(57)【要約】固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する投影光学系。第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）上に形成する投影光学系。投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成されている。第１面上の１点から出た光束が結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７の条件式を満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されている。
2003036361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶で形成された結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
少なくとも１つの反射鏡を含むことを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記往復光学系は、前記結晶で形成された第１負レンズＬ２１と、前記結晶で形成されて前記第１負レンズＬ２１と前記凹面反射鏡との間の光路中に配置された第２負レンズＬ２２とを有し、
前記第１負レンズＬ２１の中心厚をＤ２１とし、前記第２負レンズＬ２２の中心厚をＤ２２とするとき、
１．２＜Ｄ２１／Ｄ２２＜２．０
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の投影光学系において、
前記第１負レンズＬ２１と前記第２負レンズＬ２２とは、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致し、他の結晶軸が前記光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】
請求の範囲第５項に記載の投影光学系において、
前記第１負レンズＬ２１と前記第２負レンズＬ２２とは、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致し、他の結晶軸が前記光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項８】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、ある特定の結晶軸の設定方向が実質的に異なる２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に直線状の光軸に沿って配置された第３レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光路中に前記第１面の一次中間像が形成されるように構成され、
前記第１レンズ群は、前記結晶で形成された少なくとも２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致し、且つ他の結晶軸が前記光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置された一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】
請求の範囲第８項乃至第１０項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致し、且つ他の結晶軸が前記光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置された一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸とほぼ一致する結晶軸が互いに異なる一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
非回転対称な非球面形状を有する少なくとも１つの光学面が設けられていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１４】
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の範囲第１項乃至第１３項のいずれか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１５】
前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれか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の像を前記第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。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、特に半導体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り、特に反射屈折型の投影光学系に関するものである。
背景技術
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像力の高い投影光学系が要求されてきている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化するとともに、ＮＡ（投影光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学ガラスの種類が限られてくる。
たとえば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光、特にＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）を露光光として用いる場合、投影光学系を構成する光透過性光学材料としては、フッ化カルシウム（蛍石：ＣａＦ２）やフッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物結晶を多用せざるを得ない。実際には、露光光としてＦ２レーザ光を用いる露光装置では、基本的に蛍石だけで投影光学系を形成する設計が想定されている。蛍石は、立方晶系に属する結晶であり、光学的には等方的で、複屈折が実質的にないと思われていた。また、従来の可視光域の実験では、蛍石について小さい複屈折（内部応力起因のランダムなもの）しか観測されていなかった。
しかしながら、２００１年５月１５日に開かれたリソグラフィに関するシンポジュウム（２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  １５７ｎｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）おいて、米国ＮＩＳＴのＪｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔらにより、蛍石には固有複屈折（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が存在することを実験および理論の両面から確認したことが発表された。
この発表によれば、蛍石の複屈折は、結晶軸［１１１］方向およびこれと等価な結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向、並びに結晶軸［１００］方向およびこれと等価な結晶軸［０１０］，［００１］方向ではほぼ零であるが、その他の方向では実質的に零でない値を有する。特に、結晶軸［１１０］，［−１１０］，［１０１］，［−１０１］，［０１１］，［０１−１］の６方向では、波長１５７ｎｍに対して最大で６．５ｎｍ／ｃｍ、波長１９３ｎｍに対して最大で３．６ｎｍ／ｃｍの複屈折の値を有する。
これらの複屈折の値はランダムな複屈折の許容値とされる１ｎｍ／ｃｍよりも実質的に大きい値であり、しかもランダムでない分だけ複数のレンズを通して複屈折の影響が蓄積する可能性がある。従来技術では、投影光学系の設計において蛍石の複屈折性を考慮していないので、加工の容易さなどの観点から結晶軸［１１１］と光軸とを一致させるのが一般的である。この場合、投影光学系では、ＮＡ（開口数）が比較的大きいため、結晶軸［１１１］からある程度傾いた光線もレンズを通過するので、複屈折の影響により結像性能が悪化する可能性がある。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学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、本発明では、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、高解像で高精度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。
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第２発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第３発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶で形成された結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第１乃至第３発明の投影光学系は、少なくとも１つの反射鏡を含むことが好ましい。
本発明の第４発明では、複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記往復光学系は、前記結晶で形成された第１負レンズＬ２１と、前記結晶で形成されて前記第１負レンズＬ２１と前記凹面反射鏡との間の光路中に配置された第２負レンズＬ２２とを有し、
前記第１負レンズＬ２１の中心厚をＤ２１とし、前記第２負レンズＬ２２の中心厚をＤ２２とするとき、
１．２＜Ｄ２１／Ｄ２２＜２．０
