(57)【要約】【課題】  像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、像高に関連する収差と開口数に関連する収差とがバランス良く補正されて良好な結像性能を有する投影光学系。【解決手段】  第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）上に形成する投影光学系。投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材（Ｌ２２：Ｌｂ）と第２面との間の光路は所定の液体で満たされている。投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、投影光学系中の最も第１面側に位置する光学部材と第１面との間の光軸に沿った間隔をＷＤとし、投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとするとき、０．０２＜ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＜０．０８の条件を満足する。【選択図】  図４
2006163369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置された第１レンズ群と、
前記第１レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第２レンズ群と、
前記第２レンズ群の像側に続けて配置された負屈折力の第３レンズ群と、
前記第３レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第４レンズ群と、
前記第４レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第５レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、最も前記第１面側に配置された両凹形状の第１レンズと、該第１レンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第１メニスカスレンズと、該第１メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第２メニスカスレンズと、該第２メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第３メニスカスレンズと、該第３メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第４メニスカスレンズとを備え、
前記第３レンズ群は、前記第３レンズ群中で最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた前方負レンズと、前記第３レンズ群中で最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた後方負レンズとを備え、
前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間には開口絞りが配置され、
前記第５レンズ群は、前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材を備え、
前記第５レンズ群中の前記最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群中の前記第４メニスカスレンズに隣接して配置されて、前記第４メニスカスレンズに凸面を向けた形状の第２レンズを備え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】
前記第３レンズ群は、前記前方負レンズと前記後方負レンズとの間の光路中に配置されて前記第１面側に凸面を向けた第３レンズを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第５レンズ群中の屈折力を持つ光学部材は全て正レンズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記投影光学系の全長をＬとするとき、
０．４＜Ｆ１／Ｌ＜０．８
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３とするとき、
−０．４＜Ｆ５／Ｆ３＜−０．３
の条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中の最も第１面側に位置する光学部材と前記第１面との間の光軸に沿った間隔をＷＤとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとするとき、
０．０２＜ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＜０．０８
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとし、前記第１レンズの第１面側の光学面の有効径および前記第１レンズの第２面側の光学面の有効径のうちの小さい方の有効径をＦＳとするとき、
０．２＜ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＜０．６
の条件を満足することを特徴とする請求項１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レンズの第１面側の光学面および前記第１レンズの第２面側の光学面のうちの少なくとも一方の光学面は非球面形状を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１０】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされ、
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中の最も第１面側に位置する光学部材と前記第１面との間の光軸に沿った間隔をＷＤとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとするとき、
０．０２＜ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＜０．０８
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】
前記投影光学系中において前記第１面に最も近い負レンズの第１面側の光学面の有効径および前記負レンズの第２面側の光学面の有効径のうちの小さい方の有効径をＦＳとするとき、
０．２＜ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＜０．６
の条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載の投影光学系。
【請求項１２】
第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされ、
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとし、前記投影光学系中において前記第１面に最も近い負レンズの第１面側の光学面の有効径および前記負レンズの第２面側の光学面の有効径のうちの小さい方の有効径をＦＳとするとき、
０．２＜ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＜０．６
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】
前記負レンズの第１面側の光学面および前記負レンズの第２面側の光学面のうちの少なくとも一方の光学面は非球面形状を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の投影光学系。
【請求項１４】
前記第１面と前記負レンズとの間の光路中には正レンズが配置されていないことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１５】
前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に投影するための請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
前記マスクを照明するための照明系と、前記マスクを保持し且つ移動させるマスクステージと、ガイド面を介して該マスクステージを移動可能に載置するマスクステージ定盤と、前記マスクステージの位置を測定するために前記マスクステージに向けて測定ビームを照射する干渉計とを備え、
前記ガイド面よりも前記投影光学系側に前記測定ビームを照射することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
感光性基板を前記第２面に設定する基板設定工程と、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系を介して、前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された前記感光性基板に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１８】
