(57)【要約】【課題】  反射屈折投影光学系を構成する光学部材を大型化することなく、大きな開口数を有する液浸法を用いた反射屈折投影光学系を提供する。【解決手段】  第１面Ｒ１の像を第２面上に形成する反射屈折投影光学系ＰＬ１において、２つのミラーＭ１，Ｍ２を含み、第１面Ｒ１の中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、中間像を第２面に形成する第２結像光学系Ｇ２とを含み、第２結像光学系Ｇ２は、中間像側から光線が通過する順に、凹面形状の第１フィールドミラーＭ３と、第２フィールドミラーＭ４と、少なくとも２つの負レンズＬ６，Ｌ７を含み、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２と、開口絞りＡＳ１と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３とを備える。【選択図】  図１
2005115127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の像を第２面上に形成する反射屈折投影光学系において、
２つのミラーを含み、前記第１面の中間像を形成する第１結像光学系と、
前記中間像を前記第２面に形成する第２結像光学系と
を含み、
前記第２結像光学系は、前記中間像側から光線が通過する順に、
凹面形状の第１フィールドミラーと、
第２フィールドミラーと、
少なくとも２つの負レンズを含み、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、
開口絞りと、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
を備えることを特徴とする反射屈折投影光学系。
【請求項２】
前記第１結像光学系は、正の屈折力を有する第４レンズ群と、負レンズと、凹面ミラーと、光路分離ミラーとを備え、
前記第１結像光学系中を進行する光が、前記第４レンズ群及び前記負レンズを透過した後、前記凹面ミラーにて反射されて、再度前記負レンズを透過して前記光路分離ミラーへ導かれ、前記光路分離ミラーにて反射された光が、前記第１フィールドーミラー及び前記第２フィールドミラーにて反射された後に前記第２結像光学系中の前記第１レンズ群に直接的に入射するように構成されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折投影光学系。
【請求項３】
前記第１フィールドミラーは、該第１フィールドミラーに入射した光を該反射屈折投影光学系の光軸に向かう方向に折り曲げて射出させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の反射屈折投影光学系。
【請求項４】
前記第２フィールドミラーは、凸面形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項５】
前記第１結像光学系に含まれる前記２つのミラーは、前記第１面からの光が入射する順に、凹面形状のミラーと、凸面形状のミラーであり、前記第２結像光学系に含まれる前記第２フィールドミラーは、凸面形状のミラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項６】
前記開口絞りは、前記第１フィールドミラーと前記第２面との間に配置され、前記第１フィールドミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
０．１７  ＜  Ｍ／Ｌ  ＜  ０．６
【請求項７】
前記第２結像光学系に含まれる前記第１レンズ群は、少なくとも１つの非球面レンズを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項８】
第１面の像を第２面上に形成する反射屈折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て正の屈折力を有する第１群と、
前記第１群と前記第２面との間の光路中に配置されて少なくとも４つのミラーを含む第２群と、
前記第２群と前記第２面との間の光路中に配置されて、少なくとも２つの負レンズを含み、負の屈折力を有する第３群と、
前記第３群と前記第２面との間の光路中に配置されて、少なくとも３つの正レンズを含み、正の屈折力を有する第４群と、
を備え、
前記第２群中に１つの中間像が形成され、前記第４群中に開口絞りが備えられていることを特徴とする反射屈折投影光学系。
【請求項９】
前記第２群は、前記第１面からの光が入射する順に、凹面形状の第１反射ミラーと、凸面形状の第２反射ミラーと、凹面形状の第３反射ミラーと、凸面形状の第４反射ミラーとを備えることを特徴とする請求項８記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１０】
前記第２群は、少なくとも１つの負レンズを含み、前記第２群の光路中で最も前記第３群側に位置する光学素子は、前記第４反射ミラーまたは光が２度通過する往復レンズであることを特徴とする請求項８または請求項９記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１１】
前記第３反射ミラーは、該第３反射ミラーに入射した光を該反射屈折投影光学系の光軸に向かう方向に折り曲げて射出させることを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１２】
前記開口絞りは、前記第３反射ミラーと前記第２面との間に配置され、前記第３反射ミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項８乃至請求項１１の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
０．１７  ＜  Ｍ／Ｌ  ＜  ０．６
【請求項１３】
前記第３群は、少なくとも１つの非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項８乃至請求項１２の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１４】
前記反射屈折投影光学系に含まれるレンズのうち最も前記第２面側に位置するレンズの前記第１面側のレンズ面は正の屈折力を有し、
該最も前記第２面側に位置するレンズと前記第２面との間の光路中に、前記反射屈折投影光学系中の雰囲気の屈折率を１とするとき、１．１よりも大きな屈折率を持つ媒質を介在させることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１５】
前記反射屈折投影光学系に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸は、実質的に単一直線上に配置され、
前記反射屈折投影光学系により前記第２面上に形成される像の領域は、前記光軸を含まない軸外領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系と、
前記第１面に配置されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、
前記反射屈折投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、
請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を用いて、前記第１面に配置された前記マスクのパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光する露光工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子などを製造するフォトリソグラフ工程でマスクパターンを感光性基板上に転写するために用いられる液浸法を用いた反射屈折投影光学系、該反射屈折投影光学系を用いた露光装置及び露光方法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際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。
【０００３】
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、露光光を短波長化し、且つ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ことができる光学ガラスの種類は限られてくる。例えば、波長が１８０ｎｍ以下になると、実用上使用できる硝材は蛍石だけとなる。
