(57)【要約】本発明は、所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む投影光学系の製造方法であって、第１の偏光成分及び該第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分の光に関する評価を行いつつ、少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の方位を定める補助工程を含み、所定の設計データを得る設計工程と、等軸晶系の結晶材料を準備する結晶材料準備工程と、この等軸晶系の結晶材料の結晶軸を測定する結晶軸測定工程と、この設計工程での設計データに基づいて、等軸晶系の結晶材料から所定形状の屈折部材を形成する屈折部材形成工程と、設計工程で得られた屈折部材の結晶軸方位に基づいて、屈折部材を配置する組上工程とを含む投影光学系の製造方法を提供する。
2003007045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む投影光学系の製造方法において、
第１の偏光成分及び該第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分の光に関する評価を行いつつ、前記少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の方位を定める補助工程を含み、所定の設計データを得る設計工程と；  前記等軸晶系の結晶材料を準備する結晶材料準備工程と；  前記等軸晶系の結晶材料の結晶軸を測定する結晶軸測定工程と；  前記設計工程での前記設計データに基づいて、前記等軸晶系の結晶材料から所定形状の屈折部材を形成する屈折部材形成工程と；  前記設計工程で得られた前記屈折部材の結晶軸方位に基づいて、前記屈折部材を配置する組上工程と；を含むことを特徴とする投影光学系の製造方法。
【請求項２】
所定の複屈折分布を有する少なくとも１つの屈折部材を準備する工程をさらに含み、
前記所定の複屈折分布は、前記設計工程での前記設計データに従って決定されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項３】
前記所定の複屈折分布は、前記屈折部材が有する所定の応力複屈折分布、及び前記屈折部材に設けられる薄膜に起因する複屈折分布のうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項４】
前記所定の複屈折分布を有する屈折部材は、石英またはフッ素がドープされた石英からなることを特徴とする請求の範囲第２又は３項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項５】
前記応力複屈折分布を有する屈折部材の有効径をφｃとし、前記第１面上の所定の１点から発する光束が前記応力複屈折分布を有する屈折部材を通過するときの光束径をφｐとするとき、
０．６＜φｐ／φｃ≦１を満足することを特徴とする請求の範囲第２〜４項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項６】
前記投影光学系中の少なくとも１つの光学部材の表面形状を非球面形状に形成する非球面創成工程をさらに含み、
該非球面形状は、前記設計工程での設計データに従って決定されることを特徴とする請求の範囲第１〜５項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項７】
前記非球面形状は、前記光学部材の光軸に関して非対称な非球面形状を有することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項８】
前記組上工程は、
組み上げられた前記投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定補助工程と；  測定された前記光学性能を所定の光学性能とするために前記投影光学系中の少なくとも１つの光学部材の位置及び／又は姿勢を変更する光学部材調整補助工程と；  測定された前記光学性能を所定の光学性能とするために前記投影光学系中の少なくとも１つの光学部材の表面形状を非球面形状に形成する非球面加工補助工程と；を備えることを特徴とする請求の範囲第１〜７項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項９】
前記非球面形状は、前記設計工程での設計データも考慮して定められることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１０】
前記組上工程は、
前記等軸晶系からなる屈折部材の光軸周りの方位角を調整する方位角調整補助工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１〜９項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１１】
前記組上工程は、
複数の偏光成分の光に関して、組み上げられた前記投影光学系の光学性能を測定する偏光光学性能測定補助工程を含み、
前記方位角調整補助工程は、前記測定された複数の偏光成分に関する光学性能に基づいて、複数の偏光成分に関する光学性能が所定の値となるように前記等軸晶系からなる前記屈折部材の前記方位角を調整することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１２】
前記組上工程は、
組み上げられた前記投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定補助工程を含み、
前記方位角調整補助工程は、前記測定された光学性能に基づいて、前記投影光学系の光学性能が所定の値となるように前記等軸晶系からなる前記屈折部材の前記方位角を調整することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１３】
前記等軸晶系の結晶材料は、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムを有することを特徴とする請求の範囲第１〜１２項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１４】
前記所定の波長は、２００ｎｍ以下の波長であることを特徴とする請求の範囲第１〜１３項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項１５】
所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む投影光学系の製造方法において、
前記投影光学系中の屈折部材のうちの少なくとも１つの屈折部材を、該屈折部材とは異なる複屈折量及び／又は複屈折分布を有する別の屈折部材と交換する工程を含むことを特徴とする投影光学系の製造方法。
【請求項１６】
前記別の屈折部材は、等軸晶系の結晶材料又は非結晶材料を有することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の製造方法。
【請求項１７】
所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む投影光学系の製造方法において、
偏光収差を補正するために、前記投影光学系中の所定の複屈折分布を有する光学部材の位置及び／又は姿勢を調整する工程を含むことを特徴とする投影光学系の製造方法。
【請求項１８】
前記偏光収差は回転非対称な偏光収差を含むことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の製造方法
【請求項１９】
請求の範囲第１〜１８項の何れか一項に記載の製造方法に従って製造された投影光学系。
【請求項２０】
所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系において、
前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる等軸晶系屈折部材と；  該等軸晶系屈折部材が有する固有複屈折による光学性能の悪化を補償するための非結晶材料からなる非結晶屈折部材と；を備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項２１】
前記等軸晶系屈折部材は、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記等軸晶系屈折部材の光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の投影光学系。
【請求項２２】
前記等軸晶系の結晶材料からなる等軸晶系屈折部材は、複数の等軸晶系屈折部材を含み、
該複数の等軸晶系屈折部材の結晶軸方位は、前記固有複屈折による光学性能の悪化を低減するようにそれぞれ定められていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の投影光学系。
【請求項２３】
前記固有複屈折による前記光学性能の悪化を低減するように前記結晶軸方位が定められている前記等軸晶系屈折部材を通過する光線の光軸に対する角度の最大値は、２０度を超えていることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の投影光学系。
【請求項２４】
前記固有複屈折による前記光学性能の悪化を低減するように前記結晶軸方位が定められている前記等軸晶系屈折部材は、前記投影光学系の最も前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間に配置されることを特徴とする請求の範囲第１８又は１９項に記載の投影光学系。
【請求項２５】
前記複数の等軸晶系屈折部材は、
結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備え、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする請求の範囲第１８〜２０項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項２６】
前記複数の等軸晶系屈折部材は、
結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第４群の光透過部材とを備え、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする請求の範囲第１８〜２１項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項２７】
前記複数の等軸晶系屈折部材は、
結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材と、
結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第６群の光透過部材とを備え、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする請求の範囲第１８〜２２項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項２８】
前記複数の等軸晶系屈折部材は、
結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１８〜２０項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項２９】
前記複数の等軸晶系屈折部材は、
結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材をさらに備えていることを特徴とする請求の範囲第２４項に記載の投影光学系。
【請求項３０】
前記固有複屈折による前記光学性能の悪化を低減するように前記結晶軸方位が定められている前記複数の等軸晶系屈折部材は、所定の結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第７群の光透過部材と、所定の結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第８群の光透過部材とを備え、
前記投影光学系の最大開口数に対応する光線が前記第７群の光透過部材を通過する際の硝路長をＬ７とし、前記投影光学系の最大開口数に対応する光線が前記第８群の光透過部材を通過する際の硝路長をＬ８とし、前記所定の波長をλとするとき、
｜Ｌ７−Ｌ８｜／λ＜３×１０＋５を満足することを特徴とする請求の範囲第１８〜２５項の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項３１】
前記第７群及び前記第８群の光透過部材を通過する光線の光軸に対する角度の最大値は、２０度を超えていることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の投影光学系。
【請求項３２】
前記第７群及び前記第８群の光透過部材は、前記投影光学系の最も前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間に配置されることを特徴とする請求の範囲第２６又は２７項に記載の投影光学系。
【請求項３３】
前記固有複屈折による光学性能の悪化のうちのスカラー成分を低減させるための非球面をさらに備えることを特徴とする請求の範囲第１６〜２８項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項３４】
前記非球面は、前記非球面が設けられている屈折部材の光軸に関して回転非対称な形状を有していることを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の投影光学系。
【請求項３５】
前記非結晶屈折部材は、応力複屈折分布を有していることを特徴とする請求の範囲第１６〜３０項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項３６】
前記応力複屈折分布は、前記非結晶性屈折部材の製造時における不純物、熱履歴による密度分布のうちの少なくとも一方に起因して生成されることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の投影光学系。
【請求項３７】
前記非結晶光学部材は、石英またはフッ素がドープされた石英であることを特徴とする請求の範囲第１６〜３２項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項３８】
前記等軸晶系屈折部材は、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムを有することを特徴とする請求の範囲第１６〜３３項の何れか一項に記載の投影光学系の製造方法。
【請求項３９】
所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系において、
前記所定波長の光に対して透過性を有する双晶からなる双晶屈折部材を備えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項４０】
前記双晶屈折部材の双晶境界または双晶面は、前記双晶が有する固有複屈折による光学性能の悪化を低減するように定められていることを特徴とする請求の範囲第３５項に記載の投影光学系。
【請求項４１】
前記所定の波長は、２００ｎｍ以下の波長であることを特徴とする請求の範囲第１６〜３６項の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項４２】
所定の波長の光に基づいて第１面に配置される投影原版の像を第２面に配置されるワークピースへ投影露光する投影露光装置において、
前記所定波長の光を供給する光源と；
該光源と前記第１面との間の光路中に配置されて、前記光源からの前記光を前記投影原版へ導く照明光学系と；  前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて、前記投影原版の像を前記第２面上に形成する請求の範囲第１５〜３７項の何れか一項に記載の投影光学系と；を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４３】
所定の波長の光に基づいて第１面に配置される投影原版の像を第２面に配置されるワークピースへ投影露光する投影露光方法において、
前記所定の波長の光を供給する工程と；  前記所定の波長の光を用いて前記投影原版を照明する工程と；  前記照明された前記投影原版からの光に基づいて、請求の範囲第１５〜３７項の何れか一項に記載の投影光学系により前記第２面上に前記投影原版の像を形成する工程と；を備えることを特徴とする投影露光方法。
【請求項４４】
所定波長の光に基づいて第１面に配置される投影原板の像を第２面に配置されるワークピースへ投影露光する投影露光装置に適用されて、前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む照明光学系の製造方法において、
