(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に形成されたパターンの像を第２面上へ実質的に等倍の倍率で投影する投影光学系において、
前記第１面側から順に、第１部分光学系と、当該投影光学系の瞳面に関して前記第１部分光学系とほぼ対称的に構成された第２部分光学系とを備え、
前記第１部分光学系は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面と、該第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面とを有し、かつ、前記第１面側から順に、前記第２面側に凹面を向けた第１負レンズと、前記第２面側に凹面を向けた第２負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第３負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第４負レンズとを有することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１部分光学系は、前記第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを有し、
前記第１負レンズ群は、前記第１負レンズと、前記第２負レンズと、前記第３負レンズと、前記第４負レンズとを含むことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記第１部分光学系の焦点距離をＦ1とし、前記第１負レンズ群の焦点距離をｆ1Nとするとき、
−０．４＜ｆ1N／Ｆ1＜０
の条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第１部分光学系は、前記第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを有し、
前記投影光学系に供給される照明光に対する光学素子の屈折率ｎの雰囲気温度Ｔに対する変化率をｄｎ／ｄＴで表すとき、前記第２正レンズ群を構成する少なくとも１つの負レンズは、
ｄｎ／ｄＴ＜０
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第２正レンズ群を構成する少なくとも１つの正レンズは、
ｄｎ／ｄＴ＞０
の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第１部分光学系は非球面を有し、
前記第１面と前記第２面との光軸に沿った距離をＬとし、前記第１面から前記非球面までの光軸に沿った距離をＬＡとするとき、
０．０３５＜ＬＡ／Ｌ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記瞳面に関して互いに対称的に配置された第１非球面と第２非球面とを有し、
前記第１面と前記第２面との光軸に沿った距離をＬとし、前記第１面から前記第１非球面までの光軸に沿った距離をＬＡとするとき、
０．０３５＜ＬＡ／Ｌ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記第１非球面と前記第２非球面とは互いに同じ形状であることを特徴とする請求項７に記載の投影光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の投影光学系と、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、前記投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板へ露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９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、
前記露光工程を介して露光された前記感光性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。
【請求項１１】
所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、
請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の投影光学系を用いて、前記第１面に設定された前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板へ露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、特にマイクロデバイス（半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される投影露光装置に最適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ワープロやパソコンやテレビ等の表示素子として、液晶表示パネルが多用されるようになっている。液晶表示パネルは、ガラス基板（プレート）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターンニングすることによって製造される。このフォトリソグラフィ工程のための装置として、マスク上に形成された原画パターンを屈折型の投影光学系を介してプレート上のフォトレジスト層に投影露光する投影露光装置が用いられている。特に、最近では、低温ポリ（多結晶）シリコンを用いた液晶表示パネルにより高精細化が要望されており、広い視野に亘って高い解像力を有する投影露光装置が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高解像力を有する投影露光装置を実現するには、搭載される投影光学系の開口数を大きく設定する必要がある。一方、投影光学系の焦点深度は、開口数の二乗に反比例する。このため、開口数が大きく設定された高解像力を有する投影光学系においては、焦点深度が狭くなる。この場合、投影光学系の像面湾曲や雰囲気温度（環境温度）の変化による投影光学系の焦点位置の変動により、焦点深度の利用可能な範囲は更に狭くなる。その結果、焦点位置決めを高精度化したり装置内の温度制御を高精度化する等の対策が必要となり、装置の高コスト化を招くという不都合があった。また、露光されるガラス基板に対しては、高い平面度が要求され、材料の高コスト化につながるという不都合もあった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、広い投影視野および高い解像力を確保しつつ、像面の平坦性に優れ、且つ温度変化による焦点位置の変動の比較的少ない、良好な光学性能を有する投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、良好な光学性能を有する投影光学系を用いて、装置および材料の高コスト化を招くことなく良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。さらに、本発明では、上述の露光装置を用いた良好な露光により大面積で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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、第１面に形成されたパターンの像を第２面上へ実質的に等倍の倍率で投影する投影光学系において、
前記投影光学系は、前記第１面側から順に、第１部分光学系と、前記投影光学系の瞳面に関して前記第１部分光学系とほぼ対称的に構成された第２部分光学系とを備え、
前記第１部分光学系は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面と、該第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面とを有することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００６】
第１発明の好ましい態様によれば、前記第１部分光学系は、前記第１面側から順に、前記第２面側に凹面を向けた第１負レンズと、前記第２面側に凹面を向けた第２負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第３負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第４負レンズとを有する。
【０００７】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１部分光学系は、前記第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを有し、
