JP2003332200A

JP2003332200A - 光学系の測定方法、光学系の補正方法、光学系の評価方法、投影光学系の製造方法、及び投影光学系

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Publication number: JP2003332200A
Application number: JP2002134373A
Authority: JP
Inventors: Misako Kobayashi; 美佐子小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】結像光学系を構成する部分光学系が結像性能
に与える影響を、結像光学系の組み立て前に正確に予測
可能にする。【解決手段】結像光学系の一部である部分光学系の透
過波面（Ａ）を測定するに当たり、前記部分光学系に透
過させるべき測定光束（Ｌ０）の波面を、その部分光学
系の設計データと前記結像光学系の設計データとに応じ
て決定すると共に、少なくとも前記測定は、前記結像光
学系が組み立てられたときと等価又はそれに近い外力を
前記部分光学系に加えた状態で行われることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置の製
造方法などに適用される光学系の測定方法、光学系の補
正方法、光学系の評価方法、投影光学系の製造方法、及
び投影光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッドなどの製造に、投影露光装置が用いられ
る。投影露光装置は、マスク、レチクルなどの原版状の
パターンを、ウエハ、ガラスプレートなどの感光性基板
上に投影して転写する。

【０００３】投影露光装置内の投影光学系の種類として
は、露光波長の光を透過・屈折する屈折レンズで構成さ
れた屈折型の投影光学系、屈折レンズとミラーとを組み
合わせた反射屈折型の投影光学系などがある。近年、半
導体などの集積度はますます高まり、基板上に転写され
るパターンは微細化の一途を辿っている。そのため、投
影光学系には、高解像力で無収差に近い、極めて高い性
能が要求されている。

【０００４】この要求を満足するために、投影光学系の
設計上の光学性能を高めるのはもちろんのこと、投影光
学系を構成する屈折レンズ、ミラーなどの光学素子のそ
れぞれの測定精度、評価精度をも高めなければならな
い。従来、投影光学系を製造する手順は、大凡以下の工
程（１）〜（８）のとおりであった。

【０００５】（１）投影光学系を設計する。（２）投影光学系を構成する各光学素子（レンズ、ミラ
ーなど）を加工する。（３）各光学素子の製造誤差をそれぞれ測定する。（４）投影光学系の全体を組み立てる。必要があれば再
加工してから組み立てる。（５）組み立てた投影光学系の結像性能を検査する。

【０００６】（６）投影光学系を完成とする。結像性能
が低ければ（４）に戻り再組み立てをする。必要があれ
ば再加工してから再組み立てをする。ここで、工程（３）における光学素子の測定は、面精度
誤差と屈折率の内部不均一性とを個別に測定するもので
ある。それらの測定結果は、投影光学系の全体の組み立
てや再加工などに反映され、投影光学系の全体の結像性
能が良好になるよう工夫される。その際、各光学素子の
面精度誤差と内部不均一性とは、所定の演算によって合
成され、投影光学系全体の結像性能に与えられる影響
が、間接的に予測される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、組み立て後の
各光学素子は、支持部材であるレンズ室などから外力が
加えられてその性質を変える可能性があるので、予測し
た内容が実体を示しているとは限らない。よって、上記
したように、投影光学系の全体を実際に組み立ててから
その結像性能を検査し（工程（４），（５），
（６））、その検査結果によっては、再び、投影光学系
の全体を組み立て直さなければならない（工程（６）→
（４）→（５））。

【０００８】また、投影光学系の全体を組み立て直す場
合も、先ずは性能悪化の原因たる光学素子や光学ユニッ
ト（複数の光学素子からなる）を特定しなければならな
いが、その系統立った手法は無く、製造者の直感に頼ら
ざるを得ないのが現状である。このことから、従来は、
投影光学系の全体を組み立てる作業の繰り返し回数が多
くなったり、そうでなければ投影光学系の性能があまり
高く得られなかったりすることがあった。

