２箇所の領域に補正光を照射するための光学系も設けられており、その光学系の構成はほぼ図９と同様である。これ以外の構成は、図６の実施形態と同様である。この変形例においても、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢ等をレンズ３２に照射することによって、センターアスの発生を抑制することができ、投影光学系１４の結像特性が向上する。この際に、送光光学系中に中空ファイバ７２Ａ，７２Ｂが用いられているため、送光光学系の構成を簡素化できるとともに、その配置の自由度が高くなっている。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図１０を参照して説明する。本例は、補正光の光源を共通化したものであり、図１０において図１及び図６に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図１０は、本例の投影露光装置の光ビームの照射機構としての補正光照射機構４０Ａを示し、この図１０において、ＣＯ_２レーザ４１１及びレーザ光源４１２は、それぞれ図６のＣＯ_２レーザ４１１Ａ及びレーザ光源４１２Ａと同じである。そして、ＣＯ_２レーザ４１１から射出された直線偏光のレーザ光よりなる補正光ＬＢは、ビームスプリッタ４２で一部が分岐され、分岐された光の光量は光検出器４３を介してレーザ光源４１２にフィードバックされる。また、ビームスプリッタ４２を透過した補正光ＬＢは、更にハーフミラー６５（第１のビームスプリッタ）に入射して２分割される。ハーフミラー６５で２分割された補正光ＬＢＡ及びＬＢＢはそれぞれ可変減衰器５４Ａ及び５４Ｂに入射する。そして、前者の可変減衰器５４Ａを経た補正光ＬＢＡは、ミラー４７Ａ，４８Ａ，４９Ａ（送光光学系）を経た後、照射ユニット４５Ａ及び導波管４４Ａを介して投影光学系１４内のレンズ３２に照射される。また、後者の可変減衰器５４Ｂを経た補正光ＬＢＢは、ミラー４７Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂ（送光光学系）を経た後、照射ユニット４５Ｂ及び導波管４４Ｂを介してレンズ３２に照射される。

ここで、可変減衰器５４Ａ，５４Ｂとは、外部信号により入射光の減衰率を可変に制御できる装置のことを言う。
図１４は、可変減衰器５４Ａの構成例を示し、この図１４において、補正光ＬＢＡは斜めに傾けられた２枚の光透過性の平面板６０及び６１に入射する。平面板６０，６１の材質として、補正光ＬＢＡであるＣＯ_２レーザ光の波長で吸収の少ない材料、例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等を用いることができる。また、平面板６０，６１の表面には必要に応じて反射率増加膜等を施すことができる。２枚の平面板６０，６１を入射ビームに対する入射角が対称的になるように傾けると、その傾き角に応じて反射光量が変化するため、平面板６０，６１を透過する補正光ＬＢＡの光量を連続的に制御できる。平面板６０及び６１の傾き角を任意の値に設定するためにそれぞれ回転駆動器６０ａ及び６１ａが備えられている。回転駆動器６０ａ，６１ａとしては、一般のステッピングモータ、又は超音波モータ等を用いることができる。他方の可変減衰器５４Ｂも同様に構成されている。

図１０に戻り、可変減衰器５４Ａ，５４Ｂにおける補正光の透過率は、可変減衰器の制御装置５５によって制御される。この場合、照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂ内で分岐されて光検出器５３Ａ及び５３Ｂで検出された補正光ＬＢＡ及びＬＢＢの光量が制御装置５５に入力されている。これ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
本例において、導波管４４Ａ，４４Ｂからレンズ３２に照射される補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射量は、概略以下のように制御される。先ず、図１の主制御系２４内の補正光制御部からの補正光ＬＢＡ及びＬＢＢのそれぞれの目標照射量の指示値が、レーザ電源４１２及び可変減衰器５４Ａ，５４Ｂの制御装置５５に与えられる。この値からレーザ電源４１２は、ＣＯ_２レーザ４１１によるビームスプリッタ４２までの補正光ＬＢのパワーを所定値に制御する。次に、制御装置５５は、光検出器５３Ａ及び５３Ｂで検出される光量に基づいて、補正光ＬＢＡ及びＬＢＢのパワーが所定値になるように可変減衰器５４Ａ及び５４Ｂにおける減衰率を制御する。そして、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射時間が照射量／平均パワーとなったときに、制御装置５５では、例えば可変減衰器５４Ａ及び５４Ｂの減衰率をほぼ１００％にして、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢのパワーをほぼ０にする。又は、例えば制御装置５５からレーザ電源４１２に発光停止指令を発して、ＣＯ_２レーザ４１１の発光を停止させる。この場合にも、例えば平均パワー管理が行われる。本例においても、このような動作によって補正光ＬＢＡ及びＬＢＢの照射量を所望の値に制御することができる。

