JP2006078553A - 対物光学系、収差測定装置、および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえば最も物体側にピンホール部材が配置されたタイプであって、大きな開口数を確保しているにもかかわらず収差が良好に補正された対物光学系。
【解決手段】 最も物体側に配置されて物体側の面に所定のパターンが形成された第１光学部材（Ｌ１１：１１ａ）を備えた対物光学系。物体側から順に、正屈折力の第１光学部材を有する第１レンズ群（Ｇ１）と、少なくとも２つの正レンズを有する第２レンズ群（Ｇ２）と、少なくとも１つの正レンズを有する第３レンズ群（Ｇ３）と、少なくとも１つの負レンズを有する第４レンズ群（Ｇ４）とを備えている。第１光学部材の像側の面は、所定の曲面状に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対物光学系、収差測定装置、および露光装置に関し、特に露光装置に搭載される投影光学系の波面収差を測定する装置に好適な対物光学系に関するものである。

たとえば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搭載される投影光学系には、高解像度の実現のために、その残存収差が極めて小さいことが要求される。したがって、露光装置の製造に際して、所定の波面測定装置を用いて投影光学系の波面収差の測定を行い、その測定結果に基づいて投影光学系の光学調整を行っている。

この場合、この種の波面測定装置に用いられる対物光学系において、最も物体側（投影光学系側）には、物体側の面にピンホールが形成された平行平面板からなるピンホール部材が配置されることが多い（たとえば特許文献１を参照）。
特開２００２−１６９０８３号公報

上述のような従来の対物光学系において、開口数が比較的小さい場合、ピンホール部材の裏面（像側の面）での収差発生量が小さく、後続のレンズ群において収差を十分に補正することができる。しかしながら、たとえば半導体露光装置用の投影光学系においては、投影パターンの微細化により開口数が大きくなる傾向があり、収差測定装置用の対物光学系においても開口数を大きく確保する必要がある。

従来の対物光学系において、例えば開口数０．９またはそれ以上に対応するような大きな入射角の光線を入射させると、ピンホール部材の裏面で発生する収差量が大きくなりすぎて、後続のレンズ群により収差を補正し切れなくなるという不都合があった。実際に、ピンホール部材が石英により形成されている場合、開口数０．６５に対応する光線のピンホール部材の裏面での射出角は４０度程度であるが、開口数０．９５に対応する光線のピンホール部材の裏面での射出角は７０度を越えてしまう。

また、従来の対物光学系において、大きな開口数に対応する光線に起因してピンホール部材の裏面で大きく発生した収差を後続のレンズ群により無理に補正しようとすると、光学系全体が大型化したり、各レンズのパワーが全体的に大きくなって要求される製造精度および組立精度が厳しくなったりするという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば最も物体側にピンホール部材が配置されたタイプであって、大きな開口数を確保しているにもかかわらず収差が良好に補正された対物光学系を提供することを目的とする。

また、大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を用いて、たとえば露光装置用の投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を提供することを目的とする。

また、投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を用いて高精度に光学調整された投影光学系を介して、高精度で良好な投影露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、最も物体側に配置されて物体側の面に所定のパターンが形成された第１光学部材を備えた対物光学系において、
前記第１光学部材の像側の面は、所定の曲面状に形成されていることを特徴とする対物光学系を提供する。

本発明の第２形態では、結像光学系の波面収差を測定する収差測定装置において、
前記第１光学部材の前記物体側の面が前記結像光学系の像面に位置決めされた第１形態の対物光学系を備え、
前記第１光学部材の前記物体側の面に形成された前記所定のパターンはピンホールであることを特徴とする収差測定装置を提供する。

本発明の第３形態では、マスク上のパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
前記投影光学系の波面収差を測定するための第２形態の収差測定装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の典型的な態様にしたがう対物光学系では、最も物体側に配置されて物体側の面にピンホールのような所定のパターンが形成された第１光学部材を備え、この第１光学部材の像側の面は屈折面であって、像側に凸面を向けた曲面状に形成されている。この構成により、大きな開口数に対応して大きな入射角で第１光学部材の物体側の面に入射する光線を第１光学部材の像側の面の作用により内側へ屈折させて、後続のレンズ群への光線の入射角を小さく抑え、ひいては後続のレンズ群による収差補正を容易にすることができる。