偏光収差を補正するために、前記等軸晶系の結晶材料からなる結晶屈折部材の結晶軸方位を最適化する工程を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項４５】
残存する前記偏光収差を補正するための非結晶材料からなる非結晶屈折部材を準備する工程をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の製造方法。
【請求項４６】
所定の波長に基づいて第１面に配置される投影原板の像を第２面に配置されるワークピースへ投影露光する投影露光装置において、
前記所定波長の光を供給する光源と；
該光源と前記第１面との間に配置されて、前記光源からの前記光を前記投影原板へ導くための請求の範囲第４４項又は第４５項に記載の照明光学系と；
前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて、前記投影原板の像を前記第２面上に形成する投影光学系と；
を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４７】
所定の波長に基づいて第１面に配置される投影原板の像を第２面に配置されるワークピースへ投影露光する投影露光方法において、
前記所定波長の光を供給する工程と；
請求の範囲第４４項又は第４５項に記載の照明光学系を介して前記所定の波長の光を用いて前記投影原板を照明する工程と；
前記照明された前記投影原板からの光に基づいて、前記第２面上に前記投影原板の像を形成する工程と；
を備えることを特徴とする投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、投影光学系、当該投影光学系の製造方法、及び当該投影光学系を備えた露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
背景技術
半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の電子デバイス（マイクロデバイス）の微細パターンの形成に際して、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して描画したフォトマスク（レチクルとも呼ぶ）のパターンを、投影露光装置を用いてウエハ等の感光性基板（被露光基板）上に縮小露光転写する方法が用いられている。この種の投影露光装置では、半導体集積回路の微細化に対応するために、その露光波長が短波長側へシフトし続けている。
現在、露光波長はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍが主流となっているが、より短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。さらに、波長１５７ｎｍのＦ２レーザや波長１４６ｎｍのＫｒ２レーザ、波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザ等の、いわゆる真空紫外域と呼ばれる波長帯の光を供給する光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、投影光学系の大開口数（ＮＡ）化によっても高解像度化が可能であるため、露光波長の短波長化のための開発だけでなく、より大きい開口数を有する投影光学系の開発もなされている。
このように波長の短い紫外城の露光光に対しては、透過率や均一性の良好な光学材料（レンズ材料）は限定される。ＡｒＦエキシマレーザを光源とする投影光学系では、レンズ材料として合成石英ガラスも使用可能であるが、１種類のレンズ材料では色収差の補正を十分に行うことができないので、一部のレンズにフッ化カルシウム結晶（蛍石）が用いられる。一方、Ｆ２レーザを光源とする投影光学系では、使用可能なレンズ材料は実質上フッ化カルシウム結晶（蛍石）に限定される。
発明の開示
最近、このように波長の短い紫外線に対しては、立方晶系であるフッ化カルシウム結晶（蛍石）においても、固有複屈折が存在することが報告されている。電子デバイスの製造に用いられる投影光学系のような超高精度の光学系においては、レンズ材料の複屈折に伴って生じる収差は致命的であり、複屈折の影響を実質的に回避したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠である。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば蛍石のような固有複屈折を示す結晶材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材を含む投影光学系の製造方法である。そして、第１の偏光成分及び該第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分の光に関する評価を行いつつ、前記少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の方位を定める補助工程を含み、所定の設計データを得る設計工程と；前記等軸晶系の結晶材料を準備する結晶材料準備工程と；前記等軸晶系の結晶材料の結晶軸を測定する結晶軸測定工程と；前記設計工程での前記設計データに基づいて、前記等軸晶系の結晶材料から所定形状の屈折部材を形成する屈折部材形成工程と；前記設計工程で得られた前記屈折部材の結晶軸方位に基づいて、前記屈折部材を配置する組上工程と；を含むことを特徴とする。
この発明によれば、等軸晶系の結晶材料に起因する複屈折の影響を複数の偏光成分に関して評価しつつ、この等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の組み込み角度を複屈折の影響が極小となるように定めることが可能であるため、良好な光学性能を確保できる。
更に、上述の目的を達成するために、本発明の請求項１６に係る発明は、所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、前記所定波長の光に対して透過性を有する少なくとも１つの等軸晶系の結晶材料からなる等軸晶系屈折部材と；該等軸晶系屈折部材が有する固有複屈折による光学性能の悪化を補償するための非結晶材料からなる非結晶屈折部材と；を備えることを特徴とする。
この発明によれば、等軸晶系の結晶材料からなる等軸晶系屈折部材が有する固有複屈折による光学性能の悪化を、非結晶屈折部材により補償することが可能であるため、良好な光学性能を確保することが可能である。
また、上述の目的を達成するために、更に本発明に係る発明は、所定波長の光に基づいて第１面の像を第２面上に結像する投影光学系であって、前記所定波長の光に対して透過性を有する双晶からなる双晶屈折部材を備えていることを特徴とする。
双晶は、互いに接している同一相の２つの結晶が所定の共通の低指数の結晶軸のまわりに１８０°回転した方位関係となっているもの、或いは互いに接している同一相の２つの結晶が所定の結晶面に関して鏡像関係となっているものである。この双晶を投影光学系中の結晶屈折部材として用いることで、複屈折の影響が双晶面又は双晶境界の前後で互いに逆向きとなるため、結晶屈折部材全体では固有複屈折による光学性能の悪化を低減することが可能である。これにより、投影光学系の光学性能を確保することが可能となる。
なお、本発明の請求の範囲中、第１群の光透過部材と第２群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第１群の光透過部材および第２群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］、［００１］、［０１−１］、または［０１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ４５°であることを意味する。なお、結晶軸［１００］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が９０°の周期で現れるため、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ４５°＋（ｎ×９０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
また、本発明の請求の範囲中、第３群の光透過部材と第４群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第３群の光透過部材および第４群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ６０°であることを意味する。なお、結晶軸［１１１］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１２０°の周期で現れるため、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ６０°＋（ｎ×１２０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
また、本発明の請求の範囲中、第５群の光透過部材と第６群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第５群の光透過部材および第６群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（たとえば結晶軸［００１］、［−１１１］、［−１１０］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ９０°であることを意味する。なお、結晶軸［１１０］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１８０°の周期で現れるため、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ９０°＋（ｎ×１８０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明の第１実施例による投影光学系の製造方法について説明する。本実施例による投影光学系の製造方法の詳細を説明する前に、理解を容易とするために、その概略について図１を参照して簡単に説明する。図１は、本発明の第１実施例による投影光学系の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図１に示すように、本実施例の投影光学系の製造方法は、設計工程Ｓ１、結晶材料準備工程Ｓ２、結晶軸測定工程Ｓ３、屈折部材形成工程Ｓ４、及び組上工程Ｓ５を有する。
設計工程Ｓ１では、光線追跡ソフトを用いて投影光学系の設計を行う際に、複数の偏光成分の光線を用いて投影光学系の光線追跡を行い、それぞれの偏光成分のもとでの収差、好ましくは偏光成分毎の波面収差を算出する。そして複数の偏光成分毎の収差及び複数の偏光成分収差の合成のスカラー成分であるスカラー収差に関して投影光学系の評価を行いつつ、投影光学系を構成する複数の光学部材（屈折部材、反射部材、回折部材等々）のパラメータを最適化して、これらのパラメータからなる設計データを得る。このパラメータとしては、光学部材の面形状、光学部材の面間隔、光学部材の屈折率等の従来のパラメータに加えて、光学部材が結晶材料である場合にはその結晶軸方位をパラメータとして用いる。
結晶材料準備工程Ｓ２では、投影光学系が使用される波長に対して光透過性を有する等軸晶系（結晶軸の単位長さが互いに等しく、それぞれの結晶軸の交点における各結晶軸がなす角度が全て９０°である晶系）の結晶材料を準備する。
結晶軸測定工程Ｓ３では、結晶材料準備工程で準備された結晶材料の結晶軸の測定を行う。このとき、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）測定を行い結晶軸の方位を直接的に測定する手法か、結晶材料の複屈折を測定し、既知の結晶軸方位と複屈折量との関係に基づいて、測定された複屈折から結晶軸方位を定める手法を適用することができる。
屈折部材形成工程Ｓ４では、屈折部材が設計工程で得られたパラメータ（設計データ）を有するように、結晶準備工程で準備された結晶材料の加工（研磨）を行う。なお、本実施例では、結晶軸測定工程Ｓ３と屈折部材形成工程Ｓ４との順番はどちらが先でも良く、例えば屈折部材形成工程Ｓ４を先に実施する場合には、屈折部材の形状に加工された結晶材料の結晶軸を測定すれば良く、結晶軸測定工程Ｓ３を先に実施する場合には、屈折部材形成後に測定された結晶軸がわかるように、屈折部材、或いは当該屈折部材を保持する保持部材に結晶軸方位の情報を持たせれば良い。
組上工程Ｓ５では、加工された屈折部材を、設計工程で得られた設計データに従って、投影光学系の鏡筒内に組み込む。このとき、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸を、設計工程で得られた設計データ中の結晶軸方位となるように位置決めする。
以上、本発明の一実施例による投影光学系の製造方法の概略について説明したが、次にその詳細な手順について図２〜図８を参照して説明する。
図２は、設計工程Ｓ１を概略的に示すフローチャートである。図２に示すように、設計工程Ｓ１は、設計パラメータの初期値を入力するステップＳ１１、設計パラメータに基づいて、複数の偏光成分のもとでの投影光学系の光学性能を評価するステップＳ１２、当該ステップＳ１２で算出された光学性能が所定規格内であるか否かを判断するステップＳ１３、及び当該ステップＳ１３で所定規格内でない場合に設計パラメータを変更するステップＳ１４を備えている。
本実施例において、設計パラメータとしては、投影光学系を構成する光学部材（レンズ、反射面等）の面形状、面間隔、偏芯量、光軸に対する傾き、光軸を中心とした方位角、屈折率、複屈折率分布、反射率、透過率、透過率分布、有効径、公差等や、これらの光学部材の表面に形成される薄膜の構造、すなわち薄膜の層数、各層の厚さ、各層の材料（必要であれば各層の吸収計数）などを用いることができる。
次に、図３及び図４を参照して、複数の偏光成分のもとでの投影光学系の光学性能を評価するステップＳ１２の詳細を説明する。ここで、図３は投影光学系の光学性能の評価点の一例を示す図であり、図４はステップＳ１２の詳細を説明するためのフローチャートである。
図３に示す通り、本実施例では、投影光学系ＰＬの第２面としての像面Ｗのける光軸Ａｘ上の評価点Ｗ０と、像面Ｗにおける任意像高（例えば最周辺像高）の評価点Ｗｉとを評価点とする。なお、像面Ｗにおける任意像高の評価点Ｗｉの数は１つには限定されず、複数の任意像高の評価点を用いても良い。なお、評価点Ｗ０に入射する結像光束は、投影光学系の第１面としての物体面Ｒ上の光軸Ａｘ上の点Ｒ０からの光束に対応しており、評価点Ｗｉに入射する結像光束は物体面Ｒ上の任意物体高の点Ｒｉからの光束に対応している。
また、ステップＳ１２における複数の偏光成分としては、例えば投影光学系の光軸を法線とする面内において所定のＸ方向に振動するＸ偏光成分と、上記面内においてＸ方向と直交するＹ方向に振動するＹ偏光成分とを用いることができる。また、複数の偏光成分としては、上記光軸を法線とする面内において光軸を含む方向（放射方向Ｒ）に振動するＲ偏光成分と、当該Ｒ偏光成分と直交した振動方向を持つθ偏光成分（タンジェンシャル方向θに振動方向を有する偏光成分）とを用いても良く、上記ＸＹ偏光成分及びＲθ偏光成分の双方（つまり４つの偏光成分）を用いても良い。
そして、本実施例では、複数の偏光成分毎に、投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＳにおける位相分布Ｗ０（ρ，θ）（Ｗｉ（ｐ，θ））を求めるが、この分布は、位相分布を射出瞳ＰＳ上で極座標（ρ，θ）で表したものである。ここで、ρは射出瞳面ＰＳの半径を１に規格化した規格化瞳半径、θは射出瞳面ＰＳの中心、典型的には光軸を原点とした極座標の動径角である。
（ステップＳ１２１）  ステップＳ１２１では、コンピュータに、投影光学系ＰＬの設計パラメータが入力される。この設計パラメータは、当該ステップＳ１２１が図２のステップＳ１１の直後に実行される場合は、ステップＳ１１で入力された設計パラメータの初期値となり、当該ステップＳ１２１が図２のステップＳ１４の後に実行される場合には、ステップＳ１４で変更された後の設計パラメータとなる。
なお、上記設計パラメータは、投影光学系ＰＬの物体側（レチクル面Ｒ側）から入れた各光線について光線追跡を行ってそれら各光線の物体面（ウエハ面Ｗ）における複素振幅を求める上で必要な情報である。
（ステップＳ１２２）  次に、コンピュータは、光線追跡を行い、図２に示すような任意の評価対象像点Ｘｉ（例えば最周辺像高）に入射する結像光束の第１偏光方向位相分布ＷＨｉ（ρ，θ）及び第２偏光方向位相分布ＷＶｉ（ρ，θ）と、光軸上の評価像点Ｘｉに入射する結像光束の第１偏光方向位相分布ＷＨ０（ρ，θ）及び第２偏光方向位相分布ＷＶ０（ρ，θ）とを算出する。
なお、ここでいう「第１偏光方向」及び「第２偏光方向」は、射出瞳面ＰＳ上で互いに直交する２つの偏光方向であって、例えば上記ＸＹ偏光方向、Ｒθ偏光方向、またはＸＹ及びＲθ偏光方向の双方を適用できる。
