JP6410406B2 - 投影光学系、露光装置および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系、それを用いた露光装置および物品の製造方法に関する。

半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などは、フォトリソグラフィ工程を経て製造される。フォトリソグラフィ工程には、マスクやレチクルなどの原版のパターンを、レジストが塗布されたウェハやガラスプレートなどの基板に投影し、当該基板を露光する露光工程が含まれる。そして、このような露光工程には、原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置が用いられている。

半導体デバイスなどの製造では、一般に、複数のフォトリソグラフィ工程によって複数のパターンが基板上に重ねて形成される。そのため、露光装置において、基板上のパターンに原版のパターンを高精度に重ね合わせて当該基板を露光することが重要である。しかしながら、基板上のパターンに原版のパターンを高精度に重ね合わせる際、露光光の影響などによって原版や基板が伸縮し、基板上のパターンと原版のパターンとの間に倍率誤差が生じることがある。このように倍率誤差が生じている場合、基板上に複数のパターンを重ねて形成していくと、複数のパターン間で重ね合わせ誤差が生じてしまう。そこで、特許文献１には、球面レンズやシリンドリカルレンズなどによって構成された３つの光学系を光路上に配置し、倍率誤差を、それ以外の光学性能（特に非点収差）に影響を及ぼすことなく補正する投影光学系が提案されている。

特開２０１１−０８２３１１号公報

本発明は、投影光学系の光学性能を補正する上で有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、前記物体面と瞳面との間に配置された第１凹反射面と、前記瞳面と前記像面との間に配置された第２凹反射面と、第１方向に並んだ２枚の第１光学部材を含み、前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行うことにより、投影倍率および非点収差を変更可能に構成された第１光学系と、第２方向に並んだ２枚の第２光学部材を含み、前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、投影倍率および非点収差を変更可能に構成された第２光学系と、を含み、前記２枚の第１光学部材において互いに対面する面は非球面を有し、前記第１光学系および前記第２光学系の一方は、前記物体面と前記第１凹反射面との間の光路に配置され、前記第１光学系および前記第２光学系の他方は、前記像面と前記第２凹反射面との間の光路に配置され、前記第１光学系により変更される投影倍率と前記第２光学系により変更される投影倍率とを組み合わせた投影倍率、および前記第１光学系により変更される非点収差と前記第２光学系により変更される非点収差とを組み合わせた非点収差がそれぞれ目標性能になるように、前記２枚の第１光学部材の相対的な移動および前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、投影光学系の光学性能を補正する上で有利な技術を提供することができる。

本発明の第１実施形態における露光装置を示す図である。 マスク上に形成された露光領域を示す図である。 第１実施形態の第１光学系を示す図である。 基板上に形成された露光領域を示す図である。 第１実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。 第１実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。 第１実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。 第１実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。 本発明の第２実施形態における露光装置を示す図である。 第２実施形態の第２光学系を示す図である。 第２実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。 第２実施形態の投影光学系においてディストーションおよび非点収差を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、各図において、基板面上で互いに直交する方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とし、基板面に垂直な方向をｚ方向とする。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態における露光装置１００について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態の露光装置１００を示す概略図である。露光装置１００は、照明光学系ＩＬ、投影光学系ＰＯ、マスク１を保持して移動可能なマスクステージ２、基板１１を保持して移動可能な基板ステージ１２を含む。そして、第１実施形態の露光装置１００は、マスクステージ２と基板ステージ１２とを同一方向（例えば、ｙ方向）に同期して走査し、マスク１に形成されたパターンを基板１１に転写する走査型の露光装置である。

照明光学系ＩＬに含まれる光源（不図示）は、エキシマレーザーや高圧水銀ランプなどが用いられ、例えば、液晶表示素子の製造では、ｇ線（４３６ｎｍ）やｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などの高圧水銀ランプが使用されうる。光源から出射された光は、照明光学系ＩＬに含まれるスリット（不図示）によって、例えば、図２に示すようにｘ方向に長い円弧状の露光領域２０を、マスク１上に形成することができる。マスク１および基板１１は、マスクステージ２および基板ステージ１２によってそれぞれ保持されており、投影光学系ＰＯを介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系ＰＯの物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系ＰＯは、所定の投影倍率（例えば１／２倍や１／４倍）を有し、マスク１に形成されたパターンを基板１１に投影する。そして、マスクステージ２および基板ステージ１２を、投影光学系ＰＯの物体面と平行な方向（例えばｙ方向）に、投影光学系ＰＯの投影倍率に応じた速度比で走査させる。これにより、マスク１に形成されたパターンを基板１１に転写することができる。

