JP2013219089A - 光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ枚数の少ない構成により、フォーカスおよび倍率を独立に調整することのできる光学系を提供すること。
【解決手段】光学系は、投影光学系の光軸に直交する平面とこの平面の反対面に曲面とを有する第１光学素子と、第１光学素子の曲面の外周に沿って面が対向する曲面を有する第２光学素子と、投影光学系の光軸に直交する第１の方向に母線を持つシリンドリカル面を有する第３光学素子と、第１の方向に母線を持ち第３光学素子のシリンドリカル面の外周に沿って面が対向するシリンドリカル面と、このシリンドリカル面の反対面に投影光学系の光軸に直交する平面と、を有する第４光学素子とを備える。第２光学素子は、曲面の反対面に第１の方向に対して勾配を持った傾斜平面を有する。第３光学素子は、シリンドリカル面の反対面に、第２光学素子の傾斜平面と対向し、第２光学素子の傾斜平面に対して平行な傾斜平面を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学系、光学系を備える露光装置、および露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

図９は従来の露光装置の投影光学系を構成する投影光学ユニットの構成を示す図である。この露光装置は、いわゆるマルチ走査型投影露光装置と呼ばれるものであり、複数の投影光学ユニット間で、フォーカス位置、および倍率を調整する機構を搭載している（特許文献１）。露光装置は投影光学系の物体面ＯＰに配置されたマスクＭを走査するマスクステージＭＳと、投影光学系の結像面ＩＰに配置されたガラス基板Ｐを走査する基板ステージＰＳとを備える。第１結像光学系Ｋ１はマスクＭからの光に基づいて、中間結像面ＭＰ上にマスクパターンの中間像を形成する。第２結像光学系Ｋ２は、この中間像からの光に基づいてマスクパターンの像をガラス基板Ｐ上に形成する。フォーカス位置を調整する機構として、２枚のくさび型レンズにより構成されるフォーカス補正光学系７０は一方のくさび型レンズを光軸と直交方向（Ｙ方向）に移動させることでフォーカスを補正する。倍率を調整する機構として、倍率補正光学系８０は、３枚のレンズから構成され、対向配置された凹型および凸型Ｘシリンドリカル面と、同じく対向配置された凹型および凸型Ｙシリンドリカル面を持つ。対向配置された凹型および凸型シリンドリカル面の間隔を変更することで、縦横倍率を独立に補正する（特許文献２）。

特開２００４-１４５２６９号公報 特開２０１０-３９３４７号公報

しかし、補正光学系が多くなると、ガラス材料費、および加工費の増加により、露光装置のコストを増大させる要因になる。また、高ＮＡ（例えばＮＡ０．１２以上）の投影光学系では、光束の広がりが大きくなるために、投影光学ユニット内のスペースが減少する。そのため、高ＮＡの投影光学系には、補正機構が配置できない、もしくは配置できる場所に制約が生じる、という課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みて、レンズ枚数の少ない構成により、フォーカスおよび倍率を独立に調整できる光学系を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る光学系は、物体面から像面に至る光路に配置され、前記物体面に配置された物体の像を前記像面に投影する投影光学系の倍率およびフォーカスを調整する光学系であって、
前記投影光学系の光軸に直交する平面と前記平面の反対面に曲面とを有する第１光学素子と、
前記第１光学素子の前記曲面の外周に沿って面が対向する曲面を有する第２光学素子と、
前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に母線を持つシリンドリカル面を有する第３光学素子と、
前記第１の方向に母線を持ち前記第３光学素子の前記シリンドリカル面の外周に沿って面が対向するシリンドリカル面と、当該シリンドリカル面の反対面に前記投影光学系の光軸に直交する平面と、を有する第４光学素子と、を備え、
前記第２光学素子は、前記曲面の反対面に前記第１の方向に対して勾配を持った傾斜平面を有し、
前記第３光学素子は、前記シリンドリカル面の反対面に、前記第２光学素子の傾斜平面と対向し、前記第２光学素子の前記傾斜平面に対して平行な傾斜平面を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面に係る露光装置は、上記の光学系を備えていることを特徴とする。

また、本発明の他の側面に係るデバイス製造方法は、
上記の露光装置を用いて基板上のレジストを露光する工程と、
前記露光されたレジストを現像する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、レンズ枚数の少ない構成により、フォーカスおよび倍率を独立に調整することのできる光学系を提供することができる。

第１実施形態の補正光学系を有する露光装置の構成を示す図。 第１実施形態の補正光学系を有する投影光学ユニットを示す図。 第１実施形態の補正光学系を示す図。 第１実施形態の補正光学系による倍率補正方法を示す図。 第１実施形態の補正光学系によるフォーカス補正方法を示す図。 第２実施形態の補正光学系を示した図。 第２実施形態の補正光学系による倍率補正方法を示す図。 第１実施形態の補正光学系を有する露光装置を用いた露光方法のフローチャート。 従来の露光装置の投影光学系を構成する投影光学ユニットの構成を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

以下に説明する本発明の実施形態に係る光学系（以下、「補正光学系」という）は、物体面から像面に至る光路に配置され、物体面に配置された物体の像を像面に投影する投影光学系の倍率およびフォーカスを補正（調整）する。補正光学系は、例えば、同一の材料（硝材）により形成されている４つの光学素子（レンズ）を有する。第１光学素子は、投影光学系の光軸に直交する平面と、この平面の反対面に曲面を有する。第２光学素子は、第１光学素子の曲面の外周に沿って面が対向する曲面を有する。第３光学素子は、投影光学系の光軸方向に直交する第１の方向に母線を持つシリンドリカル面を有する。第４光学素子は、第１の方向に母線を持ち第３光学素子のシリンドリカル面の外周に沿って面が対向するシリンドリカル面と、このシリンドリカル面の反対面に投影光学系の光軸に直交する平面とを有する。ここで、第２光学素子は、曲面の反対面に第１の方向に対して勾配を持った傾斜平面を有し、第３光学素子は、第２光学素子に対向するシリンドリカル面の反対面に、第２光学素子の傾斜平面に対して平行な傾斜平面を有する。

