(57)【要約】【課題】十分に大きな開口数を有し、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された投影光学系。【解決手段】蛍石で形成された蛍石レンズ成分と石英ガラスで形成された石英レンズ成分とを含む投影光学系。物体（Ｒ）側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。第１レンズ群は、投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置されている。投影光学系の像側の開口数ＮＡは、０．８よりも大きい。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍石で形成された蛍石レンズ成分と石英ガラスで形成された石英レンズ成分とを含む投影光学系において、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は前記投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置され、前記投影光学系の像側の開口数ＮＡは０．８よりも大きい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、少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含み、
すべてのレンズ成分の総数をＮａとし、蛍石レンズ成分の総数をＮｈとしたとき、
Ｎｈ／Ｎａ＜０．５
の条件を満足す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光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力（ｍｍ−１）をＰ１とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、
０．００２＜Ｐ１
Ｐｓ＜−０．００４
の条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の投影光学系。
【請求項５】
第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含み、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数がすべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さい投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、
ｋ１／Ｌ＜０．２
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
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】
前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ−１）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、
０．００２＜Ｐ１
Ｐｓ＜−０．００４
の条件を満足することを特徴とする請求項５または６に記載の投影光学系。
【請求項８】
第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の前記投影光学系の光軸に沿った中点が最軸外主光線と前記光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分の屈折力の総和をＳｏとし、前記第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分の屈折力の総和をＳａとしたとき、
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、
ｋ１／Ｌ＜０．２
の条件を満足す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１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
の条件を満足することを特徴とする請求項８または９に記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ−１）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、
０．００２＜Ｐ１
Ｐｓ＜−０．００４
の条件を満足することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１２】
前記第１光学材料は蛍石を有し、前記第２光学材料は石英ガラスを有することを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１３】
前記投影光学系は、２００ｎｍ以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対して最適化されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１４】
物体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像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１３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】
物体面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至１３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像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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の露光装置には、マスク上のパターンの像を感光性基板（ウェハなど）上に投影するための投影光学系が搭載されている。近年、転写すべき回路パターンの微細化およびスループットの向上のために、露光波長の短波長化や投影光学系の高開口数化が求められている。具体的には、露光波長の短波長化のために、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（１９３ｎｍ）が用いられている。ＡｒＦエキシマレーザー光源では、狭帯域化が進められているものの、依然として数分の１ｐｍ程度の半値幅を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように数分の１ｐｍ程度の半値幅を有するＡｒＦエキシマレーザー光に対して、石英ガラスで形成されたレンズ成分すなわち石英レンズ成分だけで構成された投影光学系を用いると、無視することのできない量の色収差が発生する。その結果、像のコントラストが低下し、像の劣化の大きな原因となる。なお、ＡｒＦエキシマレーザー光の狭帯域化が望まれているが、狭帯域化には自ずと限界があり、その改善も困難になっている。
【０００４】
そこで、石英ガラスよりも分散の小さい蛍石で形成されたレンズ成分すなわち蛍石レンズ成分を石英レンズ成分と組み合わせて、色収差を補正する方法、すなわち軸上色収差および倍率色収差の双方を補正する方法が考えられる。しかしながら、従来技術では、十分に大きな開口数を有し、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された投影光学系について具体的な構成が未だ提案されていない。なお、蛍石は高価な光学材料であり、径の大きな蛍石レンズ成分を精度良く製造することは石英レンズ成分に比して困難であることも知られている。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、十分に大きな開口数を有し、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された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、色収差および単色収差が良好に補正された良好な光学性能を有する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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、蛍石で形成された蛍石レンズ成分と石英ガラスで形成された石英レンズ成分とを含む投影光学系において、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は前記投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置され、前記投影光学系の像側の開口数ＮＡは０．８よりも大きいことを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００７】
第１発明の好ましい態様によれば、前記第２レンズ群は、少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含み、すべてのレンズ成分の総数をＮａとし、蛍石レンズ成分の総数をＮｈとしたとき、Ｎｈ／Ｎａ＜０．５の条件を満足する。また、本発明の第１発明において、前記投影光学系は前記第１乃至第４レンズ群の４つのレンズ群のみを備えていることが好ましい。
【０００８】
本発明の第２発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、
１．２＜ｈ１／ｈ０
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。
【０００９】
第２発明の好ましい態様によれば、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力（ｍｍ−１）をＰ１とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足する。
【００１０】
本発明の第３発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含み、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数がすべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さい投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記投影光学系の光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、
