JP2004157349A - 光学系の製造方法、投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】たとえば蛍石のような結晶材料を用いても、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系の製造方法。
【解決手段】固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造方法。結晶透過部材の応力複屈折分布を計測する分布計測工程（Ｓ１）と、応力複屈折分布に基づいて少なくとも２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する最適化工程（Ｓ５）とを含む。
【選択図】 図２
【解決手段】固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造方法。結晶透過部材の応力複屈折分布を計測する分布計測工程（Ｓ１）と、応力複屈折分布に基づいて少なくとも２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する最適化工程（Ｓ５）とを含む。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の製造方法、投影光学系、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像力の高い投影光学系が要求されてきている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化するとともに、ＮＡ（投影光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学材料の種類が限られてくる。
【０００３】
たとえば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光、特にＦ２レーザー光（波長１５７ｎｍ）を露光光として用いる場合、投影光学系を構成する光透過性光学材料としては、フッ化カルシウム（蛍石：ＣａＦ２）やフッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物結晶を多用せざるを得ない。実際には、露光光としてＦ２レーザー光を用いる露光装置では、基本的に蛍石だけで投影光学系を形成する設計が想定されている。蛍石は、立方晶系（等軸晶系）に属する結晶材料であり、光学的には等方的で、複屈折が実質的にないと思われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、このように波長の短い紫外線に対しては、蛍石においても、固有複屈折が存在することが報告されている。具体的には、蛍石の固有複屈折は、結晶軸［１１１］方向およびこれと等価な結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向、並びに結晶軸［１００］方向およびこれと等価な結晶軸［０１０］，［００１］方向ではほぼ零であるが、その他の方向では実質的に零でない値を有する。
【０００５】
特に、結晶軸［１１０］，［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］の６方向では、波長１５７ｎｍの光に対して最大で１１．２ｎｍ／ｃｍ、波長１９３ｎｍの光に対して最大で３．４ｎｍ／ｃｍの複屈折の値を有する。電子デバイスの製造に用いられる投影光学系のような超高精度の光学系においては、レンズ材料の複屈折に伴って生じる収差は致命的であり、固有複屈折の影響を実質的に回避したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠である。
【０００６】
また、最近、本願の発明者は、波長の短い紫外線に対して、蛍石には内部応力や内部歪に起因するランダムな複屈折（以下、単に「応力複屈折」という）が無視し得ない程度に存在する可能性があること、したがって固有複屈折の影響だけでなく応力複屈折の影響も考慮したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠であることを見出した。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような結晶材料を用いても、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造方法において、
前記結晶透過部材の応力複屈折分布を計測する分布計測工程と、
前記応力複屈折分布に基づいて少なくとも２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、前記結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および前記結晶透過部材における所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する最適化工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。
【００１０】
第１形態の好ましい態様によれば、前記分布計測工程では、前記結晶透過部材の応力複屈折分布を三次元的に計測する。また、前記分布計測工程は、前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測する方位計測工程を含むことが好ましい。この場合、前記方位計測工程では、０．２５度以下の精度で前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測することが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記分布計測工程では、前記方位計測工程で得られた各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により前記応力複屈折分布を計測する。この場合、前記多点偏光計測に用いる計測光の波長と前記光学系の使用光の波長との差の絶対値は、前記光学系の使用光の波長の２５％以下であることが好ましい。
【００１２】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程は、前記分布計測工程で得られた前記応力複屈折分布を所定の関数で近似する近似工程を含む。この場合、前記近似工程では、前記結晶透過部材の光軸に直交する面内における応力複屈折分布をツェルニケ多項式で近似することが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差を指標として、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する。この場合、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００１４】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面を前記光軸に関して回転非対称な非球面状に最適化する。この場合、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を最適化することが好ましい。
【００１５】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面に形成されて前記少なくとも２つの異なる偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜の特性を最適化する。また、前記最適化工程で得られた前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置に基づいて、前記結晶透過部材を前記光学系に組み込む組込工程をさらに含むことが好ましい。この場合、前記組込工程を経て組み立てられた前記光学系の光学状態を検査する検査工程をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系であって、第１形態の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１７】
本発明の第３形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、第１形態の製造方法を用いて製造された光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
本発明の第４形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第１形態の製造方法を用いて製造された光学系を介して前記感光性基板上に前記パターンを形成することを特徴とする露光方法を提供する。なお、本願明細書中において、「結晶軸と等価な結晶軸」とは、ある結晶軸に対して、当該結晶軸の指数の順序を入れ替えた結晶軸と、さらにそれらの各指数の少なくとも一部についての符号を反転した結晶軸であり、例えばある結晶軸が［ａｂｃ］結晶軸である場合は、［ａｃｂ］、［ｂａｃ］、［ｂｃａ］、［ｃａｂ］、［ｃｂａ］、［−ａｂｃ］、［−ａｃｂ］、［−ｂａｃ］、［−ｂｃａ］、［−ｃａｂ］、［−ｃｂａ］、［ａ−ｂｃ］、［ａ−ｃｂ］、［ｂ−ａｃ］、［ｂ−ｃａ］、［ｃ−ａｂ］、［ｃ−ｂａ］、［ａｂ−ｃ］、［ａｃ−ｂ］、［ｂａ−ｃ］、［ｂｃ−ａ］、［ｃａ−ｂ］、［ｃｂ−ａ］、［−ａ−ｂｃ］、［−ａ−ｃｂ］、［−ｂ−ａｃ］［−ｂ−ｃａ］、［−ｃ−ａｂ］、［−ｃ−ｂａ］、［ａ−ｂ−ｃ］、［ａ−ｃ−ｂ］、［ｂ−ａ−ｃ］、［ｂ−ｃ−ａ］、［ｃ−ａ−ｂ］、［ｃ−ｂ−ａ］、［−ａ−ｂ−ｃ］、［−ａ−ｃ−ｂ］、［−ｂ−ａ−ｃ］、［−ｂ−ｃ−ａ］、［−ｃ−ａ−ｂ］、［−ｃ−ｂ−ａ］が等価な結晶軸である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明では、たとえば蛍石のように固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造に際して、結晶透過部材の応力複屈折分布を計測し、計測した応力複屈折分布に基づいて２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００２０】
具体的には、結晶透過部材の各結晶軸方位を計測し、計測した各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により、たとえば三次元的な応力複屈折分布を計測する。そして、たとえば偏光面の互いに直交する２つの直線偏光成分に対する波面収差を指標として、波面収差の差が小さくなるように光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。また、必要に応じて、波面収差の平均が小さくなるように結晶透過部材の光学面に非球面を導入する。
【００２１】
こうして、本発明では、たとえば蛍石のような結晶材料を用いても、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系（投影光学系など）を製造することができる。したがって、本発明では、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いた露光装置および露光方法において、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。
【００２２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。本実施形態にかかる露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＦ２レーザー光源（発振中心波長１５７ｎｍ）を備えている。
【００２３】
光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源ＬＳと照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源ＬＳから照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２４】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００２５】
レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。投影光学系ＰＬは、蛍石で形成された一対のレンズ、すなわち蛍石レンズＬａおよびＬｂを含む多数のレンズを備えている。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。
【００２６】
ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。また、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２７】
さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このように、光源ＬＳからウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００２８】
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００２９】
図２は、本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第１フローチャートである。また、図３は、本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第２フローチャートである。本実施形態の製造方法は、図２および図３に示すように、結晶軸方位計測工程Ｓ１と、応力複屈折分布計測工程Ｓ２と、応力複屈折分布近似工程Ｓ３と、光学シミュレーション工程Ｓ４と、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）と、光学系組込工程Ｓ６と、確認検査工程Ｓ７とを有する。以下、各工程Ｓ１〜Ｓについて順次説明する。