本実施例において、これらの位相分布を算出する際に求めるべき複素振幅は、投影光学系ＰＬの射出瞳面ＰＳの端部についてだけでなく、射出瞳面ＰＳの全域についてであるので、図３に示すように、評価対象像点Ｘｉに入射する結像光束の光線追跡は、Ｘｉ上の共役点Ｒｉから射出する光束Ｌｆｉのうち、互いに異なる射出角度で射出して射出瞳面ＰＳの互いに異なる位置を通過するような各光線についてそれぞれ行われる（なお、光線追跡すべき光線の最大射出角度は、投影光学系ＰＬの像側開口数に応じたものとなる。）。
なお、本実施例においては、固有複屈折を有する等軸晶系の結晶材料からなる光学部材に対して光線追跡を行っているが、このような光学部材における結晶軸に対する複屈折の分布については、２００１年５月１５日に開かれた１５７ｎｍリソグラフィに関する第２国際シンポジウム（２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  １５７ｎｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）での米国ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のジョン・Ｈ・バーネットら（Ｊｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔ  ｅｔ  ａｌ．）によって発表されている。
そして、このような光線追跡により光束Ｌｆｉの投影光学系ＰＬの射出瞳面ＰＳにおける第１偏光方向の複素振幅分布、及び第２偏光方向の複素振幅分布が取得され、それら分布からそれぞれ第１偏光方向位相分布、及び第２辺偏光方向位相分布が求められ、それら分布を射出瞳面ＰＳ上の極座標（ρ，θ）で表したものを、それぞれ評価対象像点Ｘｉに入射する結像光束の第１偏光方向位相分布ＷＨｉ（ρ，θ）、及び第２偏光方向方向位相分布ＷＶｉ（ρ，θ）とおく。なお、ρは射出瞳面ＰＳの半径を１に規格化した規格化瞳半径、θは射出瞳面ＰＳの中心を原点とした極座標の動径角である。
また、中心像高Ｘ０に入射する結像光束の光線追跡も、同様に、Ｘ０の共役点Ｒ０から射出する光束Ｌｆ０のうち、互いに異なる射出角度で射出して射出瞳面ＰＳの互いに異なる位置を通過する各光線についてそれぞれ行われる。そして、光束Ｌｆｉの第１偏光方向の複素振幅分布、及び第２方向の複素振幅分布が求められ、それら分布を射出瞳面ＰＳ上の極座標（ρ，θ）で表したものを、それぞれ中心像高Ｘ０に入射する結像光束の第１方向位相分布ＷＨ０（ρ，θ）、及び第２方向位相分布ＷＶ０（ρ，θ）とおく。
（ステップＳ１２３）  次に、コンピュータは、評価対象像点Ｘｉの平均位相分布ＷＡｉ（ρ，θ）と、中心像高Ｘ０の平均位相分布ＷＡ０（ρ，θ）とを、次式（１），（２）により求める。
（１）  ＷＡｉ（ρ，θ）＝（ＷＶｉ（ρ，θ）＋ＷＨｉ（ρ，θ））／２
（２）  ＷＡ０（ρ，θ）＝（ＷＶ０（ρ，θ）＋ＷＨ０（ρ，θ））／２
すなわち、平均位相分布ＷＡｉ（ρ，θ）は、ＷＶｉ（ρ，θ）とＷＶ０（ρ，θ）との座標を一致させて得た中間値の分布である。
そして、求めた平均位相分布ＷＡｉ（ρ，θ），ＷＡ０（ρ，θ）それぞれのＲＭＳ値ｗａｉ，ｗａ０を求める。これらのＲＭＳ値は、投影光学系ＰＬの波面収差に相当する。
（ステップＳ１２４）  また、コンピュータは、ステップＳ１２２において求めたＷＶｉ（ρ，θ），ＷＨｉ（ρ，θ），ＷＶ０（ρ，θ），ＷＨ０（ρ，θ）を参照して、評価対象像点Ｘｉのリターデイション分布δＷｉ（ρ，θ）と、光軸上の評価像点Ｘ０のリターデイション分布δＷ０（ρ，θ）とを、次式（３）、（４）により求める。
（３）  δＷｉ（ρ，θ）＝ＷＶｉ（ρ，θ）−ＷＨｉ（ρ，θ）
（４）  δＷ０（ρ，θ）＝ＷＶ０（ρ，θ）−ＷＨ０（ρ，θ）
すなわち、リターデイション分布δＷｉ（ρ，θ）は、ＷＶｉ（ρ，θ）とＷＶｉ（ρ，θ）との座標を一致させて得た差分の分布であり、リターデイション分布δＷ０（ρ，θ）は、ＷＶ０（ρ，θ）とＷＶ０（ρ，θ）との座標を一致させて得た差分の分布である。
さらに、求めたリターデイション分布δＷｉ（ρ，θ），δＷ０（ρ，θ）それぞれのＲＭＳ値δｗｉ，δｗ０を求める。
一般にリターデイションが大きいとパターン像のコントラストが低下するので、上記リターデイション分布δＷｉ（ρ，θ）のＲＭＳ値及びリターデイション分布δＷ０（ρ，θ）のＲＭＳ値は、評価対象像点における像のコントラスト及び光軸上の評価像点における像のコントラストの悪さを示している。
（ステップＳ１２５）  コンピュータは、ステップＳ１２４において求めたリターデイション分布δＷ０を参照して、そのＲＭＳ値δｗ０，及びその射出瞳面内平均値Ａ［δＷ０］を求め、次式（５）により、ＰＳＦ値を求める。
2003007045.tif 000003
このＰＳＦ値は、リターデイションによって生じる点像強度分布の最大値の概ねの値に相当する。このＰＳＦ値が小さいほど点像強度分布が劣化していることを示す。
なお、本実施例では、以上取得したｗａｉ，ｗａ０のそれぞれに加えて、次の（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）のような評価指標を取得してもよい。
（ａ）ＷＡｉ（ρ，θ）をツェルニケ展開してできる各項のＲＭＳ値、又は／及びそのツェルニケ展開して得られた複数の項をグループ化して得られる各項のＲＭＳ値。
（ｂ）ＷＡ０（ρ，θ）をツェルニケ展開してできる各項のＲＭＳ値、又は／及びそのツェルニケ展開して得られた複数の項をグループ化して得られる各項のＲＭＳ値。
（ｃ）光軸上の評価像点Ｘ０を基準とした評価対象像点Ｘｉの平均位相分布ΔＷＡｉ（ρ，θ）又は／及びこの平均位相分布δＷＡｉのＲＭＳ値。
（ｄ）ΔＷＡｉ（ρ，θ）をツェルニケ展開してできる各項のＲＭＳ値、又は／及びツェルニケ展開して得られた複数の項をグループ化して得られる各項のＲＭＳ値。
このようにステップＳ１２で算出された光学性能（例えば平均位相分布、リターデイション分布、これらのＲＭＳ値、ＰＳＦ値等々）に基づいて、ステップＳ１３では算出された光学性能が所定の規格内であるか否かを判断する。ここで、規格内である場合には、設計データ（設計パラメータ）を出力し、設計工程Ｓ１が完了する。また、算出された光学製造が所定の規格内でない場合には、ステップＳ１４へ移行する。
ステップＳ１４では、投影光学系の設計パラメータの少なくとも一部を変更してステップＳ１２へ移行する。本実施例では、算出される光学性能が所定の規格内となるまで、このループを繰り返す。
なお、設計パラメータの変更を行う際に、最初は、投影光学系を構成する光学部材（レンズ、反射面等）の面形状、面間隔、偏芯量、光軸に対する傾き、屈折率、有効径、公差等といった非結晶材料からなる光学系が有するパラメータのみを変更して、投影光学系の光学性能のうちのスカラー成分の収差を補正し、その後、薄膜の構造、光学部材の複屈折率分布、光軸を中心とした方位角等のパラメータを変更して、スカラー成分及び偏光成分の収差を補正しても良い。
例えば、等軸晶系の結晶材料として蛍石（フッ化カルシウム、ＣａＦ２）を用いる場合を考えると、この蛍石では、結晶軸［１１１］又は該結晶軸［１１１］と等価な結晶軸を光軸とした屈折部材を形成することが従来から行われていたため、他の結晶軸を光軸にする場合に比べて屈折部材を形成する際のノウハウの蓄積が大きい。従って、例えば図５に示すように、投影光学系の設計を行う際に、投影光学系中の蛍石からなる光学部材の光軸を結晶軸［１１１］と一致させた状態で設計し、この蛍石からなる光学部材の設計パラメータとして、光軸を中心とした方位角θｚを採用することが一例として考えられる。
以上の通り、設計工程Ｓ１では、計算上において所定の規格内となる光学性能を有する投影光学系の設計データ（設計パラメータ：投影光学系を構成する光学部材（レンズ、反射面等）の面形状、面間隔、偏芯量、光軸に対する傾き、光軸を中心とした方位角、屈折率、複屈折率分布、反射率、透過率、透過率分布、有効径、公差等や、これらの光学部材の表面に形成される薄膜の構造、すなわち薄膜の層数、各層の厚さ、各層の材料（必要であれば各層の吸収計数）など）を得ることができる。
次に、結晶材料準備工程Ｓ２についての説明を図６のフローチャートを参照して行う。図６は、投影光学系が使用される波長に対して光透過性を有する等軸晶系の結晶材料を準備する結晶材料準備工程Ｓ２の詳細を示すフローチャートである。なお、このような等軸晶系の結晶材料としては、蛍石（フッ化カルシウム、ＣａＦ２）やフッ化バリウム（ＢａＦ２）が挙げられる。
以下の説明では、等軸晶系の結晶材料として蛍石を適用した場合を例にとって説明する。
（ステップＳ２１）  ステップＳ２１では、粉末原料を脱酸素化反応させる前処理を行う。紫外域または真空紫外域で使用される蛍石単結晶をブリッジマン法により育成する場合には、人工合成の高純度原料を使用することが一般的である。さらに、原料のみを融解して結晶化すると白濁して失透する傾向を示すため、スカベンジャーを添加して加熱することにより、白濁を防止する処置を施している。蛍石単結晶の前処理や育成において使用される代表的なスカベンジャーとしては、フッ化鉛（ＰｂＦ２）が挙げられる。なお、原料中に含有される不純物と化学反応し、これを取り除く作用をする添加物質のことを一般にスカベンジャーという。本実施例における前処理では、まず、高純度な粉末原料にスカベンジャーを添加して良く混合させる。その後、スカベンジャーの融点以上で、蛍石の融点未満の温度まで加熱昇温させることにより脱酸素化反応を進める。
その後、そのまま室温まで降温して焼結体としても良いし、或いはさらに温度を上昇させて一旦原料を融解させた後、室温まで降温して多結晶体としても良い。以上のようにして脱酸素化がなされた焼結体や多結晶体を前処理品という。
（ステップＳ２２）  次に、ステップＳ２２では、この前処理品を用いてさらに結晶成長させることにより単結晶インゴットを得る。
結晶成長の方法には、融液の固化、溶液からの析出、気体からの析出、固体粒子の成長に大別できることが広く知られているが、本実施例においては垂直ブリッジマン法により結晶成長させる。
まず、前処理品を容器に収納し、垂直ブリッジマン装置（結晶成長炉）の所定位置に設置する。その後、容器内に収納された前処理品を加熱して融解させる。前処理品の融点に到達した後は、所定時間を経過させた後に結晶化を開始する。融液のすべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出す。
（ステップＳ２３）  ステップＳ２３では、インゴットを切断して、後述の屈折部材形成工程Ｓ４で得ようとする光学部材の大きさ・形状と同程度なディスク材を得る。ここで、屈折部材形成工程Ｓ４で得ようとする光学部材がレンズである場合には、ディスク材の形状を薄い円柱形状とすることが好ましく、円柱形状のディスク材の口径と厚さとは、レンズの有効径（外径）及び光軸方向の厚さに合わせて定められることが望ましい。
（ステップＳ２４）  ステップＳ２４では、蛍石単結晶インゴットより切り出されたディスク材に対してアニール処理を行う。これらのステップＳ２１〜Ｓ２４を実行することにより、蛍石単結晶からなる結晶材料が得られる。
次に、結晶軸測定工程Ｓ３について説明する。結晶軸測定工程Ｓ３では、結晶材料準備工程Ｓ２で準備された結晶材料の結晶軸の測定を行う。このとき、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法と、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法とが考えられる。まず、結晶軸の方位を直接的に測定する第１の測定手法について説明する。
第１の測定手法は、Ｘ線結晶解析の手法を用いて、結晶材料の結晶構造、ひいては結晶軸を直接的に測定する。このような測定手法としては、例えばラウエ（Ｌａｕｅ）法が知られている。以下、第１の測定手法としてラウエ法を適用した場合について図７を参照して簡単に説明する。図７は、ラウエカメラを概略的に示す図である。
図７に示す通り、ラウエ法による結晶軸測定を実現するためのラウエカメラは、Ｘ線源１００と、このＸ線源１００からのＸ線１０１を試料としての結晶材料１０３へ導くためのコリメータ１０２と、結晶材料１０３から回折される回折Ｘ線１０４により露光されるＸ線感光部材１０５とを備えている。ここで、図７では不図示ではあるが、Ｘ線感光部材１０５を貫通しているコリメータ１０２の内部には、対向する一対のスリットが設けられている。
第１の測定手法においては、まず、結晶材料準備工程Ｓ２で準備された結晶材料１０３にＸ線１０１を照射して、この結晶材料１０３から回折Ｘ線１０４を発生させる。そして、この回折Ｘ線１０４で、結晶材料１０３のＸ線入射側に配置されたＸ線フィルムやイメージングプレート等のＸ線感光部材１０５を露光し、このＸ線感光部材１０５上に結晶構造に対応した模様の可視像（回折像）を形成する。この回折像（ラウエ図形）は、結晶材料が単結晶のときには斑点状となり、この斑点はラウエ斑点と呼ばれる。本実施例で用いている結晶材料は蛍石でありこの結晶構造は既知であるため、このラウエ斑点を解析することにより、結晶結晶軸方位が明らかになる。
なお、結晶軸を直接測定する第１の測定手法としては、ラウエ法に限定されず、結晶を回転又は振動させながらＸ線を照射する回転法又は振動法、ワイセンベルグ法、プリセッション法などの他のＸ線結晶解析の手法や、結晶材料の劈開性を利用した方法、結晶材料の塑性変形を与えることにより結晶材料表面に現れる特有の形状を持つ圧像（或いは打像）を観察する方法等の機械的な手法などを用いても良い。
次に、結晶材料の複屈折を測定して間接的に結晶軸方位を定める第２の測定手法について簡単に説明する。第２の測定手法では、まず結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、上述の第１の測定手法を用いて結晶材料のサンプルの結晶軸方位を測定する。そして、結晶材料サンプルの複数の結晶軸毎に複屈折の測定を行う。
図８は、複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。図８において、光源１１０からの光は、偏光子１１１により水平方向（Ｘ方向）からπ／４だけ傾いた振動面を有する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は、光弾性変調器１１２により位相変調を受けて、結晶材料サンプル１１３に照射される。すなわち、位相の変化する直線偏光が結晶材料サンプル１１３に入射する。結晶材料サンプル１１３を透過した光は検光子１１４に導かれ、水平方向（Ｘ方向）に振動面を有する偏光のみが検光子１１４を透過して光検出器１１５で検出される。
光弾性変調器１１２により発生する所定の位相遅れのときに、どれだけの光量が光検出器１１５で検出されるのかを、位相遅れの量を変えながら測定することにより、遅相軸の方向とその屈折率、及び進相軸における屈折率を求めることができる。
なお、試料に複屈折が存在する場合、屈折率の差により当該試料を通過する振動面（偏光面）が直交した２つの直線偏光の光の位相が変化する。すなわち一方の偏光に対して他方の偏光の位相が進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅相軸と呼ぶ。本実施例では、上記第１の測定手法により結晶軸方位が既知となった結晶材料サンプルの結晶軸毎の複屈折測定を行い、結晶材料の結晶軸方位とその方位における複屈折量との対応づけを行う。このとき、測定する結晶材料の結晶軸として［１００］，［１１０］及び「１１１」という代表的な結晶軸の他に、［１１２］，［２１０］及び［２１１］などの結晶軸を用いても良い（なお、結晶軸［０１０］，［００１］は上記結晶軸［１００］と等価な結晶軸であり、結晶軸［０１１］，［１０１］は上記結晶軸［１１０］と等価な結晶軸である）。また、測定された結晶軸の中間の結晶軸に関しては、所定の補間演算式を用いて補間しても良い。
第２の手法が適用された結晶軸測定工程Ｓ３では、図８に示した複屈折測定機を用いて、結晶材料準備工程Ｓ２で準備された結晶材料の複屈折の測定を行う。そして、結晶軸方位と複屈折との対応関係が予め求められているため、この対応関係を用いて、測定された複屈折から結晶軸方位を算出する。
このように、第２の手法によれば、直接的に結晶軸方位を測定しなくとも結晶材料の結晶軸方位を求めることができる。
次に、屈折部材形成工程Ｓ４について説明する。屈折部材形成工程Ｓ４では、結晶材料準備工程Ｓ２で準備された結晶材料を加工して所定形状の光学部材（レンズ等）を形成する。このとき、結晶軸測定工程Ｓ３と屈折部材形成工程Ｓ４との順番はどちらが先でも良く、例えば、結晶軸測定工程Ｓ３の後に屈折部材形成工程Ｓ４を行う第１の部材形成手法、屈折部材形成工程Ｓ４の後に結晶軸測定工程を行う第２の部材形成手法、及び結晶軸測定工程Ｓ３と結晶軸測定工程Ｓ４とを同時に行う第３の部材形成手法が考えられる。
まず、第１の部材形成手法について説明する。第１の部材形成手法では、光学部材が設計工程Ｓ１で得られた結晶軸方位に関するパラメータを含む設計データとなるように、結晶材料準備工程Ｓ２で準備されたディスク材に対して、研削、研磨等の加工を行う。このとき、加工された光学部材にその光学部材の結晶軸方位がわかるように所定のマーク等を設ける。