前記マスクを移動可能に保持するマスクステージ上の前記マスクを照明する照明工程と、
前記マスクの位置を干渉計の測定ビームを用いて計測するマスク位置計測工程とを含み、
前記露光工程では、マスクステージ定盤のガイド面に沿って前記マスクステージを移動させるとともに、前記感光性基板を移動させつつ前記投影露光を行い、
前記マスク位置計測工程では、前記マスクステージ定盤の前記ガイド面よりも前記投影光学系側の位置に前記干渉計の前記測定ビームを照射することを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
【請求項１９】
感光性基板を前記第２面に設定する基板設定工程と、
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系を介して、前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された前記感光性基板に投影露光する露光工程と、
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デバイス製造方法。
【請求項２０】
前記マスクを移動可能に保持するマスクステージ上の前記マスクを照明する照明工程と、
前記マスクの位置を干渉計の測定ビームを用いて計測するマスク位置計測工程とを含み、
前記露光工程では、マスクステージ定盤のガイド面に沿って前記マスクステージを移動させるとともに、前記感光性基板を移動させつつ前記投影露光を行い、
前記マスク位置計測工程では、前記マスクステージ定盤の前記ガイド面よりも前記投影光学系側の位置に前記干渉計の前記測定ビームを照射することを特徴とする請求項１９に記載のデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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のマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【背景技術】
【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、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、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】
そこで、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、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。
【０００４】
この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板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、収差補正が困難になるため、レンズ径の大型化を図らずに大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。さらに、気体の屈折率は１程度であるため、像側開口数ＮＡを１以上にすることができない。そこで、投影光学系と感光性基板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像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、液浸型の投影光学系では、投影光学系と像面（露光装置では感光性基板）との間は液体で満たされているが、投影光学系と物体面（露光装置ではマスク）との間は液体で満たされていないため、物体面からの結像光線の最大射出角度は比較的大きいままである。その結果、従来の液浸型の投影光学系では、例えば像面湾曲や歪曲収差のように像高に関連する収差と、例えば球面収差やコマ収差のような開口数に関連する収差とをバランス良く補正することが困難である。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、像高に関連する収差と開口数に関連する収差とがバランス良く補正されて良好な結像性能を有する投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を有する投影光学系を用いて、高解像で忠実な投影露光を行う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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置された第１レンズ群と、
前記第１レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第２レンズ群と、
前記第２レンズ群の像側に続けて配置された負屈折力の第３レンズ群と、
前記第３レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第４レンズ群と、
前記第４レンズ群の像側に続けて配置された正屈折力の第５レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、最も前記第１面側に配置された両凹形状の第１レンズと、該第１レンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第１メニスカスレンズと、該第１メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第２メニスカスレンズと、該第２メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第３メニスカスレンズと、該第３メニスカスレンズに続けて配置されて物体側に凹面を向けた第４メニスカスレンズとを備え、
前記第３レンズ群は、前記第３レンズ群中で最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた前方負レンズと、前記第３レンズ群中で最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた後方負レンズとを備え、
前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間には開口絞りが配置され、
前記第５レンズ群は、前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材を備え、
前記第５レンズ群中の前記最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされることを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされ、
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中の最も第１面側に位置する光学部材と前記第１面との間の光軸に沿った間隔をＷＤとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとするとき、
０．０２＜ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＜０．０８
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。
【００１０】
本発明の第３形態では、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされ、
前記投影光学系の第２面側の開口数をＮＡとし、前記投影光学系中のすべての光学面の有効径の最大値をＦＡとし、前記投影光学系中において前記第１面に最も近い負レンズの第１面側の光学面の有効径および前記負レンズの第２面側の光学面の有効径のうちの小さい方の有効径をＦＳとするとき、
０．２＜ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＜０．６
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。
【００１１】
本発明の第４形態では、前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に投影するための第１形態〜第３形態の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１２】
本発明の第５形態では、感光性基板を前記第２面に設定する基板設定工程と、第１形態〜第３形態の投影光学系を介して、前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された前記感光性基板に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１３】
本発明の第６形態では、感光性基板を前記第２面に設定する基板設定工程と、
第１形態〜第３形態の投影光学系を介して、前記第１面に設定されたマスクのパターンの像を前記第２面に設定された前記感光性基板に投影露光する露光工程と、