以下の第１実施形態では、第１光学素子の曲面が、投影光学系の光軸方向（Ｚ軸方向）および第１の方向（Ｙ軸方向）に直交する第２の方向（Ｘ軸方向）に母線を持つ凹型シリンドリカル面として構成される場合を説明する。また、第２光学素子の曲面が、第２の方向（Ｘ方向）に母線を持つ凸型シリンドリカル面として構成される場合を例示的に説明する。尚、シリンドリカル面の構成は、第１光学素子の曲面に凸型シリンドリカル面を構成し、第２光学素子の曲面に凹型シリンドリカル面を構成してもよい。

また、第２実施形態では、第１光学素子の曲面が、凹型の球面として構成され、第２光学素子の曲面が、凸型の球面として構成される場合を例示的に説明する。尚、球面の構成は、第１光学素子の曲面に凸型の球面を構成し、第２光学素子の曲面に凹型の球面を構成してもよい。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の補正光学系を有する露光装置ＥＥの全体構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、露光装置ＥＥの投影光学系ＰＯを構成する複数の投影光学ユニットＰＬ１〜５（ＰＬ４は不図示）のうちの１つの典型的な投影光学ユニットに着目して、投影光学ユニットの構成を示す図である。

図１および図２では、所定の回路パターンが形成されたマスク（原板）Ｍ、およびレジストが塗布されたガラス基板Ｐを移動させる方向、すなわち走査方向（図１に白抜き矢印で示す）に沿ってＹ軸を設定している。また、マスクＭの平面内でＹ軸と直交する方向に沿ってＸ軸を設定している。マスク（原板）Ｍ、およびガラス基板Ｐの法線方向（投影光学系ＰＯの光軸方向）に沿ってＺ軸を設定している。Ｘ軸はＹ軸およびＺ軸に直交し、Ｙ軸はＸ軸およびＺ軸に直交する。Ｘ軸およびＹ軸により構成されるＸＹ平面は、Ｚ軸に対して直交する。

露光装置は照明系ＩＬと、投影光学系ＰＯと、投影光学系ＰＯの物体面ＯＰに配置されたマスクＭを走査するマスクステージＭＳと、投影光学系ＰＯの結像面ＩＰに配置されたガラス基板Ｐを走査する基板ステージＰＳとを備える。マスクステージＭＳはマスク駆動機構により移動可能であり、基板ステージＰＳは基板駆動機構により移動可能である。マスクステージＭＳ上に保持されているマスクＭと基板ステージＰＳに保持されているガラス基板Ｐとを一体的に同一方向（例えば、Ｙ方向）に移動させることにより、ガラス基板Ｐに対してマスクＭのマスクパターンの走査露光を行うことができる。

照明系ＩＬは、マスクＭ上においてＸ方向に並んだ複数（図１では合計で５つ）の円弧状の領域１１をほぼ均一な照度で照明する。照明系ＩＬは、光源１、光ファイバ２、照明光学系３を備える。光源１としては、例えば、水銀ランプが構成され、露光光としてi、ｈ、ｇ線など、水銀ランプの出力波長の一部を用いる。光ファイバ２は、光源１から出射される光を複数（図1では合計５つ）に分岐し、所定の位置に導く。照明光学系３は、光ファイバ２より出射される光を集光するなどして、マスクＭ上で所望の照度分布が得られるようにする役割を持つ。

マスクＭ上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＸ方向に沿って配列された複数の投影光学ユニットＰＬからなる投影光学系ＰＯに入射する。投影光学系ＰＯを介した光は、基板ステージＰＳ上においてＸＹ平面に平行に支持されたガラス基板Ｐ上に導かれ、マスクパターン像を形成する。投影光学系ＰＯを構成する投影光学ユニットＰＬは、第１結像光学系Ｋ１と、第２結像光学系Ｋ２とを有する。第１結像光学系Ｋ１はマスクＭからの光に基づいて、中間結像面ＭＰ上にマスクパターンの中間像を形成する。第２結像光学系Ｋ２は、この中間像からの光に基づいてマスクパターンの正立正像（二次像）をガラス基板Ｐ上に形成する。マスクパターンの中間像の形成位置の近傍にはマスクＭ上における投影光学ユニットＰＬの視野領域（照明領域）及びガラス基板Ｐ上における投影光学ユニットＰＬの投影領域（露光領域）を規定する視野絞りＦＳが設けられている。なお、照明系ＩＬが視野絞りを備えており、この視野絞りによってマスクＭ上の照明領域が規定される場合には、視野絞りＦＳを省くこともできる。

第１結像光学系Ｋ１は、物体面ＯＰから中間結像面ＭＰに至る光路に、物体面側から順に配置された第１平面鏡１３、第１凹面鏡１４、第１凸面鏡１５、第２凹面鏡１６、第２平面鏡１７を有する。物体面ＯＰと第１平面鏡１３との間の光路と第２平面鏡１７と中間結像面ＭＰとの間の光路とは平行である。第１平面鏡１３の鏡面を含む平面と第２平面鏡１７の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。図２では、第１平面鏡１３と第２平面鏡１７とは別個に構成されているが、第１平面鏡１３と第２平面鏡１７とは一体的に形成されていてもよい。また、図２では、第１凹面鏡１４と第２凹面鏡１６とは別個に構成されているが、第１凹面鏡１４と第２凹面鏡１６とは一体的に構成されてもよい。