具体的には、結晶材料準備工程Ｓ２において結晶軸方位が測定された結晶材料（典型的にはディスク材）から必要に応じて研削された材料を用いて、投影光学系を構成する屈折部材を製造する。すなわち、周知の研磨工程にしたがって、設計データ中の面形状、面間隔を目標として各レンズの表面を研磨加工して、所定形状のレンズ面を有する屈折部材を製造する。このとき、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、例えば図９に示す精密な干渉計装置を用いて計測する。
図９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９では、制御系１２１に制御された干渉計ユニット１２２からの射出光が、フィゾーステージ１２３ａ上に支持されたフィゾーレンズ１２３に入射する。ここで、フィゾーレンズ１２３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１２２へ戻る。なお、図９では、フィゾーレンズ１２３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１２３を透過した光は測定光となり、被検レンズ１２４の被検光学面に入射する。
被検レンズ１２４の被検光学面で反射された測定光は、フィゾーレンズ１２３を介して干渉計ユニット１２２へ戻る。こうして、干渉計ユニット１２２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１２４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１２４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。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９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。
屈折部材形成工程Ｓ４における第１の部材形成手法においては、計測された面形状が所定の範囲内になるまで、計測・研磨を繰り返す。
なお、近年では、レンズ等の光学部材を保持する際に、レンズにかかる応力を最小限にするために、レンズの周縁部に複数の隆起部（リッジ）を設けて、当該レンズを保持する保持部材（レンズセル）でこれら複数のリッジ部をキネマティックに保持することが提案されている（特開２００１−７４９９１号公報参照）。ここで、このような複数の隆起部が光学部材の結晶軸方位となるように加工することによっても、加工後の光学部材の結晶軸方位を示すことができる。また、上記の光学部材保持手法によれば、保持部材と光学部材の位置・姿勢との関係が一定となるため、この保持部材に光学部材の結晶軸方位を示す情報（マーク等）を設けても良い。
次に、第２の部材形成手法について説明する。第２の部材形成手法では、結晶材料準備工程Ｓ２で準備されたディスク材に対して、研削、研磨等の加工を行う。このとき、設計工程Ｓ１で得られた設計データのうち、面形状、面間隔、有効径（外径）等のパラメータを用いて（結晶軸方位に関するパラメータは用いないで）加工を行う。なお、第２の部材形成手法においても、第１の部材形成手法と同様に、面形状が所定の範囲内となるまで、測定・研磨を繰り返す。そして、加工された光学部材の結晶軸方位を上述の第１の測定手法を用いて計測し、測定された結晶軸方位に関する情報を、例えばマーク等で加工された光学部材に設ける。
このように、本実施例では、レンズ等に加工された後においても結晶軸方位を定めることができる。
なお、第２の部材形成手法では、結晶材料から屈折部材を形成した後に結晶軸方位の測定を行ったが、この結晶軸方位の測定を屈折部材の形成を行っている途中に行っても良い（第３の部材形成手法）。
そして、組上工程Ｓ５では、加工された各光学部材の光軸方向の間隔、光軸垂直方向の位置、及び光軸周りの回転角（方位角）が設計工程Ｓ１で得られた設計パラメータ通りとなるように、各光学部材を位置決めし、投影光学系を組み上げる。
以上の通り、第１実施例に係る投影光学系の製造方法によれば、例えば蛍石やフッ化バリウム等の等軸晶系の結晶材料に起因する複屈折の影響を複数の偏光成分に関して評価しつつ、この等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の組み込み角度を複屈折の影響が極小となるように定めることが可能であるため、良好な光学性能を確保できる。
上述の第１の実施例では、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸方位を最適化して、投影光学系の収差を低減させたが、結晶軸方位の最適化のみでは、要求される光学性能を満足しない場合があり得る。次に、第２実施例として、等軸晶系の結晶材料からなる等軸晶系屈折部材が有する固有複屈折による光学性能の悪化を、非結晶屈折部材により補償する投影光学系の製造方法について説明する。本実施例による投影光学系の製造方法の詳細を説明する前に、理解を容易とするために、その概略について図１０を参照して簡単に説明する。図１０は、本発明の第２実施例による投影光学系の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図１０に示すように、第２実施例の投影光学系の製造方法は、第１実施例の製造方法が有する設計工程Ｓ１、結晶材料準備工程Ｓ２、結晶軸測定工程Ｓ３、第１屈折部材形成工程Ｓ４、及び組上工程Ｓ５に加えて、非結晶材料準備工程Ｓ６、複屈折量測定工程Ｓ７、及び第２屈折部材形成工程Ｓ８を有する。なお、第１屈折部材形成工程Ｓ４は、第１実施例の屈折部材形成工程Ｓ４と同じ工程であるが、本実施例では第２屈折部材形成工程Ｓ８との混同を避けるため、屈折部材形成工程Ｓ４ではなく、第１屈折部材形成工程Ｓ４と称する。
以下、第１実施例に係る製造方法との相違点について説明する。
まず、設計工程Ｓ１では、最適化される投影光学系のパラメータとして、第１実施例における設計パラメータに加えて、例えば石英やフッ素がドープされた石英等の非結晶材料の複屈折量を用いる。
例えば、図１１Ａに示すように、投影光学系として、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材１１，１２と、石英やフッ素がドープされた石英等の非結晶材料からなる屈折部材１３とを備えた光学系を考える。
ここで、等軸晶系の結晶材料、例えば蛍石からなる第１の屈折部材１１及び第２の屈折部材１２において、その結晶軸［１１１］を光軸Ａｘと一致させて配置し、第１の屈折部材１１に対して第２の屈折部材１２を光軸Ａｘを中心としてＸＹ平面内で６０°回転させる。このとき、第１の屈折部材１１による複屈折の影響を図１１Ｂの（ｂ）に示し、第２の屈折部材１２による複屈折の影響を図１１Ｂの（ａ）に示す。
図１１Ｂの（ａ）から（ｃ）及び図１１Ｃは、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示しており、図中破線で示す６つの同心円が１目盛り１０°を表している。従って、最も内側の円が光軸に対して入射角１０°の領域を、最も外側の円が光軸に対して入射角６０°の領域を表している。
また、黒丸は比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域を、白丸は比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域をを表している。一方、太い円および太い両矢印は複屈折のある領域における比較的大きな屈折率の方向（遅相軸の方向）を、細い円および細い両矢印は複屈折のある領域における比較的小さな屈折率の方向（進相軸）を表している。
図１１Ｂの（ｂ）及び図１１Ｂの（ｃ）に示すように、第１及び第２の屈折部材１１，１２において、光軸Ａｘと一致している結晶軸［１１１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域は、周方向の偏光に対する屈折率が比較的小さく径方向の偏光に対する屈折率が比較的大きい複屈折領域となる。このように、各々の屈折部材１１，１２では、光軸Ａｘから３５．２６°（結晶軸［１１１］と結晶軸［１１０］とのなす角度）の領域において、複屈折の影響を最大に受けることがわかる。
図１１Ｂの（ｃ）は、光軸を中心とした相対回転角６０°を示す第１及び第２の屈折部材１１，１２による複屈折の影響を合成したものである。図１１Ｂの（ｃ）から明らかな通り、これら第１及び第２の屈折部材１１，１２全体では、複屈折が最大である結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］の影響が薄められることがわかる。しかしながら、光軸から３５．２６°の領域すなわち光軸から比較的近い領域において、径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が小さい複屈折領域が残ることになる。すなわち、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の角度を調整する手法では、結晶軸の角度によっては複屈折の影響をある程度受ける場合もあり、十分に良好な結像性能（光学性能）を確保することが困難となる恐れがある。
そこで、本実施例では、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材１１，１２とは異なる非結晶材料からなる屈折部材１３に、屈折部材１１，１２による複屈折をキャンセルする複屈折分布を与える。この屈折部材１３の複屈折分布を図１１（ｅ）に示す。なお、非結晶材料からなる屈折部材に所望の複屈折分布を与える手法については、後述の非結晶材料準備工程Ｓ６において説明する。
当該設計工程Ｓ１では、このような非結晶材料からなる屈折部材の複屈折分布を算出する。具体的には、第１実施例の設計工程Ｓ１における設計パラメータ（設計データ）に、屈折部材の複屈折分布のパラメータを追加し、第１実施例のように、ステップＳ１１〜Ｓ１４を実行する。
なお、本実施例においては、非結晶材料からなる屈折部材の複屈折分布のパラメータ以外のパラメータ（第１実施例のパラメータと同じパラメータ）を最適化し、この最適化されたパラメータにより算出される収差の残渣分を、非結晶材料からなる屈折部材の複屈折分布のパラメータの最適化を行うことにより補正する手法を用いることもできる。
また、第１実施例と同様に、最初に投影光学系を構成する光学部材（レンズ、反射面等）の面形状、面間隔、偏芯量、光軸に対する傾き、屈折率、有効径、公差等といった非結晶材料からなる光学系が有するパラメータのみを変更して、投影光学系の光学性能のうちのスカラー成分の収差を補正し、その後、薄膜の構造、光学部材の複屈折率分布、光軸を中心とした方位角等のパラメータを変更して、スカラー成分及び偏光成分の収差を補正しても良い。
なお、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸方位を最適化した結果、偏光収差だけではなく、スカラー収差も残存する場合には、投影光学系を構成する光学部材のうちの一部の光学部材の光学面（レンズ面、反射面）に、このスカラー収差を補正するための非球面を形成しても良い。この非球面としては、後述の組上工程Ｓ５におけるステップＳ５２６で算出される残存収差補正用の非球面（典型的には光軸に関して回転非対称な形状）と兼用させても良いし、別に設けても良い。別に設ける場合には、当該設計工程Ｓ１においてその非球面形状（光軸に関して回転対称又は回転非対称な形状）を設計パラメータとしておく。
次に、非結晶材料準備工程Ｓ６について説明する。本実施例では、非結晶材料として石英又はフッ素がドープされた石英（以下、改質石英と称する）を用いるが、このような石英又は改質石英は、光学結晶とは異なり、理想的な状態では複屈折性が発生しない。
しかしながら、石英又は改質石英では、不純物が混入した場合や、高温で形成された石英を冷却する際に温度分布が生じた場合には、内部応力による複屈折性が現れる。そこで、本実施例では、インゴットに混入させる不純物の量や種類、または熱履歴を調整することにより、石英又は改質石英に所望の複屈折分布を発生させる。
なお、不純物としては、ＯＨ、Ｃｌ、金属不純物、溶存ガスが挙げられ、ダイレクト法（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）の場合は、数百ｐｐｍ以上含有されるＯＨ、次いで数十ｐｐｍ含有されるＣｌが混入量から支配的であると考えられる。この不純物がインゴットに混入した場合には材料の熱膨張率が変化するので、例えばアニール後に冷却する場合には、不純物が混入した部分の縮み方が大きくなり、この縮み方の差による内部応力が発生し、応力複屈折が生じる。
また、熱履歴に関しては、上記ダイレクト法、ＶＡＤ（ｖａｐｏｒ  ａｘｉａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）法、プラズマバーナ（ｐｌａｓｍａ  ｂｕｒｎｅｒ）法などの製造方法によらずに存在する。
本実施例では、石英の原料となるＳｉ化合物ガス（Ｓｉ化合物ガスを送り出すためにＯ２、Ｈ２等のキャリアガスが用いられる）と、加熱のための燃焼ガス（Ｏ２ガスとＨ２ガス）とをバーナーから流出し、火炎内で石英を堆積させる火炎加水分解法を用いて石英の合成を行いインゴットを得る。その後、インゴットを切り出してディスク材を得て、このディスク材のアニール（又は徐冷）を行う。そして、本実施例では、石英からなる屈折部材の複屈折分布が設計工程Ｓ１により算出された複屈折分布となるように、石英の合成時の合成条件と、アニール時の熱履歴条件とを調整している。このとき、合成条件のパラメータとしては、バーナー構造、ガス流量、排気流量、ターゲットの揺動パターン等が挙げられる。なお、このような合成条件やアニール条件は、試行錯誤的に求めても良いし、経験則を用いて決定しても良い。
なお、本実施例では、例えば石英又は改質石英からなる非結晶材料の複屈折分布の対称軸と、当該非結晶材料から形成される屈折部材の光軸とをほぼ一致させている。このために、石英の合成時においてインゴットを回転させながら合成してインゴット中の不純物濃度および物性分布を中心対称とする。このインゴットの中心位置（合成時の回転中心とほぼ一致）が応力分布の中心となるため、後述の第２の屈折部材形成工程では、この中心位置を基準として（中心位置と光軸とを一致させて）屈折部材を形成することが好ましい。このため、インゴットから切り出した素材には、その中心位置をマーキングしておくことが望ましい。
そして、アニール時には、インゴットから切り出した素材形状を円筒形のディスク材とし、中心対称な温度分布を有する炉の中央で加熱している。このとき、ディスク材を回転させつつアニールを行うことが好ましい。
次に、複屈折量測定工程Ｓ７について説明する。この複屈折量測定工程Ｓ７では、非結晶材料準備工程Ｓ６により得られた石英又は改質石英からなる非結晶材料の複屈折分布の測定を行う。この複屈折分布の測定においては、図８に示した複屈折測定機を用いることができ、複屈折分布の測定方法も前述した通りであるため、ここでは説明を省略する。なお、この測定によって得られる複屈折分布の対称軸の位置に関する情報を、例えばディスク材にマーキングする等の手法によって、非結晶材料に持たせておくことが好ましい。
また、この複屈折量測定工程において、非結晶材料の屈折率分布も測定しておくことが好ましい。以下、図１２を参照して、非結晶材料の屈折率の絶対値及び屈折率分布を測定する手法について説明する。図１２は、屈折率の絶対値及び屈折率分布を測定するための干渉計装置を概略的に示す図である。
図１２において、オイル１３１が充填された試料ケース１３２の中の所定位置に被検物体である非結晶材料１３３を設置する。そして、制御系１３４に制御された干渉計ユニット１３５からの射出光が、フィゾーステージ１３６ａ上に支持されたフィゾーフラット（フィゾー平面）１３６に入射する。
ここで、フィゾーフラット１３６で反射された光は参照光となり、干渉計ユニット１３５へ戻る。一方、フィゾーフラット１３６を透過した光は測定光となり、試料ケース１３２内の被検物体１３３に入射する。被検物体１３３を透過した光は、反射平面１３７によって反射され、被検物体１３３及びフィゾーフラット１３６を介して干渉計ユニット１３５へ戻る。こうして、干渉計ユニット１３５へ戻った参照光と測定光との位相ずれに基づいて、非結晶光学部材１３３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、例えば特開平８−５５０５号公報などを参照することができる。
次に、非結晶材料から屈折部材を形成する第２屈折部材形成工程Ｓ８について説明する。
第２屈折部材形成工程Ｓ８では、複屈折量計測工程Ｓ７において複屈折分布や屈折率分布等が計測された非結晶材料（典型的にはディスク材）から必要に応じて研削された材料を用いて、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、設計データ中の面形状、面間隔を目標として各レンズの表面を研磨加工して、所定形状のレンズ面を有する屈折部材を製造する。この第２屈折部材形成工程においても、第１屈折部材形成工程（第１実施例の屈折部材形成工程Ｓ４）と同様に、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、第１屈折部材形成工程（第１実施例の屈折部材形成工程Ｓ４）と同様に、例えば図９に示した精密な干渉計装置を用いて計測する。第２屈折部材形成工程Ｓ８においても、計測された面形状が所定の範囲内になるまで、計測・研磨を繰り返す。