すなわち、本発明では、たとえば最も物体側にピンホール部材が配置されたタイプであって、大きな開口数を確保しているにもかかわらず収差が良好に補正された対物光学系を実現することができる。その結果、本発明では、大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を用いて、たとえば露光装置用の投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を実現することができる。また、本発明の露光装置では、投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を用いて高精度に光学調整された投影光学系を介して、高精度で良好な投影露光を行うことができ、ひいては高精度で良好なデバイスを製造することができる。

本発明の対物光学系は、最も物体側に配置されて物体側の面にピンホールのような所定のパターンが形成された第１光学部材を備えている。そして、第１光学部材の像側の面は、所定の曲面状に形成されている。具体的には、第１光学部材の像側の面は屈折面であり、像側に凸面を向けた曲面状に形成されている。

この構成により、大きな開口数に対応して大きな入射角で第１光学部材の物体側の面に入射する光線を第１光学部材の像側の面の作用により内側へ屈折させて、後続のレンズ群への光線の入射角を小さく抑え、ひいては後続のレンズ群による収差補正を容易にすることができる。すなわち、本発明では、たとえば最も物体側にピンホール部材が配置されたタイプであって、大きな開口数を確保しているにもかかわらず収差が良好に補正された対物光学系を実現することができる。

その結果、本発明では、大きな開口数を有し且つ収差が良好に補正された対物光学系を用いて、たとえば露光装置用の投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を実現することができる。また、本発明の露光装置では、投影光学系の波面収差を高精度に測定することのできる収差測定装置を用いて高精度に光学調整された投影光学系を介して、高精度で良好な投影露光を行うことができる。

なお、本発明の対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１光学部材を有する第１レンズ群と、少なくとも２つの正レンズを有する第２レンズ群と、少なくとも１つの正レンズを有する第３レンズ群と、少なくとも１つの負レンズを有する第４レンズ群とを備えていることが好ましい。この場合、第２レンズ群が第１レンズ群からの光線を収斂させることができ、第３レンズ群と第４レンズ群とのパワー比および空気間隔を適宜設定することにより所望の倍率を実現することができる。

また、本発明では、次の条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）において、ａは第１光学部材の像側の面からの光線の最大射出角であり、ＮＡは対物光学系の開口数である。
ａ／arcsin（ＮＡ）＜０．９５ （１）

条件式（１）は、第１レンズ群のパワー（屈折力）について適切な範囲を規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、第１光学部材の像側の面で発生する収差発生量が大きい状態で後続のレンズ群に光線が入射することになり、収差補正に不利になるため好ましくない。

また、本発明では、対物光学系中の少なくとも２つの光学部材は蛍石により形成されていることが好ましい。一般に、環境温度の変化により屈折率の変化が発生して光学性能の変動（例えばフォーカスずれなど）が起こるが、温度変化による屈折率変化の方向が石英と逆である蛍石を導入することにより、温度変化による光学性能の変動を小さく抑えることができる。ちなみに、石英では温度上昇に伴って屈折率が増大するが、蛍石では温度上昇に伴って屈折率が減少する。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる収差測定装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、本実施形態にかかる収差測定装置の内部構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光源やＫｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００として例えばＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。

レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。

ウェハＷは、ウェハホルダテーブルＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上では矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

光源１００として例えばＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。

こうして、駆動系および干渉計（ＲＩＦ，ＷＩＦ）などを用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハＷのショット領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてレチクルＲおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハＷの各露光領域にレチクルＲのパターンをスキャン露光する。

本実施形態の露光装置は、結像光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための収差測定装置１０（図１では不図示）を備えている。図２を参照すると、本実施形態の収差測定装置１０では、被検光学系である投影光学系ＰＬの波面収差の測定に際して、レチクルステージＲＳ上に収差測定用のテストマスクＴＭが設置される。テストマスクＴＭには、収差測定用の円形状の開口部ＴＭａが二次元的に（たとえばＸ方向およびＹ方向に沿ってマトリックス状に）複数個形成されている。

また、本実施形態の収差測定装置１０は、ウェハステージＷＳ上においてウェハＷの露光面とほぼ同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に取り付けられたピンホール部材１１ａと後続レンズ群１１ｂとからなる対物光学系１１を備えている。すなわち、ピンホール部材１１ａの物体側（投影光学系ＰＬ側）の光学面は、投影光学系ＰＬの像面に位置決めされ、その光学面の中央部にはピンホール１１ａａが形成されている。なお、ピンホール１１ａａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストマスクＴＭの開口部ＴＭａの像よりも大きく設定されている。