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デバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も像側に位置する光学部材と像面との間の光路が所定の液体で満たされているので、投影光学系と像面との間の光路中に介在する液体（浸液）の作用により、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。また、本発明では、後述するように、像側開口数に応じて物体側の作動距離を小さく抑えているので、像高に関連する収差と開口数に関連する収差とをバランス良く補正することができる。
【００１５】
こうして、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、像高に関連する収差と開口数に関連する収差とがバランス良く補正されて良好な結像性能を有する投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を有する投影光学系を用いて、高解像で忠実な投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを高精度に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も像側（第２面側：露光装置では感光性基板側）に位置する光学部材と像面との間の光路が所定の液体で満たされている。液体として、使用光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、露光装置の場合には基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定な液体を用いることができる。こうして、本発明では、投影光学系と像面との間の光路中に大きな屈折率を有する液体を介在させることにより、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。
【００１７】
さて、本発明の第１形態では、投影光学系を構成する屈折部材のうち最も第１面側に配置される光学部材を両凹形状の第１レンズとし、該第１レンズに続けて４枚のメニスカスレンズを配置している。本発明の第１形態のような液浸型の投影光学系では像側開口数が大きくなり、それに伴い物体側（第１面側）開口数も大きくなる。このとき、第１面側から入射する光束に関して、歪曲収差およびテレセントリシティを悪化させずに第２レンズ群へ導くためには、最も物体側に両凹レンズを配置し、この両凹レンズに引き続いて４枚の物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（第１〜第４メニスカスレンズ）を配置する必要がある。
【００１８】
ここで、第１レンズとしての両凹レンズと第１メニスカスレンズとの間に別の形状のレンズが介在すると、第１レンズ群中の各レンズでの光線の入射角および射出角が大きくなり、そこで高次収差が発生するため好ましくない。また、両凹レンズに引き続いて４枚のメニスカスレンズを配置することで、それぞれのメニスカスレンズの屈折力を抑え、高次収差の発生をできるだけ低減させている。なお、歪曲収差およびテレセントリシティをさらに良好に補正するためには、第１メニスカスレンズを負メニスカスレンズとし、第２メニスカスレンズを正メニスカスレンズとすることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第１形態において、第２レンズ群は、第１レンズ群中の第４メニスカスレンズに隣接して配置されて第４メニスカスレンズに凸面を向けた形状の第２レンズを備えることが好ましい。第２レンズ群中において最も第１レンズ群側の第２レンズが入射側に凸面を向けた形状でない場合には、当該第２レンズに入射する主光線の入射角が大きくなり高次の歪曲収差やコマ収差が発生するため好ましくない。また、第１レンズ群と第２レンズ群との間で互いに凸面を向かい合わせた形状とすることで、第１〜第２レンズ群でのレンズ最大径の増加を抑えることができる。
【００２０】
また、本発明の第１形態において、第３レンズ群は、前方負レンズと後方負レンズとの間の光路中に配置されて第１面側に凸面を向けた第３レンズを備えていることが好ましい。この第３レンズが入射側に凸面を向けた形状でない場合には、この第３レンズに入射する主光線の入射角が大きくなり高次の歪曲収差やコマ収差が発生するため好ましくない。
【００２１】
また、本発明の第１形態において、第５レンズ群中の屈折力を持つ光学部材は全て正レンズであることが好ましい。第５レンズ群は、大きな像側開口数のもとで結像する役割を担っており、第５レンズ群中に負レンズが介在すると、第５レンズ群自体の口径が増大化したり、さらに大きな像側開口数を得ようとすると、第５レンズ群中で光線が全反射してしまい、結像できなくなるため好ましくない。
【００２２】
また、本発明の第１形態において、第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、投影光学系の全長をＬとするとき、
０．４＜Ｆ１／Ｌ＜０．８          （１）
の条件を満足することが好ましい。
【００２３】
条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群の焦点距離が長くなり、第１レンズおよび第１メニスカスレンズでのパーシャル領域の大きさが大きくなりすぎるため、歪曲収差の良好なる補正が困難となる。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、球面収差およびコマ収差の補正が困難となるため好ましくない。
【００２４】
また、本発明の第１形態において、第３レンズ群の焦点距離をＦ３とし、第５レンズ群の焦点距離をＦ５とするとき、
−０．４＜Ｆ５／Ｆ３＜−０．３      （２）
の条件を満足することが好ましい。
【００２５】
本発明の第１形態の投影光学系のように大きな像側開口数を得ようとするときには、第５レンズ群の焦点距離を小さくする必要がある。本発明の第１形態では、この第５レンズ群で発生するペッツバール和を、負屈折力の第３レンズ群で補正している。ここで、条件式（２）の上限値を上回るときには、第５レンズ群の焦点距離が長くなりすぎ、必要な像側開口数を確保できないばかりか、ペッツバール和の過剰補正につながるため好ましくない。また、条件式（２）の下限値を下回るときには、ペッツバール和の補正不足となるため好ましくない。
【００２６】
なお、大きな像側開口数を有する投影光学系において、像高に関連する収差（像面湾曲、歪曲収差など）を、開口数に関連する収差（球面収差、コマ収差など）との独立性良く補正するには、できるだけ物体面（第１面：露光装置ではマスク面）から光線が広がる前の位置にレンズ成分を配置して補正することが効果的である。そのためには、投影光学系の物体側の作動距離（ワークディスタンス）ＷＤ、すなわち投影光学系中の最も物体側に位置する光学部材と物体面との間の光軸に沿った間隔を、像側開口数ＮＡに応じて小さくすることが好ましい。
【００２７】
そこで、本発明の第２形態では、投影光学系と像面との間の光路中に大きな屈折率を有する液体を介在させる構成に加えて、次の条件式（３）を満足する。条件式（３）において、ＮＡは投影光学系の像側の開口数であり、ＷＤは投影光学系の物体側の作動距離であり、ＦＡは投影光学系の最大有効径である。
０．０２＜ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＜０．０８    （３）
【００２８】
条件式（３）の上限値を上回ると、物体側の作動距離ＷＤが大きくなりすぎて、ペッツバール和の条件を満たすこと、ひいては像面湾曲を良好に補正することが困難になるとともに、ディストーションの補正も困難になり、結果として像高に関連する収差と開口数に関連する収差とをバランス良く補正することが困難になってしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、投影光学系の最大有効径ＦＡが大きくなりすぎて、光学系が径方向に大型化してしまう。本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（３）の上限値を０．０７に設定し、下限値を０．０４に設定することが好ましい。なお、上述の第１形態にかかる投影光学系においても、この条件式（３）を満足することが好ましい。
【００２９】
また、像面を平坦にするためには、ペッツバール和を小さく抑えて像面湾曲を良好に補正する必要がある。そのためには、物体面にできるだけ近く光束の断面の小さい位置に負レンズを配置することが効果的である。すなわち、投影光学系の最大有効径ＦＡ（投影光学系中のすべての光学面の有効径（直径）の最大値）を小さくすることはペッツバール和の補正をその分だけ困難にするので、最大有効径ＦＡに応じて、物体面にできるだけ近く光束の断面の小さい位置（すなわち有効径の小さい位置）に負レンズを配置することが好ましい。
【００３０】
また、本発明の第３形態では、投影光学系と像面との間の光路中に大きな屈折率を有する液体を介在させる構成に加えて、次の条件式（４）を満足する。条件式（４）において、ＦＳは、投影光学系中において第１面に最も近い負レンズの最小有効径（負レンズの物体側の光学面の有効径（直径）および像側の光学面の有効径のうちの小さい方の有効径）である。また、上述したように、ＮＡは投影光学系の像側の開口数であり、ＦＡは投影光学系の最大有効径である。
