(57)【要約】【課題】  色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することのできる比較的小型の投影光学系。【解決手段】  第１面（Ｒ）の縮小像を第２面（Ｗ）上に形成する反射屈折型の投影光学系は、少なくとも２枚の反射鏡（ＣＭ１，ＣＭ２）と透過部材（Ｌ１１〜Ｌ２１７）とを備え、且つ投影光学系の光軸（ＡＸ）を含まない円弧形状の有効結像領域を備えている。有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさをＲとし、第２面上における最大像高をＹ0とするとき、１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２の条件を満足する。【選択図】  図５
2010026526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系において、
少なくとも２枚の反射鏡と透過部材とを備え、且つ前記投影光学系の光軸を含まない円弧形状の有効結像領域を備え、
前記有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさをＲとし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズを含み、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記境界レンズと前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系を構成するすべての透過部材および屈折力を有するすべての反射部材は単一の光軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系であって、前記第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズを含み、前記境界レンズと前記第２面との間の光路に満たされた１．１よりも大きい屈折率を有する媒質を介して前記縮小像を前記第２面上に形成する投影光学系において、
少なくとも２枚の反射鏡を含み、
前記投影光学系を構成するすべての透過部材および屈折力を有するすべての反射部材は単一の光軸に沿って配置され、
前記投影光学系は、前記光軸を含まない円弧形状の有効結像領域を備え、
前記有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさをＲとし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
但し、前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とする。
【請求項４】
前記少なくとも２枚の反射鏡は、少なくとも１つの凹面反射鏡を有することを特徴とする請求項２または３に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記投影光学系は偶数個の反射鏡を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記投影光学系の射出瞳は遮蔽領域を有しないことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記投影光学系が有するすべての有効結像領域は前記光軸から外れた領域に存在することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記投影光学系は、少なくとも２つの反射鏡を含み前記第１面の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光束に基づいて最終像を前記第２面上に形成するための第２結像光学系とを備えていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項９】
前記第１結像光学系は、正の屈折力を有する第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記中間像との間の光路中に配置された第１反射鏡と、該第１反射鏡と前記中間像との間の光路中に配置された第２反射鏡とを備えていることを特徴とする請求項８に記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記第２反射鏡の反射面は、前記光軸を含まない領域に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記第１反射鏡は、前記第１結像光学系の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡であり、
前記凹面反射鏡が形成する往復光路中には少なくとも１つの負レンズが配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の投影光学系。
【請求項１２】
前記往復光路中に配置された前記少なくとも１つの負レンズおよび前記境界レンズは蛍石により形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の投影光学系。
【請求項１３】
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
５＜Ｆ１／Ｙ0＜１５
の条件を満足することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１４】
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
７＜Ｆ１／Ｙ0＜１３
の条件を満足することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１５】
前記第１レンズ群は、少なくとも２つの正レンズを有することを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１６】
前記第２結像光学系は、複数の透過部材のみにより構成された屈折光学系であることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１７】
前記第２結像光学系を構成する透過部材の数の７０％以上の数の透過部材は石英により形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の投影光学系。
【請求項１８】
前記境界レンズと前記第２面との間の光路に配置される平行平面板をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至１７のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１９】
前記平行平面板は前記境界レンズと前記第２面との間の光路に挿脱自在であることを特徴とする請求項１８に記載の投影光学系。
【請求項２０】
前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項２０に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
請求項２０または２１に記載の露光装置を用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２４】
第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系であって、前記第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズを含み、前記境界レンズと前記第２面との間の光路に満たされた１．１よりも大きい屈折率を有する媒質を介して前記縮小像を前記第２面上に形成する投影光学系において、
少なくとも２枚の反射鏡を含み、
前記投影光学系を構成するすべての透過部材および屈折力を有するすべての反射部材は単一の光軸に沿って配置され、
前記投影光学系は、前記光軸を含まない所定形状の有効結像領域を有することを特徴とする投影光学系。
但し、前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とする。
【請求項２５】
前記少なくとも２枚の反射鏡は、少なくとも１つの凹面反射鏡を有することを特徴とする請求項２４に記載の投影光学系。
【請求項２６】
前記投影光学系は偶数個の反射鏡を有することを特徴とする請求項２４または２５に記載の投影光学系。
【請求項２７】
前記投影光学系の射出瞳は遮蔽領域を有しないことを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項２８】
前記投影光学系が有するすべての有効結像領域は前記光軸から外れた領域に存在することを特徴とする請求項２４乃至２７のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項２９】
