JP2006253327A - 照明光学装置、露光装置、マイクロデバイスの製造方法、および露光装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、比較的簡素な構成に基づいて投影光学系の波面収差を高精度に調整する。
【解決手段】 光源（５１）からの光に基づいて投影光学系（ＰＬ）の物体面（Ｍ）を照明する照明光学装置において、光源からの光を物体面へ導く照明光学系（５２〜６２）と、光源と物体面との間の光路中において投影光学系の波面収差を調整するための調整手段（６３〜６５）とを備えている。調整手段は、投影光学系の波面収差を補正するために投影光学系に入射する光の波面を変化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、マイクロデバイスの製造方法、および露光装置の調整方法に関する。本発明は、特に半導体集積回路、液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される投影露光装置に関するものである。

従来、半導体素子や液晶表示素子等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウェハまたはガラスプレート等の感光性基板上に、投影光学系を介してマスク（レチクル）のパターンを転写する露光装置が知られている。露光装置では、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて形成する必要があるため、回路パターンが描画されたマスクと、基板上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重要である。

パターンの重ね合せを精度良く行うには投影光学系の結像特性を所望の状態に調整することが必要であり、投影光学系の結像特性を調整するには結像特性を正確に計測（検出）することが必要である。従来、投影光学系の結像特性の計測方法として、所定の計測用パターンが形成された計測用マスクを用いてテスト露光を行い、計測用パターンの投影像が転写形成された基板を現像して得られる転写像（例えばレジスト像）の計測結果に基づいて、たとえばザイデルの５収差（ディストーショシ（歪曲収差）、球面収差、非点収差、像面湾曲、コマ収差）を算出する方法すなわち焼付け法が用いられていた。

また、実際にテスト露光を行うことなく、計測用マスクに照明光を照射し、投影光学系によって形成された計測用パターンの空間像（投影像）を計測し、この空間像の計測結果に基づいてザイデルの５収差を算出する方法すなわち空間像計測法も用いられていた。しかしながら、上述の焼付け法または空間像計測法では、上記５収差のすべての収差成分を求めるために、各収差の計測に適した計測用パターンをそれぞれ用いて計測を繰り返す必要がある。更に、計測される収差の種類及び大小によっては、計測の順番を考慮しなければ正確な収差計測が困難であり、ひいては投影光学系を精度良く調整することが困難である。

そこで、本出願人は、ウェハステージ上に設けられた波面収差計測装置を用いて投影光学系の波面収差を計測し、計測結果に基づいて投影光学系中のレンズの位置または姿勢を調整することにより投影光学系の波面収差を補正（調整）する手法を提案している（たとえば特許文献１を参照）。

国際公開第ＷＯ２００２／０５４０３６号パンフレット

従来の焼付け法または空間像計測法とは異なり、特許文献１に開示された波面収差計測装置を用いることにより、投影光学系の波面収差を高精度に計測することが可能になる。しかしながら、投影光学系中のレンズの位置または姿勢を調整する従来の手法では、投影光学系の波面収差のうちの低次収差成分しか補正することができないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、比較的簡素な構成に基づいて投影光学系の波面収差を高精度に調整することを目的とする。また、本発明は、投影光学系の波面収差を高精度に調整することのできる照明光学装置を用いて、微細なパターンを感光性基板上に忠実に且つ高精度に投影露光することを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光を前記物体面へ導く照明光学系と、
前記光源と前記物体面との間の光路中において、前記投影光学系の波面収差を調整するための調整手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の照明光学装置と前記投影光学系とを備え、前記照明光学装置を介して前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を介してその像面に設定される感光性基板上に前記パターンを投影露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法において、
前記照明光学装置を用いて前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を用いて前記投影光学系の像面に設定される前記感光性基板上に前記パターンを投影露光する工程を含むマイクロデバイスの製造方法を提供する。

本発明の第４形態では、所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の波面収差を測定する第１収差測定工程と、
前記第１収差測定工程で得られた測定情報に基づいて前記投影光学系の波面収差を補正するために、前記投影光学系に設けられた少なくとも１つの光学部材における位置および姿勢のうちの少なくとも１つを調整する第１調整工程と、
前記第１調整工程を経た前記投影光学系の波面収差を測定する第２収差測定工程と、
前記第２収差測定工程で得られた測定情報に基づいて、前記波面収差の影響を補償するために、前記所定のパターンを照明する照明光の波面を調整する第２調整工程とを含むことを特徴とする露光装置の調整方法を提供する。

本発明の第５形態では、所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の波面収差を測定する収差測定工程と、
前記収差測定工程で得られた測定情報に基づいて、前記波面収差の影響を補償するために、前記所定のパターンを照明する照明光の波面を調整する調整工程とを含むことを特徴とする露光装置の調整方法を提供する。

本発明の第６形態では、第４形態または第５形態の方法により調整された露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法において、
前記照明光学装置を用いて前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を用いて前記投影光学系の像面に設定される前記感光性基板上に前記パターンを投影露光する工程を含むマイクロデバイスの製造方法を提供する。

本発明の典型的な形態では、投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、投影光学系の波面収差の計測結果に基づいて、照明光路中において投影光学系の瞳位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置された反射面を局所的に変化させ、投影光学系の波面収差の影響を補償するように反射面の形状を調整することにより、投影光学系の波面収差（高次収差成分を含む）を調整する。換言すれば、投影光学系の波面収差の影響を補償するために、投影光学系に入射する光の波面を積極的に適宜変化させ、適切な収差状態になるように投影光学系の波面収差を調整する。

