JPWO2002021187A1

JPWO2002021187A1 - 対物レンズ系、該対物レンズ系を備えた観察装置、および該観察装置を備えた露光装置

Info

Publication number: JPWO2002021187A1
Application number: JP2002524747A
Authority: JP
Inventors: 長山　匡; 中村　綾子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2002021187A1

Abstract

残存する波面収差高次成分を良好に抑えることのできる対物レンズ系の製造方法。対物レンズ系（７）の製造方法において、対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を抑えるために、対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造する製造工程と、組み立てられた対物レンズ系に残存する収差を補正するために対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含む。

Description

技術分野
本発明は、対物レンズ系、該対物レンズ系を備えた観察装置、および該観察装置を備えた露光装置に関する。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製造するリソグラフィー工程で用いる露光装置に搭載される観察装置に好適な対物レンズ系に関するものである。
背景技術
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、回路パターンをウェハ上に露光するための露光装置には、マスクのパターンと既に回路パターンの形成されているウェハの各露光領域との位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。
従来、この種のアライメント装置として、特開平４−６５６０３号（およびこれに対応する米国特許第５，４９３，４０３号、第５，６５７，１２９号、および第５，９９５，２３４号）公報、特開平４−２７３２４６号（およびこれに対応する米国特許第６，１４１，１０７号）公報等に開示されているように、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。この撮像方式のアライメント装置の検出系は、ＦＩＡ（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）系とも呼ばれている。ＦＩＡ系では、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上のアライメントマーク（ウェハマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハマークの位置検出を行う。
上述のように、ＦＩＡ系では広帯域照明を用いているので、ウェハ上のフォトレジスト層での薄膜干渉の影響が低減されるという利点がある。しかしながら、従来のＦＩＡ系の結像光学系では、加工、組立、調整等の製造工程を介して、僅かながら収差が残存する。結像光学系に収差が残存していると、撮像面上でのウェハマーク像のコントラストが低下したり、ウェハマーク像に歪みが生じたりして、マーク位置の検出誤差が発生する。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、高精度のアライメントが必要とされるようになってきている。
なお、光学系に残存する収差のうち、特にコマ収差のような光軸に非対称な収差がウェハマーク像の検出に及ぼす影響は大きく、像面上で光軸に関して対称なコマ収差や、偏心コマ収差のように瞳において光軸に非対称な横収差が発生していると、撮像面上に形成されるウェハマーク像は、理想結像の場合に比べて位置ずれして計測される。また、ウェハマークの形状（ピッチ、デューティ比、段差等）が変わった場合や、ウェハマークがデフォーカスした場合には、ウェハマーク像に対するコマ収差の影響の度合いが様々に変化し、その計測位置のずれ量も様々に変化することになる。また、球面収差のような光軸に対称な収差が発生していると、ウェハマークの形状が変化する度にバックフォーカス位置が変化してしまう。
一般に、半導体素子の製造工程毎にウェハマークの形状が異なるため、コマ収差が残存した光学系でウェハのアライメント（位置合わせ）を行うと、いわゆるプロセスオフセットが発生する。そこで、上述のような残存コマ収差を補正するために、本出願人は、特開平８−１９５３３６号（およびこれに対応する米国特許第５，６８０，２００号および米国特許第５，７５４，２９９号）公報において、対物レンズに後続する光学系においてコマ収差を補正する手法を提案している。しかしながら、特開平８−１９５３３６号公報に開示された手法では、補正可能なコマ収差は低次のコマ収差のみであり、高次のコマ収差の補正を行うことは困難である。このように、一般に、波面収差の低次成分は光学調整により補正可能であるが、波面収差の高次成分は光学調整により補正することが困難である。
そこで、本出願人は、特開平１１−２９７６００号公報において、アライメント装置の結像光学系、特にその対物レンズに使用される光学部品の面精度について所定の規格を設定することにより結像光学系に残存する波面収差の高次成分を低減する手法を提案している。すなわち、この公報に開示された手法では、光学部品の面精度を基準面に対する波面収差のＲＭＳ（ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ：自乗平均平方根あるいは平方自乗平均）値で評価し、対物レンズを構成するすべての光学面の波面収差の全成分のＲＭＳ値の平均値が０．０１λ（λは使用する光の中心波長）以下になるように設定している。なお、平均値の算定に使用される各光学面の波面収差のＲＭＳ値は、計測された波面収差から補正可能なパワー成分およびアス成分を差し引いた成分のＲＭＳ値である。
また、本出願人は、特開平１１−１２５５１２号公報において、光学面の面精度の評価方法として、被検面の基準面に対する波面収差を測定し、測定した波面収差からアス成分を除去してアス残渣を求め、このアス残渣を光軸に関する回転非球面によってフィッティングすることによりアス残渣から回転非球面成分を除去して回転非球面残渣を求め、この回転非球面残渣に基づいて被検面の面精度を評価する方法を提案している。また、この公報には、被検面の基準面に対する波面収差を測定し、測定した波面収差からアス成分を除去してアス残渣を求め、このアス残渣を光軸に関する回転非球面によってフィッティングし、回転非球面の光軸を含む断面曲線を半径についての２次４次曲線によってフィッティングすることにより断面曲線から２次４次曲線成分を除去して２次４次残渣を求め、この２次４次残渣に基づいて被検面の面精度を評価する方法が開示されている。
さらに、本出願人は、特開２０００−１２４９１号公報において、波面収差をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式で表現して光学系の結像性能を評価する手法を提案している。この公報に開示された手法では、光学系の透過波面収差（透過光に基づいて計測された波面収差）を瞳の中心に関する回転対称成分と奇数対称成分と偶数対称成分とに分離し、分離した各成分に基づいて光学系の結像性能を評価している。具体的には、分離した各成分のＲＭＳ値に基づいて、光学系の結像性能を評価している。
また、本出願人は、特開平６−３０８７１７号（およびこれに対応する米国特許第５，６９６，６２４号、米国特許第５，６９９，１８３号、米国特許第５，７０２，４９５号、米国特許第５，７０３，７１２号、および米国特許第５，７１９，６９８号）公報において、光学部材の屈折率の均質性を波面収差の測定により評価する方法を提案している。この公報では、屈折率分布による波面収差を、パワー成分、アス成分、パワー成分除去後の回転対称成分、傾斜成分、ランダム成分等に分離し、パワー成分が光学系の曲率半径誤差と等価であることを開示している。
さらに、本出願人は、特開平８−５５０５号公報において、光学部材の屈折率分布による波面収差を測定し、測定した波面収差を光軸に関する回転対称成分と非回転対称成分とに分離して、光学部材の屈折率の均質性を評価する方法を提案している。加えて、この公報は、測定した波面収差をパワー成分補正前またはパワー成分補正後に光軸に関する回転対称成分と非回転対称成分とに分離し、回転対称成分をさらに２次及び４次成分補正して、光学部材の屈折率の均質性を評価する方法を提案している。
従来技術において、たとえばＦＩＡ系の対物レンズに対して特開平１１−２９７６００号公報に開示された手法を適用することにより、量産されるＦＩＡ系の結像光学系の平均的な結像性能（波面収差性能）を確実に向上させることができた。しかしながら、たとえば対物レンズを構成するすべての光学面について計測される波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λの規格を満たしたとしても、その中に特別な収差を発生する特異面（その詳細は実施形態において詳述する）が１つでも存在すると、結像光学系の所要の規格を満たすことができないという不都合があった。
また、光学系の設計によっては、各光学面の面精度を向上させても、光学調整による収差の追い込み動作により高次収差成分が新たに発生し、最終的に性能の向上を期待することのできないという不都合があった。さらに、各光学面の研磨精度を向上させても、光学部材を形成するガラス（光学材料）に屈折率分布があると、透過波面収差は悪化してしまうという不都合があった。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、残存する波面収差高次成分を良好に抑えることのできる対物レンズ系およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の対物レンズ系を含む結像光学系に残存する波面収差高次成分を良好に抑えることのできる観察装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明の観察装置を備え、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
また、本発明の露光装置を用いて、良好なマイクロデバイスを製造することのできるマイクロデバイス製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群中において最も物体側に配置されたレンズの中心厚をｄ１とし、前記最も物体側に配置されたレンズの物体側の面と物体との間の光軸に沿った空気換算距離をｄ０としたとき、
ｄ１／ｄ０＜０．２
の条件を満足することを特徴とする対物レンズ系を提供する。
本発明の第２発明では、対物レンズ系の製造方法において、
前記対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を押えて前記対物レンズ系を設計する設計工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする対物レンズ系の製造方法を提供する。
本発明の第３発明では、対物レンズ系の製造方法において、
前記対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造する製造工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする対物レンズ系の製造方法を提供する。ここで、各面の基準面に対する波面収差とは、各面の面精度を表現する波面収差であって、干渉計を用いて加工面を計測したときの加工面の基準面に対する位相ずれである。
本発明の第４発明では、光学調整の後に対物レンズ系に残存する波面収差を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする対物レンズ系を提供する。
本発明の第５発明は、第１発明の対物レンズ系または第４発明の対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察することを特徴とする観察装置を提供する。
本発明の第６発明は、対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置において、
光学調整の後に前記結像光学系に残存する波面収差を抑えるために、前記結像光学系中の前記対物レンズ系以外の各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする観察装置を提供する。
本発明の第７発明では、対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置において、
前記結像光学系は、前記対物レンズ系と前記物体像との間の光路中に配置される光学部材を備え、
光学調整の後に前記結像光学系に残存する波面収差を抑えるために、前記対物レンズ系と前記物体像との間の光路中に配置される全ての光学部材中の各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする観察装置を提供する。
なお、本発明の第６発明および第７発明において、結像光学系が１つまたは複数の中間像を形成する場合には、上記の物体像は中間像ではなく最終像であることが望ましい。
本発明の第８発明では、対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、前記対物レンズ系を第２発明の製造方法を用いて製造することを特徴とする観察装置の製造方法を提供する。
本発明の第９発明では、第５発明、第６発明または第７発明の観察装置と、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第１０発明では、第９発明の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光工程と、
前記露光された基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
本発明の第１１発明では、対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、
前記対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて前記対物レンズ系を設計する設計工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする観察装置の製造方法を提供する。
本発明の第１２発明では、対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、
