JP2002169083A - Objective optical system, aberration measuring device, projection exposing device, manufacture of those, and manufacture of micro device - Google Patents
Objective optical system, aberration measuring device, projection exposing device, manufacture of those, and manufacture of micro deviceInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、対物光学系、こ
の対物光学系を備えた収差測定装置及びこの収差測定装
置を備えた投影露光装置に関するものである。また、対
物光学系の製造方法、この方法により製造された対物光
学系を備えた収差測定装置の製造方法、この方法により
製造された収差測定装置を備えた投影露光装置の製造方
法及びこの方法により製造された投影露光装置を用いた
マイクロデバイスの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an objective optical system, an aberration measuring device having the objective optical system, and a projection exposure device having the aberration measuring device. Also, a method of manufacturing an objective optical system, a method of manufacturing an aberration measuring device having an objective optical system manufactured by this method, a method of manufacturing a projection exposure apparatus having an aberration measuring device manufactured by this method, and this method The present invention relates to a method for manufacturing a micro device using a manufactured projection exposure apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等をフォトリソグラフィ工程
において製造する際に、マスクのパターン像を感光性基
板に投影露光するために用いられる投影露光装置の投影
光学系においては、様々な要因に起因する諸収差が残存
している。従って、従来、投影露光装置に搭載された投
影光学系に残存する収差を測定するための様々な収差測
定装置が提案されている。2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor element or the like in a photolithography process, a projection optical system of a projection exposure apparatus used to project and expose a pattern image of a mask onto a photosensitive substrate is caused by various factors. Various aberrations remain. Therefore, conventionally, various aberration measuring apparatuses for measuring aberration remaining in a projection optical system mounted on a projection exposure apparatus have been proposed.
【0003】このような収差測定装置は、例えばCCD
等の撮像素子へ被検光学系(投影光学系)を介した光を
導く対物光学系を備えている。この対物光学系は、物点
からの光を平行光束の状態の光に変換する対物レンズ系
と、この対物レンズ系からの光を対物光学系の射出瞳位
置に設けられたマイクロフライアイレンズ(マイクロレ
ンズアレイ)にリレーするリレー光学系等を含んで構成
されている。[0003] Such an aberration measuring apparatus is, for example, a CCD.
And an objective optical system that guides light via an optical system to be inspected (projection optical system) to an image sensor such as the one described above. The objective optical system includes an objective lens system that converts light from an object point into light in a state of a parallel light beam, and a micro fly-eye lens provided at an exit pupil position of the objective optical system. (A microlens array).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の収差
測定装置は、投影露光装置に備えられた状態等において
使用されるが、使用される温度環境は一定ではなくプラ
スマイナス数℃の範囲で温度が変化する環境下で使用さ
れている。例えば、半導体素子を始めとしたマイクロデ
バイスを製造するマイクロデバイスのメーカ毎に、露光
装置を実際に使用する時のクリーンルーム内の設定温度
がプラスマイナス数℃の範囲で異なる。しかしながら、
これらの各設定温度に十分対応し得るように収差測定装
置中の対物光学系が構成されていないと、その対物光学
系における対物レンズ系あるいはリレー光学系の焦点位
置等の光学特性が変動してしまい被検光学系である投影
露光装置の投影光学系の正確な収差の測定が行えないと
いう問題があった。The above-described aberration measuring apparatus is used in a state provided in a projection exposure apparatus. However, the temperature environment used is not constant but is within a range of plus or minus several degrees Celsius. Are used in changing environments. For example, the set temperature in a clean room when an exposure apparatus is actually used varies within a range of plus or minus several degrees C. for each microdevice manufacturer that manufactures microdevices including semiconductor elements. However,
If the objective optical system in the aberration measuring device is not configured to sufficiently correspond to each of these set temperatures, optical characteristics such as the focal position of the objective lens system or the relay optical system in the objective optical system fluctuate. As a result, there is a problem that it is not possible to accurately measure the aberration of the projection optical system of the projection exposure apparatus which is the test optical system.
【0005】この発明の課題は、環境温度が変化した場
合(例えば、任意の温度のもとで使用した場合)におい
ても発生する焦点位置の変動等の光学的変動を打ち消す
ことができる対物光学系、この対物光学系を備えた収差
測定装置及びこの収差測定装置を備えた投影露光装置を
提供することである。また、環境温度が変化した場合に
おいても発生する焦点位置等の光学特性の変動を打ち消
すことができる対物光学系の製造方法、この方法により
製造された対物光学系を備えた収差測定装置の製造方
法、この方法により製造された収差測定装置を備えた投
影露光装置の製造方法及びこの方法により製造された投
影露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供
することである。An object of the present invention is to provide an objective optical system capable of canceling optical fluctuations such as a change in a focal position which occur even when the environmental temperature changes (for example, when used under an arbitrary temperature). Another object of the present invention is to provide an aberration measuring device having the objective optical system and a projection exposure apparatus having the aberration measuring device. Also, a method of manufacturing an objective optical system capable of canceling a change in optical characteristics such as a focal position that occurs even when the environmental temperature changes, and a method of manufacturing an aberration measuring apparatus including the objective optical system manufactured by this method Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a projection exposure apparatus having an aberration measuring device manufactured by this method, and a method of manufacturing a micro device using the projection exposure apparatus manufactured by this method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の対物光学
系は、屈折率温度係数が負の値を有する光学材料で構成
される第1の正レンズと、屈折率温度係数が正の値を有
する光学材料で構成される第2の正レンズとを含むこと
を特徴とする。この請求項1記載の対物光学系によれ
ば、例えば、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料
で構成される第2の正レンズで発生した温度変化時の負
(射出瞳に近づく方向)の焦点位置変動を屈折率温度係
数が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レン
ズで発生する温度変化時の正(射出瞳から遠ざかる方
向)の焦点位置変動により補正することが可能となり温
度変化時(例えば、異なる温度での使用時)の焦点位置
変動を小さくすることができる。According to a first aspect of the present invention, there is provided an objective optical system comprising: a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient; and a positive refractive index temperature coefficient. And a second positive lens composed of an optical material having the following. According to the objective optical system of the first aspect, for example, a negative (in a direction approaching the exit pupil) when a temperature change occurs in the second positive lens made of an optical material having a refractive index temperature coefficient having a positive value. The correction of the focal position fluctuation of (1) by the positive (in the direction away from the exit pupil) focal position fluctuation at the time of a temperature change generated by the first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient. This makes it possible to reduce the fluctuation of the focal position when the temperature changes (for example, when using at different temperatures).
【0007】また、請求項2記載の対物光学系は、前記
対物光学系の全系の焦点距離をf、前記対物光学系の全
体がΔT(℃)だけ温度変化したときの全系の焦点距離
をf1としたとき、|(f1−f)/f/ΔT| < 10-4
(1/℃)の条件を満足することを特徴とする。この請求
項2記載の対物光学系によれば、|(f1−f)/f/
ΔT| < 10-4(1/℃)の条件を満足するため温度変化
時(例えば、異なる温度での使用時)の焦点位置変動を
小さくすることができる。In the objective optical system according to the present invention, the focal length of the entire objective optical system is f, and the focal length of the entire objective optical system when the temperature of the entire objective optical system changes by ΔT (° C.). when was the f 1, | (f 1 -f ) / f / ΔT | <10 -4
(1 / ° C.). According to the objective optical system of the second aspect, | (f 1 −f) / f /
Since the condition of ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) is satisfied, it is possible to reduce the fluctuation of the focal position when the temperature changes (for example, when using at different temperatures).
【0008】また、請求項3記載の対物光学系は、物点
からの光を所定の状態の光に変換する対物レンズ系と、
この対物レンズ系からの光をリレーするリレー光学系と
を含み、前記対物光学系及び前記リレー光学系は、屈折
率温度係数が負の値を有する光学材料で構成される第1
の正レンズと、屈折率温度係数が正の値を有する光学材
料で構成される第2の正レンズとをそれぞれ含むことを
特徴とする。この請求項3記載の対物光学系によれば、
例えば、対物レンズ系のみに温度変化が発生した場合又
はリレー光学系のみに温度変化が発生した場合において
も、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構成さ
れる第2の正レンズで発生した温度変化時の負(射出瞳
に近づく方向)の焦点位置変動を屈折率温度係数が負の
値を有する光学材料で構成される第1の正レンズで発生
する温度変化時の正(射出瞳から遠ざかる方向)の焦点
位置変動により補正することが可能となり温度変化時
(例えば、異なる温度での使用時)の焦点位置変動を小
さくすることができる。The objective optical system according to a third aspect of the present invention comprises: an objective lens system for converting light from an object point into light in a predetermined state;
A relay optical system that relays light from the objective lens system, wherein the objective optical system and the relay optical system are made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient having a negative value.
, And a second positive lens made of an optical material having a positive refractive index temperature coefficient. According to the objective optical system of the third aspect,
For example, even when a temperature change occurs only in the objective lens system or when a temperature change occurs only in the relay optical system, the second positive lens formed of an optical material having a positive refractive index temperature coefficient has a positive temperature coefficient. The negative (in the direction approaching the exit pupil) focal position fluctuation at the time of the generated temperature change is generated by the first positive lens made of an optical material having a negative value of the refractive index temperature coefficient. Correction can be made by a change in the focal position in a direction away from the pupil), and a change in the focal position when the temperature changes (for example, when used at different temperatures) can be reduced.
【0009】また、請求項4記載の対物光学系は、前記
対物光学系の全系の焦点距離をf、前記対物レンズ系の
みがΔT(℃)だけ温度変化したときの全系の焦点距離
をfo、前記リレー光学系のみがΔT(℃)だけ温度変化
したときの全系の焦点距離をfrとしたとき、|((fo
−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)、及び|((fr
−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)の条件を満足す
ることを特徴とする。この請求項4記載の対物光学系に
よれば、|((fo−f)/f)/ΔT| <10-4(1/
℃)、及び|((fr−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/
℃)の条件を満足するため温度変化時(例えば、異なる
温度での使用時)の焦点位置変動を小さくすることがで
きる。Further, in the objective optical system according to the present invention, the focal length of the whole system of the objective optical system is f, and the focal length of the whole system when only the objective lens system changes in temperature by ΔT (° C.). fo, | ((fo)
−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) and | ((fr
−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) According to this objective optical system, | ((fo−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 /
° C) and | ((fr-f) / f) / ΔT | <10 -4 (1 /
(° C.), it is possible to reduce the fluctuation of the focal position when the temperature changes (for example, when using at different temperatures).
【0010】また、請求項5記載の対物光学系は、前記
第1の正レンズ及び前記第2の正レンズを保持する保持
部材を更に含み、前記保持部材は、前記第1の正レンズ
の線膨張係数(又は熱膨張係数)より小さくかつ前記第
2の正レンズの線膨張係数(又は熱膨張係数)より大き
い線膨張係数(又は熱膨張係数)を有することを特徴と
する。この請求項5記載の対物光学系によれば、保持部
材の線膨張係数が第1の正レンズの線膨張係数より小さ
くかつ第2の正レンズの線膨張係数より大きいため、温
度変化時(例えば、異なる温度での使用時)の焦点位置
変動を小さくすることができる。The objective optical system according to claim 5, further comprising a holding member for holding the first positive lens and the second positive lens, wherein the holding member is a line of the first positive lens. It has a linear expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) smaller than an expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) and larger than a linear expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) of the second positive lens. According to this objective optical system, the linear expansion coefficient of the holding member is smaller than the linear expansion coefficient of the first positive lens and larger than the linear expansion coefficient of the second positive lens. (When used at different temperatures).
【0011】また、請求項6記載の対物光学系は、前記
第1の正レンズ及び前記第2の正レンズが300nm以
下の波長の光に対して所定の光学作用を付与するように
前記300nm以下の波長の光を透過させることを特徴
とする。この請求項6記載の対物光学系によれば、30
0nm以下の波長の光に対して温度色消しされた対物光
学系を実現することができる。In the objective optical system according to the present invention, the first positive lens and the second positive lens may provide a predetermined optical action to light having a wavelength of 300 nm or less. Is transmitted. According to the objective optical system of the sixth aspect, 30
It is possible to realize an objective optical system that is achromatized with respect to light having a wavelength of 0 nm or less.
【0012】また、請求項7記載の収差測定装置は、被
検光学系の結像面に関する収差を計測するために、前記
結像面内の微小領域を計測物点とする請求項1〜請求項
6の何れか1項に記載の対物光学系と、前記対物光学系
を介した前記計測物点からの光を検出する光電検出手段
とを含むことを特徴とする。この請求項7記載の収差測
定装置によれば、被検光学系の結像面内の微小領域を計
測物点とする対物光学系として、温度変化時(例えば、
異なる温度での使用時)の焦点位置変動が小さくされた
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の対物光学を用
いているため、収差測定装置の使用される環境温度が変
化した場合(例えば、所定の範囲内でクリーンルーム内
の温度を任意に設定した場合)においても正確な収差測
定を行うことができる。Further, in the aberration measuring apparatus according to the present invention, a minute area in the image forming plane is set as a measurement object point in order to measure an aberration related to the image forming plane of the optical system to be measured. Item 7 includes the objective optical system according to any one of Items 6, and a photoelectric detection unit that detects light from the measurement object point via the objective optical system. According to the aberration measuring apparatus of the present invention, when the temperature changes (for example, when the objective optical system has a minute area in the imaging plane of the optical system to be measured as an object point),
Since the objective lens according to any one of claims 1 to 6 has a reduced focal position variation during use at different temperatures), the environmental temperature at which the aberration measuring device is used has changed. In this case (for example, when the temperature in the clean room is arbitrarily set within a predetermined range), accurate aberration measurement can be performed.
【0013】また、請求項8記載の投影露光装置は、マ
スクのパターン像を感光性基板上に形成する投影光学系
を含む投影露光装置において、請求項7記載の収差測定
装置を含み、前記収差測定装置は、前記投影光学系を被
検光学系として前記投影光学系の収差を測定することを
特徴とする。この請求項8記載の投影露光装置によれ
ば、請求項7記載の収差測定装置を含み、この収差測定
装置により被検光学系としての投影光学系の収差を測定
するため、環境温度又は温度変化(例えばクリーンルー
ム内の設定温度)に左右されることなく常に安定した被
検光学系としての投影光学系の収差を精度良く計測する
ことができる。According to another aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus including a projection optical system for forming a pattern image of a mask on a photosensitive substrate. The measurement device measures the aberration of the projection optical system using the projection optical system as a test optical system. According to the projection exposure apparatus of the eighth aspect, the aberration measuring apparatus of the seventh aspect is included, and the aberration measuring apparatus measures the aberration of the projection optical system as the test optical system. (E.g., a set temperature in a clean room), it is possible to always accurately measure the aberration of the projection optical system as the test optical system, which is stable.
【0014】また、請求項9記載の対物光学系の製造方
法は、基準温度において所定性能を有する対物光学系を
設計する第1設計工程と、前記基準温度から所定温度ず
らした状態において前記所定性能を維持するように前記
対物光学系を設計する第2設計工程とを含むことを特徴
とする。この請求項9記載の対物光学系の製造方法によ
れば、環境温度(例えば、所定の範囲内でクリーンルー
ム内の温度を任意に設定した場合)が変化した場合にお
いても焦点位置変動等の光学特性の変動が小さい対物光
学系を製造することができる。According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an objective optical system, a first design step of designing an objective optical system having a predetermined performance at a reference temperature is provided, and the predetermined performance is shifted from the reference temperature by a predetermined temperature. And a second design step of designing the objective optical system so as to maintain According to the method for manufacturing an objective optical system according to the ninth aspect, even when the environmental temperature (for example, the temperature in the clean room is arbitrarily set within a predetermined range) changes, the optical characteristics such as the focal position change and the like also change. Can be manufactured with a small fluctuation of the objective optical system.
【0015】また、請求項10記載の対物光学系の製造
方法は、前記第2設計工程において、屈折率温度係数が
負の値を有する光学材料で構成される第1の正レンズ
と、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構成さ
れる第2の正レンズとを用いて設計することを特徴とす
る。この請求項10記載の対物光学系の製造方法によれ
ば、屈折率温度係数が負の値を有する光学材料で構成さ
れる第1の正レンズと、屈折率温度係数が正の値を有す
る光学材料で構成される第2の正レンズとを用いて設計
するため、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で
構成される第2の正レンズで発生した温度変化時の負
(射出瞳に近づく方向)の焦点位置変動を屈折率温度係
数が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レン
ズで発生する温度変化時の正(射出瞳から遠ざかる方
向)の焦点位置変動により補正される対物光学系を製造
することができる。According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an objective optical system, in the second design step, a first positive lens made of an optical material having a negative temperature coefficient of refractive index; The temperature coefficient is designed using a second positive lens made of an optical material having a positive value. According to the objective optical system manufacturing method of the tenth aspect, the first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient and an optical element having a positive refractive index temperature coefficient are used. Since the design is performed using the second positive lens made of a material, the negative (exit pupil) at the time of temperature change generated in the second positive lens made of an optical material having a refractive index temperature coefficient having a positive value (A direction approaching the exit pupil) is caused by a positive (in a direction away from the exit pupil) focal position change caused by a temperature change generated by a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient. A corrected objective optics can be manufactured.
【0016】また、請求項11記載の収差測定装置の製
造方法は、請求項9又は請求項10に記載の方法により
製造された対物光学系を準備する工程と、被検光学系の
結像面に関する収差を計測するために、前記結像面内の
微小領域からの光が前記対物光学系を介して射出する位
置に光電検出手段を配置する工程を含むことを特徴とす
る。この請求項11記載の収差測定装置の製造方法によ
れば、温度変化時の焦点位置変動が小さい対物光学系で
ある請求項9又は請求項10記載の方法により製造され
た対物光学系を用いるため、環境温度が変化した場合に
おいても正確な収差を測定することができる収差測定装
置を製造することができる。According to a eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an aberration measuring apparatus, comprising the steps of: preparing an objective optical system manufactured by the method according to the ninth or tenth aspect; In order to measure the aberration associated with, the method includes a step of arranging a photoelectric detection unit at a position where light from a minute area in the image plane exits through the objective optical system. According to the method for manufacturing an aberration measuring device according to the eleventh aspect, the objective optical system manufactured by the method according to the ninth or tenth aspect uses an objective optical system having a small change in the focal position when the temperature changes. Also, it is possible to manufacture an aberration measuring device that can accurately measure aberration even when the environmental temperature changes.
【0017】また、請求項12記載の投影露光装置の製
造方法は、マスクのパターン像を感光性基板上に形成す
る投影光学系を含む投影露光装置の製造方法において、
請求項11記載の方法により製造された収差測定装置を
準備する工程と、前記投影光学系を被検光学系として前
記投影光学系の収差を測定する位置に前記収差測定装置
を配置する工程とを含むことを特徴とする。この請求項
12記載の投影露光装置の製造方法によれば、環境温度
又は温度変化(例えばクリーンルーム内の設定温度)に
左右されることなく常に安定した被検光学系としての投
影光学系の収差を精度良く計測することができる投影露
光装置を製造することができる。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a projection exposure apparatus including a projection optical system for forming a pattern image of a mask on a photosensitive substrate.
12. A step of preparing an aberration measuring device manufactured by the method according to claim 11, and a step of placing the aberration measuring device at a position where the aberration of the projection optical system is measured using the projection optical system as a test optical system. It is characterized by including. According to the manufacturing method of the projection exposure apparatus of the twelfth aspect, the aberration of the projection optical system as the test optical system which is always stable regardless of the environmental temperature or temperature change (for example, the set temperature in the clean room) can be reduced. A projection exposure apparatus capable of measuring with high accuracy can be manufactured.
【0018】また、請求項13記載のマイクロデバイス
の製造方法は、請求項8記載の投影露光装置を用いてマ
スクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像す
る現像工程とを含むことを特徴とする。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a microdevice manufacturing method, comprising: exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate using the projection exposure apparatus according to the eighth aspect;
A developing step of developing the photosensitive substrate exposed in the exposing step.
【0019】また、請求項14記載のマイクロデバイス
の製造方法は、請求項12記載の方法により製造された
投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上
に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された
前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴
とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a microdevice manufacturing method, comprising: exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate using a projection exposure apparatus manufactured by the method according to the twelfth aspect; A developing step of developing the photosensitive substrate exposed in the step.
【0020】この請求項13及び請求項14記載のマイ
クロデバイスの製造方法によれば、マスクのパターンの
像を感光性基板上に忠実に結像させることができるため
スループット良くマイクロデバイスの製造を行うことが
できる。According to the method for manufacturing a micro device according to the present invention, the image of the pattern of the mask can be faithfully formed on the photosensitive substrate, so that the micro device can be manufactured with high throughput. be able to.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の第1の実施の形態にかかる対物光学系について説明す
る。図1は、第1の実施の形態にかかる対物光学系OL
1のレンズ断面を示す図である。この図に示すように、
この対物光学系OL1は、物点Oに集光された光束、あ
るいは物点Oから発せられた光束を収差を発生させるこ
と無く、空間中に形成される対物光学系OL1の射出瞳
Pにコリメートする光学系であり、波長が248nm
(KrFエキシマレーザの波長)の光を使用する光学系
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an objective optical system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an objective optical system OL according to the first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a lens cross section of FIG. As shown in this figure,
The objective optical system OL1 collimates the light beam condensed at the object point O or the light beam emitted from the object point O onto the exit pupil P of the objective optical system OL1 formed in space without generating aberration. The optical system has a wavelength of 248 nm.
(KrF excimer laser wavelength).
【0022】即ち、この対物光学系OL1は、アフォー
カルリレーレンズ(リレー光学系)L1と無限遠対物レ
ンズ(対物レンズ系)L2とを含み、アフォーカルリレー
レンズL1は、射出瞳P側から順に、両凸形状のレンズ
(正レンズ)L11と、物体面に凹面を向けたメニスカ
スレンズ(正レンズ)L12と、両凹形状のレンズ(負
レンズ)L13,L14と、物体面に凸面を向けたメニ
スカスレンズ(正レンズ)L15と、両凸形状のレンズ
(正レンズ)L16の6枚の光学部材を配置して構成さ
れている。また、無限遠対物レンズL2は、両凹形状の
レンズ(負レンズ)L21と、物体面に凸面を向けたメ
ニスカスレンズ(正レンズ)L22と、両凸形状のレン
ズ(正レンズ)L23,L24と、物体面に凹面を向け
たメニスカスレンズ(正レンズ)L25〜L27と、平
行平板ガラスL28の8枚の光学部材を配置して構成さ
れている。That is, the objective optical system OL1 includes an afocal relay lens (relay optical system) L1 and an infinity objective lens (objective lens system) L2. The afocal relay lens L1 is sequentially arranged from the exit pupil P side. A convex lens directed to the object surface, a biconvex lens (positive lens) L11, a meniscus lens (positive lens) L12 having a concave surface facing the object surface, and biconcave lenses (negative lenses) L13 and L14. It is configured by disposing six optical members, a meniscus lens (positive lens) L15 and a biconvex lens (positive lens) L16. The infinity objective lens L2 includes a biconcave lens (negative lens) L21, a meniscus lens (positive lens) L22 having a convex surface facing the object surface, and biconvex lenses (positive lenses) L23 and L24. , A meniscus lens (positive lens) L25 to L27 having a concave surface facing the object surface, and eight optical members of a parallel plate glass L28.