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第５発明では、複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、ある特定の結晶軸の設定方向が実質的に異なる２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第６発明では、複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に直線状の光軸に沿って配置された第３レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光路中に前記第１面の一次中間像が形成されるように構成され、
前記第１レンズ群は、前記結晶で形成された少なくとも２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第７発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第８発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第９発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶で形成された結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第１０発明では、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発明〜第９発明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。
本発明の第１１発明では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、第１発明〜第９発明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の像を前記第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。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、蛍石の結晶軸方位について説明する図である。第１図を参照すると、蛍石の結晶軸は、立方晶系のＸＹＺ座標系に基づいて規定される。すなわち、＋Ｘ軸に沿って結晶軸［１００］が、＋Ｙ軸に沿って結晶軸［０１０］が、＋Ｚ軸に沿って結晶軸［００１］がそれぞれ規定される。
また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［１０１］が、ＸＹ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１０］が、ＹＺ平面において結晶軸［０１０］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］がそれぞれ規定される。さらに、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸に対して等しい鋭角をなす方向に結晶軸［１１１］が規定される。
なお、第１図では、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋Ｚ軸で規定される空間における結晶軸のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。前述したように、蛍石では、第１図中実線で示す結晶軸［１１１］方向、およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向では、複屈折がほぼ零（最小）である。
同様に、第１図中実線で示す結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］方向においても、複屈折がほぼ零（最小）である。一方、第１図中破線で示す結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］，およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１０］，［−１０１］，［０１−１］方向では、複屈折が最大である。
ところで、Ｂｕｒｎｅｔｔらは前述の発表において、複屈折の影響を低減する手法を開示している。第２Ａ図〜第２Ｃ図は、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法を説明する図であって、光線の入射角（光線と光軸とのなす角度）に対する複屈折率の分布を示している。第２Ａ図〜第２Ｃ図では、図中破線で示す５つの同心円が１目盛り１０度を表している。したがって、最も内側の円が光軸に対して入射角１０度の領域を、最も外側の円が光軸に対して入射角５０度の領域を表している。
また、黒丸は比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域を、白丸は比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域を表している。一方、太い円および長い両矢印は複屈折のある領域における比較的大きな屈折率の方向を、細い円および短い両矢印は複屈折のある領域における比較的小さな屈折率の方向を表している。以降の第３Ａ図〜第３Ｃ図においても、上述の表記は同様である。
Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法では、一対の蛍石レンズ（蛍石で形成されたレンズ）の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。したがって、一方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は第２Ａ図に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は第２Ｂ図に示すようになる。その結果、一対の蛍石レンズ全体における複屈折率の分布は、第２Ｃ図に示すようになる。
この場合、第２Ａ図および第２Ｂ図を参照すると、光軸と一致している結晶軸［１１１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域は、周方向の偏光に対する屈折率が比較的小さく径方向の偏光に対する屈折率が比較的大きい複屈折領域となる。このように、個々の蛍石レンズでは、光軸から３５．２６度（結晶軸［１１１］と結晶軸［１１０］とのなす角度）の領域において、複屈折の影響を最大に受けることがわかる。
一方、第２Ｃ図を参照すると、一対の蛍石レンズを６０度だけ相対的に回転させることにより、一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］の影響が薄められることがわかる。そして、光軸から３５．２６度の領域において、径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が小さい複屈折領域が残ることになる。換言すれば、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法を用いることにより、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
また、本発明の手法では、一対の蛍石レンズ（一般には蛍石で形成された透過部材）の光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、結晶軸［０１０］，［００１］である。
第３Ａ図〜第３Ｃ図は、本発明の手法を説明する図であって、光線の入射角（光線と光軸とのなす角度）に対する複屈折率の分布を示している。本発明の手法では、一方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は第３Ａ図に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は第３Ｂ図に示すようになる。その結果、一対の蛍石レンズ全体における複屈折率の分布は、第３Ｃ図に示すようになる。
第３Ａ図および第３Ｂ図を参照すると、本発明の手法では、光軸と一致している結晶軸［１００］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１１１］，［１−１１］，［−１１−１］，［１１−１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域は、周方向の偏光に対する屈折率が比較的大きく径方向の偏光に対する屈折率が比較的小さい複屈折領域となる。このように、個々の蛍石レンズでは、光軸から４５度（結晶軸［１００］と結晶軸［１０１］とのなす角度）の領域において、複屈折率の影響を最大に受けることがわかる。
一方、第３Ｃ図を参照すると、一対の蛍石レンズを４５度だけ相対的に回転させることにより、一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］の影響がかなり薄められ、光軸から４５度の領域において径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が大きい複屈折領域が残ることになる。換言すれば、本発明の手法を用いることにより、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
なお、本発明の手法において、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
また、第３Ａ図および第３Ｂ図からも明らかな通り、結晶軸［１００］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が９０度の周期で現れる。したがって、本発明の手法において、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
