WO2005078774A1 - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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WO2005078774A1
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exposure
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projection optical
irradiation
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PCT/JP2005/002011
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Kiyoshi Uchikawa
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Nikon Corporation
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like

Definitions

  • the present invention uses an exposure technique used for transferring a mask pattern onto a substrate in a lithographic process for manufacturing various devices such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, and uses the exposure technique.
  • the present invention relates to device manufacturing technology, and more particularly, to an exposure technology using a technology for correcting an imaging characteristic.
  • a pattern of a reticle (or a photomask or the like) as a mask is applied to a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photoresist as a substrate via a projection optical system.
  • a projection exposure apparatus such as a stepper is used to transfer the image onto each of the above shot areas.
  • the imaging characteristics of a projection optical system gradually change depending on the irradiation amount of exposure light, changes in ambient pressure, and the like. Therefore, in order to always maintain the imaging characteristics in a desired state, the projection exposure apparatus corrects the imaging characteristics by controlling, for example, the position of some optical members constituting the projection optical system.
  • An imaging characteristic correction mechanism is provided.
  • the imaging characteristics that can be corrected by the conventional correction mechanism are low-order components of rotational symmetry such as distortion error and magnification error.
  • V so-called annular illumination or quadrupole illumination (four regions on the pupil plane of the illumination optical system are used as secondary light sources). Illumination conditions that do not allow exposure light to pass through a region including the optical axis on the pupil plane of the illumination optical system, which is based on the illumination method), may be used. In this case, the optical member near the pupil plane in the projection optical system is illuminated with the exposure light in a substantially hollow state.
  • a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a scanning stepper is often used.
  • the optical members in the projection optical system near the reticle and the wafer are mainly exposed in non-rotationally symmetric areas. Being illuminated by light. [0004] If the optical member is continuously irradiated with the hollow exposure light as in the former case, there is a possibility that fluctuation of higher-order components such as higher-order spherical aberration in the imaging characteristics of the projection optical system may occur. .
  • Patent Document 1 JP-A-10-64790
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50585
  • a predetermined optical member is illuminated by exposure light with a hollow spot as in the case of conventionally using annular illumination or the like, or when an optical member such as a reticle is rectangular as in the case of scanning exposure.
  • the reticle is illuminated to correct, for example, higher-order spherical aberration and non-rotationally symmetric aberration components.
  • Dipole lighting (dipole lighting) is sometimes used. Since the dipole illumination has a larger non-rotationally symmetrical light distribution than the quadrupole illumination, astigmatism on the optical axis, which is a non-rotationally symmetric aberration component in the projected image (hereinafter referred to as “center ass”). Say) occur. The dipole illumination also causes non-rotationally symmetric aberration fluctuations other than the center.
  • a rectangular shape on the reticle is used. Only the area at one end of the illumination area is illuminated with the exposure light.
  • the optical components on the reticle side and the wafer side of the projection optical system have a larger light amount distribution of the exposure light and are non-rotationally symmetric, so that many non-rotationally symmetric aberration components are generated.
  • the light amount distribution of the exposure light is large and non-rotationally symmetric in the optical members on the reticle side and the wafer side of the projection optical system.
  • a rotationally symmetric aberration component is generated.
  • illumination light for aberration correction that does not expose the photoresist is reticle-shaped in an optical path substantially parallel to the optical path of the exposure light, unlike the conventional example. Even if the light is irradiated, it is difficult to accurately irradiate a desired portion of the optical member, which greatly contributes to the generation of a non-rotationally symmetric aberration component, because the wavelengths of the illumination light and the exposure light are different. Was. Therefore, there was a possibility that non-rotationally symmetric aberration components could not be sufficiently corrected.
  • the illumination light has a wavelength range in which absorption by the optical element is not so high.
  • the photosensitivity to the photoresist tends to increase, so that it is difficult to increase the light intensity of the illuminating light, and from this point, there is fear that the non-rotationally symmetric aberration component cannot be sufficiently corrected. .
  • the light amount distribution of the exposure light in the radial direction is small as in small ⁇ illumination (an illumination method in which a small area around the optical axis on the pupil plane of the illumination optical system is used as a secondary light source). Lighting conditions that vary widely may be used. Also in this case, for example, a change in the imaging characteristic that is difficult to be corrected by the conventional imaging characteristic correction mechanism, such as a high-order spherical aberration fluctuation, may occur. Therefore, some measures have been desired.
  • the present invention provides a force in which the light amount distribution of an exposure beam passing through at least a part of the optical components of the mask and the projection optical system becomes non-rotationally symmetric, or largely fluctuates in a radial direction. It is a first object of the present invention to provide an exposure technique capable of efficiently controlling a non-rotationally symmetric component or a higher-order component of the imaging characteristics in such a case.
  • a second object of the present invention is to provide an exposure technique and a device manufacturing technique capable of suppressing a change in the imaging characteristics in such a case.
  • a first exposure method illuminates a first object (11) with an exposure beam (IL), and uses the exposure beam to pass through the first object and a second object via a projection optical system (14).
  • a light beam (LBA, LBB) in a wavelength range different from that of the exposure beam is applied to the first object and at least a part (32) of the projection optical system. 44A, 44B) to correct the imaging characteristics of the projection optical system.
  • the light beam is emitted in a radial direction on a pupil plane of an illumination optical system such as a non-rotational symmetric illumination condition such as dipole illumination or a small ⁇ illumination.
  • an illumination optical system such as a non-rotational symmetric illumination condition such as dipole illumination or a small ⁇ illumination.
  • the first object is illuminated under illumination conditions in which the quantity distribution changes greatly, and non-rotationally symmetric aberrations or rotationally symmetric higher-order aberrations are generated.
  • the light beam is partially transmitted through a spatial waveguide mechanism to a predetermined member which greatly affects aberration by heat absorption. By irradiating the member and heating the member, the aberration can be efficiently controlled.
  • the wavelength range of the light beam is easily absorbed by the member to be heated, and the light beam is irradiated in a direction obliquely intersecting the optical axis of the exposure beam as the wavelength range. By doing so, it is possible to efficiently heat only those members that do not expose the second object
  • one example of the spatial waveguide mechanism includes a hollow waveguide made of glass, ceramics, or metal. Since the waveguide can be bent with a certain radius of curvature that does not significantly reduce the transmission efficiency, the first object or its projection can be obtained by using the waveguide as the light beam emission part. A desired irradiation position of an arbitrary optical member in the optical system can be easily partially irradiated with the light beam.
  • the first object (11) is illuminated with the exposure beam (IL), and the exposure beam passes through the first object and the projection optical system (14).
  • a polarization state control of a light beam (LBA, LBB) in a wavelength range different from that of the exposure beam is applied to the first object and at least a part (32) of the projection optical system. Irradiation is performed in a predetermined polarization state via the mechanisms (51A, 51B) to correct the imaging characteristics of the projection optical system.
  • the light beam is partially radiated to a predetermined member, which has a large effect on aberration by heat absorption, through the polarization state control mechanism in a polarization state that is easily absorbed by the member.
  • a predetermined member which has a large effect on aberration by heat absorption
  • the polarization state control mechanism in a polarization state that is easily absorbed by the member.
  • one example of the polarization state control mechanism includes a phase plate.
  • a phase plate By using a phase plate, a desired polarization state can be obtained with a simple configuration.
  • As the phase plate a 1Z4 wavelength plate, a 1Z2 wavelength plate, or the like can be used.
  • the first object (11) is illuminated with the exposure beam (IL), and the second object is irradiated with the exposure beam via the first object and the projection optical system (14).
  • a light beam (LBA, LBB) in a wavelength range different from that of the exposure beam is applied to the first object and at least a part of the projection optical system by a light guide (72A, 72B, 75B) and irradiate with a predetermined polarization state via the polarization state control mechanism (74A, 74B) to correct the imaging characteristics of the projection optical system.
  • a predetermined member that has a large effect on aberrations due to heat absorption is partially irradiated with the light beam via the light guide, and the member is heated, whereby the non-rotational member is heated.
  • Symmetric aberration or rotationally symmetric higher-order aberration can be efficiently controlled.
  • the light guide by using the light guide, the light beam can be easily guided to a desired heating position.
  • the polarization state control mechanism can set the desired polarization state, so that the light beam is easily absorbed by the member! Irradiation can be performed in a polarized state.
  • an example of the light guide is a hollow fiber
  • an example of the polarization control mechanism is a polarizing plate.
  • the light beam is, for example, an RF pumped waveguide type CO laser.
  • the optical member can be partially and efficiently heated.
  • the non-rotation of the projection optical system caused by the irradiation of the exposure beam is performed. Even if the light beam is irradiated so as to correct symmetric aberration Good. Thereby, the non-rotationally symmetric aberration can be suppressed.
  • the amount of non-rotationally symmetric aberration may be calculated based on the irradiation amount of the exposure beam, and the first light beam may be irradiated based on the calculation result. Thereby, the irradiation amount of the light beam can be controlled.
  • the device manufacturing method according to the present invention is a device manufacturing method including a lithographic process, and the pattern (11) is transferred to the photoreceptor (18) using the exposure method of the present invention in the lithographic process. To do.
  • the imaging characteristics when dipole illumination or small-sigma illumination is used can be improved, so that the device can be manufactured with high accuracy.
  • the first exposure apparatus illuminates the first object (11) on which the transfer pattern is formed with the exposure beam, and irradiates the first object and the projection optical system (14) with the exposure beam.
  • a light beam (LBA, LB #) having a wavelength range different from that of the exposure beam is applied. It has an irradiation mechanism for irradiation, and the irradiation mechanism includes a spatial waveguide mechanism (44 °, 44 °) for transmitting the light beam along a predetermined optical path.
  • a predetermined member having a large effect on aberration due to heat absorption is partially irradiated with the light beam via the spatial waveguide mechanism to heat the member.
  • the spatial waveguide mechanism includes a hollow waveguide made of glass, ceramics, or metal.
  • the inner surface of the waveguide may be coated with a reflective film including at least one of a metal film and a dielectric film to reflect the light beam.
  • the second exposure apparatus illuminates the first object (11) on which a transfer pattern is formed with an exposure beam, and uses the exposure beam to illuminate the first object and the projection optical system (14).
  • a light beam LBA, LB ⁇
  • the irradiation mechanism includes a polarization state control mechanism (51A, 51B) for setting the polarization state of the light beam to a predetermined state.
  • the light beam is easily absorbed by the predetermined member, which greatly affects the aberration by heat absorption, via the polarization state control mechanism, Irradiation in a state and heating the member can efficiently control non-rotationally symmetric aberrations or rotationally symmetric higher-order aberrations.