前記第１負レンズ群は、前記第１面側から順に、前記第２面側に凹面を向けた第１負レンズと、前記第２面側に凹面を向けた第２負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第３負レンズと、前記第１面側に凹面を向けた第４負レンズとを有し、
前記第１部分光学系の焦点距離をＦ1とし、前記第１負レンズ群の焦点距離をｆ1Nとするとき、
−０．４＜ｆ1N／Ｆ1＜０
の条件を満足する。
【０００８】
本発明の第２発明では、第１面に形成されたパターンの像を第２面上へ実質的に等倍の倍率で投影する投影光学系において、
前記投影光学系は、前記第１面側から順に、第１部分光学系と、前記投影光学系の瞳面に関して前記第１部分光学系とほぼ対称的に構成された第２部分光学系とを備え、
前記第１部分光学系は、前記第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群と、負の屈折力を有する第１負レンズ群と、正の屈折力を有する第２正レンズ群とを有し、
前記投影光学系に供給される照明光に対する光学素子の屈折率ｎの雰囲気温度Ｔに対する変化率をｄｎ／ｄＴで表すとき、前記第２正レンズ群を構成する少なくとも１つの負レンズは、
ｄｎ／ｄＴ＜０
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
第２発明の好ましい態様によれば、前記第２正レンズ群を構成する少なくとも１つの正レンズは、
ｄｎ／ｄＴ＞０
の条件を満足する。
【００１０】
本発明の第３発明では、第１面に形成されたパターンの像を第２面上へ実質的に等倍で投影する投影光学系において、
前記投影光学系は非球面を有し、
前記第１面と前記第２面との光軸に沿った距離をＬとし、前記第１面から前記非球面までの光軸に沿った距離をＬＡとするとき、
０．０３５＜ＬＡ／Ｌ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１１】
第３発明の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、前記投影光学系の瞳面に関して対称的に配置された第１非球面と第２非球面とを有し、
前記第１面と前記第２面との光軸に沿った距離をＬとし、前記第１面から前記第１非球面までの光軸に沿った距離をＬＡとするとき、
０．０３５＜ＬＡ／Ｌ＜０．３
の条件を満足する。
【００１２】
本発明の第４発明では、第１面に形成されたマスクパターンの像を、感光性基板が配置される第２面上へ投影するリソグラフィー用投影光学系において、前記投影光学系は、第１の非球面と第２の非球面とを備え、前記第１の非球面と前記第２の非球面とは互いに同じ形状であることを特徴とする投影光学系を提供する。本発明の第５発明では、第１面に形成されたマスクパターンの像を、感光性基板が配置される第２面上へ投影するリソグラフィー用投影光学系の製造方法において、複数の光学素子を準備する第１工程と、該準備された複数の光学素子のうちの少なくとも２つに所定形状の非球面を形成して、少なくとも第１非球面光学素子と第２非球面光学素子とを得る第２工程と、前記第１及び第２非球面光学素子の面形状を検査する第３工程と、前記光学素子を所定の光軸に沿って配置する第４工程とを含むことを特徴とする投影光学系の製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の第６発明では、第５発明の製造方法により製造されたことを特徴とする投影光学系を提供する。本発明の第７発明では、第１発明〜第４発明、および第６発明の投影光学系と、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、前記投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板へ露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１４】
本発明の第８発明では、第７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、前記露光工程を介して露光された前記感光性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９発明では、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、第１発明〜第４発明、および第６発明の投影光学系を用いて、前記第１面に設定された前記マスクのパターンを前記第２面に設定された感光性基板へ露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な態様にしたがう投影光学系は、第１面側（物体面側）から順に、第１部分光学系Ｇ１と、開口絞りＡＳと、この開口絞りに関して第１部分光学系Ｇ１とほぼ対称的に構成された第２部分光学系Ｇ２とから構成されている。したがって、物体面としての第１面に形成されたパターンの像は、像面としての第２面上において実質的に等倍の倍率で投影される。以下、説明を簡単にするために、第２部分光学系Ｇ２が開口絞りに関して第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成され、投影光学系の投影倍率が等倍である場合を想定し、第１部分光学系Ｇ１にのみ着目して本発明を説明する。
【００１６】
前述したように、高解像力を有する投影光学系では、焦点深度が狭くなるので、この狭い焦点深度を充分に利用するには、像面湾曲量を小さく抑えること、すなわち平坦性に優れた像面を確保することが必要である。そこで、投影光学系のペッツバール和を良好に補正するために、正の屈折力を有する第１部分光学系Ｇ１中には、負の屈折力を有するレンズ群Ｇ1Nが配置されることになる。しかしながら、この負レンズ群Ｇ1Nの負の屈折力が強くなると、コマ収差の補正が困難となる。
【００１７】
本発明では、投影光学系のペッツバール和（ひいてはその像面湾曲）を良好に補正する際に発生するコマ収差を良好に補正するために、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面と、この第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面とを第１部分光学系Ｇ１中に配置している。この構成により、本発明では、広い投影視野および高い解像力を確保しつつ、像面の平坦性に優れた投影光学系を実現することができる。
【００１８】
さらに具体的な態様によれば、第１部分光学系Ｇ１は、第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群Ｇ1Pと、負の屈折力を有する第１負レンズ群Ｇ1Nと、正の屈折力を有する第２正レンズ群Ｇ2Pとから構成されている。そして、第１負レンズ群Ｇ1Nは、第１面側から順に、第２面側に凹面を向けた第１負レンズと、第２面側に凹面を向けた第２負レンズと、第１面側に凹面を向けた第３負レンズと、第１面側に凹面を向けた第４負レンズとから構成されている。この場合、第１負レンズの第２面側の凹面および第４負レンズの第１面側の凹面が第１組の一対の凹面形状の屈折面を構成し、第２負レンズの第２面側の凹面および第３負レンズの第１面側の凹面が第２組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。
【００１９】
本発明では、上述の構成において、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
−０．４＜ｆ1N／Ｆ1＜０    （１）
ここで、Ｆ1は、第１部分光学系Ｇ１の焦点距離である。また、ｆ1Nは、第１負レンズ群Ｇ1Nの焦点距離である。
【００２０】
条件式（１）は、第１負レンズ群Ｇ1Nの焦点距離ｆ1Nと第１部分光学系Ｇ１の焦点距離Ｆ1との比について適切な範囲を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、第１負レンズ群Ｇ1Nの負の屈折力が弱くなりすぎて、像面湾曲を良好に補正することが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果を充分に発揮するには、条件式（１）の下限値を−０．３とし、その上限値を−０．１と設定することがさらに好ましい。
【００２１】
また、前述したように、高解像力を有する投影光学系では、焦点深度が狭くなるので、この狭い焦点深度を充分に利用するには、雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動（すなわち投影光学系の結像面の合焦方向に沿った位置変動）を小さく抑えることが必要である。第１部分光学系Ｇ１が、第１面側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群Ｇ1Pと、負の屈折力を有する第１負レンズ群Ｇ1Nと、正の屈折力を有する第２正レンズ群Ｇ2Pとから構成されている場合、投影光学系の瞳面の近傍すなわち開口絞りＡＳの近傍に配置された第２正レンズ群Ｇ2Pにおいて温度変化により発生する焦点位置の変動の影響が最も大きいと考えられる。換言すると、雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動を小さく抑えるには、第２正レンズ群Ｇ2Pにおいて温度変化により発生する焦点位置の変動を小さく抑える必要がある。