ここで、露光光として波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合、対物光学系１１として後述する第１実施例の対物光学系が用いられる。また、露光光として波長が２４８．３ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を用いる場合、対物光学系１１として後述する第２実施例の対物光学系が用いられる。収差測定装置１０では、テストマスクＴＭの１つの開口部ＴＭａ、投影光学系ＰＬ、ピンホール部材１１ａのピンホール１１ａａを通過した光が、対物光学系１１およびアフォーカルリレーレンズ（不図示）を介して、マイクロフライアイレンズ（マイクロレンズアレイ）１２に入射する。

マイクロフライアイレンズ１２は、その入射面が対物光学系１１の射出瞳の位置またはその近傍に位置するように配置されている。マイクロフライアイレンズ１２は、たとえば正方形状の断面を有し且つ正屈折力を有する多数の微小レンズ１２ａを縦横に且つ稠密に配列して構成された光学素子である。マイクロフライアイレンズ１２は、例えば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成され、波面分割素子として機能する。

したがって、マイクロフライアイレンズ１２に入射した光束は、多数の微小レンズ１２ａにより二次元的に分割され、各微小レンズ１２ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部ＴＭａの像が形成される。換言すると、マイクロフライアイレンズ１２の後側焦点面の近傍には、開口部ＴＭａの像が多数形成される。こうして形成された多数の開口部ＴＭａの像は、二次元撮像素子としてのＣＣＤ１３によって検出される。ＣＣＤ１３の出力は、信号処理ユニット１４に供給される。

本実施形態の収差測定装置１０では、ＣＣＤ１３から信号処理ユニット１４へ供給された多数の開口部ＴＭａの像に関する情報に基づいて、ピンホール１１ａａの位置に関する投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。なお、対物光学系１１を除く収差測定装置１０の詳細な構成および作用については、たとえば特開２００２−１６９０８３号公報を参照することができる。以下、本実施形態にかかる対物光学系１１の構成および作用について説明する。

本実施形態の各実施例において、対物光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１光学部材としてのピンホール部材１１ａを有する第１レンズ群Ｇ１と、少なくとも２つの正レンズを有する第２レンズ群Ｇ２と、少なくとも１つの正レンズを有する第３レンズ群Ｇ３と、少なくとも１つの負レンズを有する第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。また、各実施例の対物光学系は無限遠設計されているので、対物光学系の像側に７０ｍｍの空気間隔を隔てて結像レンズ（第２対物レンズ）を配置し、対物光学系と結像レンズとの組合せにより有限光学系を形成して対物光学系の性能評価を行っている。

［第１実施例］
図３は、本実施形態の第１実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。第１実施例では、１９３．３ｎｍの波長の光に対して用いられる対物光学系に本発明を適用している。図３を参照すると、第１実施例の対物光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に平面を向けた平凸レンズＬ１１（すなわちピンホール部材１１ａ）により構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた４つの正メニスカスレンズＬ２１〜Ｌ２４により構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２とにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズＬ４１により構成されている。第１実施例では、第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２２およびＬ２４並びに第３レンズ群Ｇ３中の両凸レンズＬ３１が蛍石により形成され、その他のレンズは石英により形成されている。ここで、使用波長（λ＝１９３．３ｎｍ）に対する石英の屈折率は１．５６０３２６０であり、蛍石の屈折率は１．５０１４５５０である。

次の表（１）に、第１実施例にかかる対物光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、ＮＡは対物光学系の開口数を、Ｏｍは最大物体高をそれぞれ表している。さらに、面番号は物体側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ｎは使用波長（λ＝１９３．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。

（表１）
（主要諸元）
ＮＡ＝０．９６
Ｏｍ＝０．０１５ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
1 ∞ 4.00000 1.5603260 （Ｌ１１：１１ａ）
2 -70.03100 0.46016
3 -18.64990 4.00000 1.5603260 （Ｌ２１）
4 -9.14100 0.30000
5 -21.04500 4.20000 1.5014550 （Ｌ２２）
6 -10.21210 0.30000
7 -26.40900 4.30000 1.5603260 （Ｌ２３）
8 -14.29050 0.30000
9 -45.29600 4.50000 1.5014550 （Ｌ２４）
10 -20.22020 0.30000
11 470.51400 4.50000 1.5014550 （Ｌ３１）
12 -38.13500 4.50000
13 27.60700 4.20000 1.5603260 （Ｌ３２）
14 629.60000 10.00000
15 -19.41000 3.00000 1.5603260 （Ｌ４１）
16 32.36900 70.00000

