JP2000286178A

JP2000286178A - 投影光学系、露光装置及び前記投影光学系の製造方法

Info

Publication number: JP2000286178A
Application number: JP11087970A
Authority: JP
Inventors: Maiko Yamaguchi; 麻衣子山口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】諸収差の非対称成分を補正した投影光学系
を、低コストに製造する。【解決手段】投影光学系ＰＬの諸収差の対称成分を補
正した後、投影光学系ＰＬの諸収差の残存収差のランダ
ム成分（非対称成分）を計測する。投影光学系ＰＬを構
成する光学部材の中から所定の屈折力を持つ光学部材を
被加工部材１０として選定し、その被加工部材１０に関
して、投影光学系ＰＬの諸収差のランダム成分の計測結
果に基づいてそのランダム成分を相殺するような凹凸分
布を有する表面形状を算出する。被加工部材１０を投影
光学系ＰＬから取り外し、算出された凹凸分布を有する
表面形状となるように被加工部材１０の被加工面１０ａ
を加工する。加工した被加工部材１０を再び投影光学系
ＰＬの光路中に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１物体上のパタ
ーンの像を第２物体上に投影するための投影光学系に関
し、例えば半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、液
晶ディスプレイ、又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバ
イスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用され
る露光装置用の投影光学系に使用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、
感光性の基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又
はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する露
光装置が使用されている。従来は露光装置として、ステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置
（ステッパ）が多用されていたが、最近ではレチクルと
ウエハとを同期走査して露光を行うステップ・アンド・
スキャン方式の露光装置も注目されている。

【０００３】近年、集積回路の微細化に伴い、露光装置
に使用される投影光学系の解像度の向上が求められてい
る。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短くな
るほど、また投影光学系の開口数（ＮＡ）が大きいほど
高くなる。このため、露光装置で使用される露光波長は
年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大して
きている。そして、現在主流の露光波長は、ＫｒＦエキ
シマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦ
エキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。こ
れらのエキシマレーザ光を露光に使用する場合には、投
影光学系の硝材（光学材料）として、例えば合成石英ガ
ラス（ＳｉＯ₂ ）や蛍石（ＣａＦ₂ ）等が使用される。

【０００４】また、投影光学系の解像度の向上が求めら
れていることから、投影光学系に使用される光学部材の
作製も究極的な製造精度にて行われる。さらに、作製さ
れた光学部材を組み上げて投影光学系を製造する際に
も、各光学部材の間隔を調整したり、光学部材をティル
ト（光軸垂直方向を軸とする回転）又はシフト（光軸垂
直方向に沿って移動）させるなどの非常に微妙な調整を
行うことにより、製造誤差を最小としている。

【０００５】また、投影光学系の諸収差のうち投影光学
系の光軸に関して非対称な成分、即ちランダム成分につ
いては、上述のような組立調整を行っても補正しきれな
いため、米国特許第５，３９２，１１９号に開示されて
いるように、実際に投影光学系の諸収差を測定して、こ
れらの諸収差を相殺する凹凸分布を有する表面形状の補
正板を作製し、投影光学系に追加する方法が提案されて
いる。

【０００６】また、高ＮＡ化による解像度の向上に加
え、所定の開口絞り（σ絞り）を取り付けて光を斜入射
させる変形照明も、解像度及び焦点深度の向上に効果が
ある。このような変形照明法等の超解像技術を使用する
場合には、投影光学系の諸収差が大きく影響するため、
投影光学系は極力低収差であることが要求される。さら
に、特開平７−３３５５１６号公報や、特開平１０−１
４２５５５号公報に開示されているように、投影光学系
に複数の光学特性補正部材を配置することによって、照
明条件の変更時等の露光条件の変化により発生する諸収
差を補正する露光装置も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の露光
装置では、投影光学系の諸収差のランダム成分は組立調
整を行っても補正しきれない場合があるため、この投影
光学系の諸収差のランダム成分を相殺する凹凸分布を有
する表面形状の補正板を作製し、投影光学系にその補正
板を追加することにより、投影光学系の諸収差のランダ
ム成分の補正を行っていた。

【０００８】しかしながら、投影光学系に補正板を追加
することは、投影光学系の製造コストの増大につながる
ため好ましくなく、特に、投影光学系を量産する場合に
おいては、その影響が大きくなる。また、エキシマレー
ザ光を露光に用いる場合には、投影光学系の硝材（光学
材料）として、例えば合成石英ガラスや蛍石等が使用さ
れるが、これらは、水銀ランプのｇ線又はｉ線等を露光
に用いる場合に使用される硝材よりも遥かに高価であ
り、補正板の追加による製造コストの増加はさらに大き
くなる。

【０００９】また、投影光学系の開口数（ＮＡ）は、今
後更に大きくなることが予想されるが、そのような大開
口数の投影光学系を製造する場合にレチクル側に補正板
を挿入するためには、補正板を大面積にし、かつ平面度
を保つため厚くする必要があり、そのような大面積で厚
い補正板を作製することは困難である。本発明は斯かる
点に鑑み、諸収差の非線形成分（ランダム成分）を補正
でき、かつ低コストに製造できる投影光学系を提供する
ことを目的とする。

【００１０】また、本発明はそのような投影光学系を備
えた露光装置、及びそのような投影光学系の製造方法を
提供することをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
光学系は、第１物体（Ｒ１）の像を第２物体（Ｗ）上に
投影する投影光学系（ＰＬ）において、その第１物体か
らその第２物体へ至る光路中に所定の屈折力を持つ光学
部材（１０）を有し、この光学部材の少なくとも一面
が、その投影光学系の非対称な残存収差を低減させるよ
うな凹凸分布を有する表面形状に加工されたものであ
る。

【００１２】なお、本発明において、残存収差とは、そ
の投影光学系（ＰＬ）が無収差の理想光学系である場合
の理想結像位置を考えたとき、その光学部材（１０）、
即ちその投影光学系（ＰＬ）を介した光束の実際の結像
位置と、その理想結像位置とのずれ量のことを示す。斯
かる本発明の第１の投影光学系によれば、その第１物体
（Ｒ１）からその第２物体（Ｗ）へ至る光路中に位置す
るその光学部材（１０）の表面形状を加工して、その光
学部材（１０）を通過する光束を屈折作用により偏向さ
せて理想結像位置に集光させ、その投影光学系の非対称
な残存収差を補正することができる。また、その光学部
材（１０）は、その投影光学系（ＰＬ）を構成している
部材であるため、補正板等の部材を投影光学系に追加す
る場合と比較して、低コストに投影光学系を製造するこ
とができる。

【００１３】次に、本発明による第２の投影光学系は、
第１物体（Ｒ１）の像を第２物体（Ｗ）上に投影する投
影光学系（ＰＬ）において、その第１物体側から順に、
正屈折力の前群（Ｇｆ）と、開口絞り（ＡＳ）と、正屈
折力の後群（Ｇｒ）とを有し、その前群又はその後群中
に、所定の屈折力を持つ光学部材（１０）が配置され、
この光学部材の少なくとも一面が、その投影光学系の非
対称な残存収差を低減させるような凹凸分布を有する表
面形状に加工されたものである。

【００１４】斯かる本発明の第２の投影光学系によれ
ば、その光学部材（１０）がその前群（Ｇｆ）又はその
後群（Ｇｒ）中に配置されているため、結像のためにそ
の光学部材（１０）を通過する光束が細くなる位置にそ
の光学部材（１０）が設けられることになり、その投影
光学系（ＰＬ）の非対称な残存収差を高精度に補正する
ことができる。

【００１５】また、その光学部材（１０）がその前群
（Ｇｆ）中に配置される場合には、その前群（Ｇｆ）の
焦点距離をｆｇｆ、その光学部材（１０）の焦点距離を
ｆｃ、その光学部材（１０）とその開口絞り（ＡＳ）と
の間隔をＬｃとするとき、次の２つの条件を満足するこ
とが望ましい。０．０５＜｜Ｌｃ／ｆｃ｜＜１０（１）１．５＜｜ｆｇｆ／ｆｃ｜＜１５（２）ここで、（１）式は、その光学部材の好適な位置の範囲
を規定するものである。（１）式の下限を下回る場合に
は、物理的にその開口絞り（ＡＳ）に近く配置されてい
る光学部材を加工を施す光学部材（１０）として選定す
ることになり、その光学部材（１０）の取り付けや取り
外しが困難になるため好ましくない。一方、（１）式の
上限を上回る場合には、その光学部材（１０）が第１物
体（Ｒ１）に近接し過ぎることになり、その光学部材
（１０）の取り付けや取り外しが困難になるため好まし
くない。