一方、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法において、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
また、第２Ａ図および第２Ｂ図からも明らかな通り、結晶軸［１１１］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１２０度の周期で現れる。したがって、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法において、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
上述の説明の通り、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを６０度だけ相対的に回転させることにより、あるいは一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを４５度だけ相対的に回転させることにより、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
ここで、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転させたときに残存する回転対称な分布と、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させたときに残存する回転対称な分布とは逆向きである。換言すれば、光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転させた一対の蛍石レンズ（以下、「結晶軸［１１１］のペアレンズ」という）における進相軸と、結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させた一対の蛍石レンズ（以下、「結晶軸［１００］のペアレンズ」という）における進相軸とは直交する。なお、試料に複屈折が存在する場合、屈折率の差により当該試料を通過する振動面（偏光面）の直交した２つの直線偏光の光の位相が変化する。すなわち一方の偏光に対して他方の偏光の位相が進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅相軸と呼ぶ。
したがって、結晶軸［１１１］のペアレンズと結晶軸［１００］のペアレンズとを組み合わせることにより、残存する回転対称な分布をも小さく抑えることができる。前述したように、たとえば露光光としてＦ２レーザ光を用いる露光装置では、多数の蛍石レンズを用いて投影光学系を構成することになるので、蛍石の複屈折の影響をできるだけ低減するには、結晶軸［１１１］のペアレンズと結晶軸［１００］のペアレンズとを組み合わせて用いることが必須である。
現在のところ、光軸と結晶軸［１００］とが一致する大口径レンズを製造することが困難である。したがって、光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成は、小口径レンズに対して採用することが必要である。換言すれば、投影光学系の場合、物体面または像面（最終像面および中間像面）の近傍に配置された比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用し、瞳面の近傍に配置された比較的口径の大きいレンズ群に光軸と結晶軸［１１１］とを一致させる構成を採用することが望ましい。
さらに、結晶軸［１１１］のペアレンズおよび結晶軸［１００］のペアレンズにおいて、軸上物点（光軸上の物点）から出た光に対して複屈折の影響は回転対称になるが、軸外物点（光軸から離れた物点）から出た光に対して複屈折の影響は回転対称にならない。特に、結晶軸［１１１］のペアレンズを使用する場合、奇数回回転対称な奇数θ成分（たとえば３回回転対称な３θ成分）が発生し易い。これに対し、結晶軸［１００］のペアレンズを使用する場合、偶数回回転対称な偶数θ成分（たとえば４回回転対称な４θ成分）が発生し易い。
一般に、リソグラフィでは、偶数θ成分よりも奇数θ成分の方がレジスト像に悪影響を及ぼすことが知られている。したがって、物体面または像面の近傍において結晶軸［１１１］のペアレンズを使用すると、発生する奇数θ成分に起因して像面内（露光装置では露光エリア内）での結像性能のばらつきが大きくなる。一方、物体面または像面の近傍において結晶軸［１００］のペアレンズを使用すると、偶数θ成分は発生するが、発生する偶数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。さらに、投影光学系の瞳面の近傍であれば、結晶軸［１１１］のペアレンズを使用しても結晶軸［１００］のペアレンズを使用しても、発生する奇数θ成分や偶数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
第１発明〜第４発明では、投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が、たとえば蛍石のような立方晶系に属する結晶で形成されている。そして、第１発明では、次の条件式（１）を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材（結晶で形成された透過部材）の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されている。
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７    （１）
ここで、Ｅｎは、結晶透過部材の有効直径（すなわち露光装置の場合には露光エリア全体から出た光束が結晶透過部材の各面に入射したときの光束に外接する円の直径）である。また、Ｐｎは、物体面（第１面）上の１点から出た光束が結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径（以下、「部分径」という）である。したがって、条件式（１）を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材は、物体面または像面（第２面および中間像面）の近傍に配置されている結晶透過部材に他ならない。
こうして、第１発明では、物体面または像面の近傍に配置されている結晶透過部材のうちある程度の部分（７０％以上）の結晶透過部材において、その光軸と結晶軸［１００］とをほぼ一致させていることになる。したがって、第１発明では、物体面または像面の近傍に配置された比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用しているので、大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍において結晶軸［１００］のペアレンズを使用することができるので、前述したように偶数θ成分は発生するが、発生する偶数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
その結果、第１発明の投影光学系では、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。なお、第１発明において当該結晶透過部材が物体面または像面の近傍に配置されていることをさらに厳密に限定するには、条件式（１）の上限値を０．６に設定することが好ましい。
一方、第２発明では、次の条件式（２）を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されている。
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９    （２）
したがって、条件式（２）を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材は、投影光学系の瞳面の近傍に配置されている結晶透過部材に他ならない。こうして、第２発明では、瞳面の近傍に配置されている結晶透過部材のうちある程度の部分（６０％以上）の結晶透過部材において、その光軸と結晶軸［１１１］とをほぼ一致させていることになる。したがって、第２発明では、瞳面の近傍に配置された比較的口径の大きいレンズ群に光軸と結晶軸［１１１］とを一致させる構成を採用しているので、ひいては比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用することになり、結果として大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍においてではなく、瞳面の近傍において結晶軸［１１１］のペアレンズを使用するので、前述したように奇数θ成分は発生するが、発生する奇数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
その結果、第２発明の投影光学系においても、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。なお、第２発明において結晶透過部材が瞳面の近傍に配置されていることをさらに厳密に限定するには、条件式（２）の下限値を０．９４に設定することが好ましい。
第３発明では、結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有する。前述したように、たとえば露光光としてＦ２レーザ光を用いる露光装置では、多数の蛍石レンズを用いて投影光学系を構成することになるので、蛍石の複屈折の影響をできるだけ低減するには、１組または複数組の結晶軸［１００］のペアレンズを用いることが必須である。また、前述したように、結晶軸［１００］のペアレンズを大口径レンズに適用することは製造上の観点から困難である。
第３発明では、全体の２０％以上の相当数の結晶透過部材に対して、しかも２５０ｍｍ以下の有効直径を有する比較的小口径の結晶透過部材に対して、結晶軸［１００］のペアレンズを適用することができるので、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。