前記投影光学系は、少なくとも２つの反射鏡を含み前記第１面の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光束に基づいて最終像を前記第２面上に形成するための第２結像光学系とを備えていることを特徴とする請求項２４乃至２８のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３０】
前記第１結像光学系は、正の屈折力を有する第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記中間像との間の光路中に配置された第１反射鏡と、該第１反射鏡と前記中間像との間の光路中に配置された第２反射鏡とを備えていることを特徴とする請求項２９に記載の投影光学系。
【請求項３１】
前記第２反射鏡の反射面は、前記光軸を含まない領域に配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の投影光学系。
【請求項３２】
前記第１反射鏡は、前記第１結像光学系の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡であり、
前記凹面反射鏡が形成する往復光路中には少なくとも１つの負レンズが配置されていることを特徴とする請求項３０または３１に記載の投影光学系。
【請求項３３】
前記往復光路中に配置された前記少なくとも１つの負レンズおよび前記境界レンズは蛍石により形成されていることを特徴とする請求項３２に記載の投影光学系。
【請求項３４】
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
５＜Ｆ１／Ｙ0＜１５
の条件を満足することを特徴とする請求項３０乃至３３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３５】
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
７＜Ｆ１／Ｙ0＜１３
の条件を満足することを特徴とする請求項３０乃至３３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３６】
前記第１レンズ群は、少なくとも２つの正レンズを有することを特徴とする請求項３０乃至３５のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３７】
前記第２結像光学系は、複数の透過部材のみにより構成された屈折光学系であることを特徴とする請求項２９乃至３６のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３８】
前記第２結像光学系を構成する透過部材の数の７０％以上の数の透過部材は石英により形成されていることを特徴とする請求項３７に記載の投影光学系。
【請求項３９】
前記境界レンズと前記第２面との間の光路に配置される平行平面板をさらに備えていることを特徴とする請求項２４乃至３８のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項４０】
前記平行平面板は前記境界レンズと前記第２面との間の光路に挿脱自在であることを特徴とする請求項３９に記載の投影光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射屈折型の投影光学系、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の反射屈折型の投影光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置の投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。
【０００３】
その結果、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と像面との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、像面への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合、最大入射角θを大きくすることにより開口数ＮＡの増大を図ろうとすると、像面への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と像面との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより開口数ＮＡの増大を図る技術が知られている。
【０００５】
しかしながら、この技術を通常の屈折型投影光学系に適用すると、色収差を良好に補正することやペッツバール条件を満足して像面湾曲を良好に補正することが難しく、光学系の大型化も避けられないという不都合があった。また、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することが困難であるという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することのできる比較的小型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた結像性能を有し且つ大きな実効的な像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系において、
前記投影光学系は、少なくとも２枚の反射鏡と、第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズとを含み、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記境界レンズと前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系を構成するすべての透過部材および屈折力を有するすべての反射部材は単一の光軸に沿って配置され、
前記投影光学系は、前記光軸を含まない所定形状の有効結像領域を有することを特徴とする投影光学系を提供する。なお、前記媒質は流体であることが好ましい。そして、前記媒質が液体であることがさらに好ましい。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記少なくとも２枚の反射鏡は、少なくとも１つの凹面反射鏡を有する。また、前記投影光学系は偶数個の反射鏡を有することが好ましい。また、前記投影光学系の射出瞳は遮蔽領域を有しないことが好ましい。また、前記投影光学系が有するすべての有効結像領域は前記光軸から外れた領域に存在することが好ましい。
【０００９】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、少なくとも２つの反射鏡を含み前記第１面の中間像を形成するための第１結像光学系と、前記中間像からの光束に基づいて最終像を前記第２面上に形成するための第２結像光学系とを備えている。この場合、前記第１結像光学系は、正の屈折力を有する第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記中間像との間の光路中に配置された第１反射鏡と、該第１反射鏡と前記中間像との間の光路中に配置された第２反射鏡とを備えていることが好ましい。
【００１０】
また、この場合、前記第１反射鏡は、前記第１結像光学系の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡であり、前記凹面反射鏡が形成する往復光路中には少なくとも１つの負レンズが配置されていることが好ましい。さらに、この場合、前記往復光路中に配置された前記少なくとも１つの負レンズおよび前記境界レンズは蛍石により形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、５＜Ｆ１／Ｙ0＜１５の条件を満足する。また、前記第１レンズ群は、少なくとも２つの正レンズを有することが好ましい。また、前記第２結像光学系は、複数の透過部材のみにより構成された屈折光学系であることが好ましい。この場合、前記第２結像光学系を構成する透過部材の数の７０％以上の数の透過部材は石英により形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記有効結像領域は円弧形状を有し、前記有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさをＲとし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２の条件を満足する。
【００１３】
本発明の第２形態では、第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系において、
少なくとも２枚の反射鏡と透過部材とを備え、且つ前記投影光学系の光軸を含まない円弧形状の有効結像領域を備え、