【０００４】
また、大きな開口数を有する投影光学系を屈折光学部材（レンズ、平行平面板等）のみで構成しようとした場合、ペッツバール条件を満足させようとすると、投影光学系を構成する屈折光学部材の大型化、即ち投影光学系の大型化を回避することができない。そこで、反射光学部材のみで、又は、屈折光学部材と反射光学部材とを組み合わせて構成される投影光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、露光光の短波長化に伴い、所望の結像性能を確保しつつ露光に十分な光量を確保することができる透過率を有する硝材は限定されていることから、投影光学系の下面とウエハ表面との間を水又は有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上させる液浸型の露光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７７７４２号公報
【特許文献２】特開平１０−３０３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の反射光学部材のみで構成される投影光学系及び屈折光学部材と反射光学部材とを組み合わせて構成される投影光学系は、開口数を大きくした場合に、反射光学部材に入射する光束と反射光学部材により反射される光束の光路分離が困難となり、反射光学部材の大型化、即ち投影光学系の大型化を回避することができない。
【０００８】
また、製造の簡易化及び光学部材の相互調整の簡易化を図るためには、反射屈折投影光学系を単一光軸で構成することが望ましいが、この場合においても、開口数を大きくした場合には、反射光学部材に入射する光束と反射光学部材により反射される光束の光路分離が困難となり、投影光学系が大型化する。
【０００９】
この発明の課題は、反射屈折投影光学系を構成する光学部材を大型化することなく、大きな開口数を有する液浸法を用いた反射屈折投影光学系、該反射屈折投影光学系を用いた露光装置及び露光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の反射屈折投影光学系は、第１面の像を第２面上に形成する反射屈折投影光学系において、２つのミラーを含み、前記第１面の中間像を形成する第１結像光学系と、前記中間像を前記第２面に形成する第２結像光学系とを含み、前記第２結像光学系は、前記中間像側から光線が通過する順に、凹面形状の第１フィールドミラーと、第２フィールドミラーと、少なくとも２つの負レンズを含み、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、開口絞りと、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１記載の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系において第１面の中間像を形成するため、反射屈折投影光学系の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、第２結像光学系に負の屈折力を有する第１レンズ群を備えているため、反射屈折投影光学系の全長を短くすることができ、かつペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。更に、第１レンズ群は、第１フィールドミラーにより拡げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和し、収差の発生を抑制する。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２記載の反射屈折投影光学系は、前記第１結像光学系が正の屈折力を有する第４レンズ群と、負レンズと、凹面ミラーと、光路分離ミラーとを備え、前記第１結像光学系中を進行する光が、前記第４レンズ群及び前記負レンズを透過した後、前記凹面ミラーにて反射されて、再度前記負レンズを透過して前記光路分離ミラーへ導かれ、前記光路分離ミラーにて反射された光が、前記第１フィールドーミラー及び前記第２フィールドミラーにて反射された後に前記第２結像光学系中の前記第１レンズ群に直接的に入射するように構成されることを特徴とする。
【００１３】
この請求項２記載の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系が正の屈折力を有する第４レンズ群を備えているため、第１面側をテレセントリックにすることができる。また、第１結像光学系が負レンズと凹面ミラーを備えているため、この負レンズと凹面ミラーを調整することにより、ペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。
【００１４】
また、請求項３記載の反射屈折投影光学系は、前記第１フィールドミラーが該第１フィールドミラーに入射した光を該反射屈折投影光学系の光軸に向かう方向に折り曲げて射出させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４記載の反射屈折投影光学系は、前記第２フィールドミラーが凸面形状を有することを特徴とする。
【００１６】
この請求項３及び請求項４記載の反射屈折投影光学系によれば、第１フィールドミラーに入射した光線が反射屈折光学系の光軸に向かう方向に折り曲げられて射出されるため、反射屈折投影光学系の開口数を大きくした場合においても、第２フィールドミラーを小型化することができる。従って、解像度を高くするために物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易に行なうことができる。
【００１７】
また、請求項５記載の反射屈折投影光学系は、前記第１結像光学系に含まれる前記２つのミラーが前記第１面からの光が入射する順に、凹面形状のミラーと、凸面形状のミラーであり、前記第２結像光学系に含まれる前記第２フィールドミラーは、凸面形状のミラーであることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５記載の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系に含まれる２つのミラーが凹面形状及び凸面形状であり、第２フィールドミラーが凸面形状を有しているため、第１結像光学系から射出した光束を第２結像光学系に容易かつ確実に導くことができる。
【００１９】
また、請求項６記載の反射屈折投影光学系は、前記開口絞りが前記第１フィールドミラーと前記第２面との間に配置され、前記第１フィールドミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１７  ＜  Ｍ／Ｌ  ＜  ０．６
の条件を満足することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６記載の反射屈折投影光学系によれば、Ｍ／Ｌが０．１７より大きいことから、第１フィールドミラーと、第１レンズ群及び第２レンズ群との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ／Ｌが０．６より小さいことから、反射屈折投影光学系の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。
【００２１】
また、請求項７記載の反射屈折投影光学系は、前記第２結像光学系に含まれる前記第１レンズ群が少なくとも１つの非球面レンズを有することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７記載の反射屈折投影光学系によれば、第１レンズ群を構成する光学素子の少なくとも１枚が非球面状のレンズを有するため、物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００２３】
また、請求項８記載の反射屈折投影光学系は、第１面の像を第２面上に形成する反射屈折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て正の屈折力を有する第１群と、前記第１群と前記第２面との間の光路中に配置されて少なくとも４つのミラーを含む第２群と、前記第２群と前記第２面との間の光路中に配置されて、少なくとも２つの負レンズを含み、負の屈折力を有する第３群と、前記第３群と前記第２面との間の光路中に配置されて、少なくとも３つの正レンズを含み、正の屈折力を有する第４群とを備え、前記第２群中に１つの中間像が形成され、前記第４群中に開口絞りが備えられていることを特徴とする。
