(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの石英ガラス光学部材を有する投影光学系において、
前記各光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内の複数の箇所の複屈折値を測定し、該複数の複屈折値とその進相軸の向きに基づいて符号付複屈折値の分布を求め、該符号付複屈折値の分布に基づき算出される前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように前記光学部材が互いに組み合わされている前記投影光学系。
【請求項２】
前記光学部材が、前記投影光学系全体の実効光路に基づく前記符号付複屈折値のストレール（Strehl）値が０．９３以上となる配置条件を更に満たすように互いに組み合わされている請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記光学部材の光軸に垂直な面内の前記中心周辺の前記符号付複屈折値が−０．２〜＋０．２ｎｍ／ｃｍである請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記光学部材の光軸に垂直な面内の前記符号付複屈折値の分布が前記中心周辺以外に極値を持たない請求項１に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記光学部材の光軸に垂直な面内の前記符号付複屈折値の最大値と最小値の差が２．０ｎｍ／ｃｍ以下である請求項１に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記光学部材の光軸に垂直な面内の半径方向に対する前記符号付複屈折値の分布の勾配の最大値が、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍ以下である請求項１に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値による前記光学部材の配置条件が下記式に基づいて表現される請求項１に記載の投影光学系。
【数１】
0004207389.tif 000010
[式（１）〜（６）中、
ｉは、前記投影光学系を構成する前記光学部材Ｌの番号（ｉ＝１，２，…，ｍ；２≦ｍ）を示し、
ｊは、前記光学部材Ｌにおける光軸に垂直な有効断面上に想定される、前記光軸を中心とし且つ該光軸からの半径が互いに相違する同心円Ｃの番号（ｊ＝１，２，…，ｎ；１≦ｎ）を示し、
ｋは、前記同心円Ｃの円周上にある測定点の番号（ｋ＝１，２，…，ｈ；１≦ｈ）を示し、
Ａijkは、光学部材Ｌｉにおける同心円Ｃijの円周上にあるｋ番目の測定点Ｐijkにおける前記符号付複屈折値を示し、
Ｂijは、光学部材Ｌｉにおける同心円Ｃijの円周上にある測定点の符号付複屈折値の相加平均である平均符号付複屈折値を示し、
Ｔiは、光学部材Ｌｉの見かけの厚みを示し、
Ｅijは、平均符号付複屈折値Ｂijと見かけの厚みＴiとの積である平均符号付複屈折量を示し、
Ｄは、前記投影光学系全体の見かけの総光路長を示し、
Ｇjは、前記投影光学系全体における平均符号付複屈折量Ｅijの総和を総光路長Ｄで除した符号付複屈折値の平均変化量を示し、
Ｈは、前記投影光学系全体における符号付複屈折値の平均変化量Ｇjの総和を同心円の数ｎで除した前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値を示す]
【請求項８】
前記符号付複屈折値のストレール値による前記光学部材の配置条件が下記式に基づいて表現される請求項１に記載の投影光学系。
【数２】
0004207389.tif 000011
[式（７）〜（９）中、λは光源の波長を示し、
Ｘは、前記投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づく前記符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される前記符号付複屈折値の平均値を示し、
σは、前記投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づいた前記符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される前記符号付複屈折値の標準偏差を示し、
Ｓiは、前記光学部材Ｌｉの実効光路に基づいた前記符号付複屈折値のストレール（Strehl）強度を示し、
Ｓは、前記光学部材Ｌｉを全て組み合わせた場合における投影光学系全体の実効光路に基づいた前記符号付複屈折値のストレール値を示す]
【請求項９】
露光光源と、パターン原像の形成されたレチクルと、前記露光光源から出力される光を前記レチクルに照射する照射光学系と、前記レチクルから出力されるパターン像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記レチクルと前記感光基板の位置合わせを行うアライメント系と、を有する投影露光装置であって、
前記投影光学系として請求項１に記載の投影光学系を備える投影露光装置。
【請求項１０】
前記露光光源が２５０ｎｍ以下の波長の光を露光光として出射する請求項９に記載の投影露光装置。
【請求項１１】
少なくとも２つの石英ガラス光学部材を有する投影光学系の製造方法であって、
前記各光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内の複数の箇所の複屈折値を測定し、該複数の複屈折値とその進相軸の向きに基づいて該光軸に垂直な面内の符号付複屈折値の分布を求める工程と、
前記各光学部材の符号付複屈折値の分布に基づき前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値を算出する工程と、
前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように前記光学部材を互いに組み合わせる工程と、
を有する前記投影光学系の製造方法。
【請求項１２】
前記投影光学系の製造方法において、光線追跡試験により前記各光学部材の実効光路に基づいた前記符号付複屈折値の分布を測定する工程と、
前記各光学部材の実効光路に基づいた前記符号付複屈折値の分布から前記投影光学系全体の実効光路に基づいた前記符号付複屈折値のストレール（Strehl）値を算出する工程と、
該ストレール値が０．９３以上となる配置条件を満たすように前記光学部材を互いに組み合わせる工程と、
を更に有する請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１３】
前記光学部材として、前記光軸に垂直な面内の前記中心周辺の前記符号付複屈折値が−０．２〜＋０．２ｎｍ／ｃｍである光学部材を使用する請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１４】
前記光学部材として、前記光軸に垂直な面内の前記符号付複屈折値の分布が前記中心周辺以外に極値を持たない光学部材を使用する請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１５】
前記光学部材として、前記光軸に垂直な面内の前記符号付複屈折値の最大値と最小値の差が２．０ｎｍ／ｃｍ以下である光学部材を使用する請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１６】
前記光学部材として、前記光軸に垂直な面内の半径方向に対する前記符号付複屈折値の分布の勾配の最大値が、、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍ以下である光学部材を使用する請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１７】
前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値による前記光学部材の配置条件を下記式に基づいて導く請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【数３】
0004207389.tif 000012
[式（１）〜（６）中、
ｉは、前記投影光学系を構成する前記光学部材Ｌの番号（ｉ＝１，２，…，ｍ；２≦ｍ）を示し、
ｊは、前記光学部材Ｌにおける光軸に垂直な有効断面上に想定される、前記光軸を中心とし且つ該光軸からの半径が互いに相違する同心円Ｃの番号（ｊ＝１，２，…，ｎ；１≦ｎ）を示し、
ｋは、前記同心円Ｃの円周上にある測定点の番号（ｋ＝１，２，…，ｈ；１≦ｈ）を示し、
Ａijkは、光学部材Ｌｉにおける同心円Ｃijの円周上にあるｋ番目の測定点Ｐijkにおける前記符号付複屈折値を示し、
Ｂijは、光学部材Ｌｉにおける同心円Ｃijの円周上にある測定点の符号付複屈折値の相加平均である平均符号付複屈折値を示し、
Ｔiは、光学部材Ｌｉの見かけの厚みを示し、
Ｅijは、平均符号付複屈折値Ｂijと見かけの厚みＴiとの積である平均符号付複屈折量を示し、
Ｄは、前記投影光学系全体の見かけの総光路長を示し、
Ｇjは、前記投影光学系全体における平均符号付複屈折量Ｅijの総和を総光路長Ｄで除した符号付複屈折値の平均変化量を示し、
Ｈは、前記投影光学系全体における符号付複屈折値の平均変化量Ｇjの総和を同心円の数ｎで除した前記投影光学系全体の符号付複屈折特性値を示す]
【請求項１８】
前記符号付複屈折値のストレール値による前記光学部材の配置条件を下記式に基づいて導く請求項１１に記載の投影光学系の製造方法。
【数４】
0004207389.tif 000013
[式（７）〜（９）中、λは光源の波長を示し、
Ｘは、前記投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づく前記符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される前記符号付複屈折値の平均値を示し、
σは、前記投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づいた前記符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される前記符号付複屈折値の標準偏差を示し、
Ｓiは、前記光学部材Ｌｉの実効光路に基づいた前記符号付複屈折値のストレール（Strehl）強度を示し、
Ｓは、前記光学部材Ｌｉを全て組み合わせた場合における投影光学系全体の実効光路に基づいた前記符号付複屈折値のストレール値を示す]
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、投影光学系、その製造方法、並びにそれを使用した投影露光装置に関する。より詳しくは、半導体製造に好適な紫外域の光源を用いて所定のマスクパターンを基板上に転写する場合に使用する投影光学系、その製造方法、並びにそれを使用した投影露光装置に関する。