【００３０】
結晶軸方位計測工程Ｓ１では、投影光学系ＰＬが使用される波長（本実施形態では露光光であるＦ２レーザ光）に対して光透過性を有する等軸晶系（結晶軸の単位長さが互いに等しく、それぞれの結晶軸の交点における各結晶軸がなす角度が全て９０度である晶系）の結晶材料（本実施形態では蛍石）を準備し、準備した結晶材料の各結晶軸方位を計測する。なお、等軸晶系の結晶材料として、蛍石以外に、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ２）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）などが挙げられる。結晶材料の各結晶軸方位の計測に際して、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）測定を行い結晶軸の方位を直接的に測定する手法か、結晶材料の複屈折を測定し、既知の結晶軸方位と複屈折量との関係に基づいて、測定された複屈折から結晶軸方位を定める手法を適用することができる。
【００３１】
図４は、結晶軸方位計測工程Ｓ１の詳細を示すフローチャートである。図４を参照すると、ステップＳ１１では、結晶材料としての蛍石のための粉末原料を脱酸素化反応させる前処理を行う。紫外域または真空紫外域で使用される蛍石単結晶をブリッジマン法により育成する場合には、人工合成の高純度原料を使用することが一般的である。さらに、原料のみを融解して結晶化すると白濁して失透する傾向を示すため、スカベンジャーを添加して加熱することにより、白濁を防止する処置を施している。蛍石単結晶の前処理や育成において使用される代表的なスカベンジャーとしては、フッ化鉛（ＰｂＦ２）が挙げられる。
【００３２】
なお、原料中に含有される不純物と化学反応し、これを取り除く作用をする添加物質のことを一般にスカベンジャーという。本実施形態における前処理では、まず、高純度な粉未原料にスカベンジャーを添加して良く混合させる。その後、スカベンジヤーの融点以上で、蛍石の融点未満の温度まで加熱昇温させることにより脱酸素化反応を進める。その後、そのまま室温まで降温して焼結体としても良いし、或いはさらに温度を上昇させて一旦原料を融解させた後、室温まで降温して多結晶体としても良い。以上のようにして脱酸素化がなされた焼結体や多結晶体を前処理品という。
【００３３】
次に、ステップＳ１２では、この前処理品を用いてさらに結晶成長させることにより単結晶インゴットを得る。結晶成長の方法は、融液の固化、溶液からの析出、気体からの析出、固体粒子の成長に大別できることが広く知られているが、本実施形態においては垂直ブリッジマン法により結晶成長させる。まず、前処理品を容器に収納し、垂直ブリッジマン装置（結晶成長炉）の所定位置に設置する。その後、容器内に収納された前処理品を加熱して融解させる。前処理品の融点に到達した後は、所定時間を経過させた後に結晶化を開始する。融液のすべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出す。
【００３４】
ステップＳ１３では、インゴットを切断して、最終的に形成すべき結晶透過部材（本実施形態では蛍石レンズＬａ，Ｌｂなどの光学部材）の大きさおよび形状に応じたサイズを有するディスク材を得る。ここで、最終的に形成すべき結晶透過部材がレンズである場合には、ディスク材の形伏を薄い円柱形状とすることが好ましく、円柱形伏のディスク材の口径および厚さは、レンズの有効径（外径）および光軸方向の厚さに合わせて定められることが望ましい。ステップＳ１４では、蛍石単結晶インゴットより切り出されたディスク材に対してアニール処理を行う。これらのステップＳ１１〜Ｓ１４を実行することにより、蛍石単結晶からなる結晶材料が得られる。
【００３５】
最後に、ステップＳ１５では、準備した結晶材料すなわち加工前の結晶透過部材の各結晶軸方位を計測する。このとき、上述したように、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法と、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法とが考えられる。まず、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法について説明する。第１の測定手法では、Ｘ線結晶解析の手法を用いて、結晶材料の結晶構造を、ひいては結晶軸を直接的に測定する。このような測定手法としては、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）法が知られている。
【００３６】
以下、第１の測定手法としてラウエ法を適用した場合について図５を参照して簡単に説明する。図５は、ラウエカメラを概略的に示す図である。図５に示すように、ラウエ法による結晶軸測定を実現するためのラウエカメラは、Ｘ線源１００と、このＸ線源１００からのＸ線１０１を試料としての結晶材料（本実施形態では蛍石）１０３へ導くためのコリメータ１０２と、結晶材料１０３から回折される回折Ｘ線１０４により露光されるＸ線感光部材１０５とを備えている。なお、図５では不図示であるが、Ｘ線感光部材１０５を貫通しているコリメータ１０２の内部には、対向する一対のスリットが設けられている。
【００３７】
第１の測定手法においては、まず、準備した結晶材料１０３にＸ線１０１を照射して、この結晶材料１０３から回折Ｘ線１０４を発生させる。そして、この回折Ｘ線１０４で、結晶材料１０３のＸ線入射側に配置されたＸ線フィルムやイメージングプレート等のＸ線感光部材１０５を露光し、このＸ線感光部材１０５上に結晶構造に対応した模様の可視像（回折像）を形成する。この回折像（ラウエ図形）は、結晶材料が単結晶のときには斑点状となり、この斑点はラウエ斑点と呼ばれる。本実施形態で用いている結晶材料は蛍石でありその結晶構造は既知であるため、このラウエ斑点を解析することにより、結晶軸方位が明らかになる。
【００３８】
なお、結晶軸を直接測定する第１の測定手法としては、ラウエ法に限定されることなく、結晶を回転又は振動させながらＸ線を照射する回転法又は振動法、ワイセンベルグ法、ブリセッション法などのような他のＸ線結晶解析の手法や、結晶材料の劈開性を利用した方法、結晶材料の塑性変形を与えることにより結晶材料表面に現れる特有の形状を持つ圧像（或いは打像）を観察する方法等の機械的な手法などを用いても良い。
【００３９】
次に、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法について簡単に説明する。第２の測定手法では、まず結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、上述の第１の測定手法を用いて結晶材料のサンプルの結晶軸方位を測定する。そして、結晶材料サンプルの複数の結晶軸毎に複屈折の測定を行う。
【００４０】
図６は、複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。図６において、光源１１０からの光は、偏光子１１１により水平方向（Ｘ方向）からπ／４だけ傾いた振動面を有する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は、光弾性変調器１１２により位相変調を受けて、結晶材料サンプル１１３に照射される。すなわち、位相の変化する直線偏光が結晶材料サンプル１１３に入射する。結晶材料サンプル１１３を透過した光は検光子１１４に導かれ、水平方向（Ｘ方向）に振動面を有する偏光のみが検光子１１４を透過して光検出器１１５で検出される。
【００４１】
光弾性変調器１１２により発生する所定の位相遅れのときに、どれだけの光量が光検出器１１５で検出されるのかを、位相遅れの量を変えなから測定することにより、遅相軸の方向とその屈折率、および進相軸における屈折率を求めることができる。なお、試料に複屈折が存在する場含、屈折率の差により、当該試料を通過する振動面（偏光面）が直交した２つの直線偏光の光の位相が変化する。すなわち、一方の偏光に対して他方の偏光の位相が進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅相軸と呼ぶ。
【００４２】
ここで、図７を参照して、蛍石の結晶軸方位について簡単に説明する。図７を参照すると、蛍石の結晶軸は、等方晶系のＸＹＺ座標系に基づいて規定される。すなわち、＋Ｘ軸に沿って結晶軸［１００］が、＋Ｙ軸に沿って結晶軸［０１０］が、＋Ｚ軸に沿って結晶軸［００１］がそれぞれ規定される。また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［１０１］が、ＸＹ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１０］が、ＹＺ平面において結晶軸［０１０］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］がそれぞれ規定される。さらに、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸に対して等しい鋭角をなす方向に結晶軸［１１１］が規定される。
【００４３】
なお、図７では、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸で規定される空間における結晶軸のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。蛍石では、図７中実線で示す結晶軸［１１１］方向、およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向では、複屈折がほぼ零（最小）である。同様に、図７中実線で示す結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］方向においても、複屈折がほぼ零（最小）である。一方、図７中破線で示す結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］，およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１０］，［−１０１］，［０１−１］方向では、複屈折が最大である。
【００４４】
本実施形態では、上記第１の測定手法により結晶軸方位が既知となった結晶材料サンプルの結晶軸毎の複屈折測定を行い、結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、測定する結晶材料の結晶軸として、［１００］，［１１０］および［１１１］という代表的な結晶軸の他に、［１１２］，［２１０］および［２１１］などの結晶軸を用いても良い。なお、結晶軸［０１０］，［００１］は上記結晶軸［１００］と等価な結晶軸であり、結晶軸［０１１］，［１０１］は上記結晶軸［１１０］と等価な結晶軸である。また、測定された結晶軸の中間の結晶軸に関しては、所定の補間演算式を用いて補間しても良い。
【００４５】
以上のように、第２の測定手法を適用する場合、図６に示す複屈折測定機を用いて、準備した結晶材料の複屈折の測定を行う。そして、結晶軸方位と複屈折との対応関係が予め求められているため、この対応関係を用いて、測定された複屈折から結晶軸方位を算出する。このように、第２の測定手法によれば、直接的に結晶軸方位を測定しなくとも結晶材料の結晶軸方位を求めることかできる。なお、結晶軸方位計測工程Ｓ１では、たとえば０．２５度以下の精度で各結晶軸方位を計測することが好ましい。
【００４６】
次に、応力複屈折分布計測工程Ｓ２では、結晶軸方位計測工程Ｓ１で得られた各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により、ディスク状の形態を有する加工前の結晶透過部材の応力複屈折分布を三次元的に計測する。具体的には、図６に示す複屈折測定機において、加工前の結晶透過部材に対応する結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１１１］と複屈折測定機の光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３上の所定の点に直線偏光を垂直入射および斜入射させることにより、結晶材料サンプル１１３上の所定の点における光軸に沿った複屈折分布を計測する。
【００４７】
そして、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより、結晶材料サンプル１１３上の多数の点における光軸に沿った複屈折分布、すなわち光軸に直交する面内および光軸方向における三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１１１］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布は固有複屈折を含まないので、結晶軸［１１１］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を直接的に計測することができる。
【００４８】
同様に、結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１００］と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１００］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布も固有複屈折を含まないので、結晶軸［１００］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を直接的に計測することができる。