【００２４】
この請求項８記載の反射屈折投影光学系によれば、第２群において第１面の中間像を形成するため、反射屈折投影光学系の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、負の屈折力を有する第３群を備えているため、反射屈折投影光学系の全長を短くすることができ、かつペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００２５】
また、請求項９記載の反射屈折投影光学系は、前記第２群が前記第１面からの光が入射する順に、凹面形状の第１反射ミラーと、凸面形状の第２反射ミラーと、凹面形状の第３反射ミラーと、凸面形状の第４反射ミラーとを備えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項９記載の反射屈折投影光学系によれば、第１面から光が入射する順に、凹面ミラーと、凸面ミラーと、凹面ミラーと、凸面ミラーとを備えているため、第１結像光学系から射出した光束を第２結像光学系に容易かつ確実に導くことができる。
【００２７】
また、請求項１０記載の反射屈折投影光学系は、前記第２群が少なくとも１つの負レンズを含み、前記第２群の光路中で最も前記第３群側に位置する光学素子は、前記第４反射ミラーまたは光が２度通過する往復レンズであることを特徴とする。
【００２８】
この請求項１０記載の反射屈折投影光学系によれば、第２群の光路中で最も第３群側に位置する光学素子が第４反射ミラーまたは光が２度通過する往復レンズであるため、負の屈折力を有する第３群に含まれるレンズと、第４反射ミラーまたは往復レンズを調整することにより、ペッツバール条件を満足させるための調整を容易に行なうことができる。
【００２９】
また、請求項１１記載の反射屈折投影光学系は、前記第３反射ミラーが該第３反射ミラーに入射した光を該反射屈折投影光学系の光軸に向かう方向に折り曲げて射出させることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１１記載の反射屈折投影光学系によれば、第３反射ミラーに入射した光線が反射屈折投影光学系の光軸に向かう方向に折り曲げられて射出されるため、第４反射ミラーを小型化することができる。従って、解像度を高くするために物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。
【００３１】
また、請求項１２記載の反射屈折投影光学系は、前記開口絞りが前記第３反射ミラーと前記第２面との間に配置され、前記第３反射ミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．１７  ＜  Ｍ／Ｌ  ＜  ０．６
の条件を満足することを特徴とする。
【００３２】
この請求項１２記載の反射屈折投影光学系によれば、Ｍ／Ｌが０．１７より大きいことから、第３反射ミラーと、第２群及び第３群との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ／Ｌが０．６より小さいことから、反射屈折投影光学系の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。
【００３３】
また、請求項１３記載の反射屈折投影光学系は、前記第３群が少なくとも１つの非球面レンズを備えていることを特徴とする。
【００３４】
この請求項１３記載の反射屈折投影光学系によれば、第３群を構成する光学素子の少なくとも１枚が非球面レンズを有するため、物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００３５】
また、請求項１４記載の反射屈折投影光学系は、前記反射屈折投影光学系に含まれるレンズのうち最も前記第２面側に位置するレンズの前記第１面側のレンズ面は正の屈折力を有し、該最も前記第２面側に位置するレンズと前記第２面との間の光路中に、前記反射屈折投影光学系中の雰囲気の屈折率を１とするとき、１．１よりも大きな屈折率を持つ媒質を介在させることを特徴とする。
【００３６】
この請求項１４記載の反射屈折投影光学系によれば、反射屈折投影光学系の最も第２面側に位置するレンズと第２面との間の光路中に１．１よりも大きな屈折率を有する媒質を介在させていることから、媒質中での露光光の波長が、媒質の屈折率をｎとしたとき空気中の１／ｎ倍になるため、解像度を向上させることができる。
【００３７】
また、請求項１５記載の反射屈折投影光学系は、前記反射屈折投影光学系に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸は、実質的に単一直線上に配置され、前記反射屈折投影光学系により前記第２面上に形成される像の領域は、前記光軸を含まない軸外領域であることを特徴とする。
【００３８】
この請求項１５記載の反射屈折投影光学系によれば、反射屈折投影光学系に含まれる全ての光学素子の光軸が実質的に単一直線上に配置されているため、反射屈折投影光学系を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学部材の相対的な調整を容易に行なうことができる。
【００３９】
また、請求項１６記載の露光装置は、請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系と、前記第１面に配置されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、前記反射屈折投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光することを特徴とする。
【００４０】
この請求項１６記載の露光装置によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を備えているため、微細なパターンを感光性基板上に良好に露光することができる。
【００４１】
また、請求項１７記載の露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を用いて、前記第１面に配置された前記マスクのパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴とする。
【００４２】
この請求項１７記載の露光方法によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を含む露光装置により露光を行なうため、微細なパターンを良好に露光することができる。
【発明の効果】
【００４３】
この発明の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系において第１面の中間像を形成するため、反射屈折投影光学系の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、第２結像光学系に負の屈折力を有する第１レンズ群を備えているため、反射屈折投影光学系の全長を短くすることができ、かつペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。更に、第１レンズ群は、第１フィールドミラーにより拡げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和し、収差の発生を抑制する。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００４４】
また、この発明の露光装置によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を備えているため、微細なパターンを感光性基板上に良好に露光することができる。
【００４５】
また、この発明の露光方法によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を含む露光装置により露光を行なうため、微細なパターンを良好に露光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、物体側（即ちレチクルＲ１側）から順に、第１面に位置するレチクルＲ１の中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、レチクルＲ１の中間像を第２面に位置するウエハ（図示せず）上に形成する第２結像光学系Ｇ２とから構成されている。