【０００２】
背景技術
従来、半導体製造用の投影露光装置としては、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すような構造を有するものが用いられている。
【０００３】
すなわち、図１６Ａに示す投影露光装置８００においては、水銀アーク灯等の光源５０１からの光束は楕円鏡５０２により集光された後、コリメータレンズ５０３により平行光束に変換される。そしてこの平行光束は、図１６Ｂに示すような断面が四角形の光学素材５０４ａの集合体よりなるフライアイレンズ５０４を通過することにより、これの射出側に複数の光源像が形成される。この光源像位置には、円形状の開口部を有する開口絞り５０５が設けられている。この複数の光源像からの光束はコンデンサーレンズ５０６によって集光され、被照射物体としてのレチクルＲを重畳的に均一照明する。
【０００４】
このようにして照明光学系によって均一照明されたレチクルＲ上のパターンは、複数のレンズよりなる投影光学系５０７によって、レジストが塗布されたウェハＷ上に投影露光される。このウェハＷは２次元的に移動するウェハステージＷＳ上に載置されており、図１６Ａの投影露光装置８００では、ウェハ上での１ショット領域の露光が完了すると、次のショット領域への露光のために、順次ウェハステージを２次元移動させるいわゆるステップアンドリピート方式の露光が行われる。
【０００５】
また、近年においては、レチクルＲに対し長方形状または円弧状の光束を照射し、投影光学系５０７に関して共役に配置されたレチクルＲとウェハＷとを一定方向に走査することにより、高いスループットでレチクルＲのパターンをウェハＷ上へ転写することが可能な走査露光方式が提案されている。
【０００６】
上記いずれの方式の投影露光装置においても、その光学系に用いられる光学部材としては、使用する光源の波長に対する透過率が高いことが望まれる。これは、投影露光装置の光学系は多数の光学部材の組み合わせにより構成されており、たとえレンズ１枚当たりの光損失が少なくとも、それが光学部材の使用枚数分だけ積算されると、トータルでの透過率低下の影響が大きいからである。透過率が悪い光学部材を用いると、露光光を吸収することによって光学部材の温度が上昇して屈折率の不均質が生じ、さらには光学部材の局所的熱膨張によって研磨面の変形をもらたす。これによって光学性能の劣化が生じる。
【０００７】
一方、投影光学系においては、より微細かつ鮮明な投影露光パターンを得るために、光学部材の屈折率の高い均質性が要求される。これは、屈折率のばらつきにより光の進み遅れが生じ、これが投影光学系の結像性能に大きく影響するからである。
【０００８】
そこで、紫外域（波長４００ｎｍ以下）の投影露光装置の光学系に用いられる光学部材の材料としては、紫外域での透過率が高く、均質性に優れた石英ガラスあるいはフッ化カルシウム結晶が一般的に用いられている。
【０００９】
また、近年においては、ウェハ面上により微細なマスクパターン像を転写する、すなわち解像度を向上させるために、光源の波長を短くすることが提案されている。例えば、これまでのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）から、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が進められている。
【００１０】
このような短波長のエキシマレーザを用いた投影露光においては、より微細なマスクパターンを得ることを目的としているため、透過率や屈折率の均質性について、より高い特性をもつ材料が用いられている。
【００１１】
発明の開示
しかしながら、そのような高い透過率や高い屈折率の均質性を有する材料であっても、複数の材料を組み上げて光学系とした際に、所望の解像度が得られないことがあった。
【００１２】
そこで、本発明は、高い結像性能を有する投影光学系、その製造方法、並びに高い解像度を得ることが可能な投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、まず、光学部材の材料の複屈折が、投影光学系の結像性能及び投影露光装置の解像度に大きく影響することを突き止めた。そして、光学部材の材料の複屈折の大きさ、すなわち複屈折値（絶対値）が２ｎｍ／ｃｍ以下で且つ光学部材内の複屈折の分布が中央対称であれば、投影光学系の設計性能に近い結像性能及び投影露光装置の設計性能に近い解像度が得られることを見出し、特開平８−１０７０６０号公報において開示している。
【００１４】
しかしながら、投影露光装置の解像度に対する要求がさらに高まり、光源としてより短波長の光を用いたり、光学部材として大口径かつ厚みの大きなものを用いた場合には、上記従来の設計思想を採用しても投影光学系の良好な結像性能及び投影露光装置の良好な解像度を得ることができない場合があった。
【００１５】
そこで、本発明者らはさらに研究した結果、良好な透過率や良好な屈折率の均質性を有する光学部材を使用しても所望の光学性能を有する投影光学系及び投影露光装置を得ることができない原因として、光学部材の有する複屈折の分布状態が光学部材ごとに異なるため、複数の光学部材を投影光学系として組み上げた場合に光学系全体で異なる複屈折の分布が積算され、結果として光学系全体での光の波面に乱れを生じさせ、投影光学系の結像性能や投影露光装置の解像度に大きな影響を与えていることを見出した。
【００１６】
すなわち、従来の光学部材の複屈折の評価は、その大きさ（絶対値）の大小で議論されているに過ぎず、また、上記の光学部材内の複屈折値の分布という概念もなかった。例えば、石英ガラス部材の複屈折値を測定する場合は、部材の径の９５％付近の数箇所の複屈折値を測定し、その最大値をその部材における複屈折値として用いることが当業者の認識であった。ところが、石英ガラス部材の複屈折値の分布を詳細に測定したところ、本発明者らは複屈折値は実際は不均一な分布を有していることを見出したのである。
【００１７】
従って、屈折率の均質性の高い石英ガラス部材であっても部材内の数カ所の複屈折値の最大値の管理だけでは部材内の複屈折の影響を十分に評価することができず、特に、複数の部材を組み合わせる場合に所望の性能の光学系を得ることは非常に困難であることがわかった。このような石英ガラス部材内の複屈折値の不均一な分布は、合成時の温度分布、不純物の不均一な分布、あるいはＳｉＯ2の構造欠陥の不均一な分布に起因して、石英ガラス部材の冷却時に部材内に複屈折値の不均一な分布が形成されるものと考えられる。
【００１８】
このように、複数の光学部材により構成された光学系全体での複屈折の評価は、個々の光学部材の複屈折の大きさのみでは単純に表すことはできないため、本発明者らは、光学部材内の複屈折値の不均一な分布が光学系に与える影響を詳細に検討した。その結果、この複屈折値の不均一な分布を進相軸の向きに注目してみた場合に、進相軸の向きが同じである複屈折値の分布を有する光学部材を用いて光学系を構成すると複屈折値が積算され、光学系の性能に悪影響を及ぼすこと、反対に進相軸の向きの異なる光学部材を組み合わせることにより、個々の部材の有する複屈折による悪影響が光学系全体では打ち消されることを初めて見出し、本発明に到達した。
【００１９】
すなわち、本発明の投影光学系は、少なくとも２つの石英ガラス光学部材を有する投影光学系において、各光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内の複数の箇所の複屈折値を測定し、複数の複屈折値とその進相軸の向きに基づいて符号付複屈折値の分布を求め、符号付複屈折値の分布に基づき算出される投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように各光学部材が互いに組み合わされていることを特徴とする。
【００２０】
各光学部材を上記の符号付複屈折値に基づく配置条件を満たすように組み合わせることにより、個々の光学部材の有する複屈折値の不均一な分布を進相軸の向きに注目して定量的に評価することができ、更に光学部材内の複屈折の分布が互いに打ち消し合うようにそれぞれの符号付複屈折値から光学系全体の符号付複屈折特性値を定量的に見積もりながら光学系を組み上げることが可能となるので、良好な結像性能を有する投影光学系を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の投影露光装置は、露光光源と、パターン原像の形成されたレチクルと、露光光源から出力される光を前記レチクルに照射する照射光学系と、レチクルから出力されるパターン像を感光基板上に投影する投影光学系と、レチクルと前記感光基板の位置合わせを行うアライメント系とを有する投影露光装置であって、投影光学系として前記本発明の投影光学系を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
前記本発明の投影光学系を備えることにより、本発明の投影露光装置は、優れた解像度を得ることができる。
【００２３】
さらに、本発明の投影光学系の製造方法は、少なくとも２つの石英ガラス光学部材を有する投影光学系の製造方法であって、各光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内の複数の箇所の複屈折値を測定し、複数の複屈折値とその進相軸の向きに基づいて光軸に垂直な面内の符号付複屈折値の分布を求める工程と、各光学部材の符号付複屈折値の分布に基づき投影光学系全体の符号付複屈折特性値を算出する工程と、投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように光学部材を互いに組み合わせる工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
ここで、本発明における「符号付複屈折値」の概念について説明する。
【００２５】
符号付複屈折値とは、光学部材の複屈折値を求める際に屈折率楕円体において定義される進相軸の向きを考慮して複屈折値に符号を付したものである。
【００２６】
より詳しくは、光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内において、光束の円形照射を受ける領域を略円形の有効断面とし、この有効断面上にある複屈折測定点の微小領域内の進相軸の向きと、光学部材の光軸との交点である中心からの放射方向とが平行な場合に測定された複屈折値にプラス（或いはマイナス）の符号を付し、垂直な場合にマイナス（或いはプラス）の符号を付するものである。
【００２７】