前記有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさをＲとし、前記第２面上における最大像高をＹ0とするとき、
１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための第１形態または第２形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１５】
第３形態の好ましい態様によれば、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する。
【００１６】
本発明の第４形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、第１形態または第２形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の投影光学系では、少なくとも２枚の反射鏡と第１面側の面が正の屈折力を有する境界レンズとを含み、すべての透過部材および反射部材が単一光軸に沿って配置され、光軸を含まない有効結像領域を有する構成において、境界レンズと第２面との間の光路が１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされている。その結果、本発明では、色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することのできる比較的小型の投影光学系を実現することができる。
【００１８】
したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな実効的な像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な投影露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態の第１実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の第２実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。
【図５】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】第１実施例における横収差を示す図である。
【図７】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図８】第２実施例における横収差を示す図である。
【図９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１０】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の投影光学系では、境界レンズと像面（第２面）との間の光路中に１．１よりも大きい屈折率を有する媒質を介在させることにより、像側開口数ＮＡの増大を図っている。ちなみに、M.Switkes氏およびM.Rothschild氏が「SPIE2002 Microlithography」において「Massachusetts Institute of Technology」に発表した「Resolution Enhancement of 157-nm Lithography by Liquid Immersion」には、波長λが２００ｎｍ以下の光に対して所要の透過率を有する媒質として、フロリナート（Perfluoropolyethers：米国スリーエム社の商品名）や脱イオン水（Deionized Water）などが候補として挙げられている。
【００２１】
また、本発明の投影光学系では、境界レンズの物体側（第１面側）の光学面に正の屈折力を付与することにより、この光学面での反射損失を低減させ、ひいては大きな実効的な像側開口数を確保することができる。このように、像側に液体等の高屈折率物質を媒質として有する光学系では、実効的な像側開口数を１．０以上に高めることが可能であり、ひいては解像度を高めることができる。しかしながら、投影倍率が一定の場合、像側開口数の増大に伴って物体側開口数も大きくなるため、投影光学系を屈折部材だけで構成すると、ペッツバール条件を満足することが難しく、光学系の大型化も避けられない。
【００２２】
そこで、本発明の投影光学系では、少なくとも２枚の反射鏡を含み、すべての透過部材および屈折力（パワー）を有するすべての反射部材が単一光軸に沿って配置され、光軸を含まない所定形状の有効結像領域を有するタイプの反射屈折型光学系を採用している。このタイプの投影光学系では、たとえば凹面反射鏡の作用により、色収差を良好に補正するとともに、ペッツバール条件を容易に満足して像面湾曲を良好に補正することができ、しかも光学系の小型化が可能である。
【００２３】
また、このタイプの投影光学系では、すべての透過部材（レンズなど）およびパワーを有するすべての反射部材（凹面反射鏡など）が単一光軸に沿って配置されているので、光学部材が複数の光軸に沿ってそれぞれ配置される複数軸構成に比して製造上の難易度が格段に低くなり好適である。ただし、光学部材が単一光軸に沿って配置される単一軸構成の場合、色収差を良好に補正することが困難な傾向にあるが、たとえばＡｒＦレーザ光のように、スペクトル幅を狭帯化したレーザ光を用いることにより、この色収差補正の課題を克服することができる。
【００２４】
こうして、本発明では、色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、光学面での反射損失を良好に抑えて大きな実効的な像側開口数を確保することのできる比較的小型の投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな実効的な像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に転写露光することができる。
【００２５】
なお、本発明では、投影光学系が偶数個の反射鏡を有するように構成すること、すなわち偶数回の反射を経て第１面の像が第２面上に形成されるように構成することが好ましい。この構成により、たとえば露光装置や露光方法に適用する場合、ウェハ上にはマスクパターンの裏面像ではなく表面像（正立像または倒立像）が形成されることになるので、屈折型投影光学系を搭載する露光装置と同様に通常のマスク（レチクル）を用いることができる。
【００２６】
ところで、本発明の反射屈折型投影光学系を単一光軸で構成するには、瞳位置近傍に中間像を形成する必要があるため、投影光学系は再結像光学系であることが望ましい。また、第１結像の瞳位置近傍に中間像を形成して光路分離を行いつつ光学部材同士の機械的干渉を避けるには、物体側開口数が大きくなった場合でも第１結像の瞳径をできるだけ小さくする必要があるので、開口数の小さい第１結像光学系が反射屈折光学系であることが望ましい。
【００２７】
したがって、本発明では、少なくとも２つの反射鏡を含み第１面の中間像を形成するための第１結像光学系と、この中間像からの光束に基づいて最終像を第２面上に形成するための第２結像光学系とにより投影光学系を構成することが好ましい。この場合、具体的には、正屈折力の第１レンズ群と、この第１レンズ群と中間像との間の光路中に配置された第１反射鏡と、この第１反射鏡と中間像との間の光路中に配置された第２反射鏡とを用いて、第１結像光学系を構成することができる。
【００２８】
また、第１反射鏡は、第１結像光学系の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡であり、この凹面反射鏡が形成する往復光路中には少なくとも１つの負レンズが配置されていることが好ましい。このように、第１結像光学系において凹面反射鏡が形成する往復光路中に負レンズを配置することにより、ペッツバール条件を容易に満足して像面湾曲を良好に補正することが可能になるとともに、色収差も良好に補正することが可能になる。
【００２９】
また、往復光路中の負レンズは瞳位置近傍に配置されることが望ましいが、第１結像の瞳径をできるだけ小さくする必要があるので負レンズの有効径も小さくなるため、当該負レンズではフルエンス（＝単位面積・単位パルスあたりのエネルギー量）が高くなり易い。したがって、石英を用いて当該負レンズを形成すると、レーザ光の照射を受けて体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こり易く、ひいては投影光学系の結像性能が低下する。
【００３０】
同様に、像面に近接して配置される境界レンズも有効径が小さく、フルエンスが高くなり易い。したがって、石英を用いて境界レンズを形成すると、コンパクションが起こり易く結像性能が低下する。本発明では、第１結像光学系において凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置された負レンズ、および第２結像光学系において像面に近接して配置された境界レンズを蛍石で形成することにより、コンパクションに起因する結像性能の低下を回避することができる。