【０００９】現在、投影光学系の全体の組み立てには、
数週間という膨大な時間と煩雑な手間とを要すので、そ
の作業の回数を抑えたいという要求は強い。そこで本発
明は、結像光学系を構成する部分光学系が結像性能に与
える影響を、結像光学系の組み立て前に正確に予測可能
にすることを目的とする。なお、本発明は、部分光学系
が結像性能に与える影響を、結像光学系の組み立て前に
正確に予測可能にする光学系の測定方法、部分光学系が
結像性能に与える影響を結像光学系の組み立て前に確実
に抑えることのできる光学系の補正方法、部分光学系が
結像性能に与える影響を結像光学系の組み立て前に正確
に予測できる光学系の評価方法、全体の組み立て回数を
抑えることの可能な投影光学系の製造方法、及び高性能
な投影光学系を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光学系
の測定方法は、結像光学系の一部である部分光学系の透
過波面を測定するに当たり、前記部分光学系に透過させ
るべき測定光束の波面を、その部分光学系の設計データ
と前記結像光学系の設計データとに応じて決定すると共
に、少なくとも前記測定は、前記結像光学系が組み立て
られたときと等価又はそれに近い外力を前記部分光学系
に加えた状態で行われることを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載の光学系の測定方法は、請
求項１に記載の光学系の測定方法において、前記測定光
束の波面は、前記測定光束を透過させて得られる前記部
分光学系の透過波面を改善するための前記部分光学系の
各種補正内容が、前記結像光学系の各像高に亘る透過波
面をも改善するよう決定されることを特徴とする。請求
項３に記載の光学系の補正方法は、請求項１又は請求項
２に記載の光学系の測定方法により、結像光学系の一部
である部分光学系の透過波面を測定し、前記測定された
透過波面を改善するための補正を前記部分光学系に積極
的に施すことにより、その部分光学系を組み付けたとき
における前記結像光学系の各像高に亘る透過波面を改善
することを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の光学系の評価方法は、請
求項１又は請求項２に記載の光学系の測定方法により、
結像光学系の一部である部分光学系の透過波面を測定
し、前記部分光学系を組み付けたときにおける前記結像
光学系の透過波面を、前記測定された透過波面から予測
することを特徴とする。請求項５に記載の光学系の評価
方法は、請求項４に記載の光学系の評価方法において、
前記結像光学系の透過波面の予測は、前記測定された透
過波面の各成分と、予め求められた対応関係とに基づい
て行われることを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の投影光学系の製造方法
は、投影光学系を製造するに当たり、その投影光学系の
一部である部分光学系の透過波面を測定する投影光学系
の製造方法であって、前記測定に、請求項１又は請求項
２に記載の光学系の測定方法を適用することを特徴とす
る。請求項７に記載の投影光学系の製造方法は、投影光
学系を製造するに当たり、その投影光学系の一部である
部分光学系を補正する投影光学系の製造方法であって、
前記補正に、請求項３に記載の光学系の補正方法を適用
することを特徴とする。

【００１４】請求項８に記載の投影光学系の製造方法
は、投影光学系を製造するに当たり、その投影光学系の
一部である部分光学系を評価する投影光学系の製造方法
であって、前記評価に、請求項４又は請求項５に記載の
光学系の評価方法を適用することを特徴とする。請求項
９に記載の投影光学系は、請求項６〜請求項８の何れか
一項に記載の投影光学系の製造方法により製造されたこ
とを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。［第１実施形態］以下、図１、図２、図３、図４、図
５、図６、図７、図８を参照して本発明の第１実施形態
について説明する。

【００１６】図１は、本実施形態の評価手順を説明する
フローチャートである。図２は、本実施形態に係る投影
光学系Ｌの例を説明する図である。本実施形態の評価
（ステップＳ１〜Ｓ４）は、例えば図２に示すような投
影光学系Ｌの一部の光学系（部分光学系）を、投影光学
系Ｌの全体を組み立てる前に評価するものである。この
評価は、上述した従来の投影光学系の製造方法におい
て、投影光学系Ｌの全体を実際に組み立てる工程（４）
よりも前、例えば、各光学素子（以下、レンズとす
る。）を測定する工程（３）の後、各レンズがレンズ室
に収められた（少なくとも何らかの金物に収められた）
後に実行される。

【００１７】図２に示す投影光学系Ｌは、その全体が組
み立てられた状態では、各レンズがそれぞれ個別のレン
ズ室に収められる。また、隣接するレンズ同士がそれぞ
れレンズ室に収められた状態で大枠のレンズ室に収めら
れることもある。何れにせよ、各レンズはレンズ室によ
り支持されるので、そのレンズ室から外力が加えられて
応力が発生している。また、レンズ室を介して、重力の
影響も受けている。

【００１８】以下、レンズ単体／複数の如何に拘わら
ず、レンズとそれを支持するレンズ室とからなるユニッ
トを「光学ユニット」と称す。例えば、本実施形態の評
価対象は、図２の下側（ウエハＷ側）から数えて６番目
のレンズを１つ収めてなる光学ユニットＵ１である。な
お、図２に示した投影光学系Ｌは屈折型であるが、本発
明は、屈折型、反射屈折型、反射型の何れのタイプの光
学系にも適用可能である。