一方、第２結像光学系Ｋ２は、中間結像面ＭＰから結像面ＩＰに至る光路に、物体面側から順に配置された第３平面鏡１８、第３凹面鏡１９、第２凸面鏡２０、第４凹面鏡２１、第４平面鏡２２を有する。中間結像面ＭＰと第３平面鏡１８との間の光路と第４平面鏡２２と第２結像面ＩＰとの間の光路とは平行である。第３平面鏡１８の鏡面を含む平面と第４平面鏡２２の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。図２では、第３平面鏡１８と第４平面鏡２２とは別個に構成されているが、第３平面鏡１８と第４平面鏡２２とは一体的に形成されていてもよい。また、図２では、第３凹面鏡１９と第４凹面鏡２１とは別個に構成されているが、第３凹面鏡１９と第４凹面鏡２１とは一体的に構成されてもよい。

（補正光学系）
第２平面鏡１７と中間結像面ＭＰとの間の光路には、フォーカスおよび倍率をそれぞれ独立に補正するための光学系としてフォーカス・倍率補正光学系４０（補正光学系）が設けられている。図３はフォーカス・倍率補正光学系４０（補正光学系）の構成を示す図である。フォーカス・倍率補正光学系４０（補正光学系）は、光学素子として、例えば、第１レンズ４１、第２レンズ４２、第３レンズ４３および第４レンズ４４の４枚のレンズを有する。

第１レンズ４１の上面４１ａはＸＹ平面に平行な平面である。ここで、Ｙ方向はマスクＭの走査方向に平行な方向であり、Ｘ方向はマスクＭの法線方向（投影光学系ＰＯの光軸：Ｚ軸方向）およびマスクＭの走査方向（Ｙ方向）に対して直交する方向である。マスクＭの法線方向（投影光学系ＰＯの光軸：Ｚ軸方向）はＸＹ平面に対して垂直である。第１レンズ４１の下面４１ｂは、マスクＭの法線方向（投影光学系ＰＯの光軸：Ｚ軸方向）およびマスクＭの走査方向（Ｙ方向）に対して直交するＸ方向に母線を持つ凹型シリンドリカル面である。

第２レンズ４２の上面４２ａは、Ｘ方向に母線を持つ凸型シリンドリカル面であり、下面４２ｂは、ＸＹ平面に対してＹ方向に勾配を持った傾斜平面である。

第３レンズ４３の上面４３ａは、ＸＹ平面に対してＹ方向に勾配を持った傾斜平面であり、下面４３ｂは、Ｙ方向に母線を持つ凹型シリンドリカル面である。

第４レンズ４４の上面４４ａは、Ｙ方向に母線を持つ凸型シリンドリカル面であり、下面４４ｂは、ＸＹ平面に平行な平面である。

第１レンズ下面４１ｂの凹型シリンドリカル面の曲率と、第２レンズ上面４２ａの凸型シリンドリカル面の曲率は実質的に等しい（第１の曲率）。第１レンズ下面４１ｂと第２レンズ上面４２ａは、例えば、５〜２０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。また、第３レンズ下面４３ｂの凹型シリンドリカル面の曲率と、第４レンズ上面４４ａの凸型シリンドリカル面の曲率は実質的に等しい（第２の曲率）。第３レンズ下面４３ｂと第４レンズ上面４４ａとは、例えば、５〜２０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。また、第２レンズ下面４２ｂの傾斜平面と、第３レンズ上面４３ａの傾斜平面とは互いに平行であり、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。

第１レンズ４１は、Ｚ軸方向に位置を変化させられる機構（不図示）を備え、投影光学ユニットＰＬのＹ倍率補正を可能ならしめている。また、第４レンズ４４は、Ｚ軸方向に位置を変化させられる機構（不図示）を備え、投影光学ユニットＰＬのＸ倍率補正を可能ならしめている。また、第３レンズ４３はＹ軸方向（第１の方向）に位置を変化させられる機構（不図示）を備え、投影光学ユニットＰＬのフォーカス補正を可能ならしめている。第１レンズ４１と第２レンズ４２との間隔は、投影光学系の光軸方向における第１レンズ４１の移動により調整可能である。また、第３レンズ４３と第４レンズ４４との間隔は、投影光学系の光軸方向における第４レンズ４４の移動により調整可能である。

（像シフト補正光学系）
図２の中間結像面ＭＰと第２平面鏡１８の間の光路に、像シフト補正光学系６０が設けられている。像シフト補正光学系６０は、２枚の平行平板ガラスから構成されている。２枚の平行平板ガラスのうち一方は、Ｘ軸周りに回転させられる機構を備え、Ｙ軸方向（第１の方向）の像シフトを補正できるよう構成されている。また、他方は、Ｙ軸周りに回転させられる機構を備え、Ｘ軸方向（第２の方向）の像シフトを補正できるよう構成されている。

前述したように、マスクＭ上に形成されたマスクパターンは、照明系ＩＬからの照明光（露光光）により、ほぼ均一の照度で照明される。マスクＭ上の各照明領域に形成されたマスクパターンから、−Ｚ方向に沿って進行した光は、第１平面鏡１３、第１凹面鏡１４、第１凸面鏡１５、第２凹面鏡１６、第２平面鏡１７の順に反射される。その後、フォーカス・倍率補正光学系４０を構成する第１レンズ４１、第２レンズ４２、第３レンズ４３、第４レンズ４４の順に通過し、中間結像面ＭＰ（１次結像面）でマスクパターンの中間像を形成する。中間結像面ＭＰ（１次結像面）上には視野絞りＦＳが設置されており、視野外の光線は遮断される。なお、中間像のＸ方向における横倍率は＋１倍であり、Ｙ方向における横倍率は−１倍である。