【００３１】
また、本発明では、次の条件式（１）を満足することが望ましい。なお、条件式（１）において、Ｆ１は第１レンズ群の焦点距離であり、Ｙ0は第２面上における最大像高である。
５＜Ｆ１／Ｙ0＜１５    （１）
【００３２】
条件式（１）の上限値を上回ると、第１結像の瞳径が大きくなりすぎて、上述したように光学部材同士の機械的干渉を避けることが困難になるので好ましくない。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、反射鏡への入射光の角度の物体高による差（画角差）が大きく発生し、コマ収差や像面湾曲等の収差の補正が困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（１）の上限値を１３に設定し、その下限値を７に設定することがさらに好ましい。
【００３３】
また、本発明では、第１レンズ群が少なくとも２つの正レンズを有することが好ましい。この構成により、第１レンズ群の正屈折力を大きく設定して条件式（１）を容易に満足することができ、ひいてはコマ収差、歪曲収差、非点収差等を良好に補正することができる。
【００３４】
また、反射率が高く且つ耐久性に富んだ反射鏡を製造することは難しく、数多くの反射面を設けることは光量損失につながる。このため、本発明では、たとえば露光装置や露光方法に投影光学系を適用する場合、スループット向上の観点から、第２結像光学系は複数の透過部材のみにより構成された屈折光学系であることが好ましい。
【００３５】
また、蛍石は固有複屈折性を有する結晶材料であり、蛍石で形成された透過部材では特に２００ｎｍ以下の波長の光に対する複屈折の影響が大きい。このため、蛍石透過部材を含む光学系では、結晶軸方位の異なる蛍石透過部材を組み合わせて複屈折による結像性能の低下を抑える必要があるが、このような対策を講じても、複屈折による性能低下を完全に抑えることはできない。
【００３６】
さらに、蛍石では内部の屈折率分布が高周波成分を有することが知られており、この高周波成分を含む屈折率のばらつきがフレアの発生を招いて投影光学系の結像性能を低下させ易いため、蛍石の使用を可能な限り減らすことが好ましい。そこで、本発明では、蛍石の使用を可能な限り減らすために、屈折光学系である第２結像光学系を構成する透過部材のうち、７０％以上の透過部材が石英により形成されていることが好ましい。
【００３７】
また、本発明では、有効結像領域が円弧形状を有し、次の条件式（２）を満足することが望ましい。なお、条件式（２）において、Ｒは有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさであり、Ｙ0は上述したように第２面上における最大像高である。
１．０５＜Ｒ／Ｙ0＜１２    （２）
【００３８】
本発明では、光軸を含まない円弧形状の有効結像領域を有することにより、光学系の大型化を回避しつつ光路分離を容易に行うことができる。しかしながら、たとえば露光装置や露光方法に適用する場合、マスク上において円弧形状の照明領域を均一に照明することは難しい。したがって、円弧形状の領域を含む矩形状の領域に対応する矩形状の照明光束を、円弧形状の開口部（光透過部）を有する視野絞りにより制限する手法を採用することになる。この場合、視野絞りにおける光量損失を抑えるには、有効結像領域を規定する円弧の曲率半径の大きさＲができるだけ大きいことが必要である。
【００３９】
すなわち、条件式（２）の下限値を下回ると、曲率半径の大きさＲが小さくなりすぎて、視野絞りにおける光束損失が大きくなり、この照明効率の低下によりスループットが低下するので好ましくない。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、曲率半径の大きさＲが大きくなりすぎて、スキャン露光時のオーバーラン長の短縮化のために所要幅の有効結像領域を確保しようとすると必要な収差補正領域が大きくなるため、光学系が大型化するので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（２）の上限値を８に設定し、その下限値を１．０７に設定することがさらに好ましい。
【００４０】
なお、上述タイプの反射屈折型の投影光学系では、像面（第２面）との間の光路を液体のような媒質で満たさない場合であっても、条件式（２）を満足することにより、照明効率の低下によるスループットの低下や必要な収差補正領域の増大による光学系の大型化を回避することができる。また、本発明の投影光学系を露光装置や露光方法に適用する場合、境界レンズと像面との間に満たされる媒質（液体など）の透過率や、レーザ光の狭帯化の程度などを考慮すると、たとえばＡｒＦレーザ光（波長１９３．３０６ｎｍ）を露光光として用いることが好ましい。
【００４１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００４２】
図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００４３】
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。
【００４４】
ウェハＷは、ウェハホルダテーブルＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での円弧形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においても光軸ＡＸを含むことなくＸ方向に延びる円弧形状の静止露光領域（すなわち実効露光領域：投影光学系ＰＬの有効結像領域）にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００４５】
図２は、本実施形態においてウェハ上に形成される円弧形状の実効露光領域と光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、収差が良好に補正された領域すなわち収差補正領域ＡＲが、光軸ＡＸを中心とした外径（半径）Ｒｏの円と、内径（半径）Ｒｉの円と、距離Ｈだけ間隔を隔てたＹ方向に平行な２つの線分とにより円弧形状に規定されている。そして、実効露光領域（有効結像領域）ＥＲは、円弧形状の収差補正領域ＡＲにほぼ内接するように、曲率半径の大きさがＲでＹ方向に間隔を隔てた２つの円弧と、距離Ｈだけ間隔を隔てたＹ方向に平行な長さＤの２つの線分とにより円弧形状に設定されている。
【００４６】
こうして、投影光学系ＰＬが有するすべての有効結像領域ＥＲは、光軸ＡＸから外れた領域に存在している。そして、円弧形状の実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法はＨであり、Ｙ方向に沿った寸法はＤである。したがって、図示を省略したが、レチクルＲ上には、円弧形状の実効露光領域ＥＲに光学的に対応した大きさおよび形状を有する円弧形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が、光軸ＡＸを含むことなく形成されていることになる。
【００４７】
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ１１）と境界レンズＬｂ（各実施例ではレンズＬ２１７）との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００４８】
図３は、本実施形態の第１実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、第１実施例では、境界レンズＬｂは、レチクル側（第１面側）に向かって凸面を有する。換言すれば、境界レンズＬｂのレチクル側の面Ｓｂは、正の屈折力を有する。そして、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質Ｌｍで満たされている。第１実施例では、媒質Ｌｍとして、脱イオン水を用いている。
【００４９】
図４は、本実施形態の第２実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。図４を参照すると、第２実施例においても第１実施例と同様に、境界レンズＬｂはレチクル側に向かって凸面を有し、そのレチクル側の面Ｓｂは正の屈折力を有する。しかしながら、第２実施例では、第１実施例とは異なり、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に平行平面板Ｌｐが挿脱自在に配置され、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路は、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質Ｌｍで満たされている。第２実施例においても第１実施例と同様に、媒質Ｌｍとして脱イオン水を用いている。