【００４９】
また、結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１１０］と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１１０］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布は固有複屈折を含んでいるので、計測した複屈折分布から既知量である固有複屈折分布を差し引くことにより、結晶軸［１１０］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を間接的に計測することができる。
【００５０】
さらに、必要に応じて、結晶材料サンプル１１３の他の結晶軸と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な応力複屈折分布を計測することもできる。なお、応力複屈折分布計測工程Ｓ２において、上述の多点偏光計測に用いる計測光（光源１１０から供給される光）の波長と投影光学系ＰＬの使用光（本実施形態ではＦ２レーザ光）の波長との差の絶対値は、投影光学系ＰＬの使用光の波長の２５％以下であることが好ましい。
【００５１】
次に、応力複屈折分布近似工程Ｓ３では、応力複屈折分布計測工程Ｓ２で得られた三次元的な応力複屈折分布を所定の関数で近似して、いわゆる応力複屈折データを得る。具体的には、結晶透過部材の光軸に直交する面内における応力複屈折分布をツェルニケ多項式で近似（フィッティング）する。以下、ツェルニケ多項式について基本的な事項を簡単に説明する。ツェルニケ多項式の表現では、座標系として極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてツェルニケの円筒関数を用いる。すなわち、応力複屈折分布Ｆ（ρ，θ）は、ツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ａ）に示すように展開される。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ここで、Ｃｉは、ツェルニケ多項式の各項の係数である。以下、ツェルニケ多項式の各項の関数系Ｚｉ（ρ，θ）のうち、第１項〜第３６項にかかる関数Ｚ１〜Ｚ３６を、次の表（１）に示す。
【００５４】
【表１】
Ｚ１： １
Ｚ２： ρｃｏｓθ
Ｚ３： ρｓｉｎθ
Ｚ４： ２ρ２−１
Ｚ５： ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ６： ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ７： （３ρ２−２）ρｃｏｓθ
Ｚ８： （３ρ２−２）ρｓｉｎθ
Ｚ９： ６ρ４−６ρ２＋１
Ｚ１０： ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ１１： ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ１２： （４ρ２−３）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ１３： （４ρ２−３）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ１４： （１０ρ４−１２ρ２＋３）ρｃｏｓθ
Ｚ１５： （１０ρ４−１２ρ２＋３）ρｓｉｎθ
Ｚ１６： ２０ρ６−３０ρ４＋１２ρ２−１
Ｚ１７： ρ４ｃｏｓ４θ
Ｚ１８： ρ４ｓｉｎ４θ
Ｚ１９： （５ρ２−４）ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ２０： （５ρ２−４）ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ２１： （１５ρ４−２０ρ２＋６）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ２２： （１５ρ４−２０ρ２＋６）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ２３： （３５ρ６−６０ρ４＋３０ρ２−４）ρｃｏｓθ
Ｚ２４： （３５ρ６−６０ρ４＋３０ρ２−４）ρｓｉｎθ
Ｚ２５： ７０ρ８−１４０ρ６＋９０ρ４−２０ρ２＋１
Ｚ２６： ρ５ｃｏｓ５θ
Ｚ２７： ρ５ｓｉｎ５θ
Ｚ２８： （６ρ２−５）ρ４ｃｏｓ４θ
Ｚ２９： （６ρ２−５）ρ４ｓｉｎ４θ
Ｚ３０： （２１ρ４−３０ρ２＋１０）ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ３１： （２１ρ４−３０ρ２＋１０）ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ３２： （５６ρ６−１０４ρ４＋６０ρ２−１０）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ３３： （５６ρ６−１０４ρ４＋６０ρ２−１０）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ３４： （１２６ρ８−２８０ρ６＋２１０ρ４−６０ρ２＋５）ρｃｏｓθ
Ｚ３５： （１２６ρ８−２８０ρ６＋２１０ρ４−６０ρ２＋５）ρｓｉｎθ
Ｚ３６： ２５２ρ１０−６３０ρ８＋５６０ρ６−２１０ρ４＋３０ρ２−１
【００５５】
一方、結晶透過部材の光軸方向における応力複屈折分布を、いわゆる冪級数ΣＡｉＢｉ（Σはｉ＝０〜ｎまでの総和を表わす）で近似（フィッティング）する。こうして、応力複屈折分布近似工程Ｓ３では、応力複屈折分布計測工程Ｓ２で得られた結晶軸毎の三次元的な応力複屈折分布を関数近似して、応力複屈折データを得ることができる。なお、応力複屈折分布の近似に用いられる関数として、上述のツェルニケ多項式および冪級数以外の他の適当な関数を用いることもできる。
【００５６】
次に、光学シミュレーション工程Ｓ４では、応力複屈折分布近似工程Ｓ３で得られた応力複屈折データに基づいて、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。具体的には、応力複屈折分布近似工程Ｓ３で得られた応力複屈折データと、既知量としての固有複屈折データと、投影光学系ＰＬの光学データとに基づいて、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【００５７】
このとき、複数の直線偏光成分の光線を用いて投影光学系ＰＬの光線追跡を行い、様々な直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。なお、投影光学系ＰＬの光学データとして、固有複屈折の影響を受けにくい様々なレンズ構成が想定される。以下、固有複屈折の影響を受けにくいレンズ構成を実現する手法について簡単に説明する。
【００５８】
第１手法では、一対の蛍石レンズ（一般には蛍石で形成された透過部材であって平行平面板を含む）の光軸と結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
【００５９】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６０】
第２手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［０１０］，［００１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
【００６１】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。そして、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６２】
第３手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約９０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［００１］、［−１１１］、［−１１０］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。
【００６３】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］との光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心としてほぼ９０度＋（ｎ×１８０度）だけ相対的に回転させること、すなわち９０度、２７０度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６４】
結晶材料に応力複屈折が全く存在しない場合、個々の結晶材料の特性に依存することなく第１手法〜第３手法を適宜採用してレンズ構成を決定すればよく、一対の蛍石レンズにおける所定の結晶軸間の相対的な回転角度だけが重要であって、各蛍石レンズにおける所定の結晶軸の光軸廻りの絶対的な回転角度位置は重要ではない。しかしながら、実際には、各結晶材料には応力複屈折がランダムに存在するので、それぞれの結晶材料について光軸と一致すべき結晶軸を決定すること、すなわちそれぞれの結晶材料に対して第１手法〜第３手法のうちいずれの手法を適用すべきかを決定することが重要になる。
【００６５】
また、第１手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［−１１１］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。同様に、第２手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［０１０］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。同様に、第３手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［００１］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。
【００６６】
次に、最適化工程Ｓ５では、光学シミュレーション工程Ｓ４で得られた波面収差を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。具体的には、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対する投影光学系の波面収差の差が小さくなるように、光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００６７】
すなわち、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなるように、多数の結晶材料のうちどの結晶材料を採用し、採用した各結晶材料において光軸とどの結晶軸とを一致させるか（第１手法〜第３手法のうちどの手法を適用すべきか）を決定し、各蛍石レンズの所定結晶軸（たとえば［−１１１］，［０１０］，［００１］など）の光軸廻りの絶対的な回転角度位置を決定する。
【００６８】
図３に示すように、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さく且つ波面収差の平均も十分に小さい場合、最適化工程Ｓ５から後述の光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。また、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差は十分に小さいが波面収差の平均が十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第２最適化工程Ｓ５ａを介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。
【００６９】
さらに、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の平均は十分に小さいが波面収差の差が十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第３最適化工程Ｓ５ｂを介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。また、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなく且つ波面収差の平均も十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第２最適化工程Ｓ５ａおよび第３最適化工程Ｓ５ｂを順次介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。
【００７０】
第２最適化工程Ｓ５ａでは、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の平均が十分に小さくなるように、結晶透過部材の光学面を光軸に関して回転非対称な非球面状に最適化する。具体的には、投影光学系ＰＬを構成する蛍石レンズの光学面のうちの１つまたは複数の光学面に対して選択的に非球面を導入し、各非球面の形状を最適化することにより波面収差の平均を小さく抑える。なお、波面収差のうち低次収差成分については、結晶透過部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を最適化することにより、すなわちレンズ間隔を変化させたり、レンズを光軸に対して偏心（シフト）させたり、レンズを光軸に対して傾斜（チルト）させたりすることにより、補正することもできる。
