(57)【要約】製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことのできる露光装置。マスク（Ｒ）に形成されたパターンの縮小像を、投影光学系（ＰＬ）を介して感光性基板（Ｗ）上に投影露光する露光装置。投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、投影光学系と感光性基板との間の光路が１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされている。投影光学系は、感光性基板上に形成すべき１つのショット領域よりも実質的に小さい静止露光領域を有し、ショット領域への投影露光に際して、ショット領域の一部への投影露光を複数回に亘って繰り返す。
2004097911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記感光性基板上の１つのショット領域へ投影露光する露光工程とを含み、
前記１つのショット領域は複数の部分露光領域を含み、
前記露光工程は、前記部分露光領域への露光を複数回に亘って繰り返すことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で前記部分露光領域への静止投影露光を行う静止露光工程と、
静止投影露光が行われた前記部分露光領域とは異なる部分露光領域に静止投影露光を行うために、前記投影光学系に対して少なくとも前記感光性基板を相対的に移動させる移動工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載の露光方法において、
前記投影光学系は約１／５以下の大きさの投影倍率を有し、
前記露光工程では、前記１つのショット領域の約１／２の大きさの部分露光領域への静止投影露光を少なくとも２回繰り返すことにより前記１つのショット領域への投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記１つのショット領域の約１／２の大きさの部分露光領域への静止投影露光を２回だけ繰り返すことにより前記１つのショット領域への投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求の範囲第３項または第４項に記載の露光方法において、
前記露光工程における第１回目の静止投影露光と第２回目の静止投影露光との間に前記マスクを交換する交換工程をさらに含むことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求の範囲第２項に記載の露光方法において、
前記投影光学系は約１／４の大きさの投影倍率を有し、
前記露光工程では、前記１つのショット領域の約１／４の大きさの部分露光領域への静止投影露光を少なくとも４回繰り返すことにより前記１つのショット領域への投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記１つのショット領域の約１／４の大きさの部分露光領域への静止投影露光を４回だけ繰り返すことにより前記１つのショット領域への投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項又は第２項に記載の露光方法において、
前記投影光学系は１／８以下の倍率の大きさを有することを特徴とする露光方法。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、複数のショット領域への投影露光を行い、且つ互いに隣接しない部分露光領域への露光を複数回に亘って繰り返すことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記複数のショット領域のそれぞれの部分露光領域における特定の部分露光領域への露光を終えた後に、前記複数のショット領域のそれぞれの部分露光領域における別の部分露光領域への露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載の露光方法において、
前記露光工程における前記特定の部分露光領域への露光と前記別の部分露光領域への露光との間に前記マスクを交換する交換工程をさらに含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
請求の範囲第８項乃至第１１項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記部分露光工程では、前記１つのショット領域の約１／４の大きさの部分露光領域への投影露光を行い、
前記露光工程は、少なくとも４つの前記部分露光工程を備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１項乃至第１１項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記複数の部分露光領域のうちの少なくとも２つの部分露光領域は、互いに一部重複していることを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の第１の静止露光領域へ投影露光する第１露光工程と、
前記第１露光工程の直後に実行されて、前記第１露光工程で投影露光された前記第１の静止露光領域とは隣接していない第２の静止露光領域へ投影露光を行うために、前記投影光学系に対して少なくとも前記感光性基板を相対的に移動させる移動工程と、
前記移動工程の直後に実行されて、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の前記第２の静止露光領域へ投影露光する第２露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載の露光方法において、
前記第１露光工程と前記第２露光工程との間において前記マスクは交換されないことを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１４項又は第１５項に記載の露光方法において、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記第１および第２の静止露光領域とは異なる第３の静止露光領域へ投影露光する第３露光工程をさらに含み、
前記第３の静止露光領域は、前記第１の静止露光領域と前記第２の静止露光領域との間に位置することを特徴とする露光方法。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載の露光方法において、
前記第２露光工程と前記第３露光工程との間に前記マスクを交換する交換工程をさらに含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１８】
請求の範囲第１６項又は第１７項に記載の露光方法において、
前記第３の静止露光領域は、前記第１の静止露光領域または前記第２の静止露光領域と一部重複していることを特徴とする露光方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１項乃至第１８項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記投影光学系は、複数の光透過部材のみにより構成された屈折光学系であることを特徴とする露光方法。
【請求項２０】
請求の範囲第１項乃至第１９項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記媒質は水を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２１】
マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光装置において、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路が１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系は、前記感光性基板上に形成すべき１つのショット領域よりも実質的に小さい静止露光領域を有し、