【００５０】
なお、投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体媒質Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。
【００５１】
国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体（媒質Ｌｍ）を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。液体の供給量および回収量は、投影光学系ＰＬに対するウェハＷの相対移動速度に応じて調整されることになる。
【００５２】
一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体（媒質Ｌｍ）を収容することができるようにウェハホルダテーブルＷＴを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。
【００５３】
このように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。また、上述したように、レチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｘ方向に延びる円弧形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、Ｙ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法Ｈに等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する露光領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００５４】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14            （ａ）
【００５５】
また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体面（第１面）に配置されたレチクルＲのパターンの中間像を形成するための第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいて像面（第２面）に配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの縮小像を形成するための第２結像光学系Ｇ２とにより構成されている。ここで、第１結像光学系Ｇ１は第１凹面反射鏡ＣＭ１と第２凹面反射鏡ＣＭ２とを含む反射屈折光学系であり、第２結像光学系Ｇ２は屈折光学系である。
【００５６】
［第１実施例］
図５は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図５を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、第１凹面反射鏡ＣＭ１とを備えている。また、第１結像光学系Ｇ１では、第１凹面反射鏡ＣＭ１で反射され且つ負メニスカスレンズＬ１３を介した光を第２結像光学系Ｇ２に向かって反射するための第２凹面反射鏡ＣＭ２の反射面が、両凸レンズＬ１２と負メニスカスレンズＬ１３との間において光軸ＡＸを含まない領域に配置されている。したがって、両凸レンズＬ１１および両凸レンズＬ１２が、正の屈折力を有する第１レンズ群を構成している。また、第１凹面反射鏡ＣＭ１が、第１結像光学系Ｇ１の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡を構成している。
【００５７】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、両凸レンズＬ２１０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、両凸レンズＬ２１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、レチクルに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１６と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
【００５８】
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成するすべての透過部材（レンズ）およびパワーを有するすべての反射部材（第１凹面反射鏡ＣＭ１，第２凹面反射鏡ＣＭ２）は単一の光軸ＡＸに沿って配置されている。すなわち、第２結像光学系Ｇ２を構成する透過部材のうち、１００％の透過部材が石英により形成されている。そして、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２１７とウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。第１実施例では、レチクルＲからの光が、レンズＬ１１〜Ｌ１３を介して、第１凹面反射鏡ＣＭ１に入射する。第１凹面反射鏡ＣＭ１で反射された光は、レンズＬ１３および第２凹面反射鏡ＣＭ２を介して、第１凹面反射鏡ＣＭ１の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。第２凹面反射鏡ＣＭ２で反射された光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１７（Ｌｂ）を介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００５９】
第１実施例では、投影光学系ＰＬを構成するすべての透過部材（レンズ）が、石英（ＳｉＯ2）により形成されている。露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は、１９３．３０６ｎｍであり、１９３．３０６ｎｍ付近において石英の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−１．５９１×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋１．５９１×１０-6の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、石英の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−１．５９１×１０-6／ｐｍである。また、１９３．３０６ｎｍ付近において脱イオン水の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−２．６×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋２．６×１０-6の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、脱イオン水の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−２．６×１０-6／ｐｍである。
【００６０】
こうして、第１実施例において、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６１であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２５９４１であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６２５９である。また、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４７であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４６９９９９７４であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４７００００２６である。
【００６１】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＲｏおよびＲｉは収差補正領域ＡＲの外半径および内半径を、ＨおよびＤは実効露光領域ＥＲのＸ方向寸法およびＹ方向寸法を、Ｒは円弧形状の実効露光領域ＥＲ（有効結像領域）を規定する円弧の曲率半径の大きさを、Ｙ0は最大像高をそれぞれ表している。また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００６２】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１凹面反射鏡ＣＭ１から第２凹面反射鏡ＣＭ２までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、光の入射方向にかかわらず、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００６３】
