(57)【要約】【課題】  収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、例えば１．１よりも大きな開口数を有する対物光学系。【解決手段】  対物光学系は、光の入射側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群（Ｇ３）とを備えている。第１レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に平面を向けた平凸レンズ（Ｌ１１）を有する。第２レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に凹面を向けた負レンズ（Ｌ２１）を有する。平凸レンズの中心厚ｄ、および平凸レンズの射出面の曲率半径の大きさｒは、２＞ｄ／ｒ＞１の条件を満足する。【選択図】  図４
2011118268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた対物光学系であって、
前記第１レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に平面を向けた平凸レンズを有し、
前記第２レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に凹面を向けた負レンズを有し、
前記平凸レンズの中心厚をｄとし、前記平凸レンズの射出面の曲率半径の大きさをｒとするとき、
２＞ｄ／ｒ＞１
の条件を満足することを特徴とする対物光学系。
【請求項２】
前記平凸レンズの射出面の有効径の直径をＤとするとき、
２＞Ｄ／ｒ＞１．９
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
−０．３＞ｆ２／ｆ１＞−０．５  かつ  ３．０＞ｆ３／ｆ１＞１．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の対物光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群は、最も射出側に配置されて入射側に凸面を向けた正レンズを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項５】
前記第１レンズ群は、射出側に凸面を向けた前側レンズと、該前側レンズの射出側に隣り合うように配置されて入射側に凹面を向けた後側レンズとからなるレンズ対を１組有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項６】
前記第１レンズ群は、前記平凸レンズの射出側に隣り合うように配置されて入射側に凹面を向けた３つの正メニスカスレンズを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項７】
前記第２レンズ群は、前記負レンズの射出側に隣り合うように配置された別の負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項８】
前記平凸レンズの入射面は、前記対物光学系の物体面と一致していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項９】
前記平凸レンズの入射面には、所定のパターンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の対物光学系。
【請求項１０】
結像光学系の波面収差を測定する収差測定装置において、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の対物光学系を備えていることを特徴とする収差測定装置。
【請求項１１】
前記対物光学系中の前記平凸レンズの入射面は、前記結像光学系の像面に一致するように位置決めされることを特徴とする請求項１０に記載の収差測定装置。
【請求項１２】
所定のパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
前記投影光学系の波面収差を測定するための請求項１０または１１に記載の収差測定装置を備えていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系、収差測定装置、および露光装置に関し、特に露光装置に搭載される投影光学系の波面収差を測定する装置に好適な対物光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用される。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。投影光学系の解像力に対する要求を満足するには、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている。
【０００３】
また、露光装置に搭載される投影光学系には、高解像度の実現のために、残存収差が極めて小さいことが要求される。したがって、露光装置の製造に際して、所定の収差測定装置（波面測定装置）を用いて投影光学系の波面収差の測定を行い、その測定結果に基づいて投影光学系の光学調整を行っている。本出願人は、この種の収差測定装置に用いられる対物光学系として、１よりも大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を提案している（たとえば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された対物光学系は、１．０５程度の開口数を有する。したがって、この対物光学系を備えた収差測定装置では、１．０５よりも大きな像側開口数を有する液浸型の投影光学系（結像光学系）の波面収差を瞳面の全体に亘って所要の精度で測定することができない。近年の液浸投影光学系の高ＮＡ化（開口数の増大化）に伴い、収差測定装置用の対物光学系には、収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、さらに高ＮＡ化することが求められている。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、例えば１．１よりも大きな開口数を有する対物光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば１．１よりも大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を用いて、結像光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、波面収差を高精度に測定する収差測定装置を用いて高精度に光学調整された投影光学系を介して、高精度で良好な投影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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態にかかる対物光学系は、光の入射側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備えた対物光学系であって、