第４発明では、第１面から光の入射する順に、第１レンズ群と、第１反射面と、凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、第２反射面と、第３レンズ群とを備えている。また、往復光学系は、第１面から光の入射する順に、結晶で形成された第１負レンズＬ２１と、結晶で形成された第２負レンズＬ２２とを有する。
このように、反射屈折型の投影光学系では、色収差補正と像面湾曲補正（ペッツバール和の補正）とを目的とした一対の負レンズが凹面反射鏡の近傍に配置される。しかしながら、収差補正の目的のために、この一対の負レンズを通過する光線の光軸に対する角度は比較的大きく、さらにこの一対の負レンズが往復光学系を構成するため、この一対の負レンズによる複屈折の影響は大きくなり易い。このとき、複屈折の影響をできるだけ低減するには、第１負レンズＬ２１と第２負レンズＬ２２とで、結晶軸［１００］のペアレンズまたは結晶軸［１１１］のペアレンズを構成することが必要である。
以上の観点より、第４発明では、第１負レンズＬ２１および第２負レンズＬ２２が次の条件式（３）を満足する。なお、条件式（３）において、Ｄ２１は第１負レンズＬ２１の中心厚であり、Ｄ２２は第２負レンズＬ２２の中心厚である。
１．２＜Ｄ２１／Ｄ２２＜２．０    （３）
一般に、２つのレンズで結晶軸［１００］のペアレンズまたは結晶軸［１１１］のペアレンズを構成する場合、２つのレンズの中心厚が互いにほぼ等しいことが必要である。しかしながら、第１負レンズＬ２１の負屈折力により、第１負レンズＬ２１を通過する光線の光軸に対する角度よりも第２負レンズＬ２２を通過する光線の光軸に対する角度の方が大きくなるので、第２負レンズＬ２２の中心厚Ｄ２２よりも第１負レンズＬ２１の中心厚Ｄ２１の方を大きく設定することが必要になる。
こうして、第４発明では、第１負レンズＬ２１の中心厚Ｄ２１と第２負レンズＬ２２の中心厚Ｄ２２との関係を規定している条件式（３）を満足することにより、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。なお、第４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１．９に設定し、その下限値を１．３に設定することが好ましい。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第４図は、本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、第４図において、ウエハＷの法線方向にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第４図の紙面に平行にＹ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第４図の紙面に垂直にＸ軸を設定している。本実施形態では、反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の投影露光装置に本発明を適用している。
第４図を参照すると、本実施形態の露光装置は、第１面に配置されるレチクル（マスク）Ｒを照明するための照明装置５１を備えている。照明装置５１は、たとえば１５７ｎｍの波長光を供給するＦ２レーザーを有する光源、この光源からの光により所定形状（円形状、輪帯状、二極状、四極状など）の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ、レチクルＲ上での照射範囲を規定するための照明視野絞りなどを有し、レチクルＲ上の照明領域をほぼ均一な照度分布のもとで照明する。
ここで、照明装置５１内の照明光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。レチクルＲはレチクルステージ５３上に載置されており、レチクルＲおよびレチクルステージ５３はケーシング５２によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング５２の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。
照明装置５１により照明されたレチクルＲからの光は、反射屈折型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのウエハＷへ導かれ、ウエハＷ上の露光領域内にレチクルＲのパターン像を形成する。投影光学系ＰＬは、鉛直方向に沿った第１光軸ＡＸ１と、これに交差する第２光軸ＡＸ２とを有する。投影光学系ＰＬ内の投影光路も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態ではヘリウムでパージしている。
ウエハＷは、その表面が投影光学系ＰＬの像面としての第２面に位置決めされるようにウエハステージ６１上に載置されており、ウエハＷおよびウエハステージ６１はケーシング６２によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング６２の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。そして、レチクルステージ５３とウエハステージ６１とを投影光学系ＰＬの倍率に応じた速度比で投影光学系ＰＬに対して走査方向であるＹ方向に沿って相対的に移動させつつ、レチクルＲを照明することにより、ウエハＷ上の露光領域内にレチクルＲ上のパターンが転写される。
第５図は、ウエハ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。第５図に示すように、本実施形態では、光軸ＡＸ１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ＡＸ１から−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定されている。ここで、実効露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸ（Ｅｗ）であり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
換言すると、本実施形態では、ウエハＷにおいて、光軸ＡＸ１から−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定され、光軸ＡＸ１を中心として実効露光領域ＥＲを包括するように円形状のイメージサークルＩＦの半径Ｂが規定されている。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ＡＸ１から−Ｙ方向に軸外し量Ａに対応する距離だけ離れた位置に実効露光領域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（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
以下、具体的な数値に基づく実施例を説明する。各実施例において、投影光学系を構成するすべての透過部材（屈折光学部材：レンズ成分）には蛍石（ＣａＦ２結晶）を使用している。また、露光光であるＦ２レーザー光の発振中心波長は１５７．６ｎｍであり、１５７．６ｎｍ付近においてＣａＦ２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、１５７．６ｎｍ付近において、ＣａＦ２の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、２．６×１０−６／ｐｍである。
したがって、各実施例において、中心波長１５７．６ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０６６６であり、１５７．６ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６０１ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０４０６であり、１５７．６ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．５９９ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０９２６である。
また、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）
［第１実施例］
第６図は、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。なお、第１実施例では、波長幅が１５７．６ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された反射屈折型の投影光学系に本発明を適用している。
第１実施例の投影光学系ＰＬは、第６図に示すように、第１面に配置されたレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系（第１レンズ群）Ｇ１と、凹面反射鏡ＣＭと２つの負レンズＬ２１，Ｌ２２とから構成されて第２中間像（第１中間像のほぼ等倍像であってレチクルパターンの２次像）を形成するための第２結像光学系（第２レンズ群）Ｇ２と、第２中間像からの光に基づいて第２面に配置されたウエハＷ上にレチクルパターンの最終像（レチクルパターンの縮小像）を形成するための屈折型の第３結像光学系（第３レンズ群）Ｇ３とから構成されている。