【００１６】また、（２）式は、その光学部材（１０）
の屈折力の好適な範囲を規定するものである。（２）式
の上限を超えると、その光学部材（１０）の屈折力が強
くなりすぎてその光学部材（１０）の偏心敏感度が大き
くなり過ぎるため、その光学部材（１０）を取り付ける
際の位置決めが困難になり好ましくない。一方、（２）
式の下限を超えると、両側テレセントリックな投影光学
系を構成することができなくなるため好ましくない。

【００１７】また、その光学部材（１０）がその後群
（Ｇｒ）中に配置される場合には、その後群（Ｇｒ）の
焦点距離をｆｇｒ、その光学部材（１０）の焦点距離を
ｆｒ、その光学部材（１０）とその開口絞り（ＡＳ）と
の間隔をＬｒとするとき、次の２つの条件を満足するこ
とが望ましい。０．０５＜｜Ｌｒ／ｆｃ｜＜６（３）０．５＜｜ｆｇｒ／ｆｃ｜＜５（４）ここで、（３）式は、その光学部材（１０）の好適な位
置の範囲を規定するものである。（３）式の下限を下回
る場合には、物理的に開口絞り（ＡＳ）に近く配置され
ている光学部材を加工を施す光学部材（１０）として選
定することになるため、その光学部材（１０）の取り付
けや取り外しが困難になるため好ましくない。一方、
（３）式の上限を上回る場合には、その光学部材（１
０）が第２物体（Ｗ）に近接し過ぎることになり、その
光学部材（１０）の取り付けや取り外しが困難になるた
め好ましくない。

【００１８】また、（４）式は、その光学部材（１０）
の屈折力の好適な範囲を規定するものである。（４）式
の上限を超えると、その光学部材（１０）の屈折力が強
くなりすぎてその光学部材（１０）の偏心敏感度が大き
くなり過ぎるため、その光学部材（１０）を取り付ける
際の位置決めが困難になり好ましくない。一方、（４）
式の下限を超えると、両側テレセントリックな投影光学
系を構成することができなくなるため好ましくない。

【００１９】なお、その光学部材（１０）の焦点距離ｆ
ｃは、以下の条件式を満足することが好ましい。単位は
ｍｍであり、以下の（６）式〜（９）式についても同様
である。１００＜｜ｆｃ｜＜２００（５）また、その前群（Ｇｆ）を構成する光学部材をその光学
部材（１０）として選定する場合には、以下の各条件式
を満足することが好ましい。

【００２０】１０＜Ｌｃ＜１０００（６）３００＜｜ｆｇｆ｜＜１５００（７）また、その後群（Ｇｒ）を構成する光学部材をその光学
部材（１０）として選定する場合には、以下の各条件式
を満足することが好ましい。１０＜Ｌｒ＜６００（８）１００＜｜ｆｇｒ｜＜５００（９）次に、本発明による露光装置は、本発明の投影光学系
（ＰＬ）と、マスク（Ｒ１）を保持するマスクステージ
（ＲＳ）と、基板（Ｗ）を位置決めする基板ステージ
（ＷＳ）とを備えた露光装置であって、そのマスクをそ
の第１物体、その基板をその第２物体として、そのマス
クのパターンの像をその投影光学系を介してその基板上
に投影するものである。

【００２１】斯かる本発明の露光装置によれば、本発明
の投影光学系（ＰＬ）を備えているため、その投影光学
系（ＰＬ）の非対称な残存収差を高精度に補正すること
ができ、そのマスク（Ｒ１）のパターンをその基板
（Ｗ）上に高精度に転写することができる。次に、本発
明による投影光学系の製造方法は、第１物体（Ｒ１）の
像を第２物体（Ｗ）上に投影する投影光学系の製造方法
であって、その投影光学系（ＰＬ）の非対称な残存収差
を計測する第１工程と、その投影光学系（ＰＬ）を構成
する光学部材の中から所定の屈折力を持つ光学部材（１
０）を選定する第２工程と、その第２工程で選定された
その光学部材（１０）に関して、その第１工程の計測結
果に基づいてその残存収差を相殺するような表面形状を
算出する第３工程と、その第２工程で選定されたその光
学部材（１０）をその投影光学系（ＰＬ）から取り外
し、その第３工程において算出された表面形状となるよ
うにその光学部材（１０）を加工する第４工程と、この
第４工程において加工されたその光学部材（１０）をそ
の投影光学系（ＰＬ）の光路中に設置する第５工程とを
有するものである。

【００２２】斯かる本発明の投影光学系の製造方法によ
れば、その投影光学系（ＰＬ）を構成する光学部材の中
から所定の屈折力を持つ光学部材（１０）を選定し、そ
の光学部材（１０）を、その投影光学系（ＰＬ）の非対
称な残存収差を相殺するような表面形状に加工するた
め、補正板等の部材を投影光学系に追加して非対称な残
存収差を補正する場合に比べ、非対称な残存収差を補正
した投影光学系を低コストに製造することができる。

【００２３】また、本発明にかかる投影光学系の製造方
法において、その投影光学系（ＰＬ）が開口絞り（Ａ
Ｓ）と、その第１物体（Ｒ１）及びその開口絞り（Ａ
Ｓ）間に位置する前群（Ｇｆ）と、その開口絞り（Ａ
Ｓ）及びその第２物体（Ｗ）間に位置する後群（Ｇｒ）
とを有する場合に、その第２工程においてその前群（Ｇ
ｆ）からその光学部材（１０）を選定するときには、上
述の（１）式及び（２）式を満足する光学部材を選定す
ることが好ましい。一方、この場合、その第２工程にお
いてその後群（Ｇｒ）からその光学部材（１０）を選定
するときには、上述の（３）式及び（４）式を満足する
光学部材を選定することが好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
につき図１〜図１５を参照して説明する。本例は本発明
を半導体素子製造用の投影露光装置の投影光学系に適用
したものである。図３は、本例の投影露光装置の概略構
成を示す図であり、以下では、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、図３の紙面に平行にＸ軸を、図
３の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。照明光学装置
ＩＳは、例えば３６５ｎｍ（水銀ランプのｉ線）、２４
８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ光）、１９３ｎｍ（Ａｒ
Ｆエキシマレーザ光）、１５７ｍｍ（Ｆ₂ レーザ光）等
の波長の露光光により、レチクルステージＲＳ上に載置
されたレチクルＲ１を均一照明する。レチクルＲ１の下
方には、所定の縮小倍率（例えば１／４，１／５等）を
有し、実質的に両側テレセントリックな投影光学系ＰＬ
が設けられており、この投影光学系ＰＬは、レチクルＲ
１側から順に、正屈折力の前群Ｇｆと開口絞りＡＳと正
屈折力の後群Ｇｒとを有するものであり、前群Ｇｆと後
群Ｇｒとの屈折力の比は投影光学系ＰＬの縮小倍率と対
応している。また、前群Ｇｆには、投影光学系ＰＬの諸
収差（ディストーション等）の非対称成分を補正するた
めの加工が施された正又は負の屈折力を有する屈折光学
部材よりなる被加工部材１０が含まれており、被加工部
材１０は、保持部材１１により投影光学系ＰＬ中に保持
されている。ここで、本例の投影光学系ＰＬは、被加工
部材１０を含めた状態で収差補正がなされるように光学
設計されている。従って、照明光学装置ＩＳにより照明
されたレチクルＲ１からの光は、被加工部材１０を含む
投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳ上に載置さ
れたウエハＷ上に達し、ウエハＷにレチクルＲ１のパタ
ーンの縮小像を形成する。このウエハステージＷＳはＸ
方向、Ｙ方向、Ｚ方向にウエハＷの位置決めを行う。な
お、本例において、被加工部材１０は、例えば合成石英
ガラス（ＳｉＯ₂ ）、蛍石（ＣａＦ₂ ）等の露光光を透
過させる硝材（光学材料）から構成される平凸単レンズ
からなる。

【００２５】図２（ａ）は、本例の被加工部材１０の平
面図を示し、この図２（ａ）において、被加工部材１０
には、円筒状の側面を切り欠くことにより位置合わせ用
のオリエンテーションフラット１２を設けてある。被加
工部材１０には、本例のような位置合わせ用のオリエン
テーションフラット又はアライメントマークを設けるこ
とが好ましい。これにより、被加工部材１０を投影光学
系ＰＬに高い位置合わせ精度で取り付けることができ
る。なお、オリエンテーションフラットとアライメント
メークとを併用するようにしてもよい。また、アライメ
ントマークを被加工部材１０に設けて保持部材１１（投
影光学系ＰＬの鏡筒）に対する位置を光学的に検出する
場合には、露光光が通過しない位置にアライメントマー
クを設けることが望ましい。