こうして、本発明では、投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、比較的簡素な構成に基づいて、投影光学系の波面収差を高精度に調整することができる。また、本発明の露光装置では、投影光学系の波面収差を高精度に調整することのできる照明光学装置を用いているので、マスクの微細なパターンを感光性基板上に忠実に且つ高精度に投影露光することができ、ひいては良好なマイクロデバイスを高精度に製造することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、露光装置の基本的な構成を概略的に示す図である。図１の露光装置において、露光ビームとしての露光光ＩＬを発生する露光光源２として、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、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、または水銀ランプなども使用することができる。

また、露光光源２は、露光量制御系４３の制御のもとで、露光光ＩＬ（図１の例では紫外パルスレーザ光）の波長（露光波長）と、露光光ＩＬの波長の半値幅とを所定範囲で制御できるように構成されている。露光時に露光光源２から発光された露光光（露光用の照明光）ＩＬは、ミラー７、不図示のビーム整形光学系、第１レンズ８Ａ、ミラー９、および第２レンズ８Ｂを経て断面形状が所定形状に整形され、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザまたはホモジナイザ）としてのフライアイレンズ１０に入射して、照度分布が均一化される。

フライアイレンズ１０の射出面（照明光学系の瞳面）には、露光光の光量分布を円形（通常照明）、複数の偏心領域（２極、４極照明等の変形照明）、輪帯（輪帯照明）、又は小さい円形（コヒーレンスファクタ（σ値）の小さい小σ照明）などに設定して照明条件を決定するための開口絞り（σ絞り）１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを有する照明系開口絞り部材１１が、駆動モータ１２によって回転自在に配置されている。輪帯照明用の輪帯開口を持つ開口絞り１３Ｃは、その開口部の外径によるコヒーレンスファクタ（σ値）と、その開口部の外径に対する内径の比の値である照明輪帯比とを所定範囲で制御できるように構成されている。また、他の開口絞り１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｄ等を使用する場合にも、コヒーレンスファクタ（σ値）を調整できるように構成されている。

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４１が、駆動モータ１２を介して照明系開口絞り部材１１を回転させて照明条件を設定し、コヒーレンスファクタ（σ値）を制御するとともに、輪帯照明時に照明輪帯比を制御する。照明系開口絞り部材１１中の開口絞りを通過した露光光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッター１４およびリレーレンズ１７Ａを経て、固定視野絞りとしての固定ブラインド１８Ａおよび可動視野絞りとしての可動ブラインド１８Ｂを順次通過する。この場合、可動ブラインド１８ＢはマスクとしてのレチクルＲのパターン面（レチクル面）とほぼ共役な面に配置され、固定ブラインド１８Ａはレチクル面と共役な面から僅かにデフォーカスされた面に配置されている。

なお、図１の例では、照明系開口絞り部材１１を用いてレチクルＲに対する照明条件を変更するものとしたが、オプティカル・インテグレータ（フライアイレンズ）１０の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、照明系開口絞り部材１１の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系３の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系３の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、およびズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを光源２とオプティカル・インテグレータ（フライアイレンズ）１０との間に配置する構成を採用することができる。

固定ブラインド１８Ａは、レチクル面の照明領域２１Ｒを、レチクルＲの走査方向と直交する非走査方向に細長いスリット状の領域に規定するために使用される。可動ブラインド１８Ｂは、レチクルＲの走査方向および非走査方向に対応する方向にそれぞれ相対移動自在な２対のブレードを備え、露光対象の各ショット領域への走査露光の開始時および終了時に不要な部分への露光が行われないように、照明領域を走査方向に閉じるために使用される。また、可動ブラインド１８Ｂは、照明領域の非走査方向の中心および幅を規定するためにも使用される。ブラインド１８Ａ，１８Ｂを通過した露光光ＩＬは、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、およびメインコンデンサレンズ２０を経て、レチクルＲのパターン領域の照明領域２１Ｒを均一な照度分布で照明する。

一方、ビームスプリッター１４で反射された露光光は、集光レンズ１５を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ１６に受光される。インテグレータセンサ１６の検出信号は、露光量制御系４３に供給される。露光量制御系４３は、インテグレータセンサ１６の検出信号と、予め計測されているビームスプリッター１４から感光性基板としてのウェハ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。露光量制御系４３は、その算出結果の積算値および主制御系４１からの制御情報に基づいて、ウェハＷ上で適正露光量が得られるように露光光源２の発光動作（発光期間、発光周波数、出力（パルス毎のエネルギー）、波長、波長の半値幅等）を制御する。

このように、照明光学系３は、ミラー７，９、レンズ８Ａ，８Ｂ、フライアイレンズ１０、照明系開口絞り部材１１、ビームスプリッター１４、リレーレンズ１７Ａ、ブラインド１８Ａ，１８Ｂ、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、ミラー１９、およびメインコンデンサレンズ２０を含んで構成されている。露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２１Ｒ内のパターンは、投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率（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ＳＡ上において非走査方向に細長いスリット状の露光領域２１Ｗに投影される。ウェハＷは、例えば半導体（シリコン等）またはＳＯＩ（si1icon on insulator）等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。レチクルＲのパターン面（レチクル面）およびウェハＷの表面（ウェハ面）が、投影光学系の物体面および像面にそれぞれ対応している。

図１の例における投影光学系ＰＬは屈折系であるが、投影光学系ＰＬとして、例えば米国特許第６，４９６，３０６号明細書に開示されているように、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系よりなる反射屈折系なども使用できる。また、投影光学系ＰＬの瞳面には可変開口絞り３５が配置され、主制御系４１は可変開口絞り３５を駆動して投影光学系ＰＬの開口数を制御する。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲおよびウェハＷの走査方向にＹ軸を、走査方向と直交する非走査方向にＸ軸を設定して説明する。