投影光学系ＰＯは、例えば、図１に示すように、平面鏡５と、凹面鏡６と、凸面鏡８とを含むように構成されうる。照明光学系ＩＬから出射し、マスク１を透過した露光光は、平面鏡５の第１面５ａにより光路を折り曲げられ、凹面鏡６の第１面６ａに入射する。凹面鏡６の第１面６ａにおいて反射した露光光は、凸面鏡８において反射し、凹面鏡６の第２面６ｂに入射する。凹面鏡６の第２面６ｂにおいて反射した露光光は、平面鏡５の第２面５ｂにより光路を折り曲げられ、基板１１上に結像する。このように構成された投影光学系ＰＯでは、凸面鏡８の表面が光学的な瞳となるため、瞳（凸面鏡８の表面）の位置には絞り１４が備えられている。また、投影光学系ＰＯには、絞り１４を凸面鏡８と協同して挟み込む透過部材７が含まれる。ここで、第１実施形態の投影光学系ＰＯでは、平面鏡５は第１面５ａと第２面５ｂとを含むように、および凹面鏡６は第１面６ａと第２面６ｂとを含むように構成されているが、それに限られるものではない。例えば、平面鏡５を、第１面５ａを含む第１平面鏡と第２面５ｂを含む第２平面鏡とに分割してもよい。同様に、凹面鏡６を、第１面６ａを含む第１凹面鏡と第２面６ｂを含む第２凹面鏡とに分割してもよい。

また、露光装置１００は、基板１１のパターンとマスク１のパターンとの位置ずれ量（ディストーション）、および投影光学系ＰＯの非点収差を計測するため、例えば、ＴＴＭ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｍｉｒｒｏｒ）方式を採用した計測系１４を含む。計測系１４は、例えば、基板１１上に形成されたマークと、当該マークに重ね合わせるマスク１上のマークとを、投影光学系ＰＯを通して同時に計測する。これにより、基板１１に形成されたパターンに対する、マスク１のパターンの位置ずれ量（ディストーション）を計測することができる。また、計測系１４は、基板ステージ１２をｚ方向に駆動させながら、基板１１上のマークあるいは基板ステージ１２上に配置されたマーク（不図示）と、マスク１上のマークとの画像コントラストを計測する。これにより、投影光学系ＰＯの非点収差を計測することができる。

半導体デバイスなどの製造では、一般に、複数のマスク１を用いることによって複数のパターンが基板１１上に重ねて形成される。この際、露光光の影響などによってマスク１や基板１１が伸縮し、基板１１上のパターンとマスク１のパターンとの間に倍率誤差が生じることがある。このように倍率誤差が生じている場合、基板１１上に複数のパターンを重ねて形成していくと、複数のパターン間で重ね合わせ誤差が生じてしまう。そこで、第１実施形態の投影光学系ＰＯには、基板１１上のパターンとマスク１のパターンとの間の倍率誤差を、それ以外の光学性能（特に非点収差）に影響を及ぼすことなく補正するため、第１光学系３と第２光学系９とが含まれている。ここで、第１光学系３および第２光学系９について説明する。

第１光学系３は、物体面（マスク１）と平面鏡５の第１面５ａとの間の光路上に配置され、ｚ方向（第１方向）に沿って並んだ２枚の光学部材（３ａおよび３ｂ）によって構成されている。光学部材３ａおよび３ｂにおいてマスク１に近い側の面をＲ_１、および遠い側の面をＲ_２とそれぞれ規定すると、光学部材３ａのＲ_２面と光学部材３ｂのＲ_１面とには、式（１）によって表される第１形状ｆ（ｘ、ｙ）がそれぞれ形成されている。そして、光学部材３ａのＲ_２面と光学部材３ｂのＲ_１面は、図３に示すように、互いに対面するように配置されている。ここで、式（１）は、ｘの３次の項およびｙの３次の項を含み、ａおよびｂは係数である。また、第１実施形態において式（１）の原点は、光学部材３ａのＲ_２面の中心、および光学部材３ｂのＲ_１面の中心としている。
ｆ（ｘ，ｙ）＝ａ×ｘ^３＋ｂ×ｙ^３ ・・・（１）

光学部材３ｂには、光学部材３ｂをｚ方向に直交する面（第１実施形態ではｘｙ平面）に沿って駆動する第１駆動部４が備えられている。そして、第１駆動部４によって光学部材３ｂを駆動させ、光学部材３ａと光学部材３ｂとをｚ方向（マスク１と平面鏡５の第１面５ａとの間の光軸）に直交する面（ｘｙ平面）に沿って相対的にずらす。これにより、ｘ方向についての投影光学系ＰＯの投影倍率およびｘ方向と直交するｙ方向についての投影光学系ＰＯの投影倍率がそれぞれ調整可能となる。また、第１駆動部４は、制御部１３によって制御される。

第２光学系９は、平面鏡５の第２面５ｂと像面（基板１１）との間の光路上に配置され、ｚ方向（第２方向）に沿って並んだ２枚の光学部材（９ａおよび９ｂ）によって構成されている。そして、光学部材９ａおよび９ｂにおいてマスク１に近い側の面をＲ_１、および遠い側の面をＲ_２とそれぞれ規定すると、光学部材９ａのＲ_２面と光学部材９ｂのＲ_１面とには、式（２）によって表される第２形状ｇ（ｘ、ｙ）がそれぞれ形成されている。そして、光学部材９ａのＲ_２面と光学部材９ｂのＲ_１面は、図３に示す第１光学系３の光学部材３ａおよび３ｂと同様に、互いに対面するように配置されている。ここで、式（２）は、ｘの３次の項およびｙの３次の項を含み、ｃおよびｄは係数である。また、第１実施形態において式（２）の原点は、光学部材９ａのＲ_２面の中心、および光学部材９ｂのＲ_１面の中心としている。
ｇ（ｘ，ｙ）＝−ｃ×ｘ^３＋ｄ×ｙ^３ ・・・（２）

