JP2003295021A

JP2003295021A - 光学系の組み立て調整方法及び光学系の製造方法

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Publication number: JP2003295021A
Application number: JP2002104782A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hirota; 弘之廣田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】従来に比して波面収差の補正がし易い光学系
の組み立て調整方法を提供する。【解決手段】各レンズ素子２、２ａ〜２ｅ、平行平板
６、外部調整用ガラス板８について、各面形状、内部屈
折率分布を測定し、それらをθ成分を削除したZerinke
多項式で近似する。このようにして求まった、各レンズ
や平行平板、ガラスの第１面の面形状のZernike多項式
を基に、波面収差をシミュレーションによって求め、こ
の波面収差を最小にする各光学素子の回転角を求める。
その後、さらに、シミュレーションにより波面収差を最
低にする各光学素子の偏芯調整量を求める。そして、組
み立ての際、各光学素子の相対回転角と偏芯調整量がこ
の回転角と偏芯調整量になるようにして組み立てを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズや反射鏡等
の複数の光学素子よりなる光学系の組み立て調整方法、
及びこの組み立て調整方法に特徴を有する光学系の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体露光装置製造工程におけ
るリソグラフィに使用される露光装置の光学系には、多
数のレンズが使用される。露光転写精度に対する要求が
高まるにつれて、光学系を構成するレンズの面形状が設
計値どおりに形成されていないことに伴う収差が問題と
なってきている。同様、レンズ内での屈折率の分布が収
差に及ぼす影響が問題になってきている。

【０００３】現在の技術では、全ての光学素子の面形状
を収差が問題とならないほど設計値どおりに製作した
り、内部屈折率分布を収差が問題とならないほど均一に
したりすることは、不可能ではないにしろコストパーマ
ンスを悪化させる。そのため、個々の光学素子にはある
程度の設計値からの乖離を許容した上で、光学系として
組み立てた後で、相互の光学素子間での調整を行い、光
学系全体としては許容収差以内の収差となるように調整
することが行われている。

【０００４】その方法の概要を反射素子を有しない場合
について以下に示す。まず、個々の光学素子の完成後、
その面形状、内部屈折率分布を測定し、それらをZernik
e多項式で表す。すなわち、

【０００５】

【数１】

【０００６】の形に表す。ここで、ρは光軸周りの半径
であり、射出瞳の半径を１として規格化したもの、θは
動径角である。本明細書では、特にことわらない限り、
ρとθは、このような意味に使用する。ここで、Ｚ
_ｉ（ρ，θ）はZernikeの円筒関数系の第ｉ項であり、
Ｃ_ｉはその係数である。本明細書においては、この第ｉ
項のことを、これらをZernike多項式の第ｉ項といい、
ｉが大きいことを次数が高い、ｉが小さいことを次数が
低いという。また、Zernike多項式において、sinθ、co
sθを因数に持つ成分をθ成分、sin2θ、cos2θを因数
に持つ成分を２θ成分、sin3θ、cos3θを因数に持つ成
分を３θ成分のように表す。

【０００７】実測された面形状や内部屈折率分布を(1)
式にフィッティングさせる方法は、ｎを適当に定めた上
で、最小自乗法等により係数Ｃ_ｉを定めることにより行
うことができる。

【０００８】全ての光学素子に対してこの作業が終了し
た後、これらの光学系を組み立てた系において、波面収
差をシミュレーションにより求める。シミュレーション
法については公知のものであるので説明を省略する。そ
して求められた波面収差も、Zernike多項式で表す。波
面収差をZernike多項式にフィッティングさせる方法は
上記の方法と同じである。

【０００９】続いて、図２に示すように各光学素子を光
軸周りに回転させたり（クロッキング）、図３に示すよ
うに光学系全体の光軸と光学素子の光軸との関係を変化
させたり（偏芯調整）した場合の波面収差を、シミュレ
ーションにより求め、Zernike多項式で表された波面収
差が最低となるようなクロッキング量、偏芯調整量を求
め、それに基づいて光学系の組み立てを行う。波面収差
が最低となるようなクロッキング量は、例えば、ρとθ
を変化させた場合の波面収差の自乗和のような評価関数
を定め、評価関数が最大又は最小になるようなクロッキ
ング量、偏芯調整量を定めることによって求めることが
できる。