レチクルＲは、レチクルステージ（第１ステージ）２２上に保持されている。レチクルステージ２２は、レチクルベース２３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２２の位置は、この上に設けられた移動鏡（不図示）およびレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値および主制御系４１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系４２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージ２２の位置および速度を制御する。また、レチクルＲの周辺部の上方には、ミラー３３Ａ等を介してレチクルＲ上のパターン領域３１の近傍に設けられたアライメントマーク３２Ａ，３２Ｂの位置を検出するためのレチクルアライメント顕微鏡３４Ａ，３４Ｂが配置されている。

一方、ウェハＷは、ウェハホルダ２４を介してウェハステージ２７上に保持されている。ウェハステージ２７はウェハベース２８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ＸＹステージ２６と、Ｚチルトステージ２５とを備えている。Ｚチルトステージ２５は、不図示のオートフォーカスセンサによるウェハＷのＺ方向の位置の計測値に基づいて、ウェハＷのフォーカシングおよびレベリングを行う。ウェハステージ２７のＸＹ平面内での位置、およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角は、レーザ干渉計（不図示）によって計測される。ステージ駆動系４２は、レーザ干渉計の計測値および主制御系４１からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してウェハステージ２７の動作を制御する。

ウェハステージ２７上には、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための波面収差計測部２９が設けられ、この計測結果は主制御系４１に供給される。なお、波面収差計測部２９の構成および作用については後述する。また、ウェハステージ２７上には、露光領域２１Ｗよりも大きい受光面を有する照射量モニター（不図示）も配置され、この検出信号は露光量制御系４３に供給される。また、ウェハステージ２７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３６が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系４１はウェハＷのアライメントを行う。

露光時には、レチクルステージ２２およびウェハステージ２７を駆動して、露光光ＩＬを照射した状態でレチクル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２７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。こうして、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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。

図２は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図２において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図２の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図２の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図２を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源（図１の光源２に対応）５１を備えている。光源５１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。

光源５１から射出された光は、整形光学系５２により所要の断面形状の光束に拡大され、偏光状態切換部（偏光光生成手段）５３および輪帯照明用の回折光学素子５４を介して、アフォーカルレンズ５５に入射する。偏光状態切換部（偏光光生成手段）５３の構成および作用については後述する。アフォーカルレンズ５５は、前側レンズ群５５ａの前側焦点位置と回折光学素子５４の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群５５ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面５６の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。

輪帯照明用の回折光学素子５４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子５４に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５５の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ５５から射出される。アフォーカルレンズ５５の前側レンズ群５５ａと後側レンズ群５５ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系５７が配置されている。円錐アキシコン系５７の構成および作用については後述する。

アフォーカルレンズ５５を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ５８を介して、マイクロフライアイレンズ（図１のフライアイレンズ１０に対応）５９に入射する。マイクロフライアイレンズ５９は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。所定面５６の位置はズームレンズ５８の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ５９の入射面はズームレンズ５８の後側焦点位置の近傍に配置されている。

換言すると、ズームレンズ５８は、所定面５６とマイクロフライアイレンズ５９の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５５の瞳面とマイクロフライアイレンズ５９の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ５９の入射面上には、アフォーカルレンズ５５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ５８の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ５９を構成する各微小レンズは、マスク（図１のレチクルＲに対応）Ｍ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。

マイクロフライアイレンズ５９に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ５９の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系（図１のレンズ１７Ａに対応）６０を介した後、マスクブラインド（図１のブラインド１８Ａ，１８Ｂに対応）６１を重畳的に照明する。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド６１には、マイクロフライアイレンズ５９を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド６１の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系（図１のレンズ１７Ｂ，２０に対応）６２の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系６２は、マスクブラインド６１の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。なお、結像光学系６２の光路中には、偏光ビームスプリッター６３、１／４波長板（偏光素子または波長板）６４、および波面補償部６５が配置されているが、これらの構成および作用については後述する。

マスクステージ（図１のレチクルステージ２２に対応）ＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージ（図１のウェハステージ２７に対応）ＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。

なお、輪帯照明用の回折光学素子５４に代えて、４極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５９の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５９の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。

また、輪帯照明用の回折光学素子５４に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５９の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５９の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。

さらに、輪帯照明用の回折光学素子５４に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子５４に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。

図２を参照すると、本実施形態では、ウェハＷを保持するためのウェハステージＷＳに、投影光学系ＰＬの波面収差を計測（測定）するための波面収差計測部（収差測定部：図１の波面収差計測部２９に対応）６６が設けられている。波面収差計測部６６として、図３に示すようなシャックハルトマンセンサーを用いることができる。この場合、テストマスクの計測用パターンとして、いわゆるピンホール（遮光部のバックグランド上に形成された微小透過開口）を使用する。

図３を参照すると、テストマスク（不図示）の計測用パターンとしてのピンホールの投影光学系ＰＬによる投影像は、波面収差計測部６６の上方の位置ＦＰに形成される。位置ＦＰに形成されたピンホール像からの発散光束は、レンズ群６６ａを介して平行光束に変換された後、マイクロレンズアレイ６６ｂに入射する。マイクロレンズアレイ６６ｂは、フライアイレンズと同様に、多数の微小レンズ要素を二次元的に稠密に配列することによって構成された光学素子である。

マイクロレンズアレイ６６ｂに平行光束が入射すると、入射光束は各微小レンズ要素によって波面分割され、その後側焦点面の近傍には集光点６６ｃがそれぞれ形成される。多数の集光点６６ｃが形成される位置には、ＣＣＤ等の撮像素子６６ｄの撮像面が位置決めされている。こうして、撮像素子６６ｄにより各集光点６６ｃの位置がそれぞれ計測され、その検出信号（計測信号）は信号処理部６６ｅに供給される。シャックハルトマンセンサーとしての波面収差計測部６６に入射する光束は、投影光学系ＰＬを透過した光束であるため、投影光学系ＰＬの収差（波面収差）によって、その波面が微妙に変形している。