（条件式対応値）
ａ＝６４．９度
（１）ａ／arcsin（ＮＡ）＝０．９２７

図４は、第１実施例における横収差を示す図である。図４の収差図から明らかなように、第１実施例では、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を用いて大きな開口数（ＮＡ＝０．９６）を確保しているにもかかわらず、収差が良好に補正されていることがわかる。

［第２実施例］
図５は、本実施形態の第２実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。第２実施例では、２４８．３ｎｍの波長の光に対して用いられる対物光学系に本発明を適用している。図５を参照すると、第２実施例の対物光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に平面を向けた平凸レンズＬ１１（すなわちピンホール部材１１ａ）により構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた４つの正メニスカスレンズＬ２１〜Ｌ２４により構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２とにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズＬ４１により構成されている。第２実施例では、第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２２および第３レンズ群Ｇ３中の両凸レンズＬ３１が蛍石により形成され、その他のレンズは石英により形成されている。ここで、使用波長（λ＝２４８．３ｎｍ）に対する石英の屈折率は１．５０８３８９７であり、蛍石の屈折率は１．４６７８８２５である。

次の表（２）に、第２実施例にかかる対物光学系の諸元の値を掲げる。表（２）において、ＮＡは対物光学系の開口数を、Ｏｍは最大物体高をそれぞれ表している。さらに、面番号は物体側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ｎは使用波長（λ＝２４８．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。

（表２）
（主要諸元）
ＮＡ＝０．９３
Ｏｍ＝０．０１５ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
1 ∞ 4.00000 1.5083897 （Ｌ１１：１１ａ）
2 -70.03100 0.46065
3 -21.95100 4.00000 1.5083897 （Ｌ２１）
4 -7.92000 0.30000
5 -19.95050 4.10000 1.4678825 （Ｌ２２）
6 -9.60010 0.30000
7 -29.16100 4.20000 1.5083897 （Ｌ２３）
8 -15.14960 0.30000
9 -37.07500 4.50000 1.5083897 （Ｌ２４）
10 -20.04840 0.30000
11 250.25500 4.60000 1.4678825 （Ｌ３１）
12 -30.78500 0.50000
13 29.37700 4.20000 1.5083897 （Ｌ３２）
14 231.72800 12.00000
15 -17.43550 3.00000 1.5083897 （Ｌ４１）
16 38.18800 70.00000

（条件式対応値）
ａ＝６１．３度
（１）ａ／arcsin（ＮＡ）＝０．９４３

図６は、第２実施例における横収差を示す図である。図６の収差図から明らかなように、第２実施例では、波長が２４８．３ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を用いて大きな開口数（ＮＡ＝０．９３）を確保しているにもかかわらず、収差が良好に補正されていることがわかる。

なお、図示を省略したが、各実施例における結像レンズは、物体側（対物光学系１１側）から順に、両凸レンズＬ５１と両凹レンズＬ５２との貼り合わせレンズと、両凸レンズＬ５３と両凹レンズＬ５４との貼り合わせレンズと、平行平面板Ｐ１とにより構成されている。次の表（３）に、各実施例における結像レンズの諸元の値を掲げる。表（３）において、面番号は物体側からの各面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の間隔（ｍｍ）を、ｎはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。

（表３）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
1 75.04300 5.10000 1.6228010 （Ｌ５１）
2 -75.04300 2.00000 1.7495010 （Ｌ５２）
3 1600.58000 7.50000
4 50.25600 5.10000 1.6675510 （Ｌ５３）
5 -84.54100 1.80000 1.6126580 （Ｌ５４）
6 36.91100 5.50000
7 ∞ 30.00000 1.5688290 （Ｐ１）
8 ∞

なお、上述の実施形態では、最も物体側に配置されて物体側の面にピンホールが形成された第１光学部材（ピンホール部材）を備えた対物光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般に所定のパターンが物体側の面に形成された第１光学部材を備えた対物光学系に本発明を適用することができる。具体的には、たとえば特開２００３−１１４３８１号公報に開示された観察装置用の対物光学系のように、物体側の面に指標が形成された第１光学部材を備えた対物光学系に本発明を適用することもできる。