【0023】ここでアフォーカルリレーレンズL1を構
成する物体面に凹面を向けたメニスカスレンズL12及
び物体面に凸面を向けたメニスカスレンズL15は、屈
折率温度係数(dn/dT)が負の値を有する光学材料
(GM)である螢石(CAF 2)を使用した光学部材
(第1の正レンズ)であり、両凸形状のレンズL11、
L16は、屈折率温度係数(dn/dT)が正の値を有
する光学材料(GP)である石英(QUARTZ)を使
用した光学部材(第2の正レンズ)である。なお、その
他の光学部材である両凹形状のレンズL13,L14は
石英を使用した光学部材である。Here, the afocal relay lens L1 is constructed.
Meniscus lens L12 with concave surface facing object surface to be formed
The meniscus lens L15 with the convex surface facing the object surface
Optical material having a negative refractive index temperature coefficient (dn / dT)
(GM) Fluorite (CAF TwoOptical member using
(First positive lens), a biconvex lens L11,
L16 has a positive value of the temperature coefficient of refractive index (dn / dT).
Quartz (QUARTZ), which is an optical material (GP)
Optical member (second positive lens) used. In addition,
The biconcave lenses L13 and L14, which are other optical members,
This is an optical member using quartz.
【0024】また、無限遠対物レンズL2を構成する両
凸形状のレンズL24及び物体面に凹面を向けたメニス
カスレンズL26は屈折率温度係数(dn/dT)が負
の値を有する光学材料(GM)である蛍石を使用した光
学部材(第1の正レンズ)であり、物体面に凸面を向け
たメニスカスレンズL22、両凸形状のレンズL23、
物体面に凹面を向けたメニスカスレンズL25,L27
は屈折率温度係数(dn/dT)が正の値を有する光学
材料(GP)である石英を使用した光学部材(第2の正
レンズ)である。なお、その他の光学部材である両凹形
状のレンズL21及び平行平板ガラスL28は石英を使
用した光学部材である。The biconvex lens L24 and the meniscus lens L26 having a concave surface facing the object surface constitute the infinity objective lens L2. The optical material (GM) having a negative refractive index temperature coefficient (dn / dT) has a negative value. An optical member (first positive lens) using fluorite, a meniscus lens L22 having a convex surface facing the object surface, a biconvex lens L23,
Meniscus lenses L25 and L27 with concave surfaces facing the object plane
Is an optical member (second positive lens) using quartz, which is an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient (dn / dT). The biconcave lens L21 and the parallel plate glass L28, which are other optical members, are optical members using quartz.
【0025】図2に示すように、対物光学系OL1を構
成する各光学部材L11〜L16,L21〜L28は、
チタン合金製の鏡筒(保持部材)LM内に設置されてい
る。即ち、各光学部材L11〜L16,L21〜L28
は、その縁厚の光軸方向の中点を結んだ円周を鏡筒LM
の内壁に固定されている。これにより各光学部材L11
〜L16,L21〜L28と鏡筒LMとの相対位置が固
定されている。As shown in FIG. 2, each of the optical members L11 to L16 and L21 to L28 constituting the objective optical system OL1 is
It is installed in a lens barrel (holding member) LM made of a titanium alloy. That is, the optical members L11 to L16, L21 to L28
Represents the circumference connecting the midpoints of the edge thicknesses in the optical axis direction to the lens barrel LM.
Is fixed to the inner wall. Thereby, each optical member L11
L16, L21 to L28 and the relative position of the lens barrel LM are fixed.
【0026】なお、チタン合金製の鏡筒LMの線膨張係
数(又は熱膨張係数)は、8.6ppm(1/℃)、螢石を使
用した光学部材の線膨張係数(又は熱膨張係数)は、24
ppm(1/℃)、石英を使用した光学部材の線膨張係数
(又は熱膨張係数)は、0.54ppm(1/℃)である。即
ち、チタン合金製の鏡筒LMの線膨張係数は、螢石を使
用した光学部材の線膨張係数より小さくかつ石英を使用
した光学材料の線膨張係数より大きい値を有する。The barrel LM made of titanium alloy has a linear expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) of 8.6 ppm (1 / ° C.), and a linear expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) of an optical member using fluorite is ,twenty four
The linear expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) of an optical member using ppm (1 / ° C.) and quartz is 0.54 ppm (1 / ° C.). That is, the linear expansion coefficient of the titanium alloy lens barrel LM is smaller than the linear expansion coefficient of the optical member using fluorite and larger than the linear expansion coefficient of the optical material using quartz.
【0027】この対物光学系OL1は、全系の焦点距離
をfとし、対物光学系OL1の全体がΔT(℃)だけ温
度変化したときの全系の焦点距離をf1としたときに |(f1−f)/f/ΔT| < 10-4(1/℃)…(1) の条件を満足するものである。[0027] The objective optical system OL1 is the focal length of the entire system is f, a focal length of the time the whole of the objective optical system OL1 has temperature changes by [Delta] T (° C.) when the f 1 | ( f 1 −f) / f / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) (1)
【0028】また、対物光学系OL1の全系の焦点距離
をf、無限遠対物レンズL2のみがΔT(℃)だけ温度
変化したときの全系の焦点距離をfo、アフォーカルリ
レーレンズL1のみがΔT(℃)だけ温度変化したとき
の全系の焦点距離をfrとしたとき、 |((fo−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)…(2) |((fr−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)…(3) の条件を満足するものである。Further, the focal length of the entire system of the objective optical system OL1 is f, the focal length of the entire system when only the infinity objective lens L2 changes in temperature by ΔT (° C.) is fo, and only the afocal relay lens L1 is Assuming that the focal length of the entire system when the temperature changes by ΔT (° C.) is fr, | ((fo−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) (2) | (( fr−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) (3)
【0029】次に、図3を参照して、アフォーカルリレ
ーレンズL1と無限遠対物レンズL2により構成されて
いる対物光学系OL1の製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the objective optical system OL1 including the afocal relay lens L1 and the infinity objective lens L2 will be described with reference to FIG.
【0030】まず、アフォーカルリレーレンズL1と無
限遠対物レンズL2により構成されている対物光学系O
L1の基本設計を行う(ステップS10)。即ち、基準
温度における基準波長(例えば、248nm)の光に対
して収差をなくすように、アフォーカルリレーレンズL
1を構成する各光学部材(L11〜L16)の硝材の種
類、各光学部材(L11〜L16)のレンズ面の曲率半
径、各光学部材(L11〜L16)の間隔等を決定する
と共に無限遠対物レンズL2を構成する各光学部材(L
21〜L28)の硝材の種類、各光学部材(L21〜L
28)のレンズ面の曲率半径、各光学部材(L21〜L
28)の間隔等を決定する。First, an objective optical system O composed of an afocal relay lens L1 and an infinity objective lens L2.
The basic design of L1 is performed (step S10). That is, the afocal relay lens L is set so as to eliminate the aberration with respect to the light of the reference wavelength (for example, 248 nm) at the reference temperature.
In addition to determining the type of glass material of each optical member (L11 to L16), the radius of curvature of the lens surface of each optical member (L11 to L16), the distance between the optical members (L11 to L16), and the like, Each optical member (L
21 to L28), the optical members (L21 to L28)
28), the curvature radius of the lens surface, and the optical members (L21 to L21)
28), etc. are determined.
【0031】次に、この対物光学系OL1を使用する環
境温度が所定温度だけ変化した場合においても、対物光
学系OL1が所定性能を維持するように(対物光学系O
L1の焦点距離が変化しないように)するための、所謂
温度色消し設計を行う(ステップS11)。即ち環境温
度が変化した場合において、アフォーカルリレーレンズ
L1を構成する各光学部材(L11〜L16)の中で対
物光学系OL1の焦点位置の変動に対して影響が大きい
光学部材の硝材の種類の変更を行うと共に各光学部材の
レンズ面の曲率半径、各光学部材の間隔等を再度決定し
直すと共に、無限遠対物レンズL2を構成する各光学部
材(L21〜L28)の中で対物光学系OL1の焦点位
置の変動に対して影響が大きい光学部材の硝材の種類の
変更を行うと共に各光学部材のレンズ面の曲率半径、各
光学部材の間隔等を再度決定することにより、この対物
光学系OL1に関する温度色消し設計を行う。Next, even when the environmental temperature in which the objective optical system OL1 is used changes by a predetermined temperature, the objective optical system OL1 maintains the predetermined performance (the objective optical system OL1).
A so-called temperature achromatic design is performed to prevent the focal length of L1 from changing (step S11). That is, when the environmental temperature changes, the type of the glass material of the optical member that has a large influence on the change in the focal position of the objective optical system OL1 among the optical members (L11 to L16) configuring the afocal relay lens L1. In addition to making the change, the radius of curvature of the lens surface of each optical member, the distance between the optical members, and the like are determined again, and the objective optical system OL1 in each of the optical members (L21 to L28) constituting the infinite objective lens L2. By changing the type of the glass material of the optical member which has a large influence on the fluctuation of the focal position, and by again determining the radius of curvature of the lens surface of each optical member, the interval between the optical members, etc., the objective optical system OL1 Perform temperature achromatization design.
【0032】なお、光学部材の硝材としては、例えば、
ステップS10の基本設計において、アフォーカルリレ
ーレンズL1及び無限遠対物レンズL2を構成する各光
学部材の硝材として石英が用いられていた場合には、環
境温度が変化した場合において、焦点位置の変動に対し
て影響が大きい光学部材の硝材として螢石を用いて温度
色消し設計を行うことが好ましい。As the glass material of the optical member, for example,
In the basic design of step S10, if quartz is used as the glass material of each optical member constituting the afocal relay lens L1 and the infinity objective lens L2, when the environmental temperature changes, the focal position changes. It is preferable to perform the temperature achromatization design using fluorite as the glass material of the optical member which has a great influence on the optical member.
【0033】また、このステップS10においては、ス
テップS11にて製造する鏡筒LMの材質(線膨張係数
を含む)や鏡筒の形状を考慮して、対物光学系OL1に
関する温度色消し設計を行うことがより一層好ましい。
これを換言すれば、ステップS10においては、鏡筒L
Mの設計を加味しながら対物光学系OL1に関する温度
色消し設定を行うことが良い。In step S10, the temperature achromatic design for the objective optical system OL1 is performed in consideration of the material (including the linear expansion coefficient) and the shape of the lens barrel LM manufactured in step S11. Is even more preferred.
In other words, in step S10, the lens barrel L
It is preferable to perform the temperature achromatic setting for the objective optical system OL1 while taking the design of M into consideration.
【0034】次に、この対物光学系OL1を構成してい
る光学部材(L11〜L16,L21〜L28)及び各
光学部材を保持するための鏡筒LMの製造を行う(ステ
ップS12)。即ち、温度色消し設計において、各光学
部材毎に、決定された硝材を用いて、決定された曲率半
径のレンズ面を有する光学部材を製造する。また、チタ
ン合金を用いて各光学部材を保持するための鏡筒LMの
製造を行う。Next, the optical members (L11 to L16, L21 to L28) constituting the objective optical system OL1 and the lens barrel LM for holding each optical member are manufactured (step S12). That is, in the temperature achromatic design, an optical member having a lens surface having a determined radius of curvature is manufactured using the determined glass material for each optical member. Further, a lens barrel LM for holding each optical member using a titanium alloy is manufactured.
【0035】次に、この対物光学系OL1の組み立てを
行う(ステップS13)。即ち、鏡筒LM内に無限遠対
物レンズL2を構成する各光学部材(L21〜L28)
を決定された間隔で配置すると共にアフォーカルリレー
レンズL1を構成する各光学部材(L11〜L16)を
決定された間隔で配置する。Next, the objective optical system OL1 is assembled (step S13). That is, each optical member (L21 to L28) constituting the infinity objective lens L2 in the lens barrel LM.
Are arranged at the determined intervals, and the optical members (L11 to L16) constituting the afocal relay lens L1 are arranged at the determined intervals.
【0036】次に、この対物光学系OL1に、設計され
た性能を発揮させるために諸収差の調整及び焦点位置の
調整を行う(ステップS14)。即ち、射出瞳P側から
数えて奇数番の光学部材(L11,L13,L15,L
22,L24,L26)を光軸を回転軸として回転させ
ることにより、この対物光学系OL1の非点収差の調整
を行う。また、3つの光学部材(L14,L15,L1
6)を光軸方向に沿って一体的に移動させることにより
球面収差の調整を行う。また、光学部材L21を光軸と
直行する方向へ移動させることにより偏心コマ収差の粗
調整を行うことができ、光学部材L15を光軸と直行す
る方向へ移動させることにより偏心コマ収差の微調整を
行う。更に、光学部材(L21〜L27又はL28)の
光軸に沿った方向での位置の調整を行うことにより焦点
位置の粗調整を行うと共に光学部材(L21、L22)
の光軸に沿った方向での位置の調整を行うことにより焦
点位置の微調整を行う。この諸収差の調整及び焦点位置
の調整が終了することにより対物光学系OL1の製造が
完了する。Next, adjustment of various aberrations and adjustment of the focal position are performed to make the objective optical system OL1 exhibit the designed performance (step S14). That is, odd-numbered optical members (L11, L13, L15, L15) counted from the exit pupil P side
22, L24, L26) is rotated around the optical axis to adjust the astigmatism of the objective optical system OL1. Also, three optical members (L14, L15, L1)
The spherical aberration is adjusted by integrally moving 6) along the optical axis direction. Further, the coarse adjustment of the eccentric coma can be performed by moving the optical member L21 in the direction perpendicular to the optical axis, and the fine adjustment of the eccentric coma aberration by moving the optical member L15 in the direction perpendicular to the optical axis. I do. Further, by adjusting the position of the optical members (L21 to L27 or L28) in the direction along the optical axis, coarse adjustment of the focal position is performed and the optical members (L21, L22) are adjusted.
Fine adjustment of the focal point position is performed by adjusting the position in the direction along the optical axis. When the adjustment of various aberrations and the adjustment of the focal position are completed, the manufacture of the objective optical system OL1 is completed.
【0037】なお、このステップS14における焦点位
置の調整とは、ピンホールが配置、あるいは被検光学系
の像面等が形成される基準面としての予定物体面(又は
予定焦点面)上の物点Oに対して対物光学系OL1ある
いは無限遠対物レンズ系L2の物体側焦点位置を合致さ
せる調整等を意味する。The adjustment of the focal position in step S14 means that a pinhole is arranged or an object on a predetermined object plane (or a predetermined focal plane) as a reference plane on which an image plane or the like of the optical system to be measured is formed. This means adjustment to match the object-side focal position of the objective optical system OL1 or the infinity objective lens system L2 with the point O.
【0038】この対物光学系OL1によれば、屈折率温
度係数が正の値を有する光学材料により構成される光学
部材で発生した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方
向)の焦点位置変動を屈折率温度係数が負の値を有する
光学材料により構成される光学部材で発生する温度変化
時の正(射出瞳Pから遠ざかる方向)の焦点位置変動に
より補正することが可能となり対物光学系OL1の全体
で発生する温度変化時の焦点位置変動を小さくすること
ができる。According to the objective optical system OL1, a negative (in a direction approaching the exit pupil P) focal position fluctuation at the time of a temperature change generated in an optical member made of an optical material having a positive refractive index temperature coefficient. Can be corrected by a positive (in a direction away from the exit pupil P) focal position change at the time of a temperature change generated by an optical member made of an optical material having a negative value of the refractive index temperature coefficient. Of the focal position at the time of a temperature change, which occurs in the whole of the image forming apparatus, can be reduced.
【0039】また、アフォーカルリレーレンズL1のみ
に温度変化が発生した場合又は無限遠対物レンズL2の
みに温度変化が発生した場合においても、屈折率温度係
数が正の値を有する光学材料を使用した光学部材で発生
した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方向)の焦点位
置変動を屈折率温度係数が負の値を有る光学材料を使用
した光学部材で発生する温度変化時の正(射出瞳Pから
遠ざかる方向)の焦点位置変動により補正することが可
能となり温度変化時の焦点位置変動を小さくすることが
できる。Further, even when a temperature change occurs only in the afocal relay lens L1 or a temperature change occurs only in the infinity objective lens L2, an optical material having a positive refractive index temperature coefficient is used. A negative (in the direction approaching the exit pupil) focal position fluctuation at the time of a temperature change generated by the optical member is positive (ejection) at the time of a temperature change generated by an optical member using an optical material having a negative value of the refractive index temperature coefficient. Correction can be made by a change in the focal position in a direction away from the pupil P), and the change in the focal position when the temperature changes can be reduced.
【0040】また、屈折率温度係数が負の値を有する光
学材料として通常の光学材料に比較して屈折率温度係数
の絶対値が大きく線膨張係数の大きい螢石を含むため、
温度変化による焦点位置の変動の補正をより効果的に行
うことができる。Also, since the optical material having a negative temperature coefficient of refractive index includes fluorite having a large absolute value of the temperature coefficient of refractive index and a large linear expansion coefficient as compared with ordinary optical materials,
It is possible to more effectively correct the change in the focal position due to the temperature change.
【0041】更に、屈折率温度係数が正の値を有する光
学材料として通常の光学材料に比較して線膨張係数の小
さい石英を含むため、屈折率温度係数が正の値を有する
光学材料を使用した光学部材で発生した温度変化時の負
(射出瞳Pに近づく方向)の焦点位置変動を小さくする
ことが可能になり、屈折率温度係数が負の値を有する光
学材料により構成される光学部材で発生する温度変化時
の正(射出瞳Pから遠ざかる方向)の焦点位置変動によ
る補正量を小さくすることができる。これにより、温度
変化前の対物光学系の性能を犠牲にすること無く温度消
しされた対物光学系を実現することができる。Further, since an optical material having a positive temperature coefficient of refractive index includes quartz having a smaller linear expansion coefficient than that of an ordinary optical material, an optical material having a positive temperature coefficient of refractive index is used. Optical member which is made of an optical material having a negative value of the refractive index temperature coefficient, which makes it possible to reduce the negative focus position fluctuation (in the direction approaching the exit pupil P) at the time of a temperature change generated by the optical member. In this case, the correction amount due to the change in the focal position in the positive direction (in the direction away from the exit pupil P) when the temperature is changed can be reduced. This makes it possible to realize a temperature-erased objective optical system without sacrificing the performance of the objective optical system before the temperature change.
【0042】また、チタン合金製の鏡筒LMの線膨張係
数は、螢石を使用した光学部材の線膨張係数より小さく
かつ石英を使用した光学材料の線膨張係数より大きい値
を有しているため、対物光学系OL1の温度変化時の焦
点位置変動を小さくすることができる。The linear expansion coefficient of the titanium alloy lens barrel LM is smaller than the linear expansion coefficient of the optical member using fluorite and larger than the linear expansion coefficient of the optical material using quartz. Therefore, it is possible to reduce the fluctuation of the focal position when the temperature of the objective optical system OL1 changes.
【0043】また、波長300nm以下の光の透過率が高
い石英及び螢石のみを光学材料として使用するため、波
長300nm以下の使用光で温度色消しされた対物光学
系を実現することができる。Further, since only quartz and fluorite having a high transmittance of light having a wavelength of 300 nm or less are used as an optical material, an objective optical system which is achromatized with light having a wavelength of 300 nm or less can be realized.
【0044】また、使用光が波長300nm以下の単色
光であるため、対物レンズの通常色消し作用をほとんど
考慮する必要が無く温度変化による焦点位置の変動の補
正をより効果的に実現できる。Further, since the used light is monochromatic light having a wavelength of 300 nm or less, there is almost no need to consider the normal achromatizing effect of the objective lens, and it is possible to more effectively realize the correction of the change in the focal position due to the temperature change.
【0045】この対物光学系OL1は、屈折率温度係数
が正の値を有する光学部材(GP)を使用した正レンズ
群で発生した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方向)
の焦点位置変動を、屈折率温度係数が正の値を有する光
学材料(GP)を使用した負レンズ群で発生する温度変
化時の正(射出瞳Pから遠ざかる方向)の焦点位置変動
により補正する効果も有する。The objective optical system OL1 has a negative refractive index temperature coefficient (a direction approaching the exit pupil P) when a temperature change occurs in a positive lens group using an optical member (GP) having a positive value.
Is corrected by a positive (in a direction away from the exit pupil P) focal position change caused by a negative lens group using an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient. It also has an effect.
【0046】この対物光学系OL1は全体として正レン
ズの作用があるので、通常の場合、屈折率温度係数が正
の値を有する光学材料(GP)を使用した光学部材で発
生した温度変化時の焦点位置変動は負(射出瞳Pに近づ
く方向)になる。仮に、屈折率温度係数が正の値を有す
る光学材料(GP)を使用した光学部材のみで、この対
物光学系OL1全体で発生する温度変化時の焦点位置変
動を小さくしようとすると、負レンズの焦点距離の絶対
値が極端に小さくなり、基準温度での良好な、結像性能
を得ることが困難となる。従って、この対物光学系OL
1においては、屈折率温度係数が正の値を有する光学材
料(GP)を使用した正レンズ及び屈折率温度係数が負
の値を有する光学材料(GM)を使用した正レンズを用
いて温度変化時の焦点位置変動を小さくしていることか
ら結像性能を維持した状態で効果的に焦点位置の変動を
小さくすることができる。Since the objective optical system OL1 has the function of a positive lens as a whole, in the normal case, the temperature change caused by an optical member using an optical material (GP) whose refractive index temperature coefficient has a positive value occurs. The focal position fluctuation becomes negative (in a direction approaching the exit pupil P). If only the optical member using an optical material (GP) having a positive value of the refractive index temperature coefficient is used to reduce the focal position fluctuation at the time of temperature change occurring in the entire objective optical system OL1, it is necessary to reduce the negative lens. The absolute value of the focal length becomes extremely small, making it difficult to obtain good imaging performance at the reference temperature. Therefore, this objective optical system OL
In No. 1, the temperature change is performed using a positive lens using an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient and a positive lens using an optical material (GM) having a negative refractive index temperature coefficient. Since the fluctuation of the focal position at the time is reduced, the fluctuation of the focal position can be effectively reduced while maintaining the imaging performance.