【００４７】
第１結像光学系Ｇ１は、正の屈折力を有するレンズ群（第４レンズ群または第１群）Ｇ１１、後述するレンズＬ５及び２枚の反射ミラーＭ１，Ｍ２により構成されている。レンズ群Ｇ１１は、レチクルＲ１側をテレセントリックとするために機能する。また、第２結像光学系Ｇ２は、後述する２枚の反射ミラーＭ３，Ｍ４、負の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群または第３群）Ｇ２１、正の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｇ２２、開口絞りＡＳ１、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｇ２３により構成されている。レンズ群Ｇ２１は、倍率調整を行なうと共に、反射ミラーＭ３により広げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和することにより、収差の発生を抑制する。また、レンズ群Ｇ２２は、発散する光束を収斂させる。また、レンズ群Ｇ２３は、ウエハ側が大きな開口数を持つように光束の集光を行う。
【００４８】
ここで、レンズ群Ｇ１１は、物体側（レチクルＲ１側）からの光線が通過する順に、平行平面板Ｌ１、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４により構成されている。
【００４９】
正メニスカスレンズＬ４を通過した光束は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ５を通過し、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラー（凹面ミラーまたは第１反射ミラー）Ｍ１により反射され、再び負メニスカスレンズＬ５を通過し、ウエハ側に凸面を向けた凸面反射ミラー（光路分離ミラーまたは第２反射ミラー）Ｍ２により反射される。負メニスカスレンズＬ５は、ペッツバール条件を満足するために機能する。
【００５０】
凸面反射ミラーＭ２により反射された光束は、レチクルＲ１側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を確実に行うために、図１に示す位置ａにレチクルＲ１の中間像を形成する。ここで、位置ａは、凹面反射ミラーＭ１が配置されている光軸ＡＸ１を法線とする平面上またはその近傍に位置する。
【００５１】
次に、凸面反射ミラーＭ２により反射された光束は、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラー（第１フィールドミラーまたは第３反射ミラー）Ｍ３に入射し、反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１に向かう方向に折り曲げられて、凹面反射ミラー３により射出される。凹面反射ミラー３により射出された光束は、急速に収斂され、ウエハ側に凸面を向けた凸面反射ミラー（第２フィールドミラーまたは第４反射ミラー）Ｍ４により反射され、レンズ群Ｇ２１を構成する負メニスカスレンズＬ６に直接的に入射する。凸面反射ミラーＭ４は、凹面反射ミラーＭ３により拡げられた画角による光束のばらつきを緩和することにより、収差の発生を抑制する。なお、負メニスカスレンズＬ５、凹面反射ミラーＭ１、凸面反射ミラーＭ２、凹面反射ミラーＭ３、凸面反射ミラーＭ４は、第２群を構成する。
【００５２】
レンズ群Ｇ２１は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズＬ７により構成されている。負メニスカスレンズＬ６及び両凹レンズＬ７が非球面状のレンズ面を有することから、反射屈折投影光学系ＰＬ１の像側での大きな開口数を有しつつ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００５３】
また、レンズ群Ｇ２２は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８、両凸レンズＬ９、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１０、両凸レンズＬ１１、両凸レンズＬ１２により構成されている。また、レンズ群Ｇ２３は、光線が通過する順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７、物体側に凸面を向けた、正の屈折力を有する平凸レンズＬ１８により構成されている。なお、レンズ群Ｇ２２、開口絞りＡＳ１、レンズ群Ｇ２３は、第４群を構成する。
【００５４】
また、反射屈折投影光学系ＰＬ１は、反射ミラーＭ３と開口絞りＡＳ１との光軸ＡＸ１上における距離をＭ、レチクルＲ１とウエハとの距離をＬとしたとき、０．１７＜Ｍ／Ｌ＜０．６の条件を満足するように構成されている。Ｍ／Ｌが下限を満足することにより、凹面反射ミラーＭ３と、レンズ群Ｇ２１及びレンズ群Ｇ２２との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ／Ｌが上限を満足することにより、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。機械的干渉を確実に回避し、投影光学系の全長の伸長化及び大型化を確実に回避するためには、０．５＜Ｍ／Ｌ＜０．２の条件を満足するように構成されていることが更に好ましい。
【００５５】
また、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、露光装置に用いられる際に、レンズＬ１８とウエハとの間の光路中に、反射屈折投影光学系ＰＬ１中の雰囲気の屈折率を１としたとき、屈折率が約１．４である純水を介在させる。従って、純水中での露光光の波長が約０．７１（１／１．４）倍となるため、解像度を向上させることができる。
【００５６】
また、反射屈折投影光学系ＰＬ１に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸ＡＸ１が実質的に単一直線上に配置されており、反射屈折投影光学系ＰＬ１によりウエハ上に形成される像の領域は、光軸ＡＸ１を含まない軸外領域である。従って、反射屈折投影光学系ＰＬ１を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学部材の相対的な調整を容易に行なうことができる。
【００５７】
この第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１によれば、第１結像光学系Ｇ１においてレチクルＲ１の中間像を形成するため、反射屈折投影光学系ＰＬ１の開口数を大きくした場合においても、レチクルＲ１側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、第２結像光学系Ｇ２に負の屈折力を有するレンズ群Ｇ２１を備えているため、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長を短くすることができ、かつペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。更に、レンズ群Ｇ２１は、凹面反射ミラーＭ３により拡げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和し、収差の発生を抑制する。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系ＰＬ１のレチクルＲ１側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００５８】
次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、この発明の第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、物体側（即ちレチクルＲ２側）から順に、第１面に位置するレチクルＲ２の中間像を形成する第１結像光学系Ｇ３と、レチクルＲ２の中間像を第２面に位置するウエハ（図示せず）上に形成する第２結像光学系Ｇ４とから構成されている。
【００５９】