その結果、各集光点６６ｃの位置は、投影光学系ＰＬが無収差のときに集光する各基準位置から、投影光学系ＰＬの波面収差に依存する微小量だけそれぞれ位置ずれする。したがって、波面収差計測部６６の信号処理部６６ｅでは、各集光点６６ｃの各基準位置からの位置ずれ量を計測することにより、投影光学系ＰＬの波面収差を算定することができる。波面収差計測部６６の計測結果は、制御部（図１の主制御系４１に対応）６７に供給される。なお、波面収差計測部６６の更に詳細な構成および作用については、たとえば国際公開第ＷＯ２００２／０５４０３６号公報を参照することができる。

なお、上述の説明では、波面収差計測部６６としてシャックハルトマンセンサーを用いているが、これに限定されることなく、たとえばシェアリング干渉計のような他の適当な構成を採用することができる。また、上述の説明では、波面収差計測部６６がウェハステージＷＳに取り付け可能な構成を示しているが、これに限定されることなく、波面収差計測部６６をウェハステージＷＳに組み込んでもよく、またウェハステージＷＳとは別のステージに組み込んでもよい。

偏光状態切換部（偏光光生成手段）５３は、光の入射側から順に、光軸ＡＸを中心として回転可能な１／４波長板５３ａ（不図示）、光軸ＡＸを中心として回転可能な１／２波長板５３ｂ（不図示）、および照明光路に対して挿脱可能で且つ光軸ＡＸを中心として回転可能なデポラライザ（非偏光化素子）５３ｃ（不図示）とにより構成されている。光源５１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、偏光状態切換部５３にはほぼ直線偏光の光が入射する。

しかしながら、光源５１と偏光状態切換部５３との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がＰ偏光面またはＳ偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。偏光状態切換部５３では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、入射する楕円偏光に対して１／４波長板５３ａを光軸ＡＸ廻りの所定の角度位置に設定することにより、楕円偏光の入射光が直線偏光の光に変換されて１／２波長板５３ｂへ導かれる。

また、入射する直線偏光に対して１／２波長板５３ｂを光軸ＡＸ廻りの所要の角度位置に設定することにより、直線偏光の入射光が所望の方向に偏光方向を有する直線偏光の光に変換されてデポラライザ５３ｃへ、あるいは回折光学素子５４へ直接導かれる。ここで、デポラライザ５３ｃを照明光路中の所定位置に位置決めし、入射する直線偏光に対してデポラライザ５３ｃを光軸ＡＸ廻りの所定の角度位置に設定すると、直線偏光の入射光が非偏光状態の光に変換（非偏光化）されて回折光学素子５４に入射する。一方、デポラライザ５３ｃを照明光路から退避させると、１／２波長板５３ｂからの直線偏光の光は偏光方向を変えることなくそのまま回折光学素子５４に入射する。

こうして、偏光状態切換部５３では、回折光学素子５４への入射光の偏光状態（ひいてはマスクＭおよびウェハＷを照明する光の偏光状態）を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができる。また、直線偏光状態の場合には、例えば互いに直交する偏光状態の間（Ｚ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。なお、デポラライザ５３ｃの詳細な構成および偏光状態切換部５３の作用については、たとえば国際公開第ＷＯ２００４／０５１７１７号公報を参照することができる。

円錐アキシコン系５７は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材５７ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材５７ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材５７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材５７ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材５７ａおよび第２プリズム部材５７ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材５７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材５７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、輪帯状または４極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系５７の作用およびズームレンズ５８の作用を説明する。

ここで、第１プリズム部材５７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材５７ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系５７は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または４極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材５７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材５７ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または４極状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２；４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状または４極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。

ズームレンズ５８は、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ５８の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ５８の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系５７およびズームレンズ５８の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。

本実施形態の露光装置では、光源５１から射出された照明光（露光光）が、照明光学系（５２〜６２）を介して所定の照明条件でマスクＭを照明する。そして、マスクＭからの回折光が、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上で干渉してマスクパターンの共役像を形成する。具体的に、図４（ａ）に示すようなパターン７１および７２がマスクＭ上に設けられている場合、図４（ｂ）に示すように、ウェハＷ上には投影光学系ＰＬを介してパターン７１および７２の像７１ａおよび７２ａがそれぞれ形成される。

この場合、回折の影響および投影光学系ＰＬの収差の影響などにより、ウェハＷ上に形成されるパターン像７１ａおよび７２ａはマスクパターン７１および７２の正確な相似形状にはならない。特に、マスクパターン７１のような二方向パターンの場合には、所望形状のパターン像を得ることが難しい。光近接効果を利用して補助パターン(不図示)を用いることによりパターン像を所望形状に近づけることが可能であるが、その複雑なパターンデザインのために余計なコストがかかる。

一方、投影光学系ＰＬ中のレンズの位置または姿勢を調整することにより、投影光学系ＰＬの収差を補正することができる。そして、投影光学系ＰＬの収差を補正することにより、マスクパターン７１に対応してウェハＷ上に転写されるパターン像を、図５（ａ）において参照符号７１ｂで示す状態から、図５（ｂ）において参照符号７１ｃで示す状態へ変化させることができる。なお、図５（ａ）および（ｂ）において、参照符号７１ｄは、マスクパターン７１に対応する所望形状のパターン像を示している。

このように、投影光学系ＰＬの収差を補正することにより、ウェハＷ上においてマスクパターン像を所望形状に近づけることが可能になる。しかしながら、前述したように、投影光学系ＰＬ中のレンズの位置または姿勢を調整する従来の手法では、投影光学系ＰＬの波面収差のうち、低次収差成分しか補正することができない。そこで、本実施形態では、投影光学系ＰＬに入射する光の波面を積極的に変化させることにより、マスクパターンに適切な収差状態になるように投影光学系ＰＬの波面収差を調整（補正）する手法を採用している。以下、本実施形態の特徴的な構成および作用について説明する。