【００２６】また、図２（ｂ）に示すように、被加工部
材１０は、一方の面が平面に加工され、他方の面が所定
の曲率半径になるように球面形状に研磨された平凸単レ
ンズであり、本例では、被加工部材１０の平面側を、投
影光学系ＰＬの諸収差の非対称成分を補正するための加
工を施す被加工面１０ａとしている。投影光学系ＰＬを
構成する複数の光学部材の中から被加工部材１０として
選定する光学部材は、本例のような平凸単レンズ又は平
凹単レンズであることが好ましく、その平面側を、投影
光学系ＰＬの諸収差の非対称成分を補正するための加工
を施す被加工面とすることが好ましい。この場合、その
加工が容易であり、高精度に加工を施すことができる利
点がある。

【００２７】また、被加工部材１０を投影光学系ＰＬの
鏡筒中にて保持するリング状の保持部材１１は、図２
（ｃ）に示すように、被加工部材１０のオリエンテーシ
ョンフラット１２に対応する凸部１１ａを有している。
即ち、投影光学系ＰＬに被加工部材１０を高い位置合わ
せ精度で取り付けることができるように、保持部材１１
の開口の形状が被加工部材１０の外形に合わせて作製さ
れている。

【００２８】次に、本例の投影光学系ＰＬの諸収差の非
対称成分（光軸に関して非対称な成分）、即ちランダム
成分の補正方法について説明する。まず、図１（ａ）の
ステップＳＴ１に示す如く、投影光学系ＰＬの諸収差の
ランダム成分を計測する。次に、ステップＳＴ２におい
て、投影光学系ＰＬを構成する光学部材の中から所定の
屈折力を持つ光学部材を被加工部材１０として選定し、
その被加工部材１０に関して、投影光学系ＰＬの諸収差
のランダム成分の計測結果に基づいてそのランダム成分
を相殺するような表面形状を算出する。そして、ステッ
プＳＴ３において、被加工部材１０を投影光学系ＰＬか
ら取り外し、被加工部材１０の被加工面１０ａの被加工
部１０ｂを例えばスモールツールＰＲＢにより算出され
た表面形状となるように加工する。そして、加工された
被加工部材１０を再び投影光学系ＰＬの光路中に設置す
る。

【００２９】このように、投影光学系ＰＬを構成する被
加工部材１０の表面形状を加工することにより、被加工
部材１０を通過する光束を屈折作用により偏向させ、図
１（ｂ）に示す如く、投影光学系ＰＬの諸収差のランダ
ム成分を補正することができる。次に、投影光学系ＰＬ
の諸収差のランダム成分の計測方法について詳細に説明
する。本例では、投影光学系ＰＬの諸収差のランダム成
分の計測の前に、予め投影光学系ＰＬの諸収差の対称成
分を計測し、この計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬ
を構成する光学部材の間隔の調整や、光学部材のティル
ト・シフト調整を行い、投影光学系ＰＬの諸収差の対称
成分を補正している。

【００３０】まず、図３に戻り、テストレチクルＴＲを
レチクルステージＲＳ上に載置する。このテストレチク
ルＴＲは、図４に示すように、露光光を遮光する遮光帯
ＬＳＴで囲まれるパターン領域ＰＡ内にマトリクス状に
配置された、即ち正方格子の格子点上に配列された複数
の十字状のマークＭ（０，０）〜Ｍ（８，８）を有する
ものである。

【００３１】次に、図３に戻って、レチクルステージＲ
Ｓ上のテストレチクルＴＲを照明光学装置ＩＳの露光光
により照明する。このテストレチクルＴＲからの光は、
投影光学系ＰＬを介して、レジスト等の感光材料が表面
上に塗布されたウエハＷ上の露光領域に達し、このウエ
ハＷにテストレチクルＴＲのマークＭ（０，０）〜Ｍ
（８，８）の像（潜像）を形成する。その後、露光され
たウエハＷの現像処理を行い、露光された複数のマーク
Ｍ（０，０）〜Ｍ（８，８）の像をパターン化する。

【００３２】図５は、ウエハＷ上の露光領域ＥＡ内にお
いてパターン化された複数のマークを示し、この図５に
おいて、点線の交点ＩＰ（０，０）〜ＩＰ（８，８）
は、投影光学系ＰＬが理想光学系（無収差の光学系）で
ある場合の結像位置である理想結像位置を示す。また、
テストレチクルＴＲ上のマークＭ（０，０）に対応する
ものがパターンＰ（０，０）であり、テストレチクルＴ
Ｒ上のマークＭ（０，１）に対応するものがパターンＰ
（０，１）であり、以下のマークとパターンは同様に対
応している。

【００３３】その後、ウエハＷ上に形成された複数のパ
ターンＰ（０，０）〜Ｐ（８，８）のそれぞれのＸＹ座
標を座標測定機によって測定する。本例では、被加工部
材１０の被加工面１０ａの形状を加工することにより、
複数のパターンＰ（０，０）〜Ｐ（８，８）を対応する
各理想結像位置ＩＰ（０，０）〜ＩＰ（８，８）にそれ
ぞれ変位させる。

【００３４】次に、投影光学系ＰＬの諸収差のランダム
成分を補正するための被加工部材１０の面形状の算出方
法について具体的に説明する。図３に示した通り、本例
における被加工部材１０は、投影光学系ＰＬの前群Ｇｆ
中に配置されている。この位置は、比較的開口数（Ｎ
Ａ）が細い光束が通過する位置であるため、被加工部材
１０の表面形状の変更により変位される光束のうち、代
表的に主光線の変位を考えればよい。

【００３５】ここで、図５に示す理想結像位置ＩＰ
（０，０）〜ＩＰ（８，８）と複数のパターンＰ（０，
０）〜Ｐ（８，８）とのずれ量をｗとし、複数のマーク
Ｍ（０，０）〜Ｍ（８，８）からの主光線が被加工部材
１０を通過する点である主光線通過点における被加工部
材１０の表面の法線の角度変化量をθとすると、次式が
成立する。

【００３６】ｗ＝β・Ｌｒ（ｎ−１）・θ （１０）なお、角度変化量θは、加工前の基準状態における被加
工部材１０の表面（被加工面１０ａ）の法線に対するも
のであり、βは投影光学系の投影倍率、Ｌｒはレチクル
Ｒ１と被加工部材１０の被加工面１０ａとの光軸方向に
沿った距離、ｎは被加工部材１０の屈折率である。ま
た、（１０）式において、被加工部材１０の被加工面１
０ａは、ウエハＷ側の面であるとしている。

【００３７】また、被加工部材１０が投影光学系ＰＬと
ウエハＷとの間の光路中にある場合には、次式が成立す
る。ｗ＝Ｌｗ（ｎ−１）・θ （１１）ただし、ＬｗはウエハＷと被加工部材１０の被加工面１
０ａとの光軸方向に沿った距離である。

【００３８】なお、被加工部材１０の被加工面１０ａ
は、被加工部材１０のレチクルＲ１側の面とウエハＷ側
の面とのどちらであってもよく、被加工面１０ａは上述
のように平面であることが望ましい。このように、前述
の座標測定機による複数のパターンＰ（０，０）〜Ｐ
（８，８）の座標と理想結像位置ＩＰ（０，０）〜ＩＰ
（８，８）とのずれ量ｗから、被加工部材１０の被加工
面１０ａの主光線通過点における面法線を求められる。
これにより、被加工部材１０の面法線は各主光線通過点
において定まる。そして、この面法線から、主光線通過
点における面の接線ベクトルを求めることができるた
め、点の座標とその座標における面の接線ベクトルから
曲面を補完するクーンズ(Coons) の式を用いて、連続的
な表面形状を求めることができる。

【００３９】しかしながら、図６（ａ）に示すように、
例えば点Ｑ（０，０）と点Ｑ（１，０）との隣り合う座
標における接線ベクトルθ（０，０），θ（１，０）が
共に等しい場合には、補完される曲面がうねってしまう
問題が生じる。そこで、本例では、図６（ｂ）に示すよ
うに、隣り合う主光線の間において、座標Ｑ（０，０）
における接線ベクトルθ（０，０）のＺ方向のベクトル
成分を、Ｚ方向の高さＺ（１，０）として、座標Ｑ
（０，０）の隣の座標のＱ（１，０）に加える。これに
より、隣り合う座標Ｑ（０，０），Ｑ（１，０）の接線
ベクトルが共に等しい場合においても、補完される曲線
はこれらの座標Ｑ（０，０），Ｑ（１，０）においてほ
ぼ直線となり、これらの座標Ｑ（０，０），Ｑ（１，
０）間を通過する主光線はほぼ等しい角度で屈折する。
従って、隣り合う主光線通過点を通過する主光線による
補正量が等しい場合においても、これらの隣り合う主光
線通過点の間において、投影光学系ＰＬの諸収差の補正
量を等しくすることができる。