  • one example of the polarization state control mechanism includes a phase plate.
  • the third exposure apparatus illuminates the first object (11) on which the transfer pattern has been formed with the exposure beam, and uses the exposure beam to irradiate the first object and the projection optical system
  • an exposure apparatus for exposing a second object (18) via a light source (14) at least a part (32) of the first object and its projection optical system has a light beam (LBA, LB) having a wavelength range different from that of the exposure beam.
  • Guide force A polarization state control mechanism (74A, 74B) for setting the polarization state of the emitted light beam to a predetermined state.
  • a predetermined member that greatly affects aberration by heat absorption is partially subjected to a predetermined polarization state (for example, by the light guide and polarization state control mechanism).
  • a predetermined polarization state for example, by the light guide and polarization state control mechanism.
  • the light guide is a hollow fiber
  • the polarization state control mechanism is a polarizing plate
  • the irradiation mechanism may include an RF excitation waveguide type CO laser as a light source for generating the light beam.
  • the RF excitation waveguide type CO laser may include an RF excitation waveguide type CO laser as a light source for generating the light beam.
  • each irradiation position can be heated in a short time.
  • the irradiation mechanism may include a first beam splitter (65) for splitting the light beam.
  • a first beam splitter (65) for splitting the light beam.
  • the irradiation mechanism may include at least one of a movable mirror (57A, 57B) and a shutter in order to temporally split the light beam.
  • a movable mirror 57A, 57B
  • a shutter in order to temporally split the light beam.
  • a light for controlling the light emission duration of the light source (411A, 411B) that generates the light beam A source controller (412A, 412B) may be included.
  • the irradiation dose can be controlled by controlling the light emission duration.
  • second beam splitters 50A, 50B for splitting a part of the light beam
  • photoelectric sensors 53A, 53B for receiving the light split by the second beam splitter
  • the information of the light amount of the light beam may be obtained by the photoelectric sensor.
  • At least one polarizing element (51A, 51B) may be provided between the light source of the light beam and the second beam splitter. As a result, the polarization state of the light beam may be more accurately controlled.
  • a 1Z4 wavelength plate (51A, 51B) disposed between the second beam splitter and the optical member (32) constituting the projection optical system, and for setting the polarization state of the light beam to a predetermined state. May be. By passing the light beam through the 1Z4 wavelength plate in a linearly polarized state, the optical member can be irradiated in a circularly polarized state.
  • the illumination mechanism may illuminate the light beam to correct for symmetric aberrations. This corrects non-rotationally symmetric aberrations.
  • the aberration cannot be corrected by the aberration correction mechanism, but the aberration can be corrected by the irradiation mechanism.
  • the device manufacturing method according to the present invention is a device manufacturing method including a lithographic process, and the pattern (11) is transferred to the photoreceptor (18) using the exposure apparatus of the present invention in the lithographic process. To do.
  • a force that makes the light amount distribution of the exposure beam passing through at least a part of the first object (mask) and the projection optical system non-rotationally symmetric or large in the radial direction In the case of fluctuation, for example, a non-rotationally symmetric component or a higher-order component of the imaging characteristics is efficiently illuminated by irradiating a predetermined portion that affects aberration with a light beam different from the exposure beam. Can be controlled.
  • the light beam can be irradiated to a desired irradiation position easily or in a polarized state that is easily absorbed.
  • the present invention when the light beam is irradiated so as to correct the non-rotationally symmetric aberration of the projection optical system, it is possible to suppress the fluctuation of the imaging characteristics of the projection optical system.
  • FIG. 1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially cutaway view showing a configuration example of an imaging characteristic correction mechanism 16 in FIG. 1.
  • FIG. 3 (A) is a diagram showing an L & S pattern in the X direction
  • FIG. 3 (B) is a diagram showing a light amount distribution on a pupil plane of the projection optical system during dipole illumination in the X direction.
  • FIG. 4 (A) is a diagram showing an L & S pattern in the Y direction
  • FIG. 4 (B) is a diagram showing a light amount distribution on a pupil plane of the projection optical system during dipole illumination in the Y direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution of a lens during dipole illumination in the X direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a correction light irradiation mechanism 40 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of the projection optical system 14 cut away along the waveguides 44A and 44B of FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing an irradiation area of exposure light and correction light to a lens during dipole illumination in the X direction in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a modification of the correction light irradiation mechanism 40 of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a correction light irradiation mechanism 40A according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a modification of the correction light irradiation mechanism 40A of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a correction light irradiation mechanism 40B according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing a modification of the correction light irradiation mechanism 40B of the third embodiment.
  • 14 is a diagram showing a configuration example of a variable attenuator 54A in FIG.
  • Irradiation unit 51A, 51 ⁇ ⁇ ⁇ 4 phase plate, 53 ⁇ , 53 ⁇ ⁇ ⁇ Optical detector, 54 ⁇ , 54 ⁇ ⁇ ⁇ Variable attenuator, 57 ⁇ , 57 ⁇ ⁇ ⁇ Variable mirror, 72 ⁇ , 72 ⁇ , 75 ⁇
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of the present embodiment.
  • a KrF excimer laser light source (wavelength 247 nm) is used as the exposure light source 1.
  • Exposure light sources include ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) and F laser light source (wavelength 157 nm).
  • Ultraviolet laser light source such as Kr laser light source (wavelength 146nm) Ar laser light source (wavelength 126nm)
  • a harmonic generation light source of a YAG laser a harmonic generation device of a solid-state laser (such as a semiconductor laser), or a mercury lamp (such as an i-line) can be used.
  • a harmonic generation light source of a YAG laser a harmonic generation device of a solid-state laser (such as a semiconductor laser), or a mercury lamp (such as an i-line) can be used.
  • the exposure light IL as an exposure beam output from the exposure light source 1 at the time of exposure is shaped into a predetermined shape through a beam shaping optical system (not shown) or the like, and the optical integrator (uniformizer or The light enters the first fly-eye lens 2 as a homogenizer, and the illuminance distribution is made uniform. Then, the exposure light IL emitted from the first fly-eye lens 2 passes through a relay lens (not shown) and a vibrating mirror 3 to enter a second fly-eye lens 4 as an optical integrator, and the illuminance distribution further increases. Be uniformed.
  • the vibration mirror 13 is used for reducing speckles of the exposure light IL, which is a laser beam, and for reducing interference fringes by a fly-eye lens.
  • a diffractive optical element DOE: Diflfractive Optical Element
  • an internal reflection type integrator such as a rod lens
  • the light amount distribution of the exposure light has a small circle (small ⁇ illumination) and a normal circle.
  • the illumination system aperture stop member 25 for determining illumination conditions by setting the illumination condition to one of a plurality of eccentric regions (dipole and quadrupole illumination) and a ring shape is rotatably driven by a drive motor 25a. It is located.
  • a main control system 24 composed of a computer that controls the overall operation of the apparatus controls the rotation angle of the illumination system aperture stop member 25 via a drive motor 25a to set illumination conditions.
  • the first dipole illumination in which two circular apertures are formed symmetrically about the optical axis among a plurality of aperture stops ( ⁇ stop) of the illumination system aperture stop member 25 26 ⁇ , and a second dipole illumination aperture stop 26 ⁇ having a shape obtained by rotating the aperture stop 90 ⁇ by 90 °.
  • an aperture stop 26 ° for the first dipole illumination is provided on the focal plane on the emission side of the second fly-eye lens 4.
  • the exposure light IL that has passed through the aperture stop 26 ⁇ in the illumination system aperture stop member 25 is incident on the beam splitter 5 having a low reflectance, and the exposure light reflected by the beam splitter 5 is (Not shown), and is received by an integrator sensor 6 as a first photoelectric sensor.
  • the detection signal of the integrator sensor 6 is supplied to an exposure controller and an imaging characteristic calculator in the main control system 24, and the exposure controller controls the detection signal and the beam splitter 5 measured in advance. Then, the exposure energy on the wafer 14 is indirectly calculated using the transmittance of the optical system up to the wafer 18 as a substrate.
  • the exposure control unit controls the output of the exposure light source 1 so that the integrated exposure energy on the wafer 14 falls within a target range, and, if necessary, uses a light reduction mechanism (not shown) to expose the exposure light.
  • the pulse energy of IL is controlled stepwise.
  • the field stop 8 is actually composed of a fixed field stop (fixed blind) and a movable field stop (movable blind).
  • the latter movable field stop is disposed on a surface almost conjugate with the pattern surface (reticle surface) of the reticle 11 as a mask, and the former fixed field stop is conjugated with the reticle surface. It is located at
  • the fixed field stop is used to define the shape of the illumination area on the reticle 11.
  • the movable field stop is used at the start of scanning exposure for each shot area to be exposed. It is used to close the illuminated area in the scanning direction so that unnecessary parts are not exposed at the end of the scan.
  • the movable field stop is also used to define the non-scanning center and width of the illuminated area as needed.
  • the exposure light IL that has passed through the aperture of the field stop 8 passes through a condenser lens (not shown), a mirror 9 for bending the optical path, and a condenser lens 10, and then the pattern surface (lower surface) of a reticle 11 as a mask. Is illuminated with a uniform illuminance distribution.
  • the usual shape of the aperture of the field stop 8 (here, the fixed field stop) is, for example, a rectangle having an aspect ratio of about 1: 3 to 1: 4.
  • the normal shape of the illumination area on the reticle 11, which is substantially conjugate with the opening, is also rectangular.
  • the pattern in the illumination area of the reticle 11 is projected at a projection magnification (1Z4, 1Z5, etc.) through the telecentric projection optical system 14 on both sides. It is projected onto an exposure area on one shot area on a wafer 18 coated with a photoresist as a (sensitive substrate).
  • the exposure area is a rectangular area conjugate with the illumination area on the reticle 11 with respect to the projection optical system 14.
  • the reticle 11 and the wafer 18 correspond to the first object and the second object (photoconductor) of the present invention, respectively.
  • the wafer 18 is a disk-shaped substrate such as a semiconductor (silicon or the like) or SOI (silicon on insulator) having a diameter of about 200 to 300 mm.
  • a part of the exposure light IL is reflected by the wafer 18, and the reflected light returns to the beam splitter 5 through the projection optical system 14, the reticle 11, the condenser lens 10, the mirror 9, and the field stop 8, and
  • the light further reflected by the splitter 5 is received by a reflection sensor (reflectance monitor) 7 composed of a photoelectric sensor via a condenser lens (not shown).
  • the detection signal of the reflection amount sensor 7 is supplied to the imaging characteristic calculation unit in the main control system 24, and the imaging characteristic calculation unit uses the detection signals of the integrator sensor 6 and the reflection amount sensor 7 to project from the reticle 11.