中間結像面ＭＰ（１次結像面）に形成されたマスクパターンの中間像から−Ｚ方向に沿って進行した光は、像シフト補正光学系６０を通過したのち、第３平面鏡１８、第３凹面鏡１９、第２凸面鏡２０、第４凹面鏡２１、第４平面鏡２２の順に反射される。光はその後−Ｚ方向に沿って進行し、結像面ＩＰ（２次結像面）でマスクパターンの像（二次像）を形成する。ここで、二次像のＸ方向における横倍率およびＹ方向における横倍率はともに＋１倍である。すなわち、投影光学ユニットＰＬを介してガラス基板Ｐ上に形成されるマスクパターン像は等倍の正立正像であり、投影光学ユニットＰＬは等倍正立系を構成している。

本実施形態における投影光学ユニットＰＬは等倍正立系を構成しているが、投影光学ユニットＰＬは、等倍結像光学系、拡大結像光学系および縮小結像光学系のいずれとしても構成されうる。しかし、投影光学ユニットＰＬは、等倍結像光学系として構成されることが好ましく、さらに物体面側及び像面側で主光線が平行、即ち物体面及び像面の双方において両テレセントリック性を有していることが好ましい。

前述したように、投影光学ユニットＰＬを介してガラス基板Ｐ上に形成されるマスクパターン像は等倍の正立正像である。したがって、複数の投影光学ユニットＰＬから構成される投影光学系ＰＯは、全体として等倍の正立正像のマスクパターン像をガラス基板Ｐ上に形成する。マスクステージＭＳ上に保持されているマスクＭと基板ステージＰＳに保持されているガラス基板Ｐとを一体的に同一方向（Ｙ方向）に沿って移動させることにより、所望の走査露光を行うことができる。

（投影光学ユニットＰＬの倍率調整）
次に、投影光学ユニットＰＬの倍率調整、すなわちマスクＭからガラス基板Ｐへの投影倍率の調整について説明する。前述したとおり、投影光学系ＰＯを構成する投影光学ユニットＰＬは、等倍の投影像を形成するよう製造されるが、投影光学系ＰＯを組み立てた場合には、製造誤差等により各投影光学ユニットＰＬにおいて倍率に誤差が生じる場合がある。また、基板に多層を焼き付けることによって、あるいはマスク（原板）が多数回使用されて伸縮を生じることによって、Ｘ方向とＹ方向で異なる倍率誤差が発生することがある。このような場合に、各投影光学ユニットＰＬの倍率を等倍にするために、各投影光学ユニットＰＬにおいて倍率調整が行われる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、ノミナル状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図４（ａ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図４（ｂ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。

投影光学ユニットＰＬのＹ倍率調整は、フォーカス・倍率補正光学系４０を構成する第１レンズ４１のＺ方向位置を変更することにより行われる。図４（ｃ）および図４（ｄ）は、第１レンズ４１の位置を＋Ｚ方向に変更して、Ｙ倍率を正に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図４（ｃ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図４（ｄ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、第１レンズ４１の位置が＋Ｚ方向に変更された場合、第１レンズ４１と第２レンズ４２の間隔が拡大し、各投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は正に変化する（図４（ｃ）。各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は変化しない（図４（ｄ））。逆に第１レンズ４１の位置が−Ｚ方向に変更された場合、第１レンズ４１と第２レンズ４２の間隔が縮小し、各投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は負に変化する。第１レンズ４１の位置が−Ｚ方向に変更された場合でも各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は変化しない。

投影光学ユニットＰＬのＸ倍率調整は、フォーカス・倍率補正光学系を構成する第４レンズ４４のＺ方向位置を変更することにより行われる。図４（ｅ）および図４（ｆ）は、第４レンズ４４の位置を−Ｚ方向に変更して、Ｘ倍率を正に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図４（ｅ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図４（ｆ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すように、第４レンズ４４の位置が−Ｚ方向に変更された場合、第４レンズ４４と第３レンズ４３の間隔が拡大し、各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は正に変化する（図４（ｆ））。各投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は変化しない（図４（ｅ））。逆に第４レンズ４４の位置が＋Ｚ方向に変更された場合、第４レンズ４４と第３レンズ４３の間隔が縮小し、各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は負に変化する。第４レンズ４４の位置が＋Ｚ方向に変更された場合でも各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は変化しない。

投影光学ユニットＰＬ１〜５のそれぞれにおいて上述のようなＸ倍率調整を行った場合、投影光学ユニットＰＬ１〜５それぞれの結像面ＩＰにおける結像位置のＸ方向の相対位置にずれが生じる。この相対位置のずれを補正するために、像シフト補正光学系６０によって投影光学ユニットＰＬの結像位置のＸ方向位置を調整する必要がある。具体的には、像シフト補正光学系６０を構成する２枚の平行平板ガラスのうち一方をＹ軸周りに回転させ、Ｘ方向の像シフトを発生させることで、各投影光学ユニットＰＬの結像位置のＸ方向位置を調整する。

（投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整）
次に、投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整について説明する。図５（ａ）および図５（ｂ）は、ノミナル状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図５（ａ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図５（ｂ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。また、フォーカス面２３は、ノミナル状態における投影光学ユニットＰＬのフォーカス位置を示している。