表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝＋１／４
ＮＡ＝１．０４
Ｒｏ＝１７．０ｍｍ
Ｒｉ＝１１．５ｍｍ
Ｈ＝２６．０ｍｍ
Ｄ＝４．０ｍｍ
Ｒ＝２０．８６ｍｍ
Ｙ0＝１７．０ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号     ｒ            ｄ           ｎ        光学部材
（レチクル面）   70.25543
1       444.28100     45.45677      1.5603261  （Ｌ１１）
2*     -192.24078      1.00000
3       471.20391     35.53423      1.5603261  （Ｌ１２）
4      -254.24538    122.19951
5*     -159.65514     13.00000      1.5603261  （Ｌ１３）
6      -562.86259      9.00564
7      -206.23868     -9.00564                 （ＣＭ１）
8      -562.86259    -13.00000      1.5603261  （Ｌ１３）
9*     -159.65514   -107.19951
10     3162.83419    144.20515                 （ＣＭ２）
11     -389.01215     43.15699      1.5603261  （Ｌ２１）
12     -198.92113      1.00000
13     3915.27567     42.01089      1.5603261  （Ｌ２２）
14     -432.52137      1.00000
15      203.16777     62.58039      1.5603261  （Ｌ２３）
16*     515.92133     18.52516
17*     356.67027     20.00000      1.5603261  （Ｌ２４）
18      269.51733    285.26014
19      665.61079     35.16606      1.5603261  （Ｌ２５）
20      240.55938     32.43496
21*    -307.83344     15.00000      1.5603261  （Ｌ２６）
22      258.17867     58.24284
23    -1143.34122     51.43638      1.5603261  （Ｌ２７）
24     -236.25969      6.67292
25*    1067.55487     15.00000      1.5603261  （Ｌ２８）
26      504.02619     18.88857
27     4056.97655     54.00381      1.5603261  （Ｌ２９）
28     -283.04360      1.00000
29      772.31002     28.96307      1.5603261  （Ｌ２１０）
30    -8599.87899      1.00000
31      667.92225     52.94747      1.5603261  （Ｌ２１１）
32    36408.68946      2.30202
33        ∞          42.27703                 （ＡＳ）
34    -2053.34123     30.00000      1.5603261  （Ｌ２１２）
35     -514.67146      1.00000
36     1530.45141     39.99974      1.5603261  （Ｌ２１３）
37     -540.23726      1.00000
38      370.56341     36.15464      1.5603261  （Ｌ２１４）
39*   12719.40982      1.00000
40      118.92655     41.83608      1.5603261  （Ｌ２１５）
41      190.40194      1.00000
42      151.52892     52.42553      1.5603261  （Ｌ２１６）
43*     108.67474      1.12668
44       91.54078     35.50067      1.5603261  （Ｌ２１７：Ｌｂ）
45         ∞          6.00000      1.47       （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ4＝−８．６３０２５×１０-9   Ｃ6＝２．９０４２４×１０-13
Ｃ8＝５．４３３４８×１０-17    Ｃ10＝１．６５５２３×１０-21
Ｃ12＝８．７８２３７×１０-26    Ｃ14＝６．５３３６０×１０-30
５面および９面（同一面）
κ＝０
Ｃ4＝７．６６５９０×１０-9   Ｃ6＝６．０９９２０×１０-13
Ｃ8＝−６．５３６６０×１０-17    Ｃ10＝２．４４９２５×１０-20
Ｃ12＝−３．１４９６７×１０-24    Ｃ14＝２．２１６７２×１０-28
１６面
κ＝０
Ｃ4＝−３．７９７１５×１０-8   Ｃ6＝２．１９５１８×１０-12
Ｃ8＝−９．４０３６４×１０-17    Ｃ10＝３．３３５７３×１０-21
Ｃ12＝−７．４２０１２×１０-26    Ｃ14＝１．０５６５２×１０-30
１７面
κ＝０
Ｃ4＝−６．６９５９６×１０-8   Ｃ6＝１．６７５６１×１０-12
Ｃ8＝−６．１８７６３×１０-17    Ｃ10＝２．６５４２８×１０-21
Ｃ12＝−４．０９５５５×１０-26    Ｃ14＝３．２５８４１×１０-31
２１面
κ＝０
Ｃ4＝−８．６８７７２×１０-8   Ｃ6＝−１．３０３０６×１０-12
Ｃ8＝−２．６５９０２×１０-17    Ｃ10＝−６．５６８３０×１０-21
Ｃ12＝３．６６９８０×１０-25    Ｃ14＝−５．０５５９５×１０-29
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−１．５４０４９×１０-8   Ｃ6＝７．７１５０５×１０-14
Ｃ8＝１．７５７６０×１０-18    Ｃ10＝１．７１３８３×１０-23
Ｃ12＝５．０４５８４×１０-29    Ｃ14＝２．０８６２２×１０-32
３９面
κ＝０
Ｃ4＝−３．９１９７４×１０-11   Ｃ6＝５．９０６８２×１０-14
Ｃ8＝２．８５９４９×１０-18    Ｃ10＝−１．０１８２８×１０-22
Ｃ12＝２．２６５４３×１０-27    Ｃ14＝−１．９０６４５×１０-32
４３面
κ＝０
Ｃ4＝８．３３３２４×１０-8   Ｃ6＝１．４２２７７×１０-11
Ｃ8＝−１．１３４５２×１０-15    Ｃ10＝１．１８４５９×１０-18
Ｃ12＝−２．８３９３７×１０-22    Ｃ14＝５．０１７３５×１０-26
（条件式対応値）
Ｆ１＝１６４．１５ｍｍ
Ｙ0＝１７．０ｍｍ
Ｒ＝２０．８６ｍｍ
（１）Ｆ１／Ｙ0＝９．６６
（２）Ｒ／Ｙ0＝１．２２７
【００６４】
図６は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を、実線は中心波長１９３．３０６０ｎｍを、破線は１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍを、一点鎖線は１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍをそれぞれ示している。なお、図６における表記は、以降の図８においても同様である。図６の収差図から明らかなように、第１実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０４）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６５】
［第２実施例］