本例によれば、レンズ３２上の複数箇所に照射される補正光ＬＢＡ，ＬＢＢのレーザ光源が共通化されているため、製造コストを低減できるとともに、補正光照射機構４０Ａを図６の補正光照射機構４０に比べて小型化できる。なお、本例では制御装置５５は１つだけであるが、可変減衰器５４Ａ及び５４Ｂにそれぞれ対応させて複数の制御装置を設けてもよい。また、本例においても、一連のＣＯ_２レーザ４１１、ビームスプリッタ４２、光検出器４３、及びレーザ電源４１２よりなる光源装置は、レンズ３２に照射される補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの数に応じて複数あってよく、またそれらは補正光制御部からの互いに独立の出力の指示値に応じて独立に制御しても良い。

［第２の実施形態の変形例］
次に、第２の実施形態の変形例につき図１１を参照して説明する。図１１は図１０の第２の実施形態の補正光照射機構４０Ａの変形例を示し、この図９及び図１０に対応する部分に同一符号を付して示す図１１において、照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂは、それぞれ図９の照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂと同様に、その前段部にコリメータレンズ７３Ａ，７３Ｂ及び偏光板７４Ａ，７４Ｂ（偏光状態制御機構）を備えている。そして、ＣＯ_２レーザ４１１から射出されて、ビームスプリッタ４２を透過した直線偏光のレーザ光よりなる補正光ＬＢは、更にハーフミラー６５（第１のビームスプリッタ）に入射して２分割される。ハーフミラー６５で２分割された補正光ＬＢＡ及びＬＢＢはそれぞれ可変減衰器５４Ａ及び５４Ｂに入射する。そして、前者の可変減衰器５４Ａを経た補正光ＬＢＡは、集光レンズ７１Ａ、中空ファイバ７２Ａ（光ガイド）を経た後、照射ユニット４５Ａ及び導波管４４Ａを介して投影光学系１４内のレンズ３２に照射される。また、後者の可変減衰器５４Ｂを経た補正光ＬＢＢは、集光レンズ７１Ｂ、及び中空ファイバ７２Ａと同様の構成であるが中空ファイバ７２Ａよりも長い光ガイドとしての中空ファイバ７５Ｂを経た後、照射ユニット４５Ｂ及び導波管４４Ｂを介してレンズ３２に照射される。この場合、集光レンズ７１Ａ，７１Ｂ、中空ファイバ７２Ａ，７５Ｂ、及びコリメータレンズ７３Ａ，７３Ｂよりそれぞれの送光光学系が構成されている。これ以外の構成及び補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射動作は第２の実施形態と同様である。

この変形例においても、レンズ３２上の複数箇所に照射される補正光ＬＢＡ，ＬＢＢのレーザ光源が共通化されているため、製造コストを低減できるとともに、補正光照射機構４０Ａを図６の補正光照射機構４０に比べて小型化できる。また、送光光学系中に中空ファイバ７２Ａ，７５Ｂが使用されているため、送光光学系の構成が簡素化されるとともに、その配置の自由度が大きくなっている。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態につき図１２を参照して説明する。本例は、補正光の光源を共通化して、その切り替えを可変ミラー方式で行うものであり、図１２において図１０に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図１２は、本例の投影露光装置の光ビームの照射機構としての補正光照射機構４０Ｂを示し、この図１２において、ＣＯ_２レーザ４１１から射出された直線偏光のレーザ光よりなる補正光ＬＢは、ビームスプリッタ４２で一部が分岐され、分岐された光の光量は光検出器４３を介してレーザ光源４１２にフィードバックされる。図１の主制御系２４内の補正光制御部からの補正光の照射タイミングの指示に応じて、レーザ光源４１２はＣＯ_２レーザ４１１に連続的に発光を行わせるとともに、ビームスプリッタ４２までの補正光ＬＢの出力を制御する。