第１結像光学系Ｇ３は、正の屈折力を有するレンズ群（第４レンズ群または第１群）Ｇ３１、後述するレンズＬ２４及び２枚の反射ミラーＭ２１，Ｍ２２により構成されている。レンズ群Ｇ３１は、レチクルＲ２側をテレセントリックとするために機能する。また、第２結像光学系Ｇ４は、後述する２枚の反射ミラーＭ２３，Ｍ２４、負の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群または第３群）Ｇ４１、正の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｇ４２、開口絞りＡＳ２、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｇ４３により構成されている。レンズ群Ｇ４１は、倍率調整を行なうと共に、反射ミラーＭ２３により拡げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和することにより、収差の発生を抑制する。また、レンズ群Ｇ４２は、発散する光束を収斂させる。また、レンズ群Ｇ４３は、ウエハ側が大きな開口数を持つように光束の集光を行う。
【００６０】
ここで、レンズ群Ｇ３１は、物体側（レチクルＲ２側）からの光線が通過する順に、平行平面板Ｌ２１、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２、両凸レンズＬ２３により構成されている。両凸レンズＬ２３を通過した光束は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ２４を通過し、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた凹面反射ミラー（凹面反射ミラーまたは第１反射ミラー）Ｍ２１により反射され、再び負メニスカスレンズＬ２４を通過し、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラー（光路分離ミラーまたは第２反射ミラー）Ｍ２２により反射される。ここで、負メニスカスレンズＬ２４は、ペッツバール条件を満足するために機能する。
【００６１】
凸面反射ミラーＭ２２により反射された光束は、レチクルＲ２側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を確実に行うために、図２に示す位置ｂにレチクルＲ２の中間像を形成する。ここで、位置ｂは、凹面反射ミラーＭ２１が配置されている光軸ＡＸ２を法線とする平面上またはその近傍に位置する。
【００６２】
次に、凸面反射ミラーＭ２２により反射された光束は、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラー（第１フィールドミラーまたは第３反射ミラー）Ｍ２３に入射し、反射屈折投影光学系ＰＬ２の光軸ＡＸ２に向かう方向に折り曲げられて、凹面反射ミラーＭ２３により反射される。凹面反射ミラーＭ２３により反射された光束は、急速に収斂され、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラー（第２フィールドミラーまたは第４反射ミラー）Ｍ２４により反射され、レンズ群Ｇ４１を構成する両凹レンズＬ２５に直接的に入射する。凸面反射ミラーＭ２４は、凹面反射ミラーＭ２３により拡げられた画角による光束のばらつきを緩和することにより、収差の発生を抑制する。なお、負メニスカスレンズＬ２４、凹面反射ミラーＭ２１、凸面反射ミラーＭ２２、凹面反射ミラーＭ２３、凸面反射ミラーＭ２４は、第２群を構成する。
【００６３】
レンズ群Ｇ４１は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズＬ２５、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズＬ２６により構成されている。両凹レンズＬ２５及び両凹レンズＬ２６が非球面状のレンズ面を有することから、反射屈折投影光学系ＰＬ２の像側での大きな開口数を有しつつ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００６４】
また、レンズ群Ｇ４２は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された凸面を向けた両凸レンズＬ２７、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２８、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２９、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３０により構成されている。また、レンズ群Ｇ４３は、光線が通過する順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３４、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３５、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ３６により構成されている。なお、レンズ群Ｇ４２、開口絞りＡＳ２、レンズ群Ｇ４３は、第４群を構成する。
【００６５】
また、反射屈折投影光学系ＰＬ２は、反射ミラーＭ２３と開口絞りＡＳ２との光軸ＡＸ２上における距離をＭ２、レチクルＲ２とウエハとの距離をＬ２としたとき、０．１７＜Ｍ２／Ｌ２＜０．６の条件を満足するように構成されている。Ｍ２／Ｌ２が下限を満足することにより、凹面反射ミラーＭ２３と、レンズ群Ｇ４１及びレンズ群Ｇ４２との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ２／Ｌ２が上限を満足することにより、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。機械的干渉を確実に回避し、投影光学系の全長の伸長化及び大型化を確実に回避するためには、０．５＜Ｍ２／Ｌ２＜０．２の条件を満足するように構成されていることが更に好ましい。
【００６６】
また、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、露光装置に用いられる際に、レンズＬ３６とウエハとの間の光路中に、反射屈折投影光学系ＰＬ２中の雰囲気の屈折率を１としたとき、屈折率が約１．４である純水を介在させる。従って、純水中での露光光の波長が約０．７１（１／１．４）倍となるため、解像度を向上させることができる。
【００６７】
また、反射屈折投影光学系ＰＬ２に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸ＡＸ２が実質的に単一直線上に配置されており、反射屈折投影光学系ＰＬ２によりウエハ上に形成される像の領域は、光軸ＡＸ２を含まない軸外領域である。従って、反射屈折投影光学系ＰＬ２を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学部材の相対的な調整を容易に行なうことができる。
【００６８】
この第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２によれば、第１結像光学系Ｇ３においてレチクルＲ２の中間像を形成するため、反射屈折投影光学系ＰＬ２の開口数を大きくした場合においても、レチクルＲ２側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、第２結像光学系Ｇ４に負の屈折力を有するレンズ群Ｇ４１を備えているため、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長を短くすることができ、かつペッツバール条件を満足するための調整を容易に行なうことができる。更に、レンズ群Ｇ４１は、凹面反射ミラーＭ２３により拡げられた光束の画角の違いによるばらつきを緩和し、収差の発生を抑制する。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系ＰＬ２のレチクルＲ２側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。
【００６９】