光学部材９ａには、光学部材９ａをｚ方向に直交する面（第１実施形態ではｘｙ平面）に沿って駆動する第２駆動部１０が備えられている。そして、第２駆動部１０によって光学部材９ａを駆動させ、光学部材９ａと光学部材９ｂとをｚ方向（平面鏡５の第２面５ｂと基板１１との間の光軸）に直交する面（ｘｙ平面）に沿って相対的にずらす。これにより、ｘ方向についての投影光学系ＰＯの投影倍率およびｙ方向についての投影光学系ＰＯの投影倍率がそれぞれ調整可能となる。また、第２駆動部１０は、第１駆動部４と同様に、制御部１３によって制御される。ここで、第１実施形態の第２光学系９において、光学部材９ａのＲ_２面と光学部材９ｂのＲ_１面とには、ｘの３次の項およびｙの３次の項を含む式（２）によって表される第２形状ｇ（ｘ，ｙ）が形成されている。しかし、それに限られるものではなく、第２形状ｇ（ｘ，ｙ）は、ｘの３次の項およびｙの３次の項のうち少なくとも一方を含んでいればよい。例えば、光学部材９ａのＲ_２面および光学部材９ｂのＲ_１面は、ｘの３次の項のみを含む式（３）によって表される第２形状ｇ（ｘ，ｙ）としてもよい。この場合、第２駆動部１０は、光学部材９ａをｘ方向のみに駆動する。
ｇ（ｘ，ｙ）＝−ｃ×ｘ^３ ・・・（３）

このように、第１光学系３および第２光学系９を含むように投影光学系ＰＯを構成することによって、投影光学系ＰＯの光学性能（投影倍率や非点収差）が目標性能になるように補正することができる。ここで、第１駆動部４により光学部材３ｂを、および第２駆動部１０により光学部材９ａを駆動した際に、投影光学系ＰＯのディストーション（ｘ方向の投影倍率、ｙ方向の投影倍率）および非点収差がどのように変化するのかを、図５〜図８を参照して説明する。第１実施形態の投影光学系ＰＯでは、式（１）および式（２）における係数ａ、ｂ、ｃおよびｄは全て１０^−７とするが、それに限られるものではなく、光学部材３ｂおよび光学部材９ａのストローク量や駆動精度に基づいて決定されうる。

はじめに、図５〜図８におけるグラフの見方について、図４を参照して説明する。図５〜図８において、横軸は基板１１上の露光領域における計測点のｘ方向の位置に対応し、（ａ）の縦軸は当該計測点におけるｘ方向およびｙ方向のディストーションの発生量、（ｂ）の縦軸は当該計測点における非点収差の発生量である。また、図４は、照明光学系ＩＬに含まれるスリットによりマスク１上に形成された露光領域２０（図２）を、投影光学系ＰＯを介して基板上に投影した際の露光領域３０を示す図である。マスク１上の露光領域２０は、図２に示したようにｘ方向に長い円弧状である。そのため、基板１１上の露光領域３０も、図４の実線で示すようにｘ方向に長い円弧状となる。そして、図４の実線で示す基板１１上の露光領域３０において計測点３２ａ〜３２ｅを設定すると、計測点３２ａ〜３２ｅは、例えば、図５におけるプロット４２ａ〜４２ｅにそれぞれ対応する。

また、ディストーションの発生量とは、露光領域３０の計測点３２ａ〜３２ｅが、光学部材３ｂおよび９ａの駆動により露光領域３０にディストーションを発生させた場合に移動する量のことである。例えば、図４に、露光領域３０がｘ方向およびｙ方向のそれぞれに拡大するようにディストーションを発生させた場合に基板１１上に形成される露光領域３１（破線）を示す。この場合、図４の実線で示す露光領域３０が、図４の破線で示す露光領域３１のように変形し、計測点３２ａ〜３２ｅが計測点３３ａ〜３３ｅにそれぞれ移動する。このとき、露光領域３０の各計測点３２ａ〜３２ｅが露光領域３１の各計測点３３ａ〜３３ｅに移動する際のｘ方向の移動量が、図５〜図８におけるｘ方向のディストーションの発生量となる。例えば、図４に示すように、露光領域３０がｘ方向に拡大するようにディストーションを発生させた場合では、ｘ方向のディストーションの発生量は、図５（ａ）に示すように、計測点のｘ方向の位置（横軸）に対して右上がりの傾向となる。一方で、露光領域３０がｘ方向に縮小するようにディストーションを発生させた場合、ｘ方向のディストーションの発生量は、計測点のｘ方向の位置（横軸）に対して右下がりの傾向となる。同様に、露光領域３０の各計測点３２ａ〜３２ｅが露光領域３１の各計測点３３ａ〜３３ｅに移動する際のｙ方向の移動量が、図５〜図８におけるｙ方向のディストーションの発生量となる。例えば、図４に示すように、露光領域３０がｙ方向に拡大するようにディストーションを発生させた場合では、ｙ方向のディストーションの発生量は、図５（ａ）に示すように、計測点のｘ方向の位置（横軸）に対して下に凸の傾向となる。一方で、露光領域３０がｙ方向に縮小するようにディストーションを発生させた場合、ｙ方向のディストーションの発生量は、計測点のｘ方向の位置（横軸）に対して上に凸の傾向となる。