ビームスプリッタ４２の射出面には電動のシャッタ５６が開閉自在に配置されており、シャッタ５６が開いているときには、ビームスプリッタ４２を透過した補正光ＬＢは、第１の可変ミラー５７Ｂに入射する。第１の可変ミラー５７Ｂは、一方の端部が固定されており、可動部を位置Ｃに閉じると、補正光ＬＢはほぼ９０°反射されて第２の可変ミラー５７Ａに向かい、その可動部を位置Ｄに開くと、補正光ＬＢはそのまま直進してミラー４６Ａに入射する。また、第２の可変ミラー５７Ａも、一方の端部が固定されており、可動部を位置Ａに開くと、可変ミラー５７Ｂからの補正光ＬＢはそのまま直進してミラー４７Ａに向かい、その可動部を位置Ｂに閉じると、可変ミラー５７Ｂからの補正光ＬＢはほぼ９０°反射されてビームストッパ５８で遮断される。即ち、２つの可変ミラー５７Ａ，５７Ｂの切り換えの状態により補正光ＬＢは３つの光路に分けることができる。２つの可変ミラー５７Ａ，５７Ｂの切り換え動作及びシャッタ５６の開閉動作は、可変ミラーの制御装置５９によって制御される。

そして、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｃに閉じて、可変ミラー５７Ａの可動部を位置Ａに開いた状態で、補正光ＬＢは可変ミラー５７Ｂで反射されて、ミラー４７Ａ，４８Ａ，４９Ａ（送光光学系）を経た後、照射ユニット４５Ａ及び導波管４４Ａを介して補正光ＬＢＡとして投影光学系１４内のレンズ３２に照射される。また、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｄに開いた状態で、補正光ＬＢは可変ミラー５７Ｂの近傍を通過した後、ミラー４７Ｂ，４８Ｂ，４９Ｂ（送光光学系）を経た後、照射ユニット４５Ｂ及び導波管４４Ｂを介して補正光ＬＢＢとしてレンズ３２に照射される。本例では、照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂ内で分岐されて光検出器５３Ａ及び５３Ｂで検出された補正光の光量がそれぞれ制御装置５９に入力されている。これ以外の構成は、第１及び第２の実施形態と同様である。

本例では、導波管４４Ａ，４４Ｂからレンズ３２に照射される補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射量（ドーズ）、或いは別の言い方をすれば、（パワー）×（照射時間）を次のように或る一定の時間幅で制御する。即ち、本例では光検出器５３Ａ及び５３Ｂの検出信号は或る一定の時間幅で積分され、その積分値（補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射量に比例する値）が制御信号として使われる。なお、照射量を或る一定の時間幅で制御することは、第１及び第２の実施形態における平均パワー管理と極限では一致する。

この場合、図１２において、先ず図１の主制御系２４内の補正光制御部から可変ミラーの制御装置５９に対して、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射量の目標値が指示される。この際に補正光の発光タイミングの指示がレーザ電源４１２に対してなされるため、ＣＯ_２レーザ４１１が発光を開始する。その後、制御装置５９は、可変ミラー５７Ａ，５７Ｂを動作させて、可変ミラー５７Ａの可動部を位置Ａに、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｃに移動する。この時点でシャッタ５６が開いていれば、レンズ３２に補正光ＬＢＡが照射されて、光検出器５３Ａの出力が制御装置５９内で積分される。その積分値が予め与えられた指示値に一致した時点で、制御装置５９は可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｂに移動する。これによって、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢはいずれも照射が停止される。

次に、補正光ＬＢＢの照射量を目標値にするため、制御装置５９は、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｄに移動する。この時点でシャッタ５６が開いていれば、レンズ３２に補正光ＬＢＢが照射されて、光検出器５３Ｂの出力が制御装置５９内で積分される。その積分値が予め与えられた指示値に一致した時点で、制御装置５９は、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｃに、可変ミラー５７Ａの可動部を位置Ｂに移動して、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射を停止する。この動作を一定時間間隔で繰り返し行うことによって、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射量は順次適正値に制御される。