なお、上述の第１実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１においては、凸面反射ミラーＭ４により反射された光がレンズ群Ｇ２１に入射するように構成されているが、凸面反射ミラーＭ４とレンズ群Ｇ２１との間に往復レンズを配置させてもよい。この場合においては、凹面反射ミラーＭ３により反射された光は、往復レンズを通過して、凸面反射ミラーＭ４により反射され、再び往復レンズを通過して、レンズ群Ｇ２１に入射する。また、同様に、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２においては、凸面反射ミラーＭ２４により反射された光がレンズ群Ｇ４１に入射するように構成されているが、凸面反射ミラーＭ２４とレンズ群Ｇ４１との間に往復レンズを配置させてもよい。
【００７０】
また、上述の各実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１、ＰＬ２においては、最もウエハ側に位置するレンズとウエハとの間に純水を介在させたが、反射屈折投影光学系ＰＬ１、ＰＬ２中の雰囲気の屈折率を１としたとき、１．１より大きい屈折率を有する他の媒質を介在させてもよい。
【００７１】
次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、この発明の第３の実施の形態にかかるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置の概略構成を示す図である。また、以下の説明においては、図３中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００７２】
この第３の実施の形態にかかる投影露光装置は、図３に示すように、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の紫外パルス光よりなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒに設けられたパターンを照明する。レチクルＲを通過した光は、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１または第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２により構成される投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウエハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の投影倍率β（例えば、βは１／４，１／５等）で縮小投影露光する。
【００７３】
なお、露光光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）や水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用してもよい。
【００７４】
また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴにはＸ方向、Ｙ方向及び回転方向にレチクルＲを微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルレーザ干渉計（図示せず）によってＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置をリアルタイムに計測され、且つ制御されている。
【００７５】
また、ウエハＷはウエハホルダ（図示せず）を介してＺステージ９上に固定されている。また、Ｚステージ９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１０上に固定されており、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に位置する移動鏡１２を用いたウエハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置をリアルタイムに計測され、且つ制御されている。また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向を制御する。
【００７６】
この投影露光装置に備えられている主制御系１４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方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴ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ＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行なう。
【００７７】
また、主制御系１４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エハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウエハＷのフォーカス位置及び傾斜角の調整を行なう。更に、主制御系１４は、ウエハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置調整を行なう。
【００７８】
露光時には、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウエハＷ上の各ショット領域を順次露光位置にステップ移動させる。即ち、ステップ・アンド・リピート方式によりレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に露光する動作を繰り返す。
【００７９】
この投影露光装置においては、露光波長を実質的に短くし、且つ解像度を向上させるために液浸法が適用されている。ここで、液侵法を適用した液浸型の投影露光装置においては、少なくともレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に転写している間は、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬとの間に所定の媒質７が満たされている。投影光学系ＰＬは、投影光学系ＰＬを構成する石英または蛍石により形成された複数の光学素子を収納する鏡筒３を備えている。この投影光学系ＰＬにおいては、最もウエハＷ側に位置する光学素子４のレチクルＲ側の面は、正の屈折力を有するように構成されている。なお、液体７としては、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水が使用されている。
【００８０】
この第３の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に露光光に対して屈折率が約１．４の純水を介在させているため、ウエハＷ側の実効的開口数を１．０以上に高めることができ、解像度を高くすることができる。また、この第３の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１または第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２により構成される投影光学系ＰＬを備えているため、レチクル側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、投影光学系ＰＬ内においてレチクル側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。従って、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができ、微細なパターンを良好に露光することができる。
【００８１】
なお、この第３の実施の形態にかかる投影露光装置においては、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光を用いているため、液浸露光用の液体として純水が供給される。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板（ウエハ）Ｗ上のフォトレジストや光学素子（レンズ）等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、ウエハＷの表面及び投影光学系ＰＬの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。
【００８２】