次に、図１３を参照して、第２実施例における組上工程Ｓ５について説明する。図１３は、第２実施例に係る投影光学系の製造方法の組上工程Ｓ５の詳細を示すフローチャートである。なお、フローチャートでは判断工程をひし形で図示するのが一般的ではあるが、図１３においては、図示の都合上、判断工程（たとえば図１３のＳ５１４、Ｓ５１７、Ｓ５２２、Ｓ５２３、Ｓ５３２）を図示のごとく六角形で表している。
（ステップＳ５１０）  ステップＳ５１０では、結晶軸測定工程Ｓ３で測定された結晶材料からなる屈折部材の結晶軸に関する情報と、第１屈折部材形成工程Ｓ４で測定された加工後の屈折部材の面形状及び面間隔に関する情報と、複屈折量測定工程Ｓ７で測定された非結晶材料からなる屈折部材の屈折率及び分布並びに複屈折量及び分布に関する情報と、第２屈折部材形成工程Ｓ８で測定された加工後の屈折部材の面形状及び面間隔に関する情報とに基づいて、これらのパラメータ（面形状、面間隔、屈折率、屈折率分布、結晶軸方位、複屈折量、複屈折分布等）を有する光学部材を用いて投影光学系を組み立てた際の光学性能を、コンピュータを用いたシミュレーションによって予測する。
具体的には、まず、設計工程Ｓ１で得られた設計データ通りに投影光学系の各光学部材のパラメータを設定した上で、上記情報を各光学部材に加味した投影光学系の光学性能を算出する。ここで、投影光学系の光学性能の評価値としては、前述の平均位相分布、リターデイション分布、これらのＲＭＳ値、ＰＳＦ値等を用いることができる。
（ステップＳ５１１）  ステップＳ５１１では、シミュレーションにて仮想的に組み立てられた各光学部材の間隔、光軸に対する偏心量、光軸周りの方位角（組み込み角度）を変化させたときの投影光学系ＰＬの光学性能をシミュレーションで求める。上述の工程Ｓ２〜Ｓ４、及びＳ６〜Ｓ８を経て製造された光学部材には屈折率分布や複屈折分布の不均質や、面形状、面間隔、及び結晶軸方位等の製造誤差が生じているため、光学部材の光軸周りの方位角（組み込み角度）のみを変えた場合でも投影光学系ＰＬの特性は変化する。ここでは、最も光学特性が良くなるよう各光学部材の間隔及び偏心量と組み込み角度とを最適化する。
（ステップＳ５１２）  ステップＳ５１２では、シミュレーションにより最適化された光学部材の間隔及び偏心量と組み込み角度とに基づいて、最適化された光学部材の間隔、偏心量、及び組み込み角度通りに光学部材を、各光学部材を保持する鏡筒に組み込む。（ステップＳ５１３）  ステップＳ５１３では、図１４に示した収差測定測定装置を用いて波面収差を計測する。図１４に示した収差測定装置は、位相回復法の原理を用いるものである。図１４において、投影光学系ＰＬの物体面にパターン板１４１のパターン形成面を位置決めするとともに、投影光学系ＰＬの結像位置（像面）に対物光学系系１４３の前側焦点位置を位置決めする。その後、照明光源１４０から射出される照明光によりパターン板１４１に形成されたピンホール１４２を照明して理想的な球面波を発生させる。この理想的な球面波が投影光学系ＰＬを通過すると、投影光学系ＰＬに残存する収差の影響を受けて理想的な球面の波面形状が変化する。投影光学系ＰＬを通過した光を対物光学系１４３で集光し、その像を撮像素子１４４で撮像して得られた撮像信号は、投影光学系ＰＬの残存収差に応じて強度分布が変化する。よって、投影光学系ＰＬの残存収差収差に関する情報を含む画像信号を、位相回復法に基づく所定の演算を行うことにより、投影光学系ＰＬの残存収差を求めることができる。尚、上述した位相回復法の詳細な内容については、米国特許第４，３０９，６０２号明細書等を参照されたい。
なお、投影光学系ＰＬの残存収差を計測するためには、図１４に示したように、パターン板１４１に形成されたピンホール１４２が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に配置している場合のみならず、光軸ＡＸに直交する面内の複数の計測点（例えば、数十点）にピンホール１４２を配置した状態で波面収差を測定する必要がある。そこで、この工程では、光軸ＡＸに直交する面内においてピンホール１４２の位置を計測点に移動させつつ波面収差を測定する。尚、パターン板１４１を移動させるのではなく、パターン板１４１に複数のピンホールを形成し、照明光源１４０内に照明領域を規定する部材を設け、一度に１つのピンホールを照明することにより波面収差を計測するようにしても良い。
（ステップＳ５１４）  ステップＳ５１４では、投影光学系の像面上の全ての測定点において波面収差が測定可能か否かを判断する。図１４に示した収差測定装置は、撮像素子１４４で撮像して得られた撮像信号に対して位相回復法に基づく所定の演算を行うことにより、投影光学系ＰＬの残存収差を求めているが、位相回復法では投影光学系ＰＬの残存収差が大きすぎると波面を復元することができない。よって、当該ステップＳ５１４において、全ての測定点において波面収差が測定可能か否かが判断される。収差測定が不可能な計測点が１つでもあると判断された場合（判断結果が「ＮＧ」）の場合には、ステップＳ５１５へ移行する。
（ステップＳ５１５）  ステップＳ５１５では、各光学部材の光軸方向の間隔の調整、各光学部材の光軸直交面内の位置の調整（偏心調整）、及び各光学部材の光軸周りの方位角の調整のうちの少なくとも１つを実行することにより、投影光学系の光学性能を調整を行い、ステップＳ５１３へ移行する。
ステップＳ５１４において全ての計測点で収差測定が可能であると判断されるまで、これらのステップＳ５１３〜Ｓ５１５を繰り返し実行する。ここで、ステップＳ５１４において全ての計測点で収差測定が可能であると判断された場合（判断結果が「ＯＫ」の場合）には、ステップＳ５１６へ移行する。
（ステップＳ５１６）  ステップＳ５１６では、上記収差測定装置を用いて全計測点における波面収差を計測する。
（ステップＳ５１７）  ステップＳ５１７では、ステップＳ５１６で計測された波面収差が所定の規格内であるか否かを判断する。このステップＳ５１７は、後述の高精度な収差測定ができる程度に投影光学系の光学性能が調整されているか否かを判断する工程である。この判断結果が「ＮＧ」の場合には、ステップＳ５１８へ移行し、判断結果が「ＯＫ」の場合には、ステップＳ５１９へ移行する。（ステップＳ５１８）  ステップＳ５１８では、各光学部材の光軸方向の間隔の調整、各光学部材の光軸直交面内の位置の調整（偏心調整）、及び各光学部材の光軸周りの方位角の調整のうちの少なくとも１つを実行することにより、投影光学系の光学性能を調整を行い、ステップＳ５１６へ移行する。
（ステップＳ５１９）  上述のステップＳ５１６〜Ｓ５１８を繰り返し実行することにより、投影光学系の光学性能が、高精度な収差測定を行うことができる程度にまで調整されると、当該ステップＳ５１９へ移行する。
このステップＳ５１９では、例えば特開平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や、特開２０００−９７６１６号公報に開示された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、高精度な波面収差計測を行う。
このとき、本実施例では、投影光学系に対して複数の偏光成分毎に波面収差の測定を行う、具体的には、上述のＸＹ偏光成分やＲθ偏光成分等を用いることができる。なお、本実施例では、複数の偏光成分毎の波面収差の測定に代えて、或いは加えて、非偏光成分（例えば上記ＸＹ偏光成分、Ｒθ偏光成分を同時に用いる）を用いた測定を行っても良い。
（ステップＳ５２０）  ステップＳ５２０では、測定された波面収差に対してツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）をフィッティングして各項毎の展開係数を求め、波面収差の各成分を（必要であれば偏光毎の波面収差の各成分も）算出する。
ここで、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）を用いた波面収差のフィッティングについて簡単に説明する。
まず、射出面上の極座標を定め、波面収差を、Ｗ（ρ，θ）として表す。ここで、ρは射出瞳半径を１に規格化した規格化瞳半径であり、θは極座標の動径角である。次いで、波面収差Ｗ（ρ，θ）を、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）を用いて、次の（６）式に示すように展開する。
（６）    Ｗ（ρ，θ）＝ΣＣｎＺｎ（ρ，θ）                    ＝Ｃ１
Ｚ１（ρ，θ）＋Ｃ２Ｚ２（ρ，θ）＋・・・                      ・・・
＋ＣｎＺｎ（ρ，θ）  なお、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）の各項に係る円筒関数系については周知であるので、詳細な説明は省略する。
さて、本実施例にかかる投影光学系には、投影光学系を露光装置本体に搭載した後でも光学性能（倍率、収差等）を調整するための外部調整機構が設けられている。このような外部調整機構としては、投影光学系を構成する光学部材の位置・姿勢をアクチュエータで制御する、或いは手動で調整する機構や、投影光学系を構成する光学部材のうち、最も第１面側及び／又は第２面側に位置する光学部材を、当該光学部材とは異なる光学特性を有する光学部材と交換する機構などがある。
以下、図１５を参照して、外部調整機構について簡単に説明する。本実施例の投影光学系は、複数の光学部材２１〜２７を光軸方向（Ｚ方向）に沿って配置した構成となっているが、最も第１面Ｒ側の光学部材２１と最も第２面Ｗ側の光学部材２２とが投影光学系ＰＬの本体に対して交換可能となっている。また、複数の光学部材のうちの５つのレンズ２３〜２７は、それぞれアクチュエータ２８〜３２によって、光軸方向（Ｚ方向）、及び当該光軸と直交する方向（ＸＹ方向）を軸とした回転方向（θｘ，θｙ方向）に沿った位置が調整可能となっている。ここで、最も第２面Ｗ側の光学部材２２を保持する保持部材３３は、投影光学系ＰＬを構成する鏡筒の一部３４に対し脱着可能に構成されている。
本実施例では、５つのレンズがそれぞれＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向に位置調整可能となっているため、５つの回転対称収差（倍率、低次のディストーション、低次のコマ収差、低次の像面湾曲及び低次の球面収差）及び５つの偏心収差（２種類の偏心ディストーション、偏心コマ収差、偏心アス、及び偏心球面収差）を補正することができる。なお、本実施例では５つのレンズを位置調整可能としたが、位置調整可能なレンズの数は５つには限定されない。
また、本実施例では、最も第１面Ｒ側の光学部材及び最も第２面Ｗ側の光学部材のうちの少なくとも一方を、当該光学部材とは異なる複屈折量及び複屈折分布を有する光学部材と交換可能としている。ここで、当該光学部材としては、上述の結晶材料準備工程Ｓ２、結晶軸測定工程Ｓ３及び第１屈折部材形成工程Ｓ４と同様の製造方法により製造される等軸晶系の結晶材料（例えば蛍石、フッ化バリウム）や、上述の非結晶材料準備工程Ｓ６、複屈折量測定工程Ｓ７及び第２屈折部材形成工程Ｓ８と同様の製造方法により製造される非結晶材料（石英、改質石英）を適用することができる。
また、最も第１面Ｒ側の光学部材及び／又は最も第２面Ｗ側の光学部材に関しては、投影光学系ＰＬに対して、そのＸＹ平面内の位置、θｘ，θｙ方向の傾き、Ｚ方向の位置が調整可能となるようにすることが好ましい。この構成によれば、例えば回転非対称な偏光収差が投影光学系ＰＬに発生している場合には、所定の複屈折分布を有する光学部材２１または２２の位置・姿勢を調整して、回転非対称な偏光収差を補正できる。ここで、最も第２面Ｗ側の光学部材が平行平面板である場合には、このθｘ，θｙ方向の傾きを調整することにより偏心コマ収差を補正できる。また、最も第２面Ｗ側の光学部材の屈折力を変更するように調整すれば（屈折力が異なる光学部材と交換すれば）、投影光学系ＰＬのペッツバール和を調整することができる。
また、図１５には示していないが、投影光学系ＰＬを構成する光学部材の一部にトーリック面形状の光学面（屈折面、反射面等）を設けて、当該光学部材の光軸Ａｘ周りの方位角を調整することにより、光軸上非点隔差を補正することが可能である。
（ステップＳ５２１）  図１３に戻って、ステップＳ５２１では、投影光学系がステップＳ５２０で算出された波面収差の各成分の値を有している場合に、上記外部調整機構を用いて調整した後の波面収差（又は波面収差の各成分）をシミュレーションで予測する。具体的には、算出された波面収差の各成分の値を出発点とし、外部調整機構のパラメータ（レンズ２３〜２７の移動量、光学部材２１及び／又は２２の面形状、厚み、屈折率、屈折率分布、複屈折量、複屈折分布）を最適化し、最適化された後のシミュレーション上での投影光学系の収差を求める。
なお、外部調整機構において、複屈折量及び分布の異なる光学部材を交換しない場合には、予測する波面収差はスカラー成分のみとして良い。
（ステップＳ５２２）  ステップＳ５２２では、シミュレーションにより予測された収差が所定の規格内であるか否かを判断する。このステップＳ５２２の判断結果が「ＮＧ」の場合には、ステップＳ５２３へ移行する。また、このステップＳ５２２の判断結果が「ＯＫ」の場合には、ステップＳ５２９へ移行する。
（ステップＳ５２３）  ステップＳ５２３では、ステップＳ５２２において予測された収差を、各光学部材の光軸方向の間隔の調整、各光学部材の光軸直交面内の位置の調整（偏心調整）、及び各光学部材の光軸周りの方位角の調整を行うことによって補正できるか否かを判断する。ここで、当該ステップＳ５２３の判断結果が「ＯＫ」の場合には、ステップＳ５２４へ移行し、判断結果が「ＮＧ」の場合には、ステップＳ５２５へ移行する。
（ステップＳ５２４）  ステップＳ５２４では、各光学部材の光軸方向の間隔の調整、各光学部材の光軸直交面内の位置の調整（偏心調整）、及び各光学部材の光軸周りの方位角の調整のうちの少なくとも１つを調整して、投影光学系の収差を修正し、ステップＳ５１６の波面収差計測へ移行する。
これらのステップＳ５１６〜Ｓ５２４は、投影光学系の光学部材に非球面を形成したり、異なる複屈折分布の光学部材に交換することなく、どこまで投影光学系の光学性能を追い込めるかを求める工程である。
なお、上記ステップＳ５２３において、光学部材の間隔調整、偏心調整及び方位角調整のみでは、規格外と判断された収差の修正が不可能であると判断された場合には、以下のステップＳ５２５へ移行する。
（ステップＳ５２５）  ステップＳ５２５では、各光学部材の光軸方向の間隔の調整、各光学部材の光軸直交面内の位置の調整（偏心調整）、及び各光学部材の光軸周りの方位角の調整を行った後の波面収差（又は波面収差の各成分、必要であれば偏光毎の波面収差の各成分）をシミュレーションで予測する。
具体的には、算出された波面収差の各成分の値を出発点とし、各光学部材の間隔調整量、偏心調整量、及び方位角調整量をパラメータとして最適化し、最適化された後の投影光学系の収差を求める。
（ステップＳ５２６）  ステップＳ５２６では、ステップＳ５２５で予測された投影光学系の残留収差（収差の残渣成分）を補正することができる非球面形状及び／又は複屈折分布を算出する。この工程Ｓ５２６では、補正する収差に応じて非球面を形成する光学部材及び／又は複屈折分布を変更する光学部材が選択される。
図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃは、非球面が形成される光学部材及び／又は複屈折分布が変更される光学部材を説明するための図である。図１６Ａに示した投影光学系ＰＬは、図示を簡略化しており、第１面Ｒ側から順に、負の屈折力を有する光学部材ｅ１、正の屈折力を有する光学部材ｅ２、負の屈折力を有する光学部材ｅ３、開口絞りＡＳ、及び正の屈折力を有する光学部材ｅ４を有している。
第１面Ｒ上の２つの異なる物点Ｑ１，Ｑ２からの光が投影光学系ＰＬを通過する際の光路について考える。図中符号Ｌ１は物点Ｑ１から射出される光束の光路であり、符号Ｌ２は物点Ｑ２から射出される光束の光路である。投影光学系ＰＬの光軸Ａｘと第１面Ｒとの交点に位置する物点Ｑ１からの光は、光学部材ｅ１〜ｅ４を通過する度に発散又は集束されて、光軸Ａｘと第２面Ｗとの交点に結像する。ここで、光学部材ｅ１〜ｅ４の有効径をφ１〜φ４とする。また、各光学部材ｅ１〜ｅ４を通過する際の光束Ｌ１の光束径をφＬ１１〜φＬ１４とし、各光学部材ｅ１〜ｅ５を通過する際の光束Ｌ２の光束径をφＬ２１〜φＬ２４とする。
光束Ｌ１，Ｌ２が光学部材ｅ１を通過する際の光路を考えてみると、光学部材ｅ１の有効径φ１に対する光束径φＬ１１の比及び光学部材ｅ１の有効径φ１に対する光束径φＬ２１の比は約０．２５程度であり、しかも、光束Ｌ１が光学部材ｅ１を通過する位置と光束Ｌ２が光学部材ｅ１を通過する位置とは異なる。次に、光束Ｌ１，Ｌ２が光学部材ｅ４を通過する際の光路を考えてみると、光学部材ｅ４の有効径φ４に対する光束径φＬ１５の比及び光学部材ｅ４の有効径φ４に対する光束径φＬ２４の比は、ほぼ１に近い値となる。しかも、光束Ｌ１が光学部材ｅ４を通過する位置と光束Ｌ２が光学部材ｅ４を通過する位置とはほぼ同一である。よって、ステップＳ５２６において投影光学系ＰＬ内の光学部材の非球面を算出する際、及び投影光学系ＰＬ内の光学部材の複屈折量及び分布を算出する際には、図１６Ａを用いて説明した光束の通過経路を考慮して有効に収差を補正することができる光学部材を選択する必要がある。