【００１０】通常の場合、クロッキングによる最適化と
偏芯調整による最適化を分けて行い、クロッキングによ
る最適化を偏芯調整による最適化の前に行う。その理由
は、クロッキング調整の際に偏芯が変わってしまう度合
いに比して、偏芯調整の際にクロッキング角度の値が変
化する度合いの方が小さいからである。

【００１１】実際に光学系の組み立てを完了した後、残
る波面収差を、光学系に特別に組み込まれた調整用の光
学素子により、問題にならない程度まで取り除いて組み
立て調整を完了する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】クロッキングを行う主
な目的は、光学系のアスの収差を小さくすることであ
る。アスの収差は、波面収差をZernike多項式で表した
場合、２θ成分であらわされ、特に第５項、第６項が主
要な成分であるので、狭義でアスの収差とは第５項、第
６項のみを意味する。図４に２θ成分が有する特性を模
式的に示す。＋、−で表されるのは、例えば面形状、内
部屈折率の大きさである。２θ成分は光学素子を180度
回転させると回転前と全く同じになり、90度回転させる
と全く逆になる。よって、同じ２θ成分を持った光学素
子があるとき、これらを90度相対的に回転させて配置す
ると、２θ成分が互いに打ち消し合って小さくなる。こ
れを応用して、アスの収差を小さくすることができる。

【００１３】ところが、従来法においては、光学素子の
面形状、内部屈折率をZernike多項式に展開してシミュ
レーションを行うとき、θ成分も考慮している。図５に
θ成分が有する特性を模式的に示す。θ成分は光学素子
を360度回転させると回転前と全く同じになり、180度回
転させると全く逆になる。θ成分をクロッキングによっ
て打ち消すためには、同じ特性を有する光学素子を互い
に180°相対的に回転させて取り付ければよいが、この
場合、２θ成分を打ち消す作用が０となってしまう。す
なわち、θ成分を打ち消すために、２θ成分の打ち消し
が不十分となってしまって、アスの収差が十分小さくな
らないという問題点がある。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてされたも
ので、従来に比して波面収差の補正がし易い光学系の組
み立て調整方法、及びこの組み立て調整方法に特徴を有
する光学系の製造方法を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、複数の光学素子から構成される光学系
を組み立てて調整する方法であって、当該光学系を構成
する光学素子の面形状と内部屈折率をそれぞれ測定し
て、それらの特性を、光軸周りの射出瞳の半径を１とし
て規格化した半径ρと動径角θをパラメータとするZern
ike多項式にフィッティグさせ、これらの特性より、こ
れらの光学素子を組み立てて光学系を構成したときの波
面収差を、前記Zernike多項式で表された特性を用いて
シミュレーションによって求めてZernike多項式で表
し、続いて、前記各光学素子を光軸の周りに回転させた
ときの波面収差が最小になるような回転量をシミュレー
ションによって求め、各光学素子を求められた回転量だ
け回転させて調整を行う工程を含む光学系の組み立て調
整方法であって、Zernike多項式として、完全なZernike
多項式でなく、一部の項を削除したものを用いることを
特徴とする光学系の組み立て調整方法（請求項１）であ
る。ただし、特定の項より高次の項を全て削除したもの
を用いる場合を除く。

【００１６】本手段においては、シミュレーションに使
用するZernike多項式として、完全なZernike多項式でな
く、一部の項を削除したものを用いているので、削除し
た項に含まれる物理量を考慮の対象から除くことがで
き、目的とする物理量に中心をおいて、波面収差が最小
になるような回転量をシミュレーションによって求める
ことができる。考慮の対象から外された物理量は、別の
方法によって取り除けばよい。本手段をはじめ各手段の
範囲から、特定の項より高次の項を全て削除したものを
用いるものを除いているのは、このような手段は、高次
の項の寄与率が小さいとして、従来から常用されている
ものであり、本発明とは技術的な思想が全く異なるから
である。