０．２＜ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＜０．６    （４）
【００３１】
条件式（４）の上限値を上回ると、負レンズの最小有効径ＦＳが大きくなりすぎて、ペッツバール和の条件を満たすこと、ひいては像面湾曲を良好に補正することが困難になり、結果として像高に関連する収差と開口数に関連する収差とをバランス良く補正することが困難になってしまう。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、投影光学系の最大有効径ＦＡが大きくなりすぎて、光学系が径方向に大型化してしまう。本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（４）の上限値を０．５に設定し、下限値を０．３５に設定することが好ましい。なお、上述の第１形態および第２形態にかかる投影光学系においても、この条件式（４）を満足することが好ましい。
【００３２】
また、本発明では、上記負レンズの物体側の光学面および像側の光学面のうちの少なくとも一方の光学面が非球面形状を有することが好ましい。上記負レンズへの非球面の導入により、投影光学系における諸収差の補正を良好に行うことができる。また、本発明では、上記負レンズと物体面との間の光路中に正レンズが配置されていないこと、換言すれば上記負レンズが最も物体側に配置されたレンズ成分であることが好ましい。この構成により、ペッツバール和の補正を良好に行うことができる。
【００３３】
以上のように、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、像高に関連する収差と開口数に関連する収差とがバランス良く補正されて良好な結像性能を有する投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を有する投影光学系を用いて、高解像で忠実な投影露光することができる。
【００３４】
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。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷに対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００３５】
本実施形態の露光装置は、図１に示すように、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光からなる露光光（露光ビーム）は、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒを照明する。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。
【００３６】
レチクルＲを通過した光は、液浸型の投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の縮小投影倍率でレチクルパターンを形成する。すなわち、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。
【００３７】
図２は、本実施形態の各実施例においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。本実施形態の各実施例では、図２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の静止露光領域ＥＲが設定されている。ここで、静止露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
【００３８】
したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、光軸ＡＸを中心として静止露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち静止照明領域）が形成されていることになる。レチクルＲはレチクルステージ２上においてＸＹ平面に平行に保持され、レチクルステージ２にはレチクルＲをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージ２は、レチクルステージ２上に設けられた移動鏡３を用いるレチクルレーザ干渉計４によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００３９】
レチクルステージ２は、レチクルステージ定盤５に対して走査方向（Ｙ方向）に移動可能である。レチクルステージ２は、たとえば気体軸受け（典型的にはエアパッド）を用いてレチクルステージ定盤５に対して浮上している。レチクルステージ２は、この気体軸受けのガイド面６よりも投影光学系ＰＬ側にレチクルＲが位置するようにレチクルＲを保持している。言い換えると、レチクルレーザ干渉計４からレチクルステージ２上の移動鏡３に向けられた干渉計ビームがレチクルステージ２のガイド面６よりも投影光学系ＰＬ側に位置する。
【００４０】
ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺステージ７上においてＸＹ平面に平行に固定されている。また、Ｚステージ７は、投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ８上に固定されており、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージ７は、Ｚステージ７上に設けられた移動鏡９を用いるウェハレーザ干渉計１０によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００４１】
また、ＸＹステージ８は、ベース１１上に載置されており、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系（不図示）は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系は、レチクルステージ２に組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージ２を微動させることによりレチクルＲの位置調整を行う。
【００４２】
また、主制御系は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系（不図示）に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりＺステージ７を駆動させることによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。更に、主制御系は、ウェハレーザ干渉計１０により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりＸＹステージ８を駆動させることによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。
【００４３】
露光時には、主制御系は、レチクルステージ２に組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージ２およびＸＹステージ８を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりＸＹステージ８を駆動させることによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
【００４４】
このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆動系およびウェハレーザ干渉計１０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、矩形状の静止露光領域および静止照明領域の短辺方向すなわちＹ方向（走査方向）に沿ってレチクルステージ２とＸＹステージ８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上には静止露光領域の長辺ＬＸ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領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００４５】
図３は、本実施形態の投影光学系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。本実施形態の第１実施例では、図３（ａ）に示すように、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路が、純水のような液体Ｌｍで満たされている。換言すれば、投影光学系ＰＬ中の屈折力を有する光学部材のうち最も像側（ウェハＷ側）に位置する光学部材である境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、所定の液体Ｌｍで満たされている。
【００４６】