前記ショット領域への投影露光に際して、前記ショット領域の一部への投影露光を複数回に亘って繰り返すことを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載の露光装置において、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記ショット領域の一部に対して静止投影露光を行い、前記ショット領域の前記一部とは異なる一部に対して静止投影露光を行うために、少なくとも前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対的に移動させることを特徴とする露光装置。
【請求項２３】
請求の範囲第２２項に記載の露光装置において、
前記静止露光領域は前記ショット領域の約１／２の大きさを有し、前記投影光学系は約１／５以下の大きさの投影倍率を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２４】
請求の範囲第２２項に記載の露光装置において、
前記静止露光領域は前記ショット領域の約１／４の大きさを有し、前記投影光学系は約１／４の大きさの投影倍率を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２５】
請求の範囲第２２項に記載の露光装置において、
前記静止露光領域は前記ショット領域の約１／４の大きさを有し、前記投影光学系は１／８以下の大きさの投影倍率を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２６】
請求の範囲第２１項乃至第２５項の何れか一項に記載の露光装置において、
前記ショット領域の前記一部と、前記異なる一部とは、互いに一部重複していることを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
請求の範囲第２１項乃至第２６項の何れか一項に記載の露光装置において、
前記投影光学系は、複数の光透過部材のみにより構成された屈折光学系であることを特徴とする露光装置。
【請求項２８】
請求の範囲第２１項乃至第２７項の何れか一項に記載の露光装置において、
前記媒質は水を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２９】
マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光装置において、
前記感光性基板を移動可能に保持する基板ステージと、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たすための手段と、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の第１の静止露光領域へ投影露光し、該第１の静止露光領域への投影露光に引き続いて、前記第１露光工程で投影露光された前記第１の静止露光領域とは隣接していない第２の静止露光領域へ投影露光を行うために、前記投影光学系に対して少なくとも前記感光性基板を相対的に移動させ、前記感光性基板の相対的な移動に引き続いて、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の前記第２の静止露光領域へ投影露光するように、少なくとも前記基板ステージを制御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項に記載の露光装置において、
前記第１の静止露光領域への投影露光と前記第２の静止露光領域への投影露光との間において前記マスクは交換されないことを特徴とする露光装置。
【請求項３１】
請求の範囲第２９項又は第３０項に記載の露光装置において、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記第１および第２の静止露光領域とは異なる第３の静止露光領域へ投影露光し、
前記第３の静止露光領域は、前記第１の静止露光領域と前記第２の静止露光領域との間に位置することを特徴とする露光装置。
【請求項３２】
請求の範囲第３１項に記載の露光装置において、
前記第２露光工程と前記第３露光工程との間に前記マスクを交換することを特徴とする露光装置。
【請求項３３】
請求の範囲第３１項又は第３２項に記載の露光装置において、
前記第３の静止露光領域は、前記第１の静止露光領域または前記第２の静止露光領域と隣接していることを特徴とする露光装置。
【請求項３４】
請求の範囲第３１項又は第３２項に記載の露光装置において、
前記第３の静止露光領域は、前記第１の静止露光領域または前記第２の静止露光領域と一部重複していることを特徴とする露光装置。
【請求項３５】
請求の範囲第２９項乃至第３４項の何れか一項に記載の露光装置において、
前記媒質は水を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３６】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系中のパワーを有する光学部材はすべて透過性の光学部材であり、
前記投影光学系の倍率の大きさは１／８以下であり、
前記第１面側および前記第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項３７】
請求の範囲第３６項に記載の投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置から前記第２面までの距離をＬ２とし、前記第１面から前記第２面までの距離をＬＡとするとき、
０．１８＜Ｌ２／ＬＡ＜０．２４５    （１）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項３８】
請求の範囲第３６項又は第３７項に記載の投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置またはその近傍に配置された少なくとも１つの可変開口絞りを有することを特徴とする投影光学系。
【請求項３９】
請求の範囲第３６項乃至第３８項の何れか一項に記載の投影光学系において、
前記第１面側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第６レンズ群とを備え、
前記第１面の光軸上の１点からの光束が各光学面上で占める領域の大きさを部分径と定義するとき、前記投影光学系中の部分径の最大値をＰＸとし、前記第２レンズ群中の部分径の最小値をＰ２とするとき、
０．０４＜Ｐ２／ＰＸ＜０．２    （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４０】
請求の範囲第３９項に記載の投影光学系において、
前記第４レンズ群中のレンズの最小有効径をＤ４とし、前記第１面の有効径をＤ０とするとき、
０．４＜Ｄ４／Ｄ０＜０．９    （３）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４１】
請求の範囲第３６項乃至第３８項の何れか一項に記載の投影光学系において、
前記第１面側から順に、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、開口絞りと、正の屈折力を有する第５レンズ群とを備え、
前記第１面の光軸上の１点からの光束が各光学面上で占める領域の大きさを部分径と定義するとき、前記投影光学系中の部分径の最大値をＰＸとし、前記第３レンズ群中の部分径の最小値をＰ３とするとき、
０．０７＜Ｐ３／ＰＸ＜０．２３    （４）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４２】
請求の範囲第４１項に記載の投影光学系において、
前記第３レンズ群中のレンズの最小有効径をＤ３とし、前記第１面の有効径をＤ０とするとき、
０．３５＜Ｄ３／Ｄ０＜０．８５    （５）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４３】
請求の範囲第３６項乃至第４２項の何れか一項に記載の投影光学系において、
前記媒質は水を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項４４】
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３６項乃至第４３項の何れか一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４５】