【００１７】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段である光学系の組み立て調整方法であっ
て、削除される項が、Zernike多項式においてsinθ、co
sθを因数に含む項と、特定の項より高次の項であるこ
とを特徴とするもの（請求項２）である。

【００１８】本手段においては、アスの収差を補正する
計算をする場合に特に問題となるθ成分をシミュレーシ
ョン計算から除外しているので、アスの収差に関係のあ
る２θ成分を有効に取り除くようにシミュレーション計
算が可能となる。θ成分は、主として光軸ずれと光学部
品のチルトに基づくものであるので、クロッキングによ
らず、偏芯調整で取り除くことができる。

【００１９】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第２の手段であって、削除される項が、Zernike多
項式における、第７項および第８項と、特定の項より高
次の項であることを特徴とするもの（請求項３）であ
る。

【００２０】Zernike多項式における、第７項および第
８項は、光学部品のチルトに起因する物理量を示すもの
であり、θ成分として支配的なものである。よって、要
求される計算の精度によっては、他のθ成分を除外しな
くても、第７項および第８項を除外して計算するのみ
で、十分な精度を得ることができ、クロッキングの後、
偏芯調整によってチルトの影響を別に除去することがで
きる。

【００２１】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段であって、削除される項が、Zernike多
項式においてsin2θ、cos2θを因数に含まない項と、特
定の項より高次の項であることを特徴とするもの（請求
項４）である。

【００２２】本手段においては、２θ成分にのみ着目し
てシミュレーションを行っているので、２θ成分に起因
するアスの波面収差を小さくするための光学素子の回転
量を適切に求めることができる。

【００２３】前記課題を解決するための第５の手段は、
複数の光学素子から構成される光学系を組み立てて調整
する方法であって、当該光学系を構成する光学素子の面
形状と内部屈折率をそれぞれ測定して、それらの特性
を、光軸周りの射出瞳の半径を１として規格化した半径
ρと動径角θをパラメータとするZernike多項式にフィ
ッティグさせ、これらの特性より、これらの光学素子を
組み立てて光学系を構成したときの波面収差を、前記Ze
rnike多項式で表された特性を用いてシミュレーション
によって求めてZerinke多項式で表し、続いて、前記書
く光学素子を光軸の周りに回転させたときの波面収差が
最小になるような回転量をシミュレーションによって求
め、各光学素子を求められた回転量だけ回転させて調整
を行う工程を含む光学系の組み立て調整方法であって、
Zernike多項式として、完全なZernike多項式でなく、第
１の特定の項以下の次数の項を用い、その結果に基づい
て最初の調整を行い、その後、前記第１の特定の項より
高次で、第２の特定の項より低次の項を用い、その結果
に基づいて微調整を行うことを特徴とする光学系の組み
立て調整方法（請求項５）である。

【００２４】Zernike多項式を考えた場合に、多くの場
合、波面収差に寄与する割合は低次の項の法が高次の項
より大きい。よって、Zernike多項式において第１の所
定の項以下に着目してシミュレーションを行い、その結
果に基づいて各光学系の回転量を求めるようにする。そ
して、その後、今度は今まで考慮しなかった高次の項
（第２の特定の項より低次の項）のみに着目して、再度
シミュレーションを行い、その結果で各光学系の回転量
を微調整するようにする。このように、２段階に分けて
シミュレーションを行うことにより、計算を著しく簡単
にすることができる。

【００２５】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかの光学系の組
み立て調整方法を、その工程中に有することを特徴とす
る光学系の製造方法（請求項６）である。

【００２６】本手段においては、前記第１の手段から第
５の手段のいずれかの光学系の組み立て調整方法を、そ
の工程中に有するので、それぞれ前記第１の手段から第
５の手段が有する作用効果を奏することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
の１例である光学系の組み立て調整方法を適用する露光
装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置１
０は、レチクルＲに形成された回路パターンＤＰの投影
光学系ＰＬを介した縮小像をウェハＷに設定された複数
のショット領域の内、所定のショット領域に転写するス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置である。