なお、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において第１中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向するための第１光路折り曲げ鏡ＦＭ１が配置されている。また、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において第２中間像の形成位置の近傍には、第２結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２が配置されている。第１中間像および第２中間像は、第１光路折り曲げ鏡ＦＭ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中および第２結像光学系Ｇ２と第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２との間の光路中にそれぞれ形成される。
また、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３はともに、直線状に延びた単一の光軸すなわち基準光軸ＡＸ１を有する。基準光軸ＡＸ１は、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って位置決めされている。その結果、レチクルＲおよびウエハＷは、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行に配置されている。加えて、第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズも、基準光軸ＡＸ１上において水平面に沿って配置されている。
一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸ１と直交するように設定されている。さらに、第１光路折り曲げ鏡ＦＭ１および第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２はともに平面状の反射面（第１反射面および第２反射面）を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡ＦＭ）として一体的に構成されている。この２つの反射面の交線（厳密にはその仮想延長面の交線）が第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ１および第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２と一点で交わるように設定されている。
第１実施例の投影光学系では、屈折光学系である第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差および正値のペッツバール和を、第２結像光学系Ｇ２の凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズＬ２１，Ｌ２２により補償している。また、第２結像光学系Ｇ２がほぼ等倍の結像倍率を有する構成により、第１中間像の近傍に第２中間像を形成することが可能となっている。
第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ１１と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９とから構成されている。
また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レチクル側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、両凸レンズＬ３１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３６と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ３７と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３１１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１２と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１３とから構成されている。
次の第１表に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。第１表の主要諸元において、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（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸ（Ｅｗ）は実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域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、第１表の光学部材諸元において、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）であるウエ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、（Ｃ・Ｄ）は各蛍石レンズにおいてその光軸と一致する結晶軸Ｃおよびその他の特定結晶軸の角度位置Ｄを、Ｅｎは蛍石レンズの各面の有効直径（ｍｍ）を、Ｐｎは部分径（すなわち物体面上の１点から出た光束が各面に入射するときの光束の直径：ｍｍ）をそれぞれ示している。
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光路折り曲げ鏡ＦＭ１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２の反射面から像面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、第１結像光学系Ｇ１では、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。一方、第３結像光学系Ｇ３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
また、角度位置Ｄは、結晶軸Ｃが結晶軸［１１１］であるとき、たとえば結晶軸［−１１１］の基準方位に対する角度であり、結晶軸Ｃが結晶軸［１００］であるとき、たとえば結晶軸［０１０］の基準方位に対する角度である。ここで、基準方位とは、たとえばレチクル面において光軸ＡＸ１を通るように任意に設定された方位に対して光学的に対応するように定義されるものである。具体的には、レチクル面において＋Ｙ方向に基準方位を設定した場合、第１結像光学系Ｇ１における基準方位は＋Ｙ方向であり、第２結像光学系Ｇ２における基準方位は＋Ｚ方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）であり、第３結像光学系Ｇ３における基準方位は−Ｙ方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）である。
したがって、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に対して４５度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）の蛍石レンズとは、結晶軸［１００］のレンズペアを構成していることになる。
また、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に対して６０度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）の蛍石レンズとは、結晶軸［１１１］のレンズペアを構成していることになる。
なお、上述の角度位置Ｄの説明において、基準方位の設定はすべてのレンズに対して共通である必要はなく、たとえば各レンズペアの単位で共通であればよい。また、基準方位に対する角度計測の対象となる特定結晶軸は、結晶軸［１００］のレンズペアの場合に結晶軸［０１０］に限定されることなく、結晶軸［１１１］のレンズペアの場合に結晶軸［−１１１］に限定されることなく、たとえば各レンズペアの単位で適当に設定可能である。
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第７図は、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１５７．６ｎｍを、破線は１５７．６ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６０１ｎｍを、一点鎖線は１５７．６ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．５９９ｎｍをそれぞれ示している。収差図から明らかなように、第１実施例では、波長幅が１５７．６ｎｍ±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。
［第２実施例］
第８図は、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。なお、第２実施例においても、波長幅が１５７．６ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された反射屈折型の投影光学系に本発明を適用している。
第２実施例の投影光学系ＰＬは、第８図に示すように、２つのレンズＬ１１およびＬ１２からなる第１レンズ群Ｇ１１と、凹面反射鏡ＣＭと３つのレンズＬ２０〜Ｌ２２とからなる第２レンズ群Ｇ１２と、１３個のレンズＬ３１〜Ｌ３１３からなる第３レンズ群Ｇ１３とから構成されている。ここで、第１レンズ群Ｇ１１と第２レンズ群Ｇ１２とは、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結像光学系を構成している。また、第３レンズ群Ｇ１３は、中間像からの光に基づいて第２面に配置されたウエハＷ上にレチクルパターンの最終像（レチクルパターンの縮小像）を形成するための結像光学系を構成している。
