JP2004258179A - 投影光学系の製造方法、投影光学系、露光装置の製造方法、露光装置、露光方法、および光学系の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することのできる製造方法。
【解決手段】第１面（３）の像を第２面（７）上に投影する投影光学系（６）の製造方法。製品分割鏡筒内に光学部材を組み込む第１組込工程と、仮組分割鏡筒内に光学部材を組み込む第２組込工程と、製品分割鏡筒と仮組分割鏡筒とを用いて投影光学系を組み立てる組立工程と、組み立てられた投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、測定された投影光学系の収差を補正するために仮組分割鏡筒内に収納された光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、調整工程を経た仮組分割鏡筒から光学部材を取り出して、対応する製品分割鏡筒に組み込む置換工程とを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】第１面（３）の像を第２面（７）上に投影する投影光学系（６）の製造方法。製品分割鏡筒内に光学部材を組み込む第１組込工程と、仮組分割鏡筒内に光学部材を組み込む第２組込工程と、製品分割鏡筒と仮組分割鏡筒とを用いて投影光学系を組み立てる組立工程と、組み立てられた投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、測定された投影光学系の収差を補正するために仮組分割鏡筒内に収納された光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、調整工程を経た仮組分割鏡筒から光学部材を取り出して、対応する製品分割鏡筒に組み込む置換工程とを含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系の製造方法、投影光学系、露光装置の製造方法、露光装置、露光方法、および光学系の製造方法に関する。本発明は、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に用いられる投影光学系の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの製造において、回路パターンを形成するリソグラフィー工程では紫外線を光源とする半導体露光装置が用いられている。この種の半導体露光装置にはマスク上のパターンをウェハ上のレジストに転写する投影光学系が組み込まれ、投影光学系には収差を極限まで低減することが求められている。ＬＳＩの集積度は３年で２倍の速度で増大しているが、露光装置（ひいては投影光学系）やレジストの解像力の向上により、ＬＳＩの高集積化の要請に合ったスピードで加工の微細化を実現している。
【０００３】
ところが、近年、露光装置やレジストの解像性能の向上速度がＬＳＩの微細化の速度よりも低いため、解像力の余裕がなくなりつつある。その結果、解像性能の限界に近い条件で、ＬＳＩのパターン形成がなされるようになっている。例えば、ｋ１ファクターと呼ばれるパラメータは１０年前には約０．８であったが、現在では約０．６であり、今後は約０．４を前提とした開発が進んでいる。このような状況においては、投影光学系の収差により回路パターンの線幅や形状がばらつき易い。したがって、回路の特性のばらつきを良好に抑え、ひいてはＬＳＩの品質を良好に保つには、投影光学系の収差を一定範囲に抑えることが必須となっている。
【０００４】
一般に、露光装置に搭載される投影光学系は２０枚以上のレンズ（レンズ要素）から構成され、投影光学系の収差は光学設計の段階では所定の値以下に抑えられている。しかしながら、実際に作られる個々のレンズは、製造誤差により設計値からずれた特性を有する。例えば、個々のレンズを形成する光学材料（レンズ材料）として屈折率が均一な合成石英を入手しようとしても、実際に入手可能な光学材料には屈折率の均一性について限界があり、光学材料の屈折率ムラ（屈折率分布）が最終的に投影光学系の収差を劣化させる要因の１つとなる。
【０００５】
また、レンズ表面の研磨工程では干渉計で面形状を随時計測しながら研磨を繰り返すが、投影光学系の工業生産を経済的に行うには、その収差にある程度影響を与えるような加工誤差を残さざるを得ない。すなわち、レンズの面形状の誤差も、投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。また、多数のレンズを用いて投影光学系を組み立てる際にも組立誤差が発生し、この組立誤差も投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。
【０００６】
さらに、多数のレンズを用いて組み立てられた投影光学系の収差を小さく抑えるように光学調整する調整工程では、レンズを光軸に沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸に対して垂直にシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする偏芯調整により、投影光学系を最小の収差状態にする。また、投影光学系の収差をさらに低減するために、レンズを光軸廻りに回転させる回転調整によりレンズの回転非対称な誤差の影響を低減することも合わせて行われる。しかしながら、間隔調整や偏芯調整や回転調整においても、その設定（レンズの移動量、シフト量、チルト量、回転角度など）に誤差が残り、この設定誤差も投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。
【０００７】
従来の投影光学系の製造方法では、１つまたは複数のレンズ（光学部材）を複数の分割鏡筒内にそれぞれ組み込み、これらの複数の分割鏡筒を用いて投影光学系を組み立てる。次いで、組み立てられた投影光学系を収差測定装置に設置して、投影光学系の残存収差を測定する。さらに、収差測定装置から取り外した投影光学系をレンズ調整装置に設置して、分割鏡筒単位でレンズ調整（間隔調整や偏芯調整や回転調整）を行うことにより投影光学系の残存収差を補正する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術では、投影光学系を収差測定装置に設置して残存収差を測定する収差測定工程と、収差測定装置から取り外した投影光学系をレンズ調整装置に設置して分割鏡筒単位でレンズ調整を行うレンズ調整工程とが、投影光学系の残存収差が所望の範囲に収まるまで、必要に応じて複数回繰り返される。この場合、収差測定装置から投影光学系を取り外してレンズ調整装置に設置する工程と、レンズ調整装置から投影光学系を取り外して投影光学系を収差測定装置に設置する工程との繰り返しに時間がかかり、投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができないという不都合があった。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を備えた露光装置を効率的に且つ迅速に製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を用いて、高解像度で良好な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。
【００１０】
【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、第１面の像を第２面上に投影する投影光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記投影光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記投影光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする投影光学系の製造方法を提供する。
【００１１】
第１形態の好ましい態様によれば、前記収差測定工程は、所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置して前記投影光学系の収差を補正し、前記調整工程は、前記所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置した状態で各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する。また、前記調整工程を経た前記投影光学系に残存する収差を補正するために少なくとも１つの光学部材の光学面を非球面形状に加工する非球面加工工程をさらに含むことが好ましい。この場合、前記少なくとも１つの光学部材は、球面状の光学面を有する球面レンズとして設計されていることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記非球面加工工程は、第１の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程と、第２の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程とを含み、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材の光学面の有効径に対する前記第１面上の所定の１点からの光束が前記第１の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比と、前記第２の光学部材の光学面の有効径に対する前記所定の１点からの光束が前記第２の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比とが実質的に異なるように選定されることが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内に単体で収納される光学部材を含む。あるいは、前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内において最も第１面側に配置される光学部材を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、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。
【００１５】
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露光する露光装置の製造方法において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための前記投影光学系を第１形態の製造方法を用いて製造する製造工程と、
製造された前記投影光学系を前記露光装置に組み込む組込工程とを含むことを特徴とする露光装置の製造方法を提供する。
【００１６】
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露光する露光装置において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための第１形態の製造方法を用いて製造された前記投影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。
【００１７】
本発明の第５形態では、マスクのパターンを感光性基板上に露光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前記投影光学系を介して、前記第１面に設定された前記マスクのパターンを前記第２面に設定された前記感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１８】