例えば像面座標依存性の高い収差（ディストーション、像面湾曲等のスカラー収差、像面座標に応じて異なる偏光収差（複屈折の影響））を補正する場合には、物点Ｑ１からの光束Ｌ１と物点Ｑ２からの光束Ｌ２とが分離した位置を通過する光学部材ｅ１の光学面（レンズ面、反射面等）に非球面を設ける、或いは光学部材ｅ１の複屈折分布を変更すると、像面座標依存性の高い収差を効果的に補正することができる。
また、瞳座標依存性の高い収差（例えば球面収差、偏心コマ収差等のスカラー収差、像面座標依存性の少ない偏光収差（複屈折の影響））を補正する場合には、物点Ｑ１からの光束Ｌ１及び物点Ｑ２からの光束Ｌ２がほぼ全面を通過する光学部材ｅ４の光学面に非球面を設ける、或いは光学部材ｅ４の複屈折分布を変更すると、瞳座標依存性の高い収差を効果的に補正することができる。
なお、像面座標依存性及び瞳座標依存性が同等に近い収差（例えばコマ収差等）に関しては、物点Ｑ１からの光束Ｌ１及び物点Ｑ２からの光束Ｌ２の重畳の程度が中間的となる光学部材（例えば光学部材ｅ２等）の光学面に非球面を設ける、或いは物点Ｑ１からの光束Ｌ１及び物点Ｑ２からの光束Ｌ２の重畳の程度が中間的となる光学部材（例えば光学部材ｅ２等）の複屈折分布を変更すれば、像面座標依存性及び瞳座標依存性が同等に近い収差を効果的に補正することができる。
従って、ステップＳ５２６では、スカラー収差を補正するために、投影光学系ＰＬ中の複数の光学部材ｅ１〜ｅ４のうちの少なくとも３つの光学部材の光学面に関して非球面形状を算出することが好ましい。なお、偏光収差（複屈折の影響）の補正に関しては、瞳座標依存性の高い（像面座標依存性の低い）偏光収差（複屈折の影響）が発生することが多いため、投影光学系ＰＬ中の複数の光学部材ｅ１〜ｅ４のうちの少なくとも１つの光学部材に関して複屈折量及び分布を算出することが好ましい。
ここで、このような複屈折量及び分布を有する非結晶材料からなる光学部材は、当該光学部材の有効径をφｃとし、第１面Ｒ上の所定の１点から発する光束が当該光学部材を通過するときの光束径をφｐとするとき、
（７）      ０．６＜φｐ／φｃ≦１
を満足するような位置に配置されることが好ましい。このように所定の複屈折分布を有する光学部材を式（７）を満足する位置に配置することにより、等軸晶系結晶材料からなる屈折部材に起因する偏光収差（複屈折の影響）を効果的に補正することが可能である。なお、さらに良好に偏光収差（複屈折の影響）を補正するためには、上記式（７）の下限を０．７とすることが好ましい。
また、瞳座標依存性の高い（像面座標依存性の低い）偏光収差（複屈折の影響）を補正するための複屈折量及び分布を有する非結晶材料からなる光学部材は、投影光学系の瞳位置より１５０ｍｍ以内の位置に配置されることが好ましい。
また、コマ収差等の像面座標依存性及び瞳座標依存性が同等に近い収差をより効果的に補正するためには、物点Ｑ１からの光束Ｌ１及び物点Ｑ２からの光束Ｌ２の重畳の程度が中間的となる２つ光学部材の光学面に関する非球面形状を算出することが望ましいため、ステップＳ５２６では、投影光学系ＰＬ中の複数の光学部材ｅ１〜ｅ４のうちの少なくとも４つの光学部材の光学面に関して非球面形状を算出することがさらに好ましい。
なお、光学部材ｅ１〜ｅ４に形成する非球面は、光軸Ａｘに対して対称・非対称の何れであってもよい。更には、発生する収差に応じて不規則（ランダム）に非球面を形成しても良い。同様に、光学部材ｅ１〜ｅ４に設けられる複屈折分布は光軸Ａｘに対して対称・非対称の何れであってもよく、発生する変更収差に応じて不規則（ランダム）な複屈折分布を有していても良い。
ここで、ステップＳ５２６で算出される非球面並びに複屈折量及び分布は、必ずしも投影光学系ＰＬに残存する波面収差の全てを補正する目的のものに限られず、特定の残存収差だけを補正する目的のものであっても良い。例えば、後述する外部調整機構で補正できる波面収差はこのステップＳ５２６では敢えて補正せずに、外部調整機構で補正するようにしても良い。また、投影光学系ＰＬの残存波面収差の内、結像性能を鑑みて無視できるものは非球面形成又は複屈折分布付与により補正しなくとも良い。
（ステップＳ５２７）  図１３に戻って、ステップＳ５２７では、ステップＳ５２６で選択された光学部材の光学面（レンズ面、反射面等）を、ステップＳ５２６で算出された非球面形状となるように加工を行う。また、ステップＳ５２６において、所定の光学部材の複屈折分布を変更する場合には、ステップＳ５２６で算出された複屈折量及び分布を持つ光学材料を準備し、この光学材料の加工を行う。
（ステップＳ５２８）  ステップＳ５２８では、所定形状の非球面が加工された光学部材及び／又は所定の複屈折量及び分布を持つ光学部材を投影光学系へ組み込む。このとき、組み込み誤差が発生する恐れがあるが、ここで発生する組み込み誤差は、図１４に示した収差測定装置で計測不可能となる程には大きくないと考えられるため、本実施例ではステップＳ５１６へ移行する。
（ステップＳ５２９）  さて、ステップＳ５２２において、シミュレーションにより予測された収差が所定の規格内である場合（判断結果が「ＯＫ」である場合）には、投影光学系ＰＬの光学特性が外部調整機構により微調整できる程度に調整されている場合であるため、外部調整機構の取り付けと、その初期調整を行う。
ここで、外部調整機構の初期調整では、図１５に示したアクチュエータ２８〜３２の制御信号に対する応答量を調整する処理が行われる。具体的には、例えば図示なき制御系からアクチュエータ２８〜３２に対して１μｍ伸長せよとの制御信号が出力されたときに、制御信号通りにアクチュエータ２８〜３２が１μｍ伸長しない場合があるので、制御系による制御量に対するアクチュエータ２８〜３２の応答量を調整する。ここで、制御系から出力される制御信号は投影光学系ＰＬの光学的な性能を可変する信号であるので、つまりこの初期調整は、外部調整機構による調整量と投影光学系ＰＬの性能の変化量との相関を求める処理である。尚、アクチュエータ２８〜３２が取り付けられると、外部調整機構を用いた調整のみが行われる。
（ステップＳ５３０）  以上のステップＳ５２９が終了すると、上述のステップＳ５１６で用いた波面測定装置を用いて波面収差計測を行う。このとき、上述のステップＳ５２０と同様に、波面収差計測結果に対してツェルニケの円筒関数系Ｚｎ（ρ，θ）をフィッティングして各項毎の展開係数Ｃｎ（ツェルニケ係数）を求め、波面収差の成分を算出する処理を行っても良い。
（ステップＳ５３１）  以上のステップＳ５３１が終了すると、投影光学系の収差所定の規格内であるか否かが判断される。ステップＳ５３１の判断結果が「ＮＧ」の場合には、ステップＳ５３２へ移行する。また、ステップＳ５３１の判断結果が「ＯＫ」の場合には、投影光学系ＰＬの製造が完了する。
（ステップＳ５３２）  ステップＳ５３２では、上述の外部調整機構を用いた調整を行いステップＳ５２９へ移行する。ここで、ステップＳ５３１の判断結果が「ＯＫ」となるまで、ステップＳ５２９〜Ｓ５３２を繰り返す。
なお、以上に説明した第２実施例の組立工程では、複数の偏光成分の波面収差を用いた調整を行ったが、非偏光成分のみを用いて波面収差を測定しても良い。この場合には、波面収差のスカラー成分のみが既知となっているため、波面収差の偏光成分に影響を及ぼす光学部材のパラメータと、波面収差のスカラー成分の変化との相関をとり、この相関に基づいて、各ステップにおいて光学部材のパラメータ変更を行えば良い。
以上の通り、第２実施例に係る投影光学系の製造方法によれば、例えば蛍石やフッ化バリウム等の等軸晶系の結晶材料に起因する複屈折の影響を複数の偏光成分に関して評価しつつ、この等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材の結晶軸の組み込み角度を複屈折の影響（偏光収差）が極小となるように定め、かつ結晶軸方位の最適化のみでは補正しきれない複屈折の影響（偏光収差）を非結晶屈折部材により補償することが可能であるため、良好な光学性能を確保できる。
次に、第３実施例として、第１実施例又は第２実施例に従って製造された投影光学系を備えた露光装置について図１７を参照して説明する。図１７は第３実施例に係る露光装置を概略的に示す図である。
図１７において、例えば波長１９３ｎｍのパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザからなる光源４０からのパルス光は、Ｘ方向に沿って進行し、光路折り曲げプリズム４１によって偏向されて、ＤＯＥターレット４２に設けられた回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）に入射する。このＤＯＥターレット４２には、互いに異なる種類の複数の回折光学素子が設けられている。これらの回折光学素子は、当該回折光学素子のファーフィールド（Ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）領域において所定の断面形状、例えば円形断面、輪帯状断面、多重極断面（基準光軸に対して偏心した複数の極）を有する光束となるように、入射する光束を変換する。
この回折光学素子からの発散光束は、集光レンズ群４３により集光され、マイクロフライアイレンズ４４の位置の近傍に、回折光学素子のファーフィールド領域を形成する。ここで、マイクロフライアイレンズ４４とは、２次元マトリックス状に配列された複数のレンズ面を１つ或いは複数の基板上に一体的に形成したものである。なお、マイクロフライアイレンズ４４に代えて、２次元マトリックス状に集積された複数のレンズ素子を備えるフライアイレンズを用いても良い。また、回折光学素子とマイクロフライアイレンズ４４との間に配置される集光レンズ群は、レンズを光軸方向へ移動させることにより焦点距離を連続的変更することができるズーム光学系、レンズを交換することにより焦点距離を不連続的に変更することができる多焦点距離光学系などの変倍光学系とすることが好ましい。
さて、マイクロフライアイレンズ４４の射出面側には複数の光源像からなる２次光源（面光源）が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ４４（又はフライアイレンズ）の入射面の位置に複数の光源の虚像を形成するようにしてもよい。
この２次光源からの光は、コンデンサ光学系４５により集光されて、可変視野絞り４６を重畳的に照明する。そして、可変視野絞り４６からの光は、可変視野絞り４６の開口部と第１面に配置された投影原板としてのレチクルＲとをほぼ共役にするブラインド結像光学系４７ａ〜４７ｃを介して、レチクルＲに達する。なお、本実施例においては、ブラインド結像光学系４７ａ〜４７ｃ中に２枚の光路折り曲げ鏡４８ａ，４８ｂを配置して、光路をほぼ１８０°偏向させている。ブラインド結像光学系４７ａ〜４７ｃからの光により、レチクルＲ上のパターン形成領域の一部には、例えばスリット状の照野が形成される。この照野からの光は、上述の第１又は第２実施例の製造方法により得られた投影光学系ＰＬを介して、投影光学系の第２面に配置されたワークピース（感光性基板）としてのウエハＷに達し、このウエハＷにスリット状の照野内のパターンの像を形成する。本実施例では、レチクルＲを第１面上に支持するレチクルステージＲＳと、ウエハＷを第２面上に支持するウエハステージとがＹ方向に移動可能となっており、投影光学系の倍率をβとするとき、当該倍率βの比でこれらのレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを移動させつつ露光を行うことで、ウエハＷＳ上に、スリット状の結像領域がＹ方向に掃引された形状、典型的には長方形状のショット領域内にレチクルＲのパターン形成領域内のパターン像を形成する。
１つのショット領域への走査露光が終了した後に、ウエハステージＷＳを駆動して、別のショット領域への走査露光を行い、ウエハＷのほぼ全面に複数のショット領域を形成する。
なお、本実施例では、第１及び第２実施例の製造方法により製造された投影光学系を走査露光装置に適用した例を示したが、第１及び第２実施例の製造方法により製造された投影光学系は、一括露光型の投影露光装置にも適用できる。
また、本実施例の投影露光装置においては、光源からの光に基づいて第１面上に配置された投影原板としてのレチクルＲを照明する照明光学系４１〜４７ｃの少なくとも一部、特に光エネルギーが高くなる部位には、等軸晶系の結晶材料（例えば蛍石）からなる光学部材を用いている。このような照明光学系では、要求される光学性能が投影光学系に比して低いため、本実施例では照明光学系中の等軸晶系の結晶材料の結晶軸方位を最適化して複屈折の影響（偏光収差）を低減させることは行っていない。
但し、照明光学系に要求される光学性能が高い場合には、上述の第１及び第２実施例と同様に、等軸晶系の結晶材料の結晶軸方位の最適化を行ったり、非結晶材料からなる光学部材で等軸晶系の結晶材料に起因する複屈折の影響（偏光収差）を補正したりしても良い。
また、本実施例では、光源として波長１９３ｎｍのパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザを適用したが、光源としては、例えば波長１５７ｎｍのパルス光を供給するＦ２レーザ、波長１４７ｎｍの光を供給するＫｒ２レーザ、波長１２６ｎｍの光を供給するＡｒ２レーザを適用することもできる。
例えば光源として波長１５７ｎｍのパルス光を供給するＦ２レーザを適用した際には、照明光学系４１〜４７ｃ中の光透過部材として、蛍石やフッ化バリウム等の等軸晶系の結晶材料や、フッ素がドープされた石英（改質石英）を用いることができる。特に、上記マイクロフライアイレンズ４４の光学材料としては、加工の容易さと硝路長の短さとを鑑みて改質石英とすることが好ましい。
さて、次に第４実施例として、双晶からなる屈折部材を用いた投影光学系について説明する。図１８は第４実施例の投影光学系を模式的に示す図である。なお、以下に説明する第４実施例の投影光学系も上記第３実施例の投影露光装置の投影光学系として適用できるものである。
図１８Ａは双晶からなる屈折部材５１と非結晶材料からなる屈折部材５２とを備えた投影光学系の概略的な構成をしめし、図１８Ｂは屈折部材５１における結晶５１ａの結晶軸を示し、図１８Ｃは屈折部材５１における結晶５１ｂの結晶軸を示している。なお、これら図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃの座標系は図示の通り共通している。
図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示す通り、双晶からなる屈折部材５１は、双晶面又は双晶境界５０Ｓを境として互いに接している同一相の２つの結晶５１ａ，５１ｂが所定の共通の低指数の結晶軸（本実施例では結晶軸［１１１］）の周りに１８０°回転した方位関係となっているもの、或いは互いに接している同一相の２つの結晶が所定の結晶面（本例では｛１１１｝面）に関して鏡像関係となっているものである。
この構成では、双晶からなる屈折部材５１では、２つの結晶５１ａ，５１ｂの結晶軸［１１１］が光軸Ａｘと一致し、かつ結晶５１ａに対して結晶５１ｂが光軸Ａｘを中心としてＸＹ平面内で１８０°回転されている。これは、２つの結晶５１ａ，５１ｂの結晶軸［１１１］が光軸Ａｘと一致し、かつ結晶５１ａに対して結晶５１ｂが光軸Ａｘを中心としてＸＹ平面内で６０°回転される構成と等価であるため、上述の図１１に示した投影光学系と同じ理由により、複屈折の影響（偏光収差）を結晶５１ａと結晶５１ｂとで互いにほぼキャンセルすることが可能である。なお、このとき、結晶５１ａ，５１ｂでキャンセルしきれない複屈折の影響（偏光収差）を上述の実施例と同様に、非結晶材料からなる光学部材５２で補正することも可能である。
以上の通り、本実施例では、複屈折の影響が双晶面又は双晶境界の前後で互いに逆向きとなることを利用して、結晶屈折部材全体で固有複屈折による光学性能の悪化を低減することが可能である。これにより、投影光学系の光学性能を確保することが可能となる。
さて、上述の実施例では、等軸晶系の結晶材料からなる光学部材の結晶軸［１１１］を光軸と一致させた例を示したが、光軸と一致させる結晶軸は、結晶軸［１１１］及び当該結晶軸［１１１］と等価な結晶軸には限定されない。
以下、第５実施例として、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち所定の第１群の光軸を結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とほぼ一致させ、第１群とは異なる所定の第２群の光軸を結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とほぼ一致させ、これら第１群及び第２群を光軸を中心として４５°だけ相対的に回転させた例を説明する。