請求の範囲第４４項に記載の露光装置において、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記パターンの像を前記感光性基板上の一部に形成し、前記一部とは異なる一部に対して前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記パターンの像を形成するために、少なくとも前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対的に移動させることを特徴とする露光装置。
【請求項４６】
請求の範囲第４５項に記載の露光装置において、
前記ショット領域の前記一部と、前記異なる一部とは、互いに一部重複していることを特徴とする露光装置。
【請求項４７】
前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、
請求の範囲第３６項乃至第４３項の何れか一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露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項４８】
請求の範囲第４７項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、複数の部分露光領域を含む１つのショット領域へ投影露光を行い、
前記露光工程は、前記部分露光領域へ投影露光する部分露光工程を複数備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項４９】
請求の範囲第４８項に記載の露光方法において、
前記部分露光工程では、前記１つのショット領域の約１／４の大きさの部分露光領域への投影露光を行い、
前記露光工程は、少なくとも４つの前記部分露光工程を備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項５０】
請求の範囲第４８項又は第４９項に記載の露光方法において、
前記部分露光工程では、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で前記部分露光領域への静止投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５１】
請求の範囲第４８項乃至第５０項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記露光工程における第１回目の部分露光工程と第２回目の部分露光工程との間に前記マスクを交換するマスク交換工程をさらに備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項５２】
請求の範囲第５１項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、複数のショット領域への投影露光を行い、
前記マスク交換工程は、前記複数のショット領域に対する前記第１回目の部分露光工程と前記複数のショット領域に対する前記第２回目の部分露光工程との間に実行されることを特徴とする露光方法。
【請求項５３】
マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法において、
倍率の大きさが１／８以下の投影光学系を準備する準備工程と、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きな屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記感光性基板上の１つのショット領域へ投影露光する露光工程とを含み、
前記露光工程では、複数の部分露光領域を含む１つのショット領域へ投影露光を行い、
前記露光工程は、前記部分露光領域へ投影露光する部分露光工程を複数備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項５４】
請求の範囲第５３項に記載の露光方法において、
前記部分露光工程では、前記１つのショット領域の約１／４の大きさの部分露光領域への投影露光を行い、
前記露光工程は、少なくとも４つの前記部分露光工程を備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項５５】
請求の範囲第５３項又は第５４項に記載の露光方法において、
前記部分露光工程では、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で前記部分露光領域への静止投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５６】
請求の範囲第５３項乃至第５５項の何れか一項に記載の露光方法において、
前記露光工程における第１回目の部分露光工程と第２回目の部分露光工程との間に前記マスクを交換するマスク交換工程をさらに備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項５７】
請求の範囲第５６項に記載の露光方法において、
前記露光工程では、複数のショット領域への投影露光を行い、
前記マスク交換工程は、前記複数のショット領域に対する前記第１回目の部分露光工程と前記複数のショット領域に対する前記第２回目の部分露光工程との間に実行され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、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の投影光学系に関するものである。
【背景技術】  半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置の投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。
その結果、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板（ウェハなど）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。
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、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、後述するように、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技術が知られている。
一方、光学系の製造難易度は、反射部材を含む反射屈折型の投影光学系よりも屈折部材のみで構成される屈折型の投影光学系の方が低く、露光装置の大量供給には屈折型の投影光学系が好適である。しかしながら、屈折型の投影光学系では、その瞳よりも物体側（マスク側）においてペッツバール条件を満足させるために、正屈折力のレンズ群と負屈折力のレンズ群とを間隔を隔てて配置する必要がある。また、上述のように１以上の大きな像側開口数を実現しようとすると、それに伴って物体側開口数も大きくなる。
その結果、屈折型の投影光学系では、物体側開口数の増大により、コマ収差等の軸外収差を良好に補正すること、ひいては大きな静止露光領域（実効露光領域：有効結像領域）を確保することができなくなり、レンズの大型化も回避することができなくなる。そこで、投影光学系の投影倍率（結像倍率）を通常よりもさらに小さく設定することにより物体側開口数を小さく抑えて、軸外収差を良好に補正するとともにレンズの大型化も回避する方法も考えられる。しかしながら、投影光学系の投影倍率を通常よりも小さく設定すると、所要の大きさを有するショット領域に光学的に対応するマスク側の照明領域が大きくなり、この大きな照明領域を現在主流である６インチレチクルでカバーすることができなくなる。
また、現在、比較的大きな像側開口数を有する投影光学系を搭載した露光装置では、投影光学系に対してマスクおよびウェハを相対移動させつつ、ウェハ上の１つのショット領域にマスクパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式が用いられている。しかしながら、大きな像側開口数を得るために投影光学系と感光性基板との間の光路中に媒質を満たす構成を採用すると、たとえば液体のような媒質の介在により素早い走査露光が不可能であり、スループットの低下を招いてしまう恐れがある。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像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。