投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整は、フォーカス・倍率補正光学系４０を構成する第３レンズ４３のＹ方向位置を変更することにより行われる。つまり、第３レンズ上面４３ａの傾斜平面が第２レンズ４２（第２レンズ下面４２ｂの傾斜平面）に対して平行な状態で第３レンズ４３を移動させる。図５（ｃ）および図５（ｄ）は、第３レンズ４３の位置を−Ｙ方向に変更して、フォーカス位置を＋Ｚ方向に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図５（ｃ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図５（ｄ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、第３レンズ４３の位置が−Ｙ方向に変更された場合、光が通過するガラスの厚さが減少するため、フォーカスは＋Ｚ方向に変化する。フォーカス面２４は、フォーカス面２３上のフォーカス位置を＋Ｚ方向に変化させたときのフォーカス位置を示している。逆に第３レンズ４３の位置が＋Ｙ方向に変更された場合、光が通過するガラスの厚さが増大するため、フォーカスは−Ｚ方向に変化する。

第３レンズ４３のＹ方向位置を変更するとき、第３レンズ下面４３ｂはＹ方向に母線を持つシリンドリカル面であるために、第４レンズ上面４４ａに対する第３レンズ下面４３ｂの位置関係は光学的には変化しない。第３レンズ下面４３ｂと第４レンズ上面４４ａの光学的な位置関係が変化しないため、Ｙ倍率に影響を与えることなく、フォーカスのみを独立に補正することができる。

また、このようなフォーカス補正を行うと、第２レンズ下面４２ｂと第３レンズ上面４３ａとの間の距離が変化する。これにより、Ｙ方向の像シフトが発生する。図５（ｃ）の場合、結像位置が＋Ｚ方向（＋ΔＺ）に変化すると同時に、−Ｙ方向（−ΔＹ）にも変化（像シフト）している。

このＹ方向の像シフトを補正するために、フォーカス補正実行時には、像シフト補正光学系６０による像シフト補正を合わせて行う必要がある。具体的には、像シフト補正光学系６０を構成する２枚の平行平板ガラスのうち一方をＸ軸周りに回転させ、Ｙ方向の像シフトを発生させることで、結像位置のＹ方向位置を調整する。

また、フォーカス調整は、上記の方法に限定されず、例えば、第３レンズ上面４３ａの傾斜平面が第２レンズ４２（第２レンズ下面４２ｂの傾斜平面）に対して平行な状態で、第３レンズ上面４３ａの傾斜平面に対して平行な方向に第３レンズ４３を移動させる。この移動と同時に、第４レンズ４４と第３レンズ４３との間隔が維持されるよう第４レンズ４４をＺ方向に移動することによってフォーカス調整を行ってもよい。図５（ｅ）および図５（ｆ）は、第３レンズ４３と第４レンズ４４を同時に移動させ、フォーカス位置を＋Ｚ方向に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系４０を示した図である。図５（ｅ）および図５（ｆ）では、第３レンズ上面４３ａの傾斜平面が第２レンズ４２（第２レンズ下面４２ｂの傾斜平面）に対して平行な状態で第３レンズ４３を移動させる。この移動と同時に、第４レンズ４４と第３レンズ４３との間隔が維持されるように第４レンズ４４をＺ方向に移動させている。

図５（ｅ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＹＺ断面を示す図であり、図５（ｆ）はフォーカス・倍率補正光学系４０のＸＺ断面を示す図である。図５（ｅ）および図５（ｆ）に示すように、第３レンズ４３を斜め上方に移動させた場合、光が通過するガラスの厚さが減少するため、フォーカスは＋Ｚ方向に変化する。フォーカス面２４は、フォーカスを＋Ｚ方向に変化させたときのフォーカス位置を示している。逆に第３レンズ４３を斜め下方に移動させた場合、光が通過するガラスの厚さが増大するため、フォーカスは−Ｚ方向に変化する。このとき、第３レンズ４３の移動方向を、第３レンズ４３上面の斜面（第２レンズ４２下面の斜面）と平行方向とすることで、第２レンズ４２と第３レンズ４３との間隔は維持される。したがって、図５（ｃ）のようなＹ方向の像シフト（−ΔＹ）は発生しない。また、第４レンズ４４を＋Ｚ方向に移動させることで、また、第３レンズ下面４３ｂと第４レンズ上面４４ａの間隔も維持される。したがって、図４（ｆ）のようなＸ倍率も発生しない。

以上、本実施形態における補正光学系の構成について説明したが、上記の構成に限定されず、種々の構成が可能である。例えば、フォーカス・倍率補正光学系４０は、対向するシリンドリカル面の凹凸が入れ換わってもよい。具体的には、第１レンズ下面４１ｂが凸型シリンドリカル面、第２レンズ上面４２ａが凹型シリンドリカル面になっていてもよい。また、第３レンズ下面４３ｂが凸型シリンドリカル面、第４レンズ上面４４ａが凹型シリンドリカル面になっていてもよい。

また、フォーカス・倍率補正光学系４０は、第２平面鏡１７と中間結像面ＭＰの間に限定せず、他の位置に配置することも可能である。例えば、中間結像面ＭＰと第３平面鏡１８との間、または第４平面鏡２２とガラス基板Ｐとの間に配置してもよい。また、本実施形態は露光装置の投影光学ユニットを例にしたが、フォーカス・倍率補正光学系４０は、他の用途の光学系においても使用することが可能である。

（補正光学系を有する露光装置を用いた露光方法）
次に、図８に基づいて本実施形態の補正光学系を有する露光装置を用いた露光方法について説明する。図８は本発明の第１実施形態の補正光学系を有する露光装置を用いた露光方法のフローチャートである。