【００２２】
しかしながら、第２正レンズ群Ｇ2Pは第１部分光学系Ｇ１の正屈折力の多くを担うため、第２正レンズ群Ｇ2Pにおいて色収差の良好な補正を行う必要がある。そこで、第２正レンズ群Ｇ2Pを構成する正レンズには、ＣａＦ2（蛍石）などの異常分散性のガラス材料が多用されることが多い。このとき、ＣａＦ2などの異常分散性のガラス材料では、雰囲気温度Ｔに対する屈折率の変化率ｄｎ／ｄＴが負の値を有するので、第２正レンズ群Ｇ2Pにおいて温度変化ｄＴにより発生する焦点位置の変動量すなわち変動率ΔＦＤ／ｄＴは比較的大きな正の値を有することになる。ここで、焦点位置の変動量ΔＦＤは、投影光学系の結像面が物体面から離れる方向に変動するときに正の符号をとり、投影光学系の結像面が物体面へ近づく方向に変動するときに負の符号をとるものとする。
【００２３】
そこで、本発明では、雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動を小さく抑えるために、第２正レンズ群Ｇ2Pを構成する少なくとも１つの負レンズが以下の条件式（２）を満足する。
ｄｎ／ｄＴ＜０    （２）
【００２４】
条件式（２）を満足することにより、雰囲気温度の変化ｄＴにより発生する投影光学系の焦点位置の変動率ΔＦＤ／ｄＴの値を比較的大きな正の値から負の方向へ導くことが可能になり、ひいては雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動を小さく抑えることが可能になる。この構成により、本発明では、広い投影視野および高い解像力を確保しつつ、温度変化による焦点位置の変動の比較的少ない投影光学系を実現することができる。
【００２５】
また、本発明においては、雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動をさらに小さく抑えるために、第２正レンズ群Ｇ2Pを構成する少なくとも１つの正レンズが以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
ｄｎ／ｄＴ＞０    （３）
【００２６】
条件式（３）を満足することにより、雰囲気温度の変化ｄＴにより発生する投影光学系の焦点位置の変動率ΔＦＤ／ｄＴの値を比較的大きな正の値から負の方向へ導くことが可能になり、ひいては雰囲気温度の変化による投影光学系の焦点位置の変動をさらに小さく抑えることが可能になるので好ましい。
【００２７】
さらに、本発明では、投影光学系が非球面を有し、この非球面が次の式（４）を満足する。
０．０３５＜ＬＡ／Ｌ＜０．３    （４）
ここで、Ｌは、第１面と第２面との光軸に沿った距離である。また、ＬＡは、第１面から非球面までの光軸に沿った距離である。
【００２８】
条件式（４）を満足することにより、第１面に比較的近い位置に非球面が配置される。この場合、像高の異なる光線が非球面に入射する位置が互いに離れ易く、像面湾曲の補正を良好に行うことが可能になる。なお、投影光学系がほぼ等倍に構成され、その瞳面に関してほぼ対称的に構成される場合、第２面に比較的近い位置にも非球面が配置される。この場合、投影光学系は、その瞳面に関して対称的に配置された第１非球面と第２非球面とを有し、この第１非球面が条件式（４）を満足することが望ましい。
【００２９】
以上のように、本発明の投影光学系では、広い投影視野および高い解像力を確保しつつ、像面の平坦性に優れ、且つ温度変化による焦点位置の変動の比較的少ない、良好な光学性能を達成することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、装置および材料の高コスト化を招くことなく、良好な露光を行うことができる。また、本発明では、本発明の露光装置を用いた良好な露光により、大面積で良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３０】
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投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるプレート（ガラス基板）の法線方向に沿ってＺ軸を、プレート面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、プレート面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３１】
図１に示す露光装置は、たとえば高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、ミラー３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。楕円鏡２の第２焦点位置に形成された光源像からの光束は、コリメートレンズ４によりほぼ平行な光束に変換された後、所望の波長域の光束を選択的に透過させる波長選択フィルター５に入射する。本実施形態の場合、波長選択フィルター５では、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光だけが選択的に透過する。
【００３２】
波長選択フィルター５を介して選択された露光波長の光（ｉ線の光）は、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。フライアイレンズ６は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはプレート上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００３３】
したがって、フライアイレンズ６に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイレンズ６の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。フライアイレンズ６の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り７に入射する。開口絞り７は、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。開口絞り７は、可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。
【００３４】
開口絞り７を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に均一照明する。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるプレートＰ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸と直交する平面（ＸＹ平面）内においてプレートＰを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、プレートＰの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００３５】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、プレートの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびプレートを投影光学系に対して相対移動させながらプレートの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光（走査露光）する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００３６】
〔第１実施例〕
図２は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第１実施例にかかる投影光学系ＰＬは、物体側（すなわちマスクＭ側）から順に、第１部分光学系Ｇ１と、開口絞りＡＳと、この開口絞りＡＳに関して第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成された第２部分光学系Ｇ２とから構成されている。換言すると、第２部分光学系Ｇ２は、そのレンズ形状、そのレンズ間隔およびその光学材料において、投影光学系ＰＬの瞳面に配置された開口絞りＡＳに関して第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成されている。したがって、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬは、等倍の投影倍率を有する。