【００７１】
第３最適化工程Ｓ５ｂでは、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなるように、結晶透過部材の光学面に形成されて２つの偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜の特性を最適化する。具体的には、投影光学系ＰＬを構成する蛍石レンズの光学面のうちの１つまたは複数の光学面に対して選択的に位相差薄膜を導入し、各位相差薄膜の特性を最適化することにより波面収差の差を小さく抑える。以下、位相差薄膜の構成および作用について簡単に説明する。
【００７２】
次の表（２）に、２つの直線偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜ＲＥの構成例を示す。なお、表（２）において、λは露光光の中心波長を表している。そして、層番号は、薄膜が設けられる基材側からの層の順序を表し、Ｄは各層の厚み（ｎｍ）を、ｎは各層の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００７３】
【表２】
【００７４】
図８は、表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角特性を示す図である。また、図９は、表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの位相差の入射角特性を示す図である。なお、図８において、縦軸に透過率をとり、横軸に位相差薄膜ＲＥに対する入射角（垂直入射のとき０）をとっている。そして、図８の破線はＰ偏光成分（振動方向が入射面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の径方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示し、実線はＳ偏光成分（振動方向が入射面と直交する面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の周方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示している。また、図９においては、縦軸に位相差薄膜ＲＥを透過した後のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差（°）をとり、横軸に入射角（垂直入射のとき０）をとっている。
【００７５】
図８から明らかなように、位相差薄膜ＲＥは、開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角範囲（すなわちｓｉｎ−１（０．８５）までの入射角範囲）において９８％以上の透過率を確保しており、実用上において十分に使用に耐えられる水準を示している。そして、図９から明らかなように、位相差薄膜ＲＥは開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角においてＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差が８度近くあり、ここにおいてＰ偏光成分の位相がＳ偏光成分に対してより進んでいる。すなわち、この位相差薄膜ＲＥを透過する光は、入射角が大きくなるにつれてＰ偏光成分の光の位相がＳ偏光成分の光の位相に対してより進むようになり、Ｐ偏光成分の光とＳ偏光成分の光との間に位相差を付与する機能を有する。
【００７６】
次に、光学系組込工程Ｓ６では、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）で得られた最適化データに基づいて、結晶透過部材を含むすべての光学部材を形成し、形成した光学部材を投影光学系ＰＬに鏡筒内に組み込む。特に、最適化工程Ｓ５で得られた最適化データ、すなわち光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置に関する最適化データに基づいて、各結晶透過部材を投影光学系ＰＬの鏡筒内において位置決めする。
【００７７】
具体的には、結晶軸方位計測工程Ｓ１に際して準備した結晶材料（典型的にはディスク材）に対して、研削、研磨等の加工を行う。このとき、加工された結晶透過部材に、その結晶軸方位がわかるように所定マーク等を設ける。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計データ中の面形状、面間隔を目標として各レンズの表面を研磨加工して、所定形状のレンズ面を有する屈折部材を製造する。このとき、各レンズの面形状の誤差を干渉計で計測しながら研磨を繰り返し、各レンズの面形状を目標面形状（ベストフィット球面形状）に近づける。
【００７８】
このとき、必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａで得られた最適化データに基づいて、所要の光学面を光軸に関して回転非対称な非球面状に形成する。さらに、必要に応じて、第３最適化工程Ｓ５ｂで得られた最適化データに基づいて、所要の特性を有する位相差薄膜ＲＥを所要の光学面上に形成する。こうして所望の形状に加工された結晶透過部材を投影光学系ＰＬの鏡筒内に組み込む際に、各結晶透過部材の光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するとともに、各結晶透過部材の所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置が最適化工程Ｓ５で得られた最適化データと一致するように、各結晶透過部材を位置決めする。
【００７９】
最後に、確認検査工程Ｓ７では、光学系組込工程Ｓ６を経て組み立てられた投影光学系ＰＬの光学状態を検査する。具体的には、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を測定し、測定した波面収差の差および平均がともに十分に小さいことを確認する。確認検査工程Ｓ７の結果、波面収差の差および平均がともに十分に小さいことを確認した場合、本実施形態の製造工程は終了する。一方、確認検査工程Ｓ７の結果、波面収差の差および平均のうち少なくとも一方が十分に小さくないことを確認した場合、たとえば光学シミュレーション工程Ｓ４に戻って、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）および光学系組込工程Ｓ６を繰り返すことになる。
【００８０】
なお、投影光学系ＰＬの波面収差の測定に際しては、たとえば米国特許第５，８９８，５０１号（特開平１０−３８７５７号および特開平１０−３８７５８号に対応）に開示されたフィゾー型干渉計を用いることができる。また、特開２０００−９７６１７号に開示されたＰＤＩ（ポイントデフラクション干渉計）や、特開平１０−２８４３６８号および米国特許第４，３０９，６０２号荷開示された位相回復法や、ＷＯ９９／６０３６１号、ＷＯ００／５５８９０号、および特願２０００−２５８０８５号に開示されたＳ／Ｈ（シャック・ハルトマン）法や、米国特許第５，８２８，４５５号及び米国特許第５，９７８，０８５号に開示されたＬｉｔｅｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社の手法などを用いることもできる。
【００８１】
さらに、特開２０００−１４６７５７号に開示されたハーフトーン位相シフトマスクを用いる手法や、特開平１０−１７０３９９号、 Ｊｅｎａ Ｒｅｖｉｅｗ １９９１／１， ｐｐ８−１２ ”Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｌｅｎｓｅｓ” Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｆｒｅｉｔａｇ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ． ３１， Ｎｏ．１３， Ｍａｙ １， １９９２， ｐｐ２２８４‐２２９０． ”Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｌｅｎｓｅｓ”， ＷｏｌｆｇａｎｇＦｒｅｉｔａｇ ｅｔ ａｌ．、および特開２００２−２２６０９号に開示されているように、瞳内の一部を通過する光束を用いる手法などを用いることもできる。
【００８２】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００８４】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００８５】
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１１において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００８６】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００８７】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置に搭載される照明光学系や、他の一般的な光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、Ｆ２ レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。
【００８９】
また、上述の実施形態では、マスクおよび基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、マスクと基板とを静止させた状態でマスクのパターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法では、結晶透過部材の応力複屈折分布を計測し、計測した応力複屈折分布に基づいて２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化するので、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系を実現することができる。
【００９１】
したがって、本発明の製造方法で製造された光学系、すなわち固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いた露光装置および露光方法では、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。また、本発明の製造方法で製造された光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な光学系を介した高精度な投影露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第１フローチャートである。
【図３】本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第２フローチャートである。
【図４】結晶軸方位計測工程Ｓ１の詳細を示すフローチャートである。
【図５】ラウエカメラを概略的に示す図である。
【図６】複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。
【図７】蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
【図８】表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角特性を示す図である。
【図９】表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの位相差の入射角特性を示す図である。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＬＳ 光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
Ｌａ，Ｌｂ 一対の蛍石レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の製造方法、投影光学系、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像力の高い投影光学系が要求されてきている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化するとともに、ＮＡ（投影光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学材料の種類が限られてくる。
【０００３】
たとえば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光、特にＦ２レーザー光（波長１５７ｎｍ）を露光光として用いる場合、投影光学系を構成する光透過性光学材料としては、フッ化カルシウム（蛍石：ＣａＦ２）やフッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物結晶を多用せざるを得ない。実際には、露光光としてＦ２レーザー光を用いる露光装置では、基本的に蛍石だけで投影光学系を形成する設計が想定されている。蛍石は、立方晶系（等軸晶系）に属する結晶材料であり、光学的には等方的で、複屈折が実質的にないと思われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、このように波長の短い紫外線に対しては、蛍石においても、固有複屈折が存在することが報告されている。具体的には、蛍石の固有複屈折は、結晶軸［１１１］方向およびこれと等価な結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向、並びに結晶軸［１００］方向およびこれと等価な結晶軸［０１０］，［００１］方向ではほぼ零であるが、その他の方向では実質的に零でない値を有する。