ｋ１／Ｌ＜０．２
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】
第３発明の好ましい態様によれば、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、１．２＜ｈ１／ｈ０の条件を満足する。また、前記最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ−１）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足することが好ましい。
【００１２】
本発明の第４発明では、第１光学材料で形成されたレンズ成分と、前記第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料で形成されたレンズ成分とを含む投影光学系において、
前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の前記投影光学系の光軸に沿った中点が最軸外主光線と前記光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分の屈折力の総和をＳｏとし、前記第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分の屈折力の総和をＳａとしたとき、
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ
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。
【００１３】
第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の前記光軸に沿った距離をｋ１とし、物体面と像面との間の前記光軸に沿った全長をＬとしたとき、ｋ１／Ｌ＜０．２の条件を満足する。また、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の前記光軸からの高さをｈ１とし、最大物体高をｈ０としたとき、１．２＜ｈ１／ｈ０の条件を満足することが好ましい。
【００１４】
また、第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料で形成されたレンズ成分であって前記光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の屈折力をＰ１（ｍｍ−１）とし、前記第２光学材料で形成されたレンズ成分であって前記正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分の屈折力をＰｓ（ｍｍ−１）としたとき、０．００２＜Ｐ１およびＰｓ＜−０．００４の条件を満足する。
【００１５】
なお、第２発明〜第４発明の好ましい態様によれば、前記第１光学材料は蛍石を有し、前記第２光学材料は石英ガラスを有する。また、第１発明〜第４発明の好ましい態様によれば、前記投影光学系は、２００ｎｍ以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対して最適化されている。
【００１６】
本発明の第５発明では、物体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像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４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。
【００１７】
本発明の第６発明では、物体面に設定されたマスクを照明し、第１発明〜第４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像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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第１発明の投影光学系は、蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含み、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、負屈折力の第３レンズ群と、正屈折力の第４レンズ群とを備えている。ここで、第１レンズ群は、投影光学系中のレンズ群のうちの最も物体側に配置されている。
【００１９】
このように、第１発明では、分散の大きい石英ガラスおよび分散の小さい蛍石の２種類の光学材料を用いて投影光学系を構成し、物体側から順に負・正・負・正の屈折力配置に設定している。この構成により、後述の各実施例に示すように、０．８よりも大きい像側開口数ＮＡを確保することが可能になるとともに、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差を良好に補正することが可能になる。
【００２０】
第１発明では、第２レンズ群が少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含み、次の条件式（１）を満足することが好ましい。なお、条件式（１）において、Ｎａはすべてのレンズ成分の総数であり、Ｎｈは蛍石レンズ成分の総数である。
Ｎｈ／Ｎａ＜０．５　　（１）
【００２１】
軸上色収差および倍率色収差を補正するには正レンズ成分に蛍石を用いるのが効果的であるが、蛍石は高価で且つ加工性に劣るため、コストや生産性の観点から蛍石レンズ成分の総数をある程度抑えることが望ましい。具体的には、条件式（１）に示すように、蛍石レンズ成分の総数Ｎｈを、すべてのレンズ成分の総数Ｎａの半分未満に抑えることが望ましい。また、第２レンズ群が少なくとも２つの蛍石レンズ成分を含むことにより、色収差をさらに良好に補正することが可能になる。
【００２２】
一般に、すべてのレンズ成分が石英ガラスからなる縮小倍率の投影光学系では、基準波長（中心波長）よりも僅かに長波長の主光線が像面に達する位置は、基準波長の主光線が像面に達する位置よりも内側（光軸寄り）になる。逆に、基準波長よりも僅かに短波長の主光線が像面に達する位置は、基準波長の主光線が像面に達する位置よりも外側になる。なお、拡大倍率を有する投影光学系では、主光線のふるまいは上記とは逆になる。
【００２３】
すなわち、石英レンズ成分だけで構成された投影光学系では、基準よりも長波長の光線において負の倍率色収差が発生する。蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを組み合わせて投影光学系を構成した場合、発生する倍率色収差を正の値にすることは非常に困難であり、負の倍率色収差の絶対値をできるだけ小さくすることが課題となる。
【００２４】
そこで、第２発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、次の条件式（２）を満足する。
１．２＜ｈ１／ｈ０　　（２）
【００２５】
条件式（２）において、ｈ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の像側の面と最軸外主光線との交点の光軸からの高さである。また、ｈ０は、最大物体高である。このように、条件式（１）を満足する正レンズ成分を配置することにより、換言すれば主光線の屈折角が大きくなり易い位置に低分散の光学材料（第１光学材料）で形成された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）を配置することにより、負の倍率色収差の発生量を効果的に減らすことが可能になる。
【００２６】
また、第３発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、第１光学材料で形成されたレンズ成分の総数が、すべてのレンズ成分の総数の１／２よりも小さく、次の条件式（３）を満足する。
ｋ１／Ｌ＜０．２　　（３）
【００２７】
条件式（３）において、ｋ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって、光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分の物体側の面と物体面との間の光軸に沿った距離である。また、Ｌは、物体面と像面との間の光軸に沿った距離すなわち全長である。このように、条件式（３）を満足する正レンズ成分を配置することにより、換言すれば物体に比較的近い位置に低分散の光学材料（第１光学材料；たとえば蛍石）で形成された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）を配置することにより、発生する倍率色収差の値を正の方向に大きく改善することができる。
【００２８】
なお、蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含む投影光学系の場合、開口絞りよりも物体側に蛍石正レンズ成分を配置することは負の倍率色収差の発生量を小さくするのに有効であり、この蛍石正レンズ成分の屈折力（パワー：１／焦点距離）が大きくなるほど効果が大きくなる。さらに、正の倍率色収差を発生させる石英負レンズ成分を上述の蛍石正レンズ成分に隣接させると、石英負レンズ成分と蛍石正レンズ成分とからなるレンズ群の合成屈折力を小さくすることができるため、他の収差に深刻な影響を与えることなく、蛍石正レンズ成分の屈折力を大きく設定して、倍率色収差を正の方向に効果的に補正することが可能になる。
【００２９】
そこで、第２発明および第３発明では、次の条件式（４）および（５）を満足することが好ましい。
０．００２＜Ｐ１　　（４）
Ｐｓ＜−０．００４　　（５）
【００３０】
条件式（４）において、Ｐ１は、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって光軸に沿って最も物体に近く配置された正レンズ成分（たとえば蛍石正レンズ成分）の屈折力（ｍｍ−１）である。また、条件式（５）において、Ｐｓは、第２光学材料で形成されたレンズ成分であって上述の正レンズ成分に隣接して配置された負レンズ成分（たとえば石英負レンズ成分）の屈折力（ｍｍ−１）である。
【００３１】
また、第４発明の投影光学系では、第１光学材料（たとえば蛍石）で形成されたレンズ成分と、第１光学材料よりも分散の大きい第２光学材料（たとえば石英ガラス）で形成されたレンズ成分とを含み、次の条件式（６）を満足する。
０．７＜Ｓｏ／Ｓａ　　（６）
【００３２】