本例においても、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの複数の照射領域に対してＣＯ_２レーザ４１１が共通に使用されているため、補正光照射機構４０Ｂが小型化できる。また、可変ミラー５７Ａ，５７Ｂの開閉時間で照射量を制御することによって、可変減衰器を用いる場合に比べて補正光としてのレーザ光の利用効率を高くすることができる。
なお、可変ミラー５７Ａ，５７Ｂは、可変ミラーの制御装置５９の指示で動くことのできるミラーであれば、どのようなものでも使うことができる。具体的に、可変ミラー５７Ａ，５７Ｂとしては、例えば電圧駆動ミラー（ガルバノミラー）、又は空圧駆動ミラーを使うことができる。

［第３の実施形態の変形例］
次に、第３の実施形態の変形例につき図１３を参照して説明する。図１３は図１２の第３の実施形態の補正光照射機構４０Ｂの変形例を示し、この図１１及び図１２に対応する部分に同一符号を付して示す図１３において、照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂは、それぞれ図１１の照射ユニット４５Ａ及び４５Ｂと同様に、その前段部にコリメータレンズ７３Ａ，７３Ｂ及び偏光板７４Ａ，７４Ｂ（偏光状態制御機構）を備えている。そして、ＣＯ_２レーザ４１１から射出されてビームスプリッタ４２を透過した直線偏光のレーザ光よりなる補正光ＬＢは、第１の可変ミラー５７Ｂに向かう。

そして、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｃに閉じて、可変ミラー５７Ａの可動部を位置Ａに開いた状態で、補正光ＬＢは可変ミラー５７Ｂで反射されて、集光レンズ７１Ａ、中空ファイバ７２Ａを経た後、照射ユニット４５Ａ及び導波管４４Ａを介して補正光ＬＢＡとして投影光学系１４内のレンズ３２に照射される。また、可変ミラー５７Ｂの可動部を位置Ｄに開いた状態で、補正光ＬＢは可変ミラー５７Ｂの近傍を通過した後、集光レンズ７１Ｂ、中空ファイバ７５Ｂを経た後、照射ユニット４５Ｂ及び導波管４４Ｂを介して補正光ＬＢＢとしてレンズ３２に照射される。集光レンズ７１Ａ，７１Ｂ、中空ファイバ７２Ａ，７５Ｂ、及びコリメータレンズ７３Ａ，７３Ｂよりそれぞれ送光光学系が構成されている。これ以外の構成及び補正光の照射動作は第３の実施形態と同様である。

この変形例においても、補正光ＬＢＡ，ＬＢＢの複数の照射領域に対してＣＯ_２レーザ４１１が共通に使用されているため、補正光照射機構４０Ｂが小型化できる。また、可変ミラー５７Ａ，５７Ｂの開閉時間で照射量を制御することによって、可変減衰器を用いる場合に比べて補正光としてのレーザ光の利用効率を高くすることができる。また、送光光学系中に中空ファイバ７２Ａ，７５Ｂが使用されているため、送光光学系の構成が簡素化されるとともに、その配置の自由度が大きくなっている。

なお、本発明は、走査露光型の露光装置のみならず、一括露光型の露光装置で露光を行う場合にも同様に適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置にも適用することができる。
また、上述の説明においては、投影光学系の一部の光学部材のレンズ面、即ち露光光が入射（あるいは射出）し得る領域に部分的に補正光を照射する構成であるが、その一部の光学部材の側面に補正光を照射するようにしてもよい。光学部材の側面に補正光を照射する構成は、特開２００１−１９６３０５号公報、及びその対応米国特許６，５０４，５９７号に開示されており、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、上記の実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、上記の実施の形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

また、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００４年２月１３日付け提出の日本国特願２００４−０３７１８３の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。

本発明のデバイス製造方法によれば、例えばダイポール照明や小σ照明等を用いても結像特性を常に良好な状態に維持できるため、高集積度のデバイスを高精度に製造できる。

Claims (30)