また、上記の複屈折値への符号の付し方は、光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内に複数の光束が照射される場合にも適用できる。この場合にも、光学部材の光軸との交点である中心からの放射方向と、複数の光束が照射されているそれぞれの有効断面上にある複屈折測定点の微小領域内の進相軸の向きとが平行な場合に測定された複屈折値にプラス（或いはマイナス）の符号を付し、垂直な場合にマイナス（或いはプラス）の符号を付するものである。
【００２８】
更に、上記の複屈折値への符号の付し方は、光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内に断面円形状以外の形状を有する光束、例えば断面リング状或いは断面楕円状の光束が照射される場合にも適用できる。この場合にも、光学部材の光軸との交点である中心からの放射方向と、複数の光束が照射されているそれぞれの有効断面上にある複屈折測定点の微小領域内の進相軸の向きとが平行な場合に測定された複屈折値にプラス（或いはマイナス）の符号を付し、垂直な場合にマイナス（或いはプラス）の符号を付するものである。
【００２９】
なお、以下の説明においては、光束が照射されている有効断面上にある複屈折測定点の微小領域内の進相軸の向きと、光学部材の光軸との交点である中心からの放射方向とが平行な場合に測定された複屈折値にプラスの符号を付し、垂直な場合にマイナスの符号を付する場合について説明する。
【００３０】
以下に、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを用いて符号付複屈折値を更に具体的に説明する。
【００３１】
図１Ａは、光学部材Ｌ１の有効断面上の中心Ｏ1からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4の距離にある複屈折測定点Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13，Ｐ14における進相軸の向きを示す模式図である。なお、この図においては説明の便宜上、複屈折測定点Ｐ11〜Ｐ14は中心Ｏ1を通り半径方向にのびる直線Ｑ1上に設定されている。図中、各測定点の円で示される微小領域の大きさは各測定点における光路差に相当する。また、これらの微小領域内の線分Ｗ11，Ｗ12，Ｗ13，Ｗ14の向きは進相軸の向きを示す。測定点Ｐ11〜Ｐ14の進相軸の向きは全て直線Ｑ1の方向すなわち半径方向に平行であるので、測定点Ｐ11〜Ｐ14の複屈折値は全てプラスの符号を付して表現される。このようにして得られた図１Ａに示す測定点Ｐ11〜Ｐ14の符号付複屈折値Ａ11，Ａ12，Ａ13，Ａ14の半径方向に対する分布を描くと、例えば図１Ｂのようなプロフィールとなる。
【００３２】
図２Ａは、図１Ａと同様に光学部材Ｌ２の有効断面上の中心Ｏ2からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4の距離にある複屈折測定点Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23，Ｐ24における進相軸の向きを示す模式図である。この場合には、測定点Ｐ21〜Ｐ24の進相軸Ｗ21，Ｗ22，Ｗ23，Ｗ24の向きは全て直線Ｑ2の方向すなわち半径方向に垂直であるので、測定点Ｐ21〜Ｐ24の符号付複屈折値Ａ21，Ａ22，Ａ23，Ａ24は全てマイナスの符号を付して表現される。このようにして得られた図２Ａに示す測定点Ｐ21〜Ｐ24の符号付複屈折値Ａ21〜Ａ24の半径方向に対する分布を描くと、例えば図２Ｂのようなプロフィールとなる。
【００３３】
図３Aは、図１Ａと同様に光学部材Ｌ３の有効断面上の中心Ｏ3からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4，ｒ5の距離にある複屈折測定点Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33，Ｐ34，Ｐ35における進相軸の向きを示す模式図である。この場合には、測定点Ｐ31〜Ｐ35の進相軸Ｗ31，Ｗ32，Ｗ33，Ｗ34，Ｗ35の向きは、測定点Ｐ31〜Ｐ33においては直線Ｑ3の方向すなわち半径方向に平行であり、測定点Ｐ34，Ｐ35においては半径方向に垂直であるので、測定点Ｐ31〜Ｐ35において得られる符号付複屈折値Ａ31〜Ａ35の半径方向に対する分布は、図３Bに示すようなプロフィールとなる。
【００３４】
次に、本発明における「投影光学系全体の符号付複屈折特性値」について図４Ａ及び図４Ｂに基づき説明する。
【００３５】
図４Ａは、投影光学系を構成するｍ個の光学部材を光源から順に配列させた模式的側面図である。また、図４Ｂは、図４Ａに示すｍ個の光学部材のうち光源からｉ番目に配置される光学部材Ｌｉの光軸に垂直な有効断面を示す模式的断面図である。
【００３６】
本発明においては、光学部材内の複屈折値の分布は光軸方向に平行な部材の厚み方向については均一であり、光軸に垂直な有効断面上の半径方向については不均一であると仮定する。ここで、「有効断面」とは光学部材の光軸に垂直な面内のうち光束の照射を受ける領域を示す。そして、光軸との交点を有効断面の中心とし、その半径を光学部材の有効断面の有効半径とする。また、投影光学系全体の符号付複屈折特性値を測定する際には、光学部材ごとにその有効断面の大きさが相違するため、図４Ａに示すように各光学部材の最大有効半径ｒnが１となるように予め全光学部材の有効断面の大きさをノーマライズする。
【００３７】
なお、光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内に複数の光束が照射される場合には、個々の光束に対応する有効断面について各光学部材の最大有効半径ｒnが１となるように予め全光学部材の有効断面の大きさをノーマライズする。
【００３８】
更に、光学部材の光軸との交点を中心とする光軸に垂直な面内に断面円形状以外の形状を有する光束、例えば断面リング状或いは断面楕円状の光束が照射される場合にも、個々の光束に対応する有効断面について各光学部材の最大有効半径ｒnが１となるように予め全光学部材の有効断面の大きさをノーマライズする。
【００３９】
例えば、断面リング状の光束が照射される場合には、リングの最大外径が１となるように予め全光学部材の有効断面の大きさをノーマライズし、符号付複屈折値の測定については以下に説明する断面円形状の光束に対する測定と同様に行えばよい。また、断面楕円状の光束が照射される場合には、楕円の長軸の最大外径が１となるように予め全光学部材の有効断面の大きさをノーマライズし、符号付複屈折値の測定については以下に説明する断面円形状の光束に対する測定と同様に行えばよい。
【００４０】
投影光学系全体の符号付複屈折特性値を測定するためには、先ず、図４Ｂに示すように、１つの光学部材Ｌｉについてその有効断面上に中心をＯｉとし且つ中心からの半径が互いに相違する複数の同心円Ｃijのモデルを仮定する。次に中心Ｏiからの半径がｒjであるｊ番目の同心円Ｃij上にあるｋ番目の測定点Ｐijkの複屈折値を測定する。更に、測定点Ｐijkにおける進相軸の向きと半径方向との関係から符号を付して測定点Ｐijkの符号付複屈折値Ａijkとする。
【００４１】
ここで、ｉは、投影光学系を構成する前記光学部材Ｌの番号（ｉ＝１，２，…，ｍ；２≦ｍ）を示す。また、ｊは、光学部材Ｌにおける光軸に垂直な有効断面上に想定される、光軸を中心とし且つ該光軸からの半径が互いに相違する同心円Ｃの番号（ｊ＝１，２，…，ｎ；１≦ｎ）を示す。更に、ｋは、同心円Ｃの円周上にある測定点の番号（ｋ＝１，２，…，ｈ；１≦ｈ）を示す。このようにして同一の同心円Ｃij上の所定の測定点Ｐij1〜Ｐijhにおける符号付複屈折値Ａij1〜Ａijhを測定する。
【００４２】
次に、下記式に従い、光学部材Ｌｉにおける同心円Ｃijの円周上にある測定点の符号付複屈折値の相加平均である平均符号付複屈折値Ｂijを算出する。
【００４３】
【数５】
0004207389.tif 000002
次に、下記式に従い、平均符号付複屈折値Ｂijと見かけの厚みＴiとの積である平均符号付複屈折量を示しＥijを算出する。
【００４４】
【数６】
0004207389.tif 000003
ここで、Ｔiは、光学部材Ｌｉの見かけの厚みを示す。この見かけの厚みとしては、光学部材Ｌｉの有効断面内の厚みの平均値、又は、光学系内に配置した場合に光学部材Ｌｉの上下の位置に組み合わされる他の部材とのマッチングによる実効的な厚みのどちらかが適宜選択されることになる。
【００４５】
次に、下記式に従い、投影光学系全体における平均符号付複屈折量Ｅijの総和を総光路長Ｄで除した符号付複屈折値の平均変化量Ｇjを算出する。
【００４６】
【数７】
0004207389.tif 000004
ここで、Ｄは、下記式で表される投影光学系全体の見かけの総光路長を示す。
【００４７】
【数８】
0004207389.tif 000005
次に、下記式に従い、投影光学系全体における符号付複屈折値の平均変化量Ｇjの総和を同心円の数ｎで除した投影光学系全体の符号付複屈折特性値Ｈを算出する。
【００４８】
【数９】
0004207389.tif 000006
このようにして求めた投影光学系全体の符号付複屈折特性値Ｈが下記式を満たす場合にその投影光学系全体は優れた結像性能を示し、このような投影光学系を備える投影露光装置は優れた解像度を示すことになる。
【００４９】
【数１０】
0004207389.tif 000007
【００５０】
発明を実施するための最良の形態
先ず、本発明の投影光学系について説明する。図５は、本発明の投影光学系の一例を示す概略構成図である。
【００５１】
図５に示す投影光学系１００は、第１物体としてのレチクルＲ側より順に、正のパワーの第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーの第２レンズ群Ｇ２と、負のパワーの第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーの第４レンズ群Ｇ４と、負のパワーの第５レンズ群Ｇ５と、正のパワーの第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。そして、物体側（レチクルＲ側）及び像側（ウエハＷ側）においてほぼテレセントリックとなっており、縮小倍率を有するものである。また、この投影光学系のＮ．Ａ．は０．６、投影倍率が１／４である。
【００５２】
この投影光学系においては、Ｌ４５、Ｌ４６、Ｌ６３、Ｌ６５、Ｌ６６、Ｌ６７の６箇所に、色収差を補正する目的でフッ化カルシウム単結晶を用いる。
【００５３】
上記の本発明の投影光学系は、先に述べた（１）〜（６）式の算出法により、各光学部材Ｌ１１〜Ｌ６１０について光軸Ｚとの交点を中心とする光軸AXに垂直な面内の符号付複屈折値の分布から投影光学系全体の符号付複屈折特性値を算出しており、この投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように各光学部材が互いに組み合わされている。