再び図２を参照すると、結像光学系６２の光路中には、光の入射側から順に、偏光ビームスプリッター６３、１／４波長板６４、および波面補償部（アダプティブ・オプティクス）６５が配置されている。したがって、マスクブラインド６１から結像光学系６２へ入射した光は、偏光ビームスプリッター６３に入射する。そして、偏光ビームスプリッター６３への入射光のうち、偏光ビームスプリッター６３の偏光面に対してＰ偏光（図２においてＺ方向に偏光方向を有する直線偏光）の光だけが透過し、１／４波長板６４に入射する。偏光素子としての１／４波長板６４は、偏光ビームスプリッター６３の偏光面に対してＰ偏光の光が入射したときに円偏光の光に変換して射出するように結晶光学軸が設定されている。

１／４波長板６４を介して円偏光状態に変換された光は、波面補償部６５に入射する。波面補償部６５は、投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置された反射面６５ａと、制御部６７からの制御指令にしたがって反射面６５ａを局所的に変化させてその形状を調整する調整部６５ｂとを備えている。すなわち、波面補償部６５の反射面６５ａは、照明光学系（５２〜６２）の瞳位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、投影光学系ＰＬに入射する光の波面を適宜変化させるように構成されている。

波面補償部６５の反射面６５ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板６４を介して偏光ビームスプリッター６３の偏光面に対してＳ偏光（図２においてＸ方向に偏光方向を有する直線偏光）の光に変換され、偏光ビームスプリッター６３に入射する。偏光ビームスプリッター６３へＳ偏光状態で入射した光は、偏光ビームスプリッター６３の偏光面ですべて反射され、結像光学系６２から射出される。結像光学系６２から射出された光は、投影光学系ＰＬの物体面に設定されたマスクＭを介して投影光学系ＰＬに入射する。

図６は、本実施形態にかかる露光装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図６を参照すると、本実施形態の調整方法では、たとえばシャックハルトマンセンサーのような波面収差計測部６６を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差を測定（計測）する（Ｓ１）。そして、第１収差測定工程Ｓ１で得られた測定情報（波面収差の計測結果）に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を補正（調整）するために、投影光学系ＰＬ中の１つまたは複数のレンズ（一般的には投影光学系ＰＬに設けられた少なくとも１つの光学部材）の位置または姿勢を調整する（Ｓ２）。

具体的に、第１調整工程Ｓ２では、たとえば波面収差計測部６６の計測結果を受けた制御部６７が、レンズ調整部６８に制御指令を供給する。レンズ調整部６８は、制御部６７からの指令にしたがって、レンズを光軸ＡＸに沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸ＡＸに対して垂直にシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする偏芯調整や、レンズを光軸ＡＸ廻りに回転させる回転調整などのレンズ調整を行うことにより、投影光学系ＰＬの波面収差（低次収差成分）を補正する。なお、レンズ調整部６８を用いることなく、手動によりレンズ調整を行うこともできる。

次いで、波面収差計測部６６を用いて、第１調整工程Ｓ２を経た投影光学系ＰＬの波面収差を測定する（Ｓ３）。そして、第２収差測定工程Ｓ３で得られた測定情報（波面収差の計測結果）に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償するために、マスクＭのパターンを照明する照明光の波面を調整する（Ｓ４）。具体的に、第２調整工程Ｓ４では、たとえば波面収差計測部６６の計測結果を受けた制御部６７が、波面補償部６５に制御指令を供給する。

波面補償部６５の調整部６５ｂは、制御部６７からの指令にしたがって、１つの連続反射面としての反射面６５ａを局所的に変化させて、投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償するように反射面６５ａの形状を調整することにより、投影光学系ＰＬの波面収差（高次収差成分を含む）を補正（調整）する。換言すれば、波面補償部６５は、投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償するために投影光学系ＰＬに入射する光の波面を積極的に適宜変化させ、マスクＭのパターンに適切な収差状態になるように投影光学系ＰＬの波面収差を調整（補正）する。

以上のように、本実施形態では、投影光学系ＰＬの物体面に設定されたマスクＭを照明する照明光学装置（５１〜６５）において、光源５１とマスクＭとの間の光路中に配置されて投影光学系ＰＬの波面収差を調整するための調整手段（６３〜６５）の作用により、比較的簡素な構成に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に調整することができる。また、本実施形態の露光装置（５１〜６８）では、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に調整することのできる照明光学装置（５１〜６５）を用いているので、マスクＭの微細なパターンをウェハＷ上に忠実に且つ高精度に投影露光することができる。

ところで、上述の実施形態では、偏光状態切換部５３の作用により偏光ビームスプリッター６３に入射する光の偏光状態を偏光ビームスプリッター６３の偏光面に対するＰ偏光状態に設定すると、偏光ビームスプリッター６３への入射光が偏光ビームスプリッター６３において実質的に光量損失することなくマスクＭへ導かれる。ちなみに、偏光状態切換部５３の作用により偏光ビームスプリッター６３に入射する光の偏光状態を非偏光状態に設定すると、偏光ビームスプリッター６３への入射に際して偏光ビームスプリッター６３の偏光面に対するＳ偏光成分が反射により照明光路外へ導かれてマスクＭの照明に寄与しないことになる。しかしながら、偏光ビームスプリッター６３を一旦透過した光は、再び入射した偏光ビームスプリッター６３において実質的に光量損失することなくマスクＭへ導かれる。