  • the integrated energy of the exposure light IL incident on the optical system 14 and the integrated energy of the exposure light IL reflected on the wafer 18 and returned to the projection optical system 14 are calculated. Further, information on the illumination conditions during exposure (type of illumination system aperture stop) is also supplied to the imaging characteristic calculation unit. Further, an environment sensor 23 for measuring the atmospheric pressure and the temperature is arranged outside the projection optical system 14, and the measurement data of the environment sensor 23 is also supplied to the imaging characteristic calculation unit. The connection in the main control system 24 The image characteristic calculation unit uses the illumination condition, the integrated energy of the exposure light IL, and information such as ambient pressure and temperature to determine the rotationally symmetric aberration component and the non-rotationally symmetric aberration component in the imaging characteristics of the projection optical system 14. The variation of the aberration component is calculated.
  • An imaging characteristic control unit is also provided in the main control system 24, and according to the calculation result of the variation amount of the aberration component, the imaging characteristic control unit always obtains a desired imaging characteristic. In addition, the fluctuation amount of the imaging characteristics is suppressed (details will be described later).
  • An illumination optical system ILS includes the exposure light source 1, the fly-eye lenses 2, 4, the mirrors 3, 9, the illumination system aperture stop member 25, the field stop 8, the condenser lens 10, and the like.
  • the illumination optical system ILS is further covered with a sub-chamber (not shown) as an airtight chamber.
  • a sub-chamber (not shown) as an airtight chamber.
  • dry air from which impurities are highly removed nitrogen gas when the exposure light is an ArF excimer laser
  • Helium gas, etc. are also used).
  • the projection optical system 14 of the present example is a refraction system, and a plurality of optical members constituting the projection optical system 14 are quartz that is rotationally symmetric about the optical axis AX (when the exposure light is an F laser). Fireflies
  • An aperture stop 15 is arranged on a pupil plane PP of the projection optical system 14 (a plane conjugate with the pupil plane of the illumination optical system ILS), and a predetermined member which affects aberration near the pupil plane PP.
  • a lens 32 is arranged. The lens 32 is irradiated with illumination light (light beam) for non-rotationally symmetric aberration correction in a wavelength range different from that of the exposure light IL (described later in detail).
  • the projection optical system 14 incorporates an imaging characteristic correction mechanism 16 for correcting rotationally symmetric aberration, and an imaging characteristic control unit in the main control system 24 is controlled by the control unit 17. The operation of the imaging characteristic correction mechanism 16 is controlled.
  • FIG. 2 shows an example of the imaging characteristic correction mechanism 16 (aberration correction mechanism) in FIG. 1.
  • a plurality of optical members For example, five lenses LI, L2, L3, L4, and L5 selected from the following are held via three independently expandable and contractible drive elements 27, 28, 29, 30, 31 in the optical axis direction.
  • a fixed lens (not shown) and an aberration correction plate are also arranged before and after the lenses L1 and L5.
  • the three driving elements 27 (only two appearing in FIG. 2) are arranged in a positional relationship substantially corresponding to the vertices of a regular triangle, and the other three driving elements are similarly driven.
  • Elements 28-31 are also almost triangular vertices Are arranged in a positional relationship as follows.
  • the extendable drive elements 27-31 for example, a piezoelectric element such as a piezo element, a magnetostrictive element, an electric micrometer, or the like can be used.
  • the control unit 17 independently controls the amount of expansion and contraction of each of the three drive elements 27-31 based on the control information from the imaging characteristic control unit in the main control system 24, so that the five lenses L1-L5 The position in the optical axis direction and the tilt angle around two axes perpendicular to the optical axis can be independently controlled. Thereby, a predetermined rotationally symmetric aberration in the imaging characteristics of the projection optical system 14 can be corrected.
  • distortion can be corrected by controlling the position or inclination angle of the lens L1 or L5 in the optical axis direction near the reticle or wafer. . Further, by controlling the position of the lens L3 in the optical axis direction near the pupil plane of the projection optical system 14, spherical aberration and the like can be corrected.
  • the lens L3 to be driven in FIG. 2 may be the same as the lens 32 to which the illumination light for aberration correction in the projection optical system 14 in FIG. 1 is irradiated.
  • Such a mechanism for driving a lens or the like in the projection optical system 14 is also disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-134813.
  • the position of the reticle 11 in FIG. 1 in the optical axis direction may be controlled to correct a predetermined rotationally symmetric aberration.
  • the imaging characteristic correction mechanism 16 in FIG. A mechanism for controlling the pressure of gas may be used.
  • the Z axis is taken in parallel with the optical axis AX of the projection optical system 14, and the scanning direction of the reticle 11 and the wafer 18 during scanning exposure in a plane perpendicular to the Z axis (see FIG. 1).
  • the explanation is made with the Y axis taken in the direction perpendicular to the paper) and the X axis taken in the non-scanning direction perpendicular to the scanning direction.
  • the reticle 11 is sucked and held on the reticle stage 12, and the reticle stage 12 moves on the reticle base (not shown) at a constant speed in the Y direction, and rotates in the X and Y directions so as to correct a synchronization error.
  • the reticle 11 is scanned by slightly moving in the direction.
  • the position and rotation angle of the reticle stage 12 in the X and Y directions are measured by a movable mirror (not shown) and a laser interferometer (not shown) provided thereon, and the measured values are stored in the main control system 24. Is supplied to the stage control unit.
  • the stage control unit controls the measured values and various controls.
  • the position and speed of the reticle stage 12 are controlled based on the control information.
  • On the upper side surface of the projection optical system 14 a slit image is projected obliquely onto the pattern surface (reticle surface) of the reticle 11, the reflected light from the reticle surface is received, and the slit image is re-imaged.
  • reticle-side AF sensor An oblique incidence type auto-force sensor (hereinafter referred to as “reticle-side AF sensor”) 13 that detects displacement of the reticle surface in the Z direction based on the amount of lateral displacement of the image is provided. Information detected by the reticle-side AF sensor 13 is supplied to a Z tilt stage control unit in the main control system 24. A reticle alignment microscope (not shown) for reticle alignment is arranged above a peripheral portion of the reticle 11.
  • the wafer 18 is suction-held on a Z tilt stage 19 via a wafer holder (not shown), the Z tilt stage 19 is fixed on the wafer stage 20, and the wafer stage 20 is a wafer base (not shown).
  • the Z tilt stage 19 moves at a constant speed in the Y direction, and also steps in the X and Y directions.
  • the Z tilt stage 19 controls the position of the wafer 18 in the Z direction and the tilt angles around the X axis and the Y axis.
  • the position and rotation angle of the wafer stage 20 in the X and Y directions are measured by a laser interferometer (not shown), and the measured values are supplied to a stage control unit in the main control system 24.
  • the stage control unit controls the position and speed of the wafer stage 20 based on the measured values and various control information.
  • a plurality of slit images are projected obliquely on the surface (wafer surface) of the wafer 18, light reflected from the wafer surface is received, and these slit images are re-imaged.
  • An oblique incidence type auto-focus sensor (hereinafter referred to as “wafer-side AF sensor”) 22 that detects the displacement (defocus amount) of the wafer surface in the Z direction and the tilt angle is provided. I have.
  • Information detected by the wafer-side AF sensor 22 is supplied to a Z-tilt stage control unit in the main control system 24, and the Z-tilt stage control unit outputs detection information of the reticle-side AF sensor 13 and the wafer-side AF sensor 22.
  • the Z-tilt stage 19 is driven by the auto-focus method so that the wafer surface is always focused on the image plane of the projection optical system 14 based on this.
  • an irradiation sensor 21 including a photoelectric sensor having a light receiving surface that covers the entire exposure area of the exposure light IL is fixed. Is supplied to the exposure control unit in the main control system 24. Before the start of the exposure or periodically, the light receiving surface of the irradiation amount sensor 21 was moved to the exposure area of the projection optical system 14. By irradiating the exposure light IL in this state, and dividing the detection signal of the irradiation amount sensor 21 by the detection signal of the integrator sensor 6, the exposure amount control unit can control the irradiation amount sensor 21 (wafer 18) from the beam splitter 5. The transmittance of the optical system up to is calculated and stored.
  • an off-axis type alignment sensor (not shown) for wafer alignment is arranged above the wafer stage 20, and the reticle alignment microscope and the detection result of the alignment sensor are provided.
  • the main control system 24 performs the alignment of the reticle 11 and the alignment of the wafer 18 based on the data.
  • the reticle stage 12 and the wafer stage 20 are driven while the illumination area on the reticle 11 is irradiated with the exposure light IL to synchronously scan the reticle 11 and one shot area on the wafer 18 in the Y direction.
  • the operation and the operation of driving the ueno and the stage 20 to move the wafer 18 stepwise in the X and Y directions are repeated. By this operation, the pattern image of the reticle 11 is exposed to each shot area on the wafer 18 by the step-and-scan method.
  • the main transfer pattern formed on the reticle 11 is, for example, a line pattern elongated in the Y direction substantially in the X direction (non-scanning direction) as shown in an enlarged view in FIG.
  • the X-direction line 'and' space pattern (hereinafter, referred to as “L & S pattern”) 33V arranged at a pitch close to the resolution limit of the projection optical system 14 is 33V.
  • L & S pattern a plurality of other L & S patterns, which are larger than the L & S pattern 33 V and whose arrangement direction is the X direction and the Y direction (scanning direction), are usually formed on the reticle 11 at the arrangement pitch.
  • Exposure light IL illuminates two circular regions 34 symmetrical in the X direction with respect to.
  • the light amount of the 0th-order light is usually much larger than the light amount of the diffracted light, and the diffraction angle is also small. Most of the image light flux passes through or near the circular area 34. Also, when the reticle 11 shown in Fig.
  • the L & S pattern of 33V is placed in the optical path of the exposure light IL as in this example, the L & S pattern of 33V near the resolution limit and the ⁇ 1st-order diffracted light near the resolution limit To pass through or near circular area 34
  • the image of the L & S pattern 33V can be projected onto the wafer with high resolution.
  • the light amount distribution of the exposure light IL incident on the lens 32 near the pupil plane PP of the projection optical system 14 in FIG. 1 also becomes almost the light amount distribution of FIG. Therefore, if the exposure is continued, the temperature distribution of the lens 32 near the pupil plane PP becomes highest in the two circular areas 34A sandwiching the optical axis in the X direction, as shown in FIG.
  • the lens 32 undergoes thermal expansion (thermal deformation) and the refractive index distribution also changes in accordance with this temperature distribution.