前記第１レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に平面を向けた平凸レンズを有し、
前記第２レンズ群は、最も入射側に配置されて入射側に凹面を向けた負レンズを有し、
前記平凸レンズの中心厚をｄとし、前記平凸レンズの射出面の曲率半径の大きさをｒとするとき、
２＞ｄ／ｒ＞１
の条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２形態にかかる収差測定装置は、結像光学系の波面収差を測定する収差測定装置において、
第１形態にかかる対物光学系を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３形態にかかる露光装置は、所定のパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
前記投影光学系の波面収差を測定するための第２形態にかかる収差測定装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる対物光学系では、最も入射側に所要の条件を満足する平凸レンズ（後述の半球超えの平凸レンズ）が配置されているので、収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、例えば１．１よりも大きな開口数を実現することができる。その結果、本発明では、例えば１．１よりも大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を用いて、結像光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を実現することができる。また、本発明の露光装置では、波面収差を高精度に測定する収差測定装置を用いて高精度に光学調整された投影光学系を介して、高精度で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高精度なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態にかかる収差測定装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図４】第１実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。
【図５】第１実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。
【図６】第２実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。
【図７】第２実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。
【図８】第３実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。
【図９】第３実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。
【図１０】半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明にかかる対物光学系は、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群と、負屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群とを備えている。第１レンズ群の最も入射側には入射側に平面を向けた平凸レンズが配置され、第２レンズ群の最も入射側には入射側に凹面を向けた負レンズが配置されている。第１レンズ群の最も入射側すなわち対物光学系の最も入射側に配置された平凸レンズの中心厚ｄおよびその射出面の曲率半径の大きさｒは、次の条件式（１）を満足する。
２＞ｄ／ｒ＞１      （１）
【００１３】
条件式（１）を満足することは、平凸レンズが半球と全球との間の中間的な形態、換言すると、曲面側のレンズ面の曲率中心がレンズ内部に含まれた形態を有することを意味する。以下、条件式（１）を満足する平凸レンズを、半球超えの平凸レンズと称する。ちなみに、条件式（１）の下限値を下回ると、半球に満たない通常の平凸レンズになってしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ることは物理的に不可能であり、上限値が２の場合には単なる球になって平凸レンズの形状をなさなくなってしまう。
【００１４】
本発明の対物光学系では、最も入射側に半球超えの平凸レンズが配置されているので、収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、例えば１．１よりも大きな開口数を実現することができる。
【００１５】
本発明の対物光学系では、半球超えの平凸レンズの射出面の有効径（直径）Ｄおよび当該射出面の曲率半径の大きさｒが、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
２＞Ｄ／ｒ＞１．９      （２）
【００１６】
条件式（２）を満足することにより、１．１よりも大きな開口数を有する対物光学系において、良好な収差補正と光学系自体の小型化とをバランスよく実現することができるという効果が得られる。言い換えると、条件式（２）の下限値を下回ると、良好な収差補正と光学系自体の小型化との両立が困難になってしまう。一方、条件式（２）の上限値を上回ることは物理的に不可能である。
【００１７】
本発明の対物光学系では、第１レンズ群の焦点距離ｆ１、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、第３レンズ群の焦点距離ｆ３が、次の条件式（３）および（４）を同時に満足することが好ましい。
−０．３＞ｆ２／ｆ１＞−０．５      （３）
３．０＞ｆ３／ｆ１＞１．０      （４）
【００１８】