なお、第１レンズ群Ｇ１１と第２レンズ群Ｇ１２との間の光路中には、第１レンズ群Ｇ１１からの光を第２レンズ群Ｇ１２に向かって偏向するための第１光路折り曲げ鏡ＦＭ１が配置されている。また、第２レンズ群Ｇ１２と第３レンズ群Ｇ１３との間の光路中において中間像の形成位置の近傍には、第２レンズ群Ｇ１２からの光を第３レンズ群Ｇ１３に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２が配置されている。中間像は、第２レンズ群Ｇ１２と第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２との間の光路中に形成される。
また、第１レンズ群Ｇ１１は直線状に延びた単一の光軸すなわち基準光軸ＡＸ１を有し、第３レンズ群Ｇ１３は直線状に延びた単一の光軸すなわち基準光軸ＡＸ３を有する。基準光軸ＡＸ１と基準光軸ＡＸ３とは互いに平行であり、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って位置決めされている。その結果、レチクルＲおよびウエハＷは、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行に配置されている。加えて、第１レンズ群Ｇ１１を構成するすべてのレンズは基準光軸ＡＸ１上において水平面に沿って配置されており、第３レンズ群Ｇ１３を構成するすべてのレンズは基準光軸ＡＸ３上において水平面に沿って配置されている。
一方、第２レンズ群Ｇ１２も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は直角と実質的に異なる所定の角度で基準光軸ＡＸ１（基準光軸ＡＸ３）と交差するように設定されている。さらに、第１光路折り曲げ鏡ＦＭ１および第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２はともに平面状の反射面（第１反射面および第２反射面）を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡ＦＭ）として一体的に構成されている。第２実施例の投影光学系では、屈折光学系である第１レンズ群Ｇ１１および第３レンズ群Ｇ１３で生じる色収差および正値のペッツバール和を、第２レンズ群Ｇ１２の凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズＬ２１，Ｌ２２により補償している。
第１レンズ群Ｇ１１は、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Ｌ１１と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２とから構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ１２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）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Ｌ２０と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
さらに、第３レンズ群Ｇ１３は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、両凸レンズＬ３１と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、レチクル側に非球面状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、ウエハ側に非球面状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、両凸レンズＬ３６と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３７と、開口絞りＡＳと、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に非球面状の凸面を向けた両凸レンズＬ３９と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３１０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１１と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１２と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１３とから構成されている。
次の第２表に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。第２表の主要諸元において、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（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸ（Ｅｗ）は実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域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、第２表の光学部材諸元において、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）であるウエ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、（Ｃ・Ｄ）は各蛍石レンズにおいてその光軸と一致する結晶軸Ｃおよびその他の特定結晶軸の角度位置Ｄを、Ｅｎは蛍石レンズの各面の有効直径（ｍｍ）を、Ｐｎは部分径（すなわち物体面上の１点から出た光束が各面に入射するときの光束の直径：ｍｍ）をそれぞれ示している。
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光路折り曲げ鏡ＦＭ１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡ＦＭ２の反射面から像面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、第１レンズ群Ｇ１１では、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。一方、第３レンズ群Ｇ１３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２レンズ群Ｇ１２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
また、角度位置Ｄは、結晶軸Ｃが結晶軸［１１１］であるとき、たとえば結晶軸［−１１１］の基準方位に対する角度であり、結晶軸Ｃが結晶軸［１００］であるとき、たとえば結晶軸［０１０］の基準方位に対する角度である。ここで、基準方位とは、たとえばレチクル面において光軸ＡＸ１を通るように任意に設定された方位に対して光学的に対応するように定義されるものである。具体的には、レチクル面において＋Ｙ方向に基準方位を設定した場合、第１レンズ群Ｇ１１における基準方位は＋Ｙ方向であり、第２レンズ群Ｇ１２における基準方位はＹＺ平面内で第２レンズ群Ｇ１２の光軸に垂直な方向であって＋Ｚ側に向けられた方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）であり、第３レンズ群Ｇ１３における基準方位は−Ｙ方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）である。
したがって、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に対して４５度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）の蛍石レンズとは、結晶軸［１００］のレンズペアを構成していることになる。
また、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に対して６０度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）の蛍石レンズとは、結晶軸［１１１］のレンズペアを構成していることになる。
なお、上述の角度位置Ｄの説明において、基準方位の設定はすべてのレンズに対して共通である必要はなく、たとえば各レンズペアの単位で共通であればよい。また、基準方位に対する角度計測の対象となる特定結晶軸は、結晶軸［１００］のレンズペアの場合に結晶軸［０１０］に限定されることなく、結晶軸［１１１］のレンズペアの場合に結晶軸［−１１１］に限定されることなく、たとえば各レンズペアの単位で適当に設定可能である。なお、第２表に示す第２実施例にかかる投影光学系において、第１レンズ群Ｇ１１の光軸ＡＸ１第３レンズ群Ｇ１３の光軸ＡＸ３とは、第２レンズ群Ｇ１２の光軸ＡＸ２に沿った方向において２８ｍｍだけ離れて設定されている。
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第９図は、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、実線は中心波長１５７．６ｎｍを、破線は１５７．６ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６０１ｎｍを、一点鎖線は１５７．６ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．５９９ｎｍをそれぞれ示している。収差図から明らかなように、第２実施例においても、波長幅が１５７．６ｎｍ±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。