なお、上述の実施形態では、波面補償部６５において、１つの連続反射面を局所的に変形させる構成を採用している。しかしながら、これに限定されることなく、例えばほぼ稠密に配置された複数の微小反射面の姿勢を互いに独立に制御する構成などを波面補償部６５に適用することもできる。

また、上述の実施形態では、露光装置の調整方法において、波面補償部６５による投影光学系ＰＬの波面収差（高次収差成分を含む）の補正に先立って、投影光学系ＰＬの波面収差を測定する第１収差測定工程Ｓ１、およびレンズの位置または姿勢を調整する第１調整工程Ｓ２を行っている。しかしながら、これに限定されることなく、適当な場合には、第１収差測定工程Ｓ１および第１調整工程Ｓ２の実行を省略する変形例も可能である。

また、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置された波面補償部６５の反射面６５ａを利用して、投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償するために投影光学系ＰＬに入射する光の波面を変化させている。しかしながら、これに限定されることなく、投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置またはその近傍に配置された光透過面の作用により、投影光学系ＰＬに入射する光の波面を積極的に変化させて投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償することもできる。

次に、図７乃至図１０を参照しながら第２実施形態について説明する。図７に示す第２実施形態において、図２に示した第１実施形態と異なる点は、アフォーカル系（アフォーカルレンズ）５５の内部の前側レンズ群５５ａと円錐アキシコン系５７との間の照明光路中に偏光変換素子１００（偏光光生成手段）を配置すると共に、偏光ビームスプリッター６３の反射方向に、１／４波長板６４および波面補償部（アダプティブ・オプティクス）６５と同様な構成として、１／４波長板６４’および波面補償部（アダプティブ・オプティクス）６５’がそれぞれ配置されていることである。波面補償部６５’は、反射面６５a及びその反射面６５ａを局所的に変化させるための調整部６５ｂを備え、制御部６７によって制御される。なお、第２実施形態においては、偏光状態切換部５３及び偏光変換素子１００で偏光光生成手段を構成している。

さて、第２実施形態においては、偏光照明のもとで、投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償できる例を示している。ここで、偏光変換素子１００は、図７に示す如く、アフォーカル系５５の瞳位置（照明光学系の瞳位置）またはその近傍に配置されている。図９は、偏光変換素子１００の構成を示す図であり、図９において、（ａ）はＸ方向での２極照明の時の様子を示し、（ｂ）はＹ方向での２極照明の時の様子を示し、（ｃ）は４極照明の時の様子を示している。

例えば、図９を参照すると、偏光変換素子１００は、全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された４つの扇形形状の基本素子により構成されている。これらの４つの基本素子において、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち、４つの基本素子１００Ａ〜１００Ｄは、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる２種類の基本素子を２個づつ含んでいる。

また、本実施形態では、各基本素子１００Ａ〜１００Ｄが旋光性を有する光学材料である結晶材料としての水晶により構成され、各基本素子１００Ａ〜１００Ｄの結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致、すなわち入射光の進行方向とほぼ一致するように設定されている。以下、図８を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図８を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００’が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。

この場合、光学部材１００’の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。このとき、光学部材１００’の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００’の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ （ａ）

一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。

本実施形態において、第１基本素子（１００Ａ、１００Ｃ）は、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋９０度回転させた方向すなわちＸ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄ１が設定されている。したがって、この場合、図９（ａ）及び（ｃ）に示すように、一対の第１基本素子（１００Ａ、１００Ｃ）の旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域を通過する光束の偏光方向はＸ方向になる。

第２基本素子（１００Ｂ、１００Ｄ）は、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋１８０度回転させた方向すなわちＺ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄ２が設定されている。したがって、この場合、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、一対の第２基本素子（１００Ｂ、１００Ｄ）の旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域を通過する光束の偏光方向はＺ方向になる。

なお、別々に形成された４つの基本素子を組み合わせて偏光変換素子１００を得ることもできるし、あるいは平行平面板状の水晶基板に所要の凹凸形状（段差）を形成することにより偏光変換素子１００を得ることもできる。また、偏光変換素子１００を光路から退避させることなく通常の円形照明を行うことができるように、偏光変換素子１００の有効領域の径方向の大きさの３／１０以上、好ましくは１／３以上の大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域が設けられている。ここで、中央領域は、たとえば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、単純に円形状の開口であってもよい。ただし、中央領域は偏光変換素子１００に必須の要素ではない。なお、中央領域の大きさは周方向偏光状態である領域とそうでない領域との境界を決定する。

次に、図７、図９及び図１０を参照しながら、偏光照明のもとで投影光学系ＰＬの波面収差の影響を補償することについて説明する。図７に示す如く、回折光学素子５４は所望の照明を実現するために、複数の回折光学素子と交換可能に設けられており、所望の回折光学素子５４を照明光路に配置する。その後、偏光状態切換部５３内の１／４波長板と１／２波長板との相対的な回転調整により、図７の紙面方向（ＹＺ平面）に沿った直線偏光光が生成され、この直線偏光光が回折光学素子５４へ導かれる。

まず、Ｘ方向に沿って並んだ２極照明を形成する回折光学素子を照明光路に配置した場合について説明する。Ｘ方向に沿って２極状の光束に変換する回折光学素子５４を照明光路に設定し、偏光状態切換部５３よりＺ方向に直線偏光した光束を回折光学素子５４へ導く。そして、Ｚ方向に直線偏光した光束が回折光学素子５４を介すると、Ｚ方向に直線偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の光束に変換され、その後、前側レンズ群５５ａ及び偏光変換素子１００を介して円錐アキシコン系５７に入射する。