以下に、光学部材３ｂおよび光学部材９ａを駆動した際に、投影光学系ＰＯのディストーション（ｘ方向の投影倍率、ｙ方向の投影倍率）および非点収差がどのように変化するのかを説明する。まず、第２光学系９の光学部材９ａを駆動させずに、第１光学系３の光学部材３ｂのみを第１駆動部４により駆動させた場合について説明する。図５は、第１光学系３の光学部材３ｂを＋ｘ方向および＋ｙ方向に駆動させた場合、例えば、光学部材３ｂをｘ方向に＋１５５．７μｍおよびｙ方向に＋１４４．０μｍだけ駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量とを示す図である。図５（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図５（ｂ）は非点収差の発生量である。第１光学系３の光学部材３ｂのみを＋ｘ方向および＋ｙ方向に駆動させた場合、図５（ｂ）に示す非点収差の発生量にほとんど影響を与えることなく、露光領域３０がｘ方向およびｙ方向のそれぞれに拡大するようにディストーションを発生させることができる。また、図６は、第１光学系３の光学部材３ｂを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた場合、例えば、光学部材３ｂをｘ方向に＋１５５．７μｍおよびｙ方向に−１４４．０μｍだけ駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量とを示す図である。図６（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図６（ｂ）は非点収差の発生量である。第１光学系３の光学部材３ｂのみを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた場合、ｘ方向のディストーションは、図５（ａ）と同様に、拡大するようにディストーションが発生している。それに対し、ｙ方向のディストーションは、図５（ｂ）と逆の傾向（上に凸の傾向）となり、この場合、縮小するようにディストーションが発生していることとなる。そして、この場合、非点収差の発生量は、図６（ｂ）に示すように大きくなってしまう。

このように、第１光学系３の光学部材３ｂにおけるｙ方向の駆動を反対方向に変えるだけで、ｙ方向のディストーションの発生量を逆の傾向にすることができる。一方で、この場合、非点収差が大幅に増加してしまうといった問題がある。そのため、第１光学系３の光学部材３ｂを駆動させることに加えて、第２光学系９の光学部材９ａを第２駆動部１０によって駆動させることで、様々なディストーションと非点収差との関係を生じさせることができる。

次に、第１光学系３の光学部材３ｂを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた状態で、第２光学系９の光学部材９ａを第２駆動部１０によって駆動させた場合について説明する。図７は、第２光学系９の光学部材９ａを−ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量とを示す図である。図７（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図７（ｂ）は非点収差の発生量である。この場合、ディストーションの発生量は、図７（ａ）に示すように、第１光学系３の光学部材３ｂのみを駆動させた場合におけるディストーションの発生量（図６（ａ））とほぼ等しくなる。一方で、非点収差の発生量は、図７（ｂ）に示すように、第１光学系３の光学部材３ｂのみを駆動させた場合における非点収差の発生量（図６（ｂ））と比べて抑制することができる。また、図８は、第２光学系９の光学部材９ａを＋ｘ方向および＋ｙ方向に駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量とを示す図である。図８（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図８（ｂ）は非点収差の発生量である。この場合、ディストーションの発生量は、図８（ａ）に示すように、ほぼ零となり、ｘ方向のディストーションおよびｙ方向のディストーションを共に発生させないようにすることができる。その一方で、非点収差の発生量は、図８（ｂ）に示すように、大幅に増加させたままにすることができる。このように、第１実施形態の投影光学系ＰＯは、第１光学系３および第２光学系９を含み、第１光学系３の光学部材３ａおよび３ｂをｘｙ平面に沿って相対的に、第２光学系９の光学部材９ａおよび９ｂをｘｙ平面に沿って相対的にずらすことができる。これにより、投影光学系ＰＯにおけるｘ方向の投影倍率、ｙ方向の投影倍率および非点収差をそれぞれ補正することができる。

このように構成された第１実施形態の投影光学系ＰＯにおいて、制御部１３は、倍率誤差や非点収差などの光学性能が目標性能となるように、第１駆動部４および第２駆動部１０を制御する。例えば、制御部１３は、第１駆動部４の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量との関係、並びに第２駆動部１０の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量との関係に基づいて第１駆動部４および第２駆動部１０を制御する。以下に、これらの関係を取得する一例について説明する。