【0047】この対物光学系OL1においては、物点O
に収束した光束、あるいは物点Oから発っせられた光束
は無限遠系対物レンズL2を透過した後平行光束とな
り、更にアフォーカルリレーレンズL1により、無限遠
系対物レンズL2の射出瞳Pに投影される。In the objective optical system OL1, the object point O
Or a light beam emitted from the object point O becomes a parallel light beam after passing through the infinity objective lens L2, and is further projected on the exit pupil P of the infinity objective lens L2 by the afocal relay lens L1. Is done.
【0048】従って、この対物光学系OL1を、Sha
ck−Hartman(シャック−ハルトマン)方式に
よる波面収差測定装置用の対物レンズとして使用する場
合は、射出瞳P又はその近傍にマイクロレンズの集合体
で構成されるマイクロレンズアレイ(フライアイレンズ
等)を配置する。また、顕微鏡対物レンズとして使用す
る場合は射出瞳Pに観察者の瞳を配置することで物体の
目視観察を行うことができる。Therefore, this objective optical system OL1 is
When used as an objective lens for a wavefront aberration measuring device based on the ck-Hartman (Shack-Hartman) method, a microlens array (such as a fly-eye lens) composed of a collection of microlenses in or near the exit pupil P is used. Deploy. In addition, when used as a microscope objective lens, the object can be visually observed by arranging the pupil of the observer on the exit pupil P.
【0049】次に、第1の実施の形態に係る対物光学系
OL1(基準波長:248nm)の諸元について説明す
る。ここでは、光線追跡計算の都合上、射出瞳側、無限
遠の位置に物体を配置し、光線追跡は射出瞳側から物体
に向かって行う。なお、NAは、対物光学系の開口数、
面番号は、射出瞳側からの光学部材のレンズ面の順序で
ある。また、以下に掲げる材料物性表における石英(QU
ARTZ)及び蛍石(CAF2)の屈折率は、基準波長248n
mに対する値を示している。Next, the specifications of the objective optical system OL1 (reference wavelength: 248 nm) according to the first embodiment will be described. Here, for convenience of ray tracing calculation, an object is arranged at a position at infinity at the exit pupil side, and ray tracing is performed from the exit pupil side toward the object. NA is the numerical aperture of the objective optical system,
The surface number is the order of the lens surfaces of the optical member from the exit pupil side. Quartz (QU) in the material properties table below
ARTZ) and fluorite (CAF 2 ) have a reference wavelength of 248 n
The values for m are shown.
【0050】 NA=0.83 最大像高=0.02 面番号 曲率半径 間隔 部材 有効径 0(物体) ∞ ∞ 1(絞り) ∞ 32.8 10.2085 2 27.171 2.6 'QUARTZ' 10.4251 3 -51.601 0.5 10.1911 4 14.097 2.5 'CAF2' 9.7119 5 113.575 3.836057 8.9656 6 -36.507 2.5 'QUARTZ' 6.7789 7 28.487 35.923 5.8668 8 -22.359 2 'QUARTZ' 8.1296 9 40.687 3.340943 9.1282 10 -85.392 3.2 'CAF2' 11.2427 11 -15.69 0.5 12.3593 12 34.809 3.1 'QUARTZ' 13.2759 13 -39.434 33.50815 13.4889 14 -18.411 2.8 'QUARTZ' 13.3242 15 28.75 5.367381 14.5922 16 -52.62 4.9 'QUARTZ' 17.2395 17 -31.799 0.598942 19.5943 18 126.027 4.7 'QUARTZ' 21.0032 19 -36.551 0.5 21.767 20 53.399 3.8 'CAF2' 22.2127 21 -135.009 0.5 22.1164 22 15.69 4.7 'QUARTZ' 21.3812 23 33.983 0.5 20.0492 24 12.505 5 'CAF2' 18.0855 25 38.135 0.5 15.9745 26 9.141 4.2 'QUARTZ' 12.7327 27 26.266 0.932096 9.4505 28 ∞ 6 'QUARTZ' 0.9321 29 ∞ 0 0.0406 30(像面) ∞ 0 材料物性表 光学部材 屈折率 屈折率温度係数(1/℃) 線膨張係数(1/℃) 'QUARTZ' 1.50838974 14×10-6 0.54ppm 'CAF2' 1.46788252 -7.3×10-6 24ppm ホールド部材 線膨張係数(1/℃) チタン合金 8.6ppmNA = 0.83 Maximum image height = 0.02 Surface number Curvature radius Interval Member effective diameter 0 (object) ∞ 1 1 (aperture) ∞ 32.8 10.2085 2 27.171 2.6 'QUARTZ' 10.4251 3 -51.601 0.5 10.1911 4 14.097 2.5 'CAF2' 9.7119 5 113.575 3.836057 8.9656 6 -36.507 2.5 'QUARTZ' 6.7789 7 28.487 35.923 5.8668 8 -22.359 2 'QUARTZ' 8.1296 9 40.687 3.340943 9.1282 10 -85.392 3.2 'CAF2' 11.2427 11 -15.69 0.5 12.3593 12 34.809 3.1 ' QUARTZ '13.2759 13 -39.434 33.50815 13.4889 14 -18.411 2.8' QUARTZ '13.3242 15 28.75 5.367381 14.5922 16 -52.62 4.9' QUARTZ '17.2395 17 -31.799 0.598942 19.5943 18 126.027 4.7' QUARTZ '21.0032 19 -36.551 0.5 21.767 20 53.399 3.8 '22 .2127 21 -135.009 0.5 22.1164 22 15.69 4.7 'QUARTZ' 21.3812 23 33.983 0.5 20.0492 24 12.505 5 'CAF2' 18.0855 25 38.135 0.5 15.9745 26 9.141 4.2 'QUARTZ' 12.7327 27 26.266 0.932096 9.4505 28 ∞ 6 'QUARTZ' 0.9321 29 ∞ 0 0.0406 30 (image plane) ∞ 0 Material properties table Optical member Refractive index Refractive index temperature coefficient (1 / ° C ) Linear expansion coefficient (1 / ° C) 'QUARTZ' 1.50838974 14 × 10 -6 0.54ppm 'CAF2' 1.46788252 -7.3 × 10 -6 24ppm Hold member Linear expansion coefficient (1 / ° C) Titanium alloy 8.6ppm
【0051】次に、図4を参照して、この第1の実施の
形態に係る対物光学系OL1の諸元に基づいて、対物光
学系OL1を構成する各光学部材が単独に1℃変化した
ときの焦点位置変動、即ち後ろ焦点位置(図1の光学部
材L28の面番号29のレンズ面)からの焦点位置の変
動について考察する。なお、焦点位置の変動は、光学部
材の相対屈折率の変化、光学部材(レンズ)の膨張、保持
部材の膨張に基づいて生じるため、図4においては、各
光学部材毎に、各光学部材が単独に1℃変化したときの
焦点位置変動に関して、光学部材の相対屈折率の変化に
基づく焦点位置の変動量、光学部材の膨張に基づく焦点
位置の変動量、保持部材の膨張に基づく焦点位置の変動
量について示すと共に、これらの焦点位置の変動量の合
計を示している。Next, referring to FIG. 4, based on the specifications of the objective optical system OL1 according to the first embodiment, each optical member constituting the objective optical system OL1 changed by 1 ° C. independently. The focal position fluctuation at the time, that is, the fluctuation of the focal position from the rear focal position (the lens surface with the surface number 29 of the optical member L28 in FIG. 1) will be considered. In addition, since the change in the focal position occurs based on the change in the relative refractive index of the optical member, the expansion of the optical member (lens), and the expansion of the holding member, in FIG. Regarding the focal position variation when independently changing by 1 ° C., the amount of change in the focal position based on the change in the relative refractive index of the optical member, the amount of change in the focal position based on the expansion of the optical member, and the change in the focal position based on the expansion of the holding member The figure also shows the amount of change, and also shows the total amount of change in these focal positions.
【0052】この図4に示すように屈折率温度係数が正
になる光学材料(GP)を使用した光学部材群で発生し
た温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方向)の焦点位置
変動を屈折率温度係数が負になる光学材料(GM)を使
用した光学部材群で発生する温度変化時の正(射出瞳P
から遠ざかる方向)の焦点位置変動により補正すること
が可能となり光学系全体で発生する温度変化時の焦点位
置変動が小さくなっている。As shown in FIG. 4, a negative (in a direction approaching the exit pupil P) focal point variation caused by a temperature change occurring in an optical member group using an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient. Positive (exit pupil P) when a temperature change occurs in an optical member group using an optical material (GM) having a negative refractive index temperature coefficient.
(In a direction away from the focal point), it is possible to correct the focal position fluctuation, and the focal position fluctuation at the time of temperature change occurring in the entire optical system is reduced.
【0053】なお、光学部材の相対屈折率は、その光学
部材の屈折率温度係数(dn/dT)に基づいて変化す
るため、Δn=(dn/dT)×ΔTを満足する。ここ
で、Δn:温度変化時の屈折率変化、ΔT:温度変化
量、である。従って、光学部材の相対屈折率の変化に基
づく焦点位置の変動量は、Δn等に基づき算出される。Since the relative refractive index of the optical member changes based on the refractive index temperature coefficient (dn / dT) of the optical member, it satisfies Δn = (dn / dT) × ΔT. Here, Δn: refractive index change at the time of temperature change, ΔT: temperature change amount. Therefore, the amount of change in the focal position based on the change in the relative refractive index of the optical member is calculated based on Δn and the like.
【0054】また、光学部材の形状は、その部材の線膨
張係数(EG)に従って等方的に変化するため、ΔR=EG
×R×ΔT、ΔD=EG×D×ΔTを満足する。ここで、ΔR:
温度変化時の曲率半径変化、R:温度変化前の曲率半
径、ΔD:温度変化時の中心厚変化、D:温度変化前の中
心厚、ΔT:温度変化量、である。従って、光学部材の
膨張に基づく焦点位置の変動量は、ΔR、ΔD等に基づき
算出される。Since the shape of the optical member isotropically changes according to the linear expansion coefficient (EG) of the member, ΔR = EG
× R × ΔT, ΔD = EG × D × ΔT. Where ΔR:
R: radius of curvature before temperature change, ΔD: center thickness change at temperature change, D: center thickness before temperature change, ΔT: temperature change amount. Therefore, the amount of change in the focal position based on the expansion of the optical member is calculated based on ΔR, ΔD, and the like.
【0055】更に、保持部材の形状は、保持部材の線膨
張係数(EM)に従って等方的に変化するため、ΔDM=EM
×DM×ΔTを満足する。ここで、ΔDM:温度変化時の隣
合う光学部材ホールド点の光軸方向で見た距離の変化、
DM:温度変化前の隣合う光学部材ホールド点の光軸方向
で見た距離、ΔT:温度変化量、である。従って、保持
部材の膨張に基づく焦点位置の変動量は、ΔDM等に基づ
き算出される。この対物光学系OL1の1℃あたり温度
変化前後の後ろ側焦点位置、波面収差を次に示す。Further, since the shape of the holding member isotropically changes according to the linear expansion coefficient (EM) of the holding member, ΔDM = EM
× DM × ΔT is satisfied. Here, ΔDM: change in the distance of the adjacent optical member holding point in the optical axis direction when the temperature changes,
DM: distance in the optical axis direction between adjacent optical member hold points before temperature change, ΔT: temperature change amount. Therefore, the amount of change in the focal position based on the expansion of the holding member is calculated based on ΔDM or the like. The back focal position and the wavefront aberration before and after the temperature change of 1 ° C. of the objective optical system OL1 are shown below.
【0056】 23℃(基準温度) 後ろ側焦点位置 波面収差RMS アフォーカルリ 0 0.0013 レーレンズ(L1) 無限遠系対物 0 0.0013 レンズ(L2) 全体(OL1) 0 0.0013 (*λ:λ=248*10-6) 24℃(+1℃) 後ろ側焦点位置 波面収差RMS アフォーカルリ 0.00001 0.0016 レーレンズ(L1) 無限遠系対物 0.000008 0.0014 レンズ(L2) 全体(OL1) 0.000018 0.0019 (*λ:λ=248*10-6)23 ° C. (reference temperature) Back focal position Wavefront aberration RMS Afocal lens 0 0.0013 Ray lens (L1) Object at infinity 0 0.0013 Lens (L2) Overall (OL1) 0 0.0013 (* λ: λ = 248 * 10) -6 ) 24 ° C (+ 1 ° C) Back focal point Wavefront aberration RMS Afocal lens 0.00001 0.0016 Ray lens (L1) Infinity objective 0.000008 0.0014 Lens (L2) Overall (OL1) 0.000018 0.0019 (* λ: λ = 248 * 10) -6 )
【0057】この実施の形態に係る対物光学系OL1の
焦点距離は、−6.15なので (1)式は、2.9×10-6 (2)式は、1.6×10-6 (3)式は、1.3×10-6 となり、上述の条件式を満たしている。Since the focal length of the objective optical system OL1 according to this embodiment is −6.15, equation (1) is 2.9 × 10 −6 (2) is 1.6 × 10 −6 (3) is 1.3 × 10 −6 , which satisfies the above conditional expression.
【0058】次に、この発明の第2の実施の形態にかか
る対物光学系について説明する。図5は、第2の実施の
形態にかかる対物光学系OL2のレンズ断面を示す図で
ある。この図に示すように、この対物光学系OL2は、
第1の実施の形態に係る対物光学系OL1と同様に物点
Oに集光された光束、あるいは物点Oから発せられた光
束を収差を発生させること無く、空間中に配置された射
出瞳Pにコリメートする光学系であり、基準波長が19
3nmの光(ArFエキシマレーザの光)を使用する光
学系である。Next, an objective optical system according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a lens cross section of the objective optical system OL2 according to the second embodiment. As shown in this figure, this objective optical system OL2 is
Similarly to the objective optical system OL1 according to the first embodiment, an exit pupil arranged in a space without generating aberration of a light beam focused on an object point O or a light beam emitted from the object point O. An optical system that collimates to P and has a reference wavelength of 19
The optical system uses 3 nm light (light from an ArF excimer laser).
【0059】即ち、アフォーカルリレーレンズL1と無
限遠対物レンズL2とを含み、アフォーカルリレーレン
ズL1は、射出瞳P側から順に、両凸形状のレンズ(正
レンズ)L11と、物体面に凹面を向けたメニスカスレ
ンズ(正レンズ)L12と、両凹形状のレンズ(負レン
ズ)L13,L14と、物体面に凸面を向けたメニスカ
スレンズ(正レンズ)L15と、両凸形状のレンズ(正
レンズ)L16の6枚の光学部材を配置して構成されて
いる。また、無限遠対物レンズL2は、両凹形状のレン
ズ(負レンズ)L21と、物体面に凸面を向けたメニス
カスレンズ(正レンズ)L22と、両凸形状のレンズ
(正レンズ)L23,L24と、物体面に凹面を向けた
メニスカスレンズ(正レンズ)L25〜L27と、平行
平板ガラスL28の8枚の光学部材を配置して構成され
ている。More specifically, the afocal relay lens L1 includes an afocal relay lens L1 and an infinity objective lens L2. The afocal relay lens L1 includes a biconvex lens (positive lens) L11 and a concave surface , A meniscus lens (positive lens) L12, biconcave lenses (negative lenses) L13 and L14, a meniscus lens (positive lens) L15 with a convex surface facing the object surface, and a biconvex lens (positive lens) ) Six optical members L16 are arranged. The infinity objective lens L2 includes a biconcave lens (negative lens) L21, a meniscus lens (positive lens) L22 having a convex surface facing the object surface, and biconvex lenses (positive lenses) L23 and L24. , A meniscus lens (positive lens) L25 to L27 having a concave surface facing the object surface, and eight optical members of a parallel plate glass L28.
【0060】ここでアフォーカルリレーレンズL1を構
成する物体面に凸面を向けたメニスカスレンズL15及
び両凸形状のレンズL16は、屈折率温度係数(dn/
dT)が負の値を有する光学材料(GM)である螢石
(CAF2)を使用した光学部材(第1の正レンズ)で
あり、両凸形状のレンズL11及び物体面に凹面を向け
たメニスカスレンズL12は、屈折率温度係数(dn/
dT)が正の値を有する光学材料(GP)である石英
(QUARTZ)を使用した光学部材(第2の正レン
ズ)である。なお、その他の光学部材である両凹形状の
レンズL13,L14は石英を使用した光学部材であ
る。Here, the meniscus lens L15 having a convex surface facing the object surface and the biconvex lens L16 constituting the afocal relay lens L1 have a refractive index temperature coefficient (dn / dn).
dT) is an optical member (first positive lens) using fluorite (CAF 2 ) which is an optical material (GM) having a negative value, and has a biconvex lens L11 and a concave surface facing the object surface. The meniscus lens L12 has a refractive index temperature coefficient (dn /
dT) is an optical member (second positive lens) using quartz (QUARTZ), which is an optical material (GP) having a positive value. The biconcave lenses L13 and L14, which are other optical members, are optical members using quartz.
【0061】また、無限遠対物レンズL2を構成する両
凸形状のレンズL24及び物体面に凹面を向けたメニス
カスレンズL26は屈折率温度係数(dn/dT)が負
の値を有する光学材料(GM)である蛍石を使用した光
学部材(第1の正レンズ)であり、物体面に凸面を向け
たメニスカスレンズL22、両凸形状のレンズL23、
物体面に凹面を向けたメニスカスレンズL25、L27
は屈折率温度係数(dn/dT)が正の値を有する光学
材料(GP)である石英を使用した光学部材(第2の正
レンズ)である。なお、その他の光学部材である両凹形
状のレンズL21及び平行平板ガラスL28は石英を使
用した光学部材である。The biconvex lens L24 and the meniscus lens L26 having a concave surface facing the object surface constitute the infinity objective lens L2. An optical member (first positive lens) using fluorite, a meniscus lens L22 having a convex surface facing the object surface, a biconvex lens L23,
Meniscus lenses L25 and L27 with concave surfaces facing the object plane
Is an optical member (second positive lens) using quartz, which is an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient (dn / dT). The biconcave lens L21 and the parallel plate glass L28, which are other optical members, are optical members using quartz.
【0062】この第2の実施の形態に係る対物光学系O
L2も第1の実施の形態に係る対物光学系OL1と同様
に各光学部材L11〜L16,L21〜L28は、チタ
ン合金製の鏡筒(保持部材)LM内に設置されており第
1の実施の形態の対物光学系OL1と同様にして製造さ
れる。ただし、この対物光学系OL2は、波長が193
nmの光を使用する光学系であるため、対物光学系の製
造を行う場合の基本設計においてアフォーカルリレーレ
ンズL1を構成する各光学部材(L11〜L16)及び
無限遠対物レンズL2を構成する各光学部材(L21〜
L28)の硝材の種類として石英及び螢石を用いる。そ
して、環境温度が変化した場合において、アフォーカル
リレーレンズL1を構成する各光学部材(L11〜L1
6)、無限遠対物レンズL2を構成する各光学部材(L
21〜L28)の中で対物光学系OL2の焦点距離の変
化に対して影響が大きい光学部材の硝材の種類の変更を
行い、この対物光学系OL2に関する温度色消し設計を
行う。The objective optical system O according to the second embodiment
Similarly to the objective optical system OL1 according to the first embodiment, the optical members L11 to L16 and L21 to L28 are installed in a titanium alloy lens barrel (holding member) LM. It is manufactured in the same manner as the objective optical system OL1 of the embodiment. However, the objective optical system OL2 has a wavelength of 193.
Since the optical system uses light of nm, each optical member (L11 to L16) constituting the afocal relay lens L1 and each constituting the infinity objective lens L2 in a basic design in the case of manufacturing an objective optical system. Optical members (L21 to L21)
Quartz and fluorite are used as the type of glass material of L28). Then, when the environmental temperature changes, each optical member (L11 to L1) constituting the afocal relay lens L1 is changed.
6), each optical member (L
In 21-L28), the type of the glass material of the optical member that has a large influence on the change in the focal length of the objective optical system OL2 is changed, and a temperature achromatic design is performed on the objective optical system OL2.
【0063】また、この対物光学系OL2は、第1の実
施の形態に係る対物光学系OL1と同様に、全系の焦点
距離をfとし、対物光学系OLの全体がΔT(℃)だけ
温度変化したときの全系の焦点距離をf1としたときに |(f1−f)/f/ΔT| < 10-4(1/℃)…(1) の条件を満足し、対物光学系OLの全系の焦点距離を
f、無限遠対物レンズL2のみがΔT(℃)だけ温度変
化したときの全系の焦点距離をfo、アフォーカルリレ
ーレンズL1のみがΔT(℃)だけ温度変化したときの
全系の焦点距離をfrとしたとき、 |((fo−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)…(2) |((fr−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)…(3) の条件を満足するものである。Further, similarly to the objective optical system OL1 according to the first embodiment, the objective optical system OL2 has a focal length f of the entire system, and the entire objective optical system OL has a temperature of ΔT (° C.). a focal length of the time that has changed is taken as f 1 | (f 1 -f) / f / ΔT | satisfies the condition of <10 -4 (1 / ℃) ... (1), the objective optical system The focal length of the entire system of OL is f, the focal length of the entire system when only the infinity objective lens L2 has changed in temperature by ΔT (° C.) is fo, and only the afocal relay lens L1 has changed in temperature by ΔT (° C.). | ((Fo−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) (2) | ((fr−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) (3)
【0064】この対物光学系OL2は、第1の実施の形
態に係る対物光学系OL1と同様に、使用される環境温
度が変化した場合に発生する焦点位置の変動を打ち消す
効果を有する。The objective optical system OL2 has an effect of canceling the change in the focal position that occurs when the environmental temperature used changes, similarly to the objective optical system OL1 according to the first embodiment.