【００５４】
各光学部材を先に述べた符号付複屈折値に基づく配置条件を満たすように組み合わせることにより、個々の光学部材の有する複屈折値の不均一な分布を進相軸の向きに注目して定量的に評価することができ、更に光学部材の複屈折値の分布が互いに打ち消し合うようにそれぞれの符号付複屈折値から光学系全体の符号付複屈折特性値を定量的に見積もりながら光学系を組み上げることが可能となるので、良好な結像性能を有する投影光学系を得ることができる。
【００５５】
また、本発明の投影光学系は、光学部材が、投影光学系全体の実効光路に基づく符号付複屈折値のストレール（Strehl）値が０．９３以上となる配置条件を更に満たすように互いに組み合わされていることが好ましい。
【００５６】
本発明者らは光学部材内の複屈折の分布の評価について、光学部材有効断面の中心及びその周辺部の実効光路を考慮した符号付複屈折値のストレール強度を用いることが有効であることを見出した。本発明者らによりはじめて導入された複屈折のストレール値は、有効断面を通過する光線の実効光路を考慮しているため、光学系全体の符号付複屈折特性値による評価とあわせることにより、光学部材内の更に精密な複屈折の分布の評価を行うことができる。
【００５７】
この符号付複屈折値のストレール値による各光学部材の配置条件は下記式に基づいて表現される。
【００５８】
【数１１】
0004207389.tif 000008
[式（７）〜（９）中、λは光源の波長を示す。Ｘは、投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づく符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される符号付複屈折値の平均値を示す。σは、投影光学系全体の光線追跡試験により光学部材Ｌｉについて得られる実効光路に基づいた符号付複屈折値の有効半径方向に対する分布から決定される符号付複屈折値の標準偏差を示す。Ｓiは、各光学部材Ｌｉごとの実効光路に基づいた符号付複屈折値のストレール（Strehl）強度を示す。Ｓは、各光学部材Ｌｉを全て組み合わせた場合における投影光学系全体の実効光路に基づいた符号付複屈折値のストレール値を示す。]
【００５９】
更に、本発明の投影光学系は、光学部材Ｌｉの中心Ｏi周辺の符号付複屈折値が、０．２ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。光学部材に照射される光のほとんどは、光学部材の中心部に光軸を持つため、上記の条件を満たす光学部材を用いることにより、中心部に複屈折を有する光学部材を用いた場合と比較して複屈折の影響を大幅に低減することが可能となる。
【００６０】
また、本発明の投影光学系は、光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布が、中心Ｏi以外に極値を持たないことが好ましい。さらに、光学部材の符号付複屈折値の分布が中心以外に極値を持たないものであれば、光学系全体での符号付複屈折特性値を見積もることが容易であり、個々の部材の複屈折の影響を効果的に打ち消し合って所望の光学性能を得ることが可能となる。
【００６１】
更に、本発明の投影光学系は、光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの最大値と最小値の差ΔＢiが２．０ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
本発明者らはこのような光学部材を用いて投影光学系を構成することにより、投影光学系良好な結像性能を得ることを見出した。更にこのような投影光学系を投影露光装置に備えた場合に、ウェハ面全体にわたって均一な解像度が得られることを見出した。平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布における最大値と最小値の差ΔＢiが大きいということは、光学部材の平均符号付複屈折値Ｂij、更には、符号付複屈折値Ａijkのばらつきが大きいことになる。平均符号付複屈折値Ｂijの最大値と最小値の差ΔＢiが２．０ｎｍ／ｃｍより大きい光学部材に光を照射した場合、光の通る位置によって符号付複屈折値Ａijkの差が大きいため、光束の波面に乱れを生じ、光学系の結像性能が極端に低下する傾向がある。
【００６３】
また、本発明の投影光学系は、各光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向における分布曲線の勾配の最大値Ｆiが、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。このような光学部材を用いて投影光学系を構成することにより、投影光学系良好な結像性能を得ることができる。更にこのような投影光学系を投影露光装置に備えた場合には、ウェハ面全体にわたって均一な解像度が得られる。上記の平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布における最大値と最小値の差ΔＢiが大きい場合と同様に、平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向における分布曲線の勾配の最大値Ｆiが大きいということは、光学部材の平均符号付複屈折値Ｂij、更には、符号付複屈折値Ａijkのばらつきが大きいことになる。平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向における分布曲線の勾配の最大値Ｆiが、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍより大きい光学部材に光を照射した場合、光の通る位置によって符号付複屈折値Ａijkの差が大きいため、光束の波面に乱れを生じ、光学系の結像性能が極端に低下する傾向がある。
【００６４】
なお、従来の「複屈折の大きさ（複屈折値）」と本発明における「符号付複屈折値の最大値と最小値の差」は、いずれも単位ｎｍ／ｃｍで表されるが、前者は進相軸の方向を考慮していない複屈折値の最大値｜ｍａｘ｜で示される値であるのに対し、後者は進相軸の方向が光学部材の半径方向と平行な部分で最大の値（プラスの符号付複屈折値の最大値）と進相軸の方向が光学部材の半径方向と垂直な部分で最大の値（マイナスの符号付複屈折値の最大値）との差：（＋Ａmax）−（−Ａmax）或いは平均符号付複屈折値Ｂijの場合には（＋Ｂmax）−（−Ｂmax）で示されるものである。
【００６５】
次に、本発明の投影光学系の製造方法について説明する。
【００６６】
図６は、本発明の投影光学系の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００６７】
図示の通り、本発明の投影光学系の製造方法は、主として合成石英ガラスインゴットを製造するステップ２００と、得られた合成石英ガラスインゴットから光学部材の切り出しを行うステップ２１０と、切り出した光学部材の熱処理を行うステップ２２０と、熱処理済みの光学部材内の符号付複屈折値Ａijkを測定するステップ２３０と、得られた符号付複屈折値Ａijkから平均符号付複屈折値Ｂijk及びとから平均符号付複屈折値Ｅijを算出するステップ２４０と、ステップ２４０において得られた光学部材内の符号付複屈折値の分布データから使用する光学部材を選択するステップ２５０と、ステップ２５０において選択された複数の光学部材を投影光学系全体の複屈折複屈折特性値に基づく配置条件のもとに配列するステップ２６０と、ステップ２６０において組み上げた投影光学系について実効光路に基づく符号付複屈折値のストレール値を測定するステップ２７０と、ステップ２７０において得られたストレール値に基づく配置条件のもとに光学部材を再び配列するステップ２８０とから構成されている。
【００６８】
以下、図６のフローチャートに従い、本発明の投影光学系の製造方法の詳細について説明する。
【００６９】
先ず、ステップ２００の合成石英ガラスの製造について説明する。
【００７０】
本発明の投影光学系に用いられる石英ガラス部材は、例えば、ａ）ケイ素化合物を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子（いわゆるスート）を得、該ガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス（いわゆるスート体）を形成する。該多孔質ガラスを軟化点（好ましくは融点）近傍以上の温度で透明化させ、透明石英ガラスを得る方法ｂ）ケイ素化合物を酸水素火炎中で加水分解し、得られたガラス微粒子をターゲット上に堆積させると同時に透明ガラス化を行い、透明石英ガラスを得る方法等が用いられる。ａの方法はスート法、ｂの方法は直接法と呼ばれる。
【００７１】
スート法において、多孔質ガラスの形成方法は特に限定されず、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ゾルゲル法などが用いられる。
【００７２】
以下に、直接法（火炎加水分解法とも呼ばれる）により石英ガラス部材を製造する方法を説明する。
【００７３】
図７に、本発明において用いられる石英ガラスインゴット４７０を合成するための合成炉４００を示す。
【００７４】
バーナ４１０は石英ガラス製の多重管構造のものであって、炉の上部からターゲット４２０にその先端部を向けて設置されている。炉壁は炉枠４４０及び耐火物４３０により構成されており、観察用の窓（図示せず）、ＩＲカメラ監視用窓４５０、及び排気系４６０が設けられている。炉の下部には、インゴット４７０形成用のターゲット４２０が配設されており、ターゲット４２０は、支持軸４８０を介して炉の外にあるＸＹステージ（図示せず）に接続されている。支持軸４８０はモータにより回転可能とされており、ＸＹステージはＸ軸サーボモータおよびＹ軸サーボモータによりＸ方向およびＹ方向に２次元的に移動可能とされている。
【００７５】
バーナ４１０から酸素含有ガス、水素含有ガスが噴出され、これが混合され火炎を形成する。この火炎中に原料のケイ素化合物をキャリアガスで希釈してバーナの中心部から噴出させると、原料が加水分解されて石英ガラス微粒子（スート）が発生する。これを、回転、揺動するターゲット上に堆積させ、これと同時に溶融・ガラス化することにより、透明石英ガラスのインゴットが得られる。このとき、インゴット上部は火炎に覆われており、インゴット上部の合成面の位置を常にバーナから等距離に保つようにターゲットがＺ方向に引き下げられる。
【００７６】