以上のように、各実施例において、投影光学系ＰＬを構成するすべて（１００％）の透過部材が蛍石で形成されている。そして、第１実施例では、入射面および射出面の双方において条件式（１）を満足する蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ１６〜Ｌ１９，Ｌ３１〜Ｌ３３）の総数は１１であり、そのうちの約８２％に相当する９個の蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ１７〜Ｌ１９，Ｌ３１〜Ｌ３３）において、その光軸と結晶軸［１００］とが一致するように配置されている。
このように、第１実施例では、物体面（レチクル面）または像面（中間像形成面およびウエハ面）の近傍に配置された比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用しているので、大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍において結晶軸［１００］のペアレンズを使用することができるので、前述したように偶数θ成分は発生するが、発生する偶数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
また、第１実施例では、入射面および射出面の双方において条件式（２）を満足する蛍石レンズ（Ｌ２１〜Ｌ２２，Ｌ３５〜Ｌ３１０）の総数は８であり、そのうちの約８８％に相当する７個の蛍石レンズ（Ｌ２１〜Ｌ２２，Ｌ３５〜Ｌ３９）において、その光軸と結晶軸［１１１］とが一致するように配置されている。
このように、第１実施例では、瞳面（レンズＬ１５の付近，凹面反射鏡ＣＭ，開口絞りＡＳ）の近傍に配置された比較的口径の大きいレンズ群に光軸と結晶軸［１１１］とを一致させる構成を採用しているので、ひいては比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用することになり、結果として大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍においてではなく、瞳面の近傍において結晶軸［１１１］のペアレンズを使用するので、前述したように奇数θ成分は発生するが、発生する奇数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
さらに、第１実施例では、蛍石レンズの総数は２４であり、そのうちの約５８％に相当する１４個の蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ１７〜Ｌ１９，Ｌ３１〜Ｌ３４，Ｌ３１０〜Ｌ３１３）は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有する。こうして、第１実施例では、全体の相当数の蛍石レンズに対して、しかも２５０ｍｍ以下の有効直径を有する比較的小口径の蛍石レンズに対して、結晶軸［１００］のペアレンズを適用することができるので、蛍石の複屈折の影響を有効に低減することができる。
また、第１実施例では、凹面反射鏡ＣＭの近傍に配置された一対の負レンズＬ２１とＬ２２とで結晶軸［１１１］のペアレンズを構成し、負レンズＬ２１の中心厚Ｄ２１と負レンズＬ２２の中心厚Ｄ２２とが条件式（３）を満足しているので、蛍石の複屈折の影響を有効に低減することができる。
一方、第２実施例では、入射面および射出面の双方において条件式（１）を満足する蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１２，Ｌ３１〜Ｌ３４，Ｌ３１３）の総数は７であり、そのうちの１００％に相当する７個の蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１２，Ｌ３１〜Ｌ３４，Ｌ３１３）において、その光軸と結晶軸［１００］とが一致するように配置されている。
このように、第２実施例においても、物体面（レチクル面）または像面（中間像形成面およびウエハ面）の近傍に配置された比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用しているので、大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍において結晶軸［１００］のペアレンズを使用することができるので、前述したように偶数θ成分は発生するが、発生する偶数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
また、第２実施例では、入射面および射出面の双方において条件式（２）を満足する蛍石レンズ（Ｌ２０〜Ｌ２２，Ｌ３６〜Ｌ３９）の総数は７であり、そのうちの約８６％に相当する６個の蛍石レンズ（Ｌ２０〜Ｌ２２，Ｌ３５〜Ｌ３９）において、その光軸と結晶軸［１１１］とが一致するように配置されている。
このように、第２実施例においても、瞳面（凹面反射鏡ＣＭ，開口絞りＡＳ）の近傍に配置された比較的口径の大きいレンズ群に光軸と結晶軸［１１１］とを一致させる構成を採用しているので、ひいては比較的口径の小さいレンズ群に光軸と結晶軸［１００］とを一致させる構成を採用することになり、結果として大口径レンズに適用することが困難な結晶軸［１００］のペアレンズの製造が容易になる。また、物体面または像面の近傍においてではなく、瞳面の近傍において結晶軸［１１１］のペアレンズを使用するので、前述したように奇数θ成分は発生するが、発生する奇数θ成分に起因して像面内での結像性能のばらつきが大きくなることはない。
さらに、第２実施例では、蛍石レンズの総数は１８であり、そのうちの約５６％に相当する１０個の蛍石レンズ（Ｌ１１〜Ｌ１２，Ｌ３１〜Ｌ３６，Ｌ３１２〜Ｌ３１３）は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有する。こうして、第２実施例においても、全体の相当数の蛍石レンズに対して、しかも２５０ｍｍ以下の有効直径を有する比較的小口径の蛍石レンズに対して、結晶軸［１００］のペアレンズを適用することができるので、蛍石の複屈折の影響を有効に低減することができる。
また、第２実施例においても、凹面反射鏡ＣＭの近傍に配置された一対の負レンズＬ２１とＬ２２とで結晶軸［１１１］のペアレンズを構成し、負レンズＬ２１の中心厚Ｄ２１と負レンズＬ２２の中心厚Ｄ２２とが条件式（３）を満足しているので、蛍石の複屈折の影響を有効に低減することができる。
なお、第２実施例の第１レンズ群Ｇ１１では、一対のレンズＬ１１とＬ１２とで結晶軸［１００］のペアレンズを構成しているが、レンズＬ１１の光軸と一致する結晶軸とレンズＬ１２の光軸と一致する結晶軸とが互いに異なるように適宜設定することにより、蛍石の複屈折の影響を有効に低減することも可能である。
また、第１実施例および第２実施例では、光軸に関して回転対称な非球面を導入しているが、非回転対称な非球面形状を有する光学面を少なくとも１面導入することが好ましい。この場合、蛍石の複屈折による波面収差悪化のうち、３回回転対称成分などの偏光成分に因らず発生する収差については、非回転対称な非球面の作用により補正することができる。なお、第１および第２実施例では、蛍石の固有複屈折の値として、２００１年７月１８日に開かれたリソグラフィに関するシンポジュウム（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ−ＳＥＭＡＴＥＣＨ  Ｃａｌｃｉｕｍ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）において、米国ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のＪｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔらによって発表された値を用いている。
なお、上述の実施形態では、複屈折性の光学材料として蛍石を用いているが、これに限定されることなく、他の一軸性結晶、たとえばフッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）などを用いることもできる。この場合、フッ化バリウム（ＢａＦ２）などの結晶軸方位も本発明に従って決定されることが好ましい。
また、上記の実施形態にかかる投影光学系の複数の透過部材としては、フッ化カルシウムやフッ化バリウムなどの立方晶系に属し且つ１６０ｎｍ以下の波長の光に対して透過性を有する材料の他に、フッ素や水素等がドープされて１６０ｎｍ以下の波長の光に対して透過性を有する改質石英を用いることができる。このような改質石英で形成された透過部材は、例えば第１面と投影光学系との間の光路中および投影光学系と第２面との間の光路中に配置されて投影光学系内をほぼ密封状態に保つためのパージ窓として使用可能である。
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エ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第１０図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第１０図のステップ３０１において、１ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウエ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、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第１１図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。第１１図において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