【0065】次に、第2の実施の形態に係る対物光学系
OL2(基準波長:193nm)の諸元について説明す
る。ここでは、光線追跡計算の都合上、射出瞳側、無限
遠の位置に物体を配置し、光線追跡は射出瞳側から、物
体に向かって行う。なお、NAは、対物光学系の開口
数、面番号は、射出瞳側からの光学部材のレンズ面の順
序である。また、以下に掲げる材料物性表における石英
(QUARTZ)及び蛍石(CAF2)の屈折率は、基準波長19
3nmに対する値を示している。Next, the specifications of the objective optical system OL2 (reference wavelength: 193 nm) according to the second embodiment will be described. Here, for the sake of ray tracing calculation, an object is arranged at a position at infinity at the exit pupil side, and ray tracing is performed from the exit pupil side toward the object. Here, NA is the numerical aperture of the objective optical system, and the surface number is the order of the lens surfaces of the optical member from the exit pupil side. In addition, the refractive indexes of quartz (QUARTZ) and fluorite (CAF 2 ) in the material properties table listed below are based on the reference wavelength of 19
The values for 3 nm are shown.
【0066】 NA=0.81 最大像高=0.02 面番号 曲率半径 間隔 部材 有効径 O(物体) ∞ ∞ 1(絞り) ∞ 32.8 10.2448 2 24.9311 2.8 'QUARTZ' 10.4558 3 -68.099 0.5 10.149 4 16.499 2.6 'QUARTZ' 9.6937 5 152.583 3.75207 8.8711 6 -40.229 2.2 'QUARTZ' 6.5748 7 23.345 33.8427 5.7283 8 -35.895 2.2 'QUARTZ' 7.6089 9 51.09 4.105231 8.4456 10 -47.655 3.5 'CAF2' 10.7161 11 -16.9872 0.5 12.0333 12 46.425 4 'CAF2' 12.7636 13 -31.24 33.2528 13.1635 14 -25.127 3 'QUARTZ' 12.9978 15 23.897 4.770544 13.9151 16 -44.905 4 'QUARTZ' 16.032 17 -34.444 1.020096 18.0593 18 88.499 4.5 'QUARTZ' 19.7264 19 -55.875 0.5 20.5898 20 47.078 5 'CAF2' 21.2319 21 -72.192 0.5 21.2387 22 15.69 4.7 'QUARTZ' 20.4905 23 27.206 0.5 18.7904 24 12.505 5 'CAF2' 17.3464 25 43.598 0.5 15.1802 26 9.141 4 'QUARTZ' 12.1469 27 20.872 1.007804 8.8209 28 ∞ 6 'QUARTZ' 7.3357 29 ∞ 0 0.04 30(像面) ∞ 0 0.04 材料物性表 光学部材 屈折率 屈折率温度係数(1/℃) 線膨張係数(1/℃) 'QUARTZ' 1.5603261 19.5×10-6 0.54ppm 'CAF2' 1.5014548 -2.9×10-6 24ppm ホールド部材 線膨張係数(1/℃) チタン合金 8.6ppmNA = 0.81 Maximum image height = 0.02 Surface number Curvature radius Interval Member effective diameter O (object) ∞ ∞ 1 (stop) ∞ 32.8 10.2448 2 24.9311 2.8 'QUARTZ' 10.4558 3 -68.099 0.5 10.149 4 16.499 2.6 'QUARTZ' 9.6937 5 152.583 3.75207 8.8711 6 -40.229 2.2 'QUARTZ' 6.5748 7 23.345 33.8427 5.7283 8 -35.895 2.2 'QUARTZ' 7.6089 9 51.09 4.105231 8.4456 10 -47.655 3.5 'CAF2' 10.7161 11 -16.9872 0.5 12.0333 12 46.425 4 ' CAF2 '12.7636 13 -31.24 33.2528 13.1635 14 -25.127 3' QUARTZ '12.9978 15 23.897 4.770544 13.9151 16 -44.905 4' QUARTZ '16.032 17 -34.444 1.020096 18.0593 18 88.499 4.5' QUARTZ '19.7264 19 -55.875 0.5 20.5898 20 47.078 5CA '21 .2319 21 -72.192 0.5 21.2387 22 15.69 4.7 'QUARTZ' 20.4905 23 27.206 0.5 18.7904 24 12.505 5 'CAF2' 17.3464 25 43.598 0.5 15.1802 26 9.141 4 'QUARTZ' 12.1469 27 20.872 1.007804 8.8209 28 ∞ 6 'QUARTZ' 7.3357 29 ∞ 0 0.04 30 (image surface) ∞ 0 0.04 Material properties table Optical member Refractive index Refractive index temperature coefficient (1 / ° C) Linear expansion Number (1 / ℃) 'QUARTZ' 1.5603261 19.5 × 10 -6 0.54ppm 'CAF2' 1.5014548 -2.9 × 10 -6 24ppm holding member linear expansion coefficient (1 / ° C.) titanium alloy 8.6ppm
【0067】次に、図6を参照して、この対物光学系O
L2の諸元に基づいて、各光学部材が単独に温度が1℃
変化したときの焦点位置の変動、即ち後ろ焦点位置(図
5の光学部材L28の面番号29のレンズ面)からの焦
点位置の変動について考察する。なお、図6において
は、図4と同様に、各光学部材毎に、各光学部材が単独
に1℃変化したときの焦点位置変動に関して、光学部材
の相対屈折率の変化に基づく焦点位置の変動量、光学部
材の膨張に基づく焦点位置の変動量、保持部材の膨張に
基づく焦点位置の変動量について示すと共に、これらの
焦点位置の変動量の合計を示している。Next, referring to FIG. 6, this objective optical system O
Based on the specifications of L2, each optical member has a temperature of 1 ° C. independently.
Consider a change in the focal position when it changes, that is, a change in the focal position from the rear focal position (the lens surface of surface number 29 of the optical member L28 in FIG. 5). In FIG. 6, as in FIG. 4, for each optical member, regarding the focal position fluctuation when each optical member changes by 1 ° C. independently, the focal position fluctuation based on the change in the relative refractive index of the optical member. The figure also shows the amount, the amount of change in the focal position based on the expansion of the optical member, and the amount of change in the focal position based on the expansion of the holding member, and also shows the sum of the amounts of change in these focal positions.
【0068】図6に示した通り、屈折率温度係数が正の
値を有する光学材料(GP)を使用した光学部材で発生
した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方向)の焦点位
置変動を屈折率温度係数が負になる光学材料(GM)を
使用した光学部材で発生する温度変化時の正(射出瞳
(P)から遠ざかる方向)の焦点位置変動により補正す
ることが可能となり光学系全体で発生する温度変化時の
焦点位置変動が小さくなっている。この対物光学系OL
2の温度変化1℃あたりの後ろ側焦点位置、波面収差を
次に示す。As shown in FIG. 6, a negative (in a direction approaching the exit pupil P) focal position fluctuation caused by a temperature change generated by an optical member using an optical material (GP) having a positive refractive index temperature coefficient. Can be corrected by a positive (in a direction away from the exit pupil (P)) focal position change caused by an optical member using an optical material (GM) having a negative refractive index temperature coefficient. The focal position fluctuation at the time of a temperature change occurring as a whole is reduced. This objective optical system OL
The back focal position and wavefront aberration per 1 ° C. temperature change of No. 2 are shown below.
【0069】 [0069]
【0070】この対物光学系OL2の焦点距離は−6.32
4なので (1)式は、1.5×10-6 (2)式は、1.3×10-6 (3)式は、0.2×10-6 となり、上述の条件式を満たしている。The focal length of this objective optical system OL2 is -6.32.
Therefore, the expression (1) is 1.5 × 10 −6 , the expression (2) is 1.3 × 10 −6 , and the expression (3) is 0.2 × 10 −6 , which satisfies the above conditional expression.
【0071】次に、第1の実施の形態に係る対物光学系
OL1及び第2の実施の形態に係る対物光学系OL2
を、Shack−Hartman(シャック−ハルトマ
ン)方式による波面収差測定装置用の対物光学系として
使用する場合について説明する。Next, the objective optical system OL1 according to the first embodiment and the objective optical system OL2 according to the second embodiment are described.
Is used as an objective optical system for a wavefront aberration measuring apparatus based on the Shack-Hartman method.
【0072】図7は、対物光学系OL1又は対物光学系
OL2を含むShack−Hartman方式による波
面収差測定装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に
示す図である。図7において、感光性基板であるウェハ
Wの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ面内において図7
の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ面内において図7
の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。な
お、図7では、投影光学系PLの像面に波面収差測定装
置の標示板を位置決めした収差測定時の状態を示してい
るが、FIA系や斜入射方式のオートフォーカス系を用
いた位置検出時及び投影露光時には、投影光学系PLの
像面にウェハWが位置決めされる。FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a projection exposure apparatus provided with a wavefront aberration measuring apparatus based on the Shack-Hartman system including the objective optical system OL1 or OL2. In FIG. 7, the Z axis is set along the normal direction of the wafer W as a photosensitive substrate, and FIG.
7 in the direction parallel to the paper surface of FIG.
The X-axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. Note that FIG. 7 shows a state at the time of aberration measurement in which the sign plate of the wavefront aberration measuring device is positioned on the image plane of the projection optical system PL. At the time of projection exposure, the wafer W is positioned on the image plane of the projection optical system PL.
【0073】図7の投影露光装置は、露光光(照明光)
を供給するための光源1として、例えば、248nm
(KrFエキシマレーザ)又は193nm(ArFエキ
シマレーザ)の波長の光を供給するエキシマレーザ光源
を備えている。光源1から射出されたほぼ平行光束は、
ビーム整形光学系2を介して所定断面の光束に整形され
た後、干渉性低減部3に入射する。干渉性低減部3は、
被照射面であるマスクM上(ひいてはウェハW上)での
干渉パターンの発生を低減する機能を有する。干渉性低
減部3の詳細については、例えば、特開昭59−226
317号公報に開示されている。The projection exposure apparatus shown in FIG. 7 uses exposure light (illumination light).
, For example, 248 nm
(KrF excimer laser) or an excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 193 nm (ArF excimer laser). The substantially parallel light beam emitted from the light source 1 is
After being shaped into a light beam having a predetermined cross section via the beam shaping optical system 2, the light beam enters the coherence reducing unit 3. The coherence reducing unit 3
It has a function of reducing the occurrence of an interference pattern on the mask M (and, consequently, on the wafer W), which is the irradiated surface. The details of the interference reducing unit 3 are described in, for example, JP-A-59-226.
No. 317 is disclosed.
【0074】干渉性低減部3からの光束は、第1フライ
アイレンズ(第1オプティカルインテグレータ)4を介
して、その後側焦点面に多数の光源を形成する。これら
の多数の光源からの光は、振動ミラー5で偏向された
後、リレー光学系6を介して第2フライアイレンズ(第
2オプティカルインテグレータ)7を重畳的に照明す
る。ここで、振動ミラー5は、X軸周りに回動する折り
曲げミラーであって、被照射面での干渉パターンの発生
を低減する機能を有する。こうして、第2フライアイレ
ンズ7の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源
が形成される。この二次光源からの光束は、その近傍に
配置された開口絞り8により制限された後、コンデンサ
光学系9を介して、下側面に所定のパターンが形成され
たマスクMを重畳的に均一照明する。The light beam from the coherence reducing unit 3 passes through a first fly-eye lens (first optical integrator) 4 to form a large number of light sources on the rear focal plane. After being deflected by the oscillating mirror 5, the light from these multiple light sources illuminates the second fly-eye lens (second optical integrator) 7 in a superimposed manner via the relay optical system 6. Here, the vibrating mirror 5 is a bending mirror that rotates around the X axis and has a function of reducing the occurrence of an interference pattern on the irradiated surface. In this way, a secondary light source including a large number of light sources is formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 7. The light beam from the secondary light source is limited by an aperture stop 8 disposed in the vicinity thereof, and then is uniformly illuminated via a condenser optical system 9 with a mask M having a predetermined pattern formed on a lower surface in a superimposed manner. I do.
【0075】なお、以上の第1及び第2オプティカルイ
ンテグレータ(4,7)は、フライアイレンズに限るこ
となく、より微小な光学素子の集合体で構成されるマイ
クロフライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)、内面
反射型のロッド状インテグレータ(内面反射型のガラス
ロッド、内面反射型の中空光学部材)や回折光学素子等
を用いることができる。The first and second optical integrators (4, 7) are not limited to fly-eye lenses, but are micro fly-eye lenses (micro-lens arrays) composed of an aggregate of smaller optical elements. An internal reflection type rod-shaped integrator (an internal reflection type glass rod, an internal reflection type hollow optical member), a diffractive optical element, or the like can be used.
【0076】マスクMのパターンを透過した光束は、投
影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上に
マスクパターンの像を形成する。マスクMは、マスクホ
ルダ(図示せず)を介して、マスクステージMSに載置
されている。なお、マスクステージMSは、主制御系
(図示せず)からの指令に基づき、マスクステージ制御
部(図示せず)によって駆動される。このとき、マスク
ステージMSの移動は、マスク干渉計(図示せず)及び
マスクステージMSに設けられた移動鏡(図示せず)と
により計測される。The light flux transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. The mask M is mounted on a mask stage MS via a mask holder (not shown). The mask stage MS is driven by a mask stage controller (not shown) based on a command from a main control system (not shown). At this time, the movement of the mask stage MS is measured by a mask interferometer (not shown) and a moving mirror (not shown) provided on the mask stage MS.
【0077】一方、ウェハWは、ウェハステージWS上
のウェハホルダWHに真空チャックされている。ウェハ
ステージWSは、主制御系(図示せず)からの指令に基
づき、ウェハステージ制御部(図示せず)によって駆動
される。このとき、ウェハステージWSの移動は、ウェ
ハ干渉計WIF及びウェハステージWSに設けられた移
動鏡WMとにより計測される。こうして、ウェハステー
ジWSは、X方向の移動機能、Y方向の移動機能、Z方
向の移動機能、Z軸周りの回転機能、X軸周りのチルト
機能及びY軸周りのチルト機能を有し、ウェハ干渉計W
IFとウェハステージ制御部とによりナノオーダで位置
制御される。On the other hand, the wafer W is vacuum chucked by the wafer holder WH on the wafer stage WS. Wafer stage WS is driven by a wafer stage control unit (not shown) based on a command from a main control system (not shown). At this time, the movement of the wafer stage WS is measured by the wafer interferometer WIF and the moving mirror WM provided on the wafer stage WS. Thus, the wafer stage WS has a moving function in the X direction, a moving function in the Y direction, a moving function in the Z direction, a rotating function around the Z axis, a tilt function around the X axis, and a tilt function around the Y axis. Interferometer W
The position is controlled in nano order by the IF and the wafer stage control unit.
【0078】また、図7の投影露光装置は、投影光学系
の光軸AXに垂直な平面、即ちXY平面に沿ったウェハ
Wの位置を検出するための第1位置検出系として、オフ
アクシス方式のFIA(Field Image Alignment)系を
備えている。このFIA系は、波長帯域幅の広い照明光
を供給するための光源として、例えばハロゲンランプ
(図示せず)を備えている。光源からの照明光は、リレ
ー光学系(図示せず)を介して、ライトガイド21に入
射する。ライトガイド21の内部を伝播した光は、コン
デンサーレンズ22及びリレーレンズ23を介して、ハ
ーフプリズム24に入射する。The projection exposure apparatus shown in FIG. 7 is an off-axis type as a first position detection system for detecting the position of the wafer W along a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system, that is, an XY plane. (Field Image Alignment) system. The FIA system includes, for example, a halogen lamp (not shown) as a light source for supplying illumination light having a wide wavelength bandwidth. Illumination light from the light source enters the light guide 21 via a relay optical system (not shown). The light that has propagated inside the light guide 21 enters the half prism 24 via the condenser lens 22 and the relay lens 23.
【0079】ハーフプリズム24で反射された照明光
は、第1対物レンズ25及び反射プリズム26を介して
ウェハW上に形成された各アライメントマーク(例えば
X方向のラインアンドスペースパターン及びY方向のラ
インアンドスペースパターン)を落射照明する。照明さ
れた各アライメントマークからの反射光は、反射プリズ
ム26及び第1対物レンズ25を介してハーフプリズム
24に入射する。ハーフプリズム24を透過した光は、
第2対物レンズ27を介して、ハーフプリズム28に入
射する。ハーフプリズム28を透過した光はX方向CC
D29に達し、ハーフプリズム28で反射された光はY
方向CCD30に達する。The illumination light reflected by the half prism 24 is applied to each alignment mark (for example, a line and space pattern in the X direction and a line in the Y direction) formed on the wafer W through the first objective lens 25 and the reflection prism 26. And space pattern). The reflected light from each of the illuminated alignment marks enters the half prism 24 via the reflection prism 26 and the first objective lens 25. The light transmitted through the half prism 24 is
The light enters the half prism 28 via the second objective lens 27. The light transmitted through the half prism 28 is in the X direction CC
D29, the light reflected by the half prism 28 is Y
The direction CCD 30 is reached.
【0080】ここで、X方向CCD29の撮像面にはX
方向アライメントマークの拡大像が形成され、Y方向C
CD30の撮像面にはY方向アライメントマークの拡大
像が形成される。こうして、X方向CCD29及びY方
向CCD30で得られた撮像信号を画像処理することに
よって、各アライメントマークのXY平面に沿った位置
を、ひいてはウェハWのXY平面に沿った位置を検出す
る。そして、検出した各アライメントマークの位置情報
に基づいて、ウェハWのXY平面に沿ったアライメント
を行うことができる。なお、FIA系の詳細について
は、例えば特開平4‐65603号公報或いは特開平4
‐273246号公報等に開示されている。Here, the image pickup surface of the X-direction CCD 29 has X
An enlarged image of the direction alignment mark is formed,
An enlarged image of the Y-direction alignment mark is formed on the imaging surface of the CD 30. By processing the image signals obtained by the X-direction CCD 29 and the Y-direction CCD 30 in this manner, the position of each alignment mark along the XY plane, and thus the position of the wafer W along the XY plane, are detected. Then, the alignment of the wafer W along the XY plane can be performed based on the detected position information of each alignment mark. For details of the FIA system, see, for example, JP-A-4-65603 or
-273246.
【0081】更に、図7の投影露光装置は、投影光学系
の光軸AXの方向即ちZ方向に沿ったウェハWの位置を
検出するための第2位置検出系として、所謂斜入射方式
の二次元オートフォーカス系(AF系)を備えている。
この斜入射方式の二次元AF系は、検出光として波長幅
の広い白色光を供給するための光源として、例えばハロ
ゲンランプ(図示せず)を備えている。光源からの照明
光はリレー光学系(図示せず)を介してライトガイド3
1に入射する。ライトガイド31の内部を伝搬した光
は、コンデンサーレンズ32を介してほぼ平行光束に変
換された後、偏向プリズム33に入射する。偏向プリズ
ム33は、コンデンサーレンズ32からのほぼ平行光束
を屈折作用により偏向させる。また、偏向プリズム33
の射出側には、X方向に延びる細長い透過部とX方向に
延びる細長い遮光部とが一定のピッチで交互に設けられ
た透過型格子パターンが形成されている。Further, the projection exposure apparatus shown in FIG. 7 uses a so-called oblique incidence type as a second position detection system for detecting the position of the wafer W along the direction of the optical axis AX of the projection optical system, that is, the Z direction. It has a dimensional autofocus system (AF system).
The oblique incidence type two-dimensional AF system includes, for example, a halogen lamp (not shown) as a light source for supplying white light having a wide wavelength width as detection light. Illumination light from a light source is transmitted through a light guide 3 via a relay optical system (not shown).
Incident on 1. The light that has propagated inside the light guide 31 is converted into a substantially parallel light beam via the condenser lens 32, and then enters the deflection prism 33. The deflecting prism 33 deflects the substantially parallel light beam from the condenser lens 32 by a refraction action. The deflection prism 33
On the emission side, a transmission type lattice pattern in which elongated transmission portions extending in the X direction and elongated light shielding portions extending in the X direction are alternately provided at a constant pitch is formed.
【0082】偏向プリズム33の透過型格子パターンを
透過した光は、投影光学系PLの光軸AXに平行な光軸
に沿って配置された投射用集光レンズ34に入射する。
投射用集光レンズ34を介した光束は、ミラー35及び
投射用対物レンズ36を介して、所要の入射角でウェハ
Wに達する。こうして、ウェハW上には、二次元スリッ
ト投影パターンとしての格子パターンの一次像がその全
体に亘って正確に形成される。ウェハWで反射された光
は、受光用対物レンズ37及び振動ミラー38を介し
て、受光用集光レンズ39に入射する。受光用集光レン
ズ39を介した光は、上述の偏向プリズム33と同様の
構成を有するアオリ補正プリズム40に入射する。The light transmitted through the transmission grating pattern of the deflecting prism 33 is incident on a projection condenser lens 34 arranged along an optical axis parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL.
The light beam passing through the projection condenser lens 34 reaches the wafer W at a required incident angle via the mirror 35 and the projection objective lens 36. Thus, the primary image of the lattice pattern as the two-dimensional slit projection pattern is accurately formed over the entirety of the wafer W. The light reflected by the wafer W is incident on the light-receiving condenser lens 39 via the light-receiving objective lens 37 and the vibration mirror 38. The light having passed through the light-receiving condenser lens 39 is incident on a tilt correction prism 40 having the same configuration as the above-described deflection prism 33.
【0083】こうして、アオリ補正プリズム40の入射
面には、格子パターンの二次像が形成される。なお、ア
オリ補正プリズム40の入射面には、遮光手段としての
二次元受光スリットが設けられている。アオリ補正プリ
ズム40の射出面から射出された光は、一対のレンズで
構成されるリレー光学系41に入射する。リレー光学系
41を介した光は、アオリ補正プリズム40の入射面上
に形成された格子パターンの二次像と受光スリットの開
口部との共役像を、受光部42の受光面上に形成する。
受光面には、受光スリットの複数の開口部に光学的に対
応するように、二次元受光センサとしての複数のシリコ
ン・フォト・ダイオードが設けられている。Thus, a secondary image of the lattice pattern is formed on the incident surface of the tilt correction prism 40. Note that a two-dimensional light receiving slit as a light blocking means is provided on the incident surface of the tilt correction prism 40. Light emitted from the exit surface of the tilt correction prism 40 enters a relay optical system 41 including a pair of lenses. The light passing through the relay optical system 41 forms a conjugate image of the secondary image of the lattice pattern formed on the incident surface of the tilt correction prism 40 and the opening of the light receiving slit on the light receiving surface of the light receiving unit 42. .
A plurality of silicon photodiodes as a two-dimensional light receiving sensor are provided on the light receiving surface so as to optically correspond to the plurality of openings of the light receiving slit.