図８に示すように、まず、ステップＳ１で基板ステージ上に未露光のガラス基板を搬入する(基板搬入)。次に、ステップＳ２で、所定の判断基準に基づき、フォーカス補正の実施可否の判断が行われる。判断基準は、例えば、前回のフォーカス補正実施から所定時間が経過したか否か、マスクＭの交換、ガラス基板Ｐの処理枚数、ガラス基板Ｐのロットの切り替え等である。フォーカス補正を実施する場合（ステップＳ２−Ｙｅｓ）、各投影光学ユニットに搭載のフォーカス測定機構により、各投影光学ユニットのフォーカス位置のずれを測定する（ステップＳ３）。次に、測定したフォーカス位置のずれを補正するようにフォーカス・倍率補正光学系４０の第３レンズ４３をＹ方向に移動させる（ステップＳ４）。

つづいて、所定の判断基準に基づき、倍率補正の実施可否の判断が行われる(ステップＳ５)。判断基準は、フォーカス補正実施の判断基準と同様に、例えば、前回のフォーカス補正実施から所定時間が経過したか否か、マスクＭの交換、ガラス基板Ｐの処理枚数、ガラス基板Ｐのロットの切り替え等である。倍率補正を実施する場合（Ｓ５−Ｙｅｓ）、各投影光学ユニットに搭載の倍率測定機構により、ガラス基板のＸ方向およびＹ方向の倍率を測定する(ステップＳ６)。次に、測定したＸ方向の倍率を補正するように、フォーカス・倍率補正光学系４０の第４レンズ４４をＺ方向に移動させる(ステップＳ７)。次に、測定したＹ方向の倍率を補正するように、フォーカス・倍率補正光学系４０の第１レンズ４１をＺ方向に移動させる(ステップＳ８)。

次に、フォーカス・倍率補正光学系４０の各レンズの位置を変更したことによって必要となる像シフト補正を、像シフト補正光学系６０により行う(ステップＳ９)。

以上の手順により、測定されたフォーカス位置のずれ、Ｘ倍率およびＹ倍率のずれは、他に収差を発生させることなく補正することが可能になる。次の工程では、露光により、ガラス基板ＰにマスクＭのパターンを焼き付ける（ステップＳ１０）。

露光終了後、基板ステージＰＳ上の露光済みガラス基板Ｐを搬出し（ステップＳ１１）、処理すべきすべてのガラス基板Ｐが露光されたか判定する（ステップＳ１２）。未露光の基板が残っていれば、ステップＳ１に戻り、新たな未露光のガラス基板Ｐを搬入して、上記の工程が繰り返される。すべてのガラス基板が露光されれば終了である。

以上、本実施形態における露光方法について説明したが、上記の構成に限定されず、種々の構成が可能である。例えば、ステップＳ３でフォーカス測定を行う代わりに、予測計算によってフォーカス補正目標値を算出し、その補正目標値によってステップＳ４のフォーカス補正を行ってもよい。

また、ステップＳ６で倍率測定を行う代わりに、予測計算によって倍率補正目標値を算出し、その倍率補正目標値によってステップＳ７、Ｓ８の倍率補正を行ってもよい。また、基板温度を測定し、その測定結果をもとに基板の伸び量を計算して倍率補正を行ってもよい。更に、Ｘ倍率補正（Ｓ７）、Ｙ倍率補正（Ｓ８）の補正順を入れ替えて、Ｙ倍率補正（Ｓ７）、Ｘ倍率補正（Ｓ８）とすることも可能である。

また、フォーカス・倍率補正光学系４０を構成する補正のためのレンズの移動を行った後で、フォーカス補正、倍率補正の結果の確認測定を行うようにしてもよい。例えば、ステップＳ４で第３レンズ４３を移動させた直後にフォーカス測定を実施し、フォーカスが所望のとおりに変化しているか確認するようにしてもよい。また、ステップＳ７およびステップＳ８で第４レンズ４４および第１レンズ４１を移動させた直後に倍率測定を実施し、Ｘ倍率およびＹ倍率が所望のとおりに変化しているか確認するようにしてもよい。

[第２実施形態]
つぎに、本発明の第２実施形態の露光装置について説明する。第２実施形態の露光装置は、図２のフォーカス・倍率補正光学系４０を、図６に示したフォーカス・倍率補正光学系５０に置き換えたものである。図６はフォーカス・倍率補正光学系５０（補正光学系）の構成を示す図である。

フォーカス・倍率補正光学系５０は、例えば、第２平面鏡１７と中間結像面ＭＰとの間の光路に設けられている。

フォーカス・倍率補正光学系５０は、光学素子として、例えば、第１レンズ５１、第２レンズ５２、第３レンズ５３および第４レンズ５４の４枚のレンズを有する。

第１レンズの上面５１ａはＸＹ平面に平行な平面であり、下面５１ｂは凹型球面である。第２レンズの上面５２ａは凸型球面であり、下面５２ｂはＸＹ平面に対してＹ方向に勾配（第３傾斜角の勾配）を持った傾斜平面である。

第３レンズの上面５３ａは、ＸＹ平面に対してＹ方向に勾配（第４傾斜角の勾配）を持った傾斜平面である。下面５３ｂは、Ｙ方向に母線を持つ凹型シリンドリカル面である。第４レンズの上面５４ａは、Ｙ方向に母線を持つ凸型シリンドリカル面であり、下面５４ｂはＸＹ平面に平行な平面である。

第１レンズ下面５１ｂの球面の曲率と、第２レンズ上面５２ａの球面の曲率は実質的に等しく（第１の曲率）、第１レンズ下面５１ｂと第２レンズ上面５２ａは、例えば、５〜２０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。