一方、本実施形態の第２実施例では、図３（ｂ）に示すように、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を挿脱自在に配置し、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との間の光路が純水のような液体Ｌｍで満たされている。この場合、液体ＬｍがウェハＷに塗布されたフォトレジスト等による汚染を受けても、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に交換可能に介在する平行平面板（一般にはほぼ無屈折力の光学部材）Ｌｐの作用により、汚染された液体Ｌｍによる境界レンズＬｂの像側光学面の汚染を有効に防ぐことができる。
【００４７】
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（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。
【００４８】
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。一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、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。
【００４９】
本実施形態では、図１に示すように、給排水機構１２を用いて、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中において（第２実施例では境界レンズ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との間の光路中において）、液体Ｌｍとしての純水を循環させている。このように、浸液としての純水Ｌｍを微小流量で循環させることにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。また、露光光の熱吸収による収差変動を防ぐことができる。
【００５０】
本実施形態の各実施例において、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。
【００５１】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14＋・・・          （ａ）
【００５２】
［第１実施例］
図４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４を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、第１レンズ群Ｇ１、当該第１レンズ群Ｇ１の像側に隣接して配置された正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、当該第２レンズ群Ｇ２の像側に隣接して配置された負屈折力の第３レンズ群Ｇ３、当該第３レンズ群Ｇ３の像側に隣接して配置された正屈折力の第４レンズ群Ｇ４、当該第４レンズ群Ｇ４の像側に隣接して配置された開口絞りＡＳ、および当該開口絞りＡＳの像側に隣接して配置された正屈折力の第５レンズ群Ｇ５を備えている。
【００５３】
そして、第１レンズ群Ｇ１は、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１（第１レンズ）と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２（第１メニスカスレンズ）と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３（第２メニスカスレンズ）と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４（第３メニスカスレンズ）と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５（第４メニスカスレンズ）とを備えている。
【００５４】
また、第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６（第２レンズ）と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７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Ｌ８とを備えている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９（前方負レンズ）と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０（第３レンズ）と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１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Ｌ１２（後方負レンズ）とを備えている。
【００５５】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７とを備えている。そして、第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズＬ１８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１９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Ｌ２０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Ｌ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）とを備えている。また、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の光路中には、開口絞りＡＳが配置されている。
【００５６】
第１実施例では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路に、使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４３５８７６の屈折率を有する純水（Ｌｍ）が満たされている。また、すべての光透過部材（Ｐ１，Ｌ１〜Ｌ２２（Ｌｂ））が、使用光に対して１．５６０３２６の屈折率を有する石英（ＳｉＯ2）により形成されている。
【００５７】
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は投影倍率の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高）を、ＬＸは静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは静止露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。また、面番号は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。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。
【００５８】
表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／５
ＮＡ＝１．２
Ｂ＝１１．５ｍｍ
ＬＸ＝２２ｍｍ
ＬＹ＝６．７ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号      ｒ           ｄ            ｎ       光学部材
（レチクル面）    18.000
1          ∞           8.000       1.560326    （Ｐ１）
2          ∞          10.157
3      -289.036        12.000       1.560326    （Ｌ１）
4*      418.109        24.539
5      -142.063        46.000       1.560326    （Ｌ２）
6      -379.154        11.395
7*     -301.615        50.000       1.560326    （Ｌ３）
8      -268.436         9.991
9*     -360.774        57.000       1.560326    （Ｌ４）
10     -193.765         1.000
11     -955.213        58.000       1.560326    （Ｌ５）
12     -260.000         1.000
13      239.399        56.086       1.560326    （Ｌ６）
14      586.319         1.000
15      277.514        45.059       1.560326    （Ｌ７）
16      751.369         1.000
17      158.548        52.200       1.560326    （Ｌ８）
18*     203.300        23.358
19     8836.695        14.000       1.560326    （Ｌ９）