本発明の第６形態では、光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする光学系の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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製造方法で製造された投影光学系を備えた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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００２０】
図１に示す露光装置は、照明光（露光光）を供給するための光源１として、たとえばＫｒＦエキシマレーザー光源（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３ｎｍ）を備えている。光源１から射出された光は、照明光学系２を介して、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）３を照明する。マスク３は、マスクホルダ４を介して、マスクステージ５上においてＸＹ平面に平行に保持されている。また、マスクステージ５は、図示を省略した駆動系の作用により、マスク面（すなわちＸＹ平面）に沿って移動可能であり、その位置座標はマスク干渉計（不図示）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。
【００２１】
マスク３に形成されたパターンからの光は、投影光学系６を介して、感光性基板であるウェハ７上にマスクパターン像を形成する。ウェハ７は、ウェハテーブル（ウェハホルダ）８を介して、ウェハステージ９上においてＸＹ平面に平行に保持されている。また、ウェハステージ９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）に沿って移動可能であり、その位置座標はウェハ干渉計（不図示）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。こうして、投影光学系６の光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハ７を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハ７の各露光領域にはマスク３のパターンが逐次露光される。
【００２２】
図２は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法の基本工程を概略的に示すフローチャートである。図２を参照すると、本実施形態の製造方法は、投影光学系６を組み立てる組立工程Ｓ１と、組立工程Ｓ１で組み立てられた投影光学系６の収差を測定する収差測定工程Ｓ２と、収差測定工程Ｓ２で測定された投影光学系６の残存収差を補正するためのレンズ調整工程Ｓ３と、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６の残存収差を補正するために所定の光学面を非球面形状に加工する非球面加工工程Ｓ４と、非球面加工工程Ｓ４を経て投影光学系６を再び組み立てる再組立工程Ｓ５と、再組立工程Ｓ５で組み立てられた投影光学系６の収差を測定する第２収差測定工程Ｓ６と、第２収差測定工程Ｓ６で測定された投影光学系６の残存収差を補正するための第２レンズ調整工程Ｓ７と、第２レンズ調整工程Ｓ７を経た投影光学系６に微調整機構を取り付ける微調整機構取付工程８とを含んでいる。
【００２３】
図３は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における組立工程Ｓ１から再組立工程Ｓ５までの工程を概略的に説明する図である。また、図４は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における再組立工程Ｓ５から微調整機構取付工程８までの工程を概略的に説明する図である。さらに、図５は、本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【００２４】
本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１では、各レンズを形成すべきブロック硝材（ブランクス）を製造した後、製造されたブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を、たとえば図６に示す干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１１）。図６では、オイル１０１が充填された試料ケース１０２の中の所定位置に被検物体であるブロック硝材１０３を設置する。そして、制御系１０４に制御された干渉計ユニット１０５からの射出光が、フィゾーステージ１０６ａ上に支持されたフィゾーフラット（フィゾー平面）１０６に入射する。ここで、フィゾーフラット１０６で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１０５へ戻る。
【００２５】
一方、フィゾーフラット１０６を透過した光は測定光となり、試料ケース１０２内の被検物体１０３に入射する。被検物体１０３を透過した光は、反射平面１０７によって反射され、被検物体１０３およびフィゾーフラット１０６を介して干渉計ユニット１０５へ戻る。こうして、干渉計ユニット１０５へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、光学材料としての各ブロック硝材１０３の屈折率分布による波面収差が計測される。なお、屈折率均質性の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平８−５５０５号公報などを参照することができる。
【００２６】
次いで、屈折率分布が計測されたブロック硝材から必要に応じて研削されたブロック硝材を用いて、投影光学系６を構成すべき各レンズを製造する。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計値を目標として各レンズの表面を研磨加工する（Ｓ１２）。研磨工程では、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に近づける。こうして、各レンズの面形状誤差が所定の範囲に入ると、各レンズの面形状の誤差を、たとえば図７に示すさらに精密な干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１３）。
【００２７】
図７では、制御系１１１に制御された干渉計ユニット１１２からの射出光が、フィゾーステージ１１３ａ上に支持されたフィゾーレンズ１１３に入射する。ここで、フィゾーレンズ１１３の参照面（フィゾー面）で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１１２へ戻る。なお、図７では、フィゾーレンズ１１３を単レンズで示しているが、実際のフィゾーレンズは複数のレンズ（レンズ群）で構成されている。一方、フィゾーレンズ１１３を透過した光は測定光となり、被検レンズ１１４の被検光学面に入射する。
【００２８】
被検レンズ１１４の被検光学面で反射された測定光は、フィゾーレンズ１１３を介して干渉計ユニット１１２へ戻る。こうして、干渉計ユニット１１２へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、被検レンズ１１４の被検光学面の基準面に対する波面収差が、ひいては被検レンズ１１４の面形状の誤差が計測される。なお、レンズの面形状誤差の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平７−１２５３５号、特開平７−１１３６０９号、特開平１０−１５４６５７号公報などを参照することができる。
【００２９】
次いで、各製品分割鏡筒に１つまたは複数のレンズ（一般には光学部材）を組み込み（Ｓ１４）、各仮組分割鏡筒に１つまたは複数のレンズを組み込む（Ｓ１５）。ここで、各製品分割鏡筒に組み込まれるのは、レンズ調整の対象となっていないレンズである。一方、各仮組分割鏡筒に組み込まれるのは、設計にしたがって予めレンズ調整の対象となっているレンズ（以下、「調整対象レンズ」という）、または調整対象レンズを含むレンズ群である。
【００３０】
なお、仮組分割鏡筒は、レンズを光軸に沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸に対して垂直にシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする偏芯調整や、レンズを光軸廻りに回転させる回転調整を、各レンズ毎に（すなわちレンズ単位で）行う機構を内蔵した形態の分割鏡筒である。本実施形態に適用可能な仮組分割鏡筒として、たとえば特開２００２−１３１６０５号公報に開示の鏡筒において、調整ワッシャ９９および調整ボタン１００によって駆動レバー８５ａおよび８５ｂへ変位を与えるところを、マイクロメータによって駆動レバー８５ａおよび８５ｂへ変位を与えるように変更したものを用いることができる。
【００３１】
最後に、１つまたは複数のレンズが組み込まれた製品分割鏡筒と１つまたは複数のレンズが組み込まれた仮組分割鏡筒とを用いて投影光学系６を組み立てる（Ｓ１６）。具体的には、図３に示すように、所定の組立装置１０を用い、設計にしたがって１つまたは複数のレンズを各分割鏡筒に組み込み、１つまたは複数のレンズをそれぞれ収納した複数の分割鏡筒を組み立てることにより投影光学系６を得る。なお、図３では、製品分割鏡筒を矩形状の斜線部で示し、仮組分割鏡筒を矩形状の空白部で示している。また、各分割鏡筒へのレンズの組込みおよび複数の分割鏡筒の組立てに用いられる組立装置１０に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。
【００３２】
図８は、本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２およびレンズ調整工程Ｓ３の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２では、図３に示すように、組立工程Ｓ１を経て組み立てられた投影光学系６を所定の収差測定装置１１に設置して投影光学系６の波面収差を測定する（Ｓ２１）。具体的には、収差測定装置１１として、たとえば特開平１０−３８７５７号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することができる。
【００３３】
図９は、ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。図９に示すように、露光光とほぼ同じ波長を有するレーザー光（たとえばＡｒレーザー光の第２高調波）を、ハーフプリズム６０およびフィゾーレンズ６１のフィゾー面６１ａを介して、被検光学系としての投影光学系６に入射させる。このとき、フィゾー面６１ａで反射された光は、いわゆる参照光となり、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤのような撮像素子６２に達する。
【００３４】
一方、フィゾー面６１ａを透過した光は、いわゆる測定光となり、投影光学系６を介して、反射球面６３に入射する。反射球面６３で反射された測定光は、投影光学系６、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤ６２に達する。こうして、参照光と測定光との干渉に基づいて、投影光学系６に残存する波面収差が測定される。同様に、収差測定装置１１として、たとえば特開平１０−３８７５８号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、超高圧水銀ランプ（たとえばｉ線）を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。
【００３５】