条件式（３）および（４）を同時に満足しない場合には、諸収差のうち、特に像面湾曲が大きくなり過ぎて（換言するとペッツバール和が大きくなり過ぎて）、良好な収差補正が困難になる。なお、収差をさらに良好に補正するには、条件式（３）の下限値を−０．４５とし、条件式（３）の上限値を−０．３５とし、条件式（４）の下限値を１．５とし、条件式（４）の上限値を２．５とすることが好ましい。
【００１９】
本発明の対物光学系では、第１レンズ群の最も射出側に、入射側に凸面を向けた正レンズが配置されていることが好ましい。第１レンズ群の最も射出側の正レンズと負屈折力の第２レンズ群と正屈折力の第３レンズ群とにより構成されるガウスタイプの部分光学系により、対物光学系を径方向および光軸方向に小型化することができる。すなわち、半球超えの平凸レンズの採用により大型化し易い対物光学系を、ガウスタイプの部分光学系の採用によりコンパクト化することができる。
【００２０】
本発明の対物光学系では、第１レンズ群が、射出側に凸面を向けた前側レンズと、その射出側に隣り合うように配置されて入射側に凹面を向けた後側レンズとからなるレンズ対を１組有することが好ましい。このレンズ対を第１レンズ群中に１組だけ配置することにより、良好な収差補正と対物光学系の小型化との両立が比較的容易になる。言い換えると、半球超えの平凸レンズを有する第１レンズ群中にこの種のレンズ対を２組以上配置すると、良好な収差補正を実現しつつ対物光学系を小型化することが困難になる。
【００２１】
本発明の対物光学系では、第１レンズ群において半球超えの平凸レンズの射出側に隣り合うように、入射側に凹面を向けた３つの正メニスカスレンズが配置されていることが好ましい。半球超えの平凸レンズと、例えば連続的に配置された３つの正メニスカスレンズと、上述の前側レンズと後側レンズとのレンズ対とからなる部分光学系により、対物光学系の球面収差を良好に補正することが可能になる。
【００２２】
本発明の対物光学系では、第２レンズ群の最も入射側に配置された上記負レンズの射出側に隣り合うように、別の負レンズが配置されていることが好ましい。第２レンズ群中に連続的に配置された２つの負レンズの作用により、光学調整の感度、特に偏芯調整の感度を小さく抑えることができる。
【００２３】
なお、本発明では、液浸型の投影光学系の収差を測定する収差測定装置に対して本発明の対物光学系を適用する場合、投影光学系の像面と対物光学系の物体面とを一致させ、且つアライメントマークやピンホールなどのパターンが形成された半球超えの平凸レンズの入射面と対物光学系の物体面とを一致させることになる。このため、半球超えの平凸レンズの入射面側のレンズ面（平面状のレンズ面）は、物体面として必要な大きさ以上の有効径を有する必要がある。また、これにともない、上記の条件式（１）におけるｄ／ｒの上限値は、入射側のレンズ面が物体面として必要な大きさの有効径を確保できる値に設定することが好ましい。
【００２４】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷの転写面に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷの転写面に対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００２５】
本実施形態の露光装置は、図１に示すように、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光からなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒを照明する。
【００２６】
レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。レチクルＲを通過した光は、液浸型の投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の縮小投影倍率でレチクルパターンを形成する。
【００２７】
すなわち、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上においてＸＹ平面に平行に保持され、レチクルステージＲＳＴにはレチクルＲをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００２８】
ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺステージ９上においてＸＹ平面に平行に固定されている。Ｚステージ９は、投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１０上に固定されており、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に設けられた移動鏡１２を用いるウェハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００２９】
また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系１４は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行う。
【００３０】
また、主制御系１４は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。
【００３１】
更に、主制御系１４は、ウェハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。
【００３２】
露光時には、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージＲＳＴおよびＸＹステージ１０を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
【００３３】
このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆動系１５およびウェハレーザ干渉計１３などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域および静止照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ１０とを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００３４】