【０００５】
特に、結晶軸［１１０］，［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］の６方向では、波長１５７ｎｍの光に対して最大で１１．２ｎｍ／ｃｍ、波長１９３ｎｍの光に対して最大で３．４ｎｍ／ｃｍの複屈折の値を有する。電子デバイスの製造に用いられる投影光学系のような超高精度の光学系においては、レンズ材料の複屈折に伴って生じる収差は致命的であり、固有複屈折の影響を実質的に回避したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠である。
【０００６】
また、最近、本願の発明者は、波長の短い紫外線に対して、蛍石には内部応力や内部歪に起因するランダムな複屈折（以下、単に「応力複屈折」という）が無視し得ない程度に存在する可能性があること、したがって固有複屈折の影響だけでなく応力複屈折の影響も考慮したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠であることを見出した。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような結晶材料を用いても、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造方法において、
前記結晶透過部材の応力複屈折分布を計測する分布計測工程と、
前記応力複屈折分布に基づいて少なくとも２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、前記結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および前記結晶透過部材における所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する最適化工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。
【００１０】
第１形態の好ましい態様によれば、前記分布計測工程では、前記結晶透過部材の応力複屈折分布を三次元的に計測する。また、前記分布計測工程は、前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測する方位計測工程を含むことが好ましい。この場合、前記方位計測工程では、０．２５度以下の精度で前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測することが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記分布計測工程では、前記方位計測工程で得られた各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により前記応力複屈折分布を計測する。この場合、前記多点偏光計測に用いる計測光の波長と前記光学系の使用光の波長との差の絶対値は、前記光学系の使用光の波長の２５％以下であることが好ましい。
【００１２】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程は、前記分布計測工程で得られた前記応力複屈折分布を所定の関数で近似する近似工程を含む。この場合、前記近似工程では、前記結晶透過部材の光軸に直交する面内における応力複屈折分布をツェルニケ多項式で近似することが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差を指標として、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する。この場合、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００１４】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面を前記光軸に関して回転非対称な非球面状に最適化する。この場合、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を最適化することが好ましい。
【００１５】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面に形成されて前記少なくとも２つの異なる偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜の特性を最適化する。また、前記最適化工程で得られた前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置に基づいて、前記結晶透過部材を前記光学系に組み込む組込工程をさらに含むことが好ましい。この場合、前記組込工程を経て組み立てられた前記光学系の光学状態を検査する検査工程をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系であって、第１形態の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１７】
本発明の第３形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、第１形態の製造方法を用いて製造された光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
本発明の第４形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第１形態の製造方法を用いて製造された光学系を介して前記感光性基板上に前記パターンを形成することを特徴とする露光方法を提供する。なお、本願明細書中において、「結晶軸と等価な結晶軸」とは、ある結晶軸に対して、当該結晶軸の指数の順序を入れ替えた結晶軸と、さらにそれらの各指数の少なくとも一部についての符号を反転した結晶軸であり、例えばある結晶軸が［ａｂｃ］結晶軸である場合は、［ａｃｂ］、［ｂａｃ］、［ｂｃａ］、［ｃａｂ］、［ｃｂａ］、［−ａｂｃ］、［−ａｃｂ］、［−ｂａｃ］、［−ｂｃａ］、［−ｃａｂ］、［−ｃｂａ］、［ａ−ｂｃ］、［ａ−ｃｂ］、［ｂ−ａｃ］、［ｂ−ｃａ］、［ｃ−ａｂ］、［ｃ−ｂａ］、［ａｂ−ｃ］、［ａｃ−ｂ］、［ｂａ−ｃ］、［ｂｃ−ａ］、［ｃａ−ｂ］、［ｃｂ−ａ］、［−ａ−ｂｃ］、［−ａ−ｃｂ］、［−ｂ−ａｃ］［−ｂ−ｃａ］、［−ｃ−ａｂ］、［−ｃ−ｂａ］、［ａ−ｂ−ｃ］、［ａ−ｃ−ｂ］、［ｂ−ａ−ｃ］、［ｂ−ｃ−ａ］、［ｃ−ａ−ｂ］、［ｃ−ｂ−ａ］、［−ａ−ｂ−ｃ］、［−ａ−ｃ−ｂ］、［−ｂ−ａ−ｃ］、［−ｂ−ｃ−ａ］、［−ｃ−ａ−ｂ］、［−ｃ−ｂ−ａ］が等価な結晶軸である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明では、たとえば蛍石のように固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造に際して、結晶透過部材の応力複屈折分布を計測し、計測した応力複屈折分布に基づいて２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００２０】
具体的には、結晶透過部材の各結晶軸方位を計測し、計測した各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により、たとえば三次元的な応力複屈折分布を計測する。そして、たとえば偏光面の互いに直交する２つの直線偏光成分に対する波面収差を指標として、波面収差の差が小さくなるように光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。また、必要に応じて、波面収差の平均が小さくなるように結晶透過部材の光学面に非球面を導入する。
【００２１】
こうして、本発明では、たとえば蛍石のような結晶材料を用いても、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系（投影光学系など）を製造することができる。したがって、本発明では、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いた露光装置および露光方法において、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。
【００２２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。本実施形態にかかる露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＦ２レーザー光源（発振中心波長１５７ｎｍ）を備えている。
【００２３】
光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源ＬＳと照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源ＬＳから照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２４】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００２５】
レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。投影光学系ＰＬは、蛍石で形成された一対のレンズ、すなわち蛍石レンズＬａおよびＬｂを含む多数のレンズを備えている。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。
【００２６】
ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。また、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００２７】
さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このように、光源ＬＳからウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
【００２８】
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００２９】
図２は、本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第１フローチャートである。また、図３は、本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第２フローチャートである。本実施形態の製造方法は、図２および図３に示すように、結晶軸方位計測工程Ｓ１と、応力複屈折分布計測工程Ｓ２と、応力複屈折分布近似工程Ｓ３と、光学シミュレーション工程Ｓ４と、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）と、光学系組込工程Ｓ６と、確認検査工程Ｓ７とを有する。以下、各工程Ｓ１〜Ｓについて順次説明する。
【００３０】
結晶軸方位計測工程Ｓ１では、投影光学系ＰＬが使用される波長（本実施形態では露光光であるＦ２レーザ光）に対して光透過性を有する等軸晶系（結晶軸の単位長さが互いに等しく、それぞれの結晶軸の交点における各結晶軸がなす角度が全て９０度である晶系）の結晶材料（本実施形態では蛍石）を準備し、準備した結晶材料の各結晶軸方位を計測する。なお、等軸晶系の結晶材料として、蛍石以外に、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ２）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）などが挙げられる。結晶材料の各結晶軸方位の計測に際して、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）測定を行い結晶軸の方位を直接的に測定する手法か、結晶材料の複屈折を測定し、既知の結晶軸方位と複屈折量との関係に基づいて、測定された複屈折から結晶軸方位を定める手法を適用することができる。
【００３１】
図４は、結晶軸方位計測工程Ｓ１の詳細を示すフローチャートである。図４を参照すると、ステップＳ１１では、結晶材料としての蛍石のための粉末原料を脱酸素化反応させる前処理を行う。紫外域または真空紫外域で使用される蛍石単結晶をブリッジマン法により育成する場合には、人工合成の高純度原料を使用することが一般的である。さらに、原料のみを融解して結晶化すると白濁して失透する傾向を示すため、スカベンジャーを添加して加熱することにより、白濁を防止する処置を施している。蛍石単結晶の前処理や育成において使用される代表的なスカベンジャーとしては、フッ化鉛（ＰｂＦ２）が挙げられる。
【００３２】
なお、原料中に含有される不純物と化学反応し、これを取り除く作用をする添加物質のことを一般にスカベンジャーという。本実施形態における前処理では、まず、高純度な粉未原料にスカベンジャーを添加して良く混合させる。その後、スカベンジヤーの融点以上で、蛍石の融点未満の温度まで加熱昇温させることにより脱酸素化反応を進める。その後、そのまま室温まで降温して焼結体としても良いし、或いはさらに温度を上昇させて一旦原料を融解させた後、室温まで降温して多結晶体としても良い。以上のようにして脱酸素化がなされた焼結体や多結晶体を前処理品という。
【００３３】