  • the refractive power increases for the light beam opened in the Y direction
  • the refractive power decreases for the light beam opened in the X direction.
  • a certain center ⁇ occurs.
  • the center value ⁇ gradually increases with time and saturates at a predetermined value. This is because the temperature of the lens 32 is saturated.
  • a line pattern elongated mainly in the X direction is arranged on the reticle 11 at a pitch substantially close to the resolution limit of the projection optical system 14 in the Y direction (scanning direction). It is assumed that an L & S pattern 33H in the Y direction is formed.
  • an aperture stop 26B having a shape obtained by rotating the aperture stop 26A by 90 ° is set on the pupil plane of the illumination optical system ILS in FIG.
  • Exposure light IL illuminates two circular areas 35. At this time, even if various reticle patterns are arranged on the optical path of the exposure light IL, most of the exposure light IL (imaging light flux) usually passes through the circular area 35 and its vicinity.
  • the ⁇ 1st-order diffracted light from the L & S pattern 33H with a pitch close to the resolution limit also passes through the almost circular area 35 or its vicinity. Therefore, the image of the L & S pattern 33H is projected on the wafer with high resolution.
  • the light amount distribution of FIG. 4 also becomes almost the light amount distribution of FIG. Therefore, if exposure is continued, the temperature distribution of the lens 32 becomes a distribution obtained by rotating the distribution of FIG. 5 by approximately 90 °, and the projection optical system 14 has the opposite sign to the case of using the dipole illumination of FIG. 3 (B). , Center spots of almost the same size are generated.
  • the reticle 11 is illuminated by a rectangular illumination area whose longitudinal direction is in the X direction (non-scanning direction), the center noise caused by the illumination area is also reduced by the dipole illumination shown in FIG. It always occurs slightly with the same sign as used.
  • the sign of the center as a result of the dipole illumination in Fig. 4 (B) is opposite to that of the center as a result of the rectangular illumination area, and the center as a whole is the dipole in Fig. 3 (B). Slightly smaller than with illumination.
  • These center points are non-rotationally symmetric aberrations, and other non-rotationally symmetric aberrations are also generated by dipole illumination. These non-rotationally symmetric aberrations are caused by the imaging characteristic correction mechanism shown in FIG. With 16 you can't practically correct. Non-rotationally symmetric aberrations also occur when other non-rotationally symmetric illumination conditions are used. Further, when the light amount distribution of the exposure light IL on the pupil plane of the illumination optical system (the pupil plane of the projection optical system 14) greatly changes in the radial direction as in the case of performing small ⁇ illumination, the imaging characteristic correction is performed. The mechanism 16 may cause higher-order rotationally symmetric aberrations such as higher-order spherical aberrations that cannot be sufficiently corrected.
  • the exposure light IL is applied to the lens 32 near the pupil plane ⁇ of the projection optical system 14 in FIG.
  • Illumination light (corresponding to the light beam, hereafter referred to as “correction light”) LBA and LBB for aberration correction in a wavelength range different from the (exposure beam).
  • correction light irradiation mechanism 40 irradiation mechanism for irradiating the light beam
  • the configuration of the correction light irradiation mechanism 40 for irradiating the light beam for irradiating the lenses 32 with the correction lights LBA and LBB, and the operation of correcting the aberration will be described in detail.
  • correction lights LBA and LBB light in a wavelength range that hardly senses the photoresist applied to the wafer 18 is used as the correction lights LBA and LBB.
  • infrared light with a wavelength of, for example, 10.6 m emitted from a carbon dioxide laser (CO laser) is used as the correction light LBA, LBB.
  • CO laser carbon dioxide laser
  • the correction light LB applied to the lens 32 of the present example is set so that 90% or more is absorbed.
  • an RF (Radio Frequency) pumped waveguide type CO laser is used as the CO laser.
  • RF-excited waveguide CO lasers excite discharge excitation in the radio frequency range.
  • the power is continuous oscillation (CW).
  • CW continuous oscillation
  • the amount of correction light irradiation it is possible to use so-called duty ratio control that controls the oscillation time with respect to the idle time. it can.
  • the polarization state of the laser light from which the laser light source power is also emitted is linearly polarized, and the correction lights LBA and LBB of this example are also emitted by the CO laser power.
  • correction light LBA, LBB a near-infrared light with a wavelength of about 1 ⁇ m emitted from a solid-state laser such as a YAG laser or an infrared light with a wavelength of about several m emitted from a semiconductor laser may be used. Can also be used.
  • the correction light LB composed of linearly polarized laser light with a wavelength of 10.6 ⁇ m emitted from the light source system 41 including the laser beam enters the beam splitter 42 having a small reflectance, and the correction light LB transmitted through the beam splitter 42 is Then, the light enters the irradiation unit 45A via a light transmission optical system (not shown).
  • the light emission timing and output of the light source system 41 are controlled by a correction light control unit in the main control system 6.
  • the correction light LB that has passed through the irradiation unit 45A passes through a waveguide 44A as a spatial waveguide mechanism arranged so as to penetrate the lens barrel of the projection optical system 14, and becomes correction light LBA.
  • the light is applied to the lens 32 at an angle.
  • a part of the correction light reflected by the beam splitter 42 is received by the photodetector 43 (photoelectric sensor), and the detection signal of the photodetector 43 is fed back to the light source system 41.
  • a semiconductor laser light source 61 laser diode
  • the visible laser light SL having a wavelength of 670 ⁇ m emitted from the semiconductor laser light source 61 is disposed. Is also applied to the beam splitter 42.
  • a part of the irradiated laser light SL is reflected by the beam splitter 42 and is coaxially synthesized with the correction light LB, and then transmitted through a transmission optical system (not shown), an irradiation unit 45A, and a waveguide 44A.
  • correction light LBA Is irradiated on the lens 32.
  • the laser light SL in the visible region is used as guide light for adjusting the optical axis of the correction light LBA in the infrared region.
  • the semiconductor laser light source 61 stops emitting light, and the laser light SL is not irradiated. Since the laser beam SL is not used at the time of aberration correction as described above, it is omitted from illustration except for FIG.
  • a waveguide 44B is disposed substantially symmetrically with respect to the waveguide 44A with the optical axis AX interposed therebetween, and correction light supplied from a light source system and a light transmission optical system (not shown) is supplied to the irradiation unit 45B. Then, the light is radiated to the lens 32 as the correction light LBB via the waveguide 44B.
  • another pair of waveguides is arranged so as to sandwich the optical axis AX in the Y direction, and these waveguides are also configured to irradiate the lens 32 with correction light. Tepuru (details below).
  • FIG. 6 shows a detailed configuration of the correction light irradiation mechanism 40 shown in FIG. 1.
  • the light source system 41 shown in FIG. 1 comprises an RF excitation waveguide type CO laser 411 A and a laser power supply. From 412A
  • the beam splitter 42 and the photodetector 43 in FIG. 1 correspond to the beam splitter 42A and the photodetector 43A, respectively.
  • the CO laser 411A power was also emitted.
  • a part of the corrected linearly polarized light LB is split by the beam splitter 42A and received by the photodetector 43A, and this detection signal is fed back to the laser power supply 412A.
  • the correction light LB transmitted through the beam splitter 42A is sequentially reflected by four mirrors 46A, 47A, 48A, and 49A, and is incident on the irradiation unit 45A.
  • the light transmission optical system is composed of four mirrors 46A-49A. Since the light transmission optical system of this example is a reflection system, the polarization state of the correction light LB is maintained as linear polarization.
  • the correction light LB that is incident has a low reflectance! /, Enters the beam splitter 50A (second beam splitter), is reflected by the beam splitter 50A, and is branched. Is received by the photodetector 53A (photoelectric sensor), and this detection signal is fed back to the laser power supply 412A.
  • the laser power supply 412A is controlled by the CO laser
  • the light emission timing and output (irradiation amount) of the 411A are controlled.
  • the amount of light received (detection signal) at the photodetector 53A the amount of correction light LBA emitted from the waveguide 44A (for example, The conversion coefficient for calculating (degree) is obtained with high precision in advance, and is stored in the storage unit in the laser power supply 412A. From the correction light control unit, the emission type of the CO laser 411A is
  • the amount of light (or the amount of irradiation) on the lens and the lens 32 is specified.
  • the detection signal from the photodetector 43A is used to monitor the oscillation state of the CO laser 411A and the beam splitter 42A.
  • Force beam splitter Used for detecting abnormalities in optical components up to 50A.
  • the linearly polarized correction light LB transmitted through the beam splitter 50A passes through a 1Z4 wavelength plate 51A corresponding to a phase plate as a polarization state control mechanism and is converted into circularly polarized light.
  • the waveguide 44A is, for example, a thin tube having a circular cross section made of glass, ceramics, or metal, and the inner wall of which is coated with a substance having a high reflectance at the wavelength of the correction light LB (CO laser light). .
  • the inner diameter of the tube 44A is, for example, about 0.2 to 2 mm.
  • the reflection surfaces of the mirrors 46A-49A are coated with a reflection film having a high reflectance at the wavelength of the correction light LB.
  • the laser light SL in the visible region is also used as guide light for the correction light LB. Therefore, the reflection surfaces of the mirrors 46A-49A and the inner surface of the waveguide 44A are coated with a coating having high reflectance at both the wavelength of the correction light LB and the laser light SL (guide light).
  • the hollow waveguide 44A penetrates through the lens barrel of the projection optical system 14 and reaches obliquely above the lens 32 inside the projection optical system 14. Then, the correction light LB transmitted by the internal reflection in the waveguide 44A directly enters the surface of the lens 32 obliquely as the correction light LBA. In this case, since the correction light LB incident on the waveguide 44A is circularly polarized by the 1Z4 wavelength plate 51A, the correction light LBA emitted from the waveguide 44A to the lens 32 is also substantially stable. Light.
  • the material constituting the optical lens such as the lens 32 or the like has a dielectric constant, and the reflectivity of the dielectric is dependent on the polarization characteristics of the incident light.
  • the correction light LBA having a stable polarization characteristic emitted from the waveguide 44A is stably absorbed by the lens 32, and partially heats the lens 32.
  • a 1Z2 wavelength plate can be used instead of the 1Z4 wavelength plate 51A.
  • the crystal orientation of the 1Z2 wave plate should be determined so that the proportion of the polarization state in which the correction light LBA emitted from the waveguide 44A is effectively absorbed by the lens 32 is maximized.
  • the lens 32 can be controlled in parallel and independently with an optical system (CO laser 411A—condensing lens 52A) for irradiating the correction light LBA from the waveguide 44A.