ここで、図９（ａ）は、偏光変換素子１００を射出側から見たときの様子を示す図であり、Ｚ方向に偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の光束は、偏光変換素子１００によってＸ方向に直線偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の光束（Ｂａ，Ｂｃ）に変換される。そして、図９（ａ）に示す如き２極状の偏光光は、複数の光学部材（５７、５５ｂ、５８〜６２）を介して、偏光ビームスプリッター６３を反射する。その後、図９（ａ）に示す如き２極状の偏光光が、１／４波長板６４’および反射面６５ａ’を介して、再び１／４波長板６４’を通過することにより、照明光学系の瞳Ｐｕの位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）には、図１０（ａ）に示す如きＹ方向に直線偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の強度分布（Ｂａ，Ｂｃ）が形成される。

このため、Ｘ方向に沿って周期性を持つパターンが形成されたマスクＭをマスクステージＭＳに載置し、このマスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介してウェハＷに露光することにより、偏光照明による高コントラストのもとでの露光が達成できる。この時における投影光学系ＰＬの波面収差の影響の補償は、上述の第１実施形態と同様に、制御系６７からの出力信号（補正信号）に基づいて、調整部６５ｂ’が反射面６５ａ’を局所的に変形させることにより達成される。これにより、投影光学系ＰＬに入射する波面を適切に変形させることができるため、投影光学系ＰＬの波面収差を良好に調整（補正）することができる。

次に、Ｚ方向に沿って並んだ２極照明を形成する回折光学素子を照明光路に配置した場合について説明する。Ｚ方向に沿って２極状の光束に変換する回折光学素子５４を照明光路に設定し、偏光状態切換部５３よりＺ方向に直線偏光した光束を回折光学素子５４へ導く。そして、Ｚ方向に直線偏光した光束が回折光学素子５４を介すると、Ｚ方向に直線偏光すると共にＺ方向に沿って並んだ２極状の光束に変換され、その後、前側レンズ群５５ａ及び偏光変換素子１００を介して円錐アキシコン系５７に入射する。

ここで、図９（ｂ）は、偏光変換素子１００を射出側から見たときの様子を示す図であり、Ｚ方向に偏光すると共にＺ方向に沿って並んだ２極状の光束は、偏光変換素子１００によってＺ方向に直線偏光するＺ方向に沿って並んだ２極状の光束（Ｂｂ，Ｂｄ）に変換される。そして、図９（ｂ）に示す如き２極状の偏光光は、複数の光学部材（５７、５５ｂ、５８〜６２）を介して、偏光ビームスプリッター６３を透過する。その後、図９（ｂ）に示す如き２極状の偏光光が、１／４波長板６４および反射面６５ａを介して、再び１／４波長板６４を通過することにより、照明光学系の瞳Ｐｕの位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）には、図１０（ｂ）に示す如きＸ方向に直線偏光すると共にＹ方向に沿って並んだ２極状の強度分布（Ｂｂ，Ｂｄ）が形成される。

このため、Ｙ方向に沿って周期性を持つパターンが形成されたマスクＭをマスクステージＭＳに載置し、このマスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介してウェハＷに露光することにより、偏光照明による高コントラストのもとでの露光が達成できる。この時における投影光学系ＰＬの波面収差の影響の補償は、上述の第１実施形態と同様に、制御系６７からの出力信号（補正信号）に基づいて、調整部６５ｂが反射面６５ａを局所的に変形させることにより達成される。これにより、投影光学系ＰＬに入射する波面を適切に変形させることができるため、投影光学系ＰＬの波面収差を良好に調整（補正）することができる。

次に、４極照明を形成する回折光学素子を照明光路に配置した場合について説明する。４極状の光束に変換する回折光学素子５４を照明光路に設定し、偏光状態切換部５３よりＺ方向に直線偏光した光束を回折光学素子５４へ導く。そして、Ｚ方向に直線偏光した光束が回折光学素子５４を介すると、Ｚ方向に直線偏光する４極状の光束に変換され、その後、前側レンズ群５５ａ及び偏光変換素子１００を介して円錐アキシコン系５７に入射する。

ここで、図９（ｃ）は、偏光変換素子１００を射出側から見たときの様子を示す図であり、Ｚ方向に偏光する４極状の光束は、偏光変換素子１００によって半径方向に直線偏光する４極状の光束に変換される。そして、図９（ｃ）に示す如き４極状の偏光光は、複数の光学部材（５７、５５ｂ、５８〜６２）を介して、偏光ビームスプリッター６３に入射する。

まず、図９（ｃ）に示す如き４極状の偏光光の内、Ｘ方向に偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の光束（Ｂａ，Ｂｃ）は、偏光ビームスプリッター６３を反射する。その後、１／４波長板６４’および反射面６５ａ’を介して、再び１／４波長板６４’を通過することにより、照明光学系の瞳Ｐｕの位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）には、図１０（ｃ）に示す如きＹ方向に直線偏光すると共にＸ方向に沿って並んだ２極状の強度分布（Ｂａ，Ｂｃ）が形成される。

また、図９（ｃ）に示す如き４極状の偏光光の内、Ｚ方向に偏光すると共にＺ方向に沿って並んだ２極状の光束（Ｂｂ，Ｂｄ）は、偏光ビームスプリッター６３を透過する。その後、１／４波長板６４および反射面６５ａを介して、再び１／４波長板６４を通過することにより、照明光学系の瞳Ｐｕの位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）には、図１０（ｃ）に示す如きＸ方向に直線偏光すると共にＹ方向に沿って並んだ２極状の強度分布（Ｂｂ，Ｂｄ）が形成される。

したがって、照明光学系の瞳Ｐｕの位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）には、図１０（ｃ）に示す如き周方向（接線方向）に直線偏光する４極状の強度分布（Ｂａ〜Ｂｄ）が形成される。このため、ＸＹ方向に沿って周期性を持つ２次元パターンが形成されたマスクＭをマスクステージＭＳに載置し、このマスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介してウェハＷに露光することにより、偏光照明による高コントラストのもとでの露光が達成できる。