【0084】なお、格子パターンが形成された偏向プリ
ズム33の射出面とウェハWの露光面及び二次元受光ス
リットの形成されたアオリ補正プリズム40の入射面と
ウェハWの露光面とがシャインプルーフの条件を満たし
た共役関係になっている。ここで、ウェハWが投影光学
系PLの光軸AXに沿ってZ方向に上下移動すると、ア
オリ補正プリズム40の入射面上に形成される格子パタ
ーンの二次像は、ウェハWの上下移動に対応してパター
ンのピッチ方向に横ずれを起こす。The exit surface of the deflecting prism 33 on which the grating pattern is formed, the exposure surface of the wafer W, the entrance surface of the tilt correction prism 40 on which the two-dimensional light receiving slit is formed, and the exposure surface of the wafer W are Scheimpflug. The conjugate relationship satisfies the condition. Here, when the wafer W moves up and down in the Z direction along the optical axis AX of the projection optical system PL, the secondary image of the grid pattern formed on the incident surface of the tilt correction prism 40 moves up and down of the wafer W. Correspondingly, lateral displacement occurs in the pattern pitch direction.
【0085】こうして、光電顕微鏡の原理により、格子
パターンの二次像の横ずれ量を光電検出し、光電検出し
た横ずれ量に基づいて投影光学系PLの光軸AXに沿っ
たウェハWの面位置を検出する。また、二次元多点オー
トフォーカス方式に従って投影光学系PLの光軸AXに
沿ったウェハWの面位置を二次元的に検出する。その結
果、ウェハステージWSをZ方向に移動させたり、X軸
周り及びY軸周りにチルトさせることにより、投影光学
系PLのフォーカス方向にウェハWの面位置を二次元的
にアライメントすることができる。なお、光電顕微鏡の
原理の詳細については、例えば特開昭56−42205
号公報に開示されている。また、二次元多点オートフォ
ーカス方式の詳細については、例えば特開平6−970
45号公報に開示されている。Thus, the lateral displacement of the secondary image of the lattice pattern is photoelectrically detected based on the principle of the photoelectric microscope, and the surface position of the wafer W along the optical axis AX of the projection optical system PL is determined based on the detected lateral displacement. To detect. Further, the surface position of the wafer W along the optical axis AX of the projection optical system PL is detected two-dimensionally according to the two-dimensional multipoint autofocus method. As a result, the surface position of the wafer W can be two-dimensionally aligned in the focus direction of the projection optical system PL by moving the wafer stage WS in the Z direction or tilting the wafer stage WS around the X axis and the Y axis. . For details of the principle of the photoelectric microscope, see, for example, JP-A-56-42205.
No. 6,086,045. For details of the two-dimensional multipoint autofocus method, see, for example, JP-A-6-970.
No. 45 discloses this.
【0086】上述したように、図7の投影露光装置で
は、マスクM及びウェハWを投影光学系PLに対して高
精度に位置決めして露光を行う。また、交換したマスク
MとウェハWとを高精度に位置合わせして重ね露光を繰
り返す。このとき、ウェハWの交換時には、上述のFI
A系及び二次元AF系により、ウェハWの位置検出が高
精度に行われる。そして、ウェハ干渉計WIF及びウェ
ハステージ制御部により、ウェハWの位置制御が高精度
に行われる。こうして、ウェハWへの重ね露光を繰り返
すことにより、ウェハWの各露光領域に種々のパターン
が形成される。As described above, in the projection exposure apparatus of FIG. 7, exposure is performed by positioning the mask M and the wafer W with respect to the projection optical system PL with high accuracy. In addition, the replaced mask M and the wafer W are aligned with high accuracy, and the overlapping exposure is repeated. At this time, when replacing the wafer W, the above-described FI
The position of the wafer W is detected with high accuracy by the A system and the two-dimensional AF system. Then, the position control of the wafer W is performed with high accuracy by the wafer interferometer WIF and the wafer stage control unit. In this manner, various patterns are formed in each exposure region of the wafer W by repeating the over-exposure on the wafer W.
【0087】この投影露光装置は、投影光学系PLの波
面収差を計測するための、図3に示す方法により製造さ
れた波面収差測定装置を備えている。図8は、図7の波
面収差測定装置の要部構成を概略的に示す図であって、
収差測定系をその光軸に沿って展開した状態を示す図で
ある。以下、図7及び図8を参照して、この波面収差測
定装置の構成について説明する。この波面収差測定装置
においては、被検光学系としての投影光学系PLの波面
収差の測定に際して、マスクステージMS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、図9に示すように、収差測定用の円形状の開口部
10aがX方向及びY方向に沿って複数個(図9では9
個)マトリックス状に形成されている。また、開口部1
0aよりも実質的に大きな正方形状の開口部10bが形
成されている。This projection exposure apparatus includes a wavefront aberration measuring device manufactured by the method shown in FIG. 3 for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL. FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of the wavefront aberration measuring device of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a state where the aberration measurement system is developed along the optical axis. Hereinafter, the configuration of the wavefront aberration measuring device will be described with reference to FIGS. In this wavefront aberration measuring apparatus, a test mask TM for measuring aberration is set on a mask stage MS when measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL as the test optical system. Test mask TM
As shown in FIG. 9, a plurality of circular apertures 10a for measuring aberration are provided along the X direction and the Y direction (in FIG.
Pieces) are formed in a matrix. Opening 1
A square opening 10b substantially larger than 0a is formed.
【0088】また、この波面収差測定装置は、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)に取り付けられた標示板11を備え
ている。標示板11は、例えばガラス基板からなり、投
影光学系PLの光軸AXに垂直な、ひいては後述する収
差測定系の光軸AX1に垂直な基準平面11aを有す
る。この基準平面11a上には、図10に示すように、
その中央部に校正用開口部(光透過部)11bが形成さ
れ、その周辺には複数組(図10では4組)のアライメ
ントマーク11cが形成されている。The wavefront aberration measuring apparatus includes a sign plate 11 mounted on the wafer stage WS at substantially the same height position (position in the Z direction) as the exposure surface of the wafer W. The marking plate 11 is made of, for example, a glass substrate, and has a reference plane 11a perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, and further perpendicular to the optical axis AX1 of the later-described aberration measuring system. On this reference plane 11a, as shown in FIG.
A calibration opening (light transmitting portion) 11b is formed in the center, and a plurality of sets (four in FIG. 10) of alignment marks 11c are formed around the opening.
【0089】ここで、校正用開口部11b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1
0aの像よりも大きく設定されている。また、各組のア
ライメントマーク11cは、X方向に沿って形成された
ラインアンドスペースパターンとY方向に沿って形成さ
れたラインアンドスペースパターンとから構成されてい
る。更に、校正用開口部11b及び複数のアライメント
マーク11cを除く領域には、反射面11dが形成され
ている。反射面11dは、例えばガラス基板にクロム
(Cr)を蒸着することにより形成されている。Here, the calibration opening 11b is formed in the opening 1 of the test mask TM formed through the projection optical system PL.
It is set larger than the image of 0a. Each set of alignment marks 11c is composed of a line and space pattern formed along the X direction and a line and space pattern formed along the Y direction. Further, a reflection surface 11d is formed in a region excluding the calibration opening 11b and the plurality of alignment marks 11c. The reflection surface 11d is formed, for example, by depositing chromium (Cr) on a glass substrate.
【0090】更に、この波面収差測定装置は、投影光学
系PLの波面収差を測定するための光学系としての収差
測定系を備えている。収差測定系では、投影光学系PL
を介してその像面に形成されたテストマスクTMの開口
部10aの像からの光が、無限遠対物レンズL2及びア
フォーカルリレーレンズL1を介して多数の微小光学素
子の集合体で構成されるマイクロフライアイレンズ(マ
イクロレンズアレイ)14に入射する。ここで無限遠対
物レンズL2及びアフォーカルリレーレンズL1により
構成される対物光学系は、投影露光装置の露光光として
248nm(KrF)が用いられる場合には、図1に示
す対物光学系OL1が用いられ、露光光として193n
m(ArF)が用いられる場合には、図5に示す対物光
学系OL2が用いられる。なお、マイクロフライアイレ
ンズ(マイクロレンズアレイ)14は、その入射面が対
物光学系LO1,OL2の射出瞳Pの位置又はその近傍
に位置するように配置される。Further, the wavefront aberration measuring device has an aberration measuring system as an optical system for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL. In the aberration measurement system, the projection optical system PL
The light from the image of the opening 10a of the test mask TM formed on the image surface of the test mask TM through the infinity objective lens L2 and the afocal relay lens L1 constitutes an aggregate of a large number of micro optical elements. The light enters a micro fly's eye lens (micro lens array) 14. The objective optical system constituted by the infinity objective lens L2 and the afocal relay lens L1 uses the objective optical system OL1 shown in FIG. 1 when 248 nm (KrF) is used as the exposure light of the projection exposure apparatus. 193n as the exposure light
When m (ArF) is used, the objective optical system OL2 shown in FIG. 5 is used. The micro fly's eye lens (micro lens array) 14 is arranged so that its entrance surface is located at or near the exit pupil P of the objective optical systems LO1 and OL2.
【0091】このマイクロフライアイレンズ(マイクロ
レンズアレイ)14は、図11に示すように、縦横に且
つ稠密に配列された正方形状の正屈折力を有する多数の
微小レンズ14aからなる光学素子である。マイクロフ
ライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)14は、波面
分割部材として機能し、これ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
によって構成されている。As shown in FIG. 11, the micro fly's eye lens (micro lens array) 14 is an optical element composed of a large number of minute lenses 14a having a positive refracting power and arranged squarely and vertically and horizontally. . The micro fly's eye lens (micro lens array) 14 functions as a wavefront dividing member, and is formed by, for example, performing etching on a parallel flat glass plate to form a micro lens group.
【0092】従って、マイクロフライアイレンズ(マイ
クロレンズアレイ)14に入射した光束は多数の微小レ
ンズ14aにより二次元的に分割され、各微小レンズ1
4aの後側焦点面の近傍にはそれぞれ1つの開口部10
a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(マイクロレンズアレイ)14の後側焦点面の近
傍には、開口部10aの像が多数形成される。こうして
形成された多数の像は、二次元撮像素子としてのCCD
15によって検出される。CCD15の出力は、信号処
理ユニット19に供給される。このように、マイクロフ
ライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)14は、投影
光学系PLの像面に形成されたテストマスクTMの開口
部10aの一次像からの光を波面分割して開口部10a
の二次像を多数形成するための波面分割素子を構成して
いる。Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye lens (micro lens array) 14 is two-dimensionally divided by a large number of micro lenses 14a,
4a, one opening 10 is provided in the vicinity of the rear focal plane.
The image of a is formed. In other words, in the vicinity of the rear focal plane of the micro fly's eye lens (micro lens array) 14, many images of the opening 10a are formed. A large number of images formed in this way are stored in a CCD as a two-dimensional image sensor.
15 detected. The output of the CCD 15 is supplied to a signal processing unit 19. As described above, the micro fly's eye lens (micro lens array) 14 splits the light from the primary image of the opening 10a of the test mask TM formed on the image plane of the projection optical system PL by wavefront splitting, and the opening 10a
Constitute a wavefront splitting element for forming a large number of secondary images.
【0093】また、CCD15は、波面分割素子として
のマイクロフライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)
14により形成された開口部10aの多数の二次像を光
電検出するための光電検出部を構成している。更に、無
限遠対物レンズL2、アフォーカルリレーレンズL1、
マイクロフライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)1
4及びCCD15は、図7に示すように、マスクステー
ジMSの内部に設けられ、投影光学系PLの波面収差を
測定するための光学系としての収差測定系を構成してい
る。なお、上述の標示板11は、収差測定系(L2,L
1,14,15)に一体的に取り付けられている。The CCD 15 is a micro fly's eye lens (micro lens array) as a wavefront dividing element.
14 constitute a photoelectric detector for photoelectrically detecting a large number of secondary images of the opening 10a. Furthermore, an infinity objective lens L2, an afocal relay lens L1,
Micro fly eye lens (micro lens array) 1
As shown in FIG. 7, the CCD 4 and the CCD 15 are provided inside the mask stage MS, and constitute an aberration measuring system as an optical system for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL. Note that the above-described sign plate 11 is provided with an aberration measurement system (L2, L
1, 14, 15).
【0094】一般に、投影露光装置では、照明系(1〜
9)から供給される照明光の開口数(NA)が投影光学
系PLの物体側開口数よりも小さく設定されている。従
って、照明系(1〜9)を用いてテストマスクTMの開
口部10aを照明しても、開口部10aを介した光が不
充分な開口数で投影光学系PLに入射することになる。
そこで、この波面収差測定装置は、投影光学系PLの物
体側開口数NAp以上の開口数NAiで開口部10aを
照明(インコヒーレント照明)するために、図7に示す
ように、照明系(1〜9)とテストマスクTMとの間の
光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するためのレ
モンスキン板16が備えられている。Generally, in a projection exposure apparatus, an illumination system (1 to
The numerical aperture (NA) of the illumination light supplied from 9) is set smaller than the object-side numerical aperture of the projection optical system PL. Therefore, even if the illumination system (1 to 9) is used to illuminate the opening 10a of the test mask TM, the light passing through the opening 10a enters the projection optical system PL with an insufficient numerical aperture.
Therefore, in order to illuminate the aperture 10a with a numerical aperture NAi equal to or larger than the object-side numerical aperture NAp of the projection optical system PL (incoherent illumination), the wavefront aberration measuring apparatus as shown in FIG. 9) is provided in the optical path between the test mask TM and the lemon skin plate 16 which is disposed so as to be detachable and diffuses a light beam.
【0095】図12は、レモンスキン板に平行光束が入
射したときの散乱特性を示す図である。また、図13
は、レモンスキン板を設置しないときにテストマスクへ
入射する光束の照明NA内の輝度分布とレモンスキン板
を設置したときにテストマスクへ入射する光束の照明N
A内の輝度分布とを比較する図である。図12及び図1
3を参照すると、照明系(1〜9)からの光束の開口数
を拡大するためにレモンスキン板16を設置すると、照
明光束の輝度特性が悪化することがわかる。従って、照
明系(1〜9)の照明光路中に、例えば二次光源が形成
される開口絞り8の近傍に挿脱自在に配置されて所定の
光強度分布の光束を形成するための濃度フィルタ17が
備えられている。FIG. 12 is a diagram showing the scattering characteristics when a parallel light beam enters the lemon skin plate. FIG.
Are the luminance distribution in the illumination NA of the light beam incident on the test mask when the lemon skin plate is not installed, and the illumination N of the light beam incident on the test mask when the lemon skin plate is installed.
FIG. 6 is a diagram comparing a luminance distribution in A. FIG. 12 and FIG.
Referring to FIG. 3, when the lemon skin plate 16 is provided to increase the numerical aperture of the light beams from the illumination systems (1 to 9), the luminance characteristics of the illumination light beams are deteriorated. Therefore, in the illumination optical path of the illumination system (1 to 9), for example, a density filter which is removably disposed near the aperture stop 8 where the secondary light source is formed and forms a light beam having a predetermined light intensity distribution. 17 are provided.
【0096】ここで、図12に示すような正規分布形状
の散乱特性を有するレモンスキン板16に対して、図1
4に示すような逆正規分布形状の透過率分布を濃度フィ
ルタ17に付与することにより、レモンスキン板16に
より悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化すること
ができる。あるいは、開口絞り8に代えて輪帯状の開口
部を有する輪帯開口絞りを設置して二次光源を輪帯状に
制限することにより、図15に示すように、レモンスキ
ン板16により悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一
化することもできる。もちろん、濃度フィルタ17の設
置と輪帯状の開口部を有する輪帯開口絞り8aの設置と
を併用することもできる。Here, a lemon skin plate 16 having a scattering characteristic of a normal distribution shape as shown in FIG.
By applying the transmittance distribution having the inverse normal distribution shape as shown in FIG. 4 to the density filter 17, the luminance characteristics of the illumination light flux deteriorated by the lemon skin plate 16 can be made substantially uniform. Alternatively, by installing a ring-shaped aperture stop having a ring-shaped opening instead of the aperture stop 8 and limiting the secondary light source to a ring-like shape, illumination deteriorated by the lemon skin plate 16 as shown in FIG. It is also possible to make the luminance characteristics of the light flux almost uniform. Of course, the installation of the density filter 17 and the installation of the annular aperture stop 8a having the annular opening can also be used in combination.
【0097】以上のように、レモンスキン板16及び濃
度フィルタ17(必要に応じて輪帯開口絞り8a)は、
照明系(1〜9)からの光束の開口数を拡大するための
開口数拡大手段を構成している。そして、レモンスキン
板16は、照明系(1〜9)とテストマスクTMとの間
の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するための
拡散光学部材を構成している。また、濃度フィルタ17
(必要に応じて輪帯開口絞り8a)は、レモンスキン板
16により悪化する照明光束の輝度特性を均一化するた
めの輝度特性均一化手段を構成している。レモンスキン
板16の設置に代えて、テストマスクTMの上側面をレ
モンスキン加工することもできる。As described above, the lemon skin plate 16 and the density filter 17 (and, if necessary, the annular aperture stop 8a)
It constitutes a numerical aperture expanding means for expanding the numerical aperture of the light flux from the illumination system (1 to 9). The lemon skin plate 16 constitutes a diffusing optical member that is disposed removably in the optical path between the illumination system (1 to 9) and the test mask TM and diffuses a light beam. The density filter 17
(If necessary, the annular aperture stop 8a) constitutes a luminance characteristic equalizing means for equalizing the luminance characteristic of the illumination light flux deteriorated by the lemon skin plate 16. Instead of installing the lemon skin plate 16, the upper surface of the test mask TM can be subjected to lemon skin processing.
【0098】一般に、レモンスキン板の散乱特性は、レ
モンスキン板を作る際の砥石の面あらさと、表面を酸で
化学処理する際の加工時間の差とにより、ある程度変化
させることができる。なお、レモンスキン板16に代え
て、現在技術進歩の著しいDOE(回折光学素子:ディ
フラクティブ・オプティクス・エレメント)を使用し、
開口数の拡大された光束の照明NA内の輝度特性をほぼ
均一に維持することも可能である。DOEは、通常ガラ
スプレート上にホトリソグラフィで回折パターンを形成
することにより構成され、散乱光の輝度特性を一定角度
までほぼ均一にするような特性を有するDOEも開発さ
れている。従って、拡散光学部材としてDOEを使用す
る場合には、濃度フィルタ17の設置や輪帯状の開口部
を有する輪帯開口絞り8aの設置を省略することもでき
る。なお、近年において、投影露光装置の照明系から供
給される照明光の開口数は大きくなる傾向にある。ここ
で、投影露光装置の照明系から供給される照明光の開口
数が投影光学系PLの物体側開口数よりも十分に大きく
設定されている場合(例えばσ≧1である場合)には、
開口数拡大手段としてのレモンスキン板16を用いるこ
となく測定を行うことも可能である。In general, the scattering characteristics of the lemon skin plate can be changed to some extent by the surface roughness of the grindstone when making the lemon skin plate and the difference in processing time when the surface is chemically treated with acid. In place of the lemon skin plate 16, a DOE (diffractive optical element: diffractive optics element), which is currently undergoing remarkable technological advancement, is used.
It is also possible to maintain substantially uniform luminance characteristics of the light beam having the increased numerical aperture in the illumination NA. The DOE is usually formed by forming a diffraction pattern on a glass plate by photolithography, and a DOE having a characteristic of making the luminance characteristic of scattered light almost uniform up to a certain angle has also been developed. Therefore, when the DOE is used as the diffusion optical member, the installation of the density filter 17 and the installation of the annular aperture stop 8a having the annular opening can be omitted. In recent years, the numerical aperture of illumination light supplied from the illumination system of the projection exposure apparatus tends to increase. Here, when the numerical aperture of the illumination light supplied from the illumination system of the projection exposure apparatus is set to be sufficiently larger than the object-side numerical aperture of the projection optical system PL (for example, when σ ≧ 1),
The measurement can be performed without using the lemon skin plate 16 as the numerical aperture expanding means.
【0099】この投影露光装置においては、上述したよ
うに、投影光学系PLの物体側開口数NAp以上の開口
数NAiで開口部10aを照明する。この場合、図16
に示すように、収差測定系のマイクロフライアイレンズ
(マイクロレンズアレイ)14の各微小レンズ14a毎
に互いに独立な多数の結像光学系が存在すると考えるこ
とが可能である。各結像光学系は、各微小レンズ14a
の大きさに相当する波面収差の一部分の影響を受けて開
口部10aの像をそれぞれインコヒーレント結像するこ
とになる。このとき、収差測定系は、図17に示すよう
に、標示板11の校正用開口部11bの中央に開口部1
0aの像10iが形成されるように設定される。即ち、
校正用開口部11bは、投影光学系PLを介して形成さ
れる開口部10aの像10iよりも実質的に大きく設定
されている。In this projection exposure apparatus, as described above, the aperture 10a is illuminated with the numerical aperture NAi equal to or more than the object-side numerical aperture NAp of the projection optical system PL. In this case, FIG.
As shown in (1), it is possible to consider that a number of imaging optical systems independent of each other exist for each microlens 14a of the micro fly's eye lens (microlens array) 14 of the aberration measurement system. Each imaging optical system is provided with each micro lens 14a.
Is incoherently imaged under the influence of a part of the wavefront aberration corresponding to the size of the aperture 10a. At this time, the aberration measuring system, as shown in FIG.
0a is set to be formed. That is,
The calibration opening 11b is set substantially larger than the image 10i of the opening 10a formed via the projection optical system PL.
【0100】結像論から考察して、波面収差にチルト成
分(傾き成分)がある場合には、各微小レンズ14aを
介して形成される像が位置シフトすることは自明であ
る。即ち、平均的な波面傾き量に対して、像の位置ズレ
が発生することになる。換言すると、各結像光学系毎
に、部分的な波面傾き量に応じた像の位置ズレがそれぞ
れ発生することになる。このときの各像の状態は、極小
ピンホールを用いて発生させた球面波に基づいて形成さ
れる従来の点像の状態と同じである。従って、従来技術
と同様の信号処理によって波面収差の測定が可能とな
る。Considering the imaging theory, when the wavefront aberration has a tilt component (tilt component), it is obvious that the image formed via each minute lens 14a shifts in position. That is, an image position shift occurs with respect to the average amount of wavefront tilt. In other words, a position shift of an image corresponding to a partial wavefront tilt amount occurs for each imaging optical system. The state of each image at this time is the same as the state of a conventional point image formed based on a spherical wave generated by using a minimum pinhole. Therefore, the wavefront aberration can be measured by the same signal processing as in the related art.