図２は、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図２を参照すると、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬでは、レチクルＲ側（物体側）の面が第２液体（一般には媒質）Ｌｍ２に接し且つウェハＷ側（像側）の面が第１液体（一般には媒質）Ｌｍ１に接する平行平面板Ｌｐが最もウェハ側に配置されている。そして、この平行平面板Ｌｐに隣接して、レチクルＲ側の面が気体に接し且つウェハＷ側の面が第２液体Ｌｍ２に接する境界レンズＬｂが配置されている。
【００３５】
本実施形態では、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２として、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水（脱イオン水）を用いている。また、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２として、たとえばＨ+，Ｃｓ+，Ｋ+、Ｃｌ-，ＳＯ42-，ＰＯ42-を入れた水、イソプロパノール，グリセロール、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどを用いることができる。
【００３６】
投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。
【００３７】
本実施形態では、図１に示すように、第１給排水機構２１を用いて、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路中において第１液体Ｌｍ１を循環させている。また、第２給排水機構２２を用いて、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路中において第２液体Ｌｍ２を循環させている。このように、浸液としての液体を微小流量で循環させることにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。
【００３８】
本実施形態の露光装置は、結像光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための収差測定装置３０（図１では不図示）を備えている。図３を参照すると、本実施形態の収差測定装置３０では、被検光学系である液浸型投影光学系ＰＬの波面収差の測定に際して、レチクルステージＲＳＴ（図３では不図示）上に収差測定用のテストマスクＴＭが設置される。テストマスクＴＭには、収差測定用の円形状の開口部ＴＭａが二次元的に（たとえばＸ方向およびＹ方向に沿ってマトリックス状に）複数個形成されている。
【００３９】
また、本実施形態の収差測定装置３０は、その使用状態においてウェハＷの露光面（転写面）とほぼ同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に入射面が位置決めされた半球超えの平凸レンズＬ１１を含む対物光学系３１を備えている。すなわち、平凸レンズＬ１１の入射面は、投影光学系ＰＬの像面に位置決めされ、その中央部にはピンホール３１ａａが形成されている。
【００４０】
平凸レンズＬ１１の入射面においてピンホール３１ａａの周辺には、投影光学系ＰＬに対する対物光学系３１のアライメント（位置合わせ）を行うためのアライメントマーク（不図示）が形成されている。ピンホール３１ａａおよびアライメントマークは、例えば金属膜等を蒸着してパターンニングすることにより形成される。場合によっては、アライメントマークの設置を省略することもできる。
【００４１】
ピンホール３１ａａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストマスクＴＭの開口部ＴＭａの像よりも大きく設定されている。収差測定装置３０では、テストマスクＴＭの１つの開口部ＴＭａ、投影光学系ＰＬ、平凸レンズＬ１１のピンホール３１ａａを通過した光が、対物光学系３１およびアフォーカルリレーレンズ系（不図示）を介して、マイクロフライアイレンズ（マイクロレンズアレイ）３２に入射する。
【００４２】
マイクロフライアイレンズ３２は、その入射面が対物光学系３１の射出瞳の位置またはその近傍に位置するように配置されている。マイクロフライアイレンズ３２は、たとえば正方形状の断面を有し且つ正屈折力を有する多数の微小レンズ３２ａを縦横に且つ稠密に配列して構成された光学素子である。マイクロフライアイレンズ３２は、例えば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成され、波面分割素子として機能する。
【００４３】
したがって、マイクロフライアイレンズ３２に入射した光束は、多数の微小レンズ３２ａにより二次元的に分割され、各微小レンズ３２ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部ＴＭａの像が形成される。換言すると、マイクロフライアイレンズ３２の後側焦点面の近傍には、開口部ＴＭａの像が多数形成される。こうして形成された多数の開口部ＴＭａの像は、二次元撮像素子としてのＣＣＤ３３によって検出される。ＣＣＤ３３の出力は、信号処理ユニット３４に供給される。対物光学系３１、マイクロフライアイレンズ３２およびＣＣＤ３３は、例えばウェハステージ（９，１０；図３では不図示）の内部に設置されている。
【００４４】
本実施形態の収差測定装置３０では、ＣＣＤ３３から信号処理ユニット３４へ供給された多数の開口部ＴＭａの像に関する情報に基づいて、ピンホール３１ａａの位置に関する投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。なお、対物光学系３１を除く収差測定装置３０の詳細な構成および作用については、たとえば特開２００２−１６９０８３号公報を参照することができる。
【００４５】
本実施形態の各実施例において、対物光学系は、光の入射側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とにより構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、最も入射側に配置されて入射側に平面を向けた半球超えの平凸レンズＬ１１を有する。第２レンズ群Ｇ２は、最も入射側に配置されて入射側に凹面を向けた負レンズＬ２１を有する。また、各実施例において、ピンホール３１ａａなどのパターンが形成された平凸レンズＬ１１の入射面と対物光学系３１の物体面とが一致し、投影光学系ＰＬの像面と対物光学系３１の物体面とが一致している。
【００４６】
［第１実施例］