【００２８】なお、以下の説明においては、図１中に示
したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系
を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹ
Ｚ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハステージ１８に
対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハステージ
１８に対して直交する方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
に平行な方向）に設定されている。図中のＸＹＺ座標系
は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、
Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

【００２９】図１に示した露光装置１０は、主に光源１
２、照明光学系１４、レチクルＲのＸＹ平面内における
位置決めを行うマスクステージとしてのレチクルステー
ジ１６、投影光学系ＰＬ、ウェハＷを投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸ（Ｚ軸方向）と直交するＸＹ平面内で移動させ
る基板ステージとしてのウェハステージ１８、及び主制
御系２０から構成されている。

【００３０】なお、図１においては、説明の都合上、投
影光学系ＰＬについてはその断面構造を図示している。
光源１２は、例えばＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）等を備え、
露光時に必要となる照明光ＩＬを射出する。照明光学系
１４は図示しないリレーレンズ、フライアイレンズ等の
オプティカルインテグレータ、インテグレータセンサ、
スペックル低減装置、レチクルＲの照明領域を規定する
レチクルブラインド等で構成されており、光源１２から
射出された照明光ＩＬの照度分布を均一化するととも
に、照明光ＩＬの断面形状を整形する。

【００３１】照明光学系１４の下方（−Ｚ軸方向）に設
置されたレチクルステージ１６は、レチクルホルダ１７
を介してレチクルＲを保持する。レチクルステージ１６
は、レチクルＲを所定位置に位置付けるためにレチクル
ステージ制御装置２２からの制御信号を受けてレチクル
Ｒ面内（ＸＹ平面内）で移動可能に構成される。具体的
には、レチクルＲはその回路パターンＤＰの中心点が投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように位置決めさ
れる。均一な照度分布の照明光ＩＬが照射されると、レ
チクルＲに形成された回路パターンＤＰの像が、投影光
学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影される。投影光学系
ＰＬには、温度、気圧等の環境変化に対応して、結像特
性等の光学特性を一定に制御するレンズコントローラ部
２９が設けられている。

【００３２】投影光学系ＰＬは、後述するように複数の
レンズ素子２が鏡筒３０内で共通の光軸ＡＸを有するよ
うに同軸上に配列された構造を有し、レチクルＲの回路
パターンＤＰが形成された面とウェハＷの表面とがそれ
らのレンズ素子２からなる光学系に関して共役になるよ
うにレチクルＲとウェハＷとの間に配置されている。換
言すると、レチクルＲの回路パターンＤＰが形成された
面は、投影光学系ＰＬの物体面（第１面）に位置決めさ
れ、ウェハＷの表面は投影光学系ＰＬの像面（第２面）
に位置決めされる。

【００３３】投影光学系ＰＬの縮小倍率はレンズ素子２
からなる光学系の倍率により決定される。また、鏡筒３
０の外周部上であってＺ軸方向の中央位置には、投影光
学系ＰＬを露光装置１０内の架台（図示しない）に装着
させるためのフランジ３１が形成されている。

【００３４】ウェハＷはウェハホルダ１９を介してウェ
ハステージ１８上により保持されている。ウェハステー
ジ１８は、図中Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可
能な一対のブロック（図示省略）を重ね合わせたもので
あり、ＸＹ平面内での位置が調整自在になっている。ま
た、図示は省略しているが、ウェハステージ１８は、Ｚ
軸方向にウェハＷを移動させるＺステージ、ウェハＷを
ＸＹ平面内で微小回転させるステージ、及びＺ軸に対す
る角度を変化させてＸＹ平面に対するウェハＷの傾きを
調整するステージ等から構成される。ウェハステージ１
８の上面の一端にはウェハステージ１８の移動可能範囲
以上の長さを有する移動鏡２８が取り付けられ、移動鏡
２８の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計２６が配置さ
れている。