【発明の開示】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の態様にかかる露光方法は、マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記感光性基板上の１つのショット領域へ投影露光する露光工程とを含み、
前記１つのショット領域は複数の部分露光領域を含み、
前記露光工程は、前記部分露光領域への露光を複数回に亘って繰り返すことを特徴とする。
また、本発明の第２の態様にかかる露光方法は、マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法であって、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の第１の静止露光領域へ投影露光する第１露光工程と、
前記第１露光工程の直後に実行されて、前記第１露光工程で投影露光された前記第１の静止露光領域とは隣接していない第２の静止露光領域へ投影露光を行うために、前記投影光学系に対して少なくとも前記感光性基板を相対的に移動させる移動工程と、
前記移動工程の直後に実行されて、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の前記第２の静止露光領域へ投影露光する第２露光工程とを含むことを特徴とする。
また、本発明の第３の態様にかかる露光装置は、マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光装置であって、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路が１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系は、前記感光性基板上に形成すべき１つのショット領域よりも実質的に小さい静止露光領域を有し、
前記ショット領域への投影露光に際して、前記ショット領域の一部への投影露光を複数回に亘って繰り返すことを特徴とする。
また、本発明の第４の態様にかかる露光装置は、マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光装置であって、
前記感光性基板を移動可能に保持する基板ステージと、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たすための手段と、
前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の第１の静止露光領域へ投影露光し、該第１の静止露光領域への投影露光に引き続いて、前記第１露光工程で投影露光された前記第１の静止露光領域とは隣接していない第２の静止露光領域へ投影露光を行うために、前記投影光学系に対して少なくとも前記感光性基板を相対的に移動させ、前記感光性基板の相対的な移動に引き続いて、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を静止させた状態で、前記感光性基板上の前記第２の静止露光領域へ投影露光するように、少なくとも前記基板ステージを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明の第５の態様にかかる投影光学系は、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系であって、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされ、
前記投影光学系中のパワーを有する光学部材はすべて透過性の光学部材であり、
前記投影光学系の倍率の大きさは１／８以下であり、
前記第１面側および前記第２面側の双方にほぼテレセントリックに構成されていることを特徴とする。
また、本発明の第６の態様にかかる露光方法は、マスクに形成されたパターンの縮小像を、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光方法であって、
倍率の大きさが１／８以下の投影光学系を準備する準備工程と、
前記投影光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記投影光学系と前記感光性基板との間の光路を１．１よりも大きな屈折率を有する媒質で満たす充填工程と、
前記感光性基板上の１つのショット領域へ投影露光する露光工程とを含み、
前記露光工程では、複数の部分露光領域を含む１つのショット領域へ投影露光を行い、
前記露光工程は、前記部分露光領域へ投影露光する部分露光工程を複数備えていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  第１図は、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。
第２図は、各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。
第３図は、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。
第４図は、第１実施例における横収差を示す図である。
第５図は、第１実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。
第６図は、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。
第７図は、第２実施例における横収差を示す図である。
第８図は、第２実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。
第９図は、本実施形態の第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１０図は、第３実施例における横収差を示す図である。
第１１図は、第３実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。
第１２図は、本実施形態の第４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１３図は、第４実施例における横収差を示す図である。
第１４図は、本実施形態の第５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１５図は、第５実施例における横収差を示す図である。
第１６図は、第４実施例および第５実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。
第１７Ａ図〜第１７Ｄ図は、第４実施例および第５実施例において１つのウェハ上の複数のショット領域に対して部分露光工程を繰り返す様子を示す図である。
第１８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１９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。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明では、投影光学系と感光性基板との間の光路中に１．１よりも大きい屈折率を有する媒質を介在させることにより、投影光学系の像側開口数ＮＡの増大を図っている。ちなみに、Ｍ．Ｓｗｉｔｋｅｓ氏およびＭ．Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄ氏が「ＳＰＩＥ２００２  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」において「Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」に発表した「Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  １５７−ｎｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｂｙ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ」には、波長λが２００ｎｍ以下の光に対して所要の透過率を有する媒質として、フロリナート（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓ：米国スリーエム社の商品名）や脱イオン水（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ）などが候補として挙げられている。