波長が１９３ｎｍ程度の露光光に対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４といわれている。露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、基板上では１／ｎ、即ち約１３４ｎｍに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、即ち約１．４４倍に拡大される。
【００８３】
また、液体としては、露光光に対して屈折率が１．１より大きい他の媒質を使用することも可能である。この場合において、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬやウエハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いるとよい。
【００８４】
また、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ればよい。
【００８５】
また、この第３の実施の形態においては、投影光学系ＰＬとウエハ（基板）Ｗとの間を局所的に液体で満たす露光装置を採用しているが、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。
【００８６】
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【００８７】
なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系ＰＬの開口数（ＮＡ）が０．９〜１．３になることもある。このように投影光学系ＰＬの開口数（ＮＡ）が大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、レチクル（マスク）Ｒのライン・アンド・スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、レチクル（マスク）Ｒのパターンからは、Ｓ偏光成分（ラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分）の回折光が多く射出されるようにするとよい。投影光学系ＰＬとウエハＷ表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系ＰＬとウエハＷ表面に塗布されたレジストとの間が空気（気体）で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与するＳ偏光成分の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光学系ＰＬの開口数（ＮＡ）が１．０を超えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。また、位相シフトマスクや特開平６−１８８１６９号に開示されているようなラインパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法（特にダイポール照明法）などを適宜組み合わせるとより効果的である。
【００８８】
上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、照明光学系１によってレチクルＲを照明し（照明工程）、この発明の第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１または第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２を用いてレチクルＲに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗ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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのプレート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４のフローチャートを参照して説明する。
【００８９】
先ず、図４のステップ３０１において、１ロットのプレート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ロットのプレート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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（マスク）Ｒ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのプレート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ロットのプレート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ロットのプレート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、各プレート上の各ショット領域に形成される。
【００９０】
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、大きな開口数を有する反射屈折投影光学系を備えた露光装置を用いて露光を行なっているため、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、プレート上に金属を蒸着し、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、プレート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。
【００９１】
また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、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５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５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形成工程４０２へ移行する。
【００９２】
次に、カラーフィルタ形成工程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を形成する。そして、カラーフィルタ形成工程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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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。
【００９３】
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、大きな開口数を有する反射屈折投影光学系を備えた露光装置を用いて露光しているため、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。
【実施例１】
【００９４】
実施例１にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成は、図１に示す第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成と同一であるため、実施例１にかかる反射屈折投影光学系の説明には、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系の説明で用いた符号を用いる。
【００９５】
実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の諸元の値を示す。この諸元においては、図６に示すように、Ａは反射屈折投影光学系ＰＬ１を構成する光学素子により露光光が遮光されている部分の反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１を中心とする半径、Ｂは最大像高の反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１を中心とする半径、Ｈは実効露光領域のＸ方向に沿った長さ、Ｃは実効露光領域のＹ方向に沿った長さをそれぞれ示している。また、この諸元においては、ＮＡは開口数、ｄは面間隔、ｎは屈折率、λは中心波長をそれぞれ示している。更に、この諸元においては、Ｍは反射ミラーＭ３と不図示のウエハとの光軸ＡＸ１上距離、ＬはレチクルＲ１とウエハとの距離をそれぞれ示している。