  • an optical system for irradiating the correction light LBB from the waveguide 44B to another area of the lens 32 is arranged. That is, a CO laser 411A, a beam splitter 42A, and a laser power supply 412A.
  • photodetector 43A A, photodetector 43A, mirror 46A-49A, irradiation unit 45A (beam splitter 50A, 1 Z4 wave plate 51A, and condenser lens 52A), photodetector 53A, and almost symmetrically to waveguide 44A, CO laser 411B, beam splitter 42B, laser power supply 412B, photodetector 43
  • the lens 32 irradiates the lens 32 as stable circularly polarized correction light LBB via 44B.
  • FIG. 7 is a plan view in which the projection optical system 14 is cut away at the waveguides 44A and 44B in FIG. 6.
  • a pair of the optical axes AX is sandwiched in the X direction.
  • the exits of the hollow waveguides 44A and 44B are arranged through the lens barrel of the projection optical system PL.
  • the exits of another pair of hollow waveguides 44C and 44D are arranged through the lens barrel of the projection optical system PL so as to sandwich the optical axis AX in the Y direction.
  • the entrances of the waveguides 44C and 44D are connected to the irradiation units 45C and 45D, respectively, which have the same configuration as the irradiation unit 45A.
  • Correction light is supplied from another pair of optical systems via mirrors 49C and 49D.
  • the correction light beams LBA and LBB from the waveguides 44A and 44B are applied to two substantially circular regions 63A and 63B respectively sandwiching the optical axis AX on the lens 32 in the X direction.
  • the correction lights LBC and LBD from the waveguides 44C and 44D are applied to two substantially circular regions 63C and 63D, respectively, which sandwich the optical axis AX on the lens 32 in the Y direction.
  • the lens 32 two areas in the ⁇ X direction and two areas in the Y direction, with the optical axis AX as the center, are provided in a total of four areas 63 A to 63 D at desired timings selectively. Further, it is configured such that the correction light LBA-LBD can be irradiated with a desired irradiation amount (irradiation time).
  • the two irradiation units 45A and 45D are arranged close to each other, and the waveguides 44A and 44D, which have the irradiation units 45A and 45D, are gently moved along the barrel of the projection optical system 14. It is arranged to be bent.
  • the other two irradiation units 45B and 45C are arranged close to each other, and the waveguides 44B and 44C, which have the same power as the irradiation units 45B and 45C, are gently burned by the barrel of the projection optical system 14.
  • the rooster is placed.
  • the minimum value of the radius of curvature R of each of the four waveguides 44 ⁇ , 44 ⁇ , 44C, and 44D is set to a value (for example, about 30 mm) or more such that the transmittance of the correction light passing therethrough hardly decreases. ing.
  • an optical system for irradiating the correction light LBA-LBD around the lens barrel of the projection optical system 14 can be arranged in a notebook.
  • mirrors 49A and 49B and 1Z4 wave plates 51A and 51B are used to increase the ratio of the circularly polarized light state of the correction lights LBA and LBB obtained by the 1Z4 wave plates 51A and 51B.
  • a polarizing plate may be arranged to make the correction light incident on the 1Z4 wavelength plates 51A and 51B more complete linearly polarized light.
  • the correction light supplied to the four waveguides 44A-44D is generated by optical systems independent of each other, but is split by the common single laser light source power and the emitted laser light power.
  • the four lights may be supplied in parallel to the four waveguides 44A-44D.
  • the correction light can be selectively irradiated to the lens 32 in, for example, eight or more regions at approximately equal angular intervals around the optical axis AX. May be configured.
  • FIG. 8 is a plan view showing the lens 32 near the pupil plane PP of the projection optical system 14.
  • a region 34A and a region 34A sandwiching the optical axis AX on the lens 32 symmetrically in the X direction are shown.
  • Exposure light IL is applied to a region in the vicinity.
  • the area 34A is approximately 90 around the optical axis AX.
  • a pair of substantially circular areas 63C and 63D on the lens 32, which are rotated areas, are irradiated with the correction lights LBC and LBD via the waveguides 44C and 44D in FIG. 7, respectively.
  • a region obtained by rotating the irradiation region of the exposure light IL by 90 ° is irradiated with the correction light beams LBC and LBD.
  • the temperature distribution of the lens 32 becomes higher in the area 34A and the areas 63C and 63D, and becomes gradually lower as the distance from the area increases.
  • the deformation state of the lens 32 of the present example irradiated with the exposure light IL and the correction light LBC and LBD is in the non-scanning direction and the scanning direction. Therefore, the focus positions for the opened light beams are almost equal to each other, and the center path hardly occurs. Thereby, the imaging characteristics of the projection optical system 14 are improved, and the entire pattern of the reticle 11 is transferred onto the wafer 18 with high accuracy.
  • the irradiation amount (dose) and irradiation timing of the correction lights LBC and LBD can be determined as follows as an example. That is, based on the information on the integrated energy of the exposure light IL and the shape of the aperture stop in the illumination optical system ILS, the imaging characteristic calculation unit in the main control system 24 in FIG. The amount of heat energy stored in the lens 32 can be obtained from the exposure light IL passing through the nearby area. Therefore, as the simplest control, the imaging characteristic calculation unit calculates the irradiation amount of the correction light LBC and LBD in the region 63C and 63D that constitute the rotationally symmetric region as a whole together with the region 34A and the exposure light.
  • the heat energy is set substantially equal to the heat energy by the IL, and this information is supplied to the correction light control unit in the main control system 24.
  • the correction light irradiator calculates the irradiation amount of the correction light beams LBC and LBD using, for example, information on the absorptance of the correction light beam LBA-LBD by the lens 32, and converts the information on the irradiation amount and the irradiation timing into the correction light beam.
  • Power is supplied to the corresponding laser power supply in the irradiation mechanism 40.
  • the laser power source causes the corresponding CO laser to emit light at a predetermined power
  • the average power is an average power during the irradiation time, and is controlled so that the average power is stable as an example. This control can also be called “average power management”. Thereby, the irradiation amounts of the correction lights LBC and LBD are appropriately controlled.
  • the irradiation timing may be, for example, (1) the same timing as the irradiation of the exposure light IL, (2) the step movement of the wafer stage 20, or (3) the asymmetric aberration exceeds a predetermined allowable range. From the point of time when the judgment is made, it is conceivable.
  • the lens for irradiating the correction light is a lens near the pupil plane of the projection optical system 14 which is conjugate to the pupil plane of the illumination optical system ILS like the lens 32 of the present example, the correction effect of the center positive is obtained. growing. At this time, a plurality of lenses near the pupil plane may be irradiated with the correction light. Further, it is more effective that the irradiation area including the exposure light and the correction light on the optical member to be irradiated is as close to rotationally symmetric as possible.
  • the correction light is applied as in this example. Higher order rotationally symmetric aberrations can be reduced.
  • the correction light LBA-LBD may be applied to four regions 63 # -63D radially away from the optical axis ⁇ on the lens 32 in FIG.
  • the amount of fluctuation of the light amount distribution in the radial direction is reduced, so that the occurrence of higher-order spherical aberration and the like is suppressed, and good imaging characteristics are maintained.
  • the exposure light IL is irradiated only on the end area in the X direction on the reticle 11 in FIG. 1 by setting the field stop depending on the pattern to be transferred, for example, Is largely non-rotationally symmetric.
  • the optical member on the reticle 11 side of the projection optical system 14 or the reticle 11 itself is used as a predetermined member to be irradiated with the correction light, and is attached to an end of the predetermined member in the + X direction.
  • Correction light may be applied. That is, the irradiation target of the correction light (light beam) can be not only one or a plurality of optical members in the projection optical system 14 but also the reticle 11 itself.
  • temperature sensors such as a thermistor are provided around the lens 32 at four or eight points at equal angular intervals, and the correction light LBA is calculated based on the measured values of these temperature sensors.
  • the irradiation amount of LBD may be controlled.
  • the number, position, shape, and size of the optical member to which the correction light is irradiated, and the irradiation area of the correction light on the optical member are determined by the type of aberration adjusted by the irradiation of the correction light and the aberration. Can be determined according to the allowable value.
  • FIG. 9 shows a modification of the correction light irradiation mechanism 40 of the first embodiment shown in FIG. 6.
  • FIG. 9 in which parts corresponding to FIG. Emitted from laser 411A
  • a part of the linearly polarized correction light LB is branched by the beam splitter 42A and received by the photodetector 43A, and this detection signal is fed back to the laser power supply 412A.
  • the correction light LB transmitted through the beam splitter 42A is incident on one end of a hollow fiber 72A as a light guide via a condenser lens 71A, and the correction light LB propagated in the hollow fiber 72A is applied to an irradiation cut 45A.
  • the hollow fiber 72A is made of a ceramic or metal thin tube, and has an inner wall coated with a substance having a high reflectance at the wavelength of the correction light LB.
  • the visible light laser light SL having a wavelength of 670 nm emitted from the semiconductor laser light source 61 in FIG. 1 is also irradiated on the lens 32 together with the correction light LB, so that the reflection film in the hollow fiber 72A is corrected.
  • the reflectivity is high at two wavelengths, light LB and its laser light SL (guide light).
  • a normal optical fiber or the like can be used instead of the hollow fiber 72A.
  • a collimator lens 73A and a polarizing plate 74A as a polarization state control mechanism are provided at the front stage of the irradiation unit 45A of this modified example.
  • the polarizing plate 74A a flat plate whose incident angle with respect to the incident light beam is a Brewster angle is used, and the polarization state of the light beam transmitted through the polarizing plate 74A is a linearly polarized light substantially composed of a P-polarized component.
  • a polarizing prism such as a Glan-Thomson prism
  • a polarizing filter that allows only linearly polarized light polarized in a predetermined direction to pass can be used as the polarizing plate 74A.
  • the correction light LB incident on the irradiation unit 45A from the hollow fiber 72A is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 73A, then passes through the polarizing plate 74A to become substantially linearly polarized light, and becomes a beam splitter 50A. (Second beam splitter).
  • a light transmission optical system is composed of the condenser lens 71A, the hollow fiber 72A, and the polarizing plate 73A. In the light transmitting optical system of this example, the polarization state of the correction light LB propagating in the hollow fiber 72A may gradually change. Therefore, the polarization state of the correction light LB passing through the hollow fiber 72A is changed to linear polarization. Is provided with a polarizing plate 74A.
  • the polarization components other than the polarization components passing through the irradiation unit 45A are emitted from the polarizing plate 74A to the outside. It is desirable that the light emitted to the outside be guided to a position that does not hinder the exposure by using, for example, a waveguide (not shown) having the same structure as the waveguide 44A.