【００３７】
第１部分光学系Ｇ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群Ｇ1Pと、負の屈折力を有する第１負レンズ群Ｇ1Nと、正の屈折力を有する第２正レンズ群Ｇ2Pとから構成されている。そして、第１正レンズ群Ｇ1Pは、物体側から順に、両凹レンズＬ1P1、両凸レンズＬ1P2、両凸レンズＬ1P3、両凸レンズＬ1P4、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ1P5から構成されている。
【００３８】
また、第１負レンズ群Ｇ1Nは、物体側から順に、像側（プレートＰ側）に凹面を向けた屈折面ｒ1N12を有する負メニスカスレンズＬ1N1、像側に凹面を向けた屈折面ｒ1N22を有する両凹レンズＬ1N2、物体側に凹面を向けた屈折面ｒ1N31を有する負メニスカスレンズＬ1N3、および物体側に凹面を向けた屈折面ｒ1N41を有する両凹レンズＬ1N4から構成されている。すなわち、屈折面ｒ1N12および屈折面ｒ1N41は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。また、屈折面ｒ1N22および屈折面ｒ1N31は、第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。
【００３９】
さらに、第２正レンズ群Ｇ2Pは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ2P1、両凸レンズＬ2P2、両凸レンズＬ2P3、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ2P4、両凸レンズＬ2P5、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ2P6、および両凹レンズＬ2P7から構成されている。ここで、正メニスカスレンズＬ2P1、両凸レンズＬ2P2、両凸レンズＬ2P3、両凸レンズＬ2P5は、異常分散性のガラス材料によって形成され、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ／ｄＴは負の値を有する。この異常分散性のガラス材料としては、たとえば、（株）オハラ製のＳ−ＦＰＬ５１Ｙ（商標）やＦＰＬ５１Ｙ（商標）、ショット（ＳＣＨＯＴＴ）製のＦＫ５１、これらの相当品を用いることができる。また、両凹レンズＬ2P7は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ2P7／ｄＴ＜０の条件を満足する負レンズを構成している。さらに、正メニスカスレンズＬ2P6は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ2P6／ｄＴ＞０の条件を満足する正レンズを構成している。
【００４０】
一方、第２部分光学系Ｇ２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３正レンズ群Ｇ3Pと、負の屈折力を有する第２負レンズ群Ｇ2Nと、正の屈折力を有する第４正レンズ群Ｇ4Pとから構成されている。上述したように、第２部分光学系Ｇ２は、開口絞りＡＳに関して第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成されている。すなわち、第３正レンズ群Ｇ3Pは開口絞りＡＳに関して第２正レンズ群Ｇ2Pと対称的に構成され、第２負レンズ群Ｇ2Nは開口絞りＡＳに関して第１負レンズ群Ｇ1Nと対称的に構成され、第４正レンズ群Ｇ4Pは開口絞りＡＳに関して第１正レンズ群Ｇ1Pと対称的に構成されている。
【００４１】
したがって、第３正レンズ群Ｇ3Pは、像側から順に、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3P1、両凸レンズＬ3P2、両凸レンズＬ3P3、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ3P4、両凸レンズＬ3P5、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3P6、および両凹レンズＬ3P7から構成されている。ここで、正メニスカスレンズＬ3P1、両凸レンズＬ3P2、両凸レンズＬ3P3、両凸レンズＬ3P5は、上記の異常分散性のガラス材料によって形成され、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ／ｄＴは負の値を有する。また、両凹レンズＬ3P7は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ3P7／ｄＴ＜０の条件を満足する負レンズを構成している。さらに、正メニスカスレンズＬ3P6は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ3P6／ｄＴ＞０の条件を満足する正レンズを構成している。
【００４２】
また、第２負レンズ群Ｇ2Nは、像側から順に、物体側に凹面を向けた屈折面ｒ2N11を有する負メニスカスレンズＬ2N1、物体側に凹面を向けた屈折面ｒ2N21を有する両凹レンズＬ2N2、像側に凹面を向けた屈折面ｒ2N32を有する負メニスカスレンズＬ2N3、および像側に凹面を向けた屈折面ｒ2N42を有する両凹レンズＬ2N4から構成されている。すなわち、屈折面ｒ2N11および屈折面ｒ2N42は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。また、屈折面ｒ2N21および屈折面ｒ2N32は、第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。
【００４３】
さらに、第４正レンズ群Ｇ4Pは、像側から順に、両凹レンズＬ4P1、両凸レンズＬ4P2、両凸レンズＬ4P3、両凸レンズＬ4P4、および像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ4P5から構成されている。
【００４４】
次の表（１）に、第１実施例の投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、ＮＡは物体側での開口数（像側での開口数も同じ）を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ示している。また、表（１）の光学部材諸元において、第１カラムの面番号は物体側からの光線進行方向に沿った面の順序を、第２カラムのｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、第３カラムのｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露光光（λ＝３６５ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００４５】
【表１】
0004811623.tif 000002
0004811623.tif 000003
0004811623.tif 000004
【００４６】
図３は、第１実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図４は、第１実施例における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは物体側での開口数を、Ｙは像高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、破線はタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、第１実施例の投影光学系では、大きな投影視野（有効径１４２ｍｍ）の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。また、表（１）の条件式対応値における焦点位置の変動率ΔＦＤ／ｄＴの値を参照すると、第１実施例の投影光学系では、雰囲気温度の変化による焦点位置の変動が比較的小さく抑えられていることがわかる。
【００４７】
〔第２実施例〕