【００４０】次に、本例の曲面補完の手順について具体
的に説明する。まず、図７に示すように、被加工部材１
０の被加工面１０ａにＸＹＺ座標をとる。なお、図７に
おいては、複数のマークＭ（０，０）〜Ｍ（８，８）か
ら複数のパターンＰ（０，０）〜Ｐ（８，８）へ向かう
光束の主光線が被加工部材１０を通過する主光線通過点
Ｑ（０，０）〜Ｑ（８，８）を破線の交点で示してい
る。ここで、上述の（１１）式により求められた各主光
線通過点Ｑ（０，０）〜Ｑ（８，８）における法線ベク
トルをθ（ｉ，ｊ）とし、各主光線通過点Ｑ（０，０）
〜Ｑ（８，８）におけるＺ方向の高さをＺ（ｉ，ｊ）と
する。ただし、本例ではｉ＝０〜８、ｊ＝０〜８であ
る。

【００４１】主光線通過点Ｑ（０，０）の法線ベクトル
θ（０，０）に基づいて、Ｙ軸上において主光線通過点
Ｑ（０，０）と隣り合う座標の主光線通過点Ｑ（０，
１）におけるＺ方向の高さＺ（０，１）を以下の式によ
り算出する。 Z(0,j)＝Z(0,j-1)＋θy(0,j-1)・（y(0,j)−y(0,j-1)）（１２）ただし、θｙ（０，ｊ）は、主光線通過点Ｑ（０，ｊ）
における法線ベクトルθ（０，ｊ）のＹ軸方向のベクト
ル成分、ｙ（０，ｊ）は、主光線通過点Ｑ（０，ｊ）に
おける主光線通過点Ｑ（０，０）を原点にとったときの
座標値のＹ軸方向の成分である。なお、主光線通過点Ｑ
（０，０）をＺ軸方向の基準として、Ｚ（０，０）＝０
とする。そして、Ｙ軸上の主光線通過点Ｑ（０，２）〜
Ｑ（０，８）についても、同様にＺ方向の高さＺ（０，
２）〜Ｚ（０，８）を算出する。

【００４２】また、主光線通過点Ｑ（０，０）の法線ベ
クトルθ（０，０）に基づいて、Ｘ軸上において主光線
通過点Ｑ（０，０）と隣り合う座標の主光線通過点Ｑ
（１，０）におけるＺ方向の高さＺ（１，０）を以下の
式により算出する。 Z(i,0)＝Z(i-1,0)＋θx(i-1,0)・（x(i,0)−x(i-1,0)）（１３）ただし、θｘ（ｉ，０）は、主光線通過点Ｑ（ｉ，０）
における法線ベクトルθ（ｉ，０）のＸ軸方向のベクト
ル成分、ｘ（ｉ，０）は、主光線通過点Ｑ（ｉ，０）に
おける主光線通過点Ｑ（０，０）を原点にとったときの
座標値のＸ軸方向の成分である。そして、Ｘ軸上の主光
線通過点Ｑ（２，０）〜Ｑ（８，０）についても、同様
にＺ方向の高さＺ（２，０）〜Ｚ（８，０）を算出す
る。

【００４３】そして、図８に示すように、Ｘ軸とＹ軸と
に挟まれる主光線通過点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるＺ方向の
高さＺ（ｉ，ｊ）を以下の式に基づいて算出する。 Z(i,j)＝｛Z(i-1,j)＋θx(i-1,j)・（x(i,j)−x(i-1,j)）＋Z(i,j-1)＋θy(i,j-1)・（y(i,j)−y(i,j-1)）｝／２（１４）図９に示すように、主光線通過点Ｑ（１，１）のＺ方向
の高さＺ（１，１）の算出後、主光線通過点Ｑ（１，
２），Ｑ（２，１），Ｑ（２，２）…Ｑ（ｉ，ｊ）…Ｑ
（ｉ，ｊ）…Ｑ（８，８）のＺ方向の高さＺ（１，
２），Ｚ（２，１），Ｚ（２，２）…Ｚ（ｉ，ｊ）…Ｚ
（８，８）をそれぞれ（１４）式に基づいて算出する。

【００４４】主光線通過点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるＺ方向
の高さＺ（ｉ，ｊ）と、主光線通過点Ｑ（ｉ，ｊ）のＸ
Ｙ座標と、主光線通過点Ｑ（ｉ，ｊ）での面法線ベクト
ルθ（ｉ，ｊ）から求められる主光線通過点Ｑ（ｉ，
ｊ）における接線ベクトルとに基づいて、クーンズ・パ
ッチの手法により曲面を張る。これにより、投影光学系
ＰＬの諸収差のランダム成分を補正する被加工部材１０
の面形状を得ることができる。

【００４５】次に、被加工部材１０の面形状の加工方法
について説明する。図３に示す投影露光装置から、被加
工部材１０を取り外し、求められた面形状データに基づ
いて、取り外された被加工部材１０の表面形状の加工を
行う。ここで、本例における被加工部材１０はランダム
成分を補正するために、その表面形状がランダムで不規
則にうねった形状となる。従って、本例では、図１０に
示すような研磨装置を用いる。なお、図１０においては
ＸＺ座標系を採用している。

【００４６】図１０において、被加工部材１０は、ＸＹ
方向に移動自在なステージ２１上の保持部２１ａに載置
されている。また、ステージ２１をＸＹ方向に沿って移
動させる駆動部２２は、制御部２０によって制御されて
いる。駆動部２２によるステージ２１の移動の際におい
てそのＸＹ方向における位置を検出するために、エンコ
ーダ、干渉計等からなる検出部３０がステージ２１に設
けられている。この検出部３０による検出信号は制御部
２０へ伝達される。

【００４７】また、研磨皿２３は、保持部２４を介して
回転軸２５の一端に取り付けられており、図中Ｚ方向を
軸として回転可能である。この回転軸２５の他端には、
制御部２０によって制御されるモータ２６が取り付けら
れている。回転軸２５を回転自在に支持する軸受２７
は、不図示の本体に固設されている支持部２８に対して
Ｚ方向に移動自在に設けられている。この支持部２０に
は、制御部２０により制御されるモータ２９が取り付け
られており、このモータ２９の作用によって軸受２７が
Ｚ方向に沿って移動し、ひいては研磨皿２３がＺ方向に
沿って移動する。なお、研磨皿２３を保持する保持部２
４には、研磨皿２３と被加工部材１０との接触圧を検出
するためのセンサ（不図示）が設けられており、このセ
ンサからの出力は制御部２０へ伝達される。

【００４８】次に、図１０の研磨装置の動作の説明を簡
単にすると、まず、上述の求められた面形状データを制
御部２０へ入力する。その後、制御部２０は、研磨皿２
３を回転させつつ、駆動部２２を介してステージ２１を
ＸＹ方向に沿って移動させる。即ち、研磨皿２３が被加
工部材１０の被加工面１０ａをＸＹ方向に沿ってなぞる
ように移動する。このときの被加工面１０ａにおける研
磨量は、被加工面１０ａと研磨皿２３との接触圧、研磨
皿２３の滞留時間で決定される。

【００４９】その後、図１０の研磨装置により加工され
た被加工部材１０に対して反射防止膜を蒸着し、保持部
材１１を使用して図３の投影露光装置に加工された被加
工部材１０を載置する。なお、図１０の研磨装置におい
ては、研磨皿２３はＸＹ方向において固定されている
が、ステージ２１をＸＹ方向へ移動させる代わりにこの
研磨皿２３を移動させてもよい。

【００５０】以上のように、投影光学系ＰＬを構成する
被加工部材１０の表面形状を加工することにより、被加
工部材１０を通過する光束を屈折作用により偏向させ、
投影光学系ＰＬの諸収差のランダム成分を補正すること
ができる。また、被加工部材１０が投影光学系ＰＬを構
成する光学部材であるため、投影光学系ＰＬの諸収差を
補正するための補正板を投影光学系ＰＬに追加する場合
に比べ、投影光学系ＰＬを低コストに製造することがで
きる。

【００５１】次に、投影光学系ＰＬの実施例につき図１
５を参照して説明する。図１５は、投影光学系ＰＬのレ
ンズ構成の一例を示し、この図１５において、投影光学
系ＰＬは、レチクルＲ側から順に第１レンズ群Ｇ１、第
２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群
Ｇ４を配置して構成されている。そして、第１レンズ群
Ｇ１は、レチクルＲ側から順にレチクルＲ側に平面を向
けた平凸レンズＬ１１、両凸レンズＬ１２、レチクルＲ
側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ１３、両凸レ
ンズＬ１４、及び両凸レンズＬ１５からなる。平凸レン
ズＬ１１が図３の被加工部材１０に対応している。