上述した２つの関係は、例えば、複数のマークを含むパターンが形成された計測用マスクと、当該計測用マスクを使用して計測用マスクのパターンを転写することにより、複数のマークを含む当該パターンが形成された計測用基板とによって取得されうる。まず、初期状態において、計測用マスク上における複数のマークと計測用基板上における複数のマークとのオフセット量（ずれ量）を、計測系１４を用いて計測する。初期状態とは、第１駆動部４により光学部材３ｂを、および第２駆動部１０により光学部材９ａを駆動させていない状態、即ち、光学部材３ａと３ｂおよび光学部材９ａと９ｂが相対的にずれていない状態のことである。このように計測されたオフセット量は、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向におけるオフセット量を含み、後述するｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量を算出する際に使用される。

次に、初期状態から第１駆動部４により光学部材３ｂを徐々に駆動させて、ｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量を計測系１４により計測する。例えば、第１駆動部４により光学部材３ｂを初期状態から１０μｍステップで＋ｘ方向に駆動させ、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。このｘ方向のずれ量から上述したｘ方向におけるオフセット量を減じた値がｘ方向のディストーションの発生量となる。また、ｙ方向のずれ量からｙ方向におけるオフセット量を減じた値がｙ方向のディストーションの発生量となり、ｚ方向のずれ量からｚ方向におけるオフセット量を減じた値が非点収差の発生量となる。第１駆動部４による光学部材３ｂのｘ方向への駆動が終了した後、第１駆動部４により光学部材３ｂを初期状態となるように駆動し、第１駆動部４により光学部材３ｂを初期状態から１０μｍステップで−ｘ方向に駆動する。そして、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。これにより、第１駆動部４におけるｘ方向の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差との関係を取得することができる。同様に、第１駆動部４により光学部材３ｂを初期状態から１μｍステップで±ｙ方向に駆動させ、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。これにより、第１駆動部４におけるｙ方向の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差との関係を取得することができる。

次に、初期状態から第２駆動部１０により光学部材９ａを徐々に駆動させて、ｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量を計測系１４により計測する。例えば、第２駆動部１０により光学部材９ａを初期状態から１０μｍステップで＋ｘ方向に駆動させ、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。このｘ方向のずれ量から上述したｘ方向におけるオフセット量を減じた値がｘ方向のディストーションの発生量となる。また、ｙ方向のずれ量からｙ方向におけるオフセット量を減じた値がｙ方向のディストーションの発生量となり、ｚ方向のずれ量からｚ方向におけるオフセット量を減じた値が非点収差の発生量となる。第２駆動部１０による光学部材９ａのｘ方向への駆動が終了した後、第２駆動部１０により光学部材９ａを初期状態となるように駆動し、第２駆動部１０により光学部材９ａを初期状態から１μｍステップで−ｘ方向に駆動する。そして、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。これにより、第２駆動部１０におけるｘ方向の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差との関係を取得することができる。同様に、第２駆動部１０により光学部材９ａを初期状態から１０μｍステップで±ｙ方向に駆動させ、当該ステップ毎に計測用マスク上における各マークと計測用基板上における各マークとのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のずれ量を計測系１４により計測する。これにより、第２駆動部１０におけるｙ方向の駆動量とｘｙ方向のディストーションおよび非点収差との関係を取得することができる。

このように取得された第１駆動部４の駆動量、第２駆動部１０の駆動量、ｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量との関係は、例えば、式やテーブルなどによって表され、制御部１３に記憶される。制御部１３は、実際に基板１１を露光する際において、これらの関係に基づいて、計測系１４により計測されたマスク１と基板１１とのパターンの位置ずれ量および非点収差が小さくなる第１駆動部４および第２駆動部１０の駆動量を決定することができる。このように決定された駆動量により、制御部１３は、投影光学系ＰＯの光学性能が目標性能となるように第１駆動部４および第２駆動部１０を制御することができる。

ここで、第１実施形態の投影光学系ＰＯでは、第１光学系３はマスク１と平面鏡５の第１面５ａとの間の光路に、第２光学系９は平面鏡５の第２面５ｂと基板１１との間の光路に配置されている。しかし、それに限られるものではなく、第１光学系３は物体面（マスク１）および像面（基板１１）のうち一方と投影光学系ＰＯの瞳との間の光路、並びに第２光学系９は物体面および像面のうち他方と瞳との間の光路に配置されていればよい。そのため、例えば、第１光学系３を平面鏡５の第１面５ａと凹面鏡６の第１面６ａとの間の光路に配置し、第２光学系９を凹面鏡６の第２面６ｂと平面鏡５の第２面５ｂとの間の光路に配置してもよい。また、物体面（マスク１）と瞳との間の光路上に第２光学系９を配置し、瞳と像面（基板１１）との間の光路に第１光学系３を配置してもよい。