【0101】具体的には、投影光学系PLに波面収差が
残存していない場合、開口部10aの各像の光量重心位
置は測定用の各原点位置に形成される。後述するよう
に、収差測定系に波面収差などに起因する誤差がない場
合、測定用の各原点位置は、マイクロフライアイレンズ
(マイクロレンズアレイ)14の各微小レンズ14aの
光軸上に設定される。実際には、投影光学系PLに波面
収差が残存しているため、開口部10aの各像の光量重
心位置は測定用の各原点位置から位置ずれする。従っ
て、CCD15の出力に含まれる上述の位置ずれ情報に
基づいて、投影光学系PLの波面収差を測定することに
なる。Specifically, when the wavefront aberration does not remain in the projection optical system PL, the center of gravity of the amount of light of each image of the opening 10a is formed at each origin position for measurement. As will be described later, when there is no error due to wavefront aberration or the like in the aberration measurement system, each origin position for measurement is set on the optical axis of each microlens 14a of the micro fly's eye lens (microlens array) 14. You. Actually, since the wavefront aberration remains in the projection optical system PL, the position of the center of gravity of the amount of light of each image of the opening 10a is displaced from the position of each origin for measurement. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured based on the above-mentioned positional deviation information included in the output of the CCD 15.
【0102】ただし、この収差測定系では、CCD15
において解像可能な大きさの開口部10aを結像させる
方式であるため、開口部10aを従来のように極小ピン
ホールとして形成して球面波を発生させる必要はない。
即ち、従来技術では正確な球面波を発生させるために真
円度の高い極小のピンホールを形成する必要があるが、
この収差測定系では開口部10aの形状は円形状に限定
されることがない。また、開口部10aからCCD15
までの光路における透過率は収差測定系を構成する光学
部材の透過率に依存して決定され、極小ピンホールを用
いる従来技術の場合のような回折による輝度の劣化は起
こらない。その結果、撮像素子であるCCD15に対し
て、極小ピンホールを用いる従来技術の場合に比して著
しく大きな照度を提供することが可能となる。However, in this aberration measuring system, the CCD 15
In this method, the aperture 10a having a resolvable size is formed into an image. Therefore, it is not necessary to form the aperture 10a as a very small pinhole and generate a spherical wave as in the related art.
That is, in the prior art, it is necessary to form a very small pinhole having a high roundness in order to generate an accurate spherical wave.
In this aberration measurement system, the shape of the opening 10a is not limited to a circular shape. Further, the CCD 15 is moved from the opening 10a.
The transmittance in the optical path up to this point is determined depending on the transmittance of the optical member constituting the aberration measuring system, and does not cause deterioration in luminance due to diffraction as in the case of the related art using a minimum pinhole. As a result, it is possible to provide the CCD 15 serving as an image pickup device with an illuminance that is significantly larger than that in the case of the related art using a very small pinhole.
【0103】次に、図18に示すフローチャートを参照
して波面収差測定装置の製造方法について説明する。ま
ず、図3に示す方法により製造された対物光学系(OL
1又は、OL2)を準備する(ステップS20)。次に、
被検光学系である投影露光装置の投影光学系PLの結像
面に関する収差を計測するために、この結像面内の微小
領域からの光が対物光学系(OL1又は、OL2)を介
して射出する位置にCCD15を配置する(ステップS
21)。これにより収差測定装置の製造が完了する。Next, a method of manufacturing the wavefront aberration measuring device will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the objective optical system (OL) manufactured by the method shown in FIG.
1 or OL2) is prepared (step S20). next,
In order to measure aberration on the image plane of the projection optical system PL of the projection exposure apparatus, which is an optical system to be inspected, light from a minute area in the image plane is passed through the objective optical system (OL1 or OL2). The CCD 15 is arranged at the position where the light is emitted (step S
21). This completes the manufacture of the aberration measuring device.
【0104】次に、図19に示すフローチャートを参照
して投影露光装置の製造方法について説明する。まず、
図18に示す方法により製造された収差測定装置を準備
する(ステップS30)。次に、投影露光装置の投影光学
系PLを被検光学系として投影光学系PLの収差を測定
する位置に収差測定装置を配置する(ステップS30)。
これにより投影露光装置の製造が完了する。Next, a method of manufacturing a projection exposure apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First,
An aberration measuring device manufactured by the method shown in FIG. 18 is prepared (Step S30). Next, the aberration measuring device is arranged at a position where the aberration of the projection optical system PL is measured using the projection optical system PL of the projection exposure apparatus as a test optical system (step S30).
Thus, the manufacture of the projection exposure apparatus is completed.
【0105】以下、図18に示す方法により製造された
波面収差測定装置を用いて投影光学系PLの波面収差を
測定する動作について説明する。上述したよう標示板1
1が収差測定系(L2,L1,14,15)に一体的に
取り付けられている。そして、標示板11の基準平面1
1a上には、クロム膜などをエッチングすることにより
アライメントマーク11cが形成されていると共に、必
要十分な面精度で加工された反射面11dが形成されて
いる。従って、投影露光装置に搭載された前述のFIA
系を用いて、アライメントマーク11cに基づいて、X
Y平面に沿った標示板11の位置を、ひいてはXY平面
に沿った収差測定系の位置を検出することができる。The operation for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using the wavefront aberration measuring device manufactured by the method shown in FIG. 18 will be described below. Sign board 1 as described above
1 is integrally attached to the aberration measurement system (L2, L1, 14, 15). Then, the reference plane 1 of the sign plate 11
An alignment mark 11c is formed on the surface 1a by etching a chromium film or the like, and a reflection surface 11d processed with necessary and sufficient surface accuracy is formed. Therefore, the above-described FIA mounted on the projection exposure apparatus
Based on the alignment mark 11c, X
The position of the sign plate 11 along the Y plane and thus the position of the aberration measurement system along the XY plane can be detected.
【0106】また、投影露光装置に搭載された前述の斜
入射式の二次元AF系を用いて、反射面11dへ斜め方
向から光束を入射させ反射面11dで反射された光束に
基づいて、Z方向に沿った標示板11の面位置を、ひい
ては収差測定系のZ方向位置、X軸周りの傾き、及びY
軸周りの傾きを検出することができる。更に、投影露光
装置に搭載された前述のウェハ干渉計WIF及びウェハ
ステージ駆動部の作用により、ウェハWと同じ程度に高
精度なアライメント(位置合わせ)及び位置制御を迅速
に行うことができる。Using the oblique incidence type two-dimensional AF system mounted on the projection exposure apparatus, a light beam is incident on the reflecting surface 11d from an oblique direction, and based on the light beam reflected on the reflecting surface 11d, Z The surface position of the sign plate 11 along the direction, and thus the position of the aberration measurement system in the Z direction, the inclination around the X axis, and the Y position
The inclination around the axis can be detected. Further, by the operation of the wafer interferometer WIF and the wafer stage drive unit mounted on the projection exposure apparatus, alignment (position alignment) and position control with as high accuracy as the wafer W can be performed quickly.
【0107】被検光学系である投影光学系PLに対して
収差測定系がX方向、Y方向、Z方向などに位置ずれし
ていると、チルト成分やデフォーカス成分のような低次
の波面収差成分が大きく発生する。そこで、波面収差を
測定するために、収差測定系の位置ずれを波面収差測定
ストローク内に追い込む必要がある。更に、波面収差の
測定精度を向上させるために、上述のような低次の波面
収差成分をできるだけ追い込んだ状態で波面収差の測定
をすることが望ましい。標示板11を設置することによ
り、収差測定系の正確で迅速な位置制御が可能になり、
上述の追い込み動作が容易になる。その結果、投影光学
系PLのフォーカス面の絶対位置計測やディストーショ
ンの絶対値計測精度を向上させることができる。If the aberration measurement system is displaced in the X direction, the Y direction, the Z direction or the like with respect to the projection optical system PL which is the test optical system, a low-order wavefront such as a tilt component or a defocus component is generated. A large aberration component occurs. Therefore, in order to measure the wavefront aberration, it is necessary to drive the displacement of the aberration measurement system into the wavefront aberration measurement stroke. Further, in order to improve the measurement accuracy of the wavefront aberration, it is desirable to measure the wavefront aberration in a state where the above-mentioned low-order wavefront aberration component is driven as much as possible. By installing the sign plate 11, accurate and quick position control of the aberration measurement system becomes possible,
The above-mentioned rush operation becomes easy. As a result, it is possible to improve the absolute position measurement of the focus plane of the projection optical system PL and the accuracy of measuring the absolute value of distortion.
【0108】具体的には、ウェハステージWSを駆動し
て、収差測定系を投影光学系PLの露光視野領域内へ、
ひいては二次元AF系の検出視野領域内へ移動させる。
その状態で二次元AF系を用いて投影光学系PLの像面
に対して標示板11の基準平面11aを位置合わせす
る。即ち、標示板11の基準平面11aのZ方向に沿っ
た位置、X軸周りの傾き、及びY軸周りの傾きを検出
し、基準平面11aが投影光学系PLの像面にほぼ一致
するようにアライメント調整する。次に、ウェハステー
ジWSをXY平面に沿って駆動して、収差測定系をFI
A系の検出視野領域内へ移動させる。そして、FIA系
を用いて、標示板11上のアライメントマーク11cを
位置検出することにより、収差測定系の光軸AX1のX
Y平面に沿った位置を検出する。Specifically, the wafer stage WS is driven to move the aberration measuring system into the exposure field of the projection optical system PL.
Eventually, it is moved into the detection visual field region of the two-dimensional AF system.
In this state, the reference plane 11a of the sign plate 11 is aligned with the image plane of the projection optical system PL using a two-dimensional AF system. That is, the position of the reference plane 11a of the sign plate 11 along the Z direction, the inclination around the X axis, and the inclination around the Y axis are detected so that the reference plane 11a substantially coincides with the image plane of the projection optical system PL. Adjust the alignment. Next, the wafer stage WS is driven along the XY plane, and the aberration measurement system is
It is moved into the detection field of view of the A system. Then, by using the FIA system to detect the position of the alignment mark 11c on the marking plate 11, the X-axis of the optical axis AX1 of the aberration measurement system is detected.
A position along the Y plane is detected.
【0109】なお、標示板11上のアライメントマーク
11cと収差測定系の光軸AX1との間の位置関係情報
は、通常のウェハアライメントと同様に、予め制御ソフ
トにデータとして認識されている。また、アライメント
マーク11cが複数組あるので、EGA(エンハンスト
・グローバル・アライメント)により、即ち複数データ
の平均化効果により、更に高精度な位置検出が可能とな
る。こうして、テストマスクTMに設けられた複数の開
口部のうち、恣意的に選択された第1番目の開口部10
aの像が投影光学系PLを介して形成される位置に対し
て、収差測定系を初期的に位置決めする。The positional relationship information between the alignment mark 11c on the marking plate 11 and the optical axis AX1 of the aberration measurement system is previously recognized as data by control software as in normal wafer alignment. Further, since there are a plurality of sets of the alignment marks 11c, more accurate position detection can be performed by EGA (Enhanced Global Alignment), that is, by an averaging effect of a plurality of data. Thus, of the plurality of openings provided in test mask TM, first opening 10 arbitrarily selected.
The aberration measurement system is initially positioned at a position where the image a is formed via the projection optical system PL.
【0110】即ち、収差測定系が初期的に正確に位置決
めされた状態において、投影光学系PLを介して形成さ
れた第1番目の開口部10aの像の中心点と収差測定系
の光軸AX1とがXY平面内において一致する。即ち、
図17に示すように、開口部10aの像10iの中心点
と標示板11の校正用開口部11bの中心点とがXY平
面内において一致する。この初期状態において、CCD
15の出力に基づいて投影光学系PLの波面収差を測定
する。この測定結果から、チルト成分、パワー成分(デ
フォーカス成分)、及び非点隔差成分(アス成分)を求
め、チルト成分からディストーションの絶対値を、パワ
ー成分からフォーカス面(像面)の絶対位置を、非点隔
差成分から像面隔差をそれぞれ求めることができる。That is, in a state where the aberration measuring system is initially accurately positioned, the center point of the image of the first opening 10a formed via the projection optical system PL and the optical axis AX1 of the aberration measuring system Coincide in the XY plane. That is,
As shown in FIG. 17, the center point of the image 10i of the opening 10a coincides with the center point of the calibration opening 11b of the sign board 11 in the XY plane. In this initial state, the CCD
The wavefront aberration of the projection optical system PL is measured based on the output of No. 15. From this measurement result, a tilt component, a power component (defocus component), and an astigmatic difference component (as component) are obtained. , Can be obtained from the astigmatic difference component.
【0111】次に、チルト成分及びパワー成分ができる
だけ小さくなるように、収差測定系を微動させる。この
ときの収差測定系のX方向の微動量Δx及びY方向の微
動量Δyに基づいてディストーションの絶対値を、収差
測定系のZ方向の微動量Δzに基づいてフォーカス面の
絶対位置をそれぞれ求めることもできる。こうして、チ
ルト成分及びパワー成分をできるだけ小さく追い込んだ
状態で、CCD15の出力に基づいて投影光学系PLの
波面収差を最終的に高精度に測定する。Next, the aberration measuring system is finely moved so that the tilt component and the power component become as small as possible. At this time, the absolute value of distortion is obtained based on the fine movement amount Δx in the X direction and the fine movement amount Δy in the Y direction of the aberration measurement system, and the absolute position of the focus surface is obtained based on the fine movement amount Δz in the Z direction of the aberration measurement system. You can also. In this way, the wavefront aberration of the projection optical system PL is finally measured with high accuracy based on the output of the CCD 15 with the tilt component and the power component reduced as much as possible.
【0112】上述の波面収差の計測動作は、テストマス
クTMに設けられた残りの複数の開口部について同様に
順次行われる。このように、標示板11を用いてテスト
マスクTMの第1番目の開口部に対する収差測定系の位
置設定が終了した後は、投影露光装置の本来の焼き付け
動作と同様に、二次元AF系で標示板11の高さ位置を
常に位置合わせすると共に、ウェハ干渉計WIFの出力
情報に基づいてウェハステージWSのXY平面に沿った
位置を制御して、投影光学系PLの任意座標位置での波
面収差の測定(即ちテストマスクTMの残りの複数の開
口部に対する波面収差の測定)を実施することができ
る。The above-described operation of measuring the wavefront aberration is similarly performed sequentially on the remaining plural openings provided in the test mask TM. After the position setting of the aberration measurement system with respect to the first opening of the test mask TM using the marking plate 11 is completed, the two-dimensional AF system is used similarly to the original printing operation of the projection exposure apparatus. The height position of the marking plate 11 is always adjusted, and the position of the wafer stage WS along the XY plane is controlled based on the output information of the wafer interferometer WIF, so that the wavefront at an arbitrary coordinate position of the projection optical system PL is controlled. Aberration measurement (ie, measurement of wavefront aberration with respect to the remaining openings of the test mask TM) can be performed.
【0113】上述のように、収差測定系の初期的な測定
結果であるチルト成分やパワー成分に基づいて所望の値
だけ収差測定系を微動させ、チルト成分やパワー成分が
小さくなるように追い込むことが可能である。この機能
により、高速な位置制御に基づく高精度な波面収差の測
定が可能になる。なお、投影光学系PLの波面収差の測
定は、投影光学系PLの初期的な調整・検査時のみなら
ず、その後の点検時にも行われる。点検時における波面
収差の測定は、投影露光装置の本来の目的であるデバイ
スの製造を一次的に止めて行われるので、作業の迅速性
が要求される。この場合、位置制御の容易性及び迅速性
は非常に重要な要素となる。As described above, the aberration measuring system is finely moved by a desired value based on the tilt component and the power component, which are the initial measurement results of the aberration measuring system, so that the tilt component and the power component are reduced. Is possible. This function enables highly accurate measurement of wavefront aberration based on high-speed position control. The measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL is performed not only at the time of initial adjustment and inspection of the projection optical system PL but also at the time of subsequent inspection. Since the measurement of the wavefront aberration at the time of inspection is performed by temporarily stopping the manufacture of the device, which is the original purpose of the projection exposure apparatus, quick operation is required. In this case, the easiness and quickness of the position control are very important factors.
【0114】ところで、投影露光装置に搭載された投影
光学系PLの波面収差を正確に測定するには、収差測定
系自体で発生する波面収差などの影響をどのように処理
するかが問題となる。この収差測定系には、無限遠対物
レンズL2、アフォーカルリレーレンズL1、マイクロ
フライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)14、CC
D15、ミラー(図7参照)などの光学部材が用いられ
ている。これらの光学部材の製造誤差は、投影光学系P
Lの波面収差の測定時にその測定値に上乗せされる。収
差測定系自体で発生する波面収差などの測定値への影響
を小さく抑えるには、収差測定系を構成する各光学部材
の公差を非常に厳しく設定し、被検光学系である投影光
学系PLの波面収差発生量に比して収差測定系の波面収
差発生量を十分に小さく抑える方法、あるいは収差測定
系自体で発生する波面収差などの影響を予め把握して測
定値を補正する方法が考えられる。In order to accurately measure the wavefront aberration of the projection optical system PL mounted on the projection exposure apparatus, how to deal with the influence of the wavefront aberration generated in the aberration measurement system itself becomes a problem. . The aberration measurement system includes an infinity objective lens L2, an afocal relay lens L1, a micro fly's eye lens (micro lens array) 14, a CC
Optical members such as D15 and a mirror (see FIG. 7) are used. The manufacturing error of these optical members depends on the projection optical system P
When the wavefront aberration of L is measured, it is added to the measured value. In order to minimize the influence on the measured values such as the wavefront aberration generated by the aberration measurement system itself, the tolerance of each optical member constituting the aberration measurement system is set very tight, and the projection optical system PL as the optical system to be measured is set. A method of keeping the amount of wavefront aberration generated by the aberration measurement system sufficiently small compared to the amount of wavefront aberration generated by the system, or a method of compensating the measured values by grasping in advance the effects of the wavefront aberration generated by the aberration measurement system itself in advance Can be
【0115】被検光学系が投影露光装置に搭載される投
影光学系PLの場合、投影光学系PLに比して収差測定
系の波面収差発生量を十分に小さく抑えることは現実的
に不可能に近い。なぜなら、投影露光装置の投影光学系
PLに残存している波面収差量が元々非常に小さい値に
抑えられているからである。一方、収差測定系を構成す
るレンズ部品やミラー部品の面精度を厳しく設定するた
めには、光学材料(光学ガラス)自体の均一性を向上さ
せたり、面精度を測定する干渉計の絶対値精度を向上さ
せなければならない。In the case where the test optical system is a projection optical system PL mounted on a projection exposure apparatus, it is practically impossible to suppress the amount of wavefront aberration generated by the aberration measuring system sufficiently smaller than the projection optical system PL. Close to. This is because the wavefront aberration amount remaining in the projection optical system PL of the projection exposure apparatus is originally suppressed to a very small value. On the other hand, in order to strictly set the surface accuracy of the lens components and mirror components that make up the aberration measurement system, it is necessary to improve the uniformity of the optical material (optical glass) itself, and to set the absolute value accuracy of the interferometer that measures the surface accuracy. Must be improved.
【0116】また、干渉計の精度を向上させるために
は、干渉計を構成するフィゾーレンズや参照球面ミラー
等の部品レベルでの精度の向上及び誤差の把握が必要と
なる。面精度を向上させるための研磨機自体にも更に厳
しい精度が要求され、場合によっては部分的に面精度を
補正する部分修正研磨技術なども適用しなければならな
い。このように列挙していくと、収差測定系自体の波面
収差発生量を投影光学系PLに比して十分に小さく抑え
ることがいかに困難であるかがわかる。従って、収差測
定系自体の波面収差発生量をある程度許容できる範囲に
抑え、収差測定系の誤差に基づいて測定値を補正するこ
と、即ち収差測定系について自己キャリブレーションを
行うことにより収差測定系自体で発生する波面収差など
の影響を補正するのが望ましいことがわかる。In order to improve the accuracy of the interferometer, it is necessary to improve the accuracy at the component level such as the Fizeau lens and the reference spherical mirror constituting the interferometer and to grasp the error. Stricter accuracy is also required of the polishing machine itself for improving the surface accuracy, and in some cases, a partially modified polishing technique for partially correcting the surface accuracy must be applied. By enumerating in this way, it can be seen how difficult it is to suppress the amount of wavefront aberration generated by the aberration measurement system itself sufficiently smaller than that of the projection optical system PL. Therefore, the amount of wavefront aberration generated in the aberration measurement system itself is suppressed to a certain allowable range, and the measurement value is corrected based on the error of the aberration measurement system. It is understood that it is desirable to correct the influence of the wavefront aberration and the like generated in the above.
【0117】以下、図20を参照して、収差測定系の自
己キャリブレーションの手順を説明する。まず、収差測
定系の自己キャリブレーションに際して、テストマスク
TMの正方形状の開口部10b(図9参照)の像が投影
光学系PLを介して形成される位置に収差測定系を位置
決めする。この状態で、照明系(1〜9)からの照明光
が、投影光学系PLを介して、標示板11の校正用開口
部11bを照明することになる。ここで、投影光学系P
Lを介して標示板11上に形成される照明領域(開口部
10bの像)は、校正用開口部11bよりも実質的に大
きい。Hereinafter, the procedure of self-calibration of the aberration measurement system will be described with reference to FIG. First, at the time of self-calibration of the aberration measurement system, the aberration measurement system is positioned at a position where an image of the square opening 10b (see FIG. 9) of the test mask TM is formed via the projection optical system PL. In this state, the illumination light from the illumination systems (1 to 9) illuminates the calibration opening 11b of the sign plate 11 via the projection optical system PL. Here, the projection optical system P
The illumination area (the image of the opening 10b) formed on the sign plate 11 via L is substantially larger than the calibration opening 11b.