【００５２】第２レンズ群Ｇ２は、レチクルＲ側から順
にレチクルＲ側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ
２１、両凸レンズＬ２２、レチクルＲ側に凸面を向けた
負のメニスカスレンズＬ２３、両凹レンズＬ２４、両凹
レンズＬ２５、及び両凹レンズＬ２６からなる。第３レ
ンズ群Ｇ３は、レチクルＲ側から順にウエハＷ側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズＬ３１、ウエハＷ側に凸
面を向けた負のメニスカスレンズＬ３２、ウエハＷ側に
凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ３３、両凸レンズ
Ｌ３４、及び両凸レンズＬ３５からなる。

【００５３】第４レンズ群Ｇ４は、レチクルＲ側から順
にレチクルＲ側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ
４１、レチクルＲ側に凸面を向けた負のメニスカスレン
ズＬ４２、レチクルＲ側に凸面を向けた負のメニスカス
レンズＬ４３、両凹レンズＬ４４、ウエハＷ側に凸面を
向けた負のメニスカスレンズＬ４５、ウエハＷ側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズＬ４６、ウエハＷ側に凸
面を向けた正のメニスカスレンズＬ４７、両凸レンズＬ
４８、ウエハＷ側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ
Ｌ４９、両凸レンズＬ４１０、レチクルＲ側に凸面を向
けた正のメニスカスレンズＬ４１１、レチクルＲ側に凸
面を向けた正のメニスカスレンズＬ４１２、レチクルＲ
側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ４１３、レチ
クルＲ側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ４１
４、及びレチクルＲ側に凸面を向けた正のメニスカスレ
ンズＬ４１５からなる。メニスカスレンズＬ４６とＬ４
７との間に開口絞りＡＳが配置されている。

【００５４】以下の表１、表２において、図１５に示す
投影光学系の諸元の値及び条件式対応値を示す。ただ
し、ａは最大物体高を、ＮＡは像側最大開口数をそれぞ
れ示している。また、左端の第１欄の面番号はレチクル
側からの面の順序を、第２欄のｒｉはレンズ面の曲率半
径（ｍｍ）、第３欄のｄｉは各面の軸上間隔すなわち面
間隔（ｍｍ）をそれぞれ示している。また、レチクル側
に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を
負としている。そして、いずれのレンズも単一の硝材で
ある合成石英（Ｓｉ０₂ ）製である。また、露光波長
は、ＫｒＦエキシマレーザ光の波長（２４８ｎｍ）であ
るとして、これに対する合成石英の屈折率ｎは、ｎ＝
１．５０８３９である。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】（条件式対応値）（１）Ｌｃ／ｆｃ＝０．３３２（２）ｆｇｆ／ｆｃ＝０．６１４（３）Ｌｒ／ｆｃ＝０．１５５（４）ｆｇｒ／ｆｃ＝０．０５９

【００５７】次に、図１５に示すレンズ構成の投影光学
系の平凸レンズＬ１１を図３の被加工部材１０として選
定して、投影光学系の諸収差のランダム成分を補正する
ための加工を施し、投影光学系の諸収差を測定した結果
を示す。ここでは、Ｘ方向に１１個、Ｙ方向に７個、計
１１×７個の十字状のマークがマトリクス状に配置され
たテストレチクルを用いてテスト露光を行い、投影光学
系の諸収差のランダム成分を測定する。図１１は、テス
トレチクル上のマークに対応するパターンＰのウエハ上
の露光領域ＥＡにおける理想結像位置を示す。

【００５８】図１３は、未加工の被加工部材を投影光学
系に取り付けてテスト露光を行い、ウエハを現像した
後、ウエハ上のパターンの結像位置の理想結像位置に対
するずれ量を測定した結果を示し、この図１３におい
て、横軸はＸ方向の像高ｘを表し、縦軸はパターンの結
像位置の理想結像位置に対するＸ方向のずれ量ΔＸ及び
Ｙ方向のずれ量ΔＹを表す。なお、図１３（ａ）〜図１
３（ｃ）は、Ｙ方向の像高ｙが、それぞれ−２、０、２
（ｍｍ）のものである。

【００５９】図１２は、図１３の測定結果に基づいて、
投影光学系の諸収差を相殺するような面形状を算出し、
算出された面形状となるように被加工部材を加工した
後、干渉計によりその被加工部材の被加工部１０ｂの形
状を計測して得られた等高線マップを示し、この図１２
において、等高線１３は干渉計により計測されたサグ量
の等しい線である。

【００６０】図１４は、図１２に示す面形状を有する被
加工部材を投影光学系に取り付けてテスト露光を行い、
ウエハを現像した後、ウエハ上のパターンの結像位置の
理想結像位置に対するずれ量を測定した結果を示し、こ
の図１４において、横軸はＸ方向の像高ｘを表し、縦軸
はパターンの結像位置の理想結像位置に対するＸ方向の
ずれ量ΔＸ及びＹ方向のずれ量ΔＹを表す。なお、図１
４（ａ）〜図１４（ｃ）は、Ｙ方向の像高ｙが、それぞ
れ−２、０、２のものである。

【００６１】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
１６及び図１７を参照して説明する。本例は半導体素子
製造用の投影露光装置において、照明条件の変更を行う
場合に本発明を適用したものである。図１６は、本例の
投影露光装置７０の概略構成を示し、この図１６におい
て、投影露光装置７０は、不図示の感光基板としてのウ
エハが搭載されるウエハステージ７２と、このウエハス
テージ７２の上方に配置された投影光学系ＰＬ１と、こ
の投影光学系ＰＬ１の上方に配置されたマスクとしての
レチクルＲ２と、このレチクルＲ２を露光光により照明
する照明光学系７１とを備えている。

【００６２】ウエハステージ７２は、図１６における紙
面に直交する水平面内で、紙面に平行なＸ軸とこれに直
交するＹ軸との２次元方向に移動自在に構成されてい
る。このウエハステージ７２の２次元方向（Ｘ及びＹ方
向）の駆動は、駆動系７３によりなされている。また、
このウエハステージ７２のＸ及びＹ方向の位置は、不図
示のレーザ干渉計により計測され、このレーザ干渉計の
出力が主制御系７４に入力されるようになっている。即
ち、主制御系７４は、レーザ干渉計の出力をモニタしつ
つ駆動系７３を介してウエハステージ７２のＸ及びＹ方
向の位置を制御するようになっている。

【００６３】また、投影光学系ＰＬ１は、ＸＹ平面に直
交するＺ軸方向に所定間隔で配置された光軸を共通にす
る複数枚の光学部材とこれらの光学部材を保持する鏡筒
とから成る。投影光学系ＰＬ１の諸収差の線形成分を補
正するため、投影光学系ＰＬ１を構成する各光学部材の
うち少なくとも２枚は、Ｚ軸方向（光軸方向）の間隔及
び位置、並びにＸ及びＹ方向の傾斜が調整自在になって
いる。これらの光学部材は、例えば外周部をほぼ１２０
゜間隔の３点で支持され、各支持点をピエゾ素子等のア
クチュエータによりＺ軸方向に駆動できるようになって
いる。さらに、第１の実施の形態と同様に、投影光学系
ＰＬ１を構成する光学部材のうち被加工部材１０’に投
影光学系ＰＬ１の諸収差のランダム成分（非線形成分）
を補正するための加工が施してある。

【００６４】照明光学系７１は、水銀ランプ３６、楕円
鏡３８、ミラー４０，４４，５４，５８、シャッタ４
２、フライアイレンズ４６、開口絞り板４８、ブライン
ド５２及びコンデンサレンズ５６を含んで構成されてい
る。ここで、照明光学系７１の構成各部について、その
作用と共に説明する。シャッタ４２の「開」状態では、
水銀ランプ３６から射出された露光光（ｉ線又はｇ線）
は、楕円鏡３８で集光され、ミラー４０で反射され、シ
ャッタ４２の位置を通過してミラー４４で再び反射さ
れ、フライアイレンズ４６及び開口絞り板４８の開口絞
りを透過してブラインド５２に至る。ここでこのブライ
ンド５２の配置面は、レチクルＲ２のパターン形成面と
共役であり、このブラインド５２の開口によりレチクル
Ｒ２上の照明領域の形状が規定されている。このブライ
ンド５２でその形状が規定された露光光はミラー５４で
反射され、コンデンサレンズ５６で集光されて、ミラー
５８で反射された後、レチクルＲ２を上方から照明す
る。これにより、レチクルＲ２のパターン形成面に形成
された回路パターンの像が投影光学系ＰＬ１を介して所
定の倍率でウエハステージ７２の上の不図示のウエハに
転写される。一方、シャッタ４２の「閉」状態では、露
光光がシャッタ４２で遮られるため、レチクルＲ２が照
明されることはない。