また、収差測定装置１１として、たとえば特開２０００−９７６１６号公報に開示された、いわゆるＰＤＩ（Ｐｈａｓｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：位相回折干渉計）方式の波面収差測定機を用いて、ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。図１０は、ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するＰＤＩ方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。図１０に示すように、光源１（図１０では不図示）から射出されて照明光学系２を介した露光用照明光が、マスク設定位置に位置決めされた第１のピンホール７１に入射する。
【００３６】
第１のピンホール７１を介して形成された球面波は、被検光学系としての投影光学系６を透過して、グレーティング（一次元回折格子）７２に入射する。グレーティング７２をそのまま透過した０次回折光は、マスク７３に形成された第２のピンホール（不図示）に入射する。一方、グレーティング７２で回折作用を受けて発生した１次回折光は、マスク７３に形成された開口部（不図示）のほぼ中央に入射する。第２のピンホールを介した０次回折光および開口部を通過した１次回折光は、コリメータレンズ７４を介して、ＣＣＤのような撮像素子７５に達する。
【００３７】
こうして、第２のピンホールを介して形成された球面波を参照波面とし、開口部を通過した１次回折光の波面を測定波面とし、参照波面と測定波面との干渉に基づいて投影光学系６に残存する波面収差が測定される。なお、収差測定工程Ｓ２１では、仮組部材としてのパージカバー（不図示）を投影光学系６に取り付け、投影光学系６の光路の雰囲気を所望の状態に維持しつつ波面収差の測定を行う。また、従来技術では、投影光学系の波面収差を測定した後に、投影光学系を介して所定のパターン（たとえば理想格子）の像をウェハに転写し、その転写結果から投影光学系のディストーション（歪曲収差）を求めていた。しかしながら、本実施形態では、投影光学系６の波面収差の測定結果に基づいてディストーション成分を求め、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。
【００３８】
次いで、収差測定工程Ｓ２１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっているか否かを判定する（Ｓ２２）。判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていると判定した場合（図８中ＹＥＳの場合）、非球面加工工程Ｓ４へ移行する。一方、判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていないと判定した場合（図８中ＮＯの場合）、本実施形態の製造方法におけるレンズ調整工程Ｓ３として、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、各仮組分割鏡筒に組み込まれた調整対象レンズを内蔵機構により微動させて、上述の間隔調整や偏芯調整や回転調整によるレンズ調整をレンズ毎に（レンズ単位で）行う（Ｓ３１）。
【００３９】
こうして、間隔調整や偏芯調整や回転調整によりレンズ単位でレンズ調整された投影光学系６の波面収差を再び測定する（Ｓ２１）。そして、収差測定工程Ｓ２１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっているか否かを再度判定する（Ｓ２２）。判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていると判定した場合には、非球面加工工程Ｓ４へ移行する。しかしながら、判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていないと判定した場合には、判定工程Ｓ２２においてＹＥＳの判定が得られるまで、レンズ調整工程Ｓ３１および収差測定工程Ｓ２１をさらに繰り返す。
【００４０】
図１１は、本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４、再組立工程Ｓ５、第２収差測定工程Ｓ６、および第２レンズ調整工程Ｓ７の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４では、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６に残存している波面収差を補正するのに適したレンズ、すなわち設計にしたがって予め非球面加工の対象となっている非球面加工対象レンズを分割鏡筒（製品分割鏡筒または仮組分割鏡筒）から取り出す（Ｓ４１）。
【００４１】
図１２は、非球面形状に加工される光学面の位置と光学面の非球面化により効果的に補正される収差成分との関係を説明する図である。図１２に示すように、マスク３上の物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２とが分離した位置を通過する光学部材ｅ１の光学面を非球面化することにより、像面座標依存性の高い収差成分（ディストーション、像面湾曲等）を効果的に補正することができる。
【００４２】
また、物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２とがほぼ全面を通過する光学部材ｅ５の光学面を非球面化することにより、瞳座標依存性の高い収差成分（例えば球面収差、偏心コマ収差等）を効果的に補正することができる。さらに、物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２との重なり程度が中間的となる光学部材（例えば光学部材ｅ２等）の光学面を非球面化することにより、像面座標依存性と瞳座標依存性とが同等に近い収差成分（例えばコマ収差等）を効果的に補正することができる。
【００４３】
一般に、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６に残存する波面収差を良好に補正するには、少なくとも２つの非球面加工対象レンズの光学面を非球面形状に加工することが好ましい。この場合、様々な収差成分を効果的に補正することができるように、２つの非球面加工対象レンズは、第１の非球面加工対象レンズの光学面の有効径に対する、マスク３上の所定の１点からの光束が第１の非球面加工対象レンズの上記光学面を通過するときの光束径の比と、第２の非球面加工対象レンズの光学面の有効径に対する、上記所定の１点からの光束が第２の非球面加工対象レンズの上記光学面を通過するときの光束径の比とが実質的に異なるように選定されることが好ましい。
【００４４】
また、非球面加工対象レンズを分割鏡筒内に単体で収納するように設計することにより、投影光学系の他の部分に悪影響を及ぼすことなく非球面加工対象レンズを取り出すことができる。あるいは、非球面加工対象レンズを含む複数のレンズが１つの分割鏡筒内に収納される場合には、非球面加工対象レンズが当該分割鏡筒内において最もマスク側に配置されるように設計することにより、投影光学系の他の部分に悪影響を及ぼすことなく非球面加工対象レンズを取り出すことができる。
【００４５】
次いで、取り出した非球面加工対象レンズの光学面を所定の非球面形状に加工する（Ｓ４２）。なお、加工工程Ｓ４２に先立って、非球面加工対象レンズの光学面に形成すべき非球面形状は、上述の収差測定工程Ｓ２１の最終測定結果に基づいて、たとえばツェルニケ多項式で表わされる非球面（一般には光軸に関して回転非対称な非球面）として算出される。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、非球面形状Ｗ（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。
【００４６】
【数１】
【００４７】
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。
【００４８】
【表１】
【００４９】
加工工程Ｓ４２では、非球面加工前の光学面の面形状と非球面加工後の光学面の面形状との差（加工量）を指標として、非球面加工対象レンズの光学面を所望の非球面形状に加工する。したがって、設計において非球面加工対象レンズとして球面レンズを選択することにより、光学面が所望の非球面形状に加工されたことを確認し易くなり、ひいては非球面の加工精度を向上させることができる。なお、加工工程Ｓ４２では、必ずしも非球面加工の対象となっているすべてのレンズに非球面加工を施すわけではなく、必要に応じて１つまたは複数の非球面加工対象レンズに非球面加工を施す。また、非球面加工対象レンズの一方の光学面に非球面加工を施すのが通常であるが、双方の光学面に非球面加工を施すこともできる。
【００５０】
次いで、図３に示すように、本実施形態の製造方法における再組立工程Ｓ５では、各仮組分割鏡筒からレンズを取り出して、対応する製品分割鏡筒１２にそれぞれ組み込み（Ｓ５１）、各製品分割鏡筒から取り出した非球面加工対象レンズを元の製品分割鏡筒の元の位置へ戻す（Ｓ５２）。なお、各仮組分割鏡筒からレンズを取り出して対応する製品分割鏡筒に組み込む置換工程Ｓ５１では、非球面加工のために各仮組分割鏡筒から取り出された非球面加工対象レンズと、各仮組分割鏡筒から取り出されて非球面加工されなかったレンズとが、対応する製品分割鏡筒１２にそれぞれ組み込まれる。
【００５１】
さらに、図４に示すように、所定の組立装置１０を用いて、複数の製品分割鏡筒を組み上げることにより投影光学系６を再度組み立てる（Ｓ５３）。そして、本実施形態の製造方法における第２収差測定工程Ｓ６では、再度組み立てられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して波面収差を測定する（Ｓ６１）。なお、収差測定工程Ｓ６１では、製品部材としてのパージカバー（不図示）を投影光学系６に取り付け、投影光学系６の光路の雰囲気を所望の状態に維持しつつ波面収差の測定を行う。また、収差測定工程Ｓ６１においても収差測定工程Ｓ２１と同様に、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。そして、収差測定工程Ｓ６１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっているか否かを判定する（Ｓ６２）。判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていると判定した場合（図１１中ＹＥＳの場合）、微調整機構取付工程Ｓ８へ移行する。
【００５２】
一方、判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていないと判定した場合（図１１中ＮＯの場合）、本実施形態の製造方法における第２レンズ調整工程Ｓ７として、間隔調整や偏芯調整によるレンズ調整を行う（Ｓ７１）。ここで、レンズ調整工程Ｓ７１は、上述のレンズ調整工程Ｓ３１と異なり、レンズの回転調整を含まないことが多い。これは、上述したように、加工工程Ｓ４２において光学面が光軸に関して回転非対称な非球面形状に加工されるのが一般的であるからである。なお、この回転非対称な非球面形状に加工された光学面を持つレンズを回転調整しても良い。
【００５３】
また、レンズ調整工程Ｓ７１では、上述のレンズ調整工程Ｓ３１と異なり、図４に示すように、収差測定装置１１から取り外した投影光学系６をレンズ調整装置１３に設置して分割鏡筒単位でレンズ調整を行う。なお、分割鏡筒単位でレンズ調整を行うレンズ調整装置１３に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。次いで、レンズ調整工程Ｓ７１を経て間隔調整や偏芯調整により光学調整された投影光学系６をレンズ調整装置１３から取り外し、取り外した投影光学系６を収差測定装置１１に設置して、投影光学系６の波面収差を再び測定する（Ｓ６１）。
【００５４】
そして、収差測定工程Ｓ６１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっているか否かを再度判定する（Ｓ６２）。判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていると判定した場合には、微調整機構取付工程Ｓ８へ移行する。しかしながら、判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていないと判定した場合には、判定工程Ｓ６２においてＹＥＳの判定が得られるまで、レンズ調整工程Ｓ７１および収差測定工程Ｓ６１をさらに繰り返す。