なお、上述の実施形態では、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。また、上述の実施形態では、１５７ｎｍの波長光を供給するＦ２レーザー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１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や、１２６ｎｍの波長光を供給するＡｒ２レーザー光源、１４６ｎｍの波長光を供給するＫｒ２レーザー光源などを用いることもできる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明では、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学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、本発明では、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いた露光装置および露光方法において、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。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】
第１図は、蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
第２Ａ図〜第２Ｃ図は、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
第３Ａ図〜第３Ｃ図は、本発明の手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
第４図は、本発明の実施形態にかかる光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
第５図は、ウエハ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図である。
第６図は、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬのレンズ構成を示す図である。
第７図は、第１実施例における横収差を示す図である。
第８図は、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬのレンズ構成を示す図である。
第９図は、第２実施例における横収差を示す図である。
第１０図は、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。
第１１図は、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。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月10日(2003.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶で形成された結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
少なくとも１つの反射鏡を含むことを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記往復光学系は、前記結晶で形成された第１負レンズＬ２１と、前記結晶で形成されて前記第１負レンズＬ２１と前記凹面反射鏡との間の光路中に配置された第２負レンズＬ２２とを有し、
前記第１負レンズＬ２１の中心厚をＤ２１とし、前記第２負レンズＬ２２の中心厚をＤ２２とするとき、
１．２＜Ｄ２１／Ｄ２２＜２．０
の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の投影光学系において、
前記第１負レンズＬ２１と前記第２負レンズＬ２２とは、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致し、他の結晶軸が前記光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】
請求の範囲第５項に記載の投影光学系において、
前記第１負レンズＬ２１と前記第２負レンズＬ２２とは、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致し、他の結晶軸が前記光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項８】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に配置された第３レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、ある特定の結晶軸の設定方向が実質的に異なる２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
複数の透過部材と少なくとも１つの反射鏡とを含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
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レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第１反射面と、
前記第１反射面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡と往復光学系とを有する第２レンズ群と、
前記第２レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された第２反射面と、
前記第２反射面と前記第２面との間の光路中に直線状の光軸に沿って配置された第３レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光路中に前記第１面の一次中間像が形成されるように構成され、
前記第１レンズ群は、前記結晶で形成された少なくとも２つの透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致し、且つ他の結晶軸が前記光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置された一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】
請求の範囲第８項乃至第１０項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致し、且つ他の結晶軸が前記光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置された一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、光軸とほぼ一致する結晶軸が互いに異なる一対の透過部材を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１４】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．６
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１５】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１６】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９４
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１７】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶で形成された結晶透過部材の総数の２０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置され、且つ２５０ｍｍ以下の有効直径を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１８】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．６
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の７０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１９】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系を構成する透過部材の総数の９０％以上の数の透過部材が立方晶系に属する結晶で形成され、
前記第１面上の１点から出た光束が前記結晶で形成された結晶透過部材の各面に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＞０．９４
の条件式を入射面および射出面の双方において満足する結晶透過部材の総数の６０％以上の数の結晶透過部材は、その光軸と結晶軸［１１１］とがほぼ一致するように配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２０】
請求の範囲第１項乃至第１９項のいずれか１項に記載の投影光学系において、
非回転対称な非球面形状を有する少なくとも１つの光学面が設けられていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２１】
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の範囲第１項乃至第２０項のいずれか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２２】
前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求の範囲第１項乃至第２０項のいずれか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の像を前記第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。
【国際調査報告】
2003036361.tif 000030
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