条件式（６）において、Ｓｏは、第１光学材料で形成されたレンズ成分であって物体側の面と像側の面との間の光軸に沿った中点が最軸外主光線と光軸との交点よりも物体側に配置されたレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）の屈折力の総和である。また、Ｓａは、第１光学材料で形成されたすべてのレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）の屈折力の総和である。
【００３３】
蛍石レンズ成分と石英レンズ成分とを含む投影光学系の場合、基準波長の最軸外主光線が光軸と交わる点（開口絞りの位置またはその近傍）よりも像側の正レンズ成分に蛍石を用いると、多くの場合、軸上色収差の補正には有効であるが、倍率色収差は負の方向に変化してしまう。そこで、たとえば開口絞りよりも物体側に配置され且つ第１光学材料で形成されたレンズ成分（たとえば蛍石レンズ成分）が条件式（６）を満足することにより、倍率色収差と軸上色収差とをバランス良く補正することができる。
【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、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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
【００３５】
図１に示す露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３．３ｎｍ）を備えている。光源ＬＳ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（マスク）Ｒを照明する。なお、光源ＬＳ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ＬＳ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。
【００３６】
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、たとえば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。
【００３７】
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。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）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露光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。
【００３８】
また、図示の露光装置では、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と最もウェハ側に配置された光学部材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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳ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。このように、光源ＬＳ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。
【００４１】
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクル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）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。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、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわち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上には露光領域の長辺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。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
【００４２】
以下、具体的な数値例に基づいて、本実施形態の投影光学系ＰＬの各実施例を説明する。各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体側（レチクル側）から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。また、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、蛍石（ＣａＦ２）または石英ガラス（ＳｉＯ２）で形成されている。
【００４３】
また、各実施例において、ＡｒＦエキシマレーザー光の中心波長は１９３．３０６ｎｍであり、この中心波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２６である。そして、１９３．３０６ｎｍ＋０．３２１４ｐｍ＝１９３．３０６３２１４ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５４４９であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２５５９である。一方、１９３．３０６ｎｍ−０．３２１４ｐｍ＝１９３．３０５６７８６ｎｍの波長に対する蛍石の屈折率は１．５０１４５５５１であり、石英ガラスの屈折率は１．５６０３２６４１である。
【００４４】
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。後述の表（１）〜（３）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。
【００４５】
【数１】
2004004415.tif 000003
【００４６】
［第１実施例］
図２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。第１実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図２に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた平凹レンズＬ１１と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ１２とから構成されている。
【００４７】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ２１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Ｌ２２と、両凸レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２６とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に平面を向けた平凹レンズＬ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ３３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４とから構成されている。
【００４８】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ４１と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ４２と、両凸レンズＬ４３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４５と、両凸レンズＬ４６と、両凸レンズＬ４７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１０と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ４１１とから構成されている。
【００４９】
投影光学系ＰＬを構成する２３個のレンズ成分のうち、６つのレンズＬ２１，Ｌ２６，Ｌ４１，Ｌ４３，Ｌ４１０およびＬ４１１は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１７個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１およびＬ２６を含んでいる。
【００５０】
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部材諸元において、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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５１】
【表１】
2004004415.tif 000004
2004004415.tif 000005
2004004415.tif 000006
2004004415.tif 000007
【００５２】
図３は、第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図４は、第１実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第１実施例では、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５３】
［第２実施例］
図５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。第２実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図５に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２とから構成されている。
【００５４】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３と、両凸レンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とから構成されている。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Ｌ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３３とから構成されている。
【００５５】