【００１９】先ず、図１に示すように、本実施形態の評
価には、光学ユニットＵ１の透過波面Ａの測定（ステッ
プＳ３）が含まれる。その測定系としては、例えば、図
３に示すような干渉計が使用される。この干渉計は、例
えば、フィゾー型干渉計である。干渉計の内部に備えら
れた撮像素子１６の出力が、光学ユニットＵ１の透過波
面Ａを示す。

【００２０】そして、測定光束Ｌ０の波面（光学ユニッ
トＵ１に対する光の通し方、すなわち入射波面であ
る。）は、光学ユニットＵ１内のレンズの設計データと
投影光学系Ｌの設計データとに応じて決定される（ステ
ップＳ１）。なお、測定系が図３に示すようなフィゾー
型干渉計であるとき、測定光束Ｌ０の波面を決めるの
は、参照面と波面変換素子とからなる波面変換光学系１
３，及び光学ユニットＵ１を透過した測定光束Ｌ０を折
り返す反射面１２，及び波面変換光学系１３及び反射面
１２の光学ユニットＵ１との配置関係である。

【００２１】因みに、反射面１２の形状は、波面変換光
学系１３と光学ユニットＵ１との関係から一義的に決ま
る。よって、ステップＳ２においてこの測定系を構築す
るに当たっては、ステップＳ１にて決定された波面に応
じて、これらの光学系及び配置関係が設計されることに
なる。

【００２２】なお、これらステップＳ１、Ｓ２について
は、投影光学系Ｌが設計された後、かつ光学ユニットＵ
１の測定（ステップＳ３）の前であれば、如何なるタイ
ミングで実行されてもよい。図４は、測定光束Ｌ０の波
面の決定手順（ステップＳ１）を詳細に説明するフロー
チャートである。

【００２３】測定光束Ｌ０の波面の決定手順は、コンピ
ュータなどの演算装置により実行される。演算装置に
は、予め、光学ユニットＵ１内のレンズの設計データ
と、投影光学系Ｌの設計データとが入力されている。決
定手順では、測定系の測定光束Ｌ０の波面を様々な状態
に仮想的に変化させつつ（ステップＳ１１，Ｓ１６）シ
ミュレーション（ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ
１５）を行い、その結果に基づいて測定光束Ｌ０として
最適なものを決定する（ステップＳ１７）。

【００２４】さて、シミュレーションは、測定系におけ
る光学ユニットＵ１の加工シミュレーション（ステップ
Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５）と、その加工シミュレーショ
ンに対応する、投影光学系Ｌにおける光学ユニットＵ１
の加工シミュレーション（ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ
１５）とからなる。測定系における加工シミュレーショ
ンは、光学ユニットＵ１に各種の誤差が付与されいてた
それぞれの場合を想定し（つまり、仮想的に各種の誤差
を付与し）（ステップＳ１２，Ｓ１５）、その測定系か
ら得られる透過波面Ａを改善するための光学ユニットＵ
１の各種の加工内容を、それぞれ導出するもの（ステッ
プＳ１３）である。

【００２５】一方、投影光学系Ｌにおける加工シミュレ
ーションは、ステップＳ１５において導出された各種の
加工内容が、投影光学系Ｌの各像高における透過波面Ｂ
をどの程度改善するか調べるべく、仮想的に前記各種の
誤差を与えてから（ステップＳ１２，Ｓ１５）、ステッ
プＳ１３で導出された内容の各種の加工を仮想的に施
し、投影光学系Ｌの各像高における透過波面Ｂの加工前
後の変化を調べるもの（ステップＳ１４）である。

【００２６】ここで、光学ユニットＵ１に生じ得る誤差
として代表的なものは、レンズの内部の屈折率の不均一
性である。この不均一性には、光学材料が有していた不
均一性だけでなく、レンズ室の取り付け方により生じる
不均一性も含まれる。また、その不均一性は、回転対称
に生じることが多く、またその変化は緩やかかつ滑らか
であることが多い。

【００２７】そこで、ステップＳ１２，Ｓ１５において
与える仮想的な各種の誤差は、例えば、２次、４次、６
次、８次、１０次のグリン関数で表される各種の誤差と
する（以下、それぞれの誤差を、Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ
８，Ｃ１０と表記する。）。また、投影光学系Ｌの透過
波面Ｂの形状は、像高により様々であるが、一般に、像
高が高くなるほど悪化しやすい傾向にある。よって、最
大像高における透過波面Ｂ_Hが良好であるときには、各
像高における透過波面Ｂ₀，・・・，Ｂ_Hが全て良好であ
るとみなすことができる。

【００２８】そこで、ステップＳ１４においては、全像
高についての透過波面Ｂ₀，・・・，Ｂ_Hを調べる代わり
に、最大像高における透過波面Ｂ_Hを代表して調べるこ
ととする。もちろん、評価精度を高くするためには、全
像高について調べることが、より望ましい。なお、ステ
ップＳ１３を実行するループと、ステップＳ１４を実行
するループとは、個別に実行されてもよい。