また、第３レンズ下面５３ｂのシリンドリカル面の曲率と、第４レンズ上面５４ａのシリンドリカル面の曲率は実質的に等しい（第２の曲率）。第３レンズ下面５３ｂと第４レンズ上面５４ａとは、例えば、５〜２０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。また、第２レンズ下面５２ｂの傾斜平面と、第３レンズ上面５３ａの傾斜平面とは互いに平行であり、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍの空気間隔を隔てて対向している。

第１レンズ５１および第４レンズ５４は、Ｚ軸方向に位置を変化させられる機構（不図示）を備え、投影光学ユニットＰＬのＸ倍率補正、およびＹ倍率補正を可能ならしめている。また、第３レンズ５３は、Ｙ軸方向に位置を変化させられる機構（不図示）を備え、投影光学ユニットＰＬのフォーカス補正を可能ならしめている。

（投影光学ユニットＰＬの倍率調整）
次に、投影光学ユニットＰＬの倍率調整について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、ノミナル状態におけるフォーカス・倍率補正光学系５０を示した図である。図７（ａ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＹＺ断面を示す図であり、図７（ｂ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＸＺ断面を示す図である。

投影光学ユニットＰＬのＸ倍率調整およびＹ倍率調整は、フォーカス・倍率補正光学系５０を構成する第１レンズ５１および第４レンズ５４のＺ方向位置を変更することにより行われる。図７（ｃ）および図７（ｄ）は、第１レンズ５１および第４レンズ５４の位置を＋Ｚ方向に変更して、Ｘ倍率、Ｙ倍率を正に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系５０を示した図である。図７（ｃ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＹＺ断面を示す図であり、図７（ｄ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＸＺ断面を示す図である。図７（ｃ）および図７（ｄ）に示すように、第１レンズ５１の位置が＋Ｚ方向に変更された場合、第１レンズ下面５１ｂと第２レンズ上面５２ａの間隔が拡大し、各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率、Ｙ倍率はともに正に変化する。ただし同時に第４レンズ５４の位置が＋Ｚ方向に変更されるため、第３レンズ下面５３ｂと第４レンズ上面５４ａの間隔が縮小され、Ｘ倍率は負に変化する（図７（ｄ））。第１レンズ５１の移動による正のＸ倍率が、第４レンズ５４の移動による負のＸ倍率により打ち消されるように第４レンズ５４を移動させれば、Ｙ倍率のみを正に変化させることができる（図７（ｃ））。

この逆の動きによって、第１レンズ５１および第４レンズ５４の位置が−Ｚ方向に変更された場合、投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は負に変化する。

投影光学ユニットＰＬのＸ倍率調整は、フォーカス・倍率補正光学系５０を構成する第４レンズ５４のＺ方向位置を変更することにより行われる。図７（ｅ）および図７（ｆ）は、第４レンズ５４の位置を−Ｚ方向に変更して、Ｘ倍率を正に変化させた状態におけるフォーカス・倍率補正光学系５０を示した図である。図７（ｅ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＹＺ断面を示す図であり、図７（ｆ）はフォーカス・倍率補正光学系５０のＸＺ断面を示す図である。図７（ｅ）および図７（ｆ）に示すように、第４レンズ５４の位置が−Ｚ方向に変更された場合、第３レンズ下面５３ｂと第４レンズ上面５４ａの間隔が拡大し、各投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は正に変化する（図５（ｆ））。各投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は変化しない（図５（ｅ））。逆に、第４レンズ５４の位置が＋Ｚ方向に変更された場合、投影光学ユニットＰＬのＸ倍率は負に変化する。第４レンズ５４の位置が＋Ｚ方向に変更された場合でも、各投影光学ユニットＰＬのＹ倍率は変化しない。

（投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整）
次に、投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整について説明する。投影光学ユニットＰＬのフォーカス調整は、フォーカス・倍率補正光学系５０を構成する第３レンズ５３のＹ方向位置を変更することにより行われる。

第３レンズ５３の位置が−Ｙ方向に変更された場合、光が通過するガラスの厚さが減少するため、フォーカスは、例えば、図５（ｃ）に示すように＋Ｚ方向に変化する。逆に第３レンズ５３の位置が＋Ｙ方向に変更された場合、光が通過するガラスの厚さが増大するため、フォーカスは−Ｚ方向に変化する。

また、フォーカス調整は、第３レンズ５３を、第３レンズ上面５３ａの傾斜平面に対して平行方向に移動させると同時に、第４レンズ５４を第３レンズ５３との間隔が維持されるようＺ方向に移動することによって行ってもよい。第３レンズ５３の移動方向を、第３レンズ５３上面の斜面（第２レンズ５２下面の斜面）と平行方向とすることで、第２レンズ５２と第３レンズ５３との間隔は維持される。したがって、図５（ｃ）のようなＹ方向の像シフト（−ΔＹ）は発生しない。また、第４レンズ５４を＋Ｚ方向に移動させることで、第３レンズ下面５３ｂと第４レンズ上面５４ａの間隔も維持される。したがって、図４（ｆ）のようなＸ倍率も発生しない。

以上、本実施形態における補正光学系の構成について説明したが、上記の構成に限定されず、種々の構成が可能である。例えば、フォーカス・倍率補正光学系５０は、対向する球面およびシリンドリカル面の凹凸が入れ換わってもよい。具体的には、第１レンズ下面５１ｂが凸型球面、第２レンズ上面５２ａが凹型球面になっていてもよいし、第３レンズ下面５３ｂが凸型シリンドリカル面、第４レンズ上面５４ａが凹型シリンドリカル面になっていてもよい。

また、フォーカス・倍率補正光学系５０は、第２平面鏡１７と中間結像面ＭＰの間に限定せず、他の位置に配置することも可能である。具体的には、中間結像面ＭＰと第３平面鏡１８の間、または第４平面鏡２２とガラス基板Ｐの間に配置してもよい。