1. 露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、
   前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に、前記露光ビームと異なる波長域の光ビームを、実質的に可撓性が無い内面反射型の空間導波機構を介して所定の偏光状態で照射して、前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする露光方法。
2. 前記空間導波機構は、ガラス、セラミックス、又は金属よりなる中空の導波管を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に、前記光ビームを偏光状態制御機構及び前記空間導波機構を介して照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記偏光状態制御機構は、位相板を含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
5. 露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、
   前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に、前記露光ビームと異なる波長域の光ビームを、光ガイド及び偏光状態制御機構を介して所定の偏光状態で照射して、前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする露光方法。
6. 前記光ガイドは、中空ファイバであることを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 前記偏光状態制御機構は、偏光板であることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光方法。
8. 前記光ビームは、ＲＦ励起導波路型ＣＯ₂ レーザで発生されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
9. 前記露光ビームによって前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部が非回転対称な光量分布で照明され、
   前記露光ビームの照射により発生する前記投影光学系の非回転対称な収差を補正するように、前記光ビームを照射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
10. 前記露光ビームの照射量に基づいて非回転対称な収差の発生量を計算し、
    該計算結果に基づいて前記光ビームを照射することを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
11. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程で請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。
12. 露光ビームで転写用のパターンが形成された第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
    前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に前記露光ビームと異なる波長域の光ビームを照射する照射機構を有し、
    前記照射機構は、前記光ビームを所定光路に沿って伝える実質的に可撓性が無い内面反射型の空間導波機構を含み、該空間導波機構を介した前記光ビームを所定の偏光状態で前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に照射することを特徴とする露光装置。
13. 前記空間導波機構は、ガラス、セラミックス、又は金属よりなる中空の導波管を含むことを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 前記照射機構は、前記光ビームの偏光状態を設定する偏光状態制御機構を含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の露光装置。
15. 前記偏光状態制御機構は、位相板を含むことを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 露光ビームで転写用のパターンが形成された第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
    前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部に前記露光ビームと異なる波長域の光ビームを照射する照射機構を有し、
    前記照射機構は、前記光ビームを発生する光源からの光ビームを導く光ガイドと、該光ガイドから射出された光ビームの偏光状態を所定状態に設定する偏光状態制御機構とを有することを特徴とする露光装置。
17. 前記光ガイドは、中空ファイバであることを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
18. 前記偏光状態制御機構は、偏光板であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の露光装置。
19. 前記照射機構は、前記光ビームを発生する光源としてＲＦ励起導波路型ＣＯ₂ レーザを有することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の露光装置。
20. 前記ＲＦ励起導波路型ＣＯ₂ レーザが複数であることを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
21. 前記照射機構は、前記光ビームを分割する第１ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の露光装置。
22. 前記照射機構は、前記光ビームを時間的に分割するために、可動ミラー及びシャッタの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１２〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
23. 前記光ビームを発生する光源の発光持続時間を制御する光源制御装置を有することを特徴とする請求項１２〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
24. 前記光ビームを反射するために、前記導波管の内面に金属膜及び誘電体膜の少なくとも一方を含む反射膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
25. 前記光ビームの一部を分岐する第２ビームスプリッタと、該第２ビームスプリッタで分岐された光を受光する光電センサとを有し、
    該光電センサによって前記光ビームの光量の情報を求めることを特徴とする請求項１２〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
26. 前記光ビームの光源と前記第２ビームスプリッタとの間に配置された少なくとも一つの偏光素子を有することを特徴とする請求項２５に記載の露光装置。
27. 前記第２ビームスプリッタと前記投影光学系を構成する光学部材との間に配置されて、前記光ビームの偏光状態を所定状態に設定する１／４波長板を有することを特徴とする請求項２５又は２６に記載の露光装置。
28. 前記露光ビームによって前記第１物体及び前記投影光学系の少なくとも一部が非回転対称な光量分布で照明され、
    前記露光ビームの照明により発生する前記投影光学系の非回転対称な収差を補正するように、前記照射機構は前記光ビームを照射することを特徴とする請求項１２〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
29. 前記投影光学系の回転対称な収差を補正するための収差補正機構と、
    前記照射機構及び前記収差補正機構の動作を制御して前記投影光学系の収差を補正する制御装置とを更に有することを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
30. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程で請求項１２〜２９のいずれか一項に記載の露光装置を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。

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