  • the correction light reflected and branched by the beam splitter 50A is received by a photodetector 53A (photoelectric sensor), and the detection signal is fed back to a laser power supply 412A.
  • the linearly polarized correction light LB transmitted through the beam splitter 50A passes through a 1Z4 wavelength plate 51A corresponding to a phase plate as a polarization state control mechanism and is converted into circularly polarized light.
  • Light is collected at the entrance of tube 44A.
  • the correction light LB transmitted by the internal reflection in the waveguide 44A directly enters the surface of the lens 32 in the projection optical system 14 obliquely as the correction light LBA.
  • the correction light LB incident on the waveguide 44A is circularly polarized by the 1Z4 wavelength plate 51A, the correction light LBA emitted from the waveguide 44A to the lens 32 is also almost stable circularly polarized light. . Then, the correction light LBA having stabilized polarization characteristics emitted from the waveguide 44A is stably absorbed by the lens 32, and partially heats the lens 32.
  • the lens 32 can be controlled in parallel and independently with an optical system (CO laser 411A—condensing lens 52A) for irradiating the correction light LBA from the waveguide 44A.
  • an optical system CO laser 411A—condensing lens 52A
  • an optical system for irradiating the correction light LBB from the waveguide 44B to another area of the lens 32 is arranged. That is, the latter optical system is composed of a CO laser 411B and a beam splitter 42B.
  • Condenser lens 71B Condenser lens 71B, hollow fiber 72B, irradiation unit 45B (including collimator lens 73B, polarizing plate 74B, beam splitter 50B, 1Z4 wavelength plate 51B, and condenser lens 52B), photodetector 53B, and waveguide 44B. It is composed of And CO laser 41 IB
  • the emitted linearly-polarized correction light LB is applied to the lens 32 as stable circularly-polarized correction light LB B via the waveguide 44B.
  • an optical system for irradiating the correction light to two regions in the Y direction of the lens 32 is provided, and the configuration of the optical system is substantially the same as that of FIG. Same as.
  • the other configuration is the same as that of the embodiment of FIG.
  • the generation of center noise is suppressed by irradiating the lens 32 with the correction light LBA, LBB, and the like.
  • the imaging characteristics of the projection optical system 14 are improved.
  • the hollow fibers 72A and 72B are used in the light transmitting optical system, the configuration of the light transmitting optical system can be simplified and the degree of freedom of the arrangement is increased.
  • FIG. 10 the light source of the correction light is shared, and in FIG. 10, portions corresponding to FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 shows a correction light irradiating mechanism 40A as a light beam irradiating mechanism of the projection exposure apparatus of this example.
  • a CO laser 411 and a laser light source 412 are
  • CO laser 411A Same as 6 CO laser 411A and laser light source 412A. And CO laser 411
  • a part of the correction light LB composed of the linearly-polarized laser light from which the power is also emitted is branched by the beam splitter 42, and the amount of the branched light is fed back to the laser light source 412 via the photodetector 43. Further, the correction light LB transmitted through the beam splitter 42 further enters the half mirror 65 (first beam splitter) and is split into two. The correction lights LBA and LBB split into two by the half mirror 65 enter the variable attenuators 54A and 54B, respectively.
  • the correction light LBA that has passed through the former variable attenuator 54A passes through mirrors 47A, 48A, and 49A (sending optical system), and then passes through the irradiation unit 45A and the waveguide 44A into the lens 32 in the projection optical system 14. Is irradiated.
  • the correction light LBB that has passed through the latter variable attenuator 54B passes through mirrors 47B, 48B, and 49B (light transmission optical system), and then irradiates the lens 32 via the irradiation unit 45B and the waveguide 44B.
  • variable attenuators 54A and 54B are devices capable of variably controlling the attenuation rate of incident light by an external signal.
  • FIG. 14 shows a configuration example of the variable attenuator 54A.
  • the correction light LBA is incident on two light-transmitting flat plates 60 and 61 that are inclined.
  • a material that absorbs little at the wavelength of the CO laser light that is the correction light LBA for example,
  • the surfaces of the flat plates 60 and 61 may be provided with a reflectance increasing film or the like as necessary.
  • the amount of reflected light changes according to the tilt angle. Therefore, the amount of the correction light LBA transmitted through the flat plates 60 and 61 can be continuously controlled.
  • Rotation drivers 60a and 61a are provided to set the inclination angles of the flat plates 60 and 61 to arbitrary values.
  • a general stepping motor, an ultrasonic motor, or the like can be used.
  • the other variable attenuator 54B is similarly configured.
  • the transmittance of the correction light in the variable attenuators 54A and 54B is controlled by the controller 55 of the variable attenuator.
  • the light amounts of the correction lights LBA and LBB that are branched in the irradiation units 45A and 45B and detected by the photodetectors 53A and 53B are input to the control device 55.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the irradiation amounts of the correction lights LBA and LBB emitted from the waveguides 44A and 44B to the lens 32 are controlled as follows. First, the correction light LBA and the correction light from the correction light control unit in the main control system 24 shown in FIG. 1 are supplied to the laser power supply 412 and the control device 55 of the variable attenuators 54A and 54B. . From this value, the laser power supply 412 determines the power of the correction light LB up to the beam splitter 42 by the CO laser 411.
  • control device 55 sets the attenuation factors in the variable attenuators 54A and 54B based on the light amounts detected by the photodetectors 53A and 53B so that the powers of the correction lights LBA and LBB become a predetermined value. Control. Then, when the irradiation time of the correction lights LBA and LBB reaches the irradiation amount Z average power, the control device 55 sets the attenuation rates of the variable attenuators 54A and 54B to almost 100%, and sets the correction lights LBA and LBB. To almost zero power.
  • the control unit 55 issues a light emission stop command to the laser power supply 412, and the CO laser 411
  • the irradiation amount of the correction light LBA and LBB can be controlled to a desired value by such an operation.
  • the manufacturing cost can be reduced, and the correction light irradiation mechanism 40A is shown.
  • the size can be reduced compared to the correction light irradiation mechanism 40 of FIG.
  • there is only one control device 55 but a plurality of control devices may be provided corresponding to the variable attenuators 54A and 54B, respectively.
  • a series of CO laser 411 and beam split There are a plurality of light source devices consisting of the light source 42, the photodetector 43, and the laser power supply 412, depending on the number of correction light beams LBA and LBB applied to the lens 32. May be independently controlled according to the indicated value of the output.
  • FIG. 11 shows a modification of the correction light irradiation mechanism 40A of the second embodiment shown in FIG. 10.
  • the irradiation units 45A and 45B Each has a collimator lens 73A, 73B and a polarizing plate 74A, 74B (polarization state control mechanism) at the front stage, similarly to the irradiation units 45A and 45B in FIG. 9, respectively.
  • CO polarizing plate
  • the correction light LB which is a linearly polarized laser beam emitted from the beam 411 and transmitted through the beam splitter 42, further enters the half mirror 65 (first beam splitter) and is split into two.
  • the correction light beams LBA and LBB split into two by the half mirror 65 enter variable attenuators 54A and 54B, respectively.
  • the correction light LBA that has passed through the former variable attenuator 54A passes through the condenser lens 71A and the hollow fiber 72A (light guide), and then passes through the irradiation unit 45A and the waveguide 44A, and then passes through the lens 32 in the projection optical system 14. Is irradiated.
  • the correction light LBB passing through the latter variable attenuator 54B passes through a condensing lens 71B and a hollow fiber 75B serving as a light guide that has the same configuration as the hollow fiber 72A but is longer than the hollow fiber 72A.
  • the light is irradiated to the lens 32 via the irradiation unit 45B and the waveguide 44B.
  • each of the light transmission optical systems is composed of the condenser lenses 71A and 71B, the hollow fibers 72A and 75B, and the collimator lenses 73A and 73B.
  • the other configuration and the irradiation operation of the correction lights LBA and LBB are the same as in the second embodiment.
  • the manufacturing cost can be reduced, and the correction light irradiation mechanism 40 A It can be downsized compared to the correction light irradiation mechanism 40.
  • the hollow fibers 72A and 75B are used in the light transmitting optical system, the configuration of the light transmitting optical system is simplified, and the degree of freedom of arrangement is increased.
  • FIG. 12 the portions corresponding to FIG. 10 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 12 shows a correction light irradiation mechanism 40B as a light beam irradiation mechanism of the projection exposure apparatus of the present example.
  • a linearly polarized laser beam emitted from a CO laser 411 is shown.
  • the correction light LB is partially branched by the beam splitter 42, and the amount of the branched light is fed back to the laser light source 412 via the photodetector 43.
  • the laser light source 412 causes the CO laser 411 to continuously emit light in accordance with the instruction of the correction light irradiation timing in the correction light control unit in the main control system 24 in FIG.
  • an electric shirt 56 is disposed so as to be openable and closable.
  • the correction light LB transmitted through the beam splitter 42 is transmitted to the first variable mirror 57B.
  • One end of the first variable mirror 57B is fixed, and when the movable portion is closed to the position C, the correction light LB is reflected by almost 90 ° and travels to the second variable mirror 57A, where the movable beam 57B is moved.
  • the correction light LB proceeds straight and enters the mirror 46A.
  • the second variable mirror 57A has one end fixed, and when the movable part is opened to the position A, the correction light LB from the variable mirror 57B proceeds straight as it is to the mirror 47A, and the movable part When is closed to position B, the correction light LB of the variable mirror 57B is almost 90. The light is reflected and blocked by the beam stopper 58. That is, the correction light LB can be divided into three optical paths according to the switching state of the two variable mirrors 57A and 57B. The switching operation of the two variable mirrors 57A and 57B and the opening and closing operation of the shirt 56 are controlled by a variable mirror control device 59.
  • the correction light LB is reflected by the variable mirror 57B, and the mirrors 47A, 48A , 49A (light transmitting optical system), and then irradiate the lens 32 in the projection optical system 14 as correction light LBA through the irradiation unit 45A and the waveguide 44A.
  • the correction light LB passes near the variable mirror 57B, passes through the mirrors 47B, 48B, and 49B (light transmission optical system), and then enters the irradiation unit.
  • the lens 32 is irradiated as correction light LBB through the 45B and the waveguide 44B.
  • the irradiation units 45A and 45B The light amounts of the correction light branched by and detected by the photodetectors 53A and 53B are input to the control device 59, respectively.
  • Other configurations are the same as those of the first and second embodiments.