図５は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第２実施例では、第１実施例と同様に、投影光学系ＰＬが、物体側から順に、第１部分光学系Ｇ１と、開口絞りＡＳと、この開口絞りＡＳに関して第１部分光学系Ｇ１と対称的に構成された第２部分光学系Ｇ２とから構成され、等倍の投影倍率を有する。また、第１部分光学系Ｇ１も第１実施例と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有する第１正レンズ群Ｇ1Pと、負の屈折力を有する第１負レンズ群Ｇ1Nと、正の屈折力を有する第２正レンズ群Ｇ2Pとから構成されている。したがって、第２部分光学系Ｇ２も第１実施例と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有する第３正レンズ群Ｇ3Pと、負の屈折力を有する第２負レンズ群Ｇ2Nと、正の屈折力を有する第４正レンズ群Ｇ4Pとから構成されている。
【００４８】
具体的には、第２実施例において、第１正レンズ群Ｇ1Pは、物体側から順に、非球面状に形成された凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズＬ1P1、両凸レンズＬ1P2、両凸レンズＬ1P3、両凸レンズＬ1P4、および両凸レンズＬ1P5から構成されている。また、第１負レンズ群Ｇ1Nは、物体側から順に、非球面状に形成された凹面を像側に向けた屈折面ｒ1N12を有する負メニスカスレンズＬ1N1、像側に凹面を向けた屈折面ｒ1N22を有する両凹レンズＬ1N2、物体側に凹面を向けた屈折面ｒ1N31を有する負メニスカスレンズＬ1N3、および物体側に凹面を向けた屈折面ｒ1N41を有する両凹レンズＬ1N4から構成されている。すなわち、屈折面ｒ1N12および屈折面ｒ1N41は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。また、屈折面ｒ1N22および屈折面ｒ1N31は、第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。
【００４９】
さらに、第２正レンズ群Ｇ2Pは、物体側から順に、両凸レンズＬ2P1、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ2P2、両凸レンズＬ2P3、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ2P4、両凸レンズＬ2P5、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ2P6、および両凹レンズＬ2P7から構成されている。ここで、両凸レンズＬ2P1、正メニスカスレンズＬ2P2、両凸レンズＬ2P3、両凸レンズＬ2P5は、異常分散性のガラス材料によって形成され、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ／ｄＴは負の値を有する。なお、異常分散性のガラス材料としては、第１実施例で挙げた材料を用いることができる。また、両凹レンズＬ2P7は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ2P7／ｄＴ＜０の条件を満足する負レンズを構成している。さらに、正メニスカスレンズＬ2P6は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ2P6／ｄＴ＞０の条件を満足する正レンズを構成している。
【００５０】
一方、第３正レンズ群Ｇ3Pは、像側から順に、両凸レンズＬ3P1、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ3P2、両凸レンズＬ3P3、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ3P4、両凸レンズＬ3P5、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ3P6、および両凹レンズＬ3P7から構成されている。ここで、両凸レンズＬ3P1、正メニスカスレンズＬ3P2、両凸レンズＬ3P3、両凸レンズＬ3P5は、上記の異常分散性のガラス材料によって形成され、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ／ｄＴは負の値を有する。また、両凹レンズＬ3P7は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ3P7／ｄＴ＜０の条件を満足する負レンズを構成している。さらに、正メニスカスレンズＬ3P6は、雰囲気温度Ｔの変化に対する屈折率ｎの変化率ｄｎ3P6／ｄＴ＞０の条件を満足する正レンズを構成している。
【００５１】
また、第２負レンズ群Ｇ2Nは、像側から順に、非球面状に形成された凹面を物体側に向けた屈折面ｒ2N11を有する負メニスカスレンズＬ2N1、物体側に凹面を向けた屈折面ｒ2N21を有する両凹レンズＬ2N2、像側に凹面を向けた屈折面ｒ2N32を有する負メニスカスレンズＬ2N3、および像側に凹面を向けた屈折面ｒ2N42を有する両凹レンズＬ2N4から構成されている。すなわち、屈折面ｒ2N11および屈折面ｒ2N42は、互いに対向するように配置された第１組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。また、屈折面ｒ2N21および屈折面ｒ2N32は、第１組の一対の凹面形状の屈折面の間の光路中において互いに対向するように配置された第２組の一対の凹面形状の屈折面を構成している。
【００５２】
さらに、第４正レンズ群Ｇ4Pは、像側から順に、非球面状に形成された凹面を像側に向けた負メニスカスレンズＬ4P1、両凸レンズＬ4P2、両凸レンズＬ4P3、両凸レンズＬ4P4、および両凸レンズＬ4P5から構成されている。
【００５３】
なお、第２実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｘとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。
【数１】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／〔１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2〕
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10＋Ｃ12・ｙ12    （ａ）
第２実施例において、非球面状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
【００５４】
次の表（２）に、第２実施例の投影光学系の諸元の値を掲げる。表（２）の主要諸元において、ＮＡは物体側での開口数（像側での開口数も同じ）を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ示している。また、表（２）の光学部材諸元において、第１カラムの面番号は物体側からの光線進行方向に沿った面の順序を、第２カラムのｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、第３カラムのｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、第４カラムのｎは露光光（λ＝３６５ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５５】
【表２】
0004811623.tif 000005
0004811623.tif 000006
0004811623.tif 000007
0004811623.tif 000008
0004811623.tif 000009
【００５６】
図６は、第２実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図７は、第２実施例における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは物体側での開口数を、Ｙは像高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、破線はタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、第２実施例の投影光学系においても第１実施例と同様に、大きな投影視野（有効径１４２ｍｍ）の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。また、表（２）の条件式対応値における焦点位置の変動率ΔＦＤ／ｄＴの値を参照すると、第２実施例の投影光学系においても第１実施例と同様に、雰囲気温度の変化による焦点位置の変動が比較的小さく抑えられていることがわかる。
【００５７】
なお、上述の各実施例では、瞳面（開口絞りＡＳ）に関して完全に対称な等倍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、必要に応じて第１部分光学系Ｇ１の焦点距離と第２部分光学系Ｇ２の焦点距離との比を変えることにより、投影倍率を若干変更することができる。こうして投影倍率を等倍から若干変更した状態において、投影光学系はその瞳面に関してほぼ対称に構成された状態になる。換言すると、本発明において、「瞳面に関してほぼ対称」に構成された状態とは、投影倍率を等倍から変更した状態を含むものとする。