【0118】こうして、校正用開口部11bからの光
が、無限遠対物レンズL2、アフォーカルリレーレンズ
L1及びマイクロフライアイレンズ(マイクロレンズア
レイ)14を介して、CCD15の受光面上に校正用開
口部11bの多数の像を形成する。設計値では、校正用
開口部11bの各像が、マイクロフライアイレンズ(マ
イクロレンズアレイ)14の各微小レンズ14aの光軸
上に整然と並んで形成されるはずである。しかしなが
ら、収差測定系の波面収差、マイクロフライアイレンズ
(マイクロレンズアレイ)14の製造誤差、CCD15
の受光素子の配列誤差等により、実際に測定される各開
口部像の光量重心位置は設計上仮定した理想位置から位
置ずれしてしまう。In this way, the light from the calibration opening 11b passes through the infinity objective lens L2, the afocal relay lens L1, and the micro fly's eye lens (microlens array) 14 onto the light-receiving surface of the CCD 15 and enters the calibration opening 11b. A large number of images of the portion 11b are formed. With the design values, the images of the calibration opening 11b should be formed neatly on the optical axis of each microlens 14a of the micro fly's eye lens (microlens array) 14. However, the wavefront aberration of the aberration measurement system, the manufacturing error of the micro fly's eye lens (micro lens array) 14, the CCD 15
Due to the arrangement error or the like of the light receiving elements, the center of gravity of the light amount of each aperture image actually measured is shifted from the ideal position assumed in design.
【0119】ここで、発生した各開口部像の位置ずれ
は、収差測定系にのみ起因するものであって、投影光学
系PLの波面収差などの影響を受けていない。なぜな
ら、図20の自己キャリブレーション状態において、投
影光学系PLは、照明系と収差測定系との間の光路中に
配置された照明リレー光学系の機能を果たしているに過
ぎないからである。そこで、自己キャリブレーションで
得られた各開口部像の位置を測定用の各原点に設定す
る。そして、設定した測定用の各原点に基づいて波面収
差の測定を行うことにより、収差測定系自体が発生する
波面収差などの誤差が投影光学系PLの測定結果に実質
的に影響することなく、精度の高い波面収差測定を行う
ことができる。なお、校正用開口部11bが収差測定系
に一体的に取り付けられた標示板11上に形成されてい
るので、自己キャリブレーション用の開口部をキャリブ
レーションの度に設置する方法と比ベて、開口部の位置
ずれに起因する誤差は発生しない。Here, the generated positional deviation of each aperture image is caused only by the aberration measuring system, and is not affected by the wavefront aberration of the projection optical system PL. This is because, in the self-calibration state of FIG. 20, the projection optical system PL merely performs the function of the illumination relay optical system arranged in the optical path between the illumination system and the aberration measurement system. Therefore, the position of each opening image obtained by the self-calibration is set as each origin for measurement. Then, by measuring the wavefront aberration based on each set origin for measurement, an error such as a wavefront aberration generated by the aberration measurement system itself does not substantially affect the measurement result of the projection optical system PL. Highly accurate wavefront aberration measurement can be performed. Since the calibration opening 11b is formed on the sign plate 11 integrally attached to the aberration measurement system, the self-calibration opening is installed every time calibration is performed. No error occurs due to the displacement of the opening.
【0120】また、被検光学系の波面収差の測定に際し
て発生する誤差として、実際に波面収差を測定する測定
時における環境と自己キャリブレーション時における環
境との違いによる誤差が考えられる。具体的には、波長
の変動に起因する誤差、温度の変動に起因する誤差、気
圧の変動に起因する誤差等が挙げられる。これらの環境
変動は、すべて収差測定系の測定誤差の原因となるが、
主に影響を受ける成分は3次収差以下の低次収差(幾何
光学でいうザイデルの5収差までの収差)である。As an error generated when measuring the wavefront aberration of the optical system to be measured, an error caused by a difference between an environment at the time of actually measuring the wavefront aberration and an environment at the time of self-calibration can be considered. Specifically, there are an error caused by a change in wavelength, an error caused by a change in temperature, an error caused by a change in atmospheric pressure, and the like. All of these environmental fluctuations cause measurement errors of the aberration measurement system,
The components that are mainly affected are low-order aberrations equal to or less than the third-order aberration (up to five Seidel aberrations in geometrical optics).
【0121】ここで、波長の変動に起因する誤差、及び
気圧の変動に起因する誤差は収差測定系に影響を与える
が、その誤差の発生量はほぼ設計値通りであって、ソフ
ト的に予想可能であると考えられる。従って、自己キャ
リブレーション時に所定の気圧及び所定の波長における
誤差を測定し、測定した誤差に基づいて気圧の変動及び
波長の変動に起因する誤差の変化を予測することができ
る。具体的には、測定時における実際の気圧及び波長と
自己キャリブレーション時における気圧及び波長との間
の変動量を求め、求めた変動量及び自己キャリブレーシ
ョン時における発生誤差量に基づいて、実際の測定時に
おける発生誤差量を求めることが可能である。Here, the error due to the wavelength variation and the error due to the atmospheric pressure variation affect the aberration measurement system. However, the amount of the error is almost as designed, and can be estimated by software. It is considered possible. Therefore, it is possible to measure an error at a predetermined pressure and a predetermined wavelength during the self-calibration, and to predict a change in the error caused by a change in the pressure and a change in the wavelength based on the measured error. Specifically, a variation between the actual pressure and wavelength at the time of measurement and the pressure and wavelength at the time of self-calibration is obtained, and based on the obtained variation and the amount of error generated at the time of self-calibration, the actual It is possible to determine the amount of error generated during measurement.
【0122】一方、温度の変動に起因する誤差に関して
は、自己キャリブレーション時に複数の温度条件の元で
発生する誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づいて
温度の変動に起因する誤差の変化を予測することができ
る。具体的には、測定時における実際の温度と自己キャ
リブレーション時における複数の測定温度のうち実際の
温度に最も近い測定温度との間の変動量を求め、求めた
変動量及び自己キャリブレーション時における発生誤差
量に基づいて、内挿法(あるいは外挿法)により実際の
測定時における発生誤差量を求めることが可能である。On the other hand, regarding errors caused by temperature fluctuations, errors generated under a plurality of temperature conditions during self-calibration are measured, and errors based on the temperature fluctuations are measured based on the plurality of measured errors. Can be predicted. Specifically, the variation between the actual temperature at the time of measurement and the measurement temperature closest to the actual temperature among the plurality of measurement temperatures at the time of self-calibration is obtained, Based on the generated error amount, it is possible to determine the generated error amount at the time of actual measurement by interpolation (or extrapolation).
【0123】なお、図20の自己キャリブレーション状
態において、校正用開口部11bに対するインコヒーレ
ント照明の条件を満たすために、投影光学系PLの瞳に
配置された開口絞りASの可変開口部の径を必要以上に
(例えば最大限に)拡大するとともに、テストマスクT
Mの開口部10bを投影光学系PLの光軸AXの近傍に
設定することが望ましい。また、投影光学系PLと標示
板11との間の光路中にレモンスキン板18のような拡
散光学部材を設置することが望ましい。In the self-calibration state shown in FIG. 20, the diameter of the variable aperture of the aperture stop AS arranged on the pupil of the projection optical system PL is adjusted to satisfy the condition of incoherent illumination for the calibration aperture 11b. In addition to expanding (for example, maximally) the test mask T
It is desirable to set the opening 10b of M near the optical axis AX of the projection optical system PL. Further, it is desirable to provide a diffusion optical member such as a lemon skin plate 18 in the optical path between the projection optical system PL and the sign plate 11.
【0124】しかしながら、事前に自己キャリブレーシ
ョンが行われており、波長や気圧や温度の変動に起因す
る誤差のみを補正したいときには、誤差量が低次収差の
みで且つ小さいことから、インコヒーレント照明の条件
を必ずしも満たす必要はない。インコヒーレント照明の
条件を満たさない場合、マイクロフライアイレンズ(マ
イクロレンズアレイ)14の周辺部の微小レンズには光
が入射しないが、中央部の微小レンズを介して形成され
る像の位置ずれに基づいて誤差の補正が可能となる。つ
まり、事前に自己キャリブレーションを行って各原点位
置を求めておき、ある程度の測定精度で随時測定可能に
設定しておき、その後の実測定前のキャリブレーション
では各原点位置にオフセットを加えてもよい。このよう
に、自己キャリブレーションによる補正方法は種々考え
られるが、収差測定系自体で発生する波面収差などの影
響を補正することに変わりはない。However, when self-calibration has been performed in advance and it is desired to correct only errors due to fluctuations in wavelength, atmospheric pressure, and temperature, the error amount is only low-order aberration and small, so that the incoherent illumination It is not necessary to meet the conditions. When the condition of the incoherent illumination is not satisfied, no light is incident on the microlenses at the peripheral portion of the micro fly's eye lens (microlens array) 14, but the positional deviation of the image formed via the microlens at the central portion is caused. The error can be corrected based on the error. In other words, self-calibration is performed in advance to determine each origin position, measurement can be performed at any time with a certain level of measurement accuracy, and in the subsequent calibration before actual measurement, an offset may be added to each origin position. Good. As described above, various correction methods based on the self-calibration can be considered, but there is no change in correcting the influence of the wavefront aberration or the like generated in the aberration measurement system itself.
【0125】こうして、上述の投影露光装置では、自己
キャリブレーションにより収差測定系(1〜9)の誤差
を測定する(誤差測定工程)。測定された誤差は、例え
ばCCD15に接続された信号処理ユニット19(図8
及び図16参照)のメモリ部に記憶される。そして、収
差測定系を用いて被検光学系としての投影光学系PLの
波面収差を測定し(収差測定工程)、自己キャリブレー
ションで測定した誤差情報に基づいて、投影光学系PL
の波面収差測定値を補正する(補正工程)。こうして、
補正された投影光学系PLの波面収差に基づいて、投影
光学系PLを調整する(調整工程)。投影光学系PLの
調整に際して、例えばレンズを微動させたり、レンズ間
の圧力を制御したり、収差補正用の光学部材を挿入した
りする。As described above, in the above-described projection exposure apparatus, the errors of the aberration measurement systems (1 to 9) are measured by self-calibration (error measurement step). The measured error is, for example, a signal processing unit 19 (FIG. 8) connected to the CCD 15.
And FIG. 16). Then, the wavefront aberration of the projection optical system PL as the test optical system is measured using the aberration measurement system (aberration measurement step), and based on the error information measured by the self-calibration, the projection optical system PL is measured.
Is corrected (correction step). Thus,
The projection optical system PL is adjusted based on the corrected wavefront aberration of the projection optical system PL (adjustment step). When adjusting the projection optical system PL, for example, the lens is finely moved, the pressure between the lenses is controlled, or an optical member for correcting aberration is inserted.
【0126】次いで、照明系によってマスクを照明し
(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走査露光する(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、図7に示す投影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
することによるマイクロデバイスとしての半導体デバイ
スの製造方法を図13のフローチャートを参照して説明
する。Next, the mask is illuminated by an illumination system (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask is scanned and exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure step), whereby the microdevice (exposure step) is obtained. Semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin-film magnetic heads, etc.). Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the projection exposure apparatus shown in FIG. 7 will be described with reference to a flowchart of FIG.
【0127】先ず、図21のステップS301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S302において、そのl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S303において、図7に示す投影露光装置を用い
て、マスク上のパターンの像がその投影光学系(投影光
学モジュール)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
S304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S305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。First, in step S301 in FIG. 21, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step S302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the l lot. Thereafter, in step S303, using the projection exposure apparatus shown in FIG. 7, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system (projection optical module). Transcribed. Thereafter, in step S304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step S305, etching is performed on the one lot of wafers using the resist pattern as a mask, thereby forming a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.
【0128】また、図7に示す投影露光装置では、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22のフローチャートを参照して液晶表示素子
の製造方法の説明を行う。図22において、パターン形
成工程S401では、図7に示す投影露光装置を用いて
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ー
工程が実行される。この光リソグラフィー工程によっ
て、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターン
が形成される。その後、露光された基板は、現像工程、
エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経るこ
とによって、基板上に所定のパターンが形成され、次の
カラーフィルタ形成工程S402へ移行する。In the projection exposure apparatus shown in FIG. 7, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). .
Hereinafter, a method for manufacturing a liquid crystal display device will be described with reference to the flowchart in FIG. 22, in a pattern forming step S401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the projection exposure apparatus shown in FIG. 7 is executed. . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate is subjected to a developing process,
A predetermined pattern is formed on the substrate by going through the respective steps such as an etching step and a reticle peeling step, and the process proceeds to the next color filter forming step S402.
【0129】次に、カラーフィルタ形成工程S402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、
又はR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を複
数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成す
る。そして、カラーフィルタ形成工程S402の後に、
セル組み立て工程S403が実行される。セル組み立て
工程S403では、パターン形成工程S401にて得ら
れた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形
成工程S402にて得られたカラーフィルタ等を用いて
液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工
程S403では、例えば、パターン形成工程S401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
形成工程S402にて得られたカラーフィルタとの間に
液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。Next, in the color filter forming step S402, three colors corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue)
Many sets of dots are arranged in a matrix,
Alternatively, a color filter in which a set of three stripe filters of R, G, and B are arranged in a plurality of horizontal scanning line directions is formed. Then, after the color filter forming step S402,
The cell assembling step S403 is performed. In the cell assembling step S403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step S401, the color filter obtained in the color filter forming step S402, and the like. In the cell assembling step S403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step S401 and the color filter obtained in the color filter forming step S402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture.
【0130】その後、モジュール組み立て工程S404
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。Thereafter, a module assembling step S404
Then, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
【0131】なお、上述の実施形態において、193n
mの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源や1
57nmの波長の光を供給するF2レーザ光源などを用
いる場合、酸素による光吸収を回避するために、光源か
ら感光性基板までの光路及び収差測定系中の光路が窒素
やヘリウムなどの不活性ガスで満たされることになる。
この場合、汚れた空気に触れることにより収差測定系中
のレンズ面に曇りが発生することのないように、例えば
不活性ガスで満たされた袋又は容器に収差測定系を収容
して輸送することが好ましい。In the above embodiment, 193n
ArF excimer laser light source that supplies light of wavelength m
When using an F2 laser light source that supplies light with a wavelength of 57 nm, in order to avoid light absorption by oxygen, the optical path from the light source to the photosensitive substrate and the optical path in the aberration measurement system must be an inert gas such as nitrogen or helium. Will be filled with.
In this case, the aberration measurement system should be transported, for example, in a bag or a container filled with an inert gas so that the lens surface in the aberration measurement system does not fog by contact with dirty air. Is preferred.
【0132】更に、上述の実施形態では、投影露光装置
に組み込まれた波面収差測定装置を用いているが、図2
3に示すように、例えばウェハステージと類似の専用ス
テージを有する波面収差測定装置とすることもできる。
この場合、図23に示す変形例にかかる波面収差測定装
置は、図7の投影露光装置の照明系と同じ構成を有する
照明系と、図7の投影露光装置のウェハステージと類似
の構成を有する専用ステージSSとを備えているが、F
IA系及び斜入射方式のAF系を備えていない。これら
のアライメント系に代えて、専用ステージSSは、その
Y方向の移動量を計測するための第1干渉計IF1と、
X方向の移動量を計測するための一対の第2干渉計IF
2及び第3干渉計IF3とを備えている。図23に示す
変形例にかかる波面収差測定装置では、投影露光装置に
搭載すべき投影光学系PLや他の適当な被検光学系SL
の波面収差が測定される。Further, in the above embodiment, the wavefront aberration measuring device incorporated in the projection exposure apparatus is used.
As shown in FIG. 3, for example, a wavefront aberration measuring apparatus having a dedicated stage similar to a wafer stage may be used.
In this case, the wavefront aberration measuring apparatus according to the modification shown in FIG. 23 has an illumination system having the same configuration as the illumination system of the projection exposure apparatus of FIG. 7, and a configuration similar to the wafer stage of the projection exposure apparatus of FIG. Dedicated stage SS and F
The IA system and the oblique incidence AF system are not provided. Instead of these alignment systems, the dedicated stage SS includes a first interferometer IF1 for measuring the amount of movement in the Y direction,
A pair of second interferometers IF for measuring the amount of movement in the X direction
2 and a third interferometer IF3. In the wavefront aberration measuring apparatus according to the modification shown in FIG. 23, the projection optical system PL to be mounted on the projection exposure apparatus and other appropriate optical systems to be inspected SL
Is measured.
【0133】ところで、図23に示す変形例にかかる波
面収差測定装置では、図7の投影露光装置の照明系と同
じ構成を有する照明系を用いているが、図24に示すよ
うに専用の照明ユニットを有する波面収差測定装置とす
ることもできる。この場合、図24に示す変形例にかか
る波面収差測定装置では、光源(図示せず)からの光が
ライトガイド61によって伝播された後、コンデンサー
レンズ62を介して、テストマスクTMの開口部を照明
する。なお、ライトガイド61の射出端及びコンデンサ
ーレンズ62は、支持体63によって一体的に支持され
ている。Incidentally, the wavefront aberration measuring apparatus according to the modification shown in FIG. 23 uses an illumination system having the same configuration as the illumination system of the projection exposure apparatus shown in FIG. 7, but as shown in FIG. A wavefront aberration measuring device having a unit can also be used. In this case, in the wavefront aberration measuring apparatus according to the modification shown in FIG. 24, after the light from the light source (not shown) is propagated by the light guide 61, the opening of the test mask TM is passed through the condenser lens 62. Light up. The exit end of the light guide 61 and the condenser lens 62 are integrally supported by a support 63.
【0134】ここで、照明ユニット(61〜63)は、
投影露光装置に搭載すべき投影光学系PLや他の適当な
被検光学系SLの物体側開口数以上の開口数でテストマ
スクTMを照明するように構成されている。なお、照明
ユニット(61〜63)がテストマスクTM上に形成す
る照明領域の大きさが充分でない場合には、支持体63
をXY平面に沿って二次元的に移動させ、テストマスク
TMの複数の開口部を順次照明しながら、投影光学系P
L又は被検光学系SLの波面収差を測定することにな
る。Here, the lighting units (61-63)
The test mask TM is configured to be illuminated with a numerical aperture equal to or larger than the numerical aperture on the object side of the projection optical system PL or another appropriate optical system SL to be mounted on the projection exposure apparatus. If the size of the illumination area formed by the illumination units (61 to 63) on the test mask TM is not sufficient, the support 63
Are moved two-dimensionally along the XY plane, and the projection optical system P
The wavefront aberration of L or the test optical system SL is measured.
【0135】また、上述の実施形態では、投影露光装置
の照明系を用いるとともに投影光学系PLを照明リレー
光学系として機能させて収差測定系の自己キャリブレー
ションを行っているが、図25に示すように、図24に
示す変形例の照明ユニットと類似の専用照明ユニットを
用いて自己キャリブレーションを行うこともできる。即
ち、図25に示す変形例では、光源(図示せず)からの
光がライトガイド61によって伝播された後、コンデン
サーレンズ62を介して、標示板11の校正用開口部1
1bを照明する。このとき、照明ユニット(61,6
2)は、収差測定系の物体側開口数以上の開口数で標示
板11を照明するように構成されている。こうして、上
述の実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定するこ
とができる。In the above-described embodiment, the self-calibration of the aberration measurement system is performed by using the illumination system of the projection exposure apparatus and making the projection optical system PL function as an illumination relay optical system. As described above, the self-calibration can be performed using a dedicated lighting unit similar to the lighting unit of the modification shown in FIG. That is, in the modification shown in FIG. 25, after the light from the light source (not shown) is propagated by the light guide 61, the calibration opening 1
Illuminate 1b. At this time, the lighting units (61, 6)
2) is configured to illuminate the sign plate 11 with a numerical aperture equal to or larger than the numerical aperture on the object side of the aberration measurement system. Thus, similarly to the above-described embodiment, the error of the aberration measurement system can be measured.
【0136】ところで、図25に示す変形例では、専用
の照明ユニットを用いて収差測定系の自己キャリブレー
ションを行っているが、図26に示すように、図7の実
施形態の照明系と照明リレー光学系とを用いて自己キャ
リブレーションを行うこともできる。即ち、図26に示
す変形例では、図7の実施形態の照明系と同じ構成を有
する照明系からの光が、照明リレー光学系71を介し
て、標示板11の校正用開口部11bを照明する。この
とき、照明リレー光学系71は、収差測定系の物体側開
口数以上の開口数で標示板11を照明するように構成さ
れている。こうして、上述の実施形態と同様に、収差測
定系の誤差を測定することができる。In the modification shown in FIG. 25, the self-calibration of the aberration measurement system is performed using a dedicated illumination unit. However, as shown in FIG. 26, the illumination system of the embodiment shown in FIG. Self-calibration can also be performed using a relay optical system. That is, in the modification shown in FIG. 26, light from the illumination system having the same configuration as the illumination system of the embodiment of FIG. 7 illuminates the calibration opening 11 b of the sign plate 11 via the illumination relay optical system 71. I do. At this time, the illumination relay optical system 71 is configured to illuminate the sign plate 11 with a numerical aperture equal to or greater than the object-side numerical aperture of the aberration measurement system. Thus, similarly to the above-described embodiment, the error of the aberration measurement system can be measured.
【0137】更に、上述の実施形態では、標示板11の
中央に形成された校正用開口部11bの像をCCD15
の受光面上に形成させることによって収差測定系の自己
キャリブレーションを行っているが、図27に示すよう
に、極小ピンホールを介して発生させた球面波に基づい
て自己キャリブレーションを行うこともできる。即ち、
図27に示す変形例では、CCD15の受光面と光学的
に共役な位置に、極小ピンホールが形成された工具81
を位置決めする。Further, in the above-described embodiment, the image of the calibration opening 11b formed in the center of the
Although the self-calibration of the aberration measurement system is performed by forming the light beam on the light receiving surface, it is also possible to perform the self-calibration based on the spherical wave generated through the minimal pinhole as shown in FIG. it can. That is,
In the modification shown in FIG. 27, a tool 81 having a minimal pinhole formed at a position optically conjugate with the light receiving surface of the CCD 15
Position.
【0138】従って、図27に示す変形例の場合、CC
D15の受光面と光学的に共役な面と標示板11の基準
平面11aとの間には所定の間隙(ギャップ)が形成さ
れることになる。この状態で工具81を照明すると、そ
の極小ピンホールから発生した球面波が、無限遠対物レ
ンズL2、アフォーカルリレーレンズL1及びマイクロ
フライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)14を介し
て、CCD15の受光面に極小ピンホールの像(集光
点)を多数形成する。こうして、上述の実施形態と同様
に、収差測定系の誤差を測定することができる。Therefore, in the case of the modification shown in FIG.