  • the irradiation amount (dose) of the correction light LBA, LBB emitted from the waveguides 44A, 44B to the lens 32, or, in other words, (power) X (irradiation time) is Is controlled with a certain fixed time width. That is, in this example, the detection signals of the photodetectors 53A and 53B are integrated over a certain fixed time width, and the integrated value (a value proportional to the irradiation amount of the correction light LBA, LBB) is used as a control signal. Note that controlling the irradiation amount with a certain fixed time width is in the extreme limit with the average power management in the first and second embodiments.
  • the target value of the irradiation amount of the correction light LBA, LBB is instructed to the control device 59 of the correction light control unit force variable mirror in the main control system 24 of FIG. You.
  • the emission timing of the correction light is instructed to the laser power supply 412, so that
  • the laser 411 starts emitting light. Thereafter, the control device 59 operates the variable mirrors 57A and 57B to move the movable part of the variable mirror 57A to the position A and move the movable part of the variable mirror 57B to the position A. At this time, if the shirt 56 is open, the lens 32 is irradiated with the correction light LBA, and the output of the photodetector 53A is integrated in the control device 59. When the integrated value matches a predetermined value, the control device 59 moves the movable portion of the variable mirror 57B to the position B. Thus, the irradiation of the correction lights LBA and LBB is stopped.
  • the control device 59 moves the movable portion of the variable mirror 57B to the position D.
  • the shutter 56 is open, the lens 32 is irradiated with the correction light LBB, and the output of the photodetector 53B is integrated in the controller 59.
  • the control device 59 moves the movable part of the variable mirror 57B to the position C and the movable part of the variable mirror 57A to the position B, and corrects the correction light. Stop irradiation of LBA and LBB. By repeating this operation at regular time intervals, the irradiation amounts of the correction lights LBA and LBB are sequentially controlled to appropriate values.
  • the CO laser 411 is applied to a plurality of irradiation areas of the correction lights LBA and LBB.
  • variable mirrors 57A and 57B are commonly used, so that the correction light irradiation mechanism 40B can be downsized.
  • the use efficiency of the laser light as the correction light can be increased as compared with the case where a variable attenuator is used.
  • any mirrors can be used as long as the mirrors can be moved by the instruction of the variable mirror control device 59.
  • a voltage drive mirror galvano mirror
  • a pneumatic drive mirror can be used as the variable mirrors 57A and 57B.
  • FIG. 13 shows a modification of the correction light irradiation mechanism 40B of the third embodiment shown in FIG. 12.
  • the irradiation units 45A and 45B Has collimator lenses 73A and 73B and polarizing plates 74A and 74B (polarization state control mechanism) at the front stage, similarly to the irradiation units 45A and 45B in FIG. 11, respectively.
  • CO polarization state control mechanism
  • Correction light LB composed of linearly polarized laser light emitted from the laser 411 and transmitted through the beam splitter 42 travels to the first variable mirror 57B.
  • the correction light LB is reflected by the variable mirror 57B, and the condensing lens 71A After passing through the hollow fiber 72A, the light is irradiated as the correction light LBA to the lens 32 in the projection optical system 14 via the irradiation unit 45A and the waveguide 44A.
  • the correction light LB passes near the variable mirror 57B, passes through the condenser lens 71B, the hollow fiber 75B, and then the irradiation unit 45B and the waveguide.
  • the correction light LBB is applied to the lens 32 via the tube 44B.
  • the light transmitting optical system is composed of the condenser lenses 71A and 71B, the hollow fibers 72A and 75B, and the collimator lenses 73A and 73B.
  • the other configuration and the operation of irradiating the correction light are the same as those of the third embodiment.
  • the CO laser rate is applied to a plurality of irradiation areas of the correction lights LBA and LBB.
  • the correction light irradiation mechanism 40B can be downsized. Further, by controlling the irradiation amount by the opening / closing time of the variable mirrors 57A and 57B, the use efficiency of the laser light as the correction light can be increased as compared with the case where a variable attenuator is used. In addition, since the hollow fibers 72A and 75B are used in the light transmitting optical system, the structure of the light transmitting optical system is simplified, and the degree of freedom of the arrangement is increased.
  • the present invention is applicable not only to a scanning exposure type exposure apparatus, but also to a batch exposure type exposure apparatus. The same applies to the case of performing exposure. Further, the present invention relates to, for example, international publication (
  • WO) No. 99Z49504 can also be applied to the immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 99Z49504.
  • the lens surface of some optical members of the projection optical system that is, the exposure light
  • the correction light is partially applied to the region where the light can be emitted, but the correction light may be applied to the side surfaces of some of the optical members.
  • the configuration for irradiating the correction light to the side surface of the optical member is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-196305 and its corresponding US Pat. No. 6,504,597, and is designated in the designated country (or To the extent permitted by the national laws of the selected country), the disclosures in the above gazettes are incorporated and incorporated herein as part of the description.
  • the projection exposure apparatus of the above-described embodiment incorporates an illumination optical system composed of a plurality of lenses and a projection optical system into the exposure apparatus main body, performs optical adjustment, and performs a reticle stage composed of many mechanical parts. It can be manufactured by attaching the wafer stage to the main body of the exposure apparatus, connecting the wiring and piping, and performing comprehensive adjustments (electrical adjustment, operation confirmation, etc.). It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
  • the semiconductor device manufactures a reticle based on the function / performance design of the device and the step. Step of forming a silicon material wafer, Step of exposing the reticle pattern to the wafer by performing alignment using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, Step of forming a circuit pattern such as etching, and Step of assembling a device ( It is manufactured through a dicing process, a bonding process, and a package process), and an inspection step.
  • the application of the exposure apparatus of the present invention is not limited to the exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, and for example, a liquid crystal display element formed on a square glass plate, or a display apparatus such as a plasma display. It can be widely applied to exposure equipment for manufacturing various devices such as an exposure device for imaging, an image pickup device (CCD, etc.), a micro machine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention provides a mask pattern for various devices. It can also be applied to an exposure step (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which is formed using a lithographic process.
  • a mask photomask, reticle, etc.
  • the imaging characteristics can always be maintained in a good state even when dipole illumination, small ⁇ illumination, or the like is used, so that a highly integrated device can be manufactured with high accuracy.

Abstract

　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ような場合に、結像特性のうちの非回転対称な成分を効率的に制御する露光方法及び装置である。露光光（ＩＬ）でレチクル（１１）を照明し、レチクル（１１）のパターンを投影光学系（１４）を介してウエハ（１８）上に投影する投影露光装置において、投影光学系（１４）内のレンズ（３２）に対して、露光光（ＩＬ）と異なりレンズ（３２）に吸収され易い波長域の補正光（ＬＢＡ，ＬＢＢ）を、１／４波長板（５１Ａ，５１Ｂ）及び導波管（４４Ａ，４４Ｂ）を介して局所的に照射することによって、非回転対称な収差を制御する。

Description

明 細 書
露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法
技術分野
[0001] 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 めのリソグラフイエ程で、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。
背景技術
[0002] 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 、次数の成分である。
[0003] 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、 V、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 なぐ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〖こなる。 [0004] 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
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上記の如ぐ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）力用いられることがある。このダ ィポール照明は 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、「センターァス」 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ァス以外の非回転対称な 収差変動も生じる。
[0006] 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ェハ側の光学部材において露光光の光量分布が更に大き く非回転対称となるため、非回転対称な収差成分が多く発生する。同様に、レチクル のパターン密度が特定の領域で特に低 、ような場合にも、投影光学系のレチクル側 及びウェハ側の光学部材において露光光の光量分布が大きく非回転対称となるた め、非回転対称な収差成分が発生する。
[0007] このよう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 かあつた。
[0008] 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 、恐れがあった。
[0009] 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。
[0010] 本発明は斯力る点に鑑み、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力、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。 課題を解決するための手段
[0011] 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)を空間導波機構 (44A, 44B )を介して照射して、その投影光学系の結像特性を補正するものである。
[0012] 斯カる本発明によれば、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 、波長域として、その部材の側面上方 又は側面下方力 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ぐその部材のみを効率的に加熱できる
[0013] 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 となぐ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。
[0014] 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 (51 A, 51B)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。 [0015] 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、 1Z4波長板又は 1Z2波長板等が使用できる。
[0016] 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。
[0017] 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!ヽ偏光状態で照射できる。
[0018] 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 レーザで
2 発生されるものである。特に CO レーザの波長 10. 6 mの光は光学部材に吸収さ
2
れ易 、ため、光学部材を部分的に効率的に加熱できる。
[0019] 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。これによつて、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 、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。これによつて、その光ビ ームの照射量を制御できる。
[0020] また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法 であって、そのリソグラフイエ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, LB Β)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 伝える空間導波機構 (44Α, 44Β)を含むものである。
[0021] 斯カる本発明によれば、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。
[0022] 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, LB Β)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。
[0023] 斯カる本発明によれば、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 、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。
[0024] 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, LB B)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 (41 1A, 411B, 411)力もの光ビームを導く光ガイド（72A, 72B, 75B)と、この光ガイド 力 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 (74 A, 74B)とを有するものである。
[0025] 斯カる本発明によれば、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。
[0026] 上記の本発明にお 、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 レーザを有してもよい。この場合、その RF励起導波路型 CO レ
2 2 一ザが複数であってもよ!、。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 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。
2
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。これによつて、一つの光源力ものその光ビームを、複数の照射領域に同時に 照射できる。
[0027] 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 (57 A, 57B)又はシャツタの少なくとも一方を有してもよい。これによつて、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。
[0028] 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。これによつて、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 1Z4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 1Z4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。
[0029] 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。これによつて、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 、収差をその照射機構によって補正できる。
[0030] また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法 であって、そのリソグラフイエ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。 発明の効果
[0031] 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力、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。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]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 2]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。
[図 3] (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。
[図 4] (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。
[図 5]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。
[図 6]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 7]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。
[図 8]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。
[図 9]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。
[図 10]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。
[図 11]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。
[図 12]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。
[図 13]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 14]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
[0033] 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· ··ウエノ、、 20· ··ウェハステージ、 24· ··主制御系、 25· ··照明系開口 絞り部材、 32· ··レンズ、 40, 40A, 40Β· ··補正光照射機構、 412, 412A, 412Β· ·· CO レーザ、 43, 43A, 43Β· ··光検出器、 44A, 44B, 44C, 44D…導波管、 45A
2
, 45B, 45C, 45D…照射ユニット、 51A, 51Β· · · ΐΖ4位相板、 53Α, 53Β· ··光検 出器、 54Α, 54Β· ··可変減衰器、 57Α, 57Β· ··可変ミラー、 72Α, 72Β, 75Β· ··中 空ファイノく、 74Α, 74Β· ··偏光板
発明を実施するための最良の形態
[0034] [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 1一図 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 レーザ光源（波長 157nm)
2 、 Kr レーザ光源（波長 146nm) Ar レーザ光源（波長 126nm)などの紫外レーザ光源
2 、 2
、 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。
[0035] 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（ュ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 一 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:Diflfractive 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。 [0036] 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 26Α、及びこの開口絞り 26Α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 26Β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 26Αが設置されている。
[0037] 照明系開口絞り部材 25中の開口絞り 26Α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ェハ 18までの光学系の透過率とを用いてウェハ 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、ウェハ 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 、て露光光 ILのパルスエネルギーを段 階的に制御する。
[0038] 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)力 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力 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。
[0039] 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。
[0040] 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 ( は 1Z4, 1Z5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ェハ 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及びウェハ 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。ウェハ 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。
[0041] 露光光 ILの一部はウェハ 18で反射され、その反射光は投影光学系 14、レチクル 1 1、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 一ムスプリッタ 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、及びウェハ 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 1 4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 2 3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)。
[0042] 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 IL S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。
[0043] 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 レーザの場合には蛍
2
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。