【００３５】なお、図１では簡略化して図示している
が、移動鏡２８はＸ軸に垂直な反射面を有する移動鏡及
びＹ軸に垂直な反射面を有する移動鏡より構成されてい
る。また、レーザ干渉計２６は、Ｘ軸に沿って移動鏡２
８にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉
計及びＹ軸に沿って移動鏡２８にレーザビームを照射す
るＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個の
レーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、
ウェハステージ１８のＸ座標及びＹ座標が計測される。
また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差によ
り、ウェハステージ１８の回転角が計測される。

【００３６】また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測
値の差により、ウェハステージ１８のＸＹ平面内におけ
る回転角が計測される。レーザ干渉計２６により計測さ
れたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報はステージ位置
情報としてウェハステージ制御系２４へ出力され、ウェ
ハＷの姿勢をナノオーダで制御する。

【００３７】光源１２から射出される照明光ＩＬの強度
及び照射タイミングの制御、レチクルステージ１６の微
動制御、及びウェハステージ１８の移動制御は主制御系
２０により一括して管理される。上記構成により、レチ
クルＲが照明光学系１４により均一に照明されると、レ
チクルＲに形成された回路パターンＤＰの像が投影光学
系ＰＬの縮小倍率に応じて縮小され、ウェハＷ上のショ
ット領域に転写される。一つのショット領域の露光処理
が終了すると、次のショット領域が投影光学系ＰＬを介
してレチクルＲのパターン面と共役な位置に位置するよ
うにウェハステージ１８をＸＹ面内においてステップ移
動し、同様の露光動作を行う。

【００３８】以下、このような露光装置の投影光学系に
ついて説明する。図１に示したように、レンズ素子２
は、それぞれ、その外周部分において環状のレンズ枠４
により保持され、レンズ枠４は鏡筒３０内で光軸ＡＸに
沿って配列している。レンズ枠４により保持された各レ
ンズ素子２の光軸は投影光学装置ＰＬの光軸ＡＸと同軸
となるように配置されている。鏡筒３０は分割鏡筒３０
ａ〜３０ｅを有し、各々の分割鏡筒３０ａ〜３０ｅには
１つ又は複数のレンズ素子２が収納されている。分割鏡
筒３０ａには複数のレンズ素子２ａ及び開口絞りＡＳが
設けられている。

【００３９】また、分割鏡筒３０ｂ〜３０ｅ各々にはレ
ンズ要素２ｂ〜２ｅがそれぞれ設けられている。このよ
うに、分割鏡筒３０ａ〜３０ｅにはレンズ要素２ａ〜２
ｅのみならず、開口絞りＡＳや収差を補正するための図
示せぬ光学部材が１つ又は複数組み込まれている。な
お、図１に示した鏡筒３０は、５つの分割鏡筒を有して
いるが、分割鏡筒の数は５つには限定されない。さら
に、図１の鏡筒３０では、鏡筒３０を支持するためのフ
ランジ３１よりも下部の分割鏡筒が１つ（３０ａ）であ
るが、この部分を複数の分割鏡筒で構成してもよい。

【００４０】また、分割鏡筒３０ａ〜３０ｅには、投影
光学系ＰＬを組み立てた後で投影光学系ＰＬの鏡筒３０
の外部から残存する収差を調整するため外部調整機構と
しての調整部材３２ａ〜３２ｅが設けられている。調整
部材３０ａ〜３０ｅは、図示せぬ光学部材の光軸ＡＸ方
向の位置、光軸ＡＸに直交する面内における位置（偏
心）、光軸ＡＸに直交する軸周りの回転位置、光軸ＡＸ
周りの回転位置を含んだ姿勢を調整することが可能であ
る。

【００４１】各調整部材３２ａ〜３２ｅは、例えば投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する平面内において120°
の角度をもって分割鏡筒３０ａ〜３０ｄの側壁部に取り
付けられた３つのアクチュエータやピエゾ素子等の可動
部材を有し、この可動部材が伸縮することにより上記の
姿勢調整が可能となっている。また、調整部材３２ａ〜
３２ｅには、可動部材の伸縮量を計測する変位センサが
設けられている。尚、調整部材３２ａ〜３２ｅの姿勢は
レンズコントローラ部２９により制御される。