【００２９】図５、図６は、測定光束Ｌ０の波面が最適
であるときの透過波面Ｂ_H（シミュレーションにより求
めたものである。）を示す図である。図５は、光学ユニ
ットＵ１に仮想的な各種の誤差を与えたときの透過波面
Ｂ_H、図６は、その誤差を与えてからさらに加工（ステ
ップＳ１３で導出された加工内容である。）を施した後
の透過波面Ｂ_Hを示す。

【００３０】なお、図５、図６は、何れも透過波面Ｂ_H
を、光学ユニットＵ１に誤差がないときの透過波面Ｂ_H
との差の波面（透過波面Ｂ_Hの悪化分）によって表し
た。また、図５、図６では、波面をツェルニケの収差成
分毎に示した。図５、図６の横軸は収差成分の種類（ツ
ェルニケ次数）、縦軸は各収差成分のＲＭＳ値である。

【００３１】また、図５、図６では、各収差成分を各種
の誤差毎に表示した。すなわち、横方向に分割されてな
る各ブロックは、左から順に、ツェルニケ次数１〜３６
に対応し、各ブロック内の横方向の各位置は、左から順
に誤差がＣ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ９であるときのそ
れぞれに対応する。図５（加工前）と図６（加工後）と
を比較して明らかなように、この加工により、透過波面
Ｂ_Hが改善されたことが分かる。

【００３２】一方、図７は、比較のため、測定光束Ｌ０
の波面が不適であるときに、加工（これも、ステップＳ
１３で導出された加工内容である。）を施した後の透過
波面Ｂ_Hを示す図である（表記方法は図６や図５と同じ
である。）。図７に明らかなように、この場合は加工を
しても透過波面Ｂ_Hが改善されないことが分かる。

【００３３】図６（測定光束Ｌ０が最適である場合）と
図７（測定光束Ｌ０が不適である場合）とを比較すると
明かなように、ステップＳ１３で導出された加工内容
は、測定光束Ｌ０の波面が最適であったときにのみ、投
影光学系Ｌの透過波面Ｂ_Hを改善することが分かる。そ
こで、図４のステップＳ１７では、以上のシミュレーシ
ョンの結果を参照し、透過波面Ｂ_Hが最も良好に改善さ
れるような測定光束Ｌ０の波面を、構築すべき測定系の
測定光束Ｌ０の波面に採用する。

【００３４】そして、図１のステップＳ２’では、光学
ユニットＵ１の透過波面Ａから投影光学系Ｌの透過波面
Ｂ_Hへの変換係数α_Hが求められる。変換係数α_Hは、測
定系（但し、測定光束Ｌ０の波面は、ステップＳ１で決
定されたものとされる。）のシミュレーションと、投影
光学系Ｌのシミュレーションとにより求まるものであ
る。すなわち、同じ誤差が付与された光学ユニットＵ１
をそれぞれの系に配置したときに得られる透過波面Ａと
透過波面Ｂ_Hとの比較をすればよい。

【００３５】例えば、透過波面Ｂ_Hは、ツェルニケの各
収差成分毎に表わすことができるので、透過波面Ａにつ
いても、それに対応する各成分で表す。つまり、透過波
面Ａをツェルニケ多項式に展開し、多項式の各項の各係
数を、それら各成分として得る。そして、透過波面Ａと
透過波面Ｂ_Hとの互いに対応する成分毎に、それぞれ変
換係数（例えば、３６個の要素α_H1，・・，α_H36から
なる３６次元のベクトル）を求めるとよい。

【００３６】なお、透過波面Ａの各成分が透過波面Ｂ_H
の各収差成分に関係することもあるので、透過波面Ａの
各成分毎かつ透過波面Ｂ_Hの各収差成分毎にそれぞれ変
換係数（例えば、３６×３６個の要素α_H11，・・・，
α_H3636からなる３６×３６の正方行列）を求めてもよ
い。以下、簡単のため、変換係数α_Hは、全ての成分に
共通であるとみなす。つまり、透過波面Ａの各成分のそ
れぞれにα_Hを乗算したものが透過波面Ｂ_Hの各収差成分
であるとみなす（以上、測定光束Ｌ０の波面の決定手順
の説明）。

【００３７】なお、ステップＳ２’は、図１のステップ
Ｓ４（図１参照、詳細は後述）において使用されるべき
変換係数α_Hを決定するステップであるので、測定光束
Ｌ０が決定された後、かつステップＳ４の実行前であれ
ば、如何なるタイミングで実行されてもよい。次のステ
ップＳ２においては、上記決定された測定光束Ｌ０を射
出するよう、測定系が構築される。