【００５５】
図１３は、本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８では、第２レンズ調整工程Ｓ７を経た投影光学系６に対して、図４に示すように、レンズ間の間隔を変化させる間隔調整やレンズを光軸に対してチルト（傾斜）させるチルト調整を行うための微調整機構１４を取り付ける（Ｓ８１）。なお、間隔調整やチルト調整を行う微調整機構１４に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。
【００５６】
次いで、微調整機構１４が取り付けられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して、投影光学系６の波面収差を測定する（Ｓ８２）。収差測定工程Ｓ８２においても収差測定工程Ｓ６１および収差測定工程Ｓ２１と同様に、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。最後に、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、収差測定工程Ｓ８２で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｃ内に収まるように、微調整機構１４を用いてレンズ調整を行う（Ｓ８３）。こうして、本実施形態にしたがう投影光学系６の製造が終了する。
【００５７】
本実施形態では、マスク３のパターン像をウェハ（感光性基板）７上に形成するための投影光学系６を上述の製造方法を用いて製造し、製造された投影光学系６を所定の位置に組み込むことにより露光装置が得られる。なお、レンズ調整工程Ｓ８３における許容範囲Ｃは、投影光学系６の波面収差に関する最終的な目標値としての許容範囲である。これに対して、上述の判定工程Ｓ２２における許容範囲Ａおよび判定工程Ｓ６２における許容範囲Ｂは、非球面化工工程Ｓ４および微調整機構取付工程Ｓ８へそれぞれ移行するのに設定した中間的な許容範囲である。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、レンズ調整の対象となっていないレンズを通常の製品分割鏡筒に組み込み、調整対象レンズまたは調整対象レンズを含むレンズ群を、レンズ単位でレンズ調整を行う機構を内蔵した形態の仮組分割鏡筒に組み込む。そして、製品分割鏡筒と仮組分割鏡筒とを用いて組み立てられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して残存収差を測定した後に、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、各仮組分割鏡筒に組み込まれた調整対象レンズを内蔵機構により微動させて、間隔調整や偏芯調整や回転調整によるレンズ調整をレンズ単位で行う。
【００５９】
このように、本実施形態では、レンズ調整工程と波面収差工程との繰り返しに際して収差測定装置とレンズ調整装置との間で投影光学系を設置し直す従来技術とは異なり、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態でレンズ調整工程と波面収差工程とを繰り返すので、投影光学系６の残存収差を非球面加工工程Ｓ４に必要な所望の範囲（収差測定装置のダイナミックレンジ）に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。また、本実施形態では、分割鏡筒単位でレンズ調整を行う従来技術とは異なり、仮組分割鏡筒の作用によりレンズ単位でレンズ調整を行うので、投影光学系６の残存収差を非球面加工工程Ｓ４に必要な所望の範囲に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００６０】
さらに、収差測定工程Ｓ２１、収差測定工程Ｓ６１および収差測定工程Ｓ８２では、従来技術とは異なり、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略しているので、投影光学系６の残存収差を測定する時間を大幅に短縮することができる。こうして、本実施形態の製造方法では、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができる。
【００６１】
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１４のフローチャートを参照して説明する。
【００６２】
先ず、図１４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。
【００６３】
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。
【００６４】
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１５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１５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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、ＫｒＦエキシマ レーザー光源またはＡｒＦエキシマ レーザー光源を用いる露光装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いる露光装置に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、露光装置に搭載される投影光学系の製造方法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、他の一般的な光学系の製造方法に本発明を適用することもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による投影光学系の製造方法では、投影光学系を収差測定装置に設置した状態でレンズ調整工程と波面収差工程とを繰り返し、仮組分割鏡筒の作用によりレンズ単位でレンズ調整を行うので、投影光学系の残存収差を所望の範囲に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。その結果、本発明では、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができる。
【００６９】
したがって、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、高解像で良好な露光を行うことができ、ひいては高解像で良好な露光条件のもとで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製造方法で製造された投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法の基本工程を概略的に示すフローチャートである。
【図３】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における組立工程Ｓ１から再組立工程Ｓ５までの工程を概略的に説明する図である。
【図４】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における再組立工程Ｓ５から微調整機構取付工程８までの工程を概略的に説明する図である。
【図５】本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図６】各レンズを形成すべきブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を測定する干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】各レンズの面形状誤差を測定する干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２およびレンズ調整工程Ｓ３の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図９】ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１０】ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するＰＤＩ方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１１】本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４、再組立工程Ｓ５、第２収差測定工程Ｓ６、および第２レンズ調整工程Ｓ７の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図１２】非球面形状に加工される光学面の位置と光学面の非球面化により効果的に補正される収差成分との関係を説明する図である。
【図１３】本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図１４】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１５】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】
１ 光源
２ 照明光学系
３ マスク（レチクル）
５ マスクステージ
６ 投影光学系
７ ウェハ（感光性基板）
９ ウェハステージ
１０ 組立装置
１１ 収差測定装置
１３ レンズ調整装置
１４ 微調整機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系の製造方法、投影光学系、露光装置の製造方法、露光装置、露光方法、および光学系の製造方法に関する。本発明は、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に用いられる投影光学系の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの製造において、回路パターンを形成するリソグラフィー工程では紫外線を光源とする半導体露光装置が用いられている。この種の半導体露光装置にはマスク上のパターンをウェハ上のレジストに転写する投影光学系が組み込まれ、投影光学系には収差を極限まで低減することが求められている。ＬＳＩの集積度は３年で２倍の速度で増大しているが、露光装置（ひいては投影光学系）やレジストの解像力の向上により、ＬＳＩの高集積化の要請に合ったスピードで加工の微細化を実現している。
【０００３】
ところが、近年、露光装置やレジストの解像性能の向上速度がＬＳＩの微細化の速度よりも低いため、解像力の余裕がなくなりつつある。その結果、解像性能の限界に近い条件で、ＬＳＩのパターン形成がなされるようになっている。例えば、ｋ１ファクターと呼ばれるパラメータは１０年前には約０．８であったが、現在では約０．６であり、今後は約０．４を前提とした開発が進んでいる。このような状況においては、投影光学系の収差により回路パターンの線幅や形状がばらつき易い。したがって、回路の特性のばらつきを良好に抑え、ひいてはＬＳＩの品質を良好に保つには、投影光学系の収差を一定範囲に抑えることが必須となっている。
【０００４】
一般に、露光装置に搭載される投影光学系は２０枚以上のレンズ（レンズ要素）から構成され、投影光学系の収差は光学設計の段階では所定の値以下に抑えられている。しかしながら、実際に作られる個々のレンズは、製造誤差により設計値からずれた特性を有する。例えば、個々のレンズを形成する光学材料（レンズ材料）として屈折率が均一な合成石英を入手しようとしても、実際に入手可能な光学材料には屈折率の均一性について限界があり、光学材料の屈折率ムラ（屈折率分布）が最終的に投影光学系の収差を劣化させる要因の１つとなる。