前記対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造する製造工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする観察装置の製造方法を提供する。
本発明の第１３発明では、第１２発明の製造方法を用いて製造された観察装置と、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第１４発明では、第１３発明の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光工程と、
前記露光された基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の対物レンズ系は、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と負屈折力の第２レンズ群Ｇ２とを備え、次の条件式（１）を満足する。
ｄ１／ｄ０＜０．２（１）
ここで、ｄ１は、第１レンズ群Ｇ１中において最も物体側に配置されたレンズＬ１の中心厚である。また、ｄ０は、最も物体側に配置されたレンズＬ１の物体側の面と物体との間の光軸に沿った空気換算距離である。
条件式（１）は、対物レンズ系のＷＤ（ワークディスタンス）に対するレンズＬ１の中心厚の比について適切な範囲を規定している。後述するように、本発明の対物レンズ系をＦＩＡ系アライメント装置のような観察装置に適用する場合、最も物体側のレンズ面と物体面との間の光路中に光束偏向手段としてのプリズムが配置される。そのため、プリズムを配置するのに充分なスペースを確保するために、所要のＷＤが必要となる。
また、本発明の対物レンズ系においては、最も物体側に配置されたレンズＬ１により球面収差の補正を主に行っており、このレンズＬ１は最も大きなパワー（屈折力）を有する。この球面収差に必要なパワーを保ったままレンズＬ１の中心厚ｄ１が大きくなると、レンズＬ１の面の曲率半径が小さくなる。一方、後述するように、本発明の対物レンズ系では、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔の変化に伴って発生する高次球面収差量が十分に小さいことが要求される。レンズＬ１の中心厚ｄ１が大きくなることによりその曲率半径が小さくなると、レンズＬ１に入射する光線とレンズ面の法線との角度が大きくなり、空気間隔誤差により発生する高次球面収差が大きくなってしまう。以上、条件式（１）を満たすことにより、所要のＷＤを確保しながら球面収差の良好な補正を行い、且つ偏心しても高次球面収差の発生を良好に抑えることができる。
また、本発明の対物レンズ系において、次の条件式（２）〜（４）を満足することが好ましい。
｜ν１−ν２｜＜１５（２）
ν１＜４０（３）
ν２＜４０（４）
ここで、ν１は、第２レンズ群Ｇ２中において最も像側に配置された一対のレンズのうち物体側のレンズのアッベ数である。また、ν２は、一対のレンズのうち像側のレンズのアッベ数である。
条件式（２）〜（４）は、対物レンズ系全体の軸上色収差を良好に補正するのに必要な条件を規定している。本発明の対物レンズ系では、使用光の波長域全体に亘って軸上色収差が良好に補正されていることが要求される。また、後述するように、各レンズ成分の偏心に伴って発生する波長毎のコマ収差の差が十分に小さいことが要求される。第２レンズ群Ｇ２中において最も像側に配置された一対のレンズは、無限遠系の本対物レンズ系において軸上の光束が平行光となって射出されるレンズ成分である。
したがって、この一対のレンズへの入射光線および射出光線の像高依存性が最も小さく、色コマ収差が他のレンズ成分に比して発生しにくい。以上、条件式（２）〜（４）を満たすことにより、軸上色収差を良好に補正し、且つ偏心しても色コマ収差の発生を良好に抑えることができる。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（２）の上限値を１０に設定することが好ましい。また、偏心時の色コマ収差の発生をさらに良好に抑えるために、一対のレンズを接合レンズとして構成することが好ましい。
また、本発明の対物レンズ系において、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
Ｄ／Ｌ＜０．１７（５）
ここで、Ｄは、負屈折力の最も大きいレンズ成分（接合レンズを含む）の中心厚である。また、Ｌは、第２レンズ群Ｇ２中において最も像側に配置されたレンズの像側の面と物体との間の光軸に沿った距離すなわち対物レンズ系の全長である。
条件式（５）は、最も大きい負屈折力を有するレンズ成分の中心厚と対物レンズ系の全長との比について適切な範囲を規定している。前述したように、本発明の対物レンズ系をＦＩＡ系アライメント装置のような観察装置に適用する場合、最も物体側のレンズ面と物体面との間の光路中に光束偏向手段としてのプリズムが配置される。その結果、プリズムを配置するためのＷＤの制約から、対物レンズ系の全長Ｌにも制約が生じる。
また、後述するように、本発明の対物レンズ系では、各レンズ成分の偏心に伴って発生する高次コマ収差量が十分に小さいことが要求される。後述する各実施例に即して説明すると、最も像側のレンズ群Ｌ５の偏心による高次収差発生量が小さくなるようにレンズ群Ｌ５に入射する光束の入射高を低くし、光線とレンズ面の法線との角度ができるだけ小さくなるように構成すると、レンズ群Ｌ４の中心厚Ｄは増加する。ここで、レンズ群Ｌ４は、最も大きな負屈折力を有するレンズ成分であり、コマ収差の補正を主に行っている。条件式（５）の範囲を逸脱すると、レンズ群Ｌ４の負屈折力が弱くなり、必要なコマ収差の補正が困難となる。以上、条件式（５）を満たすことにより、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔の変化に伴って発生する高次球面収差量、および各レンズ成分の偏心に伴って発生する高次コマ収差量を良好に抑え、且つコマ収差の補正を良好に行うことができる。
以上のように、本発明では、上述の基本構成において各条件式を満足することにより、残存する波面収差高次成分を良好に抑えることのできる対物レンズ系を設計レベルで実現することができる。また、本発明では、対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて対物レンズ系を設計することにより、残存する波面収差高次成分ひいては全体の波面収差を良好に抑えることができる。さらに、本発明では、対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、各光学部材をそれぞれ製造することにより、対物レンズ系に残存する波面収差高次成分ひいては波面収差を良好に抑えることができる。
したがって、本発明の対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置では、対物レンズ系に、ひいては結像光学系に残存する波面収差成分を良好に抑えることができる。また、本発明の観察装置を備えた露光装置では、たとえば観察装置を用いて投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。さらに、本発明の露光装置を用いたマイクロデバイス製造方法では、良好な露光工程を介して良好なマイクロデバイスを製造することができる。
ところで、後述する実施形態では、波面収差をツェルニケの多項式で表わすことによって本発明を説明している。そこで、以下、波面収差およびその各成分のツェルニケ多項式による表現について基本的な事項を説明する。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。
後述の実施形態において説明しているように、光学面の面精度を干渉計を用いて計測する際には、基準となるフィゾー球面からの反射光と光学面からの反射光との位相ズレが波面収差として計測される。また、対物レンズ系の透過波面収差を計測する際には、基準となるフィゾー平面（フィゾーフラット）からの反射光と、対物レンズ系にて一旦集光し反射球面にて反射され再びフィゾー平面に戻った光との位相ズレが波面収差として計測される。いずれの場合も、干渉計の計測結果としては同様の波面収差関数で表わされるが、面計測の場合はそのまま面形状誤差を表わす。ここでは、最も一般的なフィゾー干渉計を例にとって説明しているが、同様の位相差計測が可能な干渉計、例えばトワイマン・グリーン干渉計やマッハツェンダー干渉計、シャリング干渉計等を用いてもよいし、近年開発が盛んなマイクロレンズアレイによる波面分割型の波面収差測定器を用いてもよい。また、直接レンズ面を接触式で測定し、３次元構造を測定する３次元測定器を用いて、基準面からのずれを測定しても構わない。
まず、射出瞳面上に極座標を定め、得られた波面収差Ｗを、Ｗ（ρ，θ）として表わす。ここで、ρは射出瞳の半径を１に規格化した規格化瞳半怪であり、θは極座標の動径角である。次いで、波面収差Ｗ（ρ，θ）を、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）を用いて、次の式（６）に示すように展開する。
Ｗ（ρ，θ）＝ΣＣｎＺｎ（ρ，θ）
＝Ｃ１・Ｚ１（ρ，θ）＋Ｃ２・Ｚ２（ρ，θ）
・・・・＋Ｃｎ・Ｚｎ（ρ，θ）（６）
ここで、Ｃｎは展開係数である。以下、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）のうち、第１項〜第３６項にかかる円筒関数系Ｚ１〜Ｚ３６は、次に示す通りである。
ｎ：Ｚｎ（ρ，θ）
１：１
２：ρｃｏｓθ
３：ρｓｉｎθ
４：２ρ^２−１
５：ρ^２ｃｏｓ２θ
６：ρ^２ｓｉｎ２θ
７：（３ρ^２−２）ρｃｏｓθ
８：（３ρ^２−２）ρｓｉｎθ
９：６ρ^４−６ρ^２＋１
１０：ρ^３ｃｏｓ３θ
１１：ρ^３ｓｉｎ３θ
１２：（４ρ^２−３）ρ^２ｃｏｓ２θ
１３：（４ρ^２−３）ρ^２ｓｉｎ２θ
１４：（１０ρ^４−１２ρ^２＋３）ρｃｏｓθ
１５：（１０ρ^４−１２ρ^２＋３）ρｓｉｎθ
１６：２０ρ^６−３０ρ^４＋１２ρ^２−１
１７：ρ^４ｃｏｓ４θ
１８：ρ^４ｓｉｎ４θ
１９：（５ρ^２−４）ρ^３ｃｏｓ３θ
２０：（５ρ^２−４）ρ^３ｓｉｎ３θ
２１：（１５ρ^４−２０ρ^２＋６）ρ^２ｃｏｓ２θ
２２：（１５ρ^４−２０ρ^２＋６）ρ^２ｓｉｎ２θ
２３：（３５ρ^６−６０ρ^４＋３０ρ^２−４）ρｃｏｓθ
２４：（３５ρ^６−６０ρ^４＋３０ρ^２−４）ρｓｉｎθ
２５：７０ρ^８−１４０ρ^６＋９０ρ^４−２０ρ^２＋１
２６：ρ^５ｃｏｓ５θ
２７：ρ^５ｓｉｎ５θ
２８：（６ρ^２−５）ρ^４ｃｏｓ４θ
２９：（６ρ^２−５）ρ^４ｓｉｎ４θ
３０：（２１ρ^４−３０ρ^２＋１０）ρ^３ｃｏｓ３θ
３１：（２１ρ^４−３０ρ^２＋１０）ρ^３ｓｉｎ３θ
３２：（５６ρ^６−１０４ρ^４＋６０ρ^２−１０）ρ^２ｃｏｓ２θ
３３：（５６ρ^６−１０４ρ^４＋６０ρ^２−１０）ρ^２ｓｉｎ２θ
３４：（１２６ρ^８−２８０ρ^６＋２１０ρ^４−６０ρ^２＋５）ρｃｏｓθ
３５：（１２６ρ^８−２８０ρ^６＋２１０ρ^４−６０ρ^２＋５）ρｓｉｎθ
３６：２５２ρ^１０−６３０ρ^８＋５６０ρ^６−２１０ρ^４＋３０ρ^２−１
既に述べたように、従来技術における波面収差Ｗに基づく評価手法は、波面収差の全成分Ｗの最大最小の差（Ｐ−Ｖ値）やＲＭＳ値を評価指標として用いていた。しかしながら、波面収差の全成分ＷのＰ−Ｖ値やＲＭＳ値による評価では同じ値となる場合でも、各項の展開係数Ｃ１、Ｃ２、・・・・の組み合わせによっては、所望の性能を達成することができない場合がある。したがって、本発明では、波面収差Ｗの各成分について考える。
まず、波面収差Ｗを、回転対称成分と奇数対称成分と偶数対称成分とに分類することができる。ここで、回転対称成分とは、θを含まない項、すなわち、ある座標での値と、その座標を瞳の中央を中心として任意の角度だけ回転した座標での値とが等しい回転対称な成分である。また、奇数対称成分とは、ｓｉｎθ（またはｃｏｓθ）、ｓｉｎ３θ（またはｃｏｓ３θ）などの、動径角θの奇数倍の３角関数を含む項、すなわち、ある座標での値と、その座標を瞳の中央を中心として３６０°の奇数分の１だけ回転した座標での値とが等しい奇数対称な成分である。さらに、偶数対称成分とは、ｓｉｎ２θ（またはｃｏｓ２θ）、ｓｉｎ４θ（またはｃｏｓ４θ）などの、動径角θの偶数倍の３角関数を含む項、すなわち、ある座標での値と、その座標を瞳の中央を中心として３６０°の偶数分の１だけ回転した座標での値とが等しい偶数対称な成分である。
さらに、波面収差Ｗの全成分に、干渉計の計測時に発生する誤差成分として、展開係数Ｃ１〜Ｃ４にかかる各項を含めないことにする。ここで、展開係数Ｃ１にかかる第１項は、定数項である。また、展開係数Ｃ２およびＣ３にかかる第２項および第３項は、チルト成分（Ｘ方向およびＹ方向）である。さらに、展開係数Ｃ４にかかる第４項は、パワー成分である。この場合、波面収差Ｗの回転対称成分Ｗｒｏｔ、奇数対称成分Ｗｏｄｄ、及び偶数対称成分Ｗｅｖｎは、それぞれ次の式（７）〜（９）で表される。以下、表現の簡素化のために、原則として第ｎ項の展開係数Ｃｎをもって第ｎ項を表すこととする。すなわち、以下の式（７）〜（９）および各成分の表現において、ＣｎはＣｎ・Ｚｎを意味するものとする。
Ｗｒｏｔ（ρ，θ）＝Ｃ９＋Ｃ１６＋Ｃ２５＋Ｃ３６（７）
Ｗｏｄｄ（ρ，θ）＝Ｃ７＋Ｃ８＋Ｃ１０＋Ｃ１１＋Ｃ１４＋Ｃ１５＋Ｃ１９＋Ｃ２０＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２６＋Ｃ２７＋Ｃ３０＋Ｃ３１＋Ｃ３４＋Ｃ３５（８）
Ｗｅｖｎ（ρ，θ）＝Ｃ５＋Ｃ６＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１７＋Ｃ１８＋Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２８＋Ｃ２９＋Ｃ３２＋Ｃ３３（９）
こうして、後述の実施形態において検討される各成分、すなわち、全成分Ｗ、回転対称成分Ｗｒｏｔ、回転対称高次成分Ｗｒｏｔｈ、非回転対称成分Ｗｒｎｄ、アス補正後非回転対称成分Ｗｒｎｄｍａｓ、アス補正後非回転対称高次成分Ｗｒｎｄｍａｓｈ、縦収差成分Ｗ縦、縦収差高次成分Ｗ縦高、横収差成分Ｗ横、横収差高次成分Ｗ横高、アス補正Ｗｍａｓ、アスと低次球面収差補正Ｗｍａｓｓａ、アスと低次コマ収差補正Ｗｍａｓｃｏｍａ、高次収差成分Ｗｍａｓｓａｃｏｍａは、次のように表される。
全成分：Ｗ＝Ｗｒｏｔ＋Ｗｏｄｄ＋Ｗｅｖｎ
回転対称成分：Ｗｒｏｔ（式（７）を参照）
回転対称高次成分（回転対称成分２次４次残差）：Ｗｒｏｔｈ＝Ｗｒｏｔ−Ｃ９
非回転対称成分：Ｗｒｎｄ＝Ｗｏｄｄ＋Ｗｅｖｎ
アス補正後非回転対称成分：Ｗｒｎｄｍａｓ＝Ｗｒｎｄ−Ｃ５−Ｃ６