【００３８】そして、その測定系により光学ユニットＵ
１の透過波面Ａが測定される（ステップＳ３）。但し、
この測定（図３参照）における光学ユニットＵ１は、レ
ンズ室を介して内部のレンズに与えられる外力（重力の
影響も含む。）が、投影光学系Ｌとして組み立てられた
とき（図２参照）となるべく等価になるように配置され
る（図３参照。）。

【００３９】このようにして光学ユニットＵ１内のレン
ズの測定環境を、組み立て後の環境（さらにいえば使用
時の環境）と近づければ、光学ユニットＵ１内のレンズ
の実体をより正確に測定できるので、続くステップＳ４
における予測の精度を上げることができる。そして、そ
の実測された透過波面Ａの各成分に上記求めた変換係数
α_Hを乗算し、投影光学系Ｌの透過波面Ｂ_Hの各収差成分
を予測する（ステップＳ４）。

【００４０】この予測した透過波面Ｂ_Hの良否は、すな
わち、光学ユニットＵ１の誤差が投影光学系Ｌの結像性
能に与える影響の大小を示す。よって、予測した透過波
面Ｂ _Hの良否により、光学ユニットＵ１の良否を評価で
きる。したがって、仮に、予測した透過波面Ｂ_Hが著し
く悪ければ、光学ユニットＵ１は不良品とみなされて排
除され（ステップＳ５）、透過波面Ｂ_Hが十分に良好で
あれば、光学ユニットＵ１は組み立て工程に回される
（ステップＳ７）。

【００４１】また、必要があれば、光学ユニットＵ１内
のレンズを再加工してから（ステップＳ６）、光学ユニ
ットＵ１を組み立て工程に回す。なお、ステップＳ６に
おいて使用すべき再加工データについては、透過波面Ａ
を測定した（ステップＳ３）後であれば、以下のように
簡単に決定することができる。

【００４２】すなわち、ステップＳ３において使用した
測定系における光学ユニットＵ１の加工シミュレーショ
ンを行い、透過波面Ａが改善されるよう光学ユニットＵ
１の加工内容を求めればよい。

【００４３】その測定系は既に最適化されているので、
その加工を光学ユニットＵ１内のレンズに施せば、自動
的に、投影光学系Ｌの透過波面Ｂ_H、ひいては各像高に
おける透過波面Ｂ₀，・・・，Ｂ_Hを改善することにな
る。なお、本実施形態では、予測を簡略化するために、
実測した透過波面Ａのうち、透過波面Ｂ_Hに対し著しく
支配的な影響を及ぼすことが既知である特定の成分（例
えば、ツェルニケ次数５，６，１０，１１，１２，１３
に対応する各成分）のみを参照して透過波面Ｂ_Hを予測
してもよい。

【００４４】また、本実施形態において、上記ステップ
Ｓ３では、透過波面Ａが測定されると共に、座標管理情
報が記憶されることが好ましい。つまり、測定時におけ
る光学ユニットＵ１のレンズ室の姿勢や配置から、透過
波面Ａの座標と光学ユニットＵ１内のレンズの面内座標
との対応関係が既知とされ、記憶される。このような座
標管理情報は、光学ユニットＵ１に付随する情報として
扱われ、この光学ユニットＵ１を投影光学系Ｌ内の他の
光学ユニットなどと組み合わせる際に、必要となる。少
なくとも各光学ユニットの各情報が、各レンズ室を基準
として座標管理されていれば、各情報を整理統合して有
機的に繋ぎ合わせることが可能となる。

【００４５】以上、本実施形態によれば、光学ユニット
Ｕ１から実測された透過波面Ａにより投影光学系Ｌの透
過波面Ｂを予測する（ステップＳ３，Ｓ４）ので、光学
ユニットＵ１が結像性能に与える影響を、投影光学系Ｌ
の組み立て前に予測することができる。また、その透過
波面Ａを測定する測定系は予め最適化され（ステップＳ
１，Ｓ２）、かつ、その測定系に応じて透過波面Ａと透
過波面Ｂ_Hとの間の変化係数α_Hが予め求められているの
で（ステップＳ２’）、その予測は、正確かつ簡単に行
うことができる。

【００４６】また、本実施形態によれば、実測された透
過波面Ａに応じて光学ユニットＵ１を適正に加工するこ
ともできるので（ステップＳ６）、光学ユニットＵ１が
結像性能に与える影響を投影光学系Ｌの組み立て前に確
実に抑えることもできる。最後に、図８を参照して、本
実施形態の効果を説明する。図８（ａ）（ｂ）の例は、
何れも、本実施形態を適用して図２の光学ユニットＵ２
の測定結果から予測された投影光学系Ｌの透過波面Ｂ_H
と、本実施形態を適用せずに投影光学系Ｌを組み立てた
後に実測された透過波面Ｂ_Hとを比較する図である。