【００４２】また、投影光学系ＰＬの下部には、投影光
学系ＰＬの残存収差を調整するための調整装置３４が設
けられている。調整装置３４は、上述した投影光学系Ｐ
Ｌに設けられた分割鏡筒３０ａとウェハＷとの間に配置
されて投影光学系ＰＬの鏡筒３０で生じた球面収差を補
正する平行平面板６を備える。この平行平面板６は、投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ垂直に配置されている
が、平行板駆動装置３５によって適宜移動可能となって
いる。この平行板駆動装置３５は、レンズコントローラ
部２９の制御下で平行平面板６の光軸ＡＸに垂直な面
（ＸＹ平面）に対する傾斜角を制御する。

【００４３】平行板駆動装置３５が、例えば、平行平面
板６を光軸ＡＸに垂直な面から僅かに傾けることによ
り、鏡筒３０で生じた偏心コマ収差のみを独立して補正
することができる。即ち、平行平面板６の法線が光軸Ａ
Ｘとなす傾き角と平行平面板６のこのような傾きの方向
との少なくとも一方を調整することによって、他の球面
収差等から独立して投影光学系ＰＬの偏心コマ収差のみ
を独立して補正することができる。上述の外部調整機構
３２及び調整装置３４による収差の補正は、ウェハＷへ
の露光条件の変化に応じて適宜再調整が行われる。

【００４４】具体的には、露光条件として、２次光源の
大きさ・形状、変形照明を行う場合にはその変形照明の
形状・大きさ、レチクルＲに形成された回路パターンＤ
Ｐの種類、及び投影光学系ＰＬの開口数のうちの少なく
とも１つを変更した場合、外部調整機構３２及び調整装
置３４（平行板駆動装置３５）を駆動して投影光学系の
収差の調整を行う。ここで、上述した変形照明とは、例
えば、輪帯変形照明若しくは照明のコヒーレンシィσ
（σ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射
側開口数）を変化させた照明、又は多極（例えば４極）
状に照明光を分割した多重極照明等である。

【００４５】このような投影光学系ＰＬを組み立てるに
際し、まず、各レンズ素子２、２ａ〜２ｅ、平行平板
６、外部調整用ガラス板８（以下、これらを単に「光学
素子」と総称することがある。）について、各面形状、
内部屈折率分布を測定し、それらをθ成分を削除したZe
rinke多項式で近似する。すなわち、Zerinke多項式の第
ｉ項をZiで示し、例えばZerinke多項式で第１６項まで
を採用する場合、θ成分であるZ2、Z3、Z7、Z8、Z14、Z
15を除外したZerinke多項式でこれらを近似する。Zerin
ke多項式が、

【００４６】

【数２】

【００４７】で表される場合、例えばｎ＝１６とし、こ
れらからZ_２、Z_３、Z_７、Z_８、Z_１４、Z_１５を除外した
式に対して、例えば最小自乗法を用いて、Ｃ_ｉの値を決
定すればよい。

【００４８】このようにして求まった、各レンズや平行
平板、ガラスの第１面の面形状のZerinke多項式をｆ
_１ｉ(ρ，θ)、第２面の面形状のZerinke多項式をｆ
_２ｉ(ρ，θ)、内部屈折率のZerinke多項式をｎ_ｉ(ρ，
θ)とする（ｉは光学素子の番号）。このうち、第ｉ番
目の光学素子をθｉだけ回転させたとき、シミュレーシ
ョンにより、波面収差のZerinke多項式Ｗ（ρ，θ）
は、

【００４９】

【数３】

【００５０】と表される。ここに、Ｗ(ρ，θ)もZ_２、Z
_３、Z_７、Z_８、Z_１４、Z_１５を除外したZerinke多項式
である。ただし、平行平板６やガラス８は回転させない
ので、これらにおけるθ_ｉは０とする。