バーナ４１０の中心部から噴出させる原料としては、ＳｉＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3等のケイ素の塩化物、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｆ6等のケイ素のフッ化物、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン等のシロキサン類、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン等のシラン類などの有機ケイ素、その他ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等が挙げられる。
【００７７】
石英ガラス部材の有効断面の中心周辺の符号付複屈折値が−０．２〜＋０．２ｎｍ／ｃｍである石英ガラス部材を得る方法としては、上述の合成石英ガラスの製造方法により大口径のインゴットを製造し、ここから所望の口径の光学部材を切り出すことが最も簡易な方法である。この場合、インゴットと、光学部材の幾何学的中心を一致させることが必要となる。大口径のインゴットは、口径の小さいインゴットと比較して符号付複屈折値の分布がフラットとなる傾向があるため、ここから切り出された光学部材の歪の分布もフラットとなる。これは、インゴットの合成面中央部の温度勾配が、インゴット側面に近い合成面周辺部の温度勾配より小さいことによると考えられる。
【００７８】
また、有効断面の中心周辺以外に符号付複屈折値の分布の極値を持たない石英ガラスを得る際もやはり大口径のインゴットを製造し、その符号付複屈折値の分布を確認して中心部以外に複屈折を持たないように光学部材を切り出す。あるいは、複屈折が緩和される充分に高い温度で保持した後、徐々に冷却するアニール操作を行うことにより、中心部の複屈折が０．２ｎｍ／ｃｍ以下で、中心部以外に極値を持たない符号付複屈折値の分布を有する石英ガラス部材を得ることができる。
【００７９】
符号付複屈折値の最大値と最小値の差が２．０ｎｍ／ｃｍ以下、あるいは符号付複屈折値の半径方向に対する符号付複屈折値の分布の勾配の最大値が、幅１０ｍｍに対して０．２ｎｍ／ｃｍ以下といった、部材内の符号付複屈折値の分布のばらつきの小さい光学部材を得る際にも大口径のインゴットから切り出す方法や複屈折を緩和するようなアニール操作を行うことが効果的である。また、合成時のインゴット上部（合成面）の温度分布を最適化する等、合成条件を制御することによってもある程度、符号付複屈折値のばらつきを小さくすることが可能である。
【００８０】
このようにして製造された光学部材はステップ２１０において切り出される。更にステップ２２０において、切り出した光学部材を、急速加熱→短時間保持→急速冷却といった熱処理を施して先に述べたように光学部材内の符号付複屈折値のばらつきを抑制する。このようにして、図５に示した投影光学系を構成する様々な形状を有する光学部材の候補が製造される。すなわち、図５に示した投影光学系を製造する場合、図５に示した石英ガラスレンズＬ１１に対して同じ形状と大きさを有する複数枚の石英ガラスレンズが製造される。
【００８１】
次にステップ２３０において光学部材ごとに符号付複屈折値を測定する。すなわち、光学部材の光軸に垂直な有効断面内に仮定される複数の同心円上にある複数の測定点Ｐijkにおける符号付複屈折値Ａijkを測定する。
【００８２】
以下に本発明において用いられる複屈折の測定法について説明する。まず、位相変調法について説明する。光学系は光源、偏光子、位相変調素子、試料、検光子を配置している。光源としてはＨｅ−Ｎｅレーザーまたはレーザーダイオード、位相変調素子としては光弾性変換器が用いられる。光源からの光は偏光子により直線偏光となって位相変調素子に入射する。試料上に投射される位相変調素子からの光束は素子により直線偏光→円偏光→直線偏光と連続的に偏光状態が変化する変調光である。測定に際しては、試料上の測定点に入射する光束を中心に試料を回転させ、検知器の出力のピークを見つけ、そのときの振幅を測定することによって進相軸（または遅相軸）の方向と複屈折位相差の大きさを求める。光源にゼーマンレーザーを用いれば試料を回転させない測定も可能になる。また、位相シフト法、光ヘテロダイン干渉法も、本発明において使用することが可能である。
【００８３】
その他、測定精度ではやや劣るが以下のような方法での測定も可能である。
【００８４】
回転検光子法では、光源と光検出器の間の試料を偏光子と回転検光子で挟むような装置構成となっている。被測定資料の後においた検光子を回転させながら検知器からの信号を測定し、検知器からの信号の最大値と最小値から位相差を求める。
【００８５】
位相補償法では、光源、偏光子、試料、位相補償板、検光子、光検出器を配置する。偏光子と検光子の軸はお互いに直交状態に置く、被測定試料に入射した直線偏光は試料の複屈折により楕円偏光になるので、位相補償板を調節してやることにより直線偏光に戻してやる。補償板を調節することにより、検知器での信号はほとんどゼロになる。最も良く消光した位相補償値が複屈折の量となる。
【００８６】
クロスニコル光学系の中で標準試料を置き比較する簡便な方法でも、測定試料の厚みが十分あれば、測定は可能になる。
【００８７】
複屈折の測定値には、先に述べたように進相軸の方向が部材の直径と平行な方向な場合は＋、垂直な方向を−の符号を付ける。なお、複屈折の測定値が小さいような場合は進相軸は必ずしも直径と完全に平行もしくは垂直にはならず、傾きを持つことがある。この場合は直径に対して４５度の角度より平行に近いものは＋、垂直に近いものは−の符号を付けて取り扱えばよい。
【００８８】
次に、ステップ２４０においてステップ２３０で得られた光学部材Ｌｉごとの符号付複屈折値Ａijkから平均符号付複屈折値Ｂijkを求める。ここで、平均符号付複屈折値Ｂijkは、有効断面の中心Ｏiから等距離ｒjにある同心円Ｃij上にある複数の測定点における複数の符号付複屈折値の相加平均である。
【００８９】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、符号付複屈折値Ａijkから平均符号付複屈折値Ｂijkを求める場合について説明する。
【００９０】
図８Ａは、光学部材Ｌ１の有効断面上の中心Ｏ1からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4の半径を有する同心円Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13，Ｃ14と中心Ｏ1から半径方向にのびる２つの直線Ｑ１０１及びＱ１０２との交点Ｐ111，Ｐ121，Ｐ131，Ｐ141Ｐ112，Ｐ122，Ｐ132，Ｐ142を測定点とした場合の模式図である。この場合には、同一の同心円の円周上にある２つの測定点から得られる符号付複屈折値の相加平均が光学部材Ｌ１の同心円ごとの平均符号付複屈折値となる。すなわち、同心円Ｃ11の場合には、同心円Ｃ11の円周上にある測定点Ｐ111と測定点Ｐ112とにおいて得られる符号付複屈折値Ａ111とＡ112との相加平均が同心円Ｃ11の円周上にある点群の符号付複屈折値を代表する平均符号付複屈折値Ｂ11となる。以下同様にして、同心円Ｃ12〜Ｃ14について平均符号付複屈折値Ｂ12〜Ｂ14が得られる。そして平均符号付複屈折値Ｂ11〜Ｂ14を中心Ｏ1からの距離の関数として図示することにより、光学部材Ｌ１の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布を定量的に理解することができる。例えば、平均符号付複屈折値Ｂ11〜Ｂ14が全て正の値を取り半径方向に単調増加をしている場合には、図８Ｂに示すような光学部材Ｌ１の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布のプロフィールを得ることができる。
【００９１】
図９Ａは、光学部材Ｌ２の有効断面上の中心Ｏ2からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4の半径を有する同心円Ｃ21，Ｃ22，Ｃ23，Ｃ24と中心Ｏ2から半径方向にのびる２つの直線Ｑ201及びＱ202との交点Ｐ211，Ｐ221，Ｐ231，Ｐ241，Ｐ212，Ｐ222，Ｐ232，Ｐ242を測定点とした場合の模式図である。この場合にも、図８Ａにおいて説明したように同心円Ｃ21〜Ｃ24について平均符号付複屈折値Ｂ21〜Ｂ24が得られる。そして平均符号付複屈折値Ｂ21〜Ｂ24を中心Ｏ2からの距離の関数として図示することにより、光学部材Ｌ２の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布を定量的に理解することができる。例えば、平均符号付複屈折値Ｂ21〜Ｂ24が全て負の値を取り半径方向に単調減少をしている場合には、図９Ｂに示すような光学部材Ｌ２の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布のプロフィールを得ることができる。
【００９２】
図１０Ａは、光学部材Ｌ３の有効断面上の中心Ｏ3からそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4，ｒ5の半径を有する同心円Ｃ31，Ｃ32，Ｃ33，Ｃ34，Ｃ35と中心Ｏ3から半径方向にのびる２つの直線Ｑ301及びＱ302との交点Ｐ311，Ｐ321，Ｐ331，Ｐ341，Ｐ351，Ｐ312，Ｐ322，Ｐ332，Ｐ342，Ｐ352を測定点とした場合の模式図である。この場合にも、図８Ａにおいて説明したように同心円Ｃ31〜Ｃ35について平均符号付複屈折値Ｂ21〜Ｂ25が得られる。そして平均符号付複屈折値Ｂ31〜Ｂ35を中心Ｏ3からの距離の関数として図示することにより、光学部材Ｌ３の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布を定量的に理解することができる。例えば、平均符号付複屈折値Ｂ31〜Ｂ33が正の値、Ｂ34及びＢ35が負の値を取り、これらの平均符号付複屈折値Ｂ31〜Ｂ35がｒ2付近において極大値をとりｒ2からｒ5にかけて半径方向に単調減少をしている場合には、図１０Ｂに示すような光学部材Ｌ３の半径方向に対する平均符号付複屈値の分布のプロフィールを得ることができる。
【００９３】
更にステップ２４０では、このようにして得られた光学部材ごとの平均符号付複屈折値Ｂijkと光学部材ごとの見かけの厚みＴiから、（５）式に従い光学部材ごとの平均符号付複屈量Ｅijkを算出する。
【００９４】
次に、ステップ２５０において使用する光学部材を選択する。この際に、図５に示す投影光学系において示すように、光学部材は投影光学系内において果たす役割に応じてその有効断面がそれぞれ異なるため、図４Ａにおいて示したように全ての光学部材について最大有効半径が１となるようにその有効断面をノーマライズする。そしてノーマライズされた共通の有効半径のもとで、全光学部材の平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向の分布をみることにより、以下の光学部材の選択を行い、投影光学系の各部位に使用する光学部材の候補を絞り込む。