こうして、本発明では、投影光学系と感光性基板との間の光路中に、たとえば液体（あるいは流体）のような高屈折率の媒質を介在させて、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高解像な投影露光を行うことができる。
また、本発明の典型的な形態によれば、たとえば１／５以下の大きさの投影倍率を有する投影光学系を用いて、１つのショット領域の約１／２の大きさの部分露光領域へ第１回目の静止投影露光を行い、マスクを交換した後に、残りの約１／２の大きさの部分露光領域へ第２回目の静止投影露光を行う。この構成では、投影光学系の投影倍率が通常の投影倍率（すなわち１／４）よりも小さく設定されているので、高屈折率媒質の介在により像側開口数が通常値よりも増大しても物体側開口数は実質的に増大することがない。
その結果、製造し易い屈折型の投影光学系を用いても、コマ収差等の軸外収差を良好に補正することにより十分に大きな静止露光領域を確保することができ、レンズの大型化も回避することができる。また、１つのショット領域の約１／２の大きさの部分露光領域に対する２回の静止投影露光の間にマスクを交換するので、マスクとして現在主流である６インチレチクルを用いることができる。さらに、大きな像側開口数を得るために投影光学系と感光性基板との間の光路中に媒質を満たす構成を採用しているが、静止投影露光を行うことにより、走査露光の場合とは異なり、媒質の介在に起因するスループットの低下を招くことはない。
以上のように、本発明の１つの態様では、製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
ところで、現行のショット領域は、３３ｍｍ×２６ｍｍまたは３３ｍｍ×２２ｍｍの矩形状の領域である。これは、６インチサイズのレチクルと１／４の投影倍率を有する投影光学系とを用いた一括投影露光により得ることのできるショット領域である。このショット領域を２つの部分露光領域に等分して２回の静止投影露光を行う場合、部分露光領域の大きさは２６ｍｍ×１６．５ｍｍまたは２２ｍｍ×１６．５ｍｍになる。部分露光領域の大きさが２６ｍｍ×１６．５ｍｍであれば、６インチサイズのレチクルと１／５の投影倍率を有する投影光学系とを用いた一括投影露光が可能である。
一方、部分露光領域の大きさが２２ｍｍ×１６．５ｍｍであれば、６インチサイズのレチクルと１／６の投影倍率を有する投影光学系とを用いた一括投影露光が可能である。ちなみに、上述のショット領域を４つの部分露光領域に等分して４回の静止投影露光を行う場合、部分露光領域の大きさはたとえば１３ｍｍ×１６．５ｍｍになる。この場合、静止露光領域が比較的小さくても良いので、１／４の通常投影倍率を有する投影光学系と６インチサイズのレチクルとを用いた一括投影露光が可能である。
さて、現在主流である投影倍率の大きさが１／４の投影光学系において１以上の大きな像側開口数を実現しようとすると、それに伴って物体側開口数もある程度大きくなる。その結果、屈折型の投影光学系では、物体側開口数の増大により、コマ収差等の軸外収差を良好に補正すること、ひいては大きな静止露光領域（実効露光領域：有効結像領域）を確保することができなくなる恐れがあり、レンズの大型化も回避することが困難になる。
そこで、投影光学系の投影倍率（結像倍率）を通常よりもさらに小さく設定することにより物体側開口数を小さく抑えて、軸外収差を良好に補正するとともにレンズの大型化も回避する方法も考えられる。しかしながら、投影光学系の投影倍率を通常よりも小さく設定すると、所要の大きさを有するショット領域に光学的に対応するマスク側の照明領域が大きくなり、この大きな照明領域を現在主流である６インチレチクルでカバーすることができなくなる。
実際に、ＩＣデバイス等は複数のレイヤから成り立ち、全てのレイヤが同じ露光装置を用いて露光されるわけではない。したがって、現行の露光装置とのショット領域の共有は重要である。要求されるショット領域の大きさは投影光学系の像側で決まるため、投影光学系の投影倍率の大きさを現行の１／４よりも小さくすると、マスクの所要領域が現行のマスク領域よりも大きくなる。換言すれば、単に投影光学系の投影倍率の大きさを現行の１／４よりも小さくすると、現在主流である６インチレチクルでは要求されるショット領域をカバーすることができなくなる。
しかしながら、本発明の別の態様にかかる投影光学系の倍率の大きさは１／８以下であるため、像側開口数を大きく確保しても物体側開口数が小さく抑えられる。その結果、屈折型の投影光学系であっても、レンズの大型化を招くことなく、コマ収差等の軸外収差を良好に補正することができ、ひいては比較的大きな有効結像領域を確保することができる。
すなわち、本発明の別の態様では、像面との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて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のできる屈折型の投影光学系を実現することができる。そして、本発明の別の態様にかかる投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、たとえば４つの別々の６インチレチクルを用いて、４つの部分露光領域を含む１つのショット領域への投影露光に際して各部分露光領域への静止投影露光を４回に亘って繰り返す。この場合、投影光学系に要求される最大像高を小さく抑えることができ、ひいては投影光学系の小型化を図ることができる。
また、大きな像側開口数を得るために感光性基板との間の光路中に媒質を満たす構成を採用しているが、屈折型の投影光学系を介して静止投影露光を行うことにより、走査露光の場合とは異なり、媒質の介在に起因するスループットの低下を招くことはない。以上のように、本発明の露光装置および露光方法では、製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
また、本発明の別の態様にかかる投影光学系では、像側の瞳位置から像面までの距離をＬ２とし、物体面（第１面）から像面までの距離すなわち物像間距離をＬＡとするとき、次の条件式（１）を満足することが望ましい。
０．１８＜Ｌ２／ＬＡ＜０．２４５      （１）
条件式（１）の下限値を下回ると、コマ収差や非点収差等の補正が難しくなり、有効な結像領域を得ることが困難になるので好ましくない。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、光学系が大型化するので好ましくない。すなわち、条件式（１）を満足することにより、必要十分な有効結像領域を確保しつつ、実現可能な大きさの縮小投影光学系を得ることができる。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（１）の下限値を０．２に設定し、その上限値を０．２４に設定することが好ましい。
また、本発明の別の態様にかかる投影光学系では、像側の瞳位置またはその近傍に配置された少なくとも１つの可変開口絞りを有することが好ましい。この構成により、様々なパターンを有するマスクに対して結像に最適な開口数を選ぶことが可能になる。さらに、２つの可変開口絞りを光軸方向に間隔を隔てて配置することにより、様々な開口数において有効結像領域の全体に亘って瞳形状の均一化が可能になる。なお、光軸方向に間隔を隔てて配置された２つの可変開口絞りの詳細な作用効果については、特開２００２−１１８０５３号公報およびこれに対応するＷＯ０２／３１８７０号公報を参照することができる。
また、本発明の別の態様にかかる投影光学系は、正屈折力の第１レンズ群と負屈折力の第２レンズ群と正屈折力の第３レンズ群と負屈折力の第４レンズ群と正屈折力の第５レンズ群と開口絞りと正屈折力の第６レンズ群とを備え、次の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．０４＜Ｐ２／ＰＸ＜０．２    （２）