【００４７】なお、図８（ａ）（ｂ）では、透過波面Ｂ
_Hを、光学ユニットＵ２に誤差がないときの透過波面Ｂ_H
との差の波面（透過波面Ｂ_Hの悪化分）によって表し
た。図８（ａ）（ｂ）の横軸は、収差成分の種類（ツェ
ルニケ次数）、縦軸は各収差成分のＲＭＳ値を示す。図
８（ａ）（ｂ）のそれぞれにおいて、予測値は菱形、実
測値は四角形で表したが、両者は重なっている。

【００４８】図８（ａ）（ｂ）は、投影光学系Ｌの設計
値が互いに異なる場合の例である。図８（ａ）の例で
は、変換係数α_H＝２．５であり、図８（ｂ）の例で
は、変換係数α_H＝２．８であった。何れにしても、予
測された透過波面Ｂ_Hの各収差と、実測された透過波面
Ｂ_Hの各収差とはほぼ一致している。

【００４９】なお、本実施形態においては、測定系（図
３参照）の光源波長が、投影光学系Ｌの使用時の光源波
長と異なってもよい。なぜなら、ステップＳ２’におけ
る変換係数は、測定系のシミュレーションと投影光学系
Ｌのシミュレーションとのそれぞれに基づいて求められ
ており、その結果、透過波面Ａから透過波面Ｂ_Hへの変
換係数α_Hには、光源波長の相違が反映されるからであ
る。

【００５０】また、本実施形態では、光学ユニットＵ１
の評価（投影光学系Ｌの結像性能に与える影響を評価）
をするに当たり、投影光学系Ｌの最大像高における透過
波面Ｂ_Hを予測したが、必要に応じて、各像高における
透過波面Ｂ₀，・・・，Ｂ_Hを予測してもよい。また、本
実施形態では、評価の対象を、単一レンズからなる光学
ユニットＵ１としたが、複数レンズからなる光学ユニッ
トを同様にして評価することもできる。

【００５１】また、光学ユニット内の各レンズを個別に
評価したい場合は、予め、各レンズをそのユニット内で
光軸の回りに互いに回動可能に構成しておけばよい。例
えば、２枚レンズからなる場合、光学ユニットの測定
（ステップＳ３）を、レンズを互いに回動させつつ少な
くとも３回行えば、一方のレンズの透過波面Ａ１と、他
方のレンズの透過波面Ａ２とを分離して求めることがで
きる。

【００５２】［第２実施形態］図９を参照して本発明の
第２実施形態について説明する。図９は、本実施形態の
投影露光装置の概略構成図である。この投影露光装置に
搭載された投影光学系Ｌの製造時には、第１実施形態の
測定、加工、評価の少なくとも１つが適用されている。

【００５３】第１実施形態によれば、各光学ユニットが
結像性能に与える影響を、投影光学系Ｌの組み立て前に
正確に予測することができるので、従来と同じ製造時間
を費やしたとしても、従来よりも効率よく組み立て調整
などを行うことができるので、投影レンズを高精度に製
造することができる。なお、投影露光装置は、少なくと
もウエハステージ１０８と、光を供給するための光源部
１０１と、投影光学系Ｌとを含む。ここで、ウエハステ
ージ１０８は、感光剤を塗布した基板（ウエハ）Ｗを表
面１０８ａ上に置くことができる。また、ステージ制御
系１０７は、ウエハステージ１０８の位置を制御する。
投影光学系Ｌは、上述のように上記各実施形態に係る干
渉測定装置を用いて製造された高精度投影レンズであ
る。また投影光学系Ｌは、レチクル（マスク）Ｒが配置
された物体面Ｐ１と、ウエハＷの表面に一致させた像面
Ｐ２との間に配置される。さらに投影光学系Ｌは、スキ
ャンタイプの投影露光装置に応用されるアライメント光
学系を有する。さらに照明光学系１０２は、レチクルＲ
とウエハＷとの間の相対位置を調節するためのアライメ
ント光学系１０３を含む。レチクルＲは、該レチクルＲ
のパターンのイメージをウエハＷ上に投影するためのも
のであり、ウエハステージ１０８の表面１０８ａに対し
て平行移動が可能であるレチクルステージ１０５上に配
置される。そしてレチクル交換系１０４は、レチクルス
テージ１０５上にセットされたレチクルＲを交換し運搬
する。またレチクル交換系１０４は、ウエハステージ１
０８の表面１０８ａに対し、レチクルステージ１０５を
平行移動させるためのステージドライバー（不図示）を
含む。また、主制御部１０９は位置合わせから露光まで
の一連の処理に関する制御を行う。