図７は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図７を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、第１凹面反射鏡ＣＭ１とを備えている。また、第１結像光学系Ｇ１では、第１凹面反射鏡ＣＭ１で反射され且つ負メニスカスレンズＬ１３を介した光を第２結像光学系Ｇ２に向かって反射するための第２凹面反射鏡ＣＭ２の反射面が、両凸レンズＬ１２と負メニスカスレンズＬ１３との間において光軸ＡＸを含まない領域に配置されている。したがって、両凸レンズＬ１１および両凸レンズＬ１２が、正の屈折力を有する第１レンズ群を構成している。また、第１凹面反射鏡ＣＭ１が、第１結像光学系Ｇ１の瞳面の近傍に配置された凹面反射鏡を構成している。
【００６６】
一方、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ２６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２８と、両凸レンズＬ２９と、両凸レンズＬ２１０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１１と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１２と、両凸レンズＬ２１３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１４と、レチクルに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１６と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２１７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
【００６７】
第２実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２１７とウェハＷとの間の光路中に、平行平面板Ｌｐが配置されている。そして、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成する透過部材（レンズ）が、石英または蛍石（ＣａＦ2）により形成されている。具体的には、レンズＬ１３、レンズＬ２１６およびレンズＬ２１７（Ｌｂ）が蛍石により形成され、その他のレンズおよび平行平面板Ｌｐが石英により形成されている。すなわち、第２結像光学系Ｇ２を構成する透過部材のうち、約８８％の透過部材が石英により形成されている。
【００６８】
さらに、第２実施例では、投影光学系ＰＬを構成するすべての透過部材（レンズ，平行平面板）およびパワーを有するすべての反射部材（第１凹面反射鏡ＣＭ１，第２凹面反射鏡ＣＭ２）は単一の光軸ＡＸに沿って配置されている。こうして、第２実施例では、レチクルＲからの光が、レンズＬ１１〜Ｌ１３を介して、第１凹面反射鏡ＣＭ１に入射する。第１凹面反射鏡ＣＭ１で反射された光は、レンズＬ１３および第２凹面反射鏡ＣＭ２を介して、第１凹面反射鏡ＣＭ１の近傍にレチクルＲの中間像を形成する。第２凹面反射鏡ＣＭ２で反射された光は、レンズＬ２１〜Ｌ２１７（Ｌｂ）および平行平面板Ｌｐを介して、ウェハＷ上にレチクルＲの縮小像を形成する。
【００６９】
第２実施例では、露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は、１９３．３０６ｎｍであり、１９３．３０６ｎｍ付近において石英の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−１．５９１×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋１．５９１×１０-6の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、石英の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−１．５９１×１０-6／ｐｍである。また、１９３．３０６ｎｍ付近において蛍石の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−０．９８０×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋０．９８０×１０-6の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、蛍石の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−０．９８０×１０-6／ｐｍである。
【００７０】
さらに、１９３．３０６ｎｍ付近において脱イオン水の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−２．６×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋２．６×１０-6の割合で変化する。換言すると、１９３．３０６ｎｍ付近において、脱イオン水の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、−２．６×１０-6／ｐｍである。こうして、第２実施例において、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６１であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２５９４１であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍに対する石英の屈折率は１．５６０３２６２５９である。
【００７１】
また、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４８であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４７０２であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍに対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４８９８である。さらに、中心波長１９３．３０６ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４７であり、１９３．３０６ｎｍ＋０．１ｐｍ＝１９３．３０６１ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４６９９９９７４であり、１９３．３０６ｎｍ−０．１ｐｍ＝１９３．３０５９ｎｍに対する脱イオン水の屈折率は１．４７００００２６である。次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００７２】
表（２）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝＋１／４
ＮＡ＝１．０４
Ｒｏ＝１７．０ｍｍ
Ｒｉ＝１１．５ｍｍ
Ｈ＝２６．０ｍｍ
Ｄ＝４．０ｍｍ
Ｒ＝２０．８６ｍｍ
Ｙ0＝１７．０ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号     ｒ            ｄ           ｎ        光学部材
（レチクル面）   72.14497
1       295.66131     46.03088      1.5603261  （Ｌ１１）
2*     -228.07826      1.02581
3       847.63618     40.34103      1.5603261  （Ｌ１２）
4      -207.90948    124.65407
5*     -154.57886     13.00000      1.5014548  （Ｌ１３）
6      -667.19164      9.58580
7      -209.52775     -9.58580                 （ＣＭ１）
8      -667.19164    -13.00000      1.5014548  （Ｌ１３）
9*     -154.57886   -109.65407
10     2517.52751    147.23986                 （ＣＭ２）
11     -357.71318     41.75496      1.5603261  （Ｌ２１）
12     -196.81705      1.00000
13     8379.53651     40.00000      1.5603261  （Ｌ２２）
14     -454.81020      8.23083
15      206.30063     58.07852      1.5603261  （Ｌ２３）
16*     367.14898     24.95516
17*     258.66863     20.00000      1.5603261  （Ｌ２４）
18      272.27694    274.16477