条件式（２）において、物体面の光軸上の１点からの光束が各光学面上で占める領域の大きさを部分径と定義するとき、ＰＸは投影光学系中の部分径の最大値であり、Ｐ２は第２レンズ群中の部分径の最小値である。なお、部分径（パーシャル径：部分光束径）の一般的な定義については、特開２００２−１５１３９７号公報の段落［００３２］および図３、並びに特開２００２−２５８１３１号公報の段落［００８４］〜［００８９］および図１４（およびこれに対応する欧州特許公開ＥＰ１３５９６０８号公報の段落［０１１４］〜［０１１９］および図１４）を参照することができる。
条件式（２）を満足することにより、ペッツバール条件を効率良く満足し、平坦性の優れた良好な結像性能を実現することができる。すなわち、条件式（２）の下限値を下回ると、マスク側の作動距離を十分に確保することができないため、露光装置に適用した場合にマスクステージの機械的干渉が起こり易くなるので好ましくない。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、レンズ径の大型化または収差性能（ペッツバール条件）の劣化を避けることが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（２）の下限値を０．０６に設定し、その上限値を０．１５に設定することが好ましい。
また、本発明の別の態様にかかる投影光学系では、上述の条件式（２）に加えて、次の条件式（３）を満足することが望ましい。条件式（３）において、Ｄ４は第４レンズ群中のレンズの最小有効径であり、Ｄ０は物体面（露光装置に適用した場合にはマスク）の有効径である。
０．４＜Ｄ４／Ｄ０＜０．９      （３）
条件式（３）の下限値を下回ると、十分に大きな像側開口数を実現することができなくなるので好ましくない。一方、条件式（３）の上限値を上回ると、レンズ径の大型化または収差性能（ペッツバール条件）の劣化を避けることが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（３）の下限値を０．５に設定し、その上限値を０．８７に設定することが好ましい。
あるいは、本発明の別の態様にかかる投影光学系は、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レンズ群と開口絞りと正屈折力の第５レンズ群とを備え、次の条件式（４）を満足することが望ましい。条件式（４）において、ＰＸは上述したように投影光学系中の部分径の最大値であり、Ｐ３は第３レンズ群中の部分径の最小値である。
０．０７＜Ｐ３／ＰＸ＜０．２３      （４）
条件式（４）を満足することにより、ペッツバール条件を効率良く満足し、平坦性の優れた良好な結像性能を実現することができる。すなわち、条件式（４）の下限値を下回ると、マスク側の作動距離を十分に確保することができないため、露光装置に適用した場合にマスクステージの機械的干渉が起こり易くなるので好ましくない。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、レンズ径の大型化または収差性能（ペッツバール条件）の劣化を避けることが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（４）の下限値を０．１に設定し、その上限値を０．２１に設定することが好ましい。
また、本発明の別の態様にかかる投影光学系では、上述の条件式（４）に加えて、次の条件式（５）を満足することが望ましい。条件式（５）において、Ｄ３は第３レンズ群中のレンズの最小有効径であり、Ｄ０は物体面（露光装置に適用した場合にはマスク）の有効径である。
０．３５＜Ｄ３／Ｄ０＜０．８５      （５）
条件式（５）の下限値を下回ると、十分に大きな像側開口数を実現することができなくなるので好ましくない。一方、条件式（５）の上限値を上回ると、レンズ径の大型化または収差性能（ペッツバール条件）の劣化を避けることが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（５）の下限値を０．４に設定し、その上限値を０．８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１図は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、第１図において、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第１図の紙面に平行にＹ軸を、第１図の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。
光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
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、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。
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、ウェハホルダテーブルＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上では矩形状の静止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。
また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ１または平行平面板Ｐ１）と最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとの間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
第２図は、各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。第２図を参照すると、各実施例において、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂは、レチクル側に向かって凸面を有する。換言すれば、境界レンズＬｂのレチクル側の面Ｓｂは、正の屈折力を有する。そして、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質Ｌｍで満たされている。第１〜第３実施例では、媒質Ｌｍとして、脱イオン水を用いている。第４および第５実施例では、媒質Ｌｍとして、純水を用いている。
なお、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体媒質Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報や米国特許第５，８２５，０４３号に開示された技術などを用いることができる。国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体（媒質Ｌｍ）を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。
一方、特開平１０−３０３１１４号公報や米国特許第５，８２５，０４３号に開示された技術では、液体（媒質Ｌｍ）を収容することができるようにウェハホルダテーブルＷＴを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。
上述のように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ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、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハＷのショット領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