[0044] 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〖こ 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 LI, 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 L1一 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 2 7 (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 ェ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 L1一 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。これによつて、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。
[0045] 具体的に、レチクル又はウェ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。
[0046] 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及びウェハ 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 、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力 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、レチクルァライメント用のレチクルァラ ィメント顕微鏡 (不図示）が配置されている。
[0047] 一方、ウェハ 18は、ウェハホルダ（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はウェハステージ 20上に固定され、ウェハステージ 20は 不図示のウェハベース上で Y方向に一定速度で移動すると共に、 X方向、 Y方向に ステップ移動する。また、 Zチルトステージ 19は、ウェハ 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。ウェハステージ 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 、てウェハステージ 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、ウェハ 18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 横ずれ量力 ウェハ面の Z方向への変位 (デフォーカス量)及び傾斜角を検出する 斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、「ウェハ側 AFセンサ」と言う） 22が配置 されている。ウェハ側 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及びゥ ェハ側 AFセンサ 22の検出情報に基づいて、常時ウェハ面が投影光学系 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。
[0048] また、 Zチルトステージ 19上のウェハ 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 (ウェハ 18)までの光学系の透過率を算出して記憶する。
[0049] 更に、ウェハステージ 20の上方には、ウェハァライメント用のオフ'ァクシス方式の ァライメントセンサ（不図示）が配置されており、上記のレチクルァライメント顕微鏡及 びそのァ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のァライ メント及びウェハ 18のァライメントを行う。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及びウェハステージ 20を駆動して 、レチクル 11とウェハ 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、 ウエノ、ステージ 20を駆動してウェハ 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'スキャン方式でウェハ 18上の各シ ヨット領域にレチクル 11のパターン像が露光される。
[0050] 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 、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'スぺ 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 33 Vよりも大き 、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 、る。
[0051] 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 ヽピッチの L & Sパターン 33V力もの ± 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ェハ上に投影することができる。
[0052] 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に向力つ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ァス Δ Ζが発生する。このセンターァス Δ Ζ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。
[0053] 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の像面をウェ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 A X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 I L (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 33 H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ェハ上に投影される。
[0054] 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ァ 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ァス 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 、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ァスは、その長方形の照 明領域に起因するセンターァスとは符号が逆になり、全体としてのセンターァスは図 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。
[0055] これらのセンターァスは、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 、て、 投影光学系 14の瞳面 ΡΡ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。
[0056] [補正光照射機構の説明]
本例では、補正光 LBA, LBBとして、ウェハ 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 レーザ)から発光される例えば波長 10. 6 mの赤外光を使用する。この波
2
長 10. 6 mの赤外光は、石英の吸収性が高ぐ投影光学系 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。
[0057] 更に、本例ではその CO レーザとして、 RF(Radio Frequency )励起導波路型 CO
2 2 レーザを使用する。 RF励起導波路型 CO レーザは、ラジオ周波数域の放電励起を
2
用いることによって、従来の直流放電励起型 CO レーザに比べて小型及び堅牢化
2
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 レーザは、
2
一般には連続発振 (CW)である力 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、一般にレーザ光源力も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 レーザ力 射出され
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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 などの固体レーザ力 射出される波長 1 μ m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 m程度の赤外光なども使用することができる。
[0058] 図 1に簡略ィ匕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 レー
2 ザを含む光源系 41から射出された波長 10. 6 μ m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。
[0059] 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 670η m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 S L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の組立調整時ゃメン 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。
[0060] 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 ヽる (詳細後述)。
[0061] 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 レーザ 411 A及びレーザ電源 412Aより
2
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 42 A及び光検出器 43Aに対応している。図 6において、 CO レーザ 411A力も射出さ
2
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 4 3A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。
[0062] 照射ユニット 45Aにお 、て、入射した補正光 LBは、反射率の小さ!/、ビームスプリツ 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 41 2A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内の補正光制御部力 の制御情報に基づいて、 CO レーザ
2
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 レーザ 411 Aの発光タイ
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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 レーザ 411Aの発振状態の監視、及びビームスプリッタ 42A
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力 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。
[0063] 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 1Z4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 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
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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 、反射膜がコーティングされて 、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 、る。
[0064] 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、 1Z4波長板 51 Aによって、導波管 44Aに入射する補正光 LBは円偏光とな つているため、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力 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 光特性の安定ィ匕した補正光 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 Z4波長板 51Aの代わりに 1Z2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 1Z2波長板の結晶方位を決めればょ 、。 [0065] 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 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
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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 レーザ 411A、ビームスプリッタ 42A、レーザ電源 412
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A、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 Z4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 レーザ 411B、ビームスプリッタ 42B、レーザ電源 412B、光検出器 43
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B、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 レーザ 41 IB力も射出された直線偏光の補正光 LBは、導波管
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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。
[0066] 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 4 4B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 45 C及び 45Dには、それぞれ図 6の CO レーザ 411Aからミラー 48Aまでの光学系と
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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。
[0067] 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箇所及び士 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、照射ュ- ット 45A, 45D力もの導波管 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力もの導波管 44B, 44Cも、投影光学系 14の鏡 筒に ί¾つて緩や力に燒ませて酉己置されて ヽる。 4つの導波管 44Α, 44Β, 44C, 44 D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。これによつて、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 ノタトに配置することができる。
[0068] なお、図 6において、 1Z4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 1Z4波長板 5 1A, 51Bとの間〖こ、 1Z4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 、。
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つのレーザ光源力 射出されたレーザ光力 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。
[0069] 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ァ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。
[0070] 図 8は、その投景光学系 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。
[0071] 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 、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、センターァ スは殆ど発生しなくなる。これによつて、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ェハ 18上に転写される。
[0072] 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 I L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 一ザ電源では、対応する CO レーザに所定のパワーで発光を行わせるとともに、そ
2
の照射時間を照射量 Z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ィヒ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。これによつて、補正光 LBC, LB Dの照射量が適正に制御される。
[0073] 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 )ウェハステージ 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、センターァスの補正効果が 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 でセンターァ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、センターァス以外の非回転対称な収差も減少する。
[0074] 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 ΑΧから半径方向に離れた 4つの領域 63 Α— 63Dに補正光 LBA— LBDを照射してもよい。これによつて、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。
[0075] 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 、て 補正光 LBA— LBDの照射量を制御してもよ 、。
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。 [0076] [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 レーザ 411Aから射出され
2
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 43 A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 リツタ 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 アイバ 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は照射ュ-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 、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。
[0077] 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 74 A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。
[0078] 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 7 3A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、照射ュニッ 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。
[0079] 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 1Z4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、 1Z4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ィ匕した補正光 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。
[0080] 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 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
2
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 レーザ 411B、ビームスプリッタ 42B
2
、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、 1Z4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 レーザ 41 IB力 射
2
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 LB Bとしてレンズ 32に照射される。
[0081] 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、センターァ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つている。
[0082] [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 40 Aを示し、この図 10において、 CO レーザ 411及びレーザ光源 412は、それぞれ図
2
6の CO レーザ 411A及びレーザ光源 412Aと同じである。そして、 CO レーザ 411
2 2
力も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 6 5 (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。
[0083] 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 レーザ光の波長で吸収の少ない材料、例えば
2
セレンィ匕亜鉛 (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。
[0084] 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力 レーザ電源 4 12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 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
2
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 、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 Z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 54 B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 レーザ 411
2
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 ることがでさる。
[0085] 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 40 A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 レーザ 411、ビームスプリツ 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ぐ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。
[0086] [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 73 A, 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 レ
2 一ザ 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 54 A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 5 4B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、照射ュ 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 71 A, 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。
[0087] 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つている。
[0088] [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 40 Bを示し、この図 12において、 CO レーザ 411から射出された直線偏光のレーザ光
2
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 の補正光制御部力も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 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
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光 LBの出力を制御する。
[0089] ビームスプリッタ 42の射出面には電動のシャツタ 56が開閉自在に配置されており、 シャツタ 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 5 7A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 46 A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力 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 一 57A, 57Bの切り換え動作及びシャツタ 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。
[0090] 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 LB A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 47 B, 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。
[0091] 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） X (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。
[0092] この場合、図 12において、先ず図 1の主制御系 24内の補正光制御部力 可変ミラ 一の制御装置 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 こ 移動する。この時点でシャツタ 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。これによつて、補正光 LBA, LBBはいずれも照射が停止される。
[0093] 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。この時点でシャツタ 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 5 7B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。
[0094] 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 レーザ 411
2
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 一 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, 57 B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。
[0095] [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 7 3A, 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。
[0096] 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, 75 B、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。
[0097] 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 レー
2 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つている。
[0098] 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 99Z49504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ょ 、。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ェ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。
[0099] 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 ヽてレチクルを製造するステップ、シリコン材料力 ウェ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ァライメントを行ってレチクルのパターンを ウェ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。
[0100] 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）をリソグラフイエ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。
[0101] 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！/、る。
産業上の利用可能性
[0102] 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

請求の範囲
[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 、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空間導波機構を介して照射して、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] 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 、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。
[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 、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 CO レーザで発生されることを特徴とする請求
2
項 1一 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 1一 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!、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第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] リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフイエ程で請求項 1一 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空間導波機構を含むこ 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] 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、前記光ビームの偏光状態を所定状態に設定する偏光状態制御 機構を含むことを特徴とする露光装置。
[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 CO レー
2 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 CO レーザが複数であることを特徴とする請求項 19に記載
2
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、可動ミラー又はシャツ 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又は誘電体膜の少 なくとも一方を含む反射膜がコ一ティングされて 、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 1Z4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 一 27の 、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] リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフイエ程で請求項 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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