【００５４】［その他］上記第１実施形態に適用される
測定系としては、上記したような干渉計の他、シャック
ハルトマン式収差測定装置など、少なくとも光学ユニッ
トＵ１の透過波面（波面収差）を検出できるものであれ
ば、如何なる測定系が適用されてもよい。以下、代表し
て、フィゾー型干渉計と、シャックハルトマン式収差測
定装置について説明する。

【００５５】（フィゾー型干渉計）この干渉計には、図
３に示したように、例えば、干渉計部１５、参照面と波
面変換素子とからなる波面変換光学系１３、光学ユニッ
トＵ１を透過した測定光束Ｌ０を折り返す反射面１２な
どが配置される。波面変換光学系１３が配置されるの
は、反射面１２と干渉計部１５との間である。また、光
学ユニットＵ１の配置位置は、その反射面１２と波面変
換光学系１３との間の所定位置である。

【００５６】干渉計部１５には、光源１１、ビームエキ
スパンダ１４ａ、ビームスプリッタ１４ｂ、光束径変換
光学系１４ｃ、撮像素子１６などが備えられる。干渉計
部１５は、平行光束を波面変換光学系１３に入射させる
と共に、波面変換光学系１３の参照面における反射光束
（参照光束）と、光学ユニットＵ１を透過後に反射面１
２において反射して再び光学ユニットＵ１を透過した光
束（被検光束Ｌ２）とを干渉させ、生起した干渉縞を検
出する。その干渉縞が光学ユニットＵ１の透過波面Ａを
示す。

【００５７】（シャックハルトマン式収差測定装置）図
１０は、シャックハルトマン式収差測定装置の構成図で
ある。この装置では、測定対象となる光学ユニットＵ１
に測定光束Ｌ０を入射させる。そして、光学ユニットＵ
１を透過した光束は、リレーレンズ３０４にて平行光Ｐ
Ｂに変換される。そして、その平行光ＰＢを、多数のマ
イクロレンズ３０５が二次元適に配列されたマイクロレ
ンズアレイ３０６に入射させる。これにより前記平行光
ＰＢは、各マイクロレンズ３０５毎により、所定位置に
配置された撮像素子３０７上に二次元像として結像され
る。この撮像素子３０７の検出する二次元像は、光学ユ
ニットＵ１の透過波面Ａを示す。

【００５８】ここで、図１１（ａ）に示すように、光学
ユニットＵ１の透過波面Ａが仮に理想的球面波である場
合には、前記マイクロレンズアレイ３０６に入射する平
行光ＰＢは平行な波面ＷＦｐｎを有する。このため、マ
イクロレンズアレイ３０６の各マイクロレンズ３０５に
よる二次元像Ｆｎは、各マイクロレンズ３０５の光軸Ａ
Ｘｎ上に結像される。

【００５９】一方、図１１（ｂ）に示すように、光学ユ
ニットＵ１の透過波面Ａが球面波からずれている場合に
は、前記マイクロレンズアレイ３０６に入射する平行光
ＰＢは、そのずれに応じて歪んだ波面ＷＦｐａを有す
る。このため、同平行光ＰＢは、各マイクロレンズ３０
５毎にそれぞれ異なる波面ＷＦｐａの傾きＡＸｐを持つ
ことになる。

【００６０】そして、各マイクロレンズ３０５による二
次像Ｆａは、各マイクロレンズ３０５毎にその光軸ＡＸ
ｎから前記波面ＷＦｐａの傾き量に応じて横ズレした位
置に結像することになる。

【００６１】したがって、撮像素子３０７の出力が示し
ている各マイクロレンズ３０５毎の光束の結像位置の横
ズレ量から、波面ＷＦｐａの傾きＡＸｐを求めることに
より、光学ユニットＵ１の透過波面Ａを求めることがで
きる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、結
像光学系を構成する光学ユニット又は光学素子などの部
分光学系が結像性能に与える影響を、結像光学系の組み
立て前に正確に予測可能にする。

【００６３】具体的に、本発明によれば、部分光学系が
結像性能に与える影響を、結像光学系の組み立て前に正
確に予測可能にする光学系の測定方法、部分光学系が結
像性能に与える影響を結像光学系の組み立て前に確実に
抑えることのできる光学系の補正方法、部分光学系が結
像性能に与える影響を結像光学系の組み立て前に正確に
予測できる光学系の評価方法、全体の組み立て回数を抑
えることの可能な投影光学系の製造方法、及び高性能な
投影光学系が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の評価手順を説明するフローチャ
ートである。