【０００５】
また、レンズ表面の研磨工程では干渉計で面形状を随時計測しながら研磨を繰り返すが、投影光学系の工業生産を経済的に行うには、その収差にある程度影響を与えるような加工誤差を残さざるを得ない。すなわち、レンズの面形状の誤差も、投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。また、多数のレンズを用いて投影光学系を組み立てる際にも組立誤差が発生し、この組立誤差も投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。
【０００６】
さらに、多数のレンズを用いて組み立てられた投影光学系の収差を小さく抑えるように光学調整する調整工程では、レンズを光軸に沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸に対して垂直にシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする偏芯調整により、投影光学系を最小の収差状態にする。また、投影光学系の収差をさらに低減するために、レンズを光軸廻りに回転させる回転調整によりレンズの回転非対称な誤差の影響を低減することも合わせて行われる。しかしながら、間隔調整や偏芯調整や回転調整においても、その設定（レンズの移動量、シフト量、チルト量、回転角度など）に誤差が残り、この設定誤差も投影光学系における収差発生の要因の１つとなる。
【０００７】
従来の投影光学系の製造方法では、１つまたは複数のレンズ（光学部材）を複数の分割鏡筒内にそれぞれ組み込み、これらの複数の分割鏡筒を用いて投影光学系を組み立てる。次いで、組み立てられた投影光学系を収差測定装置に設置して、投影光学系の残存収差を測定する。さらに、収差測定装置から取り外した投影光学系をレンズ調整装置に設置して、分割鏡筒単位でレンズ調整（間隔調整や偏芯調整や回転調整）を行うことにより投影光学系の残存収差を補正する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術では、投影光学系を収差測定装置に設置して残存収差を測定する収差測定工程と、収差測定装置から取り外した投影光学系をレンズ調整装置に設置して分割鏡筒単位でレンズ調整を行うレンズ調整工程とが、投影光学系の残存収差が所望の範囲に収まるまで、必要に応じて複数回繰り返される。この場合、収差測定装置から投影光学系を取り外してレンズ調整装置に設置する工程と、レンズ調整装置から投影光学系を取り外して投影光学系を収差測定装置に設置する工程との繰り返しに時間がかかり、投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができないという不都合があった。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を備えた露光装置を効率的に且つ迅速に製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を用いて、高解像度で良好な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。
【００１０】
【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、第１面の像を第２面上に投影する投影光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記投影光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記投影光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする投影光学系の製造方法を提供する。
【００１１】
第１形態の好ましい態様によれば、前記収差測定工程は、所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置して前記投影光学系の収差を補正し、前記調整工程は、前記所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置した状態で各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する。また、前記調整工程を経た前記投影光学系に残存する収差を補正するために少なくとも１つの光学部材の光学面を非球面形状に加工する非球面加工工程をさらに含むことが好ましい。この場合、前記少なくとも１つの光学部材は、球面状の光学面を有する球面レンズとして設計されていることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記非球面加工工程は、第１の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程と、第２の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程とを含み、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材の光学面の有効径に対する前記第１面上の所定の１点からの光束が前記第１の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比と、前記第２の光学部材の光学面の有効径に対する前記所定の１点からの光束が前記第２の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比とが実質的に異なるように選定されることが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内に単体で収納される光学部材を含む。あるいは、前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内において最も第１面側に配置される光学部材を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、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。
【００１５】
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露光する露光装置の製造方法において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための前記投影光学系を第１形態の製造方法を用いて製造する製造工程と、
製造された前記投影光学系を前記露光装置に組み込む組込工程とを含むことを特徴とする露光装置の製造方法を提供する。
【００１６】
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露光する露光装置において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための第１形態の製造方法を用いて製造された前記投影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。
【００１７】
本発明の第５形態では、マスクのパターンを感光性基板上に露光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前記投影光学系を介して、前記第１面に設定された前記マスクのパターンを前記第２面に設定された前記感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１８】
本発明の第６形態では、光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする光学系の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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製造方法で製造された投影光学系を備えた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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００２０】
図１に示す露光装置は、照明光（露光光）を供給するための光源１として、たとえばＫｒＦエキシマレーザー光源（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３ｎｍ）を備えている。光源１から射出された光は、照明光学系２を介して、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）３を照明する。マスク３は、マスクホルダ４を介して、マスクステージ５上においてＸＹ平面に平行に保持されている。また、マスクステージ５は、図示を省略した駆動系の作用により、マスク面（すなわちＸＹ平面）に沿って移動可能であり、その位置座標はマスク干渉計（不図示）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。
【００２１】
マスク３に形成されたパターンからの光は、投影光学系６を介して、感光性基板であるウェハ７上にマスクパターン像を形成する。ウェハ７は、ウェハテーブル（ウェハホルダ）８を介して、ウェハステージ９上においてＸＹ平面に平行に保持されている。また、ウェハステージ９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）に沿って移動可能であり、その位置座標はウェハ干渉計（不図示）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。こうして、投影光学系６の光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハ７を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハ７の各露光領域にはマスク３のパターンが逐次露光される。
【００２２】
図２は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法の基本工程を概略的に示すフローチャートである。図２を参照すると、本実施形態の製造方法は、投影光学系６を組み立てる組立工程Ｓ１と、組立工程Ｓ１で組み立てられた投影光学系６の収差を測定する収差測定工程Ｓ２と、収差測定工程Ｓ２で測定された投影光学系６の残存収差を補正するためのレンズ調整工程Ｓ３と、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６の残存収差を補正するために所定の光学面を非球面形状に加工する非球面加工工程Ｓ４と、非球面加工工程Ｓ４を経て投影光学系６を再び組み立てる再組立工程Ｓ５と、再組立工程Ｓ５で組み立てられた投影光学系６の収差を測定する第２収差測定工程Ｓ６と、第２収差測定工程Ｓ６で測定された投影光学系６の残存収差を補正するための第２レンズ調整工程Ｓ７と、第２レンズ調整工程Ｓ７を経た投影光学系６に微調整機構を取り付ける微調整機構取付工程８とを含んでいる。
【００２３】
図３は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における組立工程Ｓ１から再組立工程Ｓ５までの工程を概略的に説明する図である。また、図４は、本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における再組立工程Ｓ５から微調整機構取付工程８までの工程を概略的に説明する図である。さらに、図５は、本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【００２４】