アス補正後非回転対称高次成分：Ｗｒｎｄｍａｓｈ＝Ｗｒｎｄｍａｓ−Ｃ７−Ｃ８
縦収差成分：Ｗ縦＝Ｗｒｏｔ＋Ｗｅｖｎ−Ｃ５−Ｃ６
縦収差高次成分：Ｗ縦高＝Ｗ縦−Ｃ９
横収差成分：Ｗ横＝Ｗｏｄｄ（式（８）を参照）
横収差高次成分：Ｗ横高＝Ｗ横−Ｃ７−Ｃ８
アス補正：Ｗｍａｓ＝Ｗ−Ｃ５−Ｃ６
アスと低次球面収差補正：Ｗｍａｓｓａ＝Ｗ−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ９
アスと低次コマ収差補正：Ｗｍａｓｃｏｍａ＝Ｗ−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ７−Ｃ８
高次収差成分：Ｗｍａｓｓａｃｏｍａ＝Ｗ−Ｃ５−Ｃ６−Ｃ７−Ｃ８−Ｃ９
なお、全成分Ｗは、各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の成分である。また、回転対称高次成分Ｗｒｏｔｈは、回転対称成分Ｗｒｏｔから２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差である。さらに、アス補正後非回転対称成分Ｗｒｎｄｍａｓは、全成分Ｗからアス成分を補正した後の非回転対称成分である。
また、アス補正Ｗｍａｓは、全成分Ｗからアス成分を補正した後の成分である。さらに、アスと低次球面収差補正Ｗｍａｓｓａは、全成分Ｗからアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分である。また、アスと低次コマ収差補正Ｗｍａｓｃｏｍａは、全成分Ｗからアス成分および低次コマ収差成分を補正した後の成分である。ここで、アス成分とは、あるメリディオナル面で光軸からの距離の２乗に比例する波面収差成分と、それに直交する面における光軸からの距離の２乗に比例する波面収差成分との差が最も大きくなる成分である。
また、各波面収差成分の自乗平均平方根（ＲＭＳ値）をＲＷｒｏｔのごとく前にＲを付けてあらわし、ツェルニケ多項式の各項毎のＲＭＳ値も同様にＲＣｎのごとく前にＲを付けてあらわすとき、以下に示す関係が成立する。
回転対称成分：
（ＲＷｒｏｔ）^２＝（ＲＣ９）^２＋（ＲＣ１６）^２＋（ＲＣ２５）^２＋（ＲＣ３６）^２
奇数対称成分：
（ＲＷｏｄｄ）^２＝（ＲＣ７）^２＋（ＲＣ８）^２＋（ＲＣ１０）^２＋（ＲＣ１１）^２＋（ＲＣ１４）^２＋（ＲＣ１５）^２＋（ＲＣ１９）^２＋（ＲＣ２０）^２＋（ＲＣ２３）^２＋（ＲＣ２４）^２＋（ＲＣ２６）^２＋（ＲＣ２７）^２＋（ＲＣ３０）^２＋（ＲＣ３１）^２＋（ＲＣ３４）^２＋（ＲＣ３５）^２
偶数対称成分：
（ＲＷｅｖｎ）^２＝（ＲＣ５）^２＋（ＲＣ６）^２＋（ＲＣ１２）^２＋（ＲＣ１３）^２＋（ＲＣ１７）^２＋（ＲＣ１８）^２＋（ＲＣ２１）^２＋（ＲＣ２２）^２＋（ＲＣ２８）^２＋（ＲＣ２９）^２＋（ＲＣ３２）^２＋（ＲＣ３３）^２
全成分：（ＲＷ）^２＝（ＲＷｒｏｔ）^２＋（ＲＷｏｄｄ）^２＋（ＲＷｅｖｎ）^２
回転対称成分：（ＲＷｒｏｔ）^２
回転対称成分高次（２次４次残差）：
（ＲＷｒｏｔｈ）^２＝（ＲＷｒｏｔ）^２−（ＲＣ９）^２
非回転対称成分：（ＲＷｒｎｄ）^２＝（ＲＷｏｄｄ）^２＋（ＲＷｅｖｎ）^２
アス補正後非回転対称成分：
（ＲＷｒｎｄｍａｓ）^２＝（ＲＷｒｎｄ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２
アス補正後非回転対称高次成分：
（ＲＷｒｎｄｍａｓｈ）^２＝（ＲＷｒｎｄｍａｓ）^２−（ＲＣ７）^２−（ＲＣ８）^２
縦収差成分：
（ＲＷ縦）^２＝（ＲＷｒｏｔ）^２＋（ＲＷｅｖｎ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２
縦収差高次成分：（ＲＷ縦高）^２＝（ＲＷ縦）^２−（ＲＣ９）^２
横収差成分：（ＲＷ横）^２＝（ＲＷｏｄｄ）^２
横収差高次成分：（ＲＷ横高）^２＝（ＲＷ横）^２−（ＲＣ７）^２−（ＲＣ８）^２
アス補正：（ＲＷｍａｓ）^２＝（ＲＷ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２
アスと低次球面収差補正：
（ＲＷｍａｓｓａ）^２＝（ＲＷ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２−（ＲＣ９）^２
アスと低次コマ収差補正：
（ＲＷｍａｓｃｏｍａ）^２＝（ＲＷ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２−（ＲＣ７）^２−（ＲＣ８）^２
高次収差成分：
（ＲＷｍａｓｓａｃｏｍａ）^２＝（ＲＷ）^２−（ＲＣ５）^２−（ＲＣ６）^２−（ＲＣ７）^２−（ＲＣ８）^２−（ＲＣ９）^２
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の実施形態にかかる観察装置および該観察装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、露光装置において感光性基板の位置検出を行うための観察装置としてのＦＩＡ系アライメント装置に本発明を適用している。第１図では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において第１図の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において第１図の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
図示の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを均一に照明するための露光用照明系（不図示）を備えている。レチクルＲはレチクルステージ１上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。露光用照明系に照明されてレチクルＲを透過した光は投影光学系ＰＬを介してウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。なお、ウェハＷは、ウェハホルダ２１を介してＺステージ２２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。Ｚステージ２２は、ステージ制御系２４によって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるように構成されている。
さらに、Ｚステージ２２は、ＸＹステージ２３上に支持されている。ＸＹステージ２３は、同じくステージ制御系２４によって、投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そこで、ウェハＷ上に形成されたパターン（たとえば段差パターン）からなるアライメントマークすなわちウェハマークＷＭの基準座標系におけるＸ方向位置およびＹ方向位置を検出し、その位置情報に基づいてアライメントが行われる。
なお、ウェハマークＷＭは、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２つの一次元マークであっても、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークであってもよい。第１図に示すＦＩＡ系アライメント装置は、波長帯域幅の広い照明光としてのアライメント光ＡＬを供給するための光源３を備えている。光源３として、たとえばハロゲンランプのような光源を使用することができる。本実施形態では、アライメント光の波長帯域をたとえば５３０ｎｍ〜８００ｎｍとしている。光源３からのアライメント光ＡＬは、図示を省略したリレー光学系を介して、たとえば光ファイバーのようなライトガイド４に入射し、その内部を伝搬する。ライトガイド４の射出端から射出されたアライメント光ＡＬは、たとえば円形の開口部を有する照明開口絞り２７を介して制限された後、コンデンサーレンズ２９に入射する。
コンデンサーレンズ２９を介したアライメント光ＡＬは、一旦集光された後、照明視野絞り（不図示）を介して照明リレーレンズ５に入射する。照明リレーレンズ５を介して平行光となったアライメント光ＡＬは、ハーフプリズム６を透過した後、対物レンズ７に入射する。対物レンズ７で集光されたアライメント光ＡＬは、反射プリズム８の反射面で図中下方に反射された後、ウェハＷ上に形成されたウェハマークＷＭを照明する。このように、光源３、ライトガイド４、照明開口絞り２７、コンデンサーレンズ２９、照明視野絞り（不図示）、照明リレーレンズ５、ハーフプリズム６、対物レンズ７および反射プリズム８は、ウェハマークＷＭを落射照明するためめ照明光学系を構成している。
照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光（回折光を含む）は、反射プリズム８および対物レンズ７を介して、ハーフプリズム６に入射する。ハーフプリズム６で図中上方に反射された光は、第２対物レンズ１１を介して、指標板１２上にウェハマークＷＭの像を形成する。このマーク像からの光は、リレーレンズ系（１３，１４）およびその光路中において照明開口絞り２７と光学的にほぼ共役な位置に配置された結像開口絞り３０を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射する。
このように、反射プリズム８、対物レンズ７、ハーフプリズム６、第２対物レンズ１１、指標板１２、リレーレンズ系（１３，１４）、結像開口絞り３０、およびハーフプリズム１５は、照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７の撮像面には、マーク像が指標板１２の指標パターン像とともに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７からの出力信号は、信号処理系１８に供給される。さらに、信号処理系１８において信号処理（波形処理）により得られたウェハマークＷＭの位置情報は、主制御系２５に供給される。
主制御系２５は、信号処理系１８からのウェハマークＷＭの位置情報に基づいてウェハＷのＸ方向位置およびＹ方向位置を検出し、検出したウェハＷのＸ方向位置およびＹ方向位置に応じたステージ制御信号をステージ制御系２４に出力する。ステージ制御系２４は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ２３を適宜駆動し、ウェハＷのアライメントを行う。このように、Ｙ方向用ＣＣＤ１６、Ｘ方向用ＣＣＤ１７、信号処理系１８、および主制御系２５は、結像光学系を介して形成されたマーク像の位置情報に基づいてウェハＷの位置を検出するための光電検出手段を構成している。
［第１実施例］
第２図は、本実施形態の観察装置であるＦＩＡ系アライメント装置に含まれる第１実施例の対物レンズのレンズ構成を示す図である。第１実施例の対物レンズ７は、第２図に示すように、物体側（すなわちウェハマークＷＭ側）から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ２、および両凸レンズと両凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ３から構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ４、および両凹レンズＬ５１と両凸レンズＬ５２との貼り合わせからなる接合レンズＬ５から構成されている。なお、対物レンズ７とウェハマークＷＭとの間の光路中には、反射プリズム８が配置されている。
次の第１表に、第１実施例の対物レンズの諸元の値を掲げる。第１表において、ｆは対物レンズの焦点距離を、ＮＡは対物レンズの物体側開口数を、ｄ０は対物レンズの最も物体側のレンズ面と物体面との間の光軸に沿った空気換算距離をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるウェハ面から像面への光線の進行する方向に沿ったウェハ側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νはアッベ数をそれぞれ示している。なお、各実施例において、物体面（ウェハ面）からレンズＬ１の物体側の面までの間隔は４８．５ｍｍであり、その間隔中に厚さ２８ｍｍ、屈折率１．５６８８３、アッベ数５６．０５のガラスブロック（反射プリズム８に対応）が配置されている。以下の第１表および（２）においては、物体面からレンズＬ１の物体側の面までの間隔を空気換算長で示している。また、以下の収差第３図および５では、このガラスブロックを含めた光学系の収差を示している。

第３図は、第１実施例の対物レンズの諸収差を示す図である。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｅはｅ線（波長５４６．１ｎｍ）をＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）を、ＡはＡ線（波長７６８．２ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第１実施例の対物レンズは、設計レベルにおいて、色収差を含む諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
［第２実施例］
第４図は、本実施形態の観察装置であるＦＩＡ系アライメント装置に含まれる第２実施例の対物レンズのレンズ構成を示す図である。第２実施例の対物レンズ７は、第４図に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ２、および両凸レンズと両凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ３から構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合レンズＬ４、および両凹レンズＬ５１と両凸レンズＬ５２との貼り合わせからなる接合レンズＬ５から構成されている。なお、対物レンズ７とウェハマークＷＭとの間の光路中には、反射プリズム８が配置されている。
次の第２表に、第２実施例の対物レンズの諸元の値を掲げる。第２表において、ｆは対物レンズの焦点距離を、ＮＡは対物レンズの物体側開口数を、ｄ０は対物レンズの最も物体側のレンズ面と物体面との間の光軸に沿った空気換算距離をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるウェハ面から像面への光線の進行する方向に沿ったウェハ側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νはアッベ数をそれぞれ示している。