上述したように、第１実施形態の露光装置１００では、投影光学系ＰＯの光路に第１光学系３および第２光学系９が配置されている。第１光学系３および第２光学系９はそれぞれ、ｚ方向に沿って並んだ２枚の光学部材によって構成されており、２枚の光学部材において対面する面は、ｘの３次の項とｙの３次の項とを含む形状となっている。そして、第１光学系３および第２光学系９のそれぞれにおける２枚の光学部材を、ｘ方向およびｙ方向に相対的にずらすことにより、投影光学系ＰＯの光学性能（投影倍率や非点収差）を補正することができる。即ち、第１実施形態の露光装置１００において、投影光学系ＰＯは、倍率誤差を、それ以外の光学性能（特に非点収差）に影響を及ぼすことなく補正することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態における露光装置２００について、図９を参照して説明する。図９は、第２実施形態の露光装置２００を示す概略図である。露光装置２００は、第１実施形態の露光装置１００と同様に、照明光学系ＩＬ２、投影光学系ＰＯ２、マスク１０１を保持して移動可能なマスクステージ１０２、および基板１１４を保持して移動可能な基板ステージ１１５、および計測系１０３を含む。そして、露光装置２００は、マスクステージ１０２と基板ステージ１１５とを同一方向（例えば、ｙ方向）に同期して走査し、マスク１０１に形成されたパターンを基板１１４に転写する走査型の露光装置である。第２実施形態の露光装置２００において、照明光学系ＩＬ２は、第１実施形態の照明光学系ＩＬと同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。

投影光学系ＰＯは、例えば、図９に示すように、第１平面鏡１０６と、第１凹面鏡１０７と、凸面鏡１０９と、第２凹面鏡１１０と、第２平面鏡１１１とを含むように構成されうる。照明光学系ＩＬ２から出射し、マスク１０１を透過した露光光は、第１平面鏡１０６により光路を折り曲げられ、第１凹面鏡１０７に入射する。第１凹面鏡１０７において反射した露光光は、凸面鏡１０９において反射し、第２凹面鏡１１０に入射する。第２凹面鏡１１０において反射した露光光は、第２平面鏡１１１により光路を折り曲げられ、基板１１４上に結像する。このように構成された投影光学系ＰＯ２では、凸面鏡１０９の表面が光学的な瞳となるため、瞳（凸面鏡１０９の表面）の位置には絞り１１６が備えられている。また、投影光学系ＰＯ２は、絞り１１６を凸面鏡１０９と協同して挟み込む透過部材１０８を含む。

第１光学系１０４は、物体面（マスク１０１）と第１平面鏡１０６との間の光路上に配置され、ｚ方向に沿って並んだ２枚の光学部材（１０４ａおよび１０４ｂ）によって構成されている。光学部材１０４ａおよび１０４ｂにおいてマスク１０１に近い側の面をＲ_１、遠い側の面をＲ_２とそれぞれ規定すると、光学部材１０４ａのＲ_２面と光学部材１０４ｂのＲ_１面とには、式（４）で表される第１形状ｆ（ｘ、ｙ）がそれぞれ形成されている。そして、光学部材１０４ａのＲ_２面と光学部材１０４ｂのＲ_１面は、互いに対面するように配置されている。ここで、式（４）は、ｘの３次の項およびｙの３次の項を含み、ｈおよびｋは係数である。また、第１実施形態において式（４）の原点は、光学部材１０４ａのＲ_２面の中心、および光学部材１０４ｂのＲ_１面の中心としている。
ｆ（ｘ，ｙ）＝ｈ×ｘ^３＋ｋ×ｙ^３ ・・・（４）

光学部材１０４ｂには、光学部材１０４ｂをｚ方向に直交する面（第２実施形態ではｘｙ平面）に沿って駆動する第１駆動部１０５が備えられている。そして、第１駆動部１０５によって光学部材１０４ｂを駆動させ、光学部材１０４ａと光学部材１０４ｂとをｚ方向（マスク１０１と第１平面鏡１０６との間の光軸）に直交する面（ｘｙ平面）に沿って相対的にずらす。これにより、ｘ方向についての投影光学系ＰＯ２の投影倍率およびｙ方向についての投影光学系ＰＯ２の投影倍率がそれぞれ調整可能となる。また、第１駆動部１０５は、制御部１１６によって制御される。

第２光学系１１２は、第２平面鏡１１１と像面（基板１１４）との間の光路上に配置され、ｚ方向に沿って並んだ２枚の光学部材（１１２ａおよび１１２ｂ）によって構成されている。光学部材１１２ａおよび１１２ｂにおいてマスク１０１に近い側の面をＲ_１、遠い側の面をＲ_２とそれぞれ規定すると、光学部材１１２ａのＲ_２面と光学部材１１２ｂのＲ_１面とには、アナモルフィック形状（シリンドリカル形状）が形成されている。そして、光学部材１１２ａおよび光学部材１１２ｂは、図１０に示すように、光学部材１１２ａのＲ_２面および光学部材１１２ｂのＲ_１面が互いに対面するように配置されている。光学部材１１２ａには、光学部材１１２ａをｚ方向（第２平面鏡１１１と像面（基板１１４）との間の光軸）に沿って駆動する第２駆動部１１３が備えられている。また、第２駆動部１１３は、第１駆動部１０５と同様に、制御部１１６によって制御される。