また、上述の第１実施例において、蛍石から形成されるレンズＬ２２，Ｌ２４およびＬ３１では、蛍石の固有複屈折による影響を補正するために、たとえば特開２００３−５０４３９号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００３／００２５８９４号公報、国際特許公開ＷＯ０３／００７０４６号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００３／００１１８９６号公報、国際特許公開ＷＯ０３／００１２７１号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００３／００１１８９３号公報、国際特許公開ＷＯ０３／００３４２９号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００３／００５８４２１号公報、または国際特許公開ＷＯ０３／００７０４５号公報およびそれに対応する米国特許公開第２００３／００５３０３６号公報に開示される技術にしたがって、蛍石の結晶軸方位の関係が位置決めされることが好ましい。

上述の実施形態の露光装置では、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、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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７のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図７のステップ３０１において、１ロットのウェ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ロットのウェ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、本実施形態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ロットのウェ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ロットのウェ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ロットのウェ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、各ウェ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、ウェ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、ウェ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、本実施形態の露光装置では、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８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８において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いて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、レジスト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。

なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源やＫｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、他の適当な光源を用いることもできる。また、上述の実施形態では、投影光学系の波面収差を測定する収差測定装置用の対物光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、最も物体側に配置されて物体側の面に所定のパターンが形成された第１光学部材を備える他の一般的な対物光学系、たとえば照明光学系および投影光学系の瞳透過率分布を計測する計測装置の対物光学系や、照明光学系および投影光学系の偏光分布を計測する計測装置の対物光学系などに対して本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態の収差測定装置１０は、ウェハステージＷＳに取り付け可能に構成されていても良いし、ウェハステージとは別の計測ステージに設けられていても良い。また、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬと基板としてのウェハＷとの間に気体を満たした乾燥型の露光装置用の収差測定装置であったが、投影光学系ＰＬとウェハＷ（基板）との間に液体を満たした液浸型の露光装置にも適用できる。

液浸型の露光装置では、投影光学系の基板側開口数が１を超える場合があるが、本実施形態の対物光学系を備えた収差測定装置では、所定パターンを有する第１光学部材の像側の面が像側に凸面を向けた形状に形成されているため、開口数が１を超える光束の全てを取り込むことができる。

なお、液浸型の露光装置としては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす液浸露光装置や、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、ステージ上に所定深さの液体槽を形成しその中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。

本発明の実施形態にかかる収差測定装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる収差測定装置の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。 第１実施例における横収差を示す図である。 本実施形態の第２実施例にかかる対物光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。 第２実施例における横収差を示す図である。 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。 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。

符号の説明

１００ 光源
ＩＬ 照明光学系
Ｒ レチクル
ＲＳ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
ＴＭ テストマスク
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
１０ 収差測定装置
１１ 対物光学系
１１ａ ピンホール部材（第１光学部材）
１２ マイクロフライアイレンズ
１３ ＣＣＤ
１４ 信号処理ユニット

Claims (8)

1. 最も物体側に配置されて物体側の面に所定のパターンが形成された第１光学部材を備えた対物光学系において、
   前記第１光学部材の像側の面は、所定の曲面状に形成されていることを特徴とする対物光学系。
2. 前記第１光学部材の像側の面は、像側に凸面を向けた曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
3. 前記第１光学部材の像側の面は屈折面であることを特徴とする請求項２に記載の対物光学系。
4. 物体側から順に、正屈折力の前記第１光学部材を有する第１レンズ群と、少なくとも２つの正レンズを有する第２レンズ群と、少なくとも１つの正レンズを有する第３レンズ群と、少なくとも１つの負レンズを有する第４レンズ群とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物光学系。
5. 前記第１光学部材の像側の面からの光線の最大射出角をａとし、前記対物光学系の開口数をＮＡとするとき、
   ａ／arcsin（ＮＡ）＜０．９５
   の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対物光学系。
6. 前記対物光学系中の少なくとも２つの光学部材は蛍石により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物光学系。
7. 結像光学系の波面収差を測定する収差測定装置において、
   前記第１光学部材の前記物体側の面が前記結像光学系の像面に位置決めされた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対物光学系を備え、
   前記第１光学部材の前記物体側の面に形成された前記所定のパターンはピンホールであることを特徴とする収差測定装置。
8. マスク上のパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
   前記投影光学系の波面収差を測定するための請求項７に記載の収差測定装置を備えていることを特徴とする露光装置。

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