本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１では、各レンズを形成すべきブロック硝材（ブランクス）を製造した後、製造されたブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を、たとえば図６に示す干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１１）。図６では、オイル１０１が充填された試料ケース１０２の中の所定位置に被検物体であるブロック硝材１０３を設置する。そして、制御系１０４に制御された干渉計ユニット１０５からの射出光が、フィゾーステージ１０６ａ上に支持されたフィゾーフラット（フィゾー平面）１０６に入射する。ここで、フィゾーフラット１０６で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１０５へ戻る。
【００２５】
一方、フィゾーフラット１０６を透過した光は測定光となり、試料ケース１０２内の被検物体１０３に入射する。被検物体１０３を透過した光は、反射平面１０７によって反射され、被検物体１０３およびフィゾーフラット１０６を介して干渉計ユニット１０５へ戻る。こうして、干渉計ユニット１０５へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、光学材料としての各ブロック硝材１０３の屈折率分布による波面収差が計測される。なお、屈折率均質性の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平８−５５０５号公報などを参照することができる。
【００２６】
次いで、屈折率分布が計測されたブロック硝材から必要に応じて研削されたブロック硝材を用いて、投影光学系６を構成すべき各レンズを製造する。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計値を目標として各レンズの表面を研磨加工する（Ｓ１２）。研磨工程では、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に近づける。こうして、各レンズの面形状誤差が所定の範囲に入ると、各レンズの面形状の誤差を、たとえば図７に示すさらに精密な干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１３）。
【００２７】
図７では、制御系１１１に制御された干渉計ユニット１１２からの射出光が、フィゾーステージ１１３ａ上に支持されたフィゾーレンズ１１３に入射する。ここで、フィゾーレンズ１１３の参照面（フィゾー面）で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１１２へ戻る。なお、図７では、フィゾーレンズ１１３を単レンズで示しているが、実際のフィゾーレンズは複数のレンズ（レンズ群）で構成されている。一方、フィゾーレンズ１１３を透過した光は測定光となり、被検レンズ１１４の被検光学面に入射する。
【００２８】
被検レンズ１１４の被検光学面で反射された測定光は、フィゾーレンズ１１３を介して干渉計ユニット１１２へ戻る。こうして、干渉計ユニット１１２へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、被検レンズ１１４の被検光学面の基準面に対する波面収差が、ひいては被検レンズ１１４の面形状の誤差が計測される。なお、レンズの面形状誤差の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平７−１２５３５号、特開平７−１１３６０９号、特開平１０−１５４６５７号公報などを参照することができる。
【００２９】
次いで、各製品分割鏡筒に１つまたは複数のレンズ（一般には光学部材）を組み込み（Ｓ１４）、各仮組分割鏡筒に１つまたは複数のレンズを組み込む（Ｓ１５）。ここで、各製品分割鏡筒に組み込まれるのは、レンズ調整の対象となっていないレンズである。一方、各仮組分割鏡筒に組み込まれるのは、設計にしたがって予めレンズ調整の対象となっているレンズ（以下、「調整対象レンズ」という）、または調整対象レンズを含むレンズ群である。
【００３０】
なお、仮組分割鏡筒は、レンズを光軸に沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸に対して垂直にシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする偏芯調整や、レンズを光軸廻りに回転させる回転調整を、各レンズ毎に（すなわちレンズ単位で）行う機構を内蔵した形態の分割鏡筒である。本実施形態に適用可能な仮組分割鏡筒として、たとえば特開２００２−１３１６０５号公報に開示の鏡筒において、調整ワッシャ９９および調整ボタン１００によって駆動レバー８５ａおよび８５ｂへ変位を与えるところを、マイクロメータによって駆動レバー８５ａおよび８５ｂへ変位を与えるように変更したものを用いることができる。
【００３１】
最後に、１つまたは複数のレンズが組み込まれた製品分割鏡筒と１つまたは複数のレンズが組み込まれた仮組分割鏡筒とを用いて投影光学系６を組み立てる（Ｓ１６）。具体的には、図３に示すように、所定の組立装置１０を用い、設計にしたがって１つまたは複数のレンズを各分割鏡筒に組み込み、１つまたは複数のレンズをそれぞれ収納した複数の分割鏡筒を組み立てることにより投影光学系６を得る。なお、図３では、製品分割鏡筒を矩形状の斜線部で示し、仮組分割鏡筒を矩形状の空白部で示している。また、各分割鏡筒へのレンズの組込みおよび複数の分割鏡筒の組立てに用いられる組立装置１０に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。
【００３２】
図８は、本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２およびレンズ調整工程Ｓ３の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２では、図３に示すように、組立工程Ｓ１を経て組み立てられた投影光学系６を所定の収差測定装置１１に設置して投影光学系６の波面収差を測定する（Ｓ２１）。具体的には、収差測定装置１１として、たとえば特開平１０−３８７５７号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することができる。
【００３３】
図９は、ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。図９に示すように、露光光とほぼ同じ波長を有するレーザー光（たとえばＡｒレーザー光の第２高調波）を、ハーフプリズム６０およびフィゾーレンズ６１のフィゾー面６１ａを介して、被検光学系としての投影光学系６に入射させる。このとき、フィゾー面６１ａで反射された光は、いわゆる参照光となり、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤのような撮像素子６２に達する。
【００３４】
一方、フィゾー面６１ａを透過した光は、いわゆる測定光となり、投影光学系６を介して、反射球面６３に入射する。反射球面６３で反射された測定光は、投影光学系６、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤ６２に達する。こうして、参照光と測定光との干渉に基づいて、投影光学系６に残存する波面収差が測定される。同様に、収差測定装置１１として、たとえば特開平１０−３８７５８号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、超高圧水銀ランプ（たとえばｉ線）を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。
【００３５】
また、収差測定装置１１として、たとえば特開２０００−９７６１６号公報に開示された、いわゆるＰＤＩ（Ｐｈａｓｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：位相回折干渉計）方式の波面収差測定機を用いて、ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。図１０は、ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するＰＤＩ方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。図１０に示すように、光源１（図１０では不図示）から射出されて照明光学系２を介した露光用照明光が、マスク設定位置に位置決めされた第１のピンホール７１に入射する。
【００３６】
第１のピンホール７１を介して形成された球面波は、被検光学系としての投影光学系６を透過して、グレーティング（一次元回折格子）７２に入射する。グレーティング７２をそのまま透過した０次回折光は、マスク７３に形成された第２のピンホール（不図示）に入射する。一方、グレーティング７２で回折作用を受けて発生した１次回折光は、マスク７３に形成された開口部（不図示）のほぼ中央に入射する。第２のピンホールを介した０次回折光および開口部を通過した１次回折光は、コリメータレンズ７４を介して、ＣＣＤのような撮像素子７５に達する。
【００３７】
こうして、第２のピンホールを介して形成された球面波を参照波面とし、開口部を通過した１次回折光の波面を測定波面とし、参照波面と測定波面との干渉に基づいて投影光学系６に残存する波面収差が測定される。なお、収差測定工程Ｓ２１では、仮組部材としてのパージカバー（不図示）を投影光学系６に取り付け、投影光学系６の光路の雰囲気を所望の状態に維持しつつ波面収差の測定を行う。また、従来技術では、投影光学系の波面収差を測定した後に、投影光学系を介して所定のパターン（たとえば理想格子）の像をウェハに転写し、その転写結果から投影光学系のディストーション（歪曲収差）を求めていた。しかしながら、本実施形態では、投影光学系６の波面収差の測定結果に基づいてディストーション成分を求め、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。
【００３８】
次いで、収差測定工程Ｓ２１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっているか否かを判定する（Ｓ２２）。判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていると判定した場合（図８中ＹＥＳの場合）、非球面加工工程Ｓ４へ移行する。一方、判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていないと判定した場合（図８中ＮＯの場合）、本実施形態の製造方法におけるレンズ調整工程Ｓ３として、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、各仮組分割鏡筒に組み込まれた調整対象レンズを内蔵機構により微動させて、上述の間隔調整や偏芯調整や回転調整によるレンズ調整をレンズ毎に（レンズ単位で）行う（Ｓ３１）。
【００３９】
こうして、間隔調整や偏芯調整や回転調整によりレンズ単位でレンズ調整された投影光学系６の波面収差を再び測定する（Ｓ２１）。そして、収差測定工程Ｓ２１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっているか否かを再度判定する（Ｓ２２）。判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていると判定した場合には、非球面加工工程Ｓ４へ移行する。しかしながら、判定工程Ｓ２２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ａ内に収まっていないと判定した場合には、判定工程Ｓ２２においてＹＥＳの判定が得られるまで、レンズ調整工程Ｓ３１および収差測定工程Ｓ２１をさらに繰り返す。
【００４０】