図１９は、第５実施例の手法を説明する図であって、前述した図１１Ｂ及び図１１Ｃと同様に、光線の入射角に対する複屈折の分布を示している。第５実施例の手法では、第１群の屈折部材における複屈折の分布は図１９（ａ）に示すようになり、第２群の屈折部材における複屈折の分布は図１９（ｂ）に示すようになる。その結果、第１群の屈折部材と第２群の屈折部材との全体における複屈折の分布は、図１９（ｃ）に示すようになる。
図１９の（ａ）及び図１９の（ｂ）を参照すると、第５実施例の手法では、光軸と一致している結晶軸［１００］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１１１］，［１−１１］，［−１１−１］，［１１−１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域は、周方向の偏光（θ偏光）に対する屈折率が比較的大きく径方向の偏光（Ｒ偏光）に対する屈折率が比較的小さい複屈折領域となる。このように、各群のレンズ素子では、光軸から４５°（結晶軸［１００］と結晶軸［１０１］とのなす角度）の領域において、複屈折の影響を最大に受けることがわかる。
一方、図１９の（ｃ）を参照すると、第１群の屈折部材と第２群の屈折部材とを光軸を中心として４５°だけ相対的に回転させることにより、第１群の屈折部材と第２群の屈折部材との全体では、複屈折が最大である結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］の影響がかなり薄められ、光軸から４５°の領域すなわち光軸から離れた領域において径方向の偏光（Ｒ偏光）に対する屈折率よりも周方向の偏光（θ偏光）に対する屈折率が大きい複屈折領域が残ることになる。この場合、一般の投影光学系において各レンズ素子における光軸と光束との最大角度は３５°〜４０°程度である。従って、第５実施例の手法を採用することにより、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］の複屈折の影響を実質的に受けることなく、良好な結像性能を確保することができる。
なお、上述の説明において、第１群の屈折部材及び第２群の屈折部材は、それぞれ１つまたは複数の屈折部材を有する。そして、第１群の屈折部材又は第２群の屈折部材が複数の屈折部材を含む場合、複数の屈折部材は必ずしも隣接する屈折部材には限られない。本実施例における屈折部材の群の概念は、後述の第３群〜第６群の屈折部材についても同様である。第５実施例の手法では、第１群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計と第２群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計とがほぼ等しいことが好ましい。
ところで、前述の図１１Ｂの（ｃ）と図１９の（ｃ）とを参照すると、図１１の手法における光軸から３５．２６°の領域での複屈折の方向と、第５実施例の手法における光軸から４５°の領域での複屈折の方向とが逆である。従って、第５実施例の手法と図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃで説明した手法とを組み合わせる手法を採用することにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく、良好な結像性能を確保することができる。
次に第６実施例として、上記第５実施例の手法と、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃで説明した手法とを組み合わせた例を説明する。
第６実施例の手法では、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち、所定の第１群の屈折部材の光軸を結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第１群とは異なる第２群の屈折部材の光軸を結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第１群の屈折部材と第２群の屈折部材とを光軸を中心として４５°だけ相対的に回転させる。さらに、所定の第３群の屈折部材の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第３群とは異なる第４群の屈折部材の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第３群の屈折部材と第４群の屈折部材とを光軸を中心として６０°だけ相対的に回転させる。
ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。第６実施例の手法では、第１群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計と第２群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計とがほぼ等しく、且つ第３群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計と第４群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計とがほぼ等しいことが好ましい。
次に、第７実施例として、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち、少なくとも１つの屈折部材の光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させた例について説明する。
上記図１１Ｂの（ａ）及び図１１Ｂの（ｂ）を参照すると、屈折部材の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させているので、複屈折が最大の結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域が１２０°ピッチで存在し、瞳面内で３θの分布を有する複屈折の影響すなわち像面（ウエハ面）においてコマ収差が発生するような影響が現れるものと考えられる。
これに対して、図１９の（ａ）及び図１９の（ｂ）を参照すると、屈折部材の光軸と結晶軸［１００］とを一致させているので、複屈折が最大の結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域が９０°ピッチで存在し、瞳面内で４θの分布を有する複屈折の影響が現れる。
この場合、ウエハに投影すべきパターンにおいて縦横パターンが支配的であるため、４θの分布であれば縦横パターンに対して非点収差が発生するような影響が現れることなく、像の崩れも顕著にならない。従って、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち、少なくとも１つの屈折部材の光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸「１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させる第７実施例の手法を採用することにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく、良好な結像性能を確保することができる。
次に、第８実施例として、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち所定の第５群の光軸を結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸とほぼ一致させ、第５群とは異なる所定の第６群の光軸を結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸とほぼ一致させ、これら第５群及び第６群を光軸を中心として９０°だけ相対的に回転させた例を説明する。
図２０は、本発明の第８実施例の手法を説明する図であって、上述の図１１Ｂ及び図１１Ｃ、図１９と同様に、光線の入射角に対する複屈折の分布を示している。第８実施例の手法では、第５群の屈折部材における複屈折の分布は図２０の（ａ）に示すようになり、第６群の屈折部材における複屈折の分布は図２０の（ｂ）に示すようになる。その結果、第５群の屈折部材と第６群の屈折部材との全体における複屈折の分布は、図２０の（ｃ）に示すようになる。
図２０の（ａ）および図２０の（ｂ）を参照すると、第８実施例の手法では、光軸と一致している結晶軸［１１０］に対応する領域は、一方の方向の偏光に対する屈折率が比較的大きく他方の方向（一方の方向に直交する方向）の偏光に対する屈折率が比較的小さい複屈折領域となる。また、結晶軸［１００］，［０１０］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１１］，［１１−１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。
一方、図２０の（ｃ）を参照すると、第５群の屈折部材と第６群の屈折部材とを光軸を中心として９０°だけ相対的に回転させることにより、第５群の屈折部材と第６群の屈折部材との全体では、複屈折が最大である結晶軸［１１０］の影響がほとんどなく、光軸付近は中間的な屈折率を有する複屈折のない領域となる。すなわち、第８実施例の手法を採用すると、複屈折の影響を実質的に受けることなく、良好な結像性能を確保することができる。
第８実施例の手法においても、第５群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計と第６群の屈折部材の光軸に沿った厚さの総計とがほぼ等しいことが好ましい。特に、第８実施例の手法では、複屈折領域が中央部（光軸およびその近傍）にあるので、中央部の薄い負レンズに適用することがさらに好ましい。
なお、以上説明した４つの手法から適宜選択した１つの手法を採用する、或いは４つの手法から選択した複数の手法を組み合わせて採用することもできる。
また、等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材においては、当該屈折部材を通過する光線の光軸に対する最大角度が２０°を超えるような場合には、その配置位置にかかわらず複屈折の影響を受けやすい。そこで、通過する光線の光軸に対する最大角度が２０°を越えるような等軸晶系の結晶材料からなる屈折部材に対して、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示した手法、第５〜第８実施例に示した手法を単独或いは組み合わせて適用することが好ましい。この構成により、複屈折の影響をさらに良好に低減でき良好な光学性能を確保できる。
また、像側開口数の大きい投影光学系では、瞳位置（中間結像点を有する複数回結像光学系の場合には最も像側（第２面側）の瞳位置）よりも第２面側に配置されたレンズにおいて、通過する光線の光軸に対する最大角度が大きい傾向にある。そこで、最も第２面側の瞳位置と第２面との間に配置される屈折部材のうち等軸晶系の結晶材料で形成される屈折部材に対して、図１１に示した手法、第５〜第８実施例に示した手法を単独或いは組み合わせて適用することが好ましい。この構成により、複屈折の影響をさらに良好に低減でき良好な光学性能を確保できる。
また、等軸晶系の結晶材料からなる複数の屈折部材のうち、所定の結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第７群の光透過部材と、所定の結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第８群の光透過部材とは、投影光学系の最大開口数に対応する光線が第７群の光透過部材を通過する際の硝路長をＬ７とし、投影光学系の最大開口数に対応する光線が前記第８群の光透過部材を通過する際の硝路長をＬ８とし、所定の波長をλとするとき、（９）  ｜Ｌ７−Ｌ８｜／λ＜３×１０＋５なる条件式を満足することが好ましい。この構成によれば、像側開口数の大きい投影光学系であっても、これら第７群と第８群との光透過部材により、複屈折の影響を低減することが可能となる。なお、さらに複屈折の影響を低減するためには、上記（９）式の上限値を２．６×１０＋５に設定することが好ましい。
以下、具体的な数値に基づく実施例を説明する。
図２１は、本発明に係る第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。本実施例の投影光学系は，光学材料として石英ＳｉＯ２及び蛍石ＣａＦ２を使用しており、第１面に配置されたレチクルＲの像を第２面に配置されたウエハＷ上に投影する。
この投影光学系は、レチクルＲ側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を有する。ここで、第１レンズ群Ｇ１は、蛍石で形成された正の屈折力を有するレンズＬＰ１１を含む。第３レンズ群Ｇ３は、蛍石で形成されたレンズＬＰ１２、ＬＰ１３、ＬＰ１４、ＬＰ１５を含む。また、開口絞りＡＳは第３レンズ群Ｇ３中に配置されている。第１実施例の投影光学系の基準波長は１９３．３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）であり、両側テレセントリックな光学系である。
さて、第１実施例において、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１は第１面から射出するテレセントリックな光束を第２レンズ群Ｇ２にリレーすると共に、正の歪曲収差を予め発生させ、これにより第２、第３レンズ群Ｇ２，Ｇ３で発生する負の歪曲収差を補正している。負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２は主にペッツバール和の補正に寄与し、像面の平坦性を実現させている。正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２からリレーした光束に基づいて、主に球面収差の発生を極力抑制した状態で、第２面上に像をテレセントリックな光束のもとで結像させる役割を担っている。
ＡｒＦレーザに対して石英硝材は吸収やコンパクション等の照射変動が発生することは知られている。ここで、正の屈折力を有する第１レンズ群に少なくとも１枚以上の蛍石硝材を使用することによって、石英硝材による照射変動の収差劣化を押さえる事ができるようになる。第１レンズ群では、光軸中心を通る光束（パーシャル径）と周辺を通る光束はレンズ面で比較的に離れている為、第１レンズ群で照射変動が発生した場合、コマ収差や投影エリアにおける中心と周辺の差等が顕著になり、収差変動が大きくなる。よって、第１レンズ群Ｇ１に蛍石を使用することにより、照射変動による収差劣化を効率よく抑制することができる。また、本実施例の投影光学系においては、第１レンズ群Ｇ１中の蛍石で形成されたレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分は、正の屈折力を有すること事が望ましい。上述のように、第１レンズ群Ｇ１に起因するコマ収差や投影エリアにおける中心と周辺の差などの照射変動による収差劣化の影響は、他のレンズ群に起因するものより大きい。特に、凸レンズでは、硝材を通過する光路長が周辺光束に比べ光軸中心を通る光束の方がより長く、よって硝材の照射変動の影響を受けやすい。このように、照射変動による収差変動を効率よく制御するという点で蛍石硝材は正の屈折力を有するレンズに使用する事が望ましい。また、石英との屈折率差によって色消しをするという点から見ても、蛍石硝材は正の屈折力を有するレンズに使用する事が望ましい。
また、第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１つの前記蛍石で形成されたレンズ成分を有することが好ましい。本実施例の投影光学系では、第２レンズ群Ｇ２によって発散した光束が第３レンズ群Ｇ３によって収束してゆくため、第３レンズ群Ｇ３の各レンズにおける照射エネルギー密度が高くなる。このことが照射変動の１種であるコンパクションの発生原因となる。第３レンズ群に蛍石硝材を使用すれば、このコンパクションの影響を軽減させる効果が得られる。さらに、蛍石硝材を照射エネルギー密度が集中する面上近くの厚みのある硝材に使用すれば、より効率よくコンパクションを補正できる。
以下の表１に第１実施例にかかる投影光学系の諸元値を示す。表１において、βは投影倍率（横倍率）、ＮＡは像側（第２面側）開口数、Ｂは像面上でのイメージサークルの直径をそれぞれ表している。また、表１において、面番号は、物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径）、ｄは各面の光軸上の面間隔をそれぞれ示している。
また、各非球面における非球面係数を表２に示す。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Ｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をＫとし、ｎ次の非球面係数をＡ〜Ｆとしたとき，以下の式（１０）で表される。