20       84.328        37.636
21      161.547        17.000       1.560326    （Ｌ１０）
22*     143.918        44.176
23     -109.833        12.000       1.560326    （Ｌ１１）
24*     147.291        33.877
25*    -278.731        17.398       1.560326    （Ｌ１２）
26   -10024.728        20.517
27*    -501.401        50.380       1.560326    （Ｌ１３）
28     -176.064         1.000
29     1583.941        41.018       1.560326    （Ｌ１４）
30     -532.558         1.000
31      611.973        40.000       1.560326    （Ｌ１５）
32    -6298.101         1.000
33      728.162        35.217       1.560326    （Ｌ１６）
34      361.302        14.555
35      534.727        60.000       1.560326    （Ｌ１７）
36    -1287.947        24.091
37        ∞           29.039                   （ＡＳ）
38      400.012        58.812       1.560326    （Ｌ１８）
39    -1300.388         1.000
40      177.735        57.358       1.560326    （Ｌ１９）
41      338.034         1.000
42      143.476        54.151       1.560326    （Ｌ２０）
43*     362.448         1.000
44       98.976        33.882       1.560326    （Ｌ２１）
45*     141.188         1.000
46      124.903        58.494       1.560326    （Ｌ２２：Ｌｂ）
47        ∞            3.000       1.435876    （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ4＝−１．６２５７１×１０-7   Ｃ6＝１．２５５１３×１０-11
Ｃ8＝−３．０７０２７×１０-16    Ｃ10＝７．６６９６３×１０-20
Ｃ12＝１．１４９６３×１０-24    Ｃ14＝−２．８８９２１×１０-29
７面
κ＝０
Ｃ4＝−６．１３０６２×１０-8   Ｃ6＝−１．３９４５２×１０-12
Ｃ8＝５．７８６６２×１０-17    Ｃ10＝２．８２７５３×１０-21
Ｃ12＝１．２０９９２×１０-26    Ｃ14＝１．８７４３１×１０-29
９面
κ＝０
Ｃ4＝−７．１００８８×１０-9   Ｃ6＝５．８６６４８×１０-13
Ｃ8＝−２．０６５２×１０-17    Ｃ10＝４．２７４４２×１０-23
Ｃ12＝２．１７６８２×１０-26    Ｃ14＝−３．６９７３７×１０-31
１８面
κ＝０
Ｃ4＝−６．７４７６４×１０-8   Ｃ6＝６．０３７８７×１０-14
Ｃ8＝４．３１０５７×１０-17    Ｃ10＝−３．１８５１２×１０-22
Ｃ12＝−９．０２１１８×１０-26    Ｃ14＝２．００９５３×１０-30
２２面
κ＝０
Ｃ4＝−２．５１７１２×１０-8   Ｃ6＝−８．２５９０６×１０-13
Ｃ8＝−３．６８５０５×１０-16    Ｃ10＝−８．４８５７２×１０-20
Ｃ12＝３．３０００８×１０-24    Ｃ14＝−２．３２５０５×１０-27
２４面
κ＝０
Ｃ4＝−２．１５６９３×１０-8   Ｃ6＝−１．０９７４４×１０-11
Ｃ8＝３．６６７９６×１０-16    Ｃ10＝６．３５６８２×１０-20
Ｃ12＝−８．７４９０１×１０-24    Ｃ14＝３．１８６９７×１０-28
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−５．３３５８８×１０-8   Ｃ6＝４．０４１４３×１０-12
Ｃ8＝１．１０６０６×１０-16    Ｃ10＝−５．３２９９×１０-21
Ｃ12＝９．３３８４０×１０-25    Ｃ14＝−６．９５３８９×１０-29
２７面
κ＝０
Ｃ4＝２．６３７２６×１０-8   Ｃ6＝−１．３４８７９×１０-12
Ｃ8＝−８．６９４０４×１０-18    Ｃ10＝４．２５０８４×１０-21
Ｃ12＝−２．３３０６２×１０-25    Ｃ14＝６．６９９０７×１０-30
４３面
κ＝０
Ｃ4＝３．９７３４２×１０-8   Ｃ6＝−６．４６４４１×１０-13
Ｃ8＝３．８２６０４×１０-17    Ｃ10＝−６．４０５３７×１０-22
Ｃ12＝９．３２０２０×１０-27    Ｃ14＝６．６２８２６×１０-31
４５面
κ＝０
Ｃ4＝４．２４４２３×１０-8   Ｃ6＝６．７５８４１×１０-12
Ｃ8＝−１．０２３０９×１０-16    Ｃ10＝５．０３１５４×１０-21
Ｃ12＝５．２２２４×１０-24    Ｃ14＝−５．１３１５８×１０-28
（条件式対応値）
Ｆ１＝６３２．７ｍｍ
Ｆ３＝−３７．６ｍｍ
Ｆ５＝１１３．１ｍｍ
Ｌ＝１２５０ｍｍ（レチクルＲからウェハＷまでの光軸に沿った長さ）
ＮＡ＝１．２
ＷＤ＝１８ｍｍ
ＦＡ＝３３１．２ｍｍ（両凸レンズＬ１８の物体側の面）
ＦＳ＝１２７．９ｍｍ（両凹レンズＬ１の物体側の面）
（１）Ｆ１／Ｌ  ＝０．５１
（２）Ｆ５／Ｆ３＝−０．３３
（３）ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＝０．０６５
（４）ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＝０．４６３
【００５９】
図５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は像高を示している。図５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＝１．２）および比較的大きな静止露光領域ＥＲ（２２ｍｍ×６．７ｍｍ）を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３０６ｎｍのエキシマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
［第２実施例］
図６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６を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、第１レンズ群Ｇ１、当該第１レンズ群Ｇ１の像側に隣接して配置された正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、当該第２レンズ群Ｇ２の像側に隣接して配置された負屈折力の第３レンズ群Ｇ３、当該第３レンズ群Ｇ３の像側に隣接して配置された正屈折力の第４レンズ群Ｇ４、当該第４レンズ群Ｇ４の像側に隣接して配置された開口絞りＡＳ、および当該開口絞りＡＳの像側に隣接して配置された正屈折力の第５レンズ群Ｇ５を備えている。
【００６１】
そして、第１レンズ群Ｇ１は、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１（第１レンズ）と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２（第１メニスカスレンズ）と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３（第２メニスカスレンズ）と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４（第３メニスカスレンズ）と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５(第４メニスカスレンズ)とを備えている。
【００６２】
また、第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６（第２レンズ）と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７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Ｌ８とを備えている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９（前方負レンズ）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Ｌ１０（第３レンズ）と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１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Ｌ１２（後方負レンズ）とを備えている。