【００９５】
このステップ２５０における光学部材の選択条件は、選択条件２５１；光学部材Ｌｉの中心Ｏi周辺の符号付複屈折値が０．２ｎｍ／ｃｍ以下であること、選択条件２５２；光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの最大値と最小値の差ΔＢiが２．０ｎｍ／ｃｍ以下であること、選択条件２５３；各光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向における分布曲線の勾配の最大値Ｆiが、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍ以下であること、選択条件２５４；光学部材Ｌｉにおいて平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布が、中心Ｏi以外に極値を持たないこと、である。
【００９６】
以上の選択条件２５１〜２５４の全てか或いは少なくとも１つをクリアする光学部材を使用することにより、結像性能の高い投影光学系をより効率良く構成することができる。
【００９７】
次に、ステップ２６０において先に（１）で示した投影光学系全体の符号付複屈折特性値Ｈが−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなるように光学部材を配列する。この時、投影光学系全体の符号付複屈折特性値Ｈは、先に示した（２）〜（４）式により算出される。このように配列された投影光学系は優れた結像性能を示す。
【００９８】
次に、ステップ２７０、２８０において投影光学系全体の実効光路に基づく符号付複屈折値のストレール（Strehl）値が０．９３以上となる配置条件を更に満たすように互いに組み合わせる。複屈折のストレール値は、有効断面を通過する光線の実効光路を考慮しているため、光学系全体の符号付複屈折特性値による評価とあわせることにより、光学部材内の更に精密な複屈折の分布の評価を行うことができる。複屈折のストレール値Ｓは、光線追跡試験により得られる符号付複屈折値の半径方向の分布のデータを用いて（８）式及び（９）式に基づき算出される。
【００９９】
例えば、図５に示した投影光学系１００の場合、フッ化カルシウム単結晶から製造したレンズＬ４５、Ｌ４６、Ｌ６３、Ｌ６５、Ｌ６６、Ｌ６７を除く石英ガラスレンズＬ１１〜Ｌ６１０に対応する符号付複屈折値の半径方向に対する分布の測定結果をストレール値計算用のコンピュータに入力する。そして、光軸上、近軸域、軸外等と、光学系の収差計算等に用いられる光線追跡に準ずる手法により、各レンズ上の光線通過ポイントを求め、そのポイントに対応する符号付複屈折値を式（９）に代入し、ストレール値を求める。つまり、種々の入射角度で投影光学系１００に入射する複数の光線に対応する複数のストレール値を求め、このうちの最低値をそのサンプルの組み合わせのストレール値と定める。
【０１００】
なお、フッ化カルシウム単結晶から製作される６枚のレンズの符号付複屈折の分布については、理論値をコンピュータに代入しても良いし、標準的な複屈折値の分布を有する材料の実測値を入力しても良い。或いはこれら６枚のレンズ用材料を同時に作製し、石英ガラスレンズと共に評価を行うことも可能である。
【０１０１】
なお、以上の投影光学系の製造方法においては、光学部材を選択するステップ２５０と、ストレール値を測定するステップ２７０、及びストレール値に基づいて光学部材を配列するステップ２８０とを設ける場合について説明したが、本発明の投影光学系の製造方法は上記形態に限定されるものではなく、本発明の投影光学系の製造方法においては、上記の３つのステップはいずれも省略可能なステップである。
【０１０２】
また、上記の説明においては、光学部材ごとに平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向に対する分布を測定した際に、全ての光学部材についてその中心周辺の複屈折値がほぼゼロであって、半径方向における平均符号付複屈折値Ｂijkの分布が僅かに単調増加するか、或いは僅かに単調減少するような分布の場合には、上記の投影光学系全体の符号付複屈折特性値の代わりに投影光学系全体の複屈折の影響を評価する基準として以下の方法により算出される値を目安とすることもできる。すなわち、光学部材内の平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向の値の相加平均をとりその部材を代表する符号付複屈折値とし、全光学部材について加算した値である。この加算値が光学系全体でゼロとなるように部材を組み合わせることにより、簡便に複屈折の影響を考慮した部材の選択を行うことが可能である。
【０１０３】
図１１は、本発明の投影光学系を備える投影露光装置の一例の概略構成図を示す。図１１において、投影光学系３０４の光軸に平行な方向をＺ方向、紙面内にあってＺ方向に垂直な方向をＹ方向、紙面及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。
【０１０４】
図１１に示す投影露光装置は、主として露光光源３０３と、パターン原像の形成されたレチクルＲと、露光光源３０３から出力される光をレチクルＲに照射する照射光学系３０２と、レチクルＲから出力されるパターン像をウェハ（感光基板）Ｗ上に投影する投影光学系３０４と、レチクルＲとウェハＷの位置合わせを行うアライメント系３０５とから構成されている。
【０１０５】
ウェハＷは、レベリングステージ（図示せず）上に載置され、このレベリングステージは、駆動モーター３３０により投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ３０１上に設置されている。Ｚステージ３０１は、駆動モーター３２０よりステップ・アンド・リピート方式で２次元方向（ＸＹ）方向に移動可能なＸＹステージ３１５に載置されている。レチクルＲは水平面内で２次元移動可能なレチクルステージ３０６上に載置されている。露光光源３０３からの露光光は、照明光学系３０２を介してレチクルＲに形成されたパターンを均一に照明し、レチクルＲのパターン像は投影光学系３０４によってウェハＷのショット領域に露光転写される。この露光光には、２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）、１５７ｎｍ（Ｆ2レーザ）等の波長を有する露光光を用いることができる。
【０１０６】
ＸＹステージ３１５は、ウェハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光が終了すると、ウェハＷの次のショット領域が投影光学系３０４の露光領域と一致するようにステッピング移動される。ウェハＷが載置されたレベリングステージの２次元的な位置はレベリングステージに固定された移動鏡３４０との距離をレーザー干渉計（図示せず）で計測することによって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時モニターされており、レーザー干渉計の出力はステージコントロール系３１１に供給されている。
【０１０７】
レチクルＲはレチクルステージ３０６上で、レチクルＲ上の転写パターンの中心が投影光学系３０４の光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。レチクルＲの位置決めは、レチクルＲの外周付近に設けられた複数のレチクルアライメントマーク（レチクルマーク）を用いて行われる。レチクルマークは、Ｘ方向の位置決めを行うためのレチクルマークと、Ｙ方向の位置決めを行うためのレチクルマークの2種類のものが設けられている。アライメント系３０５は、露光光源３０３から露光光の一部を分岐して取り出した露光光を照明光（アライメント光）として使用する。アライメント系３０５は各レチクルアライメントマークの位置に１つずつ設けられている。
【０１０８】
照明光学系３０２を通過した照明光は、レチクルＲのパターン領域の外側に設けられたレチクルマークに入射する。レチクルマークは、例えば、パターン周囲の不透明部に形成された矩形の透明窓からなる。レチクルマーク部で反射されたアライメント光は、アライメント系３０５に再び入射する。一方レチクルマークを通過したアライメント光は、投影光学系３０４を通ってウェハＷ上の各ショット領域の周囲に設けられた基板アライメントマーク（ウェハマーク）上に入射する。ウェハマークは各ショット領域の周囲にそれぞれ設けるのではなく、ウェハの所定の位置、例えばウェハの外周部領域にのみ設けてもよい。ウェハマークもレチクルマークに対応してＸ方向の位置決めを行うためのウェハマークと、Ｙ方向の位置決めを行うためのウェハマークの２種類のものが設けられている。ウェハマークからの反射光は入射光と逆の経路を辿り、投影光学系３０４、レチクルマーク部を通過してアライメント系３０５に再び入射する。
【０１０９】
このようにしてアライメント系３０５は、レチクルＲとウェハＷとからのアライメント光の反射を入力することにより、レチクルＲとウェハＷとの相対的な位置を検出する。このアライメント系３０５の出力は主制御系３１２に供給される。そして主制御系３１２の出力がレチクル交換系３０７とステージコントロール系３１１に供給されることにより、レチクルＲとウェハＷとの空間的な位置が調整される。その結果、ウェハＷ上の各ショット領域に形成されているパターンと、これから転写露光するレチクルＲのパターン像との重ね合わせ精度を高精度に維持することができる。
【０１１０】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１に示す投影露光装置の照明光学系３０２の詳細な構造を示す概略構成図である。
【０１１１】
図１２Ａは、照明光学系３０２を図１１のＹ方向からみた場合の正面図であり、図１２Ｂは、照明光学系３０２を図１１のＸ方向からみた場合の正面図である。なお、、いずれの図においても照明光学系３０２に入射する露光光の一部を分岐して使用するアライメント系３０５を省略している。
【０１１２】
露光光源３０３（図示せず）からは、２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）、１５７ｎｍ（Ｆ2レーザ）等の波長を有するほぼ平行な光束が出力され、このときの平行光束の断面形状は矩形状となっている。この露光光源３０３からの平行光束は、所定の断面形状の光束に整形する光束整形部としてのビーム整形光学系２０に入射する。このビーム整形光学系２０は、Ｙ方向に屈折力を持つ２つのシリンドリカルレンズ（２０Ａ、２０Ｂ）で構成されており、光源側のシリンドリカルレンズ２０Ａは、負の屈折力を有し、Ｘ方向の光束を発散させる一方、被照射面側のシリンドリカルレンズ２０Ｂは、正の屈折力を有し、光源側のシリンドリカルレンズＡからの発散光束を集光して平行光束に変換する。従って、ビーム整形光学系２０を介した露光光源３０３からの平行光束は、Ｙ方向の光束幅が拡大されて光束断面が所定の大きさを持つ長方形状に整形される。なお、ビーム整形光学系２０としては、正の屈折力を持つシリンドリカルレンズを組み合わせたものでも良く、さらにはアナモルフィックプリズム等でも良い。