次に、ステップＳ１２では、この前処理品を用いてさらに結晶成長させることにより単結晶インゴットを得る。結晶成長の方法は、融液の固化、溶液からの析出、気体からの析出、固体粒子の成長に大別できることが広く知られているが、本実施形態においては垂直ブリッジマン法により結晶成長させる。まず、前処理品を容器に収納し、垂直ブリッジマン装置（結晶成長炉）の所定位置に設置する。その後、容器内に収納された前処理品を加熱して融解させる。前処理品の融点に到達した後は、所定時間を経過させた後に結晶化を開始する。融液のすべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出す。
【００３４】
ステップＳ１３では、インゴットを切断して、最終的に形成すべき結晶透過部材（本実施形態では蛍石レンズＬａ，Ｌｂなどの光学部材）の大きさおよび形状に応じたサイズを有するディスク材を得る。ここで、最終的に形成すべき結晶透過部材がレンズである場合には、ディスク材の形伏を薄い円柱形状とすることが好ましく、円柱形伏のディスク材の口径および厚さは、レンズの有効径（外径）および光軸方向の厚さに合わせて定められることが望ましい。ステップＳ１４では、蛍石単結晶インゴットより切り出されたディスク材に対してアニール処理を行う。これらのステップＳ１１〜Ｓ１４を実行することにより、蛍石単結晶からなる結晶材料が得られる。
【００３５】
最後に、ステップＳ１５では、準備した結晶材料すなわち加工前の結晶透過部材の各結晶軸方位を計測する。このとき、上述したように、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法と、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法とが考えられる。まず、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法について説明する。第１の測定手法では、Ｘ線結晶解析の手法を用いて、結晶材料の結晶構造を、ひいては結晶軸を直接的に測定する。このような測定手法としては、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）法が知られている。
【００３６】
以下、第１の測定手法としてラウエ法を適用した場合について図５を参照して簡単に説明する。図５は、ラウエカメラを概略的に示す図である。図５に示すように、ラウエ法による結晶軸測定を実現するためのラウエカメラは、Ｘ線源１００と、このＸ線源１００からのＸ線１０１を試料としての結晶材料（本実施形態では蛍石）１０３へ導くためのコリメータ１０２と、結晶材料１０３から回折される回折Ｘ線１０４により露光されるＸ線感光部材１０５とを備えている。なお、図５では不図示であるが、Ｘ線感光部材１０５を貫通しているコリメータ１０２の内部には、対向する一対のスリットが設けられている。
【００３７】
第１の測定手法においては、まず、準備した結晶材料１０３にＸ線１０１を照射して、この結晶材料１０３から回折Ｘ線１０４を発生させる。そして、この回折Ｘ線１０４で、結晶材料１０３のＸ線入射側に配置されたＸ線フィルムやイメージングプレート等のＸ線感光部材１０５を露光し、このＸ線感光部材１０５上に結晶構造に対応した模様の可視像（回折像）を形成する。この回折像（ラウエ図形）は、結晶材料が単結晶のときには斑点状となり、この斑点はラウエ斑点と呼ばれる。本実施形態で用いている結晶材料は蛍石でありその結晶構造は既知であるため、このラウエ斑点を解析することにより、結晶軸方位が明らかになる。
【００３８】
なお、結晶軸を直接測定する第１の測定手法としては、ラウエ法に限定されることなく、結晶を回転又は振動させながらＸ線を照射する回転法又は振動法、ワイセンベルグ法、ブリセッション法などのような他のＸ線結晶解析の手法や、結晶材料の劈開性を利用した方法、結晶材料の塑性変形を与えることにより結晶材料表面に現れる特有の形状を持つ圧像（或いは打像）を観察する方法等の機械的な手法などを用いても良い。
【００３９】
次に、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法について簡単に説明する。第２の測定手法では、まず結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、上述の第１の測定手法を用いて結晶材料のサンプルの結晶軸方位を測定する。そして、結晶材料サンプルの複数の結晶軸毎に複屈折の測定を行う。
【００４０】
図６は、複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。図６において、光源１１０からの光は、偏光子１１１により水平方向（Ｘ方向）からπ／４だけ傾いた振動面を有する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は、光弾性変調器１１２により位相変調を受けて、結晶材料サンプル１１３に照射される。すなわち、位相の変化する直線偏光が結晶材料サンプル１１３に入射する。結晶材料サンプル１１３を透過した光は検光子１１４に導かれ、水平方向（Ｘ方向）に振動面を有する偏光のみが検光子１１４を透過して光検出器１１５で検出される。
【００４１】
光弾性変調器１１２により発生する所定の位相遅れのときに、どれだけの光量が光検出器１１５で検出されるのかを、位相遅れの量を変えなから測定することにより、遅相軸の方向とその屈折率、および進相軸における屈折率を求めることができる。なお、試料に複屈折が存在する場含、屈折率の差により、当該試料を通過する振動面（偏光面）が直交した２つの直線偏光の光の位相が変化する。すなわち、一方の偏光に対して他方の偏光の位相が進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅相軸と呼ぶ。
【００４２】
ここで、図７を参照して、蛍石の結晶軸方位について簡単に説明する。図７を参照すると、蛍石の結晶軸は、等方晶系のＸＹＺ座標系に基づいて規定される。すなわち、＋Ｘ軸に沿って結晶軸［１００］が、＋Ｙ軸に沿って結晶軸［０１０］が、＋Ｚ軸に沿って結晶軸［００１］がそれぞれ規定される。また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［１０１］が、ＸＹ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１０］が、ＹＺ平面において結晶軸［０１０］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］がそれぞれ規定される。さらに、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸に対して等しい鋭角をなす方向に結晶軸［１１１］が規定される。
【００４３】
なお、図７では、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸で規定される空間における結晶軸のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。蛍石では、図７中実線で示す結晶軸［１１１］方向、およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向では、複屈折がほぼ零（最小）である。同様に、図７中実線で示す結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］方向においても、複屈折がほぼ零（最小）である。一方、図７中破線で示す結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］，およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１０］，［−１０１］，［０１−１］方向では、複屈折が最大である。
【００４４】
本実施形態では、上記第１の測定手法により結晶軸方位が既知となった結晶材料サンプルの結晶軸毎の複屈折測定を行い、結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、測定する結晶材料の結晶軸として、［１００］，［１１０］および［１１１］という代表的な結晶軸の他に、［１１２］，［２１０］および［２１１］などの結晶軸を用いても良い。なお、結晶軸［０１０］，［００１］は上記結晶軸［１００］と等価な結晶軸であり、結晶軸［０１１］，［１０１］は上記結晶軸［１１０］と等価な結晶軸である。また、測定された結晶軸の中間の結晶軸に関しては、所定の補間演算式を用いて補間しても良い。
【００４５】
以上のように、第２の測定手法を適用する場合、図６に示す複屈折測定機を用いて、準備した結晶材料の複屈折の測定を行う。そして、結晶軸方位と複屈折との対応関係が予め求められているため、この対応関係を用いて、測定された複屈折から結晶軸方位を算出する。このように、第２の測定手法によれば、直接的に結晶軸方位を測定しなくとも結晶材料の結晶軸方位を求めることかできる。なお、結晶軸方位計測工程Ｓ１では、たとえば０．２５度以下の精度で各結晶軸方位を計測することが好ましい。
【００４６】
次に、応力複屈折分布計測工程Ｓ２では、結晶軸方位計測工程Ｓ１で得られた各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により、ディスク状の形態を有する加工前の結晶透過部材の応力複屈折分布を三次元的に計測する。具体的には、図６に示す複屈折測定機において、加工前の結晶透過部材に対応する結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１１１］と複屈折測定機の光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３上の所定の点に直線偏光を垂直入射および斜入射させることにより、結晶材料サンプル１１３上の所定の点における光軸に沿った複屈折分布を計測する。
【００４７】
そして、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより、結晶材料サンプル１１３上の多数の点における光軸に沿った複屈折分布、すなわち光軸に直交する面内および光軸方向における三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１１１］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布は固有複屈折を含まないので、結晶軸［１１１］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を直接的に計測することができる。
【００４８】
同様に、結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１００］と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１００］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布も固有複屈折を含まないので、結晶軸［１００］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を直接的に計測することができる。
【００４９】
また、結晶材料サンプル１１３の結晶軸［１１０］と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な複屈折分布を計測する。こうして結晶軸［１１０］と光軸とを一致させた状態で計測された複屈折分布は固有複屈折を含んでいるので、計測した複屈折分布から既知量である固有複屈折分布を差し引くことにより、結晶軸［１１０］と光軸とを一致させたときに結晶透過部材に発生する三次元的な応力複屈折分布を間接的に計測することができる。
【００５０】
さらに、必要に応じて、結晶材料サンプル１１３の他の結晶軸と光軸とを一致させた状態で、結晶材料サンプル１１３に直線偏光を垂直入射および斜入射させる点を二次元的に変化させながら複屈折の測定を繰り返すことにより三次元的な応力複屈折分布を計測することもできる。なお、応力複屈折分布計測工程Ｓ２において、上述の多点偏光計測に用いる計測光（光源１１０から供給される光）の波長と投影光学系ＰＬの使用光（本実施形態ではＦ２レーザ光）の波長との差の絶対値は、投影光学系ＰＬの使用光の波長の２５％以下であることが好ましい。
【００５１】
次に、応力複屈折分布近似工程Ｓ３では、応力複屈折分布計測工程Ｓ２で得られた三次元的な応力複屈折分布を所定の関数で近似して、いわゆる応力複屈折データを得る。具体的には、結晶透過部材の光軸に直交する面内における応力複屈折分布をツェルニケ多項式で近似（フィッティング）する。以下、ツェルニケ多項式について基本的な事項を簡単に説明する。ツェルニケ多項式の表現では、座標系として極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてツェルニケの円筒関数を用いる。すなわち、応力複屈折分布Ｆ（ρ，θ）は、ツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ａ）に示すように展開される。
【００５２】
【数１】
ここで、Ｃｉは、ツェルニケ多項式の各項の係数である。以下、ツェルニケ多項式の各項の関数系Ｚｉ（ρ，θ）のうち、第１項〜第３６項にかかる関数Ｚ１〜Ｚ３６を、次の表（１）に示す。
【００５４】
【表１】
Ｚ１： １
Ｚ２： ρｃｏｓθ
Ｚ３： ρｓｉｎθ
Ｚ４： ２ρ２−１
Ｚ５： ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ６： ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ７： （３ρ２−２）ρｃｏｓθ
Ｚ８： （３ρ２−２）ρｓｉｎθ
Ｚ９： ６ρ４−６ρ２＋１