図１１は、本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４、再組立工程Ｓ５、第２収差測定工程Ｓ６、および第２レンズ調整工程Ｓ７の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４では、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６に残存している波面収差を補正するのに適したレンズ、すなわち設計にしたがって予め非球面加工の対象となっている非球面加工対象レンズを分割鏡筒（製品分割鏡筒または仮組分割鏡筒）から取り出す（Ｓ４１）。
【００４１】
図１２は、非球面形状に加工される光学面の位置と光学面の非球面化により効果的に補正される収差成分との関係を説明する図である。図１２に示すように、マスク３上の物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２とが分離した位置を通過する光学部材ｅ１の光学面を非球面化することにより、像面座標依存性の高い収差成分（ディストーション、像面湾曲等）を効果的に補正することができる。
【００４２】
また、物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２とがほぼ全面を通過する光学部材ｅ５の光学面を非球面化することにより、瞳座標依存性の高い収差成分（例えば球面収差、偏心コマ収差等）を効果的に補正することができる。さらに、物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２との重なり程度が中間的となる光学部材（例えば光学部材ｅ２等）の光学面を非球面化することにより、像面座標依存性と瞳座標依存性とが同等に近い収差成分（例えばコマ収差等）を効果的に補正することができる。
【００４３】
一般に、レンズ調整工程Ｓ３を経た投影光学系６に残存する波面収差を良好に補正するには、少なくとも２つの非球面加工対象レンズの光学面を非球面形状に加工することが好ましい。この場合、様々な収差成分を効果的に補正することができるように、２つの非球面加工対象レンズは、第１の非球面加工対象レンズの光学面の有効径に対する、マスク３上の所定の１点からの光束が第１の非球面加工対象レンズの上記光学面を通過するときの光束径の比と、第２の非球面加工対象レンズの光学面の有効径に対する、上記所定の１点からの光束が第２の非球面加工対象レンズの上記光学面を通過するときの光束径の比とが実質的に異なるように選定されることが好ましい。
【００４４】
また、非球面加工対象レンズを分割鏡筒内に単体で収納するように設計することにより、投影光学系の他の部分に悪影響を及ぼすことなく非球面加工対象レンズを取り出すことができる。あるいは、非球面加工対象レンズを含む複数のレンズが１つの分割鏡筒内に収納される場合には、非球面加工対象レンズが当該分割鏡筒内において最もマスク側に配置されるように設計することにより、投影光学系の他の部分に悪影響を及ぼすことなく非球面加工対象レンズを取り出すことができる。
【００４５】
次いで、取り出した非球面加工対象レンズの光学面を所定の非球面形状に加工する（Ｓ４２）。なお、加工工程Ｓ４２に先立って、非球面加工対象レンズの光学面に形成すべき非球面形状は、上述の収差測定工程Ｓ２１の最終測定結果に基づいて、たとえばツェルニケ多項式で表わされる非球面（一般には光軸に関して回転非対称な非球面）として算出される。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、非球面形状Ｗ（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。
【００４６】
【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。
【００４８】
【表１】
加工工程Ｓ４２では、非球面加工前の光学面の面形状と非球面加工後の光学面の面形状との差（加工量）を指標として、非球面加工対象レンズの光学面を所望の非球面形状に加工する。したがって、設計において非球面加工対象レンズとして球面レンズを選択することにより、光学面が所望の非球面形状に加工されたことを確認し易くなり、ひいては非球面の加工精度を向上させることができる。なお、加工工程Ｓ４２では、必ずしも非球面加工の対象となっているすべてのレンズに非球面加工を施すわけではなく、必要に応じて１つまたは複数の非球面加工対象レンズに非球面加工を施す。また、非球面加工対象レンズの一方の光学面に非球面加工を施すのが通常であるが、双方の光学面に非球面加工を施すこともできる。
【００５０】
次いで、図３に示すように、本実施形態の製造方法における再組立工程Ｓ５では、各仮組分割鏡筒からレンズを取り出して、対応する製品分割鏡筒１２にそれぞれ組み込み（Ｓ５１）、各製品分割鏡筒から取り出した非球面加工対象レンズを元の製品分割鏡筒の元の位置へ戻す（Ｓ５２）。なお、各仮組分割鏡筒からレンズを取り出して対応する製品分割鏡筒に組み込む置換工程Ｓ５１では、非球面加工のために各仮組分割鏡筒から取り出された非球面加工対象レンズと、各仮組分割鏡筒から取り出されて非球面加工されなかったレンズとが、対応する製品分割鏡筒１２にそれぞれ組み込まれる。
【００５１】
さらに、図４に示すように、所定の組立装置１０を用いて、複数の製品分割鏡筒を組み上げることにより投影光学系６を再度組み立てる（Ｓ５３）。そして、本実施形態の製造方法における第２収差測定工程Ｓ６では、再度組み立てられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して波面収差を測定する（Ｓ６１）。なお、収差測定工程Ｓ６１では、製品部材としてのパージカバー（不図示）を投影光学系６に取り付け、投影光学系６の光路の雰囲気を所望の状態に維持しつつ波面収差の測定を行う。また、収差測定工程Ｓ６１においても収差測定工程Ｓ２１と同様に、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。そして、収差測定工程Ｓ６１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっているか否かを判定する（Ｓ６２）。判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていると判定した場合（図１１中ＹＥＳの場合）、微調整機構取付工程Ｓ８へ移行する。
【００５２】
一方、判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていないと判定した場合（図１１中ＮＯの場合）、本実施形態の製造方法における第２レンズ調整工程Ｓ７として、間隔調整や偏芯調整によるレンズ調整を行う（Ｓ７１）。ここで、レンズ調整工程Ｓ７１は、上述のレンズ調整工程Ｓ３１と異なり、レンズの回転調整を含まないことが多い。これは、上述したように、加工工程Ｓ４２において光学面が光軸に関して回転非対称な非球面形状に加工されるのが一般的であるからである。なお、この回転非対称な非球面形状に加工された光学面を持つレンズを回転調整しても良い。
【００５３】
また、レンズ調整工程Ｓ７１では、上述のレンズ調整工程Ｓ３１と異なり、図４に示すように、収差測定装置１１から取り外した投影光学系６をレンズ調整装置１３に設置して分割鏡筒単位でレンズ調整を行う。なお、分割鏡筒単位でレンズ調整を行うレンズ調整装置１３に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。次いで、レンズ調整工程Ｓ７１を経て間隔調整や偏芯調整により光学調整された投影光学系６をレンズ調整装置１３から取り外し、取り外した投影光学系６を収差測定装置１１に設置して、投影光学系６の波面収差を再び測定する（Ｓ６１）。
【００５４】
そして、収差測定工程Ｓ６１で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっているか否かを再度判定する（Ｓ６２）。判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていると判定した場合には、微調整機構取付工程Ｓ８へ移行する。しかしながら、判定工程Ｓ６２において投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｂ内に収まっていないと判定した場合には、判定工程Ｓ６２においてＹＥＳの判定が得られるまで、レンズ調整工程Ｓ７１および収差測定工程Ｓ６１をさらに繰り返す。
【００５５】
図１３は、本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８の内部工程を概略的に示すフローチャートである。本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８では、第２レンズ調整工程Ｓ７を経た投影光学系６に対して、図４に示すように、レンズ間の間隔を変化させる間隔調整やレンズを光軸に対してチルト（傾斜）させるチルト調整を行うための微調整機構１４を取り付ける（Ｓ８１）。なお、間隔調整やチルト調整を行う微調整機構１４に関する詳細については、たとえば特開２００２−２５８１３１号公報などを参照することができる。
【００５６】
次いで、微調整機構１４が取り付けられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して、投影光学系６の波面収差を測定する（Ｓ８２）。収差測定工程Ｓ８２においても収差測定工程Ｓ６１および収差測定工程Ｓ２１と同様に、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略する。最後に、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、収差測定工程Ｓ８２で測定した投影光学系６の波面収差が許容範囲Ｃ内に収まるように、微調整機構１４を用いてレンズ調整を行う（Ｓ８３）。こうして、本実施形態にしたがう投影光学系６の製造が終了する。
【００５７】
本実施形態では、マスク３のパターン像をウェハ（感光性基板）７上に形成するための投影光学系６を上述の製造方法を用いて製造し、製造された投影光学系６を所定の位置に組み込むことにより露光装置が得られる。なお、レンズ調整工程Ｓ８３における許容範囲Ｃは、投影光学系６の波面収差に関する最終的な目標値としての許容範囲である。これに対して、上述の判定工程Ｓ２２における許容範囲Ａおよび判定工程Ｓ６２における許容範囲Ｂは、非球面化工工程Ｓ４および微調整機構取付工程Ｓ８へそれぞれ移行するのに設定した中間的な許容範囲である。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、レンズ調整の対象となっていないレンズを通常の製品分割鏡筒に組み込み、調整対象レンズまたは調整対象レンズを含むレンズ群を、レンズ単位でレンズ調整を行う機構を内蔵した形態の仮組分割鏡筒に組み込む。そして、製品分割鏡筒と仮組分割鏡筒とを用いて組み立てられた投影光学系６を収差測定装置１１に設置して残存収差を測定した後に、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態で、各仮組分割鏡筒に組み込まれた調整対象レンズを内蔵機構により微動させて、間隔調整や偏芯調整や回転調整によるレンズ調整をレンズ単位で行う。
【００５９】
このように、本実施形態では、レンズ調整工程と波面収差工程との繰り返しに際して収差測定装置とレンズ調整装置との間で投影光学系を設置し直す従来技術とは異なり、投影光学系６を収差測定装置１１に設置した状態でレンズ調整工程と波面収差工程とを繰り返すので、投影光学系６の残存収差を非球面加工工程Ｓ４に必要な所望の範囲（収差測定装置のダイナミックレンジ）に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。また、本実施形態では、分割鏡筒単位でレンズ調整を行う従来技術とは異なり、仮組分割鏡筒の作用によりレンズ単位でレンズ調整を行うので、投影光学系６の残存収差を非球面加工工程Ｓ４に必要な所望の範囲に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００６０】