【０１１３】
ビーム整形光学系２０からの整形された光束は、第１リレー光学系２１に入射する。ここで、第１リレー光学系２１は、２枚の正レンズからなる正の屈折力の前群（２１Ａ、２１Ｂ）と、２枚の正レンズからなる正の屈折力の後群（２１Ｃ、２１Ｄ）とを有しており、第１リレー光学系２１の前群（２１Ａ、２１Ｂ）は、この前群のレチクルＲ側（後側）の焦点位置に集光点（光源像）Ｉを形成し、第１リレー光学系２１の後群（２１Ｃ、２１Ｄ）は、その前群（２１Ａ、２１Ｂ）の焦点位置に光源側（前側）の焦点位置が一致するように配置されている。そして、この第１リレー光学系２１は、露光光源３０３の射出面と後述する第１多光源像形成手段としてのオプティカルインテグレータ３０の入射面とを共役にする機能を有している。この第１リレー光学系２１の機能によって、露光光源３０３からの光の角度ずれに伴うオプティカルインテグレータ３０を照明する光束のずれを補正し、露光光源３０３からの光の角度ずれに対する許容度を大きくしている。なお、露光光源３０３からの光を第１多光源形成手段へと導く導光光学系は、ビーム整形光学系２０と第１リレー光学系２１とで構成される。
【０１１４】
第１リレー光学系２１を介した光束は、直線状に３列配列された複数の光源像を形成する第１多光源形成手段としてのオプティカルインテグレータ３０に入射する。このオプティカルインテグレータ３０は、ほぼ正方形状のレンズ断面を有する複数の両凸形状のレンズ素子が複数配置されて構成されており、オプティカルインテグレータ３０全体としては長方形状の断面を有している。そして、各々の両凸形状のレンズ素子は、Ｙ方向とＸ方向とで互いに等しい曲率（屈折力）を有している。
【０１１５】
このため、オプティカルインテグレータ３０を構成する個々のレンズ素子を通過する平行光束は、それぞれ集光されて各レンズ素子の射出側には光源像が形成される。従って、オプティカルインテグレータ３０の射出側位置Ａ1にはレンズ素子の数に相当する複数の光源像が形成され、ここには実質的に２次光源が形成される。
【０１１６】
オプティカルインテグレータ３０によって形成された複数の２次光源からの光束は、第２リレー光学系４０によって集光されて、さらに複数の光源像を形成する第２多光源像形成手段としてのオプティカルインテグレータ５０に入射する。
【０１１７】
このオプティカルインテグレータ５０は、長方形のレンズ断面を有する複数の両凸形状のレンズ素子が複数配置されて構成されており、このレンズ素子は断面形状がオプティカルインテグレータ３０の断面形状と相似になるように構成されている。そして、オプティカルインテグレータ５０全体としては正方形状の断面を有している。また、各々のレンズ素子は、図１２Ａの紙面方向と図１２Ｂの紙面方向とで互いに等しい曲率（屈折力）を有している。
【０１１８】
このため、オプティカルインテグレータ５０を構成する個々のレンズ素子を通過するオプティカルインテグレータ３０からの光束は、それぞれ集光されて各レンズ素子の射出側には光源像が形成される。従って、オプティカルインテグレータ５０の射出側位置Ａ2には、正方形状に配列された複数の光源像が形成され、ここには実質的に３次光源が形成される。
【０１１９】
なお、第２リレー光学系４０は、オプティカルインテグレータ３０の入射面位置Ｂ1とオプティカルインテグレータ５０の入射面位置Ｂ2とを共役にすると共に、オプティカルインテグレータ３０の射出面位置Ａ1とオプティカルインテグレータ５０の射出面位置Ａ2とを共役にしている。更に、上記の説明においてオプティカルインテグレータ３０及びオプティカルインテグレータ５０は、フライアイレンズの形状で示したが本発明の投影露光装置の照明系に使用されるオプティカルインテグレータの形状は特に限定されるものではなく、例えば極めて微小な複数のレンズ素子から構成されるマイクロフライアイや、ロッド状内面反射型の光学素子（カレイドスコープロッド）や、回折光学素子（ＤＯＥ）等を用いることが可能である。
【０１２０】
この３次光源が形成される位置Ａ2若しくはその近傍位置には、所定形状の開口部を有する開口絞りＡＳが設けられており、この開口絞りＡＳにより円形状に形成された３次光源からの光束は、集光光学系としてのコンデンサー光学系６０により集光されて被照射物体としてのレチクルＲ上をスリット状に均一照明する。
【０１２１】
また、図１１に示す投影光学系３０４は、投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなる配置条件を満たすように各光学部材が互いに組み合わされている。また、各光学部材が、投影光学系全体の実効光路に基づく符号付複屈折値のストレール（Strehl）値が０．９３以上となる配置条件を更に満たすように互いに組み合わされている。更に、使用されている光学部材は、その有効断面の中心周辺の符号付複屈折値が、−０．２〜＋０．２ｎｍ／ｃｍであり、平均符号付複屈折値の半径方向の分布が、中心以外に極値を持たないものであり、平均符号付複屈折値の最大値と最小値の差ΔＢiが２．０ｎｍ／ｃｍ以下であり、平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向における分布曲線の勾配の最大値Ｆiが、半径方向の幅１０ｍｍ当たり０．２ｎｍ／ｃｍ以下である。
【０１２２】
このように本発明の投影光学系を備えることにより、光学部材の複屈折による影響を最小限に抑制することができるので、解像度の高い投影露光装置を得ることが可能となる。
【０１２３】
以下、実施例を用いて本発明の投影光学系、その製造方法及びそれを用いた投影露光装置について詳細に説明する。
【０１２４】
＜合成石英ガラスの製造＞
先ず、以下に示す実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例３に使用した石英ガラス部材の製造方法について説明する。
【０１２５】
図７に示す合成炉を用いて、直接法（火炎加水分解法）により合成石英ガラスの製造を行った。まず、四塩化けい素を多重管バーナの中央部より噴出させ、酸水素火炎中で加水分解し、ガラス微粒子を得た。これを回転及び揺動が行われているターゲット上に堆積する同時に透明化して図１３に示すφ４００ｍｍ×ｔ８００ｍｍの石英ガラスインゴット４７０を得た。このときＸ軸方向の揺動幅（ストローク）を、第１の合成では１００ｍｍ、第２の合成では１５０ｍｍに設定した。
【０１２６】
それぞれの合成において、インゴット４７０をこの形状のまま放冷した後、φ４００ｍｍ×ｔ１００ｍｍの円筒形状のテストピースｅ、ｍ、ｆを切り出した。具体的には、テストピースｅは第１の合成により得られたインゴット４７０の下面から５００〜６００ｍｍの高さの部分から、テストピースｍは第２の合成により得られたインゴット４７２の下面から５００〜６００ｍｍの高さの部分から切り出した。また、テストピースｆは、第１の合成により得られたインゴット４７０又は第２の合成により得られたインゴット４７２の下面から１００〜２００ｍｍの高さの部分から切り出した。これらのテストピースｅ、ｍ、ｆを１０００℃まで昇温して１０時間保持した後、１０℃／時で５００℃まで降温した。その後再び放冷し熱処理済みのテストピースｅ、ｍ、ｆを得た。
【０１２７】
一方、Ｘ軸方向の揺動幅（ストローク）を５０ｍｍに設定する以外は上記と同様の合成石英ガラスの製造方法により、φ１２０ｍｍ〜φ３００ｍｍの石英ガラスインゴットを作成した。これらのインゴットから適当なサイズのテストピースを切り出し、上記と同様の条件で熱処理を行った。そして、図５の光学系において必要とされるφ１００ｍｍ〜φ２８０ｍｍのテストピースｇを切り出した。
【０１２８】
＜合成石英ガラスの評価＞
合成石英ガラスからなる円板状のテストピースｅ、ｍ、ｆ、ｇについて、それぞれの符号付複屈折値の半径方向の分布を測定した。なお、複屈折の測定は、位相変調法により行った。また、測定点は、図１０Ａに示したようにテストピースｅ、ｍ、ｆ、ｇについてそれぞれの有効断面上に想定される複数の同心円と、有効断面の中心から半径方向にのびる２つの直線との交点とした。
【０１２９】
先ず、テストピースｅ、ｍ、ｆ、ｇについて符号付複屈折値の半径方向の分布のデータから、所望の径に切り出した後の符号付複屈折値の値を予測し、符号付複屈折値が＋の部材と−の部材を組み合わせて光学系全体で符号付複屈折値が極力小さくなるように、使用できるテストピースの選択を行った。
【０１３０】
図５に示した投影光学系１００を組み上げるのに必要な部材の大きさはφ１００〜φ２８０である。この範囲内において、テストピースｇを除くテストピースｅ、ｍ、ｆは符号付複屈折値が半径方向に単純増加あるいは単純減少しており、且つその絶対値も２ｎｍ／ｃｍと比較的小さいことがわかった。
【０１３１】
そこで、テストピースｅ、ｍ、ｆの符号付複屈折値の半径方向の分布の平均を求め、それぞれのテストピースの符号付複屈折値の仮の代表値を求めた。次いで、テストピースｅ、ｍ、ｆを選択し組み合わせて光学系を組み、全体でその代表値を加算して、光学系全体での加算値が±０になることを確認した。このように、先ず簡便に複屈折の影響を考慮した部材の選択を行い、特性の良好なテストピースｅ、ｍ、ｆを更に正確にガラスインゴットから切り出すこととした。なお、部材内の複屈折の特性を上記の符号付複屈折値の仮の代表値を用いて評価する手法は一つの目安であり、投影光学系を実際に組み上げる場合には、先に述べた投影光学系全体の符号付複屈折特性値を改めて算出する。
【０１３２】
上記の選択に基づいて、インゴット外径から割り出したインゴット回転対称な中心位置とテストピースの中心位置を合わせて改めて石英ガラスからなるテストピースｅ、ｍ、ｆを切り出す。実際には、熱処理やアニールを行ったテストピースの熱処理中心とテストピースの中心位置を合わせるようにして、所望の大きさの部材を切り出した。これら切り出した円筒形状のテストピースｅ、ｍ、ｆのうち、φ２００ｍｍのものの平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向の分布曲線を図、図１４Ａ〜Ｃに示す。これらの合成石英ガラスは、いずれも平均符号付複屈折値Ｂijkが単調増加、もしくは単調減少のパターンを有している。また、テストピースｅ、ｍ、ｆの中心周辺の符号付複屈折値Ａioはいずれも−０．２〜＋０．２ｎｍ／ｃｍ以下である。また、それぞれのテストピースｅ、ｍ、ｆが中心以外に平均符号付複屈折値Ｂijkの極値を持たないことがわかった。更に、平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向の分布曲線の勾配の最大値Ｆiが１０ｍｍあたり０．２ｎｍ／ｃｍ以下であること、平均符号付複屈折値Ｂijkの半径方向の分布における最大値と最小値の差ΔＢiが２．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを確認した。