第４レンズ群Ｇ４は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ４１と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ４２と、両凸レンズＬ４３と、両凸レンズＬ４４と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ４５と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４６と、両凸レンズＬ４７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１０と、ウェハ側に平面を向けた平凹レンズＬ４１１とから構成されている。
【００５６】
投影光学系ＰＬを構成する２２個のレンズ成分のうち、６つのレンズＬ２１，Ｌ２５，Ｌ４１，Ｌ４３，Ｌ４１０およびＬ４１１は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１６個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、２つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１およびＬ２５を含んでいる。
【００５７】
次の表（２）に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（２）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（２）の光学部材諸元において、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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５８】
【表２】
2004004415.tif 000008
2004004415.tif 000009
2004004415.tif 000010
2004004415.tif 000011
【００５９】
図６は、第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図７は、第２実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各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、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
［第３実施例］
図８は、第３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。第３実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、図８に示すように、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、両凹レンズＬ１２とから構成されている。
【００６１】
第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、両凸レンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、両凸レンズＬ２６とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、両凹レンズＬ３１と、両凹レンズＬ３２と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３３と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４とから構成されている。
【００６２】
第４レンズ群Ｇ４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Ｌ４１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４３と、開口絞りＡＳと、両凹レンズＬ４４と、両凸レンズＬ４５と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４７と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４９と、平行平面状のレンズＬ４１０とから構成されている。
【００６３】
投影光学系ＰＬを構成する２２個のレンズ成分のうち、７つのレンズＬ２１，Ｌ２５，Ｌ２６，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４９およびＬ４１０は蛍石で形成された蛍石レンズであり、その他の１５個のレンズは石英ガラスで形成された石英レンズである。すなわち、光軸に沿って最もレチクル（物体）に近く配置された蛍石正レンズ成分は、レンズＬ２１である。また、第２レンズ群Ｇ２は、３つの蛍石レンズ成分、すなわちレンズＬ２１，Ｌ２５およびＬ２６を含んでいる。
【００６４】
次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。表（３）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙ０は最大像高（イメージフィールド半径）をそれぞれ表している。また、表（３）の光学部材諸元において、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は露光光の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００６５】
【表３】
2004004415.tif 000012
2004004415.tif 000013
2004004415.tif 000014
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【００６６】
図９は、第３実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。また、図１０は、第３実施例における横収差を示す図である。各収差図において、ＮＡ０は、規格化された開口数を、Ｙは像高（ｍｍ）を、線Ｃ０は中心波長１９３．３０６ｎｍを、線Ｃ＋は１９３．３０６ｎｍ＋０．３ｐｍ＝１９３．３０６３ｎｍの波長をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、０．８５という大きな開口数を確保しているにもかかわらず、波長幅が１９３．３０６ｎｍ±０．３ｐｍの露光光に対して色収差および単色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６７】
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１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
先ず、図１１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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１２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１２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、１９３．３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマ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２００ｎｍ以下の中心波長を有すると共に所定の波長幅を有する光に対する投影光学系の最適化に本発明を適用することもできる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、十分に大きな開口数を有し、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光に対して色収差および単色収差が良好に補正された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、色収差および単色収差が良好に補正された良好な光学性能を有する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】
【図１】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。
【図２】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３】第１実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図４】第１実施例における横収差を示す図である。
【図５】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】第２実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図７】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】第３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９】第３実施例における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１０】第３実施例における横収差を示す図である。
【図１１】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１２】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】
ＬＳ　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
ＡＳ　開口絞り
Ｌｉ　レンズ成分
【図１】
2004004415.tif 000016
【図２】
2004004415.tif 000017
【図３】
2004004415.tif 000018
【図４】
2004004415.tif 000019
【図５】
2004004415.tif 000020
【図６】
2004004415.tif 000021
【図７】
2004004415.tif 000022
【図８】
2004004415.tif 000023
【図９】
2004004415.tif 000024
【図１０】
2004004415.tif 000025
【図１１】
2004004415.tif 000026
【図１２】
2004004415.tif 000027