第５図は、第２実施例の対物レンズの諸収差を示す図である。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｅはｅ線（波長５４６．１ｎｍ）をＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）を、ＡはＡ線（波長７６８．２ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第２実施例の対物レンズも第１実施例と同様に、設計レベルにおいて、色収差を含む諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
次に、本実施形態の対物レンズ系（すなわち対物レンズ７）の製造方法、ひいては観察装置（すなわちＦＩＡ系アライメント装置）の製造方法について説明する。一般に、対物レンズ系などにおいて収差が発生する原因として、光学材料（硝材）の屈折率分布の不均一性や研磨面誤差などがある。しかしながら、仮に屈折率分布の不均一性や研磨面誤差などがなくても、製造に際して、各レンズの中心厚および空気間隔の誤差、並びに光軸と直交する方向にレンズ成分が偏心する誤差が発生する。対物レンズ系では、各レンズの中心厚および空気間隔の誤差によって主に球面収差が発生し、偏心誤差によって主にコマ収差が発生する。
ここで、球面収差およびコマ収差の低次成分は、光学調整により補正可能であるが、球面収差およびコマ収差の高次成分は光学調整による補正が難しい。また使用する波長域の中で波長毎に偏心コマ収差が異なると、色によるコマ収差が残存し、これも光学調整による補正が困難である。この観点から、光学系自体が設計レベルにおいて収差が十分に補正されているだけでなく、光学調整時にレンズ移動等を行っても、調整不可能な高次波面収差成分を如何に発生させない設計になっているかが重要になっている。そこで、本実施形態では、対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差を所定値以下に抑えて、対物レンズ系を設計している。
具体的には、対物レンズ７の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長（すなわちＣ線の波長：６５６．３ｎｍ）をλ１としたとき、対物レンズ７を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれｄ（ｍｍ）だけ変化させたときに発生する波面収差のうち高次球面収差成分のＲＭＳ（ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ：自乗平均平方根）値を（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定している。ここで、高次球面収差成分のＲＭＳ値は、ツェルニケ多項式の第１６項に基づいて得られる。
第６図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれ変化させたときに発生する高次球面収差成分のＲＭＳ値を示す図である。第６図において、縦軸は、発生する高次球面収差成分のＲＭＳ値が（ｄ・ＮＡ^６）・λ１の何倍になっているかを示している。第６図を参照すると、従来技術にしたがう参考例では、高次球面収差成分のＲＭＳ値が部分的に（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１を大きく超えているが、第１実施例の対物レンズ７（第６図では実施例）では、高次球面収差成分のＲＭＳ値が全体に亘って（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定されていることがわかる。なお、図示を省略したが、第２実施例の対物レンズ７においても、高次球面収差成分のＲＭＳ値が全体に亘って（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定されている。
また、本実施形態では、対物レンズ７を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定している。ここで、高次コマ収差成分のＲＭＳ値は、ツェルニケ多項式の第１４項に基づいて得られる。
第７図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿って偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を示す図である。第７図において、縦軸は、発生する高次コマ収差成分のＲＭＳ値が（ｓ・ＮＡ^５）・λ１の何倍になっているを示している。第７図を参照すると、従来技術にしたがう参考例では、高次コマ収差成分のＲＭＳ値が部分的に（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１を大きく超えているが、第１実施例の対物レンズ７（第７図では実施例）では、高次コマ収差成分のＲＭＳ値が全体に亘って（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定されていることがわかる。なお、図示を省略したが、第２実施例の対物レンズ７においても、高次コマ収差成分のＲＭＳ値が全体に亘って（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定されている。
さらに、本実施形態では、対物レンズ７を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定している。ここで、使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値は、ツェルニケ多項式の第７項に基づいて得られる。
第８図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿って偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長（５３０ｎｍ）の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長（８００ｎｍ）の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を示す図である。第８図において、縦軸は、発生する使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値が（ｓ・ＮＡ^３）・λ１の何倍になっているかを示している。第８図を参照すると、従来技術にしたがう参考例では、使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値が部分的に（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１を大きく超えているが、第１実施例の対物レンズ７（第８図では実施例）では、使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値が全体に亘って（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定されていることがわかる。なお、図示を省略したが、第２実施例の対物レンズ７においても、使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値が全体に亘って（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定されている。
次いで、上述のように設計された本実施形態の対物レンズ７の各光学部材（すなわち各レンズ）を製造する。第９図は、本実施形態の対物レンズ系を構成する各光学部材の製造フローを示すフローチャートである。各光学部材の製造工程では、第９図に示すように、各光学部材を形成すべきブロック硝材（ブランクス）を製造する（Ｓ１１）。そして、製造したブロック硝材の屈折率の均質性を検査する（Ｓ１２）。具体的には、第１０図に示す干渉計装置を用いてブロック硝材の屈折率の分布を計測する。第１０図では、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。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、各ブロック硝材１０３の屈折率分布による波面収差が、ひいては各光学部材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（およびこれに対応する米国特許第６，１８１，４６９号）公報を参照することができる。ここでは、米国特許第６，０２５，９５５号および米国特許第６，１８１，４６９号をレファレンスとして援用する。
本実施形態では、光学部材の屈折率均質性に関する規格を設けている。この規格では、各光学部材の屈折率分布による波面収差のＰ−Ｖ値（ｐｅａｋｔｏｖａｌｌｅｙ：最大最小の差）を０．００５λ以下に設定している。ここで、λは、波面収差の計測光の波長であるが、通常の干渉計装置の場合、Ｈｅ−Ｎｅレーザを使用しているので、λ＝６３２．８ｎｍである。なお、本実施形態では、他の干渉計装置においてもＨｅ−Ｎｅレーザを使用しているので、後述する他の規格においてもλ＝６３２．８ｎｍである。
上述の屈折率均質性に関する規格に照らして検査を合格しなかった各光学部材については、選別により廃棄するか、あるいは品質の向上のためにブロック硝材の製造を再度試みる。次に、各光学部材を研磨して、その光学面の面精度を規格値まで追い込む（Ｓ１３）。本実施形態では、対物レンズ系を構成する各光学部材の光学面の面精度に関して、次の４つの規格を並立的に設けている。
各光学部材の光学面の面精度に関する第１の規格では、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値を０．０１０λ以下に設定している。また、全成分Ｗの回転対称成分ＷｒｏｔのＲＭＳ値を０．００５λ以下に設定している。さらに、回転対称成分Ｗｒｏｔから２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差ＷｒｏｔｈのＲＭＳ値を０．００３λ以下に設定している。また、全成分Ｗからアス成分を補正した後の非回転対称成分ＷｒｎｄｍａｓのＲＭＳ値を０．００５λ以下に設定している。
各光学部材の光学面の面精度に関する第２の規格では、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値を０．０１０λ以下に設定している。また、全成分Ｗの縦収差成分Ｗ縦のＲＭＳ値を０．００７λ以下に設定している。さらに、全成分Ｗの縦収差高次成分Ｗ縦高のＲＭＳ値を０．００５λ以下に設定している。また、全成分Ｗの横収差成分Ｗ横のＲＭＳ値を０．００５λ以下に設定している。さらに、全成分Ｗの横収差高次成分Ｗ横高のＲＭＳ値を０．００３λ以下に設定している。
各光学部材の光学面の面精度に関する第３の規格では、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値を０．０１０λ以下に設定している。また、全成分Ｗからアス成分を補正した後の成分ＷｍａｓのＲＭＳ値を０．００８λ以下に設定している。さらに、全成分からアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分ＷｍａｓｓａのＲＭＳ値を０．００５λ以下に設定している。また、全成分Ｗの高次収差成分ＷｍａｓｓａｃｏｍａのＲＭＳ値を０．００３λ以下に設定している。
各光学部材の光学面の面精度に関する第４の規格では、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値を０．０１０λ以下に設定している。また、波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第９項の展開係数Ｃ９の値を０．００９λ以下に設定している。さらに、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６の値を０．００５λ以下にそれぞれ設定している。
第９図を参照すると、研磨した各光学部材の光学面の面精度を、干渉計を用いて検査する（Ｓ１４）。具体的には、第１１図に示す干渉計装置を用いて各光学部材の光学面の面精度を計測する。第１１図では、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。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。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計測される。なお、第１１図では、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。
上述の面精度に関する第１の規格〜第４の規格から任意に選択された１つの規格、たとえば第４の規格に照らして検査を合格しなかった各光学部材については、追加研磨を試みるか、あるいは研磨工程を変更して新たな研磨を試みる。次に、各光学部材の光学面に、コーティングを施す（Ｓ１５）。こうして、本実施形態の対物レンズ系を構成する各光学部材が完成する（Ｓ１６）。なお、第１２図に示すように、コーティング（Ｓ１５）の後に、干渉計による光学面の検査（Ｓ１５’）を行うこともできる。
第１３図は、本実施形態の対物レンズ系を構成する各光学部材の組み込みおよび光学調整フローを示すフローチャートである。また、第１４図は、組み立てられた本実施形態の対物レンズ系の全体構成を示す図である。第１４図において、各レンズ成分Ｌ１〜Ｌ５は、それぞれ対応するレンズ室ＬＣ１〜ＬＣ５によって保持された状態で、鏡筒ＭＴに組み込まれている。なお、レンズ成分Ｌ３を保持するレンズ室ＬＣ３とレンズ成分Ｌ４を保持するレンズ室ＬＣ４との間には、間隔環ＳＡが設けられている。また、鏡筒ＭＴには、たとえばレンズ成分Ｌ５の偏心を調整するための偏心調整ねじＶＳ５が設けられている。なお、図示を省略したが、他のレンズ成分Ｌ１〜Ｌ４の偏心を調整するための偏心調整ねじＶＳ１〜ＶＳ４も必要に応じて設けられている。
一方、第１３図を参照すると、金物としての各レンズ室に各レンズ成分を挿入し、各レンズ室に対する偏心がないように偏心追い込みを行う（Ｓ２１）。そして、各レンズ成分をレンズ室によって保持した状態で鏡筒内に組み込む（Ｓ２２）。この状態で、干渉計を用いて対物レンズ系の透過波面収差（透過光に基づく波面収差）を計測し、後述する規格に照らして検査を行う（Ｓ２３）。具体的には、第１５図に示す干渉計装置を用いて、組み立てられた対物レンズ系に残存する波面収差を計測する。第１５図では、制御系１５１に制御された干渉計ユニット１５２からの射出光が、フィゾーステージ１５３ａ上に支持されたフィゾーフラット１５３に入射する。ここで、フィゾーフラット１５３で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１５２へ戻る。