【００６５】前述の開口絞り板４８は、図１７に示すよ
うに、円板状の部材からなり、この開口絞り板４８上に
は、ほぼ等間隔で通常の円形開口よりなる開口絞り４９
Ａ、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであ
るσ値を小さくするための開口絞り４９Ｂ、輪帯照明用
の輪帯状の開口絞り４９Ｃ、及び変形光源法用に複数の
開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り４９Ｄが配
置されている。本例では、この開口絞り板４８を回転さ
せることにより、４個の開口絞り４９Ａ〜４９Ｄのうち
の所望の開口絞りを選択できる。この開口絞り板４８が
主制御系７４によって制御される回転駆動機構６４によ
ってＺ軸回りに回転駆動されるようになっている。

【００６６】更に、本例では主制御系７４に記憶部とし
てのハードディスク６８が併設されている。このハード
ディスク６８内には、前述の４個の開口絞り４９Ａ〜４
９Ｄに対応するそれぞれの照明条件下でのテスト露光に
より求めた投影光学系ＰＬ１の諸収差の線形変化量の補
正値がデータファイルの形式で格納されている。次に、
各開口絞りに対応した被加工部材の加工及びデータファ
イルの作成方法について説明する。

【００６７】まず、最初に通常の円形開口よりなる開口
絞り４９Ａを露光光の光路上に設定し、かつ未加工の被
加工部材１０’を投影光学系ＰＬ内に配置して、この状
態でテスト露光を行う。このテスト露光の結果に基づい
て、通常照明時の投影光学系ＰＬ１の諸収差を測定す
る。次に、この測定結果に基づいて、この通常照明時の
投影光学系ＰＬ１の諸収差を零とする線形成分及びラン
ダム成分（非線形成分）の補正値を求める。そして、次
に、投影光学系ＰＬ１の諸収差のランダム成分の補正値
を用いて、これが零となるように、被加工部材１０’の
表面を加工し通常の円形開口よりなる開口絞り４９Ａに
対応する被加工部材１０’を作成、すなわち、投影光学
系ＰＬ１の諸収差を低減するような凹凸分布を有する表
面形状に被加工部材１０’を加工する。

【００６８】次いで、上記の投影光学系ＰＬ１の諸収差
の線形成分の補正値を用いて投影光学系ＰＬ１を構成す
る光学部材の移動量のデータファイルを作成し、ハード
ディスク６８に格納する。他の開口絞り４９Ｂ〜４９Ｄ
を設定した照明条件についても、上記と同様にして、照
明条件毎にテスト露光を行い、投影光学系ＰＬ１の諸収
差を測定し、補正値を求めて被加工部材の加工及びデー
タファイルの作成を行う。

【００６９】このようにして、すべての開口絞りについ
てそれぞれを用いた照明条件下でのテスト露光の結果に
基づいて被加工部材を加工し、作成したデータファイル
をハードディスク６８に格納する。次に、上述のように
して構成された本実施例の投影露光装置７０の露光時の
実際の露光に先立つ主要な動作について、主制御系７４
の制御動作を中心に説明する。

【００７０】外部指令、具体的には、オペレータからの
指令、又はホストコンピュータからの開口絞り変更の指
令が主制御系７４に入力されると、主制御系７４では回
転駆動機構６４を介して開口絞り板４８回転させること
によりその指令に対応する開口絞りに交換する。このと
き、投影光学系ＰＬ中の被加工部材をその開口絞り形状
に対応した被加工部材１０’に交換する。これにより、
投影光学系ＰＬ１の諸収差の非線形成分が補正される。
また、主制御系７４では、ハードディスク６８内のデー
タファイルよりその開口絞り形状に対応した光学部材の
移動量を読み出して、投影光学系ＰＬ１の光学部材のＺ
軸方向（光軸方向）の間隔及び位置、Ｘ方向、Ｙ方向の
傾斜を調整する。これにより、投影光学系ＰＬ１の諸収
差の線形成分が補正される。

【００７１】上述のようにして、照明条件（開口絞り）
の変更に伴う投影光学系ＰＬ１の諸収差の変動分が補正
された後は、露光が開始される。以上説明したように、
本例によると、ある開口絞りを使用する照明条件下から
他の開口絞りを使用する照明条件に変更した際に生じる
投影光学系ＰＬ１の諸収差の変化を補正することができ
る。また、かかる投影光学系ＰＬ１の諸収差の変化の補
正により、異なる開口絞りを使用する異なる照明条件下
でのプロセスレイヤ間のトータルオーバレイ（総合的な
重ね合わせのずれ）の悪化を防止することができる。

【００７２】なお、本例では、投影光学系の諸収差の線
形成分を補正するため、投影光学系内の光学部材の光軸
方向の位置及び傾斜を調整するものを例示したが、例え
ば、レチクルのＺ方向の位置を変更したり、レチクルと
投影光学系との間の光学的距離（光路長）を変更できる
ものであれば、如何なる方法を用いて投影光学系の諸収
差の線形成分の補正を行ってもよい。

【００７３】また、本例においては、照明条件の切替え
に際して開口絞り板４８と回転駆動機構と使用する場合
を例示したが、投影光学系の瞳面と共役な位置の近傍で
露光光の強度分布を変化させるものであれば、如何なる
方法を用いて照明条件の切替えを行ってもよい。次に、
本発明の第３の実施の形態につき図１８〜図２０を参照
して説明する。本例は、第１の実施の形態に対して、投
影光学系の諸収差（ディストーション等）を補正するた
めの被加工部材の面形状について、その算出方法を変更
したものであり、図１８において図３に対応する部分に
ついては同一符号を付してその詳細説明を省略する。

【００７４】図１８は、本例の投影露光装置の概略構成
を示し、この図１８において、本例の投影露光装置で
は、レチクルＲ１と投影光学系ＰＬとの間に、投影光学
系ＰＬのディストーションを補正するための面形状の加
工を施した補正板ＣＰを配置している。次に、本例の補
正板ＣＰの製造方法について説明する。

【００７５】まず、第１の実施の形態と同様に、例えば
図４に示すような、複数の十字状のパターンＭ（０，
０）〜Ｍ（８，８）がＸ及びＹ方向にマトリクス状に形
成されたテストレチクルＴＲを使用して投影光学系ＰＬ
のディストーションを計測する。この際には、図１８に
おいて、このテストレチクルＴＲを、通常露光用のレチ
クルＲ１の代わりに投影光学系ＰＬの物体面上（レチク
ルステージＲＳ上）に配置する。このとき、テストレチ
クルＴＲと投影光学系ＰＬとの間（保持部材１４上）に
は、補正板として何ら機能していない平行平面板ＣＰ１
を配置する。

【００７６】次に、照明光学装置ＩＳによってテストレ
チクルＴＲを照明して、テストレチクルＴＲの２次元マ
トリクス状に配置された各マークＭ（０，０）〜Ｍ
（８，８）の像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に
転写する。このとき、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬ
の像面に高精度に合わせ込まれるようにウエハＷの位置
が設定されている。その結果、例えば図５に示すよう
に、投影光学系ＰＬに残存する非線形なディストーショ
ンを反映してテストレチクルＴＲ上の各マークＭ（０，
０）〜Ｍ（８，８）の像が、ウエハＷの露光領域ＥＡ上
に転写される。

【００７７】そして、図５において点線の交点で示され
るような各理想結像位置ＩＰ（０，０）〜ＩＰ（８，
８）と、それらに対応する各パターンＰ（０，０）〜Ｐ
（８，８）とのＸ方向及びＹ方向のずれ量（投影光学系
ＰＬのディストーション量）ωｘ（０，０）〜ωｘ
（８，８），ωｙ（０，０）〜ωｙ（８，８）を、それ
ぞれレジストレーション測定機（ディストーション計測
機）により定量的に測定する。

【００７８】次に、本例の補正板ＣＰの面形状の算出方
法について説明する。本例では、補正板ＣＰの表面にお
ける複数位置のそれぞれでその表面の補正板ＣＰの基準
面に対する光軸方向の変位量を求めることにより、補正
板ＣＰの面形状を決定する。なお、補正板ＣＰの基準面
とは、補正板ＣＰの光軸を法線とする面である。まず、
簡単のため、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に補正板
ＣＰを配置する場合を考える。

【００７９】図１９（ａ）は、投影光学系ＰＬとウエハ
Ｗとの間に補正板ＣＰを配置した場合に、ある開口数を
持つ光束が補正板ＣＰの補正面ＳＣＰの作用を受け、理
想結像位置Ｐ１に結像する様子を示す図である。ここ
で、ある開口数を持つ光束が補正板ＣＰの補正面ＳＣＰ
を通過する領域のＸ方向の長さを２Ｒ、補正板ＣＰの屈
折率をｎ、線分Ｐ１Ｑ１の光学的距離（光路長）をｌ
１、線分Ｐ１Ｑ２の光学的距離をｌ２、位置Ｑ１におけ
る補正板ＣＰの厚さと位置Ｑ２における補正板ＣＰの厚
さとの差をΔｄとすると、線分Ｐ１Ｑ１と線分Ｐ１Ｑ２
との光学的距離の差Δｌは、次式により表される。