この時における投影光学系ＰＬの波面収差の影響の補償は、上述の第１実施形態と同様に、制御系６７からの出力信号（補正信号）に基づいて、各調整部（６５ｂ、６５ｂ’）が各反射面（６５ａ、６５ａ’）を局所的に変形させることにより達成される。これにより、投影光学系ＰＬに入射する波面を適切に変形させることができるため、投影光学系ＰＬの波面収差を良好に調整（補正）することができる。

なお、図９（ｃ）では、回折光学素子５４により形成させる４極状の光強度分布の光を偏光変換素子１００に入射させた例を示したが、本実施形態では、回折光学素子５４にて輪帯状の光強度分布の光を形成し、その輪帯状の光強度分布の光を偏光変換素子１００に入射させることも可能である。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１１のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１１のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１２のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１２において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般的に投影光学系の物体面を照明する照明光学装置に対しても同様に本発明を適用することもできる。

露光装置の基本的な構成を概略的に示す図である。 本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の波面収差計測部の内部構成を概略的に示す図である。 回折の影響および投影光学系の収差の影響によりウェハ上に形成されるパターン像がマスクパターンの正確な相似形状にはならない様子を示す図である。 投影光学系の収差の補正によりウェハ上に形成されるパターン像が所望形状に向かって変化する様子を示す図である。 本実施形態にかかる露光装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 水晶の旋光性について説明する図である。 図７の偏光変換素子の構成を示す概略図である。 照明光学系の瞳位置（最もマスク側のレンズ６２から照明光学系を見た時の瞳面）の様子を示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

５１ 光源
５３ 偏光状態切換部（偏光光生成手段）
５４ 回折光学素子
５５ アフォーカルレンズ
５７ 円錐アキシコン系
５８ ズームレンズ
５９ マイクロフライアイレンズ
６０ コンデンサー光学系
６１ マスクブラインド
６２ 結像光学系
６３ 偏光ビームスプリッター
６４ １／４波長板（偏光素子）
６５ 波面補償部（アダプティブ・オプティクス）
６６ 波面収差計測部（収差測定部）
６７ 制御部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (16)

1. 光源からの光に基づいて投影光学系の物体面を照明する照明光学装置において、
   前記光源からの光を前記物体面へ導く照明光学系と、
   前記光源と前記物体面との間の光路中において、前記投影光学系の波面収差を調整するための調整手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
2. 前記調整手段は、前記投影光学系の波面収差を補正するために前記投影光学系に入射する光の波面を変化させることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記物体面を所望の偏光状態で照明する光束を形成する偏光光生成手段を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
4. 前記調整手段は、前記光源と前記物体面との間の光路中において前記投影光学系の瞳位置と光学的に共役または近傍の位置に配置された反射面と、
   前記投影光学系の波面収差の影響を補償するために前記反射面の形状を調整する調整部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
5. 前記反射面は、１つの連続反射面を有し、
   前記調整部は、前記連続反射面を局所的に変形させることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
6. 前記反射面は、ほぼ稠密に配置された複数の微小反射面を有し、
   前記調整部は、前記複数の微小反射面の姿勢を互いに独立に制御することを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
7. 前記光源と前記反射面との間の光路中に配置された偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターと前記反射面との間の光路中に配置された偏光素子とをさらに備え、
   前記光源からの光は前記偏光ビームスプリッターおよび前記偏光素子を介して前記反射面に入射し、前記反射面からの反射光は前記偏光素子および前記偏光ビームスプリッターを介して前記物体面に達することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
8. 前記偏光素子は、波長板であることを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置と前記投影光学系とを備え、前記照明光学装置を介して前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を介してその像面に設定される感光性基板上に前記パターンを投影露光することを特徴とする露光装置。
10. 前記投影光学系の波面収差を測定する収差測定部と、
    前記収差測定部の測定情報に基づいて前記調整手段を制御するための制御部とをさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記投影光学系の波面収差を補正するために前記投影光学系中の少なくとも１つのレンズの位置または姿勢を調整する第２調整手段をさらに備え、
    前記制御部は、前記収差測定部の測定情報に基づいて前記第２調整手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法において、
    前記照明光学装置を用いて前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を用いて前記投影光学系の像面に設定される前記感光性基板上に前記パターンを投影露光する工程を含むマイクロデバイスの製造方法。
13. 所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の波面収差を測定する第１収差測定工程と、
    前記第１収差測定工程で得られた測定情報に基づいて前記投影光学系の波面収差を補正するために、前記投影光学系に設けられた少なくとも１つの光学部材における位置および姿勢のうちの少なくとも１つを調整する第１調整工程と、
    前記第１調整工程を経た前記投影光学系の波面収差を測定する第２収差測定工程と、
    前記第２収差測定工程で得られた測定情報に基づいて、前記波面収差の影響を補償するために、前記所定のパターンを照明する照明光の波面を調整する第２調整工程とを含むことを特徴とする露光装置の調整方法。
14. 所定のパターンを感光性基板に投影する投影光学系の波面収差を測定する収差測定工程と、
    前記収差測定工程で得られた測定情報に基づいて、前記波面収差の影響を補償するために、前記所定のパターンを照明する照明光の波面を調整する調整工程とを含むことを特徴とする露光装置の調整方法。
15. 前記所定のパターンを照明する照明光に対して所定の偏光を付与する偏光付与工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の露光装置の調整方法。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の方法により調整された露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法において、
    前記照明光学装置を用いて前記物体面に設定されるパターンを照明し、前記投影光学系を用いて前記投影光学系の像面に設定される前記感光性基板上に前記パターンを投影露光する工程を含むマイクロデバイスの製造方法。

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