【００９６】
また、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の光学部材諸元を表１に示す。表１の光学部材諸元においては、第１カラムの面番号は物体側からの光線進行方向に沿った面の順序、第２カラムは各面の曲率半径（ｍｍ）、第３カラムは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）、第４カラムは光学部材の硝材をそれぞれ示している。
【００９７】
また、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズ及び反射ミラーの非球面係数を表２に示す。表２の非球面係数においては、第１カラムの非球面番号は表１の光学部材諸元における面番号と対応している。第２カラムは各非球面の曲率（１／ｍｍ）、第３カラムは円錐係数ｋと１２次の非球面係数、第４カラムは４次と１４次の非球面係数、第５カラムは６次と１６次の非球面係数、第６カラムは８次と１８次の非球面係数、第７カラムは１０次と２０次の非球面係数をそれぞれ示している。
【００９８】
なお、実施例１において、非球面は、光軸ＡＸ１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ＡＸ１に沿った距離（サグ量）をｘとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をｋとし、ｍ次の非球面係数をｃｍとしたとき、以下の数式１で表される。
（数式１）
ｚ＝（ｒ・ｙ２）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・ｒ２・ｙ２｝１／２］＋ｃ４・ｙ４＋ｃ６・ｙ６＋ｃ８・ｙ８＋ｃ１０・ｙ１０＋ｃ１２・ｙ１２＋ｃ１４・ｙ１４＋ｃ１６・ｙ１６＋ｃ１８・ｙ１８＋ｃ２０・ｙ２０
【００９９】
（諸元）
像側ＮＡ：  １．２０
露光エリア：A＝１４ｍｍ    B＝１８ｍｍ
H＝  ２６．０ｍｍ  C＝４ｍｍ
結像倍率：  １／４  倍
中心波長：  １９３．３０６ｎｍ
石英屈折率：１．５６０３２６１ 
蛍石屈折率：１．５０１４５４８
液体１屈折率：１．４３６６４
石英分散（ｄｎ／ｄλ）：  −１．５９１Ｅ−６／ｐｍ
蛍石分散（ｄｎ／ｄλ）：  −０．９８０Ｅ−６／ｐｍ
液体１分散（ｄｎ／ｄλ）：  −２．６Ｅ−６／ｐｍ
条件式の対応値  Ｍ＝３７４．６５ｍｍ    Ｌ＝１４００ｍｍ
【０１００】
（表１）
（光学部材諸元）
2005115127.tif 000003
【０１０１】
（表２）
（非球面係数）
2005115127.tif 000004
【０１０２】
図７は、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。図７において、Ｙは像高を示し、破線は波長１９３．３０６３ｎｍ、実線は波長１９３．３０６０ｎｍ、一点鎖線は波長１９３．３０５７ｎｍにおける横収差をそれぞれ示している。図７の横収差図に示すように、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、大きな開口数を有し、かつ大型の光学素子を備えていないにもかかわらず露光領域の全てにおいて、収差がバランス良く補正されている。
【実施例２】
【０１０３】
実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２のレンズ構成は、図２に示す第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２のレンズ構成と同一であるため、実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の説明には、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の説明で用いた符号を用いる。
【０１０４】
実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の諸元の値を示す。また、実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の光学部材諸元を表３に示す。また、実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズ及び反射ミラーの非球面係数を表４に示す。この諸元、光学部材諸元及び非球面係数においては、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の諸元の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。
（諸元）
像側ＮＡ：  １．２０
露光エリア：  A＝１３．５ｍｍ    B＝１７．５ｍｍ
H＝  ２６．０ｍｍ  C＝４ｍｍ
結像倍率：  １／５  倍
中心波長：  １９３．３０６ｎｍ
石英屈折率：１．５６０３２６１ 
蛍石屈折率：１．５０１４５４８
液体１屈折率：１．４３６６４
石英分散（ｄｎ／ｄλ）：  −１．５９１Ｅ−６／ｐｍ
蛍石分散（ｄｎ／ｄλ）：  −０．９８０Ｅ−６／ｐｍ
液体１分散（ｄｎ／ｄλ）：  −２．６Ｅ−６／ｐｍ
条件式の対応値  Ｍ＝４２４．８５ｍｍ    Ｌ＝１４００ｍｍ
（表３）
（光学部材諸元）
2005115127.tif 000005
【０１０５】
（表４）
（非球面係数）
2005115127.tif 000006
【０１０６】
図８は、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。図８において、Ｙは像高を示し、破線は波長１９３．３０６３ｎｍ、実線は波長１９３．３０６０ｎｍ、一点鎖線は波長１９３．３０５７ｎｍにおける横収差をそれぞれ示している。図８の横収差図に示すように、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、大きな開口数を有し、かつ大型の光学素子を備えていないにもかかわらず露光領域の全てにおいて、収差がバランス良く補正されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図４】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図５】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【図６】実施例にかかるウエハ上の露光領域を示す図である。
【図７】実施例１にかかる反射屈折投影光学系のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。
【図８】実施例２にかかる反射屈折投影光学系のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。
【符号の説明】
【０１０８】
ＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２…反射屈折投影光学系、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…レチクル、Ｇ１，Ｇ３…第１結像光学系、Ｇ２，Ｇ４…第２結像光学系、Ｇ１１，Ｇ２１〜Ｇ２３，Ｇ３１，Ｇ４１〜Ｇ４３…レンズ群、Ｌ１〜Ｌ１８，Ｌ２１〜Ｌ３６…レンズ、Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ２１〜Ｍ２４…反射ミラー、１…照明光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、９…Ｚステージ、１０…ＸＹステージ、１３…ウエハレーザ干渉計、１４…主制御系、１５…ウエハステージ駆動系。
【図１】
2005115127.tif 000007
【図２】
2005115127.tif 000008
【図３】
2005115127.tif 000009
【図４】
2005115127.tif 000010
【図５】
2005115127.tif 000011
【図６】
2005115127.tif 000012
【図７】
2005115127.tif 000013
【図８】
2005115127.tif 000014