各実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、石英（ＳｉＯ２）または蛍石（ＣａＦ２）により形成されている。また、露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の発振中心波長は、１９３．３０６ｎｍであり、この中心波長に対する石英の屈折率は１．５６０３２６１であり、蛍石の屈折率は１．５０１４５４８である。さらに、第１〜第３実施例では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する媒質Ｌｍとして、露光光に対して１．４７の屈折率を有する脱イオン水を用いている。また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体側および像側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。
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３図は、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。第３図を参照すると、第１実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２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と、両凸レンズＬ４と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ５と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６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Ｌ７と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ９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、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Ｌ１２と、両凸レンズＬ１３と、レチクル側に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正メニスカスレンズＬ１５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Ｌ１６と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ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、レチクル側に凸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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２３（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
第１実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２３とウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、レンズＬ２２およびＬ２３（Ｌｂ）が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。
次の表（１）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数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）および（３）においても同様である。
2004097911.tif 000003
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2004097911.tif 000005
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第４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は像高を示している。第４図の収差図から明らかなように、第１実施例では、投影倍率の大きさが１／５の屈折型投影光学系において、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０４）を確保しているにもかかわらず、半径が１５．５ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
第５図は、第１実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。第５図に示すように、第１実施例では、３３ｍｍ×２６ｍｍのショット領域５１を２６ｍｍ×１６．５ｍｍの大きさを有する２つの部分露光領域５１ａおよび５１ｂに分割している。ここで、各部分露光領域５１ａおよび５１ｂは、半径が１５．５ｍｍのイメージサークルに包含される大きさに設定されている。ちなみに、ショット領域５１は、半径が１５．５ｍｍのイメージサークルには包含されない大きさを有する。
第１実施例では、６インチサイズの第１レチクルＲ１を用いて、ショット領域５１の１／２の大きさを有する第１部分露光領域５１ａへ静止投影露光を行う。次いで、第１レチクルＲ１を、６インチサイズの第２レチクルＲ２に交換する。最後に、第２レチクルＲ２を用いて、ショット領域５１の１／２の大きさを有する第２部分露光領域５１ｂへ静止投影露光を行う。第１実施例では、投影光学系ＰＬの投影倍率の大きさを通常の１／４よりも小さく１／５に設定しているので、非常に大きな像側開口数を確保しているにもかかわらず物体側開口数を小さく抑えて、レンズの大型化を招くことなく、ショット領域の約１／２の大きさに設定された投影光学系ＰＬの静止露光領域において軸外収差を良好に補正することができる。
また、大きな像側開口数を得るために投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に媒質（脱イオン水）Ｌｍを満たす構成を採用しているが、静止投影露光を行っているので、走査露光の場合とは異なり、媒質Ｌｍの介在に起因するスループットの低下を招くことはない。こうして、第１実施例では、製造し易い屈折型の投影光学系ＰＬと通常サイズのレチクル（マスク）とを用い、投影光学系ＰＬとウェハ（感光性基板）Ｗとの間の光路中に高屈折率の媒質Ｌｍを介在させて大きな実効的な像側開口数（ＮＡ＝１．０４）を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
［第２実施例］
第６図は、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。第６図を参照すると、第２実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２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Ｌ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、両凸レンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１０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Ｌ１１と、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、ウェハ側に非球面を向けたレンズ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正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１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Ｌ２２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２４（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