一方、フィゾーフラット１５３を透過した光は測定光となり、被検光学系である対物レンズ系１５４に入射する。被検光学系１５４を透過した測定光は、反射プリズム８に対応する光路長を有する平行平面板１５５を介して、反射球面ユニット１５６に入射する。反射球面ユニット１５６で反射された測定光は、平行平面板１５５、被検光学系１５４およびフィゾーフラット１５３を介して、干渉計ユニット１５２へ戻る。こうして、干渉計ユニット１５２へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、被検光学系である対物レンズ系１５４に残存する波面収差が計測される。
なお、第１５図の干渉計装置では、反射プリズム８に対応する光路長を有する平行平面板１５５を介在させることにより、対物レンズ系１５４と反射球面ユニット１５６とを直線状の光軸に沿って配置している。しかしながら、第１６図に示すように、平行平面板１５５に代えて、反射プリズム８に対応する形状の反射プリズム１６１を設けることもできる。ただし、この場合、反射プリズム１６１の偏向作用により、対物レンズ系１５４と反射球面ユニット１５６とを直線状の光軸に沿って配置することができなくなる。その結果、対物レンズ系１５４および反射プリズム１６１の支持体１６２が必要になるとともに、対物レンズ系１５４と反射プリズム１６１と反射球面ユニット１５６との位置合わせが第１５図の干渉計装置よりも困難になる。但し、反射プリズム１６１と支持体１６２が、実際に最終的に使用する部品である場合には、反射プリズム１６１の製造誤差および支持体１６２への取付け誤差が発生する可能性もある。この場合には、これらの誤差により発生する波面収差の調整（低次収差成分の調整）が可能となる。例えば、反射プリズムの光路長の誤差に伴い、低次球面収差が僅かに発生する場合、あるいは反射プリズム各面に倒れが発生したり反射プリズム全体が傾くことに伴い、低次コマ収差が僅かに発生する場合がある。そのような収差は、対物レンズ系の調整により補正することが好ましい。
ところで、本実施形態では、対物レンズ系の光学性能に関して、次の３つの規格を並立的に設けている。対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格では、対物レンズ系に残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値が０．０１２λ以下に設定されている。また、全成分Ｗの回転対称成分ＷｒｏｔのＲＭＳ値が０．００７λ以下に設定されている。さらに、回転対称成分Ｗｒｏｔから２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差ＷｒｏｔｈのＲＭＳ値が０．００５λ以下に設定されている。また、全成分Ｗからアス成分を補正した後の非回転対称成分ＷｒｎｄｍａｓのＲＭＳ値が０．００５λ以下に設定されている。
対物レンズ系の光学性能に関する第２の規格では、残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値が０．０１２λ以下に設定されている。また、全成分Ｗの縦収差成分Ｗ縦のＲＭＳ値が０．００８λ以下に設定されている。さらに、全成分Ｗの縦収差高次成分Ｗ縦高のＲＭＳ値が０．００６λ以下に設定されている。また、全成分Ｗの横収差成分Ｗ横のＲＭＳ値が０．００５λ以下に設定されている。さらに、全成分Ｗの横収差高次成分Ｗ横高のＲＭＳ値が０．００４λ以下に設定されている。
対物レンズ系の光学性能に関する第３の規格では、残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値が０．０１２λ以下に設定されている。また、全成分Ｗからアス成分を補正した後の成分ＷｍａｓのＲＭＳ値が０．０１０λ以下に設定されている。さらに、全成分Ｗからアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分ＷｍａｓｓａのＲＭＳ値が０．００８λ以下に設定されている。また、全成分Ｗの高次収差成分ＷｍａｓｓａｃｏｍａのＲＭＳ値が０．００７λ以下に設定されている。
対物レンズ系の光学性能に関する補助規格では、残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分ＷのＲＭＳ値が０．０１２λ以下に設定されている。第９項の展開係数Ｃ９の値が０．００９λ以下に設定されている。また、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６の値が０．００８λ以下にそれぞれ設定されている。この補助規格は、上述の第１の規格〜第３の規格に対する補助的な規格である。換言すると、上述の検査ステップＳ２３では、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格から任意に選択された１つの規格に照らして検査を行うが、このとき上述の補助規格も同時に満足することが好ましい。
第１３図を参照すると、対物レンズ系の光学性能に関する規格（すなわち性能に関する第１の規格〜第３の規格から任意に選択された規格および必要に応じて補助規格）に照らして、検査に不合格（図中ＮＧで示す）の場合、第１４図に示す間隔環ＳＡの変更や偏心調整ねじＶＳ５などによる偏心調整を行う（Ｓ２４）。こうして、必要に応じて部品組み込み（Ｓ２２）を行った後、対物レンズ系の透過波面収差を計測し、規格に照らして検査を行う（Ｓ２３）。その結果、対物レンズ系の光学性能に関する規格に照らして検査に合格（図中ＯＫで示す）すると、対物レンズ系の調整が、ひいては対物レンズ系の製造が完了する（Ｓ２５）。
同様に、本実施形態の対物レンズ系に適用した各光学部材の屈折率均質性に関する規格および各光学部材の光学面の面精度に関する規格を、本実施形態の観察装置における結像光学系の対物レンズ系以外の各光学部材（第２対物レンズ１１の各レンズ、リレーレンズ系（１３，１４）の各レンズ、反射プリズム８、ハーフプリズム６および１５など）に適用して、結像光学系を製造し、ひいては観察装置を製造することができる。ここで、結像光学系の対物レンズ系以外の各光学部材では、対物レンズ系を構成する各光学部材に比べて、通過する光束の径が実質的に小さくなる。したがって、結像光学系の対物レンズ系以外の各光学部材に対しては、対物レンズ系に適用した上述の規格に準じた規格、換言すると上述の規格よりも比較的緩い規格を適用することもできる。
本実施形態では、対物レンズ系を含む結像光学系の光学性能に関して、目標値としての規格を設けている。この規格では、光学調整の後に結像光学系に残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の縦収差成分Ｗ縦のＲＭＳ値が０．０１２λ以下に設定されている。また、残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の横収差成分Ｗ横のＲＭＳ値が０．００６λ以下に設定されている。
以下、本実施形態において設定した各規格の妥当性について検証する。次の第３表は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各光学部材の各面の面精度と対物レンズ系の性能との関係を示している。第３表において、ツェルニケ係数ｎは、第ｎ項に対応することを示している。各面面精度は、各面の基準面に対する波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。なお、各面面精度では、面精度に関する第４の規格で許容される最大値が設定されている。
対物レンズ性能は、各面面精度に基づいて計算により予想される対物レンズ系の性能であって、対物レンズ系に残存する波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の予想値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。対物レンズ規格は、対物レンズ系の光学性能に関する補助規格に対応し、対物レンズ系に残存する波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の許容値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第３表で対物レンズ性能と対物レンズ規格とを比較すると、各面面精度に基づいて計算により予想される対物レンズ系の性能における第９項の展開係数Ｃ９の予想値が、対物レンズ系の光学性能に関する補助規格における第９項の展開係数Ｃ９の許容値を大きく上回っているのがわかる。しかしながら、第９項の成分は低次球面収差成分であって、光学調整により容易に補正可能である。したがって、面精度に関する第４の規格に照らして光学部材を製造すれば、対物レンズ系の光学性能に関する補助規格を満たすことがわかる。
次の第４表は、第３表に対応する表であって、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格の妥当性を検証するものである。したがって、第３表では各展開係数の値を示しているが、第４表では対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分のＲＭＳ値を示している。第４表において、成分は、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分を示している。面精度は、各面の基準面に対する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。
対物レンズ性能は、各面面精度に基づいて計算により予想される対物レンズ系の性能であって、対物レンズ系に残存する波面収差の各成分の予想ＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。対物レンズ規格４は、対物レンズ系の光学性能に関する補助規格に対応し、対物レンズ系に残存する波面収差の各成分の許容ＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。対物レンズ規格１〜３は、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に対応し、対物レンズ系に残存する波面収差の各成分の許容ＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第４表で対物レンズ性能と対物レンズ規格１〜３とを比較すると、面精度に関する第４の規格に照らして光学部材を製造すれば、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格を満たすことがわかる。
次の第５表は、従来の規格にしたがう３つの試作対物レンズ系の性能と、本発明にしたがう第１実施例の対物レンズ系の性能との関係を示している。第５表において、ツェルニケ係数ｎは、第ｎ項に対応することを示している。試作１〜３は、各面の基準面に対する波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になるように従来の規格にしたがって製造された３つの試作対物レンズ系に残存する波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。実施例は、屈折率均質性に関する規格および面精度に関する第４の規格にしたがって製造された第１実施例の対物レンズ系に残存する波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第５表を参照すると、各面の基準面に対する波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になるように従来の規格にしたがって製造したとしても、対物レンズ系の性能に関する本実施形態の補助規格を満足しない場合があることがわかる。これに対し、本実施形態の屈折率均質性に関する規格および面精度に関する規格にしたがって製造することにより、対物レンズ系の性能に関する本実施形態の補助規格を満足することがわかる。
次の第６表は、第５表に対応する表であって、３つの試作対物レンズ系および第１実施例の対物レンズ系が性能に関する第１の規格〜第３の規格を満足していることを検証するものである。したがって、第５表では各展開係数の値を示しているが、第６表では対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分のＲＭＳ値を示している。
第６表において、成分は、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分を示している。試作１〜３は、３つの試作対物レンズ系の性能であって、残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。実施例は、第１実施例の対物レンズ系の性能であって、残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第６表を参照すると、各面の基準面に対する波面収差の全成分のＲＭＳ値が０
．０１λ以下になるように従来の規格にしたがって製造しても、対物レンズ系の性能に関する本実施形態の第１の規格〜第３の規格を満足しないことがわかる。これに対し、本実施形態の屈折率均質性に関する規格および面精度に関する規格にしたがって製造することにより、対物レンズ系の性能に関する本実施形態の第１の規格〜第３の規格を満足することがわかる。
次の第７表は、本実施形態の面精度に関する第４の規格と、波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になっているが性能悪化の原因となる従来の特異面との関係を示している。第７表において、ツェルニケ係数ｎは、第ｎ項に対応することを示している。面精度規格は、本実施形態の面精度に関する第４の規格に対応し、波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の許容値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。
実際研磨面は、波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になるように従来技術にしたがって実際に研磨された面に対応し、その波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ面は、波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になっているがツェルニケ多項式の第１０項のみ大きく発生している面に対応し、その波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ高次コマ複合面は、波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下になっているがツェルニケ多項式の第１０項と第１４項とがほぼ同量だけ発生している面に対応し、その波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第１項〜第３６項の展開係数Ｃ１〜Ｃ３６の値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