【図２】第１実施形態に係る投影光学系Ｌの例を説明す
る図である。

【図３】第１実施形態に係る測定系の例を説明する図で
ある。

【図４】測定光束Ｌ０の波面の決定手順（ステップＳ
１）を詳細に説明するフローチャートである。

【図５】測定光束Ｌ０の波面が最適であるときの透過波
面Ｂ_H（光学ユニットＵ１に仮想的な各種の誤差を与え
たときの透過波面Ｂ_H）を示す図である。

【図６】測定光束Ｌ０の波面が最適であるときの透過波
面Ｂ_H（誤差を与えてからさらに加工を施した後の透過
波面Ｂ_H）を示す図である。

【図７】測定光束Ｌ０の波面が不適であるときの透過波
面Ｂ_H（誤差を与えてからさらに加工を施した後の透過
波面Ｂ_H）を示す図である。

【図８】第１実施形態を適用して図２の光学ユニットＵ
２の測定結果から予測された投影光学系Ｌの透過波面Ｂ
_Hと、本実施形態を適用せずに投影光学系Ｌを組み立て
た後に実測された透過波面Ｂ_Hとを比較する図である。

【図９】第２実施形態の投影露光装置の概略構成図であ
る。

【図１０】シャックハルトマン式収差測定装置の構成図
である。

【図１１】シャックハルトマン式収差測定装置の原理を
説明する図である。

【符号の説明】

Ｕ１，Ｕ２光学ユニットＬ投影光学系Ｗウエハ（ウエハ面）Ｒレチクル（レチクル面）１１光源１２反射面１３波面変換光学系１４ａビームエキスパンダ１４ｂビームスプリッタ１４ｃ光束径変換光学系１５干渉計部１６，３０７撮像素子Ｌ０測定光束１０１光源部１０２照明光学系１０３アライメント光学系１０４レチクル交換系１０５レチクルステージ１０７ステージ制御系１０８ウエハステージ１０９主制御部３０４リレーレンズ３０５マイクロレンズ３０６マイクロレンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結像光学系の一部である部分光学系の透
過波面を測定するに当たり、前記部分光学系に透過させるべき測定光束の波面を、そ
の部分光学系の設計データと前記結像光学系の設計デー
タとに応じて決定すると共に、少なくとも前記測定は、前記結像光学系が組み立てられ
たときと等価又はそれに近い外力を前記部分光学系に加
えた状態で行われることを特徴とする光学系の測定方
法。
【請求項２】請求項１に記載の光学系の測定方法にお
いて、前記測定光束の波面は、前記測定光束を透過させて得られる前記部分光学系の透
過波面を改善するための前記部分光学系の各種補正内容
が、前記結像光学系の各像高に亘る透過波面をも改善す
るよう決定されることを特徴とする光学系の測定方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の光学系の
測定方法により、結像光学系の一部である部分光学系の
透過波面を測定し、前記測定された透過波面を改善するための補正を前記部
分光学系に積極的に施すことにより、その部分光学系を
組み付けたときにおける前記結像光学系の各像高に亘る
透過波面を改善することを特徴とする光学系の補正方
法。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の光学系の
測定方法により、結像光学系の一部である部分光学系の
透過波面を測定し、前記部分光学系を組み付けたときにおける前記結像光学
系の透過波面を、前記測定された透過波面から予測する
ことを特徴とする光学系の評価方法。
【請求項５】請求項４に記載の光学系の評価方法にお
いて、前記結像光学系の透過波面の予測は、前記測定された透過波面の各成分と、予め求められた対
応関係とに基づいて行われることを特徴とする光学系の
評価方法。
【請求項６】投影光学系を製造するに当たり、その投
影光学系の一部である部分光学系の透過波面を測定する
投影光学系の製造方法であって、前記測定に、請求項１又は請求項２に記載の光学系の測
定方法を適用することを特徴とする投影光学系の製造方
法。
【請求項７】投影光学系を製造するに当たり、その投
影光学系の一部である部分光学系を補正する投影光学系
の製造方法であって、前記補正に、請求項３に記載の光学系の補正方法を適用
することを特徴とする投影光学系の製造方法。
【請求項８】投影光学系を製造するに当たり、その投
影光学系の一部である部分光学系を評価する投影光学系
の製造方法であって、前記評価に、請求項４又は請求項５に記載の光学系の評
価方法を適用することを特徴とする投影光学系の製造方
法。
【請求項９】請求項６〜請求項８の何れか一項に記載
の投影光学系の製造方法により製造されたことを特徴と
する投影光学系。