また、本実施形態は露光装置の投影光学ユニットを例に説明したが、フォーカス・倍率補正光学系５０は、他の目的で使用される光学系においても使用することが可能である。

（補正光学系を有する露光装置を用いた露光方法）
次に、第２実施形態のフォーカス・倍率補正光学系５０（補正光学系）を有する露光装置を用いた露光方法について説明する。第２実施形態の露光装置を用いた露光方法は、第１実施形態で説明した露光方法と基本的に同一の処理の流れとなる。ただし、ステップＳ４のフォーカス補正、ステップＳ７のＸ倍率補正、ステップＳ８のＹ倍率補正の各ステップでは、本実施形態で説明したフォーカス・倍率補正光学系５０を構成するレンズを移動させて、フォーカス補正、Ｘ倍率補正、Ｙ倍率補正を行う。かかる補正によって、測定されたフォーカス位置のずれ、Ｘ倍率およびＹ倍率のずれは、他に収差を発生させることなく独立に補正することが可能になる。本実施形態に係る露光方法においても、第１実施形態で説明した露光方法の変形のバリエーションを適用することは可能である。

上述の第１、第２実施形態によれば、フォーカスおよび縦横倍率を独立に補正することのできる補正光学系を提供することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態としてデバイス（液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。

上述の露光装置を利用したデバイス製造方法は、液晶表示デバイスの他に、例えば、半導体デバイス等のデバイスの製造にも好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

Claims (13)

1. 物体面から像面に至る光路に配置され、前記物体面に配置された物体の像を前記像面に投影する投影光学系の倍率およびフォーカスを調整する光学系であって、
   前記投影光学系の光軸に直交する平面と前記平面の反対面に曲面とを有する第１光学素子と、
   前記第１光学素子の前記曲面の外周に沿って面が対向する曲面を有する第２光学素子と、
   前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に母線を持つシリンドリカル面を有する第３光学素子と、
   前記第１の方向に母線を持ち前記第３光学素子の前記シリンドリカル面の外周に沿って面が対向するシリンドリカル面と、当該シリンドリカル面の反対面に前記投影光学系の光軸に直交する平面と、を有する第４光学素子と、
   を備え、
   前記第２光学素子は、前記曲面の反対面に前記第１の方向に対して勾配を持った傾斜平面を有し、
   前記第３光学素子は、前記シリンドリカル面の反対面に、前記第２光学素子の傾斜平面と対向し、前記第２光学素子の前記傾斜平面に対して平行な傾斜平面を有することを特徴とする光学系。
2. 前記第１光学素子と前記第２光学素子との間隔および前記第３光学素子と前記第４光学素子との間隔のうち少なくとも一方を調整することにより、前記投影光学系の倍率を調整することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第３光学素子の傾斜平面が前記第２光学素子の傾斜平面に対して平行な状態で前記第３光学素子を移動することにより、前記投影光学系のフォーカスを調整することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記第１光学素子と前記第２光学素子との間隔は、前記投影光学系の光軸方向における前記第１光学素子の移動により調整可能であり、
   前記第３光学素子と前記第４光学素子との間隔は、前記投影光学系の光軸方向における前記第４光学素子の移動により調整可能であり、
   前記投影光学系の倍率は、前記第１光学素子の移動および前記第４光学素子の移動により調整されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか1項に記載の光学系。
5. 前記第３光学素子は、当該第３光学素子の傾斜平面が前記第２光学素子の傾斜平面に対して平行な方向に移動可能であり、
   前記第３光学素子が移動する際に、前記第４光学素子は、前記第３光学素子と前記第４光学素子との間隔を維持するように前記投影光学系の光軸方向に移動可能であり、
   前記投影光学系のフォーカスは、前記第３光学素子の移動および前記第４光学素子の移動により調整されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか1項に記載の補正光学系。
6. 前記第１光学素子の前記曲面は、第１の曲率を有し、前記投影光学系の光軸方向および前記第１の方向に直交する第２の方向に母線を持つ凹型シリンドリカル面であり、
   前記第２光学素子の前記曲面は、前記第１の曲率を有し、前記第２の方向に母線を持つ凸型シリンドリカル面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の光学系。
7. 前記第１光学素子の前記曲面は、第１の曲率を有する凹型の球面であり、
   前記第２光学素子の前記曲面は、前記第１の曲率を有する凸型の球面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の光学系。
8. 前記第１光学素子の前記曲面は、第１の曲率を有し、前記投影光学系の光軸方向および前記第１の方向に直交する第２の方向に母線を持つ凸型シリンドリカル面であり、
   前記第２光学素子の前記曲面は、前記第１の曲率を有し、前記第２の方向に母線を持つ凹型シリンドリカル面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の光学系。
9. 前記第１光学素子の前記曲面は、第１の曲率を有する凸型の球面であり、
   前記第２光学素子の前記曲面は、前記第１の曲率を有する凹型の球面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の光学系。
10. 前記第３光学素子の前記シリンドリカル面は、第２の曲率を有する凹型シリンドリカル面であり、
    前記第４光学素子の前記シリンドリカル面は、前記第２の曲率を有する凸型シリンドリカル面であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか1項に記載の光学系。
11. 前記第３光学素子の前記シリンドリカル面は、第２の曲率を有する凸型シリンドリカル面であり、
    前記第４光学素子の前記シリンドリカル面は、前記第２の曲率を有する凹型シリンドリカル面であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか1項に記載の光学系。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
13. デバイス製造方法であって、
    感光剤が塗布された基板を請求項１２に記載の露光装置によって露光する工程と、
    前記感光剤を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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