Ｚ１０： ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ１１： ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ１２： （４ρ２−３）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ１３： （４ρ２−３）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ１４： （１０ρ４−１２ρ２＋３）ρｃｏｓθ
Ｚ１５： （１０ρ４−１２ρ２＋３）ρｓｉｎθ
Ｚ１６： ２０ρ６−３０ρ４＋１２ρ２−１
Ｚ１７： ρ４ｃｏｓ４θ
Ｚ１８： ρ４ｓｉｎ４θ
Ｚ１９： （５ρ２−４）ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ２０： （５ρ２−４）ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ２１： （１５ρ４−２０ρ２＋６）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ２２： （１５ρ４−２０ρ２＋６）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ２３： （３５ρ６−６０ρ４＋３０ρ２−４）ρｃｏｓθ
Ｚ２４： （３５ρ６−６０ρ４＋３０ρ２−４）ρｓｉｎθ
Ｚ２５： ７０ρ８−１４０ρ６＋９０ρ４−２０ρ２＋１
Ｚ２６： ρ５ｃｏｓ５θ
Ｚ２７： ρ５ｓｉｎ５θ
Ｚ２８： （６ρ２−５）ρ４ｃｏｓ４θ
Ｚ２９： （６ρ２−５）ρ４ｓｉｎ４θ
Ｚ３０： （２１ρ４−３０ρ２＋１０）ρ３ｃｏｓ３θ
Ｚ３１： （２１ρ４−３０ρ２＋１０）ρ３ｓｉｎ３θ
Ｚ３２： （５６ρ６−１０４ρ４＋６０ρ２−１０）ρ２ｃｏｓ２θ
Ｚ３３： （５６ρ６−１０４ρ４＋６０ρ２−１０）ρ２ｓｉｎ２θ
Ｚ３４： （１２６ρ８−２８０ρ６＋２１０ρ４−６０ρ２＋５）ρｃｏｓθ
Ｚ３５： （１２６ρ８−２８０ρ６＋２１０ρ４−６０ρ２＋５）ρｓｉｎθ
Ｚ３６： ２５２ρ１０−６３０ρ８＋５６０ρ６−２１０ρ４＋３０ρ２−１
【００５５】
一方、結晶透過部材の光軸方向における応力複屈折分布を、いわゆる冪級数ΣＡｉＢｉ（Σはｉ＝０〜ｎまでの総和を表わす）で近似（フィッティング）する。こうして、応力複屈折分布近似工程Ｓ３では、応力複屈折分布計測工程Ｓ２で得られた結晶軸毎の三次元的な応力複屈折分布を関数近似して、応力複屈折データを得ることができる。なお、応力複屈折分布の近似に用いられる関数として、上述のツェルニケ多項式および冪級数以外の他の適当な関数を用いることもできる。
【００５６】
次に、光学シミュレーション工程Ｓ４では、応力複屈折分布近似工程Ｓ３で得られた応力複屈折データに基づいて、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。具体的には、応力複屈折分布近似工程Ｓ３で得られた応力複屈折データと、既知量としての固有複屈折データと、投影光学系ＰＬの光学データとに基づいて、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【００５７】
このとき、複数の直線偏光成分の光線を用いて投影光学系ＰＬの光線追跡を行い、様々な直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。なお、投影光学系ＰＬの光学データとして、固有複屈折の影響を受けにくい様々なレンズ構成が想定される。以下、固有複屈折の影響を受けにくいレンズ構成を実現する手法について簡単に説明する。
【００５８】
第１手法では、一対の蛍石レンズ（一般には蛍石で形成された透過部材であって平行平面板を含む）の光軸と結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
【００５９】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６０】
第２手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［０１０］，［００１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
【００６１】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。そして、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６２】
第３手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約９０度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸とは、たとえば結晶軸［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］である。また、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［００１］、［−１１１］、［−１１０］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。
【００６３】
具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］との光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。そして、光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心としてほぼ９０度＋（ｎ×１８０度）だけ相対的に回転させること、すなわち９０度、２７０度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００６４】
結晶材料に応力複屈折が全く存在しない場合、個々の結晶材料の特性に依存することなく第１手法〜第３手法を適宜採用してレンズ構成を決定すればよく、一対の蛍石レンズにおける所定の結晶軸間の相対的な回転角度だけが重要であって、各蛍石レンズにおける所定の結晶軸の光軸廻りの絶対的な回転角度位置は重要ではない。しかしながら、実際には、各結晶材料には応力複屈折がランダムに存在するので、それぞれの結晶材料について光軸と一致すべき結晶軸を決定すること、すなわちそれぞれの結晶材料に対して第１手法〜第３手法のうちいずれの手法を適用すべきかを決定することが重要になる。
【００６５】
また、第１手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［−１１１］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。同様に、第２手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［０１０］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。同様に、第３手法を適用した一対の蛍石レンズでは、たとえば各蛍石レンズの所定結晶軸［００１］の光軸廻りの絶対的な回転角度位置をそれぞれ最適化することが重要である。
【００６６】
次に、最適化工程Ｓ５では、光学シミュレーション工程Ｓ４で得られた波面収差を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。具体的には、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対する投影光学系の波面収差の差が小さくなるように、光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化する。
【００６７】
すなわち、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなるように、多数の結晶材料のうちどの結晶材料を採用し、採用した各結晶材料において光軸とどの結晶軸とを一致させるか（第１手法〜第３手法のうちどの手法を適用すべきか）を決定し、各蛍石レンズの所定結晶軸（たとえば［−１１１］，［０１０］，［００１］など）の光軸廻りの絶対的な回転角度位置を決定する。
【００６８】
図３に示すように、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さく且つ波面収差の平均も十分に小さい場合、最適化工程Ｓ５から後述の光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。また、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差は十分に小さいが波面収差の平均が十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第２最適化工程Ｓ５ａを介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。
【００６９】
さらに、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の平均は十分に小さいが波面収差の差が十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第３最適化工程Ｓ５ｂを介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。また、最適化工程Ｓ５の結果、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなく且つ波面収差の平均も十分に小さくない場合、最適化工程Ｓ５から第２最適化工程Ｓ５ａおよび第３最適化工程Ｓ５ｂを順次介して光学系組込工程Ｓ６へ直接移行する。
【００７０】
第２最適化工程Ｓ５ａでは、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の平均が十分に小さくなるように、結晶透過部材の光学面を光軸に関して回転非対称な非球面状に最適化する。具体的には、投影光学系ＰＬを構成する蛍石レンズの光学面のうちの１つまたは複数の光学面に対して選択的に非球面を導入し、各非球面の形状を最適化することにより波面収差の平均を小さく抑える。なお、波面収差のうち低次収差成分については、結晶透過部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を最適化することにより、すなわちレンズ間隔を変化させたり、レンズを光軸に対して偏心（シフト）させたり、レンズを光軸に対して傾斜（チルト）させたりすることにより、補正することもできる。
【００７１】
第３最適化工程Ｓ５ｂでは、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差の差が十分に小さくなるように、結晶透過部材の光学面に形成されて２つの偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜の特性を最適化する。具体的には、投影光学系ＰＬを構成する蛍石レンズの光学面のうちの１つまたは複数の光学面に対して選択的に位相差薄膜を導入し、各位相差薄膜の特性を最適化することにより波面収差の差を小さく抑える。以下、位相差薄膜の構成および作用について簡単に説明する。
【００７２】
次の表（２）に、２つの直線偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜ＲＥの構成例を示す。なお、表（２）において、λは露光光の中心波長を表している。そして、層番号は、薄膜が設けられる基材側からの層の順序を表し、Ｄは各層の厚み（ｎｍ）を、ｎは各層の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００７３】
【表２】
図８は、表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角特性を示す図である。また、図９は、表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの位相差の入射角特性を示す図である。なお、図８において、縦軸に透過率をとり、横軸に位相差薄膜ＲＥに対する入射角（垂直入射のとき０）をとっている。そして、図８の破線はＰ偏光成分（振動方向が入射面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の径方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示し、実線はＳ偏光成分（振動方向が入射面と直交する面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の周方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示している。また、図９においては、縦軸に位相差薄膜ＲＥを透過した後のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差（°）をとり、横軸に入射角（垂直入射のとき０）をとっている。
【００７５】
図８から明らかなように、位相差薄膜ＲＥは、開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角範囲（すなわちｓｉｎ−１（０．８５）までの入射角範囲）において９８％以上の透過率を確保しており、実用上において十分に使用に耐えられる水準を示している。そして、図９から明らかなように、位相差薄膜ＲＥは開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角においてＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差が８度近くあり、ここにおいてＰ偏光成分の位相がＳ偏光成分に対してより進んでいる。すなわち、この位相差薄膜ＲＥを透過する光は、入射角が大きくなるにつれてＰ偏光成分の光の位相がＳ偏光成分の光の位相に対してより進むようになり、Ｐ偏光成分の光とＳ偏光成分の光との間に位相差を付与する機能を有する。