【００５８】
〔投影光学系の製造方法〕
次に、図９〜図１４を参照して、第２実施形態にかかる投影光学系の製造方法について説明する。なお、第２実施形態では、互いに同じ形状である２つの非球面を有する上記第１実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の製造方法について説明する。
【００５９】
図９は、本発明の第２実施形態にかかる投影光学系の製造方法の製造フローを示すフローチャートである。第２実施形態の製造方法では、各レンズを形成すべきブロック硝材（ブランクス）を製造した後、製造されたブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を、たとえば図１０に示す干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１１）。図１０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。
【００６０】
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、光学材料としての各ブロック硝材１０３の屈折率分布による波面収差が計測される。なお、屈折率均質性の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平８−５５０５号公報などを参照することができる。第２実施形態においては、測定された屈折率分布に関する情報を各ブロック硝材１０３ごとに所定の記憶装置に記憶させておく。
【００６１】
次いで、第２実施形態の製造方法では、屈折率分布が計測されたブロック硝材から必要に応じて研削されたブロック硝材を用いて、投影光学系を構成すべき各レンズを製造する。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計値を目標として各レンズの表面を研磨加工して、球面形状のレンズ面を有する球面レンズと非球面形状のレンズ面を有する非球面レンズとを製造する（Ｓ１２）。研磨工程では、各レンズの面形状の誤差を干渉計で計測しながら研磨を繰り返し、各レンズの面形状を目標面形状（ベストフィット球面形状）に近づける。こうして、各レンズの面形状誤差が所定の範囲に入ると、各レンズの面形状の誤差を、たとえば図１１に示すさらに精密な干渉計装置を用いて計測する（Ｓ１３）。
【００６２】
図１１に示す干渉計装置は、設計値が球面である球面レンズの面形状計測に好適なものである。図１１では、制御系１１１に制御された干渉計ユニット１１２からの射出光が、フィゾーステージ１１３ａ上に支持されたフィゾーレンズ１１３に入射する。ここで、フィゾーレンズ１１３の参照面（フィゾー面）で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１１２へ戻る。なお、図１１では、フィゾーレンズ１１３を単レンズで示しているが、実際のフィゾーレンズは複数のレンズ（レンズ群）で構成されている。一方、フィゾーレンズ１１３を透過した光は測定光となり、被検レンズ１１４の被検光学面に入射する。
【００６３】
被検レンズ１１４の被検光学面で反射された測定光は、フィゾーレンズ１１３を介して干渉計ユニット１１２へ戻る。こうして、干渉計ユニット１１２へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、被検レンズ１１４の被検光学面の基準面に対する波面収差が、ひいては被検レンズ１１４の面形状の誤差（設計上のベストフィット球面からのずれ）が計測される。なお、球面レンズの面形状誤差の干渉計による計測に関する詳細については、たとえば特開平７−１２５３５号、特開平７−１１３６０９号、特開平１０−１５４６５７号公報などを参照することができる。
【００６４】
また、非球面レンズの面形状誤差を干渉計を用いて計測する場合には、図１１の干渉計装置において、フィゾーレンズ１１３に代えて、平面形状の参照面を有する参照部材と、該参照部材を透過する光を所定形状の非球面波に変換する非球面波形成部材とをフィゾーステージ１１３ａ上に設ける。ここで、非球面波形成部材は、レンズ、ゾーンプレート、或いはそれらの組み合わせで構成され、参照部材からの平面波を、測定対象である被検光学面の面形状に対応した非球面波に変換するものである。なお、このような非球面レンズの計測方法に関しては、たとえば特開平１０−２６００２０号、特開平１０−２６００２４号、特開平１１−６７８４号を参照することができる。
【００６５】
上述のような方法で非球面形状を測定する場合には、被検光学面としての非球面レンズ面の形状の種類の数に応じて、非球面波形成部材を準備する必要があり、投影光学系中の非球面の数が増えると非球面波形成部材の種類も増え、その設計・製造が多大な負荷となりがちであった。さらに、非球面形状計測装置の数が限られているような場合では、投影光学系に用いられる非球面の種類が増えると、計測しようとする非球面の種類に応じて複数種類の非球面波形成部材を交換する工程が必要となり、製造時間がかかりがちであった。
【００６６】
しかしながら、第２実施形態の製造方法にかかる投影光学系（すなわち第１実施形態の第２実施例の投影光学系）では、４面ある非球面のうち、２面が互いに同じ形状であって、残りの２面が互いに同じ形状で構成されているため、２種類の非球面波形成部材を準備すれば良く、投影光学系の製造に際して、コスト（設計コスト、製造コスト）の点や、製造時間の短縮の点で非常に有利である。
【００６７】
その後、計測された面形状が所定の範囲内に入っているか否かを判断する（Ｓ１４）。ここで、計測された面形状が所定の範囲内でない場合（図９中ＮＧの場合）、研磨工程（Ｓ１２）へ移行する。また、計測された面形状が所定の範囲内である場合（図９中ＯＫの場合）、次の組立工程（Ｓ１５）へ移行する。
【００６８】
組立工程では、誤差が所定の範囲内となった複数のレンズを用いて投影光学系２６を組み立てる（Ｓ１５）。具体的には、設計値にしたがって複数のレンズを所定の保持枠で保持することにより、各光学ユニットを順次組み上げる。そして、組み上げた複数の光学ユニットを、鏡筒の上部開口を介して、鏡筒内に順次落とし込む。このとき、各光学ユニットの間には、所定のワッシャを介在させる。こうして、鏡筒内に最初に落とし込まれた光学ユニットが鏡筒の一端に形成された突出部においてワッシャを介して支持され、すべての光学ユニットが鏡筒内に収容されることにより、投影光学系の組立が終了する。なお、投影光学系の組立に関する詳細については、たとえば特開平１０−１５４６５７号公報などを参照することができる。
【００６９】
次いで、第２実施形態の製造方法では、実際に組み立てられた投影光学系の波面収差を測定する（Ｓ１６）。具体的には、たとえば特開平１０−３８７５８号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、超高圧水銀ランプ（たとえばｉ線）を使用する投影光学系の波面収差を測定することができる。この場合、図１２に示すように、露光光とほぼ同じ波長を有するレーザ光（たとえばＡｒレーザ光のシングルモード、波長３６３．８ｎｍ）を、ハーフプリズム６０およびフィゾーレンズ６１のフィゾー面６１ａを介して、被検光学系としての投影光学系２６に入射させる。このとき、フィゾー面６１ａで反射された光は、いわゆる参照光となり、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤのような撮像素子６２に達する。
【００７０】
一方、フィゾー面６１ａを透過した光は、いわゆる測定光となり、投影光学系２６を介して、反射球面６３に入射する。反射球面６３で反射された測定光は、投影光学系２６、フィゾーレンズ６１およびハーフプリズム６０を介して、ＣＣＤ６２に達する。こうして、参照光と測定光との干渉に基づいて、投影光学系２６に残存する波面収差が測定される。同様に、たとえば特開平１０−３８７５７号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差測定機を用いて、ＫｒＦエキシマレーザ光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。
【００７１】
また、たとえば特開２０００−９７６１６号公報に開示された、いわゆるＰＤＩ（Phase Diffraction Interferometer：位相回折干渉計）方式の波面収差測定機を用いて、ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用する投影光学系の波面収差を測定することもできる。この場合、図１３に示すように、光源２１（図１３では不図示）から射出されて照明光学系２２を介した露光用照明光が、マスク設定位置に位置決めされた第１のピンホール７１に入射する。第１のピンホール７１を介して形成された球面波は、被検光学系としての投影光学系２６を透過して、グレーティング（一次元回折格子）７２に入射する。