さらに、収差測定工程Ｓ２１、収差測定工程Ｓ６１および収差測定工程Ｓ８２では、従来技術とは異なり、所定パターンの焼付けによるディストーションの測定工程を省略しているので、投影光学系６の残存収差を測定する時間を大幅に短縮することができる。こうして、本実施形態の製造方法では、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができる。
【００６１】
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１４のフローチャートを参照して説明する。
【００６２】
先ず、図１４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。
【００６３】
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。
【００６４】
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１５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１５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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、ＫｒＦエキシマ レーザー光源またはＡｒＦエキシマ レーザー光源を用いる露光装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いる露光装置に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、露光装置に搭載される投影光学系の製造方法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、他の一般的な光学系の製造方法に本発明を適用することもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による投影光学系の製造方法では、投影光学系を収差測定装置に設置した状態でレンズ調整工程と波面収差工程とを繰り返し、仮組分割鏡筒の作用によりレンズ単位でレンズ調整を行うので、投影光学系の残存収差を所望の範囲に収めるまでの時間を大幅に短縮することができる。その結果、本発明では、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を効率的に且つ迅速に製造することができる。
【００６９】
したがって、残存収差が良好に抑えられて優れた光学性能を有する投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、高解像で良好な露光を行うことができ、ひいては高解像で良好な露光条件のもとで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製造方法で製造された投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法の基本工程を概略的に示すフローチャートである。
【図３】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における組立工程Ｓ１から再組立工程Ｓ５までの工程を概略的に説明する図である。
【図４】本実施形態にかかる投影光学系の製造方法における再組立工程Ｓ５から微調整機構取付工程８までの工程を概略的に説明する図である。
【図５】本実施形態の製造方法における組立工程Ｓ１の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図６】各レンズを形成すべきブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を測定する干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】各レンズの面形状誤差を測定する干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態の製造方法における収差測定工程Ｓ２およびレンズ調整工程Ｓ３の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図９】ＫｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１０】ＡｒＦエキシマレーザー光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するＰＤＩ方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１１】本実施形態の製造方法における非球面加工工程Ｓ４、再組立工程Ｓ５、第２収差測定工程Ｓ６、および第２レンズ調整工程Ｓ７の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図１２】非球面形状に加工される光学面の位置と光学面の非球面化により効果的に補正される収差成分との関係を説明する図である。
【図１３】本実施形態の製造方法における微調整機構取付工程Ｓ８の内部工程を概略的に示すフローチャートである。
【図１４】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１５】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】
１ 光源
２ 照明光学系
３ マスク（レチクル）
５ マスクステージ
６ 投影光学系
７ ウェハ（感光性基板）
９ ウェハステージ
１０ 組立装置
１１ 収差測定装置
１３ レンズ調整装置
１４ 微調整機構
Claims (13)
- 第１面の像を第２面上に投影する投影光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記投影光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記投影光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする投影光学系の製造方法。 - 前記収差測定工程は、所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置して前記投影光学系の収差を補正し、
前記調整工程は、前記所定の収差測定装置に前記投影光学系を設置した状態で各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系の製造方法。 - 前記調整工程を経た前記投影光学系に残存する収差を補正するために少なくとも１つの光学部材の光学面を非球面形状に加工する非球面加工工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系の製造方法。
- 前記少なくとも１つの光学部材は、球面状の光学面を有する球面レンズとして設計されていることを特徴とする請求項３に記載の投影光学系の製造方法。
- 前記非球面加工工程は、前記少なくとも１つの光学部材の光学面を光軸に関して回転非対称な非球面形状に加工する工程を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の投影光学系の製造方法。
- 前記非球面加工工程は、第１の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程と、第２の光学部材の光学面を非球面形状に加工する工程とを含み、
前記第１の光学部材および前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材の光学面の有効径に対する前記第１面上の所定の１点からの光束が前記第１の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比と、前記第２の光学部材の光学面の有効径に対する前記所定の１点からの光束が前記第２の光学部材の前記光学面を通過するときの光束径の比とが実質的に異なるように選定されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系の製造方法。 - 前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内に単体で収納される光学部材を含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系の製造方法。
- 前記少なくとも１つの光学部材は、所定の分割鏡筒内において最も第１面側に配置される光学部材を含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系の製造方法。
- 請求項１乃至８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露光する露光装置の製造方法において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための前記投影光学系を請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造する製造工程と、
製造された前記投影光学系を前記露光装置に組み込む組込工程とを含むことを特徴とする露光装置の製造方法。 - マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記第１面に設定された前記マスクのパターン像を前記第２面に設定された前記感光性基板上に形成するための請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された前記投影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露光する露光方法において、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された前記投影光学系を介して、前記第１面に設定された前記マスクのパターンを前記第２面に設定された前記感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法。 - 光学系の製造方法において、
１つまたは複数の製品分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第１組込工程と、
１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に１つまたは複数の光学部材をそれぞれ組み込む第２組込工程と、
前記第１組込工程を経た前記１つまたは複数の製品分割鏡筒と前記第２組込工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒とを用いて前記光学系を組み立てる組立工程と、
組み立てられた前記光学系の収差を測定する収差測定工程と、
測定された前記光学系の収差を補正するために前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒内に収納された各光学部材の位置または姿勢をそれぞれ独立的に調整する調整工程と、
前記調整工程を経た前記１つまたは複数の仮組分割鏡筒から前記１つまたは複数の光学部材をそれぞれ取り出して、対応する１つまたは複数の製品分割鏡筒にそれぞれ組み込む置換工程とを含むことを特徴とする光学系の製造方法。
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| JP2003047268A JP2004258179A (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 投影光学系の製造方法、投影光学系、露光装置の製造方法、露光装置、露光方法、および光学系の製造方法 |
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-
2003
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