【００７６】
次に、光学系組込工程Ｓ６では、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）で得られた最適化データに基づいて、結晶透過部材を含むすべての光学部材を形成し、形成した光学部材を投影光学系ＰＬに鏡筒内に組み込む。特に、最適化工程Ｓ５で得られた最適化データ、すなわち光軸と一致すべき結晶軸および所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置に関する最適化データに基づいて、各結晶透過部材を投影光学系ＰＬの鏡筒内において位置決めする。
【００７７】
具体的には、結晶軸方位計測工程Ｓ１に際して準備した結晶材料（典型的にはディスク材）に対して、研削、研磨等の加工を行う。このとき、加工された結晶透過部材に、その結晶軸方位がわかるように所定マーク等を設ける。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計データ中の面形状、面間隔を目標として各レンズの表面を研磨加工して、所定形状のレンズ面を有する屈折部材を製造する。このとき、各レンズの面形状の誤差を干渉計で計測しながら研磨を繰り返し、各レンズの面形状を目標面形状（ベストフィット球面形状）に近づける。
【００７８】
このとき、必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａで得られた最適化データに基づいて、所要の光学面を光軸に関して回転非対称な非球面状に形成する。さらに、必要に応じて、第３最適化工程Ｓ５ｂで得られた最適化データに基づいて、所要の特性を有する位相差薄膜ＲＥを所要の光学面上に形成する。こうして所望の形状に加工された結晶透過部材を投影光学系ＰＬの鏡筒内に組み込む際に、各結晶透過部材の光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するとともに、各結晶透過部材の所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置が最適化工程Ｓ５で得られた最適化データと一致するように、各結晶透過部材を位置決めする。
【００７９】
最後に、確認検査工程Ｓ７では、光学系組込工程Ｓ６を経て組み立てられた投影光学系ＰＬの光学状態を検査する。具体的には、２つの直線偏光成分に対する投影光学系ＰＬの波面収差を測定し、測定した波面収差の差および平均がともに十分に小さいことを確認する。確認検査工程Ｓ７の結果、波面収差の差および平均がともに十分に小さいことを確認した場合、本実施形態の製造工程は終了する。一方、確認検査工程Ｓ７の結果、波面収差の差および平均のうち少なくとも一方が十分に小さくないことを確認した場合、たとえば光学シミュレーション工程Ｓ４に戻って、最適化工程Ｓ５（必要に応じて、第２最適化工程Ｓ５ａや第３最適化工程Ｓ５ｂを含む）および光学系組込工程Ｓ６を繰り返すことになる。
【００８０】
なお、投影光学系ＰＬの波面収差の測定に際しては、たとえば米国特許第５，８９８，５０１号（特開平１０−３８７５７号および特開平１０−３８７５８号に対応）に開示されたフィゾー型干渉計を用いることができる。また、特開２０００−９７６１７号に開示されたＰＤＩ（ポイントデフラクション干渉計）や、特開平１０−２８４３６８号および米国特許第４，３０９，６０２号荷開示された位相回復法や、ＷＯ９９／６０３６１号、ＷＯ００／５５８９０号、および特願２０００−２５８０８５号に開示されたＳ／Ｈ（シャック・ハルトマン）法や、米国特許第５，８２８，４５５号及び米国特許第５，９７８，０８５号に開示されたＬｉｔｅｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社の手法などを用いることもできる。
【００８１】
さらに、特開２０００−１４６７５７号に開示されたハーフトーン位相シフトマスクを用いる手法や、特開平１０−１７０３９９号、 Ｊｅｎａ Ｒｅｖｉｅｗ １９９１／１， ｐｐ８−１２ ”Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｌｅｎｓｅｓ” Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｆｒｅｉｔａｇ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ． ３１， Ｎｏ．１３， Ｍａｙ １， １９９２， ｐｐ２２８４‐２２９０． ”Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｌｅｎｓｅｓ”， ＷｏｌｆｇａｎｇＦｒｅｉｔａｇ ｅｔ ａｌ．、および特開２００２−２２６０９号に開示されているように、瞳内の一部を通過する光束を用いる手法などを用いることもできる。
【００８２】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００８４】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００８５】
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１１において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００８６】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００８７】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置に搭載される照明光学系や、他の一般的な光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、Ｆ２ レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。
【００８９】
また、上述の実施形態では、マスクおよび基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、マスクと基板とを静止させた状態でマスクのパターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法では、結晶透過部材の応力複屈折分布を計測し、計測した応力複屈折分布に基づいて２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および結晶透過部材における所定結晶軸の光軸廻りの回転角度位置を最適化するので、固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系を実現することができる。
【００９１】
したがって、本発明の製造方法で製造された光学系、すなわち固有複屈折および応力複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を用いた露光装置および露光方法では、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。また、本発明の製造方法で製造された光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な光学系を介した高精度な投影露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第１フローチャートである。
【図３】本実施形態の露光装置に搭載された投影光学系の製造方法を概略的に示す第２フローチャートである。
【図４】結晶軸方位計測工程Ｓ１の詳細を示すフローチャートである。
【図５】ラウエカメラを概略的に示す図である。
【図６】複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。
【図７】蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
【図８】表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの透過率の入射角特性を示す図である。
【図９】表（２）に示す位相差薄膜ＲＥの位相差の入射角特性を示す図である。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＬＳ 光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
Ｌａ，Ｌｂ 一対の蛍石レンズ
Claims (18)
- 固有複屈折性を有する結晶材料で形成された結晶透過部材を備えた光学系の製造方法において、
前記結晶透過部材の応力複屈折分布を計測する分布計測工程と、
前記応力複屈折分布に基づいて少なくとも２つの異なる偏光成分に対して得られた光学状態を指標として、前記結晶透過部材の光軸と一致すべき結晶軸および前記結晶透過部材における所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化する最適化工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 前記分布計測工程では、前記結晶透過部材の応力複屈折分布を三次元的に計測することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
- 前記分布計測工程は、前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測する方位計測工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記方位計測工程では、０．２５度以下の精度で前記結晶透過部材の各結晶軸方位を計測することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
- 前記分布計測工程では、前記方位計測工程で得られた各結晶軸方位を参照した多点偏光計測により前記応力複屈折分布を計測することを特徴とする請求項３または４に記載の製造方法。
- 前記多点偏光計測に用いる計測光の波長と前記光学系の使用光の波長との差の絶対値は、前記光学系の使用光の波長の２５％以下であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
- 前記最適化工程は、前記分布計測工程で得られた前記応力複屈折分布を所定の関数で近似する近似工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記近似工程では、前記結晶透過部材の光軸に直交する面内における応力複屈折分布をツェルニケ多項式で近似することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
- 前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差を指標として、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置を最適化することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
- 前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面を前記光軸に関して回転非対称な非球面状に最適化することを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
- 前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の平均が小さくなるように、前記結晶透過部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を最適化することを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
- 前記最適化工程では、少なくとも２つの異なる偏光成分に対する波面収差の差が小さくなるように、前記結晶透過部材の光学面に形成されて前記少なくとも２つの異なる偏光成分に位相差を付与する位相差薄膜の特性を最適化することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記最適化工程で得られた前記光軸と一致すべき結晶軸および前記所定結晶軸の前記光軸廻りの回転角度位置に基づいて、前記結晶透過部材を前記光学系に組み込む組込工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記組込工程を経て組み立てられた前記光学系の光学状態を検査する検査工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
- 第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系であって、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする投影光学系。
- マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された光学系を備えていることを特徴とする露光装置。 - マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された光学系を介して前記感光性基板上に前記パターンを形成することを特徴とする露光方法。
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-
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