【００８０】 Δｌ＝ｌ１−ｌ２＝（ｎ−１）・Δｄ（１５）図１９（ｂ）は、ある開口数を持つ光束が投影光学系Ｐ
Ｌに残存するディストーションの影響によって理想結像
位置Ｐ１からωｘだけＸ方向に変位した位置Ｐ２に結像
する様子を示す図である。ここで、補正板ＣＰの補正面
ＳＣＰから投影光学系ＰＬの像面（ウエハＷの表面）ま
での距離をＬＷ、補正板ＣＰの補正面ＳＣＰにおけるあ
る開口数を持つ光束に関して、光束の中心から光束の一
端及び光束の中心から光束の他端までの距離をそれぞれ
Ｒ、線分Ｐ２Ｑ１の光学的距離をｌ１、線分Ｐ２Ｑ２の
光学的距離をｌ２、線分Ｐ２Ｑ１と補正板ＣＰの補正面
ＳＣＰとの交点をＱ３、２線分Ｐ２Ｑ１と線分Ｐ２Ｑ２
のとの光学的距離の差をΔｌ（＝ｌ１−ｌ２）、補正板
ＣＰの屈折率をｎ、位置Ｑ１における補正板ＣＰの厚さ
と位置Ｑ２における補正板ＣＰの厚さとの差をΔｄと
し、線分Ｑ１Ｑ３と線分Ｑ１Ｑ４との長さがほぼ等し
く、また、三角形Ｐ２Ｑ３Ｑ２が二等辺三角形であると
仮定すると、以下の式が得られる。

【００８１】 tan θ＝ωｘ／ＬＷ（１６） sin θ≒tan θ （１７） Δｌ＝ｌ１−ｌ２＝２Ｒ・sin θ （１８）そして、これら（１６）式〜（１８）式の関係から次式
が得られる。 Δｌ＝２Ｒ・ωｘ／ＬＷ（１９）よって、（１５）式と（１９）式との関係から次式が得
られる。

【００８２】 Δｄ＝（２Ｒ・ωｘ）／｛（ｎ−１）・ＬＷ｝（２０）この（２０）式は、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に
補正板ＣＰを配置する場合の関係式であるため、レチク
ルＲ１と投影光学系ＰＬとの間に補正板ＣＰを配置する
場合に換算すると、次式が得られる。 Δｄ＝（２Ｒ・ωｘ・β）／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２１）但し、ＬＲはレチクルＲ１から補正板ＣＰの補正面ＳＣ
Ｐまでの距離、βは投影光学系ＰＬの投影倍率である。

【００８３】従って、投影光学系ＰＬのＸ方向のディス
トーション量ωｘ（０，０）〜ωｘ（８，８）を用い
て、（２１）式に基づき図４のテストレチクルＴＲの各
マークＭ（０，０）〜Ｍ（８，８）に対応する補正板Ｃ
Ｐ上の各位置においてその位置を中心とするＸ方向に長
さ２Ｒの区間の両端での補正板ＣＰの厚さの差Δｄｘ
（０，０）〜Δｄｘ（８，８）をそれぞれ求めることが
できる。また、同様にＹ方向についても、補正板ＣＰの
各位置においてその位置を中心とするＹ方向に長さ２Ｒ
の区間の両端での補正板ＣＰの厚さの差Δｄｙ（０，
０）〜Δｄｙ（８，８）をそれぞれ求めることができ
る。従って、補正板ＣＰの表面における複数位置のそれ
ぞれで、その表面の補正板ＣＰの基準面（補正板ＣＰの
光軸を法線とする面）に対する光軸方向の変位量を求め
ることができる。

【００８４】次に、補正板ＣＰの面形状を決定する方法
について図２０を参照して説明する。図２０は、投影光
学系ＰＬのＸ方向のディストーション量ωｘ（０，０）
〜ωｘ（８，０）を補正する補正板ＣＰの厚さｄのＸ方
向の分布を示す。この図２０において、横軸ｘは補正板
ＣＰ上におけるＸ方向の位置、縦軸ｄは点ｑ（０）の位
置を基準とした補正板ＣＰの厚さを表している。また、
点ｑ（０）〜ｑ（Ｎ）は、補正板ＣＰ上においてＸ方向
に微小距離ｋずつ離れた各位置における補正板ＣＰの厚
さを表している。

【００８５】また、投影光学系ＰＬのＸ方向のディスト
ーション量ωｘ（０，０）〜ωｘ（８，０）を補正する
補正板ＣＰ上の各位置においてその位置を中心とするＸ
方向に微小距離ｋの区間の両端での補正板ＣＰの厚さの
差Δｄｘ（０，０）〜Δｄｘ（８，８）は、（２１）式
に基づいて、それぞれ以下のように求められる。 Δdx(0,0)＝ｋ・β・ωx(0,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ａ） Δdx(1,0)＝ｋ・β・ωx(1,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｂ） Δdx(2,0)＝ｋ・β・ωx(2,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｃ） Δdx(3,0)＝ｋ・β・ωx(3,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｄ） Δdx(4,0)＝ｋ・β・ωx(4,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｅ） Δdx(5,0)＝ｋ・β・ωx(5,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｆ） Δdx(6,0)＝ｋ・β・ωx(6,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｇ） Δdx(7,0)＝ｋ・β・ωx(7,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｈ） Δdx(8,0)＝ｋ・β・ωx(8,0)／｛（ｎ−１）・ＬＲ｝（２２ｉ）ここで、これらの厚さの差Δｄｘ（０，０）〜Δｄｘ
（８，０）が微小距離ｋの区間の１つ置きに得られるよ
うに微小距離ｋの値を定めると、以下の式を得ることが
できる。

【００８６】 q(1)−q(0)＝Δdx(0,0) （２３ａ） q(3)−q(2)＝Δdx(1,0) （２３ｂ） q(5)−q(4)＝Δdx(2,0) （２３ｃ） q(7)−q(6)＝Δdx(3,0) （２３ｄ） q(9)−q(8)＝Δdx(4,0) （２３ｅ） q(11)−q(10)＝Δdx(5,0) （２３ｆ） q(13)−q(12)＝Δdx(6,0) （２３ｇ） q(15)−q(14)＝Δdx(7,0) （２３ｈ） q(17)−q(16)＝Δdx(8,0) （２３ｉ）そして、（２２）式及び（２３）式の関係を満たし、補
正板ＣＰの各位置における厚さｑ（０）〜ｑ（Ｎ）の点
が図２０のように滑らかにつながるように、補正板ＣＰ
の各位置における厚さｑ（０）〜ｑ（Ｎ）の値を求め
る。

【００８７】ここで、互いに隣合う微小距離ｋの領域間
での厚さの差を最小とするためには、以下に示す式で表
される関数を最小とする補正板ＣＰの各位置における厚
さｑ（０）〜ｑ（Ｎ）の値を求めればよい。 f(q(0),q(1),…,q(N))＝｛（q(2)−q(1)）−（q(1)−q(0)）｝² ＋｛（q(3)−q(2)）−（q(2)−q(1)）｝² ＋…＋｛（q(N)−q(N-1)）−（q(N-1)−q(N-2)）｝² （２４）また、計算の簡単のため、ｑ（０）＝０とする。

【００８８】以上のように、（２２）式及び（２３）式
の関係を満たし、かつ（２４）式の関数ｆ(q(0),q(1),
…,q(N)) を最小とする補正板ＣＰの厚さｑ（１）〜ｑ
（Ｎ）の値を算出することによって、投影光学系ＰＬの
ディストーション量ωｘ（０，０）〜ωｘ（８，０）を
補正する補正板ＣＰの補正面ＳＣＰのＸ方向での厚さｄ
の分布を求めることができる。

【００８９】従って、投影光学系ＰＬのディストーショ
ン量ωｘ（０，０）〜ωｘ（８，８）及びωｙ（０，
０）〜ωｙ（８，８）に基づいて、これを補正する補正
板ＣＰの厚さのＸＹ２次元方向の分布、すなわち、補正
板ＣＰの面形状を求めることができる。なお、補正板Ｃ
Ｐの各位置における厚さの値を算出する方法としては、
補正板ＣＰの各位置における厚さの差Δｄｘ（０，０）
〜Δｄｘ（８，８）に基づいて補正板ＣＰの各位置にお
ける厚さの値を滑らかにつなげて決定できるものであれ
ばよく、所定のデータ補間方法を用いて、補正板ＣＰの
各位置における厚さの差Δｄｘ（０，０）〜Δｄｘ
（８，８）を補正板ＣＰの基準面に対する傾きとし、補
正板ＣＰの各位置における厚さの値を補間するようにし
てもよい。