なお、第１７図は、第７表の実際研磨面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。第１８図は、第７表の実際研磨面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。第１９図は、第７表の３θ面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。第２０図は、第７表の３θ面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。第２１図は、第７表の３θ高次コマ複合面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。第２２図は、第７表の３θ高次コマ複合面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。
次の第８表は、第７表に対応する表であって、本実施形態の面精度に関する第１の規格〜第３の規格と従来の特異面の面精度との関係を示している。したがって、第７表では各展開係数の値を示しているが、第８表では面精度に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分のＲＭＳ値を示している。第８表において、成分は、面精度に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分を示している。面精度規格は、面精度に関する第１の規格〜第３の規格における各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。実際研磨面は、第７表の実際研磨面に対応する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ面は、第７表の３θ面に対応する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ高次コマ複合面は、第７表の３θ高次コマ複合面に対応する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第８表を参照すると、従来の特異面では、波面収差の全成分のＲＭＳ値が０．０１λ以下に抑えられているが、面精度に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる他の各成分の許容値を上回っていることがわかる。
次の第９表は、第７表の１枚の特異面が対物レンズ系の波面収差に与える影響を示している。第９表において、成分は、対物レンズ系の性能に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分を示している。対物レンズ規格は、対物レンズ系の光学性能に関する第１の規格〜第３の規格に対応し、対物レンズ系に残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。なお、ここでは、特異面が発生している面を対物レンズ内にて特定していないため、発生面を屈折率１．７（平均的な値である）の非貼り合せ面として示している。
実際研磨面は、第７表の実際研磨面を１枚含む対物レンズ系に残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ面は、第７表の３θ面を１枚含む対物レンズ系に残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。３θ高次コマ複合面は、第７表の３θ高次コマ複合面を１枚含む対物レンズ系に残存する波面収差の各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第９表を参照すると、実際研磨面を１枚含む対物レンズ系では第１の規格の回転対称２次４次残差成分の許容値を上回り、３θ面や３θ高次コマ複合面を１枚含む対物レンズ系では第１の規格のアス補正後非回転成分の許容値を上回っている。また、実際研磨面を１枚含む対物レンズ系では第２の規格のすべての成分の許容値を下回っているが、３θ面や３θ高次コマ複合面を１枚含む対物レンズ系では第２の規格の横収差成分の許容値および横収差高次成分の許容値を上回っている。なお、第３の規格については、すべての成分の許容値を下回っている。いずれにしても、１枚の特異面を含むだけで対物レンズ系の性能が大きく悪化することがわかる。
次の第１０表は、面精度に関する第１の規格〜第３の規格と、面精度に関する第４の規格との関係を示している。第１０表において、成分は、面精度に関する第１の規格〜第３の規格に含まれる各波面収差成分を示している。面精度規格は、面精度に関する第１の規格〜第３の規格における各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。ツェルニケ規格は、面精度に関する第４の規格から換算された各成分のＲＭＳ値をλ（＝６３２．８ｎｍ）にかかる係数で示している。

第１０表を参照すると、面精度に関する第１の規格〜第３の規格と第４の規格との間には良好な対応関係が認められるが、第１の規格〜第３の規格の方が概して第４の規格よりも精度的に厳しく設定されていることがわかる。したがって、上述の説明では、面精度に関する第４の規格にしたがう対物レンズ系を例にとっているが、面精度に関する第１の規格〜第３の規格から任意に選択された規格にしたがう対物レンズ系においても、所望の性能規格を満足することができる。
すなわち、本実施形態では、屈折率均質性に関する規格と面精度に関する第１の規格〜第４の規格から任意に選択された規格とにしたがって対物レンズ系の光学部材を製造し、組み立てられた対物レンズ系において所要の光学調整を行うことにより、対物レンズ系の性能に関する第１の規格〜第３の規格から任意に選択された規格を満たすとともに、対物レンズ系の性能に関する補助規格を満たすことができる。さらに、結像光学系の対物レンズ系以外の光学部材を、対物レンズ系の光学部材に準じた規格にしたがって製造し、組み立てられた結像光学系において所要の光学調整を行うことにより、結像光学系の性能に関する規格を満たすことができる。
実際に、面精度に関する第１の規格で研磨を実施したところ、面精度に関する第４の規格（ツェルニケ規格）を満たすことがわかった。したがって、面精度に関する第１の規格で研磨すれば、所望の精度で加工された面が得られることが判明した。同様に、面精度に関する第２の規格または第３の規格で研磨しても、面精度に関する第４の規格（ツェルニケ規格）を満たすことが確認された。
また、前述したように、１つの特異面だけで対物レンズ系の性能に関する規格値の大部分を占める波面収差を発生させることがある。第７表に、この種の特異面に関するツェルニケデータを示し、第８表に、各成分のＲＭＳ値に換算した数値を示している。この種の特異面は、第１８図、第２０図および第２２図に示すように、真球からのずれの大きい特別な形状をしている。第９表には、この種の特異面が対物レンズ系中に１面あると、対物レンズ系の透過波面収差にどの程度影響するかを示している。
実際の研磨面例では、１枚の特異面の存在により、対物レンズ系の性能に関する規格値の８割以上の収差を発生させている。したがって、このような研磨面が１枚でも発生すると、最終的に対物レンズ系の性能に関する規格を満たすことができない可能性が高い。また、３θ面および３θ高次コマ複合面のような特異面については、１面だけで対物レンズ系の性能に関する規格値を超える収差を発生させている。このような傾向の特異面が実際に発生することがあり、その場合には性能に関する規格を満足しない対物レンズ系が製造されるものと考えられる。さて、第１図に示す、ＦＩＡ系アライメント装置では、アライメントマーク（ウェハマークＷＭ）のＸ方向（０度方向）位置およびＹ方向（９０度方向）位置を計測する。このようなアライメント装置では、Ｘ方向用のＣＣＤおよびＹ方向用のＣＣＤのように２つの撮像デバイスを用い、各方向の位置を別々に計測することが可能である。この場合、Ｘ方向用のＣＣＤの受光面およびＹ方向用のＣＣＤの受光面をＸ方向フォーカス位置およびＹ方向フォーカス位置へ独立して合わせ込むことが容易に可能となる。したがって、基本的に本発明の仕様を満たしていれば、非点収差（アス）は光学調整によって補正することができる。
顕微鏡に含まれる対物レンズ系のような比較的小型の対物レンズ系の場合、レンズ室に偏心を追い込んだ状態で各レンズが挿入され、さらに各レンズの挿入された各レンズ室が鏡筒に組み込まれて製造される。この場合、メカ押え機構により発生する成分は、概してツェルニケ係数のＣ２およびＣ３のチルト成分、Ｃ４のフォーカス成分、Ｃ５およびＣ６のアス成分と言った具合に係数の順序で大きいほうから並んでいると考えられる。チルト成分は公差内であれば折り込み済みで問題なく、フォーカス成分、アス成分、コマ収差成分、球面収差成分は、光学部材の間隔調整、偏心調整などによって補正可能である。また、アス成分に関しては、シリンドリカル面を用いた調整機構によって補正することも可能である。したがって、メカ機構で気を付ける必要がある収差成分は、ツェルニケ係数のＣ１０およびＣ１１の３θ成分、Ｃ１２およびＣ１３の高次アス成分、Ｃ１４およびＣ１５の高次コマ成分などである。レンズ室への組込み時におけるこれらの収差成分の発生に十分注意する必要があるが、これらの収差成分の発生は、比較的小径（たとえば５０ｍｍ以下の有効径）の対物レンズ系においては無視し得る程度に小さく抑え込むことが可能であり、今後とも必要に応じてより小さくなるような機構を採用すれば無視することができる。
基本的に、面精度に関する第４の規格（ツェルニケ規格）を満たせば、各面面精度に基づいて計算により予想される対物レンズ系の性能が本実施形態の補助規格を満たすことは前述した通りである。このとき、各面面精度に基づく計算において、レンズ組み込み時の非回転対称成分の相殺効果を約０．５と見込んで計算している。以下、相殺効果について説明する。光学系で使用されるレンズ枚数が多い場合、各レンズで発生したツェルニケの非回転対称成分は、各レンズの光軸垂直面内での回転調整によりある程度相殺される。例えば、あるレンズで０度方向にピーク値を有する非回転対称成分が残存し、別のレンズにも０度方向に同様の非回転対称成分が残存していた場合、どちらか一方のレンズを光軸垂直面内にて回転させることにより、波面収差を小さくすることができる。ここでは、このような効果を相殺効果と呼び、約０．５と見込んでいる。
規格に含まれる各成分の発生量と、低次収差や高次収差の発生量との関係は、一対一に対応していない。しかしながら、面精度に関する４つの規格のうちいずれの規格を採用しても、最終的な対物レンズ系の性能に関する規格を満たすように設定されていなければならない。このように、面精度に関する規格を設けることにより、研磨面のうねり成分の発生が現実に少なくなる。面精度に関する規格を設定しない場合には、前述したような特異面が発生し、対物レンズ系の性能に関する規格を、ひいては結像光学系の性能に関する規格を満たすことができなくなる。
以下、各面のツェルニケ係数から、対物レンズ系の透過波面収差を計算により見積もる方法を示す。ツェルニケ係数は、各レンズの有効径に対して規格化されている。したがって、実際に使用する光束径に換算する必要がある。面が既にツェルニケ関数フィッティングされているので、光軸中心で半径を小さくして新たなツェルニケ係数を求めることは、半径ρを光束径／有効径の比率で求めて換算することにより容易に可能である。
また、干渉計による面精度の検査は、第１１図に示すように反射波面収差の計測により行われる。このため、透過波面収差に換算するには、計測波長のガラス屈折率ｎと、空気屈折率または接合レンズの場合には接着剤屈折率（いずれの場合もｎ０で表す）との差（ｎ−ｎ０）を乗じなければならない。換算時に計測波長（通常Ｈｅ−Ｎｅ波長：λ＝６３２．８ｎｍ）と使用波長λ０とが異なる場合は、波面収差の単位である波長を換算するためにλ０／λを乗じる必要がある。このような手法により、第１実施例の対物レンズ系の透過波面収差を計算により見積もった値を、第３表の対物レンズ性能の欄に示している。この見積もり結果は、前述したように、対物レンズ系の性能に関する規格とほぼ整合した値となっている。したがって、各面を本実施形態の規格にしたがって研磨すれば、性能に関する所望の規格を満たす対物レンズ系が得ることができる。
また、本実施形態では、各光学部材の屈折率分布による波面収差のＰ−Ｖ値（ｐｅａｋｔｏｖａｌｌｅｙ：最大最小の差）を０．００５λ以下に抑えている。調査の結果から、比較的小径（たとえば有効径が６０ｍｍ以下）の光学部材においては、このような屈折率均質性に関する精度を満たす光学材料を供給することが可能であることが解った。光学部材の屈折率分布はなだらかな分布形状を示しており、局所的なうねりは少ない。
したがって、このＰ−Ｖ値を成分解析すると、高次のうねり成分は多くてもＰ−Ｖ値で０．００１λ以下となり、実質的な影響が無いと考えられる。特開平８−５５０５号公報に開示されているように、低次の屈折率分布に起因して発生する収差成分は光学系の調整によって補正可能な成分であり、ツェルニケ係数で表すと、第２項の展開係数Ｃ２〜第９項の展開係数Ｃ９に相当する。したがって、本実施形態の屈折率均質性に関する規格を満たしていれば、最終的な対物レンズ系の性能に実質的な悪影響を及ぼすことはないと考えられる。
なお、面精度に関する規格および性能に関する規格のうち、第２の規格は最終的な結像光学系の性能の規格と整合しているので最も有効である。ただし、通常の市販の干渉計ではこのような成分に関する数値はソフトに機能がなく表示されないため、ツェルニケ係数から計算しなければならない。実際のＦＩＡ系アライメント装置においては、縦収差が各種マークの位置検出時のフォーカス位置のばらつきに寄与し、横収差が各種マークの位置検出時の横方向の計測誤差となる。
アライメントマークを画像処理する際に、ソフトウェア処理の技術にしたがってこれらの誤差要因を減少させる技術も非常に進歩が著しいが、基本的にハードウェアとして結像光学系の性能が高いほど望ましい。たとえば、理想的に収差が全く発生しない場合、対物レンズ系を含む結像光学系に関する誤差要因はなくなり、ウェハ上に形成されたアライメントマークの形状誤差等の影響が残るだけとなる。