【００６３】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７とを備えている。そして、第５レンズ群Ｇ５は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ１８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１９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Ｌ２０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Ｌ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）と、平行平面板Ｌｐとにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間の光路中には開口絞りＡＳが配置されている。
【００６４】
第２実施例では、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、使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４３５８７６の屈折率を有する純水（Ｌｍ）が満たされている。また、すべての光透過部材（Ｐ１，Ｌ１〜Ｌ２２（Ｌｂ），Ｌｐ）が、使用光に対して１．５６０３２６の屈折率を有する石英（ＳｉＯ2）により形成されている。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。
【００６５】
表（２）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／５
ＮＡ＝１．２
Ｂ＝１１．５ｍｍ
ＬＸ＝２２ｍｍ
ＬＹ＝６．７ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号      ｒ           ｄ            ｎ         光学部材
（レチクル面）    15.000
1          ∞           8.000       1.560326    （Ｐ１）
2          ∞           7.826
3       -291.264       12.000       1.560326    （Ｌ１）
4*       471.806       22.511
5       -146.492       45.212       1.560326    （Ｌ２）
6       -450.028       13.498
7*      -275.063       49.840       1.560326    （Ｌ３）
8       -215.611        4.860
9*      -229.335       57.000       1.560326    （Ｌ４）
10      -180.793        1.055
11     -1121.720       56.000       1.560326    （Ｌ５）
12      -265.851        1.000
13       297.211       57.623       1.560326    （Ｌ６）
14      2594.370        1.000
15       231.673       45.989       1.560326    （Ｌ７）
16       487.660        1.000
17       164.455       53.571       1.560326    （Ｌ８）
18*      175.730       22.795
19      1610.329       14.000       1.560326    （Ｌ９）
20        85.177       36.772
21       137.356       17.000       1.560326    （Ｌ１０）
22*      143.506       42.978
23      -113.461       12.000       1.560326    （Ｌ１１）
24*      139.013       37.518
25*     -227.880       15.000       1.560326    （Ｌ１２）
26     -2054.713       25.776
27*     -458.116       51.583       1.560326    （Ｌ１３）
28      -174.437        1.001
29      2001.966       41.797       1.560326    （Ｌ１４）
30      -496.626        1.008
31       700.529       40.327       1.560326    （Ｌ１５）
32     -1780.444        1.225
33       702.889       44.893       1.560326    （Ｌ１６）
34       353.567       23.285
35       513.879       60.000       1.560326    （Ｌ１７）
36     -2515.821       16.536
37         ∞          16.962                   （ＡＳ）
38       377.767       59.966       1.560326    （Ｌ１８）
39     -1475.223        1.039
40       187.464       52.966       1.560326    （Ｌ１９）
41       354.018        1.010
42       143.854       56.871       1.560326    （Ｌ２０）
43*      397.834        1.008
44       101.825       35.237       1.560326    （Ｌ２１）
45*      127.741        0.221
46       111.809       47.397       1.560326    （Ｌ２２：Ｌｂ）
47         ∞           1.000       1.435876    （Ｌｍ）
48         ∞          10.000       1.560326    （Ｌｐ）
49         ∞           2.000       1.435876    （Ｌｍ）
（ウェハ面）
（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ4＝−１．５１５０８×１０-7   Ｃ6＝１．２６５７１×１０-11
Ｃ8＝−１．２１５８７×１０-16    Ｃ10＝３．８３１０２×１０-20
Ｃ12＝９．１６０２２×１０-24    Ｃ14＝−５．１９１２４×１０-28
７面
κ＝０
Ｃ4＝−４．８５９２１×１０-8   Ｃ6＝−１．５８７６１×１０-12
Ｃ8＝５．９６７２６×１０-17    Ｃ10＝−１．３０３１×１０-21
Ｃ12＝３．４０５×１０-25    Ｃ14＝１．９２２６×１０-29
９面
κ＝０
Ｃ4＝−１．３８１７１×１０-8   Ｃ6＝７．４９００６×１０-13
Ｃ8＝−１．３２２０７×１０-17    Ｃ10＝１．０２４９×１０-21
Ｃ12＝−５．５４３９６×１０-26    Ｃ14＝１．９３８１６×１０-30
１８面
κ＝０
Ｃ4＝−８．４３８２９×１０-8   Ｃ6＝−４．７４２２１×１０-13
Ｃ8＝４．６６８７８×１０-17    Ｃ10＝１．４７０６×１０-21
Ｃ12＝−２．５３３２１×１０-25    Ｃ14＝６．４４３０９×１０-30
２２面
κ＝０
Ｃ4＝−４．０３５９２×１０-8   Ｃ6＝２．５３３９４×１０-13
Ｃ8＝−４．８１４５８×１０-16    Ｃ10＝−７．８３５８６×１０-20
Ｃ12＝２．６２９６６×１０-25    Ｃ14＝−１．４３４６２×１０-27
２４面
κ＝０
Ｃ4＝７．３２１８×１０-9   Ｃ6＝−１．６１８７９×１０-11
Ｃ8＝６．０４９７７×１０-16    Ｃ10＝９．０３８５９×１０-20
Ｃ12＝−１．４７７０５×１０-23    Ｃ14＝６．２９７９３×１０-28
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−７．４０３２８×１０-8   Ｃ6＝２．６８２８６×１０-12
Ｃ8＝９．６３０６９×１０-17    Ｃ10＝７．４０９５９×１０-21
Ｃ12＝−５．８５２８８×１０-25    Ｃ14＝１．８９７７５×１０-28
２７面
κ＝０
Ｃ4＝２．６５５４９×１０-8   Ｃ6＝−１．３０４３３×１０-12
Ｃ8＝−１．４２６３７×１０-17    Ｃ10＝３．８７９３２×１０-21