（１０）    Ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・ｙ２／ｒ２｝１／２］＋Ａ・ｙ４＋Ｂ・ｙ６＋Ｃ・ｙ８＋Ｄ・ｙ１０＋Ｅ・ｙ１２＋Ｆ・ｙ１４  なお、表２において各非球面係数の欄に記載されるＥｍは１０ｍを表している。ここで，本実施例の諸元値における曲率半径，面間隔の単位の一例としては、ｍｍを用いることができる。波長１９３．３ｎｍにおける各硝材の屈折率を以下に示す。
ＳｉＯ２  １．５６０３２６１
ＣａＦ２  １．５０１４５４８
【表１】
2003007045.tif 000004
2003007045.tif 000005
【表２】
2003007045.tif 000006
2003007045.tif 000007
2003007045.tif 000008
さて、本実施例では、投影光学系を構成する光学部材のうちの蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５の方位角（光軸周りの回転角）を調整することによって、複屈折による悪影響（偏光収差）を補正している。
図２２Ａは、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５を、蛍石の結晶軸［１１１］が光軸と一致しかつそれぞれの方位角を同じ方向に揃えた場合における光軸上での点像強度分布を示す。なお、図２２Ａにおいて、ＰＳＦの最大値は９０．７２である。
図２２Ｂは、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５のうちレンズ成分ＬＰ１４の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１３，ＬＰ１５に対して光軸周りに相対的に１８０°回転させた場合の光軸上での点像強度分布を示す。なお、図２２Ｂにおいて、ＰＳＦの最大値は９６．４１である。
これら図２２Ａ及び図２２Ｂを参照すると、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５の結晶軸の方位角が全て揃った場合（図２２Ａの場合）には、スカラー収差の３θ成分が大きく、かつＰＳＦ値も９０．６程度と低いのに対し、レンズ成分ＬＰ１４の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１３，ＬＰ１５に対して光軸周りに相対的に１８０°回転させた場合（レンズ成分ＬＰ１４と蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１３，ＬＰ１５との相対的な方位角が６０°である場合と等価、図２２Ｂの場合）には、スカラー収差の３θ成分が小さくなり、かつＰＳＦ値も９６．４程度まで上がる。このように、等軸晶系結晶材料の結晶軸の方位角を変更することにより、投影光学系の光学性能の改善が図れる。
図２２Ｃは、図２２Ｂの状態（レンズ成分ＬＰ１４の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１３，ＬＰ１５に対して光軸周りに相対的に１８０°回転させた状態）に加え、投影光学系中の石英からなるレンズ成分ＬＳ１〜ＬＳ１７のうち、瞳近傍のレンズ成分ＬＳ１２及びＬＳ１４に、図２２Ｂで示される収差を補正するための複屈折分布を与えたものである。これにより、ＰＳＦ値の最大値が９９．８６となり、投影光学系の光学性能のさらなる改善が図れる。
さて、図２２Ａ−図２２Ｃに示した例では、投影光学系中の蛍石レンズ成分の結晶軸［１１１］を光軸と一致させた手法を用いたが、別の結晶軸と光軸とを一致させても良い。
図２３Ａは、図２２Ａと同様に、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５を、蛍石の結晶軸［１１１］が光軸と一致しかつそれぞれの方位角を同じ方向に揃えた場合における光軸上での点像強度分布を示す。そして、図２３Ｂは、蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１５のうち、レンズ成分ＬＰ１１、ＬＰ１２及びＬＰ１３の光軸を蛍石の結晶軸［１００］と一致させ、レンズ成分ＬＰ１４及びＬＰ１５の光軸を蛍石の結晶軸［１１０］と一致させた例である。
そして、結晶軸［１００］を光軸に持つレンズ成分ＬＰ１１、ＬＰ１２及びＬＰ１３において、レンズ成分ＬＰ１１及びＬＰ１３の光軸周りの方位角を揃え、レンズ成分ＬＰ１２の方位角をレンズ成分ＬＰ１１及びＬＰ１３に対して４５°だけ光軸周りに回転させている。また、結晶軸［１１０］を光軸に持つレンズ成分ＬＰ１４及びＬＰ１５において、一方のレンズ成分の方位角に対して他方のレンズ成分の方位角を９０°だけ光軸周りに回転させている。
比較例としての図２３Ａと図２３Ｂとを参照すると、図２３Ｂの場合では、ＰＳＦ値の最大値が９９．４であり、良好な光学性能を有していることが分かる。なお、図２３Ｂにおいては、わずかに残存する偏光収差成分を補正するために、図２２Ｃの場合と同様に、石英からなるレンズ成分ＬＳ１〜ＬＳ１７のうちの少なくとも１つのレンズ成分に所定の複屈折分布を与えて、光学性能のさらなる改善を図っても良い。
図２４は、本発明に係る第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。本実施例の投影光学系は，光学材料として石英ＳｉＯ２及び蛍石ＣａＦ２を使用しており、第１面に配置されたレチクルＲの像を第２面に配置されたウエハＷ上に投影する。第２実施例の投影光学系は、蛍石で形成された正の屈折力を有するレンズＬＰ１１〜ＬＰ１６と、石英で形成されたレンズＬＳ１〜ＬＳ１６とを含む。第２実施例の投影光学系の基準波長は１９３．３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）であり、両側テレセントリックな光学系である。
以下の表３に第２実施例にかかる投影光学系の諸元値を示す。表３における符号の意味は表１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
また、各非球面における非球面係数を表４に示す。非球面形状は、上述の（１０）式で表される。なお、表４において各非球面係数の欄に記載されるＥｍは１０ｍを表している。
ここで，本実施例の諸元値における曲率半径，面間隔の単位の一例としては、ｍｍを用いることができる。なお、波長１９３．３ｎｍにおける各硝材の屈折率は、上記第１実施例で示した通りである。
【表３】
2003007045.tif 000009
2003007045.tif 000010
2003007045.tif 000011
【表４】
2003007045.tif 000012
2003007045.tif 000013
2003007045.tif 000014
さて、本実施例では、投影光学系を構成する光学部材のうちの蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１６の方位角（光軸周りの回転角）を調整することによって、複屈折による悪影響（偏光収差）を補正している。
図２５Ａは、比較のために蛍石の固有複屈折の影響を無視した場合における光軸上での点像強度分布を示す。なお、図２５Ａにおいて、ＰＳＦの最大値は９９．９７である。
図２５Ｂは、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１６を、蛍石の結晶軸［１１１］が光軸と一致しかつそれぞれの方位角を同じ方向に揃えた場合における光軸上での点像強度分布を示す。なお、図２５Ａにおいて、ＰＳＦの最大値は９４．５７である。
図２５Ｃは、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１６のうちレンズ成分ＬＰ１１の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１２〜ＬＰ１４，ＬＰ１６に対して光軸周りに相対的に６０°回転させ、かつレンズ成分ＬＰ１５の方位角を、他の蛍石ＬＰ１２〜ＬＰ１４，ＬＰ１６に対して光軸周りに相対的に６０°回転させた場合の光軸上での点像強度分布を示す。なお、図２５Ｃにおいて、ＰＳＦの最大値は９５．８６である。
これら図２５Ｂ及び図２５Ｃを参照すると、蛍石よりなるレンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１６の結晶軸の方位角が全て揃った場合（図２５Ｂの場合）には、スカラー収差の３θ成分が大きく、かつＰＳＦ値も９４．６程度と低いのに対し、レンズ成分ＬＰ１１の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１２〜ＬＰ１４，ＬＰ１６に対して光軸周りに相対的に６０°回転させ、かつレンズ成分ＬＰ１５の方位角を他の蛍石レンズ成分ＬＰ１２〜ＬＰ１４，ＬＰ１６に対して光軸周りに相対的に６０°回転させた場合（図２５Ｃの場合）には、スカラー収差の３θ成分が小さくなり、かつＰＳＦ値も９５．８程度まで上がる。このように、等軸晶系結晶材料の結晶軸の方位角を変更することにより、投影光学系の光学性能の改善が図れる。
図２５Ｄは、図２５Ｃの状態（レンズ成分ＬＰ１１，ＬＰ１５の方位角を、他の蛍石レンズ成分ＬＰ１２〜ＬＰ１４，ＬＰ１６に対して光軸周りに相対的に６０°回転させた状態）に加え、投影光学系中の石英からなるレンズ成分ＬＳ１〜ＬＳ１６のうち、瞳近傍のレンズ成分ＬＳ１４に、図２５Ｃで示される収差を補正するための複屈折分布を与えたものである。これにより、ＰＳＦ値の最大値が９９．８２となる。ここで、図２５Ａの理想的な状態と比較すると、図２５Ａの場合のＰＳＦの最大値が９９．９２であるのに対し、図２５Ｄではほぼ等しい値までＰＳＦの最大値が向上しており、投影光学系の光学性能のさらなる改善が図れていることが明らかである。
さて、図２５Ａ−図２５Ｄに示した例では、投影光学系中の蛍石レンズ成分の結晶軸［１１１］を光軸と一致させた手法を用いたが、上述の第１実施例と同様に別の結晶軸と光軸とを一致させても良い。
図２６Ａは、投影光学系中の蛍石レンズ成分ＬＰ１１〜ＬＰ１６のうち、レンズ成分ＬＰ１１及びＬＰ１２の光軸を蛍石の結晶軸［１１０］と一致させ、レンズ成分ＬＰ１３及びＬＰ１４の光軸を蛍石の結晶軸［１００］と一致させ、レンズ成分ＬＰ１５及びＬＰ１６の光軸を蛍石の結晶軸［１１１］と一致させた場合の点像強度分布を示す。この図２６Ａの場合において、結晶軸［１１０］を光軸に持つレンズ成分ＬＰ１１及びＬＰ１２において、一方のレンズ成分の方位角に対して他方のレンズ成分の方位角を９０°だけ光軸周りに回転させている。また、結晶軸「１００］を光軸に持つレンズ成分ＬＰ１３及びＬＰ１４において、一方のレンズ成分の方位角に対して他方のレンズ成分の方位角を４５°だけ光軸周りに回転させている。また、結晶軸［１１１］を光軸に持つレンズ成分ＬＰ１５及びＬＰ１６において、一方のレンズ成分の方位角に対して他方のレンズ成分の方位角を６０°だけ光軸周りに回転させている。
比較例としての図２５Ｂと図２６Ａとを参照すると、図２６Ａの場合では、ＰＳＦ値の最大値が９８．７６であり、良好な光学性能を有していることが分かる。
また、図２６Ｂは、図２６Ａの状態に加え、投影光学系中の石英からなるレンズ成分ＬＳ１〜ＬＳ１６のうち、瞳近傍のレンズ成分ＬＳ１４に、図２６Ａで示される収差を補正するための複屈折分布を与えた場合における光軸上での点像強度分布である。これにより、ＰＳＦ値の最大値が９９．７６となる。ここで、図２５Ａの理想的な状態と比較すると、図２５Ａの場合のＰＳＦの最大値が９９．９２であるのに対し、図２５Ｄではほぼ等しい値までＰＳＦの最大値が向上しており、投影光学系の光学性能のさらなる改善が図れていることが明らかである。
上述の各実施例の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、各実施例の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図２７のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図２７のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、各実施例の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、各実施例の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２８のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２８において、パターン形成工程４０１では、各実施例の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
産業上の利用可能性
上述の通り、本発明によれば、例えば蛍石のような固有複屈折を示す結晶材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる投影光学系を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１実施例による投影光学系の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図２は本発明の第１実施例における設計工程Ｓ１を概略的に示すフローチャートである。
図３は本発明の第１実施例における投影光学系の光学性能の評価点の一例を示す図である。
図４は本発明の第１実施例におけるステップＳ１２の詳細を説明するためのフローチャートである。
図５は本発明の第１実施例における等軸晶系の結晶材料の結晶軸方位を説明するための図である。
図６は本発明の第１実施例における結晶材料準備工程Ｓ２の詳細を示すフローチャートである。
図７はラウエカメラを概略的に示す図である。
図８は複屈折測定機の概略的な構成を示す図である。
図９はレンズの面形状の誤差測定するための干渉計装置の概略的な構成を示す図である。
図１０は本発明の第２実施例による投影光学系の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは複数の等軸晶系の結晶材料の組み合わせによって固有複屈折を低減させる手法の一例を示す図である。
図１２は屈折率の絶対値及び屈折率分布を測定するための干渉計装置を概略的に示す図である。
図１３は本発明の第２実施例に係る投影光学系の製造方法の組上工程Ｓ５の詳細を示すフローチャートである。
図１４は位相回復法の原理を用いる収差測定装置を概略的に示す図である。
図１５は本発明の第２実施例に係る投影光学系の外部調整機構を概略的に示す図である。
図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃは非球面が形成される光学部材及び／又は複屈折分布が変更される光学部材を説明するための図である。
図１７は第１実施例又は第２実施例に従って製造された投影光学系を備えた露光装置を概略的に示す図である。
図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃは複数の等軸晶系の結晶材料の組み合わせによって固有複屈折を低減させる手法の一例としての第４実施例の投影光学系を模式的に示す図及び部材５１ａ及び５１ｂの結晶方向を示す図である。
図１９は複数の等軸晶系の結晶材料の組み合わせによって固有複屈折を低減させる手法の一例としての第５実施例の投影光学系を模式的に示す図である。
図２０は複数の等軸晶系の結晶材料の組み合わせによって固有複屈折を低減させる手法の一例としての第８実施例の投影光学系を模式的に示す図である。
図２１は本発明に係る数値実施例としての第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２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃは第１実施例における投影光学系の点像強度分布を示す。
図２３Ａ及び図２３Ｂは第１実施例における投影光学系の点像強度分布を示す。
図２４は本発明に係る数値実施例としての第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２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ及び図２５Ｄは第２実施例における投影光学系の点像強度分布を示す。
図２６Ａ及び図２６Ｂは第２実施例における投影光学系の点像強度分布を示す。
図２７はマイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
図２８は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１】
2003007045.tif 000015
【図２】
2003007045.tif 000016
【図３】
2003007045.tif 000017
【図４】
2003007045.tif 000018
【図５】
2003007045.tif 000019
【図６】
2003007045.tif 000020
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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