図４は、本実施形態の第１実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。図４を参照すると、第１実施例の対物光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、光の入射側から順に、平凸レンズＬ１１と、入射側に凹面を向けた３つの正メニスカスレンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４と、両凸レンズ（前側レンズ）Ｌ１５と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（後側レンズ）Ｌ１６と、入射側に凸面を向けた平凸レンズＬ１７とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、光の入射側から順に、一対の両凹レンズＬ２１およびＬ２２により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１により構成されている。
【００４７】
第１実施例では、投影光学系ＰＬの平行平面板Ｌｐと平凸レンズＬ１１との間の光路が、使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４３５９５０の屈折率を有する純水Ｌｍ１で満たされている。また、第１実施例では、対物光学系を構成するすべての光学部材（レンズ）が、使用光の波長λ＝１９３．３０６ｎｍに対して１．５６０３２６の屈折率を有する石英により形成されている。
【００４８】
次の表（１）に、第１実施例にかかる対物光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元の欄において、ＮＡは対物光学系の入射側開口数（入射側最大開口数）を表している。また、表（１）の光学部材諸元の欄において、面番号は入射側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ｎは使用波長（λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。また、表（１）の条件式対応値の欄において、ｄは平凸レンズＬ１１の中心厚を、ｒは平凸レンズＬ１１の射出面の曲率半径の大きさを、Ｄは平凸レンズＬ１１の射出面の有効径（直径）を、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離をそれぞれ示している。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）および表（３）においても同様である。
【００４９】
表（１）
（主要諸元）
ＮＡ＝１．３６５
（光学部材諸元）
面番号     ｒ          ｄ              ｎ          光学部材
1          ∞        0.000         1.435950       （Ｌｍ１）
2          ∞        9.000         1.560326       （Ｌ１１）
3       -6.967       0.300
4      -19.513       7.550         1.560326       （Ｌ１２）
5      -13.650       0.300
6      -37.920       7.200         1.560326       （Ｌ１３）
7      -21.333       0.300
8     -158.316       7.200         1.560326       （Ｌ１４）
9      -34.749       0.325
10      41.629       8.700         1.560326       （Ｌ１５）
11    -109.807       3.364
12     -44.620       3.800         1.560326       （Ｌ１６）
13     -71.995       0.416
14      26.174       7.300         1.560326       （Ｌ１７）
15        ∞         8.466
16     -56.028       2.000         1.560326       （Ｌ２１）
17      14.756       4.432
18     -16.896       2.000         1.560326       （Ｌ２２）
19      13.200       6.289
20      27.461       3.150         1.560326       （Ｌ３１）
21     -79.827      58.000
（条件式対応値）
ｄ＝９．０ｍｍ  
ｒ＝６．９６７ｍｍ
Ｄ＝１３．５ｍｍ
ｆ１＝１７．４１ｍｍ
ｆ２＝−６．８４ｍｍ
ｆ３＝３６．８５ｍｍ
（１）ｄ／ｒ＝１．２９
（２）Ｄ／ｒ＝１．９４
（３）ｆ２／ｆ１＝−０．３９３
（４）ｆ３／ｆ１＝２．１１６
【００５０】
図５は、第１実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。収差図から明らかなように、第１実施例にかかる対物光学系では、ＮＡ＝１．３６５という非常に大きな開口数を確保しているにもかかわらず、物体面の有効視野の全体に亘って収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５１】
［第２実施例］
図６は、本実施形態の第２実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。図６を参照すると、第２実施例の対物光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、光の入射側から順に、平凸レンズＬ１１と、入射側に凹面を向けた３つの正メニスカスレンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、両凸レンズ（前側レンズ）Ｌ１６と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（後側レンズ）Ｌ１７と、両凸レンズＬ１８とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、光の入射側から順に、一対の両凹レンズＬ２１およびＬ２２により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１により構成されている。
【００５２】