Ｃ12＝−１．９８４２９×１０-25    Ｃ14＝４．４９７７５×１０-30
４３面
κ＝０
Ｃ4＝４．２０３５９×１０-8   Ｃ6＝−８．５６９１９×１０-13
Ｃ8＝４．７２２２×１０-17    Ｃ10＝−１．０３５８４×１０-21
Ｃ12＝１．９５２０１×１０-26    Ｃ14＝５．５９７７４×１０-31
４５面
κ＝０
Ｃ4＝２．６７５１７×１０-8   Ｃ6＝７．９１４２７×１０-12
Ｃ8＝５．１９１４１×１０-17    Ｃ10＝−４．８５７８１×１０-20
Ｃ12＝１．４１５０５×１０-23    Ｃ14＝−１．５８９７４×１０-27
（条件式対応値）
Ｆ１＝８０９．６ｍｍ
Ｆ３＝−４０．０ｍｍ
Ｆ５＝１１２．９ｍｍ
Ｌ＝１２５０ｍｍ（レチクルＲからウェハＷまでの光軸に沿った長さ）
ＮＡ＝１．２
ＷＤ＝１５ｍｍ
ＦＡ＝３３１．１ｍｍ（両凸レンズＬ１８の物体側の面）
ＦＳ＝１２５．４ｍｍ（両凹レンズＬ１の物体側の面）
（１）Ｆ１／Ｌ  ＝０．６５
（２）Ｆ５／Ｆ３＝−０．３５
（３）ＮＡ×ＷＤ／ＦＡ＝０．０５４
（４）ＮＡ×ＦＳ／ＦＡ＝０．４５４
【００６６】
図７は、第２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は像高を示している。図７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＝１．２）および比較的大きな静止露光領域ＥＲ（２２ｍｍ×６．７ｍｍ）を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３０６ｎｍのエキシマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６７】
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、１．２の高い像側開口数を確保するとともに、２２ｍｍ×６．７ｍｍの矩形形状の実効露光領域（静止露光領域）ＥＲを確保することができ、たとえば２２ｍｍ×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。
【００６８】
ところで、各実施例では、投影光学系ＰＬの物体側の作動距離ＷＤが通常の露光装置における構成よりも小さく設定されている。具体的に、第１実施例では投影光学系ＰＬの物体側の作動距離ＷＤが１８ｍｍであり、第２実施例では投影光学系ＰＬの物体側の作動距離ＷＤが１５ｍｍである。そこで、本実施形態では、レチクルステージ２側の機構と投影光学系ＰＬ側の機構との間の機械的な干渉を回避するために、図１に示すような掘り込み式のレチクルステージ機構を採用している。
【００６９】
本実施形態の掘り込み式のレチクルステージ機構は、レチクル（マスク）Ｒを保持し且つ移動させるレチクルステージ２と、ガイド面６を介してレチクルステージ２を移動可能に載置するレチクルステージ定盤５と、レチクルステージ２の位置を測定するためにレチクルステージ２に向けて測定ビームを照射する干渉計４とを備え、干渉計４はガイド面６よりも投影光学系ＰＬ側に測定ビームを照射するように構成されている。言い換えると、本実施形態のレチクルステージ機構は、搭載されるレチクルのパターン面を含む平面で空間を分割した際に、投影光学系ＰＬが属する空間とは反対側の空間にレチクルステージ２を移動させるためのガイド面６が配置されるものである。なお、掘り込み式のレチクルステージ（マスクステージ）機構のさらに詳細な構成および作用については、たとえば国際公開第ＷＯ９９／６６５４２号を参照することができる。ただし、掘り込み式のレチクルステージ機構に限定されることなく、たとえば特表平１１−５０４７７０号公報に開示された吊り下げ式のレチクルステージ機構を採用することにより、レチクルステージ２側の機構と投影光学系ＰＬ側の機構との間の機械的な干渉を回避することもできる。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、液体として純水を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＨ+，Ｃｓ+，Ｋ+、Ｃｌ-，ＳＯ42-，ＰＯ42-を入れた水、イソプロパノール，グリセロール、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどを用いることができる。
【００７１】
また、上述の実施形態では、通常の透過型マスク（光透過性基板上に所定の遮光パターンや位相パターンを形成したもの）を用いているが、これに限定されることなく、可変パターンジェネレータ（プログラム可能ＬＣＤアレイ（米国特許第５，２２９，８７２号を参照）、ＤＭＤ等のプログラム可能ミラーアレイ（米国特許第５，２９６，８９１号および米国特許第５，５２３，１９３号を参照）、マトリックス状（アレイ状）発光点を持つ自己発光型マスク）を用いることができる。このような可変パターンジェネレータは、アドレス指定された領域のみ光を通過させる／反射させる／発光させるマトリックスアドレス可能面を持ち、ビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになっている。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行われる。このような可変パターンジェネレータをマスク（レチクル）として用いる場合には、可変パターンジェネレータのマトリックスアドレス可能面（パターン面）を投影光学系に近接させることが容易になる。
【００７２】
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８のフローチャートを参照して説明する。
【００７３】
先ず、図８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００７４】
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。
【００７５】
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９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９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。
【００７６】
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。
【００７７】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００７８】
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。ただし、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いることになる。
【００７９】
また、上述の実施形態では、露光装置に搭載される液浸型の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、他の一般的な液浸型の投影光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、屈折型の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、例えば反射屈折型の投影光学系に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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】本実施形態の各実施例においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態の投影光学系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】第１実施例における横収差を示す図である。
【図６】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】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】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９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
Ｒ  レチクル
ＰＬ  投影光学系
Ｌｂ  境界レンズ
Ｌｐ  平行平面板
Ｌｍ  純水（液体）
Ｗ  ウェハ
１  照明光学系
２  レチクルステージ
３，９  移動鏡
４，１０  レーザ干渉計
５  レチクルステージ定盤
６  ガイド面
７  Ｚステージ
８  ＸＹステージ
１１  ベース
１２  給排水機構
【図１】
2006163369.tif 000003
【図２】
2006163369.tif 000004
【図３】
2006163369.tif 000005
【図４】
2006163369.tif 000006
【図５】
2006163369.tif 000007
【図６】
2006163369.tif 000008
【図７】
2006163369.tif 000009
【図８】
2006163369.tif 000010
【図９】
2006163369.tif 000011