第２実施例においても第１実施例と同様に、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２４とウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、レンズＬ２３およびＬ２４（Ｌｂ）が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英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。
2004097911.tif 000009
2004097911.tif 000010
2004097911.tif 000011
2004097911.tif 000012
第７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は像高を示している。第７図の収差図から明らかなように、第２実施例では、投影倍率の大きさが１／６の屈折型投影光学系において、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０４）を確保しているにもかかわらず、半径が１３．９ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
第８図は、第２実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。第８図に示すように、第２実施例では、３３ｍｍ×２２ｍｍのショット領域５２を２２ｍｍ×１６．５ｍｍの大きさを有する２つの部分露光領域５２ａおよび５２ｂに分割している。ここで、各部分露光領域５２ａおよび５２ｂは、半径が１３．９ｍｍのイメージサークルに包含される大きさに設定されている。ちなみに、ショット領域５２は、半径が１３．９ｍｍのイメージサークルには包含されない大きさを有する。
第２実施例では、６インチサイズの第１レチクルＲ１を用いて、ショット領域５２の１／２の大きさを有する第１部分露光領域５２ａへ静止投影露光を行う。次いで、第１レチクルＲ１を、６インチサイズの第２レチクルＲ２に交換する。最後に、第２レチクルＲ２を用いて、ショット領域５２の１／２の大きさを有する第２部分露光領域５２ｂへ静止投影露光を行う。第２実施例では、投影光学系ＰＬの投影倍率の大きさを通常の１／４よりも小さく１／６に設定しているので、非常に大きな像側開口数を確保しているにもかかわらず物体側開口数を小さく抑え、レンズの大型化を招くことなく、ショット領域の約１／２の大きさに設定された投影光学系ＰＬの静止露光領域において軸外収差を良好に補正することができる。
また、大きな像側開口数を得るために投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に媒質（脱イオン水）Ｌｍを満たす構成を採用しているが、静止投影露光を行っているので、走査露光の場合とは異なり、媒質Ｌｍの介在に起因するスループットの低下を招くことはない。こうして、第２実施例においても第１実施例と同様に、製造し易い屈折型の投影光学系ＰＬと通常サイズのレチクル（マスク）とを用い、投影光学系ＰＬとウェハ（感光性基板）Ｗとの間の光路中に高屈折率の媒質Ｌｍを介在させて大きな実効的な像側開口数（ＮＡ＝１．０４）を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
［第３実施例］
第９図は、本実施形態の第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９図を参照すると、第３実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２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と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１０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Ｌ１１と、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、ウェハ側に非球面を向けたレンズＬ１３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸レンズ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、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１７と、開口絞りＡＳと、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１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Ｌ２２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２４（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
第３実施例では第２実施例と同様に、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ２４とウェハＷとの間の光路には、脱イオン水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、レンズＬ２３およびＬ２４（Ｌｂ）が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。次の表（３）に、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
2004097911.tif 000013
2004097911.tif 000014
2004097911.tif 000015
2004097911.tif 000016
2004097911.tif 000017
第１０図は、第３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。第１０図の収差図から明らかなように、第３実施例では、投影倍率の大きさが１／４の屈折型投影光学系において、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）を確保しているにもかかわらず、半径が１０．７ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
第１１図は、第３実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。第１１図に示すように、第３実施例では、３３ｍｍ×２６ｍｍのショット領域５３を１６．５ｍｍ×１３ｍｍの大きさを有する４つの部分露光領域５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよび５３ｄに分割している。ここで、各部分露光領域５３ａ〜５３ｄは、半径が１０．７ｍｍのイメージサークルに包含される大きさに設定されている。ちなみに、ショット領域５３は、半径が１０．７ｍｍのイメージサークルには包含されない大きさを有する。
第３実施例では、６インチサイズの第１レチクルＲ１を用いて、ショット領域５３の１／４の大きさを有する第１部分露光領域５３ａへ静止投影露光を行う。次いで、第１レチクルＲ１を６インチサイズの第２レチクルＲ２に交換し、第２レチクルＲ２を用いて、ショット領域５３の１／４の大きさを有する第２部分露光領域５３ｂへ静止投影露光を行う。さらに、第２レチクルＲ２を６インチサイズの第３レチクルＲ３に交換し、第３レチクルＲ３を用いて、ショット領域５３の１／４の大きさを有する第３部分露光領域５３ｃへ静止投影露光を行う。最後に、第３レチクルＲ３を６インチサイズの第４レチクルＲ４に交換し、第４レチクルＲ４を用いて、ショット領域５３の１／４の大きさを有する第４部分露光領域５３ｄへ静止投影露光を行う。
第３実施例では、投影光学系ＰＬの投影倍率の大きさを通常の１／４に設定しているが、投影光学系ＰＬの静止露光領域をショット領域の約１／４の大きさに設定しているので、非常に大きな像側開口数を確保しているにもかかわらず、レンズの大型化を招くことなく静止露光領域において軸外収差を良好に補正することができる。また、大きな像側開口数を得るために投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に媒質（脱イオン水）Ｌｍを満たす構成を採用しているが