19      671.42370     49.62123      1.5603261  （Ｌ２５）
20      225.79907     35.51978
21*    -283.63484     15.10751      1.5603261  （Ｌ２６）
22      261.37852     56.71822
23    -1947.68869     54.63076      1.5603261  （Ｌ２７）
24     -227.05849      5.77639
25*     788.97953     15.54026      1.5603261  （Ｌ２８）
26      460.12935     18.83954
27     1925.75038     56.54051      1.5603261  （Ｌ２９）
28     -295.06884      1.00000
29      861.21046     52.50515      1.5603261  （Ｌ２１０）
30   -34592.86759      1.00000
31      614.86639     37.34179      1.5603261  （Ｌ２１１）
32    39181.66426      1.00000
33        ∞          46.27520                 （ＡＳ）
34   -11881.91854     30.00000      1.5603261  （Ｌ２１２）
35     -631.95129      1.00000
36     1465.88641     39.89113      1.5603261  （Ｌ２１３）
37     -542.10144      1.00000
38      336.45791     34.80369      1.5603261  （Ｌ２１４）
39*    2692.15238      1.00000
40      112.42843     43.53915      1.5603261  （Ｌ２１５）
41      189.75478      1.00000
42      149.91358     42.41577      1.5014548  （Ｌ２１６）
43*     107.28888      1.06533
44       90.28791     31.06087      1.5014548  （Ｌ２１７：Ｌｂ）
45         ∞          1.00000      1.47       （Ｌｍ）
46         ∞          3.00000      1.5603261  （Ｌｐ）
47         ∞          5.00000      1.47       （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
２面
κ＝０
Ｃ4＝９．５７５８５×１０-9   Ｃ6＝７．０９６９０×１０-13
Ｃ8＝１．３０８４５×１０-16    Ｃ10＝−５．５２１５２×１０-22
Ｃ12＝４．４６９１４×１０-25    Ｃ14＝−２．０７４８３×１０-29
５面および９面（同一面）
κ＝０
Ｃ4＝１．１６６３１×１０-8   Ｃ6＝６．７０６１６×１０-13
Ｃ8＝−１．８７９７６×１０-17    Ｃ10＝１．７１５８７×１０-20
Ｃ12＝−２．３４８２７×１０-24    Ｃ14＝１．９０２８５×１０-28
１６面
κ＝０
Ｃ4＝−４．０６０１７×１０-8   Ｃ6＝２．２２５１３×１０-12
Ｃ8＝−９．０５０００×１０-17    Ｃ10＝３．２９８３９×１０-21
Ｃ12＝−７．４６５９６×１０-26    Ｃ14＝１．０６９４８×１０-30
１７面
κ＝０
Ｃ4＝−６．６９５９２×１０-8   Ｃ6＝１．４２４５５×１０-12
Ｃ8＝−５．６５５１６×１０-17    Ｃ10＝２．４８０７８×１０-21
Ｃ12＝−２．９１６５３×１０-26    Ｃ14＝１．５３９８１×１０-31
２１面
κ＝０
Ｃ4＝−７．９７１８６×１０-8   Ｃ6＝−１．３２９６９×１０-12
Ｃ8＝−１．９８３７７×１０-17    Ｃ10＝−４．９５０１６×１０-21
Ｃ12＝２．５３８８６×１０-25    Ｃ14＝−４．１６８１７×１０-29
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−１．５５８４４×１０-8   Ｃ6＝７．２７６７２×１０-14
Ｃ8＝１．９０６００×１０-18    Ｃ10＝１．２１４６５×１０-23
Ｃ12＝−７．５６８２９×１０-29    Ｃ14＝１．８６８８９×１０-32
３９面
κ＝０
Ｃ4＝−６．９１９９３×１０-11   Ｃ6＝７．８０５９５×１０-14
Ｃ8＝３．３１２１６×１０-18    Ｃ10＝−１．３９１５９×１０-22
Ｃ12＝３．６９９９１×１０-27    Ｃ14＝−４．０１３４７×１０-32
４３面
κ＝０
Ｃ4＝８．３００１９×１０-8   Ｃ6＝１．２４７８１×１０-11
Ｃ8＝−９．２６７６８×１０-16    Ｃ10＝１．０８９３３×１０-18
Ｃ12＝−３．０１５１４×１０-22    Ｃ14＝５．４１８８２×１０-26
（条件式対応値）
Ｆ１＝１７８．９８ｍｍ
Ｙ0＝１７．０ｍｍ
Ｒ＝２０．８６ｍｍ
（１）Ｆ１／Ｙ0＝１０．５３
（２）Ｒ／Ｙ0＝１．２２７
【００７３】
図８は、第２実施例における横収差を示す図である。図８の収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０４）および比較的大きな実効露光領域ＥＲを確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００７４】
こうして、各実施例では、波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０４の高い像側開口数を確保するとともに、２６．０ｍｍ×４．０ｍｍの円弧形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができ、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００７５】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。
【００７６】
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その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３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００７７】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００７８】
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００７９】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００８０】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００８１】
なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＦ2 レーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。さらに、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系に対して本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００８２】
Ｌｂ  境界レンズ
Ｌｐ  平行平面板
Ｌｍ  媒質（脱イオン水）
Ｇ１  第１結像光学系
Ｇ２  第２結像光学系
ＣＭ１，ＣＭ２  凹面反射鏡
Ｌｉ  各レンズ成分
１００  レーザ光源
ＩＬ  照明光学系
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
2010026526.tif 000003
【図２】
2010026526.tif 000004
【図３】
2010026526.tif 000005
【図４】
2010026526.tif 000006
【図５】
2010026526.tif 000007
【図６】
2010026526.tif 000008
【図７】
2010026526.tif 000009
【図８】
2010026526.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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