第１図に示す本実施形態における各光学部材及び各ステージ等を前述したような機能を達成するように、電気的、機械的または光学的に連結することで、本実施形態にかかる露光装置を組み上げることができる。そして、照明系ＩＬによってマスクを照明し（照明工程）、投影光学モジュールＰＭ１〜ＰＭ５からなる投影光学系ＰＬ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走査露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、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、第１図に示す本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエ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第２３図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第２３図のステップ３０１において、１ロットのウエ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１ロットのウエ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、第１図に示す露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。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。
また、第１図に示す露光装置では、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、第２４図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。第２４図において、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ー工程が実行される。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、レチクル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。
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。
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。
なお、上述の実施形態では、波面収差をツェルニケの多項式で表現しているが、たとえば特開平１１−１２５５１２号公報に開示されているようにツェルニケ多項式を用いることなく波面収差を表現することもできる。
また、上述の実施形態では、波面収差をツェルニケの多項式で表現する際に第３６項まで展開しているが、これに限定されることなく、さらに第３６項を超えて展開することもできる。この場合、第３７項以降の項については、たとえば第３６項に関する規格値を適用することができる。
さらに、上述の実施形態では、ウェハマークの位置を検出するためのＦＩＡ系アライメント装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、たとえば特開平６−５８７３０号公報、特開平７−７１９１８号公報、特開平１０−１２８８１４号公報、特開平１０−１２２８２０号公報、および特開２０００−２５８１１９号公報などに開示される重ね合わせ精度測定装置やパターン間寸法測定装置にも本発明を適用することができる。
以上の通り、本発明は上述した実施形態には限られずに種々の構成をとり得る。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明では、残存する波面収差高次成分を良好に抑えることのできる対物レンズ系を設計レベルで実現することができる。また、本発明では、対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて対物レンズ系を設計することにより、残存する波面収差高次成分を良好に抑えることができる。さらに、本発明では、対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、各光学部材をそれぞれ製造することにより、対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を良好に抑えることができる。
したがって、本発明の対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置では、対物レンズ系に、ひいては結像光学系に残存する波面収差高次成分を良好に抑えることができる。また、本発明の観察装置を備えた露光装置では、たとえば観察装置を用いて投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。さらに、本発明の露光装置を用いたマイクロデバイス製造方法では、良好な露光工程を介して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】
第１図は、本発明の実施形態にかかる観察装置および該観察装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２図は、本実施形態の観察装置であるＦＩＡ系アライメント装置に含まれる第１実施例の対物レンズのレンズ構成を示す図である。
第３図は、第１実施例の対物レンズの諸収差を示す図である。
第４図は、本実施形態のＦＩＡ系アライメント装置に含まれる第２実施例の対物レンズのレンズ構成を示す図である。
第５図は、第２実施例の対物レンズの諸収差を示す図である。
第６図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれ変化させたときに発生する高次球面収差成分のＲＭＳ値を示す図である。
第７図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿って偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を示す図である。
第８図は、第１実施例の対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿って偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長（５３０ｎｍ）の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長（８００ｎｍ）の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を示す図である。
第９図は、本実施形態の対物レンズ系を構成する各光学部材の製造フローを示すフローチャートである。
第１０図は、光学部材の屈折率の分布による波面収差を計測するための干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
第１１図は、各光学部材の光学面の基準面に対する波面収差を計測するための干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
第１２図は、第９図のフローチャートの変形例を示す図である。
第１３図は、本実施形態の対物レンズ系を構成する各光学部材の組み込みおよび光学調整フローを示すフローチャートである。
第１４図は、組み立てられた本実施形態の対物レンズ系の全体構成を示す図である。
第１５図は、組み立てられた対物レンズ系に残存する波面収差を計測するための干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
第１６図は、第１５図の干渉計装置の変形例を示す図である。
第１７図は、第７表の実際研磨面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。
第１８図は、第７表の実際研磨面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。
第１９図は、第７表の３θ面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。
第２０図は、第７表の３θ面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。
第２１図は、第７表の３θ高次コマ複合面に対応する波面収差を０．００５λの等高線図で示している。
第２２図は、第７表の３θ高次コマ複合面のうねりを誇張して三次元的に示す図である。
第２３図は、本実施形態の露光装置を用い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フローチャートである。
第２４図は、本実施形態の露光装置を用いて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。

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群中において最も物体側に配置されたレンズの中心厚をｄ１とし、前記最も物体側に配置されたレンズの物体側の面と物体との間の光軸に沿った空気換算距離をｄ０としたとき、
ｄ１／ｄ０＜０．２
の条件を満足することを特徴とする対物レンズ系。
前記第２レンズ群中において最も像側に配置された一対のレンズのうち物体側のレンズのアッベ数をν１とし、前記一対のレンズのうち像側のレンズのアッベ数をν２としたとき、
｜ν１−ν２｜＜１５
ν１＜４０
ν２＜４０
の条件を満足することを特徴とする請求の範囲１に記載の対物レンズ系。
前記一対のレンズは、接合レンズを構成していることを特徴とする請求の範囲２に記載の対物レンズ系。
前記対物レンズ系中のレンズ成分のうち負の屈折力の最も大きいレンズ成分の中心厚をＤとし、前記第２レンズ群中において最も像側に配置されたレンズの像側の面と前記物体との間の光軸に沿った距離をＬとしたとき、
Ｄ／Ｌ＜０．１７
の条件を満足することを特徴とする請求の範囲１乃至３のいずれか１項に記載の対物レンズ系。
対物レンズ系の製造方法において、
前記対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて前記対物レンズ系を設計する設計工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれｄ（ｍｍ）だけ変化させたときに発生する波面収差のうち高次球面収差成分のＲＭＳ（ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ：自乗平均平方根）値を（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲５に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲５または６に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲５乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズ系の製造方法。
対物レンズ系の製造方法において、
前記対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造する製造工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の屈折率分布による波面収差のＰ−Ｖ値（ｐｅａｋｔｏｖａｌｌｅｙ：最大最小の差）を０．００５λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲９に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分の回転対称成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記回転対称成分から２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑え、前記全成分からアス成分を補正した後の非回転対称成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲９または１０に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分の縦収差成分のＲＭＳ値を０．００７λ以下に抑え、前記全成分の縦収差高次成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の横収差成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の横収差高次成分のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲９または１０に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分からアス成分を補正した後の成分のＲＭＳ値を０．００８λ以下に抑え、前記全成分からアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の高次収差成分のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲９または１０に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第９項の展開係数Ｃ９を０．００９λ以下に抑え、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６を０．００５λ以下にそれぞれ抑えることを特徴とする請求の範囲９または１０に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記製造工程に先立って、前記対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて前記対物レンズ系を設計する設計工程を含むことを特徴とする請求の範囲９乃至１４のいずれか１項に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれｄ（ｍｍ）だけ変化させたときに発生する波面収差のうち高次球面収差成分のＲＭＳ値を（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲１５に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲１５または１６に記載の対物レンズ系の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲１５乃至１７のいずれか１項に記載の対物レンズ系の製造方法。