【００９０】次に、図１８に戻り、投影露光装置から平
行平面板ＣＰ１を取り外し、上述のようにして得られた
補正板ＣＰの厚さｄの２次元的な分布の情報に基づい
て、平行平面板加工用の加工装置を用いて平行平面板Ｃ
Ｐ１の表面を加工する。これにより、投影光学系ＰＬに
残存するディストーションを補正する補正面ＳＣＰを有
する補正板ＣＰを製造することができる。

【００９１】そして、以上のようにして製造された補正
板ＣＰを、図１８の投影露光装置の保持部材１４上に載
置する。これにより、投影光学系ＰＬのディストーショ
ンを補正することができ、レチクルＲ１上のパターンを
投影光学系ＰＬの像面に配置されたウエハＷ上に歪みな
く正確に転写することができる。なお、本例では、平行
平面板に加工を施して投影光学系の諸収差を補正するた
めの補正板とする場合について例示したが、第１の実施
の形態のように、投影光学系を構成する光学部材の中か
ら所定の屈折力を持つ光学部材を選定して、投影光学系
の諸収差を補正するための加工を施す場合においても、
本例の面形状の算出方法を使用できることは勿論であ
る。

【００９２】上述の第３の実施の形態では、平行平面板
ＣＰ１の加工を行う際に、補正板ＣＰの厚さｄの２次元
的な分布の情報を用いる、即ち平行平面板ＣＰ１の加工
量を直接的に指示することになるため、面形状から加工
量を計算する必要がある第１の実施の形態と比べた場合
に容易である利点がある。なお、本発明は上述の実施の
形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の構成を取り得ることは勿論である。

【００９３】

【発明の効果】本発明の第１の投影光学系によれば、そ
の投影光学系の非対称な残存収差を補正することがで
き、補正板等の部材を投影光学系に追加して非対称な残
存収差を補正する場合に比べ、低コストに投影光学系を
製造することができる。次に、本発明による第２の投影
光学系によれば、その光学部材がその前群又はその後群
中に配置されているため、結像のためにその光学部材を
通過する光束が細くなる位置にその光学部材が位置する
ことになり、その投影光学系の非対称な残存収差を高精
度に補正することができる。

【００９４】次に、本発明による露光装置によれば、そ
の投影光学系の非対称な残存収差を高精度に補正するこ
とができ、そのマスクのパターンをその基板上に高精度
に転写することができる。次に、本発明による投影光学
系の製造方法によれば、補正板等の部材を投影光学系に
追加して非対称な残存収差を補正する場合に比べ、残存
収差を補正した投影光学系を低コストに製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における投影光学
系の諸収差の補正方法を説明するための図である。

【図２】（ａ）は、投影光学系の諸収差を補正するた
めの被加工部材を示す平面図、（ｂ）は、図２（ａ）の
被加工部材の斜視図、（ｃ）は、図２（ａ）の被加工部
材を投影光学系中にて保持する保持部材を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態において使用され
る投影露光装置の概略構成図である。

【図４】投影光学系の諸収差を測定するために用いら
れるテストレチクルの構成を示す平面図である。

【図５】図４のテストレチクルを用いて形成されたウ
エハ上のパターンの一例を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態による曲面補完式
の説明のための図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態による曲面補完の
手法を示す図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態による曲面補完の
手法を示す図である。

【図９】本発明の第１の実施の形態による曲面補完の
手法を示す図である。

【図１０】被加工部材を加工するための研磨装置の概
略構成図である。

【図１１】テストレチクル上の十字状のマークのウエ
ハ上の露光領域における理想結像位置を示す図である。

【図１２】投影光学系の諸収差を補正する被加工部材
の被加工部の形状の一例を示す図である。

【図１３】投影光学系の諸収差の計測結果の一例を示
す図である。

【図１４】投影光学系の諸収差の計測結果の一例を示
す図である。

【図１５】投影光学系のレンズ構成の一例を示す図で
ある。

【図１６】本発明の第２の実施の形態において使用さ
れる投影露光装置の概略構成図である。

【図１７】図１６の開口絞り板４８を示す図である。

【図１８】本発明の第３の実施の形態において使用さ
れる投影露光装置の概略構成図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態による投影光学
系の諸収差を補正するための面形状の算出方法を説明す
るための図である。

【図２０】本発明の第３の実施の形態による投影光学
系の諸収差を補正するための面形状の算出方法を説明す
るための図である。

【符号の説明】

ＡＳ…開口絞り、ＣＰ…補正板、Ｇｆ…前群、Ｇｒ…後
群、ＩＳ…照明光学装置、ＰＬ…投影光学系、Ｒ１，Ｒ
２…レチクル、ＴＲ…テストレチクル、Ｗ…ウエハ、１
０…被加工部材、１１…保持部材、４８…開口絞り板、
６４…回転駆動機構、６８…ハードディスク、７１…照
明光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA21 LA01 NA01 NA02 NA04 PA15 PA17 PB20 QA01 QA05 QA13 QA21 QA26 QA33 QA42 QA45 RA01 RA11 RA32 RA42 UA03 UA04 5F046 BA04 CA04 CB12 CB25 9A001 BB02 BB03 BB04 BB06 BZ02 BZ03 BZ04 GG04 JJ49 KK16 KK37 KK54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物体の像を第２物体上に投影する投
影光学系において、前記第１物体から前記第２物体へ至る光路中に所定の屈
折力を持つ光学部材を有し、該光学部材の少なくとも一面が、前記投影光学系の非対
称な残存収差を低減させるような凹凸分布を有する表面
形状に加工されたことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】第１物体の像を第２物体上に投影する投
影光学系において、前記第１物体側から順に、正屈折力の前群と、開口絞り
と、正屈折力の後群とを有し、前記前群又は前記後群中に、所定の屈折力を持つ光学部
材が配置され、該光学部材の少なくとも一面が、前記投影光学系の非対
称な残存収差を低減させるような凹凸分布を有する表面
形状に加工されたことを特徴とする投影光学系。
【請求項３】請求項１又は２記載の投影光学系であっ
て、前記光学部材は、一面が平面部で他面が球面部の光学部
材の前記平面部が前記凹凸分布を有する表面形状に加工
されたことを特徴とする投影光学系。
【請求項４】請求項２記載の投影光学系であって、前記光学部材は前記前群中に配置されており、前記前群
の焦点距離をｆｇｆ、前記光学部材の焦点距離をｆｃ、
前記光学部材と前記開口絞りとの間隔をＬｃとすると
き、次の２つの条件を満足することを特徴とする投影光
学系。０．０５＜｜Ｌｃ／ｆｃ｜＜１０１．５＜｜ｆｇｆ／ｆｃ｜＜１５
【請求項５】請求項２記載の投影光学系であって、前記光学部材は前記後群中に配置されており、前記後群
の焦点距離をｆｇｒ、前記光学部材の焦点距離をｆｒ、
前記光学部材と前記開口絞りとの間隔をＬｒとすると
き、次の２つの条件を満足することを特徴とする投影光
学系。０．０５＜｜Ｌｒ／ｆｃ｜＜６０．５＜｜ｆｇｒ／ｆｃ｜＜５
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載の投影光
学系と、マスクを保持するマスクステージと、基板を位
置決めする基板ステージと、を備えた露光装置であっ
て、前記マスクを前記第１物体、前記基板を前記第２物体と
して、前記マスクのパターンの像を前記投影光学系を介
して前記基板上に投影することを特徴とする露光装置。
【請求項７】第１物体の像を第２物体上に投影する投
影光学系の製造方法であって、前記投影光学系の非対称な残存収差を計測する第１工程
と、前記投影光学系を構成する光学部材の中から所定の屈折
力を持つ光学部材を選定する第２工程と、前記第２工程で選定された前記光学部材に関して、前記
第１工程の計測結果に基づいて前記残存収差を相殺する
ような表面形状を算出する第３工程と、前記第２工程で選定された前記光学部材を前記投影光学
系から取り外し、前記第３工程で算出された表面形状と
なるように前記光学部材を加工する第４工程と、該第４工程において加工された前記光学部材を前記投影
光学系の光路中に設置する第５工程と、を有することを
特徴とする投影光学系の製造方法。
【請求項８】前記第３工程は、前記光学部材の表面に
おける複数位置のそれぞれでの該表面の法線の角度変化
量を求める補助工程を有することを特徴とする請求項７
記載の投影光学系の製造方法。
【請求項９】前記第３工程は、前記光学部材の表面に
おける複数位置のそれぞれでの該表面の前記光学部材の
基準面に対する光軸方向の変位量を求める補助工程を有
することを特徴とする請求項７記載の投影光学系の製造
方法。