【００５１】また、実際には、波面収差は、各光学素子
間の距離、物面と像面の距離、瞳の大きさ、光源の波長
等によって変化するが、これらのものは一定であるとし
て上記の式では無視している。

【００５２】そして、Ｗ(ρ，θ)を最小にするθ_１〜θ
_ｎの組み合わせを、例えば最小自乗法によって求める。
すなわち、半径ρを瞳の大きさを１として正規化してお
くことにすれば、

【００５３】

【数４】

【００５４】として、連立方程式

【００５５】

【数５】を解けばよい。この連立方程式が解析的に解けないとき
は、数値計算により求めることもできる。また、各θ_１
〜θ_ｎを所定量ずつ変化させた全ての組み合わせについ
て、Ｇ（θ_１，θ_２，θ_３，…θ_ｎ）を求め、これを最
低にするθ_１〜θ _ｎの組み合わせを求めてもよいし、山
登り法等の他の周知の最適化手法を適宜用いてＧ
（θ_１，θ_２，θ_３，…θ_ｎ）を最低にするθ_１〜θ_ｎ
の組み合わせを求めることもできる。

【００５６】以上の説明において、変数はｎ個として説
明したが、実際には、前述のような平行平板６、ガラス
８は回転させないので、これらの数だけθ_ｉの数が減
る。また、回転は相対的なものであるので、回転させる
光学素子の数から１を引いたものがｉとなる。

【００５７】以上の実施の形態に置いては、Zernike多
項式のうち、θ成分を有する項を除外して計算を行った
が、θ成分の中でも特に影響が大きく、チルトによって
補正できるZ7、Z8のみを除外して上記と同じ計算を行っ
てもよい。また、逆に２θ成分のみを有する項のみを残
したZernike多項式について、上記と同じ計算を行って
もよい。

【００５８】また、以上説明したようなθ_１〜θ_ｎの決
定方法ではなく、Zernike多項式として例えば第１０項
までを用いて、上述のような方法でθ_１〜θ_ｎを決定
し、次に求められたθ_１〜θ_ｎを初期条件として、Zern
ike多項式として例えば第１１項から第１６項までを用
いて再び上述のような方法でθ_１〜θ_ｎを再決定すると
いうようにな方法を採用することができる。さらに、こ
の方法と、前述のZernike多項式からθ成分を除去した
ものを使う等の方法を組み合わせてもよい。

【００５９】以上のようにして、θ_１〜θ_ｎの組み合わ
せが求まると、次に、このθ_１〜θ _ｎだけ、各光学素子
を回転させた状態を初期状態として、各光学素子の偏芯
調整量を求める。これは、各光学素子を偏芯（図１でＸ
−Ｙ平面方向に平行移動）させた場合と、各光学素子の
光軸を共通の光軸に対して傾けた場合に、波面収差を最
低にする組み合わせを見出すことに相当し、従来行われ
ていた方法と変わるところはない。

【００６０】このようにして、各光学素子のクロッキン
グ量、偏芯調整量がシミュレーションにより決定される
と、各光学素子を図１における鏡筒に組み込む際に、こ
れらのクロッキング量と偏芯調整量に合わせて組み込み
を行う。その後、フィゾー干渉計等により、実際の波面
収差を測定し、所定精度に入っていない場合には、図１
における調整部材３２ａ〜３２ｅにより、分割鏡筒３０
ａ〜３０ｅを調整し、各光学素子のクロッキング量、偏
芯調整量を再調整すると共に、調整装置３４により、投
影光学系ＰＬの残存収差を調整する。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来に比して波面収差の補正がし易い光学系の組み立て
調整方法、及びこの組み立て調整方法に特徴を有する光
学系の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例である光学系の組み
立て調整方法を適用する露光装置の概略構成を示す図で
ある。