光学調整の後に対物レンズ系に残存する波面収差を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする対物レンズ系。
波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１２λ以下に抑えられ、前記全成分の回転対称成分のＲＭＳ値が０．００７λ以下に抑えられ、前記回転対称成分から２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分を補正した後の非回転対称成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲１９に記載の対物レンズ系。
波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１２λ以下に抑えられ、前記全成分の縦収差成分のＲＭＳ値が０．００８λ以下に抑えられ、前記全成分の縦収差高次成分のＲＭＳ値が０．００６λ以下に抑えられ、前記全成分の横収差成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記全成分の横収差高次成分のＲＭＳ値が０．００４λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲１９に記載の対物レンズ系。
波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１２λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分を補正した後の成分のＲＭＳ値が０．０１０λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分のＲＭＳ値が０．００８λ以下に抑えられ、前記全成分の高次収差成分のＲＭＳ値が０．００７λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲１９に記載の対物レンズ系。
前記波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第９項の展開係数Ｃ９が０．００９λ以下に抑えられ、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６が０．００８λ以下にそれぞれ抑えられていることを特徴とする請求の範囲２０乃至２２のいずれか１項に記載の対物レンズ系。
請求の範囲１乃至４のいずれか１項に記載の対物レンズ系または請求の範囲１９乃至２３のいずれか１項に記載の対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察することを特徴とする観察装置。
対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置において、
光学調整の後に前記結像光学系に残存する波面収差を抑えるために、前記結像光学系中の前記対物レンズ系以外の各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする観察装置。
対物レンズ系を含む結像光学系を備え、該結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置において、
前記結像光学系は、前記対物レンズ系と前記物体像との間の光路中に配置される光学部材を備え、
光学調整の後に前記結像光学系に残存する波面収差を抑えるために、前記対物レンズ系と前記物体像との間の光路中に配置される全ての光学部材中の各光学部材の屈折率分布による波面収差が抑えられ、且つ前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差が抑えられていることを特徴とする観察装置。
波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の縦収差成分のＲＭＳ値が０．０１２λ以下に抑えられ、前記残存する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の横収差成分のＲＭＳ値が０．００６λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５または２６に記載の観察装置。
前記各光学部材の屈折率分布による波面収差のＰ−Ｖ値が０．００５λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５乃至２７のいずれか１項に記載の観察装置。
前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１０λ以下に抑えられ、前記全成分の回転対称成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記回転対称成分から２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差のＲＭＳ値が０．００３λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分を補正した後の非回転対称成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５乃至２７のいずれか１項に記載の観察装置。
前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１０λ以下に抑えられ、前記全成分の縦収差成分のＲＭＳ値が０．００７λ以下に抑えられ、前記全成分の縦収差高次成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記全成分の横収差成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記全成分の横収差高次成分のＲＭＳ値が０．００３λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５乃至２７のいずれか１項に記載の観察装置。
前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１０λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分を補正した後の成分のＲＭＳ値が０．００８λ以下に抑えられ、前記全成分からアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分のＲＭＳ値が０．００５λ以下に抑えられ、前記全成分の高次収差成分のＲＭＳ値が０．００３λ以下に抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５乃至２７のいずれか１項に記載の観察装置。
前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値が０．０１０λ以下に抑えられ、前記波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第９項の展開係数Ｃ９が０．００９λ以下に抑えられ、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６が０．００５λ以下にそれぞれ抑えられていることを特徴とする請求の範囲２５乃至２７のいずれか１項に記載の観察装置。
対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、
前記対物レンズ系を請求の範囲５乃至１８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造することを特徴とする観察装置の製造方法。
前記結像光学系中の前記対物レンズ系以外の各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造することを特徴とする請求の範囲３３に記載の観察装置の製造方法。
請求の範囲２４乃至３２のいずれか１項に記載の観察装置と、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
前記観察装置は、前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを位置合わせするために、前記マスク上に設けられたマークまたは前記感光性基板上に設けられたマークを観察することを特徴とする請求の範囲３５に記載の露光装置。
請求の範囲３５または３６に記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光工程と、
前記露光された基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
前記観察装置を請求の範囲３３または３４に記載の製造方法を用いて製造することを特徴とする請求の範囲３７に記載のマイクロデバイスの製造方法。
対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、
前記対物レンズ系の光学調整により発生する波面収差高次成分および波長毎の偏心コマ収差の差の少なくとも一方を抑えて前記対物レンズ系を設計する設計工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする観察装置の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔をそれぞれｄ（ｍｍ）だけ変化させたときに発生する波面収差のうち高次球面収差成分のＲＭＳ（ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ：自乗平均平方根）値を（３０・ｄ・ＮＡ^６）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲３９に記載の観察装置の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち高次コマ収差成分のＲＭＳ値を（５０・ｓ・ＮＡ^５）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲３９または４０に記載の観察装置の製造方法。
前記設計工程では、前記対物レンズ系の物体側の開口数をＮＡとし、使用光の中心波長をλ１としたとき、前記対物レンズ系を構成する各レンズを光軸と直交する方向に沿ってｓ（ｍｍ）だけ偏心させたときに発生する波面収差のうち使用光の最短波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値と使用光の最長波長の偏心コマ収差成分のＲＭＳ値との差の絶対値を（５０・ｓ・ＮＡ^３）・λ１以下に設定することを特徴とする請求の範囲３９乃至４１のいずれか１項に記載の観察装置の製造方法。
対物レンズ系を含む結像光学系を介して形成された物体像を観察する観察装置の製造方法において、
前記対物レンズ系に残存する波面収差高次成分を抑えるために、前記対物レンズ系を構成する各光学部材の屈折率分布による波面収差を抑えるとともに、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差を抑えて、前記各光学部材をそれぞれ製造する製造工程と、
組み立てられた前記対物レンズ系に残存する収差を補正するために前記対物レンズ系を光学調整する調整工程とを含むことを特徴とする観察装置の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の屈折率分布による波面収差のＰ−Ｖ値を０．００５λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲４３に記載の観察装置の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分の回転対称成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記回転対称成分から２次４次曲線成分を除去した回転対称成分２次４次残差のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑え、前記全成分からアス成分を補正した後の非回転対称成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲４３または４４に記載の観察装置の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分の縦収差成分のＲＭＳ値を０．００７λ以下に抑え、前記全成分の縦収差高次成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の横収差成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の横収差高次成分のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲４３または４４に記載の観察装置の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記全成分からアス成分を補正した後の成分のＲＭＳ値を０．００８λ以下に抑え、前記全成分からアス成分および低次球面収差成分を補正した後の成分のＲＭＳ値を０．００５λ以下に抑え、前記全成分の高次収差成分のＲＭＳ値を０．００３λ以下に抑えることを特徴とする請求の範囲４３または４４に記載の観察装置の製造方法。
前記製造工程では、波面収差の計測光の波長をλとしたとき、前記各光学部材の各面の基準面に対する波面収差からチルト成分およびパワー成分を補正した後の全成分のＲＭＳ値を０．０１０λ以下に抑え、前記波面収差をツェルニケの多項式で表すときの第９項の展開係数Ｃ９を０．００９λ以下に抑え、第１０項〜第３６項の展開係数Ｃ１０〜Ｃ３６を０．００５λ以下にそれぞれ抑えることを特徴とする請求の範囲４３または４４に記載の観察装置の製造方法。
請求の範囲３９乃至４８のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された観察装置と、マスクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
請求の範囲４９に記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板へ露光する露光工程と、
前記露光された基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。