【００７２】
グレーティング７２をそのまま透過した０次回折光は、マスク７３に形成された第２のピンホール（不図示）に入射する。一方、グレーティング７２で回折作用を受けて発生した１次回折光は、マスク７３に形成された開口部（不図示）のほぼ中央に入射する。第２のピンホールを介した０次回折光および開口部を通過した１次回折光は、コリメータレンズ７４を介して、ＣＣＤのような撮像素子７５に達する。こうして、第２のピンホールを介して形成された球面波を参照波面とし、開口部を通過した１次回折光の波面を測定波面とし、参照波面と測定波面との干渉に基づいて投影光学系２６に残存する波面収差が測定される。
【００７３】
次いで、第２実施形態の製造方法では、収差測定工程Ｓ１６で測定した投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっているか否かを判定する（Ｓ１７）。判定工程Ｓ１７において投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっていると判定した場合（図９中ＯＫの場合）、第２実施形態にしたがう投影光学系の製造が終了する。一方、判定工程Ｓ１７において投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっていないと判定した場合（図９中ＮＧの場合）、レンズを光軸ＡＸに沿って移動させてレンズ間の間隔を変化させる間隔調整や、レンズを光軸ＡＸに対して垂直にシフトさせたりチルトさせたりする偏芯調整を行う（Ｓ１８）。
【００７４】
図１４は、間隔調整や偏芯調整が可能に構成された投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。なお、図１４においては、図１に対応する共通のＸＹＺ座標系を採用している。図１４に示すように、鏡筒３０は複数の分割鏡筒１１〜１６を備えており、分割鏡筒１６に設けられたフランジ１７を介して、図示なき露光装置のフレームに支持されている。これら複数の分割鏡筒１１〜１６は、光軸Ａｘ方向に積層されている。そして、複数の分割鏡筒１１〜１６のうち、分割鏡筒１１、１２，１３により支持されているレンズＬ１Ｐ１，Ｌ１Ｐ２，Ｌ１Ｐ３，Ｌ１Ｐ４，Ｌ１Ｐ５，Ｌ１Ｎ１は、光軸方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＸＹ方向を軸としてチルト可能な可動レンズとなっている。
【００７５】
可動レンズＬ１Ｐ１，Ｌ１Ｐ２，Ｌ１Ｐ３，Ｌ１Ｐ４，Ｌ１Ｐ５，Ｌ１Ｎ１を保持している分割鏡筒１１、１２，１３の構成について説明する。分割鏡筒１１は、それぞれ可動レンズＬ１Ｐ１，Ｌ１Ｐ２を保持するレンズ枠２１，２２をその内部に積層した状態で保持し、分割鏡筒１２に対して光軸方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＸＹ方向を軸としてチルト可能となるように分割鏡筒１２に連結されている。分割鏡筒１２は、それぞれ可動レンズＬ１Ｐ３，Ｌ１Ｐ４を保持するレンズ枠２３，２４をその内部に積層した状態で保持し、分割鏡筒１３に対して光軸方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＸＹ方向を軸としてチルト可能となるように分割鏡筒１３に連結されている。そして、分割鏡筒１３は、それぞれ可動レンズＬ１Ｐ５，Ｌ１Ｎ１を保持するレンズ枠２５，２６をその内部に積層した状態で保持し、分割鏡筒１２に対して光軸方向（Ｚ方向）に移動可能で且つＸＹ方向を軸としてチルト可能となるように分割鏡筒１４に連結されている。
【００７６】
ここで、分割鏡筒１２に取り付けられたアクチュエータ８１によって分割鏡筒１１が駆動され、分割鏡筒１３に取り付けられたアクチュエータ８２によって分割鏡筒１２が駆動され、分割鏡筒１４に取り付けられたアクチュエータ８３によって分割鏡筒１３が駆動される。これらのアクチュエータ８１〜８３は、分割鏡筒１２〜１４の３箇所、具体的にはＸＹ平面内においてＺ方向を軸とする方位角１２０°毎、に取り付けられており、これにより、分割鏡筒１１〜１３のそれぞれにおける３箇所が独立に光軸方向（Ｚ方向）へ移動する。
【００７７】
ここで、それぞれの分割鏡筒１１〜１３において、３箇所の駆動量が同じ量である場合は、分割鏡筒１１〜１３は、分割鏡筒１２〜１４に対してＺ方向（光軸方向）へ移動することとなり、３箇所の駆動量が異なる量である場合には、分割鏡筒１１〜１３は、分割鏡筒１２〜１４に対してＸＹ方向を軸としてチルトすることになる。
【００７８】
これらのアクチュエータ８１〜８３としては、高精度、低発熱、高剛性及び高クリーン度の圧電素子を使用することができる。なお、アクチュエータ８１〜８３を圧電素子で構成する代わりに、磁歪アクチュエータや流体圧アクチュエータで構成しても良い。また、これらのアクチュエータによる駆動量、ひいては分割鏡筒１１〜１３の移動量を計測するために、例えば光学式エンコーダからなる駆動量計測装置を設けて、分割鏡筒１１〜１３の移動、ひいては可動レンズＬ１Ｐ１，Ｌ１Ｐ２，Ｌ１Ｐ３，Ｌ１Ｐ４，Ｌ１Ｐ５，Ｌ１Ｎ１の移動をクローズドループで制御しても良い。
【００７９】
さて、分割鏡筒１３〜１６のうち、分割鏡筒１４〜１６により支持されているレンズＬ１Ｎ２〜Ｌ４Ｐ１は、固定レンズとなっている。これらの固定レンズＬ１Ｎ２〜Ｌ４Ｐ１を保持している分割鏡筒１４〜１６の構成について説明する。分割鏡筒１４は、固定レンズＬ１Ｎ２〜Ｌ２Ｐ４をそれぞれ保持するレンズ枠３１〜３７及びスペーサ４１〜４３を分割鏡筒１４の内部に積層した状態で保持しており、分割鏡筒１５の上部に連結されている。
【００８０】
分割鏡筒１５は、固定レンズＬ２Ｐ５〜Ｌ３Ｐ５をそれぞれ保持するレンズ枠５０〜５５、スペーサ４４〜４５、及び開口絞りＡＳを分割鏡筒１５の内部に積層した状態で保持しており、分割鏡筒１６の上部に連結されている。そして、分割鏡筒１６は、固定レンズＬ３Ｐ４〜Ｌ４Ｐ１をそれぞれ保持するレンズ枠６１〜７３及びスペーサ４６〜４８を分割鏡筒１６の内部に積層した状態で保持している。
【００８１】
また、第２実施形態においては、複数の分割鏡筒１１〜１６を備えているため、投影光学系の組立時において、分割鏡筒１１〜１６の間に介在するワッシャ等の間隔調整部材の厚み等を変更することによって、分割鏡筒１１〜１６間の偏芯調整（ＸＹ平面内の位置関係の調整、ＸＹ方向を軸とするチルト方向の位置関係の調整）及び分割鏡筒間の間隔調整（Ｚ方向の間隔調整）を行うことができる。なお、このような分割鏡筒間の偏芯・間隔調整に関しては、特開２００１−５６４２６号公報に開示されている。
【００８２】
なお、上述の説明では、レンズまたはレンズ群を光軸Ａｘに沿って移動させる移動調整（間隔調整）およびレンズまたはレンズ群を光軸Ａｘに対して傾斜させるチルト調整に限定したが、光軸Ａｘに対して垂直な方向（ＸＹ平面内の方向）に沿ってレンズをシフトさせるシフト調整を行うことや、光軸Ａｘを軸とする回転方向に沿ってレンズを回転させる回転調整を行うこともできる。
【００８３】
第２実施形態の製造方法では、間隔調整や偏芯調整によりレンズ調整された投影光学系の波面収差を再び測定する（Ｓ１６）。そして、収差測定工程Ｓ１６で再び測定した投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっているか否かを再度判定する（Ｓ１７）。判定工程Ｓ１７において投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっていると判定した場合には、投影光学系の製造が終了する。しかしながら、判定工程Ｓ１７において投影光学系の波面収差が許容範囲内に収まっていないと判定した場合には、判定工程Ｓ１７においてＯＫの判定が得られるまで、レンズ調整工程Ｓ１８および収差測定工程Ｓ１６をさらに繰り返す。
【００８４】
なお、第２実施形態の製造方法では、収差測定工程Ｓ１６の後に、判定工程Ｓ１７およびレンズ調整工程Ｓ１８を設けているが、これらの工程Ｓ１６〜Ｓ１８を省略することができる。すなわち、投影光学系の組立工程Ｓ１５の後に、第２実施形態の製造方法を終了することもできる。
【００８５】
また、第２実施形態では、倍率が等倍である第２実施形態の投影光学系を製造する場合を例にとって説明したが、投影光学系の倍率は等倍には限定されず、例えば拡大倍率、縮小倍率のいずれであっても良い。このような拡大または縮小倍率の投影光学系であっても、投影光学系中に同じ形状の非球面が２つ以上設けられていれば、第２実施形態の製造方法を適用できる。また、第２実施形態ではレンズ面が非球面であった場合を例として説明したが、非球面はレンズ面に設けられるものには限定されず、例えば反射面であっても良い。