A predetermined gap is formed between a surface optically conjugate with the light receiving surface of D15 and the reference plane 11a of the sign plate 11. When the tool 81 is illuminated in this state, the spherical wave generated from the pinhole is transmitted through the infinity objective lens L2, the afocal relay lens L1, and the micro fly's eye lens (microlens array) 14 to the light receiving surface of the CCD 15. A large number of images (collection points) of the minimum pinhole are formed on the substrate. Thus, similarly to the above-described embodiment, the error of the aberration measurement system can be measured.
【0139】ところで、図28に示すように、図7の投
影露光装置に対して、図27に示す変形例を適用するこ
ともできる。この場合、収差測定系の自己キャリブレー
ションに際して、極小ピンホールが形成されたテストマ
スクTMが設置される。この状態で照明系(1〜9)が
テストマスクTMを照明すると、その極小ピンホールか
ら発生した球面波が、投影光学系PL、無限遠対物レン
ズL2、アフォーカルリレーレンズL1及びマイクロフ
ライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)14を介し
て、CCD15の受光面に極小ピンホールの像(集光
点)を多数形成する。こうして、上述の実施形態と同様
に、例えば環境の変動に起因する収差測定系の誤差の変
化などを測定することができる。As shown in FIG. 28, a modification shown in FIG. 27 can be applied to the projection exposure apparatus shown in FIG. In this case, at the time of self-calibration of the aberration measurement system, a test mask TM in which a minimal pinhole is formed is installed. When the illumination system (1 to 9) illuminates the test mask TM in this state, the spherical wave generated from the minimal pinhole becomes the projection optical system PL, the infinity objective lens L2, the afocal relay lens L1, and the micro fly's eye lens. Through the (microlens array) 14, a large number of images (collection points) of the minimal pinholes are formed on the light receiving surface of the CCD 15. Thus, similarly to the above-described embodiment, it is possible to measure, for example, a change in an error of the aberration measurement system due to a change in the environment.
【0140】[0140]
【発明の効果】この発明の対物光学系によれば、屈折率
温度係数が負の値を有する光学材料で構成される第1の
正レンズと、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料
で構成される第2の正レンズとを含むため、屈折率温度
係数が正の値を有する光学材料で構成される第2の正レ
ンズで発生した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方
向)の焦点位置変動を屈折率温度係数が負の値を有する
光学材料で構成される第1の正レンズで発生する温度変
化時の正(射出瞳Pから遠ざかる方向)の焦点位置変動
により補正することが可能となり温度変化時(例えば異
なる温度のもとでの使用時)の焦点位置変動等の光学特
性の変動を小さくすることができる。According to the objective optical system of the present invention, the first positive lens composed of an optical material having a negative temperature coefficient of refractive index and the optical material having a positive temperature coefficient of refractive index And the second positive lens composed of an optical material having a refractive index temperature coefficient having a positive value. ) Is corrected by a positive (in a direction away from the exit pupil P) focal position change caused by a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient. This makes it possible to reduce fluctuations in optical characteristics such as focal position fluctuations when the temperature changes (for example, when used under different temperatures).
【0141】また、この発明の対物光学系によれば、対
物レンズ系及びリレー光学系のそれぞれに、屈折率温度
係数が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レ
ンズと、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構
成される第2の正レンズとを含むため、対物レンズ系の
みに温度変化が発生した場合又はリレー光学系のみに温
度変化が発生した場合においても、屈折率温度係数が正
の値を有する光学材料で構成される第2の正レンズで発
生した温度変化時の負(射出瞳Pに近づく方向)の焦点
位置変動を屈折率温度係数が負の値を有する光学材料で
構成される第1の正レンズで発生する温度変化時の正
(射出瞳Pから遠ざかる方向)の焦点位置変動により補
正することが可能となり温度変化時(例えば異なる温度
での使用時)の焦点位置変動等の光学特性変動を小さく
することができる。Further, according to the objective optical system of the present invention, each of the objective lens system and the relay optical system has a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient, Rate temperature coefficient includes a second positive lens made of an optical material having a positive value, so that even when a temperature change occurs only in the objective lens system or when a temperature change occurs only in the relay optical system. In addition, a negative (in a direction approaching the exit pupil P) focal position fluctuation caused by a temperature change generated by the second positive lens made of an optical material having a positive value of the refractive index temperature coefficient is corrected by a negative refractive index temperature coefficient. Can be corrected by a change in the focal position in the positive direction (in a direction away from the exit pupil P) at the time of temperature change generated by the first positive lens made of an optical material having a value. Focus on use) It is possible to reduce the optical characteristic fluctuation of location fluctuations.
【0142】また、この発明の収差測定装置によれば、
被検光学系の結像面内の微小領域を計測物点とする対物
光学系として、温度変化時の焦点位置変動が小さくされ
た対物光学をもちいているため、収差測定装置の使用さ
れる温度環境が変化した場合においても正確な収差測定
を行うことができる。According to the aberration measuring apparatus of the present invention,
As the objective optical system that uses a minute area in the image plane of the test optical system as a measurement object point, the objective optical system in which the focal position fluctuation at the time of temperature change is reduced is used. Accurate aberration measurement can be performed even when the environment changes.
【0143】また、この発明の投影露光装置によれば、
温度変化時の焦点位置変動が小さい対物光学系を用いた
収差測定装置を含み、この収差測定装置により被検光学
系として投影光学系の収差を測定するため、環境温度又
は温度変化(例えばクリーンルーム内の設定温度)に左
右されることなく常に安定した被検光学系としての投影
光学系の収差を精度良く計測することができる。Further, according to the projection exposure apparatus of the present invention,
It includes an aberration measuring device using an objective optical system with a small focal position fluctuation at the time of temperature change. This aberration measuring device measures the aberration of the projection optical system as a test optical system. (Set temperature), the aberration of the projection optical system as the test optical system which is always stable can be accurately measured.
【0144】この発明の対物光学系の製造方法によれ
ば、環境温度が変化した場合においても温度変化時の焦
点位置変動が小さい対物光学系を製造することができ
る。According to the method for manufacturing an objective optical system of the present invention, it is possible to manufacture an objective optical system with a small focal position fluctuation when the environmental temperature changes.
【0145】この発明の対物光学系の製造方法によれ
ば、屈折率温度係数が負の値を有する光学材料で構成さ
れる第1の正レンズと、屈折率温度係数が正の値を有す
る光学材料で構成される第2の正レンズとを用いて設計
するため、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で
構成される第2の正レンズで発生した温度変化時の負
(射出瞳Pに近づく方向)の焦点位置変動を屈折率温度
係数が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レ
ンズで発生する温度変化時の正(射出瞳Pから遠ざかる
方向)の焦点位置変動により補正される対物光学系を製
造することができる。According to the objective optical system manufacturing method of the present invention, the first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient and the optical lens having a positive refractive index temperature coefficient are used. Since the design is performed using the second positive lens made of a material, the negative (exit pupil) at the time of temperature change generated in the second positive lens made of an optical material having a refractive index temperature coefficient having a positive value The focal position fluctuation in the direction (approaching P) is caused by a first positive lens made of an optical material having a negative value of the refractive index temperature coefficient. It is possible to manufacture an objective optical system that is corrected by the fluctuation.
【0146】この発明の収差測定装置の製造方法によれ
ば、温度変化時の焦点位置変動が小さい対物光学系を用
いるため、環境温度が変化した場合においても正確な収
差を測定することができる収差測定装置の製造すること
ができる。According to the method of manufacturing the aberration measuring apparatus of the present invention, since the objective optical system in which the focal position changes little when the temperature changes is used, it is possible to accurately measure the aberration even when the environmental temperature changes. A measuring device can be manufactured.
【0147】この発明の投影露光装置の製造方法によれ
ば、環境温度又は温度変化(例えばクリーンルーム内の
設定温度)に左右されることなく常に安定した被検光学
系としての投影光学系の収差を精度良く計測することが
できる投影露光装置を製造することができる。According to the method of manufacturing the projection exposure apparatus of the present invention, the aberration of the projection optical system as the test optical system which is always stable without being influenced by the environmental temperature or the temperature change (for example, the set temperature in the clean room). A projection exposure apparatus capable of measuring with high accuracy can be manufactured.
【0148】この発明のマイクロデバイスの製造方法に
よれば、マスクのパターンの像を感光性基板上に忠実に
結像させることができるためスループット良くマイクロ
デバイスの製造を行うことができる。According to the method of manufacturing a micro device of the present invention, an image of a pattern of a mask can be faithfully formed on a photosensitive substrate, so that a micro device can be manufactured with high throughput.
【図1】第1の実施形態に係る対物光学系のレンズ断面
を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a lens cross section of an objective optical system according to a first embodiment.
【図2】第1の実施形態に係る対物光学系が鏡筒内に配
置された状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the objective optical system according to the first embodiment is disposed in a lens barrel.
【図3】第1の実施形態及び第2の実施形態にかかる対
物光学系の製造方法を説明するためのフローチャートで
ある。FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the objective optical system according to the first embodiment and the second embodiment.
【図4】第1の実施形態に係る対物光学系において各光
学部材が単独に1℃変化したときの焦点位置変動を説明
するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a change in a focal position when each optical member independently changes by 1 ° C. in the objective optical system according to the first embodiment.
【図5】第2の実施形態に係る対物光学系のレンズ断面
を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a lens cross section of an objective optical system according to a second embodiment.
【図6】第2の実施形態に係る対物光学系において各光
学部材が単独に1℃変化したときの焦点位置変動を説明
するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a change in a focal position when each optical member independently changes by 1 ° C. in the objective optical system according to the second embodiment.
【図7】実施形態にかかる波面収差測定装置を備えた投
影露光装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus including a wavefront aberration measuring apparatus according to the embodiment.
【図8】実施の形態に係る波面収差測定装置の要部構成
を概略的に示す図であって、収差測定系をその光軸に沿
って展開した状態を示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a main configuration of a wavefront aberration measuring apparatus according to an embodiment, and is a diagram illustrating a state where an aberration measuring system is developed along an optical axis thereof.
【図9】投影光学系の波面収差の測定に際してマスクス
テージ上に設置されるテストマスクの構成を概略的に示
す図である。FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a test mask installed on a mask stage when measuring a wavefront aberration of a projection optical system.
【図10】収差測定系に一体的に取り付けられた標示板
の構成を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a sign plate integrally attached to the aberration measurement system.
【図11】収差測定系における波面分割素子としてのマ
イクロフライアイレンズの構成を概略的に示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a micro fly's eye lens as a wavefront splitting element in the aberration measurement system.
【図12】レモンスキン板に平行光束が入射したときの
散乱特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating scattering characteristics when a parallel light beam enters a lemon skin plate.
【図13】レモンスキン板を設置しないときにテストマ
スクへ入射する光束の照明NA内の輝度分布とレモンス
キン板を設置したときにテストマスクへ入射する光束の
照明NA内の輝度分布とを比較する図である。FIG. 13 compares the luminance distribution in the illumination NA of the light beam incident on the test mask when the lemon skin plate is not installed and the luminance distribution in the illumination NA of the light beam incident on the test mask when the lemon skin plate is installed. FIG.
【図14】濃度フィルタに付与された逆正規分布形状の
透過率分布を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a transmittance distribution of an inverse normal distribution shape given to a density filter.
【図15】輪帯開口絞りを介して二次光源を輪帯状に制
限することによりレモンスキン板により悪化する照明光
束の輝度特性をほぼ均一化される様子を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a state in which the secondary light source is limited to a ring shape through a ring-shaped aperture stop to make luminance characteristics of an illumination light flux deteriorated by a lemon skin plate substantially uniform.
【図16】収差測定系のマイクロフライアイレンズの各
微小レンズ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在す
る様子を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a state in which a number of imaging optical systems independent of each other exist for each micro lens of a micro fly's eye lens of an aberration measurement system.
【図17】標示板の校正用開口部の中央にテストマスク
の開口部の像が形成されている様子を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a state in which an image of the opening of the test mask is formed at the center of the calibration opening of the sign plate.
【図18】波面収差測定装置の製造方法を説明するため
のフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the wavefront aberration measuring device.
【図19】投影露光装置の製造方法を説明するためのフ
ローチャートである。FIG. 19 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a projection exposure apparatus.
【図20】実施形態における収差測定系の自己キャリブ
レーションの手順を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a procedure of self-calibration of the aberration measurement system according to the embodiment.
【図21】マイクロデバイスとしての半導体デバイスの
製造方法を示すためのフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device as a micro device.
【図22】マイクロデバイスとしての液晶表示素子の製
造方法を示すためのフローチャートである。FIG. 22 is a flowchart showing a method for manufacturing a liquid crystal display element as a micro device.
【図23】図7のウェハステージと類似の専用ステージ
を有する波面収差測定装置を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating a wavefront aberration measuring apparatus having a dedicated stage similar to the wafer stage of FIG. 7;
【図24】専用の照明ユニットを有する波面収差測定装
置を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a wavefront aberration measurement device having a dedicated illumination unit.
【図25】図24に示す照明ユニットと類似の専用照明
ユニットを用いて自己キャリブレーションを行う変形例
を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a modification in which self-calibration is performed using a dedicated lighting unit similar to the lighting unit shown in FIG. 24.
【図26】図7の実施形態の照明系と照明リレー光学系
とを用いて自己キャリブレーションを行う変形例を示す
図である。26 is a diagram illustrating a modification in which self-calibration is performed using the illumination system and the illumination relay optical system of the embodiment of FIG. 7;
【図27】極小ピンホールを介して発生させた球面波に
基づいて自己キャリブレーションを行う変形例を示す図
である。FIG. 27 is a diagram illustrating a modification in which self-calibration is performed based on a spherical wave generated via a minimum pinhole.
【図28】図7の投影露光装置に対して図27に示す変
形例を適用して自己キャリブレーションを行う変形例を
示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a modification in which the modification shown in FIG. 27 is applied to the projection exposure apparatus of FIG. 7 to perform self-calibration.
OL1,OL2…対物光学系、L1…アフォーカルリレ
ーレンズ、L2…無限遠対物レンズ、P…射出瞳、O…
物点、LM…鏡筒、1…光源、2…ビーム整形光学系、
3…干渉性低減部、4,7…フライアイレンズ、5…振
動ミラー、6…リレー光学系、8…開口絞り、9…コン
デンサー光学系、11…標示板、14…マイクロフライ
アイレンズ、15…CCD、16…レモンスキン板、1
7…濃度フィルタ、19…信号処理ユニット、M…マス
ク、MS…マスクステージ、TM…テストマスク、PL
…投影光学系、W…ウェハ、WS…ウェハステージ。OL1, OL2: Objective optical system, L1: Afocal relay lens, L2: Infinity objective lens, P: Exit pupil, O ...
Object point, LM ... Barrel, 1 ... Light source, 2 ... Beam shaping optical system,
3 ... coherence reducing unit, 4,7 ... fly-eye lens, 5 ... vibrating mirror, 6 ... relay optical system, 8 ... aperture stop, 9 ... condenser optical system, 11 ... sign plate, 14 ... micro fly-eye lens, 15 ... CCD, 16 ... lemon skin plate, 1
7: density filter, 19: signal processing unit, M: mask, MS: mask stage, TM: test mask, PL
... Projection optical system, W: Wafer, WS: Wafer stage.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G086 HH06 2H087 KA21 LA01 LA27 NA08 PA06 PA07 PA13 PA17 PB06 PB07 PB13 QA02 QA03 QA06 QA07 QA14 QA19 QA21 QA25 QA26 QA32 QA34 QA41 QA45 QA46 RA42 UA03 UA04 2H097 BA10 CA13 EA01 GB00 LA10 5F046 BA04 CB12 CB26 DA13 DB05 DC09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2G086 HH06 2H087 KA21 LA01 LA27 NA08 PA06 PA07 PA13 PA17 PB06 PB07 PB13 QA02 QA03 QA06 QA07 QA14 QA19 QA21 QA25 QA26 QA32 QA34 QA41 QA45 QA46 RA04 OA03 BA04 CB12 CB26 DA13 DB05 DC09
Claims (14)
料で構成される第1の正レンズと、 屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構成される
第2の正レンズと、を含むことを特徴とする対物光学
系。1. A first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient, and a second positive lens made of an optical material having a positive refractive index temperature coefficient. And an objective optical system comprising:
前記対物光学系の全体がΔT(℃)だけ温度変化したと
きの全系の焦点距離をf1としたとき、下記条件を満足
することを特徴とする請求項1記載の対物光学系。 |(f1−f)/f/ΔT| < 10-4(1/℃)2. The focal length of the entire objective optical system is f,
2. The objective optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied when the focal length of the entire system when the temperature of the entire objective optical system changes by ΔT (° C.) is f 1 . | (F 1 -f) / f / ΔT | <10 -4 (1 / ° C)
る対物レンズ系と、この対物レンズ系からの光をリレー
するリレー光学系とを含み、 前記対物光学系及び前記リレー光学系は、屈折率温度係
数が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レン
ズと、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構成
される第2の正レンズとをそれぞれ含むことを特徴とす
る対物光学系。3. An objective lens system for converting light from an object point into light in a predetermined state, and a relay optical system for relaying light from the objective lens system, wherein the objective optical system and the relay optical system Includes a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient, and a second positive lens made of an optical material having a positive refractive index temperature coefficient. An objective optical system, characterized in that:
前記対物レンズ系のみがΔT(℃)だけ温度変化したと
きの全系の焦点距離をfo、前記リレー光学系のみがΔT
(℃)だけ温度変化したときの全系の焦点距離をfrと
したとき、下記条件を満足することを特徴とする請求項
3記載の対物光学系。 |((fo−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃) |((fr−f)/f)/ΔT| < 10-4(1/℃)4. The focal length of the entire objective optical system is f,
The focal length of the entire system when only the objective lens system changes in temperature by ΔT (° C.) is fo, and only the relay optical system is ΔT
4. The objective optical system according to claim 3, wherein the following condition is satisfied when the focal length of the entire system when the temperature changes by (° C.) is fr. | ((Fo−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.) | ((fr−f) / f) / ΔT | <10 −4 (1 / ° C.)
ンズを保持する保持部材を更に含み、前記保持部材は、
前記第1の正レンズの線膨張係数より小さくかつ前記第
2の正レンズの線膨張係数より大きい線膨張係数を有す
ることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に
記載の対物光学系。5. The camera according to claim 1, further comprising a holding member that holds the first positive lens and the second positive lens, wherein the holding member includes:
The linear expansion coefficient of the first positive lens is smaller than that of the second positive lens, and the linear expansion coefficient of the second positive lens is larger than the linear expansion coefficient of the second positive lens. Objective optics.
ンズは、300nm以下の波長の光に対して所定の光学
作用を付与するように前記300nm以下の波長の光を
透過させることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れ
か一項に記載の対物光学系。6. The first positive lens and the second positive lens transmit light having a wavelength of 300 nm or less so as to impart a predetermined optical effect to light having a wavelength of 300 nm or less. The objective optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein
するために、前記結像面内の微小領域を計測物点とする
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の対物光学系
と、 前記対物光学系を介した前記計測物点からの光を検出す
る光電検出手段と、を含むことを特徴とする収差測定装
置。7. The apparatus according to claim 1, wherein a minute area in the imaging plane is set as a measurement object point in order to measure an aberration related to the imaging plane of the optical system to be measured. An aberration measuring apparatus, comprising: an objective optical system; and photoelectric detection means for detecting light from the measurement object point via the objective optical system.
成する投影光学系を含む投影露光装置において、 請求項7記載の収差測定装置を含み、 前記収差測定装置は、前記投影光学系を被検光学系とし
て前記投影光学系の収差を測定することを特徴とする投
影露光装置。8. A projection exposure apparatus including a projection optical system for forming a pattern image of a mask on a photosensitive substrate, the projection exposure apparatus including the aberration measurement apparatus according to claim 7, wherein the aberration measurement apparatus covers the projection optical system. A projection exposure apparatus, wherein an aberration of the projection optical system is measured as an optical inspection system.
光学系を設計する第1設計工程と、 前記基準温度から所定温度ずらした状態において前記所
定性能を維持するように前記対物光学系を設計する第2
設計工程と、を含むことを特徴とする対物光学系の製造
方法。9. A first design step of designing an objective optical system having a predetermined performance at a reference temperature, and designing the objective optical system to maintain the predetermined performance in a state shifted from the reference temperature by a predetermined temperature. 2
A method for manufacturing an objective optical system, comprising: a designing step.
が負の値を有する光学材料で構成される第1の正レンズ
と、屈折率温度係数が正の値を有する光学材料で構成さ
れる第2の正レンズとを用いて設計することを特徴とす
る請求項9記載の対物光学系の製造方法。10. The second design step comprises a first positive lens made of an optical material having a negative refractive index temperature coefficient and an optical material having a positive refractive index temperature coefficient. 10. The method for manufacturing an objective optical system according to claim 9, wherein the design is performed using a second positive lens.
により製造された対物光学系を準備する工程と、 被検光学系の結像面に関する収差を計測するために、前
記結像面内の微小領域からの光が前記対物光学系を介し
て射出する位置に光電検出手段を配置する工程を含むこ
とを特徴とする収差測定装置の製造方法。11. A step of preparing an objective optical system manufactured by the method according to claim 9 or 10; and measuring an aberration of the optical system to be measured with respect to the image plane of the objective optical system. A step of arranging photoelectric detection means at a position where light from the minute area is emitted through the objective optical system.
形成する投影光学系を含む投影露光装置の製造方法にお
いて、 請求項11記載の方法により製造された収差測定装置を
準備する工程と、 前記投影光学系を被検光学系として前記投影光学系の収
差を測定する位置に前記収差測定装置を配置する工程
と、を含むことを特徴とする投影露光装置の製造方法。12. A method of manufacturing a projection exposure apparatus including a projection optical system for forming a pattern image of a mask on a photosensitive substrate, wherein: a step of preparing an aberration measuring apparatus manufactured by the method according to claim 11; Arranging the aberration measuring device at a position where the aberration of the projection optical system is measured using the projection optical system as a test optical system.
マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程
と、 前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像す
る現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイス
の製造方法。13. An exposure step of exposing a mask pattern on a photosensitive substrate using the projection exposure apparatus according to claim 8, and a developing step of developing the photosensitive substrate exposed in the exposure step. A method for manufacturing a micro device, comprising:
た投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板
上に露光する露光工程と、 前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像す
る現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイス
の製造方法。14. An exposure step of exposing a pattern of a mask on a photosensitive substrate using a projection exposure apparatus manufactured by the method according to claim 12, and developing the photosensitive substrate exposed in the exposure step. And a developing step.
Priority Applications (1)
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-
2000
- 2000-11-30 JP JP2000364190A patent/JP2002169083A/en active Pending
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