このように、第１光学系１０４および第２光学系１１２を含むように投影光学系ＰＯ２を構成することによって、投影光学系ＰＯ２の光学性能（投影倍率や非点収差）が目標性能になるように補正することができる。ここで、第１駆動部１０５により光学部材１０４ｂを、および第２駆動部１１３により光学部材１１２ａを駆動した際において、投影光学系ＰＯ２のディストーションおよび非点収差がどのように変化するのかを、図１１および図１２を参照して説明する。第２実施形態の投影光学系ＰＯ２では、式（４）における係数ｈおよびｋは共に１０^−７とするが、それに限られるものではなく、光学部材１０４ｂおよび光学部材１１２ａのストローク量や駆動精度に基づいて決定されうる。なお、図１１および図１２におけるグラフの見方については、上述した図５〜図８におけるグラフの実からと同様であるため説明を省略する。

まず、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを駆動させずに、第１光学系１０４の光学部材１０４ｂを第１駆動部１０５により駆動させた場合について、図１１を参照して説明する。図１１は、第１光学系１０４の光学部材１０４ｂのみを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた場合、例えばｘ方向に＋１５５．７μｍおよびｙ方向に−１４４．０μｍだけ駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量を示す図である。図１１（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図１１（ｂ）は非点収差の発生量である。第１光学系１０４の光学部材１０４ｂのみを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた場合、ｘ方向には拡大するようにディストーションが発生しているのに対し、ｙ方向には縮小するようにディストーションが発生している。そして、この場合、非点収差の発生量は、図６（ｂ）に示すように大きくなってしまう。そこで、第１光学系１０４の光学部材１０４ｂを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた状態で、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを第２駆動部１１３により＋ｚ方向に駆動させる。

次に、第１光学系１０４の光学部材１０４ｂを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた状態で、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを第２駆動部１１３により＋ｚ方向に駆動させた場合について、図１２を参照して説明する。図１２は、第１光学系１０４の光学部材１０４ｂを＋ｘ方向および−ｙ方向に駆動させた状態で、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを＋ｚ方向に駆動させた場合のディストーションの発生量と非点収差の発生量とを示す図である。図１２（ａ）は、ディストーションの発生量であり、図１２（ｂ）は非点収差の発生量である。この場合、図１２（ａ）に示すディストーションの発生量は、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを駆動させない場合（図１１（ａ））と比較してほとんど変化しない。それに対して、図１２（ｂ）に示す非点収差の発生量は、第２光学系１１２の光学部材１１２ａを駆動させない場合（図１１（ｂ））と比較して大幅に抑制することができる。このように、第２実施形態の投影光学系ＰＯ２は、第１光学系１０４および第２光学系１１２を含む。そして、第１光学系１０４の光学部材１０４ａおよび１０４ｂをｘｙ平面に沿って相対的に、第２光学系１１２の光学部材１１２ａおよび１１２ｂをｚ方向に相対的にずらすことができる。これにより、投影光学系ＰＯ２のｘ方向の投影倍率、ｙ方向の投影倍率および非点収差をそれぞれ補正することができる。

このように構成された第２実施形態の投影光学系ＰＯ２において、制御部１１６は、倍率誤差や非点収差などの光学性能が目標性能となるように、第１駆動部１０５および第２駆動部１１３を制御する。例えば、制御部１１６は、第１駆動部１０５の駆動量、第２駆動部１１３の駆動量、ｘｙ方向のディストーションおよび非点収差の発生量との関係に基づいて第１駆動部１０５および第２駆動部１１３を制御する。これらの関係を取得する方法については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

ここで、第２実施形態の投影光学系ＰＯ２において、第１光学系１０４はマスク１０１と第１平面鏡１０６との間の光路に、第２光学系１１２は第２平面鏡１１１と基板１１４との間の光路に配置されている。しかし、それに限られるものではなく、第１光学系１０４は物体面（マスク１０１）および像面（基板１１４）のうち一方と投影光学系ＰＯ２の瞳との間の光路、並びに第２光学系１１２は物体面および像面のうち他方と瞳との間の光路に配置されていればよい。そのため、例えば、第１光学系１０４を第１平面鏡１０６と第１凹面鏡１０７との間の光路に配置し、第２光学系１１２を第２凹面鏡１１０と第２平面鏡１１１との間の光路に配置してもよい。また、物体面（マスク１０１）と瞳との間の光路上に第２光学系１１２を配置し、瞳と像面（基板１１４）との間の光路に第１光学系１０４を配置してもよい。