【図２】クロッキングによる波面収差調整の原理を示す
図である。

【図３】偏芯調整による波面収差調整の原理を示す図で
ある。

【図４】２θ成分が有する特性を模式的に示す図であ
る。

【図５】θ成分が有する特性を模式的に示す図である。

【符号の説明】

２、２ａ〜２ｅ…レンズ素子（レンズ要素）、４…レン
ズ枠、６…平行平面板、８…ガラス板、１０…露光装
置、１２…光源、１４…照明光学系、１６…レチクルス
テージ、１７…レチクルホルダ、１８…ウェハステー
ジ、１９…ウェハホルダ、２０…主制御系、２２…レチ
クルステージ制御装置、２４…ウェハステージ制御系、
２６…レーザ干渉計、２８…移動鏡、２９…レンズコン
トローラ、３０…鏡筒、３０ａ〜３０ｅ…分割鏡筒、３
２，３２ａ〜３２ｅ…調整部材、３４…調整装置、３５
…平行板駆動装置、Ｒ…レチクル、ＩＬ…照明光、ＰＬ
…照明光学系、Ｗ…ウェハ、ＡＸ…光軸、ＡＳ…開口絞
り、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光学素子から構成される光学系を
組み立てて調整する方法であって、当該光学系を構成す
る光学素子の面形状と内部屈折率をそれぞれ測定して、
それらの特性を、光軸周りの射出瞳の半径を１として規
格化した半径ρと動径角θをパラメータとするZernike
多項式にフィッティグさせ、これらの特性より、これら
の光学素子を組み立てて光学系を構成したときの波面収
差を、前記Zernike多項式で表された特性を用いてシミ
ュレーションによって求めてZernike多項式で表し、続
いて、前記各光学素子を光軸の周りに回転させたときの
波面収差が最小になるような回転量をシミュレーション
によって求め、各光学素子を求められた回転量だけ回転
させて調整を行う工程を含む光学系の組み立て調整方法
であって、Zernike多項式として、完全なZernike多項式
でなく、一部の項を削除したものを用いることを特徴と
する光学系の組み立て調整方法。ただし、特定の項より
高次の項を全て削除したものを用いる場合を除く。
【請求項２】請求項１に記載の光学系の組み立て調整
方法であって、削除される項が、Zernike多項式におい
てsinθ、cosθを因数に含む項と、特定の項より高次の
項であることを特徴とする光学系の組み立て調整方法。
【請求項３】請求項２に記載の光学系の組み立て調整
方法であって、削除される項が、Zernike多項式におけ
る、第７項および第８項と、特定の項より高次の項であ
ることを特徴とする光学系の組み立て調整方法。
【請求項４】請求項１に記載の光学系の組み立て調整
方法であって、削除される項が、Zernike多項式におい
てsin2θ、cos2θを因数に含まない項と、特定の項より
高次の項であることを特徴とする光学系の組み立て調整
方法。
【請求項５】複数の光学素子から構成される光学系を
組み立てて調整する方法であって、当該光学系を構成す
る光学素子の面形状と内部屈折率をそれぞれ測定して、
それらの特性を、光軸周りの射出瞳の半径を１として規
格化した半径ρと動径角θをパラメータとするZernike
多項式にフィッティグさせ、これらの特性より、これら
の光学素子を組み立てて光学系を構成したときの波面収
差を、前記Zernike多項式で表された特性を用いてシミ
ュレーションによって求めてZerinke多項式で表し、続
いて、前記書く光学素子を光軸の周りに回転させたとき
の波面収差が最小になるような回転量をシミュレーショ
ンによって求め、各光学素子を求められた回転量だけ回
転させて調整を行う工程を含む光学系の組み立て調整方
法であって、Zernike多項式として、完全なZernike多項
式でなく、第１の特定の項以下の次数の項を用い、その
結果に基づいて最初の調整を行い、その後、前記第１の
特定の項より高次で、第２の特定の項より低次の項を用
い、その結果に基づいて微調整を行うことを特徴とする
光学系の組み立て調整方法。
【請求項６】請求項１から請求項５のうちいずれか１
項に記載の光学系の組み立て調整方法を、その工程中に
有することを特徴とする光学系の製造方法。