第２実施例においても第１実施例と同様に、投影光学系ＰＬの平行平面板Ｌｐと平凸レンズＬ１１との間の光路が使用光の波長λ＝１９３．３０６ｎｍに対して１．４３５９５０の屈折率を有する純水Ｌｍ１で満たされ、対物光学系を構成するすべての光学部材（レンズ）が使用光の波長λ＝１９３．３０６ｎｍに対して１．５６０３２６の屈折率を有する石英により形成されている。次の表（２）に、第２実施例にかかる対物光学系の諸元の値を掲げる。
【００５３】
表（２）
（主要諸元）
ＮＡ＝１．３６５
（光学部材諸元）
面番号     ｒ          ｄ              ｎ          光学部材
1          ∞        0.000         1.435950       （Ｌｍ１）
2          ∞        9.000         1.560326       （Ｌ１１）
3       -6.967       0.300
4      -20.972       7.764         1.560326       （Ｌ１２）
5      -14.003       0.300
6      -40.843       7.160         1.560326       （Ｌ１３）
7      -22.375       0.300
8     -159.313       7.000         1.560326       （Ｌ１４）
9      -38.968       0.300
10      81.380       7.000         1.560326       （Ｌ１５）
11    -128.840       0.300
12      34.581       7.944         1.560326       （Ｌ１６）
13    -245.042       3.000
14     -62.125       3.500         1.560326       （Ｌ１７）
15    -142.229       0.300
16      45.189       5.000         1.560326       （Ｌ１８）
17    -448.431       3.922
18    -317.250       2.200         1.560326       （Ｌ２１）
19      15.558       4.853
20     -19.124       2.200         1.560326       （Ｌ２２）
21      11.974       6.420
22      23.629       3.236         1.560326       （Ｌ３１）
23    -284.387      58.000
（条件式対応値）
ｄ＝９．０ｍｍ  
ｒ＝６．９６７ｍｍ
Ｄ＝１３．５ｍｍ
ｆ１＝１７．７１ｍｍ
ｆ２＝−７．５２ｍｍ
ｆ３＝３９．０８ｍｍ
（１）ｄ／ｒ＝１．２９
（２）Ｄ／ｒ＝１．９４
（３）ｆ２／ｆ１＝−０．４２５
（４）ｆ３／ｆ１＝２．２０７
【００５４】
図７は、第２実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。収差図から明らかなように、第２実施例にかかる対物光学系においても、ＮＡ＝１．３６５という非常に大きな開口数を確保しているにもかかわらず、物体面の有効視野の全体に亘って収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５５】
［第３実施例］
図８は、本実施形態の第３実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。図８を参照すると、第３実施例の対物光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、光の入射側から順に、平凸レンズＬ１１と、入射側に凹面を向けた３つの正メニスカスレンズＬ１２、Ｌ１３およびＬ１４と、両凸レンズ（前側レンズ）Ｌ１５と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（後側レンズ）Ｌ１６と、両凸レンズＬ１７と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１８とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、光の入射側から順に、一対の両凹レンズＬ２１およびＬ２２により構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１により構成されている。
【００５６】
第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、投影光学系ＰＬの平行平面板Ｌｐと平凸レンズＬ１１との間の光路が使用光の波長λ＝１９３．３０６ｎｍに対して１．４３５９５０の屈折率を有する純水Ｌｍ１で満たされ、対物光学系を構成するすべての光学部材（レンズ）が使用光の波長λ＝１９３．３０６ｎｍに対して１．５６０３２６の屈折率を有する石英により形成されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる対物光学系の諸元の値を掲げる。
【００５７】
表（３）
（主要諸元）
ＮＡ＝１．３６５
（光学部材諸元）
面番号     ｒ          ｄ              ｎ          光学部材
1          ∞        0.000         1.435950       （Ｌｍ１）
2          ∞        9.000         1.560326       （Ｌ１１）
3       -6.967       0.300
4      -19.466       7.627         1.560326       （Ｌ１２）
5      -13.600       0.300
6      -38.489       7.185         1.560326       （Ｌ１３）
7      -21.733       0.300
8     -149.276       6.814         1.560326       （Ｌ１４）
9      -35.598       0.300
10      35.957       8.500         1.560326       （Ｌ１５）
11    -217.479       3.500
12     -53.667       3.600         1.560326       （Ｌ１６）
13    -110.827       0.300