上述したように、第２実施形態の露光装置２００では、投影光学系ＰＯ２の光路に第１光学系１０４および第２光学系１１２が配置されている。第１光学系１０４は、ｚ方向に沿って並んだ２枚の光学部材によって構成されており、２枚の光学部材において対面する面は、ｘの３次の項とｙの３次の項とを含む形状となっている。また、第２光学系１１２は、ｚ方向に沿って並んだ２枚の光学部材によって構成されており、２枚の光学部材において対面する面は、アナモルフィック形状（シリンドリカル形状）となっている。そして、第１光学系１０４における２枚の光学部材をｘ方向およびｙ方向に相対的にずらすこと、および第２光学系１１２における２枚の光学部材をｚ方向に相対的にずらすことにより投影光学系ＰＯ２の光学性能を補正することができる。即ち、第２実施形態の露光装置２００において、投影光学系ＰＯ２は、第１実施形態の露光装置１００と同様に、倍率誤差を、それ以外の光学性能（特に非点収差）に影響を及ぼすことなく補正することができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかける物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の走査露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (14)

1. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   前記物体面と瞳面との間に配置された第１凹反射面と、
   前記瞳面と前記像面との間に配置された第２凹反射面と、
   第１方向に並んだ２枚の第１光学部材を含み、前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行うことにより、投影倍率および非点収差を変更可能に構成された第１光学系と、
   第２方向に並んだ２枚の第２光学部材を含み、前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、投影倍率および非点収差を変更可能に構成された第２光学系と、
   を含み、
   前記２枚の第１光学部材において互いに対面する面は非球面を有し、
   前記第１光学系および前記第２光学系の一方は、前記物体面と前記第１凹反射面との間の光路に配置され、
   前記第１光学系および前記第２光学系の他方は、前記像面と前記第２凹反射面との間の光路に配置され、
   前記第１光学系により変更される投影倍率と前記第２光学系により変更される投影倍率とを組み合わせた投影倍率、および前記第１光学系により変更される非点収差と前記第２光学系により変更される非点収差とを組み合わせた非点収差がそれぞれ目標性能になるように、前記２枚の第１光学部材の相対的な移動および前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行う、ことを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１光学部材の非球面は、前記第１方向に直交する面上において互いに直交する方向をｘ方向およびｙ方向とした場合、ｘの３次の項およびｙの３次の項を含む形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記第２光学系は、前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、互いに直交する２つの方向の投影倍率を変更可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影光学系。
4. 前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行い、かつ、前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行うことにより生じうる非点収差を低減するように前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、前記２つの方向の投影倍率を変化させる、ことを特徴とする請求項３に記載の投影光学系。
5. 前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行い、かつ、前記第１方向に直交する方向における前記２枚の第１光学部材の相対的な移動を行うことにより生じうる前記２つの方向の投影倍率の変化を低減するように前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、前記投影光学系の非点収差を変化させる、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の投影光学系。
6. 非点収差を低減するように移動される前記２枚の第２光学部材の相対的な移動と、前記２つの方向の投影倍率を低減するように移動される前記２枚の第２光学部材の相対的な移動とは、移動方向が異なる、ことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
7. 前記２枚の第２光学部材において互いに対面する面は非球面を有し、
   前記第２光学系は、前記第２方向に直交する方向における前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行うことにより、前記２つの方向の投影倍率をそれぞれ変更可能に構成されている、ことを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
8. 前記第２光学部材の非球面は、前記第２方向に直交する面上において互いに直交する方向をｘ方向およびｙ方向とした場合、ｘの３次の項およびｙの３次の項のうち少なくとも一方を含む形状を有する、ことを特徴とする請求項７に記載の投影光学系。
9. 前記２枚の第１光学部材のうち少なくとも一方を、前記第１方向に直交する方向に駆動する第１駆動部と、
   前記２枚の第２光学部材のうち少なくとも一方を、前記第２方向に直交する方向に駆動する第２駆動部と、
   前記投影光学系の光学性能が目標性能となるように前記第１駆動部および前記第２駆動部を制御する制御部と、
   を更に含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の投影光学系。
10. 前記２枚の第２光学部材において互いに対面する面はアナモルフィック形状を有し、
    前記第２方向における前記２枚の第２光学部材の相対的な移動により、互いに直交する２つの方向の少なくとも一方における投影倍率を変更可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影光学系。
11. 前記２枚の第１光学部材のうち少なくとも一方を、前記第１方向に直交する方向に駆動する第１駆動部と、
    前記２枚の第２光学部材のうち少なくとも一方を、前記第２方向に駆動する第２駆動部と、
    前記投影光学系の光学性能が目標性能となるように前記第１駆動部および前記第２駆動部を制御する制御部と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の投影光学系。
12. 前記第１光学系は、前記物体面と前記第１凹反射面との間の光路に配置され、
    前記第２光学系は、前記像面と前記第２凹反射面との間の光路に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
13. 請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の投影光学系と、
    前記投影光学系を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記２枚の第１光学部材の相対的な移動量と投影倍率および非点収差の発生量との関係、および前記２枚の第２光学部材の相対的な移動量と投影倍率および非点収差の発生量との関係に基づいて、前記２枚の第１光学部材および前記２枚の第２光学部材の相対的な移動を行い、制御された前記投影光学系を用いて前記物体面に配置されたマスクのパターンを前記像面に配置された基板に投影し、前記基板を露光することを特徴とする露光装置。
14. 請求項１３に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    前記ステップで露光された前記基板を現像するステップと、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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