【０１３３】
一方、切り出した円筒形状のテストピースｇのうち、φ２００ｍｍのものの平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布曲線を図１４Ｄに示す。テストピースｇは、平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布が中心周辺以外の半径の７０％〜８０％の位置に正の極大値を有していることがわかった。
【０１３４】
なお、上記のテストピースｅ、ｍ、ｆ、ｇは、これらを使用して投影光学系を実際に組むためにそれぞれ複数個用意した。すなわち、先ず複数の石英ガラスインゴットを先に述べた合成法と同じ条件のもとに作製し、次いで作製した複数の石英ガラスインゴットから切り出すテストピースの平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布特性が上記のテストピースｅ、ｍ、ｆ、ｇと一致するものをそれぞれ複数個用意した。
【０１３５】
［実施例１］
上記のテストピースｅ、ｍ、ｆをレンズ状に加工して図５に示す投影光学系１００を組んだ。より詳しくは、投影光学系１００を構成する光学部材の内フッ化カルシウム結晶から製造したレンズＬ４５、Ｌ４６、Ｌ６３、Ｌ６５、Ｌ６６、Ｌ６７を除く残り２３枚をこのテストピースｅ、ｍ、ｆから構成した。そして、完成した投影光学系に対して投影光学系系全体の符号付複屈折特性値Ｈ、及び符号付複屈折値のストレール値Ｓを算出して最も良好な値を示した配置のものを実施例１とした。更に、図１１に示した投影露光装置の投影光学系として実施例１を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ａにテストピースｅ、ｍ、ｆをそれぞれ１つずつ組み合せた場合の平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１３６】
［実施例２］
テストピースｅ、ｆを用いた以外は実施例１と同様にして投影光学系を組んだ。更に、図１１に示した投影露光装置の投影光学系として実施例２を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ｂにテストピースｅ、ｆをそれぞれ１つずつ組み合せた場合の平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１３７】
［実施例３］
テストピースｍ、ｆ、ｇを用いた以外は実施例１と同様にして投影光学系を組んだ。更に、図１１に示した投影露光装置の投影光学系として実施例３を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ｃにテストピースｍ、ｆ、ｇをそれぞれ１つずつ組み合せた場合の平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１３８】
［比較例１］
テストピースｇを用いた以外は実施例１と同様にして投影光学系を組んだ。更に、図１１に示した投影露光装置の投影光学系として比較例１を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ｄにテストピースｇの平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１３９】
［比較例２］
テストピースｆ、ｇを用いた以外は実施例１と同様にして投影光学系を組んだ。図１１に示した投影露光装置の投影光学系として比較例２を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ｅにテストピースｆ、ｇをそれぞれ１つずつ組み合せた場合の平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１４０】
［比較例３］
テストピースｆを用いた以外は実施例１と同様にして投影光学系を組んだ。図１１に示した投影露光装置の投影光学系として比較例３を使用した場合の解像度を測定した。図１５Ｆにテストピースｆの平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布を示す。
【０１４１】
以上の実施例１〜３、比較例１〜３の投影光学系の符号付複屈折に基づく光学特性とこれらを使用した投影露光装置の解像度の測定値を表１に示す。
【０１４２】
【表１】
0004207389.tif 000009
表１に示す実施例１〜３の有する光学特性の結果より、符号付複屈折値に基づく配置条件、すなわち投影光学系全体の符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍである条件を満たす本発明の投影光学系は良好な結像性能を示すことが確認された。また、本発明の投影光学系を投影露光装置の投影光学系として使用した場合には、非常に高い解像度が達成されることが確認された。特に実施例１を使用した投影露光装置においては、０．１５という高い解像度が達成されている。
【０１４３】
また、平均符号付複屈折値Ｂijの半径方向の分布のばらつきの大きなテストピースｇを一部使用した実施例３においても良好な結像性能を有しており、更にはこれを使用した投影露光装置の解像度も良好な値を示すことから、光学部材内の符号付複屈折値の分布に注目して符号付複屈折特性値が−０．５〜＋０．５ｎｍ／ｃｍとなるように光学部材を配置する本発明の投影光学系の製造方法の有効性が確認された。
【０１４４】
一方比較例１〜比較例３の投影光学系は、符号付複屈折特性値が＋０．５ｎｍ／ｃｍ以上であり良好な結像特性を示さず、これらを用いた投影露光装置は、実施例１〜３のように良好な値の解像度を得ることができなかった。特に、比較例１においては、投影光学系全体の波面収差は測定範囲をはるかに越えており、解像度を測定することが不可能であった。
【０１４５】
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、光学部材の有する複屈折値の不均一な分布を進相軸の向きに注目して定量的に評価することができ、更に光学部材内の複屈折の分布が互いに打ち消し合うようにそれぞれの符号付複屈折値から光学系全体の符号付複屈折特性値を定量的に見積もりながら光学系を組み上げることが可能となる。従って、光学部材内の複屈折値の不均一な分布が投影光学系の結像性能、或いは投影露光装置の解像度に与える影響を最小限にすることが可能となり、高い結像性能を有する投影光学系、その製造方法、並びに高い解像度を得ることが可能な投影露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａは、符号付複屈折値の概念を示す説明図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す光学部材内における符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図２】  図２Ａは、符号付複屈折値の概念を示す別の説明図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す光学部材内における符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図３】  図３Ａは、符号付複屈折値の概念を示す別の説明図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す光学部材内における符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図４】  図４Ａは、投影光学系を構成する複数の光学部材を示す側面図であり、図４Ｂは、図４Ａの投影光学系を構成する光学部材の断面図である。
【図５】  図５は、本発明の投影光学系の一例を示す概略構成図である。
【図６】  図６は、本発明の投影光学系の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】  図７は、本発明において用いられる石英ガラスインゴットの合成炉の説明図である。
【図８】  図８Ａは、本発明の投影光学系を構成する光学部材内の符号付複屈折値の測定点を示す光学部材の断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す光学部材内の平均符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図９】  図９Ａは、本発明の投影光学系を構成する光学部材内の符号付複屈折値の測定点を示す光学部材の別の断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す光学部材内の平均符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図１０】  図１０Ａは、本発明の投影光学系を構成する光学部材内の符号付複屈折値の測定点を示す光学部材の別の断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示す光学部材内の平均符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図１１】  図１１は、本発明の投影露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】  図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１に示す投影露光装置の照明光学系の構成の一例を示す説明図である。
【図１３】  図１３は、本発明の投影光学系の実施例及び比較例を構成する光学部材の原材料として製造した石英ガラスインゴットを示す概略図である。
【図１４】  図１４Ａ〜Ｄは、本発明の投影光学系の実施例及び比較例を構成する光学部材内の平均符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図１５】  図１５Ａ〜Ｆは、それぞれ本発明の投影光学系の実施例１〜３、比較例１〜３に用いられた光学部材内の平均符号付複屈折値の分布を示すグラフである。
【図１６】  図１６Ａは、従来の投影露光装置の一例を示す概略構成図であり、図１６Ｂは図１６Ａの投影露光装置に用いられるフライアイレンズの断面図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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