14      41.836       5.940         1.560326       （Ｌ１７）
15    -319.443       0.800
16      58.599       5.000         1.560326       （Ｌ１８）
17     438.054       5.880
18     -35.684       2.000         1.560326       （Ｌ２１）
19      16.778       4.556
20     -20.883       2.000         1.560326       （Ｌ２２）
21      12.972       4.542
22      22.633       3.556         1.560326       （Ｌ３１）
23     -69.940      58.000
（条件式対応値）
ｄ＝９．０ｍｍ  
ｒ＝６．９６７ｍｍ
Ｄ＝１３．５ｍｍ
ｆ１＝１７．９３ｍｍ
ｆ２＝−７．０６ｍｍ
ｆ３＝３０．９４ｍｍ
（１）ｄ／ｒ＝１．２９
（２）Ｄ／ｒ＝１．９４
（３）ｆ２／ｆ１＝−０．３９４
（４）ｆ３／ｆ１＝１．７２６
【００５８】
図９は、第３実施例にかかる対物光学系の横収差を示す図である。収差図から明らかなように、第３実施例にかかる対物光学系においても、ＮＡ＝１．３６５という非常に大きな開口数を確保しているにもかかわらず、物体面の有効視野の全体に亘って収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５９】
上述の各実施例では、収差を良好に補正し且つ光学調整の感度を小さく抑えつつ、ＮＡ＝１．３６５という非常に大きな開口数を有する対物光学系を実現することができる。したがって、各実施例にかかる対物光学系を備えた収差測定装置では、例えば１．３〜１．４程度の大きな像側開口数を有する液浸型の投影光学系（結像光学系）の波面収差を瞳面の全体に亘って所要の精度で測定することができる。
【００６０】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００６１】
上述の実施形態にかかる露光装置を用いて、半導体デバイス、液晶デバイスなどを製造することができる。図１０は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスクＭに形成されたパターンをウェハ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００６２】
その後、ステップＳ４６によってウェハの表面に生成されたレジストパターンをウェハ加工用のマスクとし、ウェハの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層（転写パターン層）であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。このようにステップＳ４６，Ｓ４８では、ステップＳ４４によってパターンが転写されたウェハが処理される。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００６３】
図１１は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１１に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、このパターンが転写された感光性基板を処理する処理工程とが含まれている。また、この感光性基板を処理する処理工程には、パターンが転写された感光性基板の現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層（転写パターン層）を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。なお、この加工工程におけるガラス基板の表面の加工には、ガラス基板の表面をエッチングすること、またはガラス基板の表面に所定の材料を蒸着もしくは塗布すること等が含まれる。
【００６４】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００６５】
また、本発明は、半導体デバイスまたは液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。また、上述の実施形態では、投影光学系の波面収差を測定する収差測定装置用の対物光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な対物光学系、たとえば照明光学系および投影光学系の瞳透過率分布を計測する計測装置の対物光学系や、照明光学系および投影光学系の偏光分布を計測する計測装置の対物光学系などに対して本発明を適用することができる。
【００６７】
また、上述の実施形態の収差測定装置３０は、ウェハステージに取り付け可能に構成されていても良いし、ウェハステージとは別の計測ステージに設けられていても良い。また、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬと基板としてのウェハＷとの間に液体を満たした液浸型の露光装置用の収差測定装置に対して本発明を適用しているが、投影光学系ＰＬとウェハＷ（基板）との間に気体を満たした乾燥型の露光装置用の収差測定装置に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
Ｒ  レチクル
ＲＳＴ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｌｍ１，Ｌｍ２  純水（液体）
Ｗ  ウェハ
ＴＭ  テストマスク
３０  収差測定装置
３１  対物光学系
３１ａａ  ピンホール
Ｌ１１  平凸レンズ（半球超えの平凸レンズ）
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３  レンズ群
【図１】
2011118268.tif 000003
【図２】
2011118268.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011118268.tif 000009
【図８】
2011118268.tif 000010
【図９】
2011118268.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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