【００８６】
以上の通り、第２実施形態の製造方法によれば、投影光学系が互いに同じ形状の２組以上の非球面を有しているため、これらの非球面を計測する際の計測時間の短縮、ひいては投影光学系を製造する時間の短縮や、投影光学系を製造する際のコスト（製造装置の製造コスト、投影光学系の製造コスト）を十分におさえることができる。
【００８７】
なお、上述の実施形態では、ｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給する超高圧水銀ランプを光源として用いた例を示したが、露光光の波長はｉ線には限られない。例えば、光源として超高圧水銀ランプを用い、ｇ線（４３６ｎｍ）のみ、ｈ線（４０５ｎｍ）のみ、ｇ線とｈ線、ｈ線とｉ線、またはｇ線とｈ線とｉ線とを露光光としても良い。
【００８８】
また、光源として２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ、１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ、１５７ｎｍの光を供給するＦ2レーザなどを光源として用いても良い。ここで、ＫｒＦエキシマレーザを光源として用いる場合においては、露光光を狭帯化したときには投影光学系中の屈折性光学素子として石英ガラスを用い、露光光量を増すために露光光を狭帯化しないときには投影光学系中の屈折性光学素子として石英ガラスと蛍石とを用いる。また、ＡｒＦエキシマレーザを光源として用いる場合においては、投影光学系中の屈折性光学素子として石英ガラスと蛍石とを用いる。また、Ｆ2レーザを光源として用いる場合には、投影光学系中の屈折性光学素子として蛍石を用いる。
【００８９】
また、上述の実施形態では、液晶表示素子やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の表示デバイスの製造のリソグラフィー工程で用いる投影露光装置について説明したが、本発明は表示デバイス製造用の投影露光装置には限定されず、例えば半導体デバイス製造用、フォトマスク製造用、磁気ヘッド製造用、プリント配線基板の製造用にも適用することが可能である。なお、半導体デバイス製造用の投影露光装置ではワークとしてウェハを用い、表示デバイス製造用の投影露光装置ではワークとしてガラス基板を用い、フォトマスク製造用の投影露光装置ではワークとしてガラス基板或いはシリコン基板を用い、磁気ヘッド製造用の投影露光装置では、ワークとしてローバーと呼ばれるバー形状の基板を用い、プリント配線基板製造用の投影露光装置では、ワークＷとしてエポキシ樹脂等の樹脂基板を用いる。また、本発明は、基板及びワークの少なくとも一方として帯状のフィルムを用いる投影露光装置にも適用できる。このような投影露光装置は、例えばＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式の電子部品の実装に使用されるフィルム回路基板の製造に用いられるフィルム露光装置が知られている。
【００９０】
また、上記の実施形態では、基板上の所定のショット領域に対してレチクル（マスク）上のパターン像を一括転写する一括露光方式を採用したが、上記実施形態の露光装置を、ステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置やスティッチング及びスリットスキャン型の露光装置としても良い。ここで、ステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置は、レチクル（マスク）上の所定形状の照明領域に対して相対的に所定の方向ヘレチクル及び基板を同期して走査することにより、基板上の１つのショット領域にレチクルのパターン像を逐次的に転写するものである。このようなステップ・アンド・スキャン型の露光装置では、投影光学系の露光フィールドよりも広い基板上の領域にレチクルのパターンを露光することができる。
【００９１】
また、スティッチング及びスリットスキャン型の露光装置では、レチクル（マスク）上の所定形状の照明領域に対して相対的に所定の第１の方向にレチクル及び基板を同期して走査することにより、基板上の第１列目の領域への露光が行われる。その後、そのレチクルを交換するか、又はそのレチクルを上記照明領域の第１の方向と直交する第２の方向に沿って所定量だけ移動させて、基板を照明領域の第２の方向と共役な方向に横ずれさせる。そして、再びレチクル上の所定形状の照明領域に対して相対的に第１の方向にレチクル及び基板を同期して走査することにより、基板上の第２列目の領域への露光を行う。このようなスティッチング及びスリットスキャン型の露光装置では、投影光学系の露光フィールドよりも広い基板上の領域にレチクルのパターンを露光することができる。なお、このようなスティッチング及びスリットスキャン型の露光装置は、米国特許第５，４７７，３０４号公報、特開平８−３３０２２０号公報、特開平１０−２８４４０８号公報などに開示されている。
【００９２】
また、上記の実施形態の投影露光装置では、プレート（ガラス基板）上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液晶表示素子を得ることもできる。以下、図８のフローチャートを参照して説明する。図８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レチクル（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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得ることができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投影光学系では、広い投影視野および高い解像力を確保しつつ、像面の平坦性に優れ、且つ温度変化による焦点位置の変動の比較的少ない、良好な光学性能を達成することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、装置および材料の高コスト化を招くことなく、良好な露光を行うことができる。また、本発明では、本発明の露光装置を用いた良好な露光により、大面積で良好なマイクロデバイスを製造することができる。また、本発明の投影光学系の製造方法によれば、高い光学性能を有する投影光学系を得ることができるにもかかわらず、高いコスト化を招くことなく製造時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における投影光学系のコマ収差を示す図である。
【図５】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】第２実施例における投影光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における投影光学系のコマ収差を示す図である。
【図８】本実施形態の露光装置を用いてプレート上に所定の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液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる投影光学系の製造方法の製造フローを示すフローチャートである。
【図１０】各レンズを形成すべきブロック硝材の屈折率の絶対値および屈折率分布を測定する干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】設計値が球面である球面レンズの面形状計測に好適な干渉計装置の構成を概略的に示す図である。
【図１２】ｉ線ランプ光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１３】ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するＰＤＩ方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。
【図１４】間隔調整や偏芯調整が可能に構成された投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１  光源
２  楕円鏡
４  コリメートレンズ
５  波長選択フィルター
６  フライアイレンズ
７  開口絞り
８  コンデンサー光学系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｐ  プレート
Ｇ１  第１部分光学系
Ｇ２  第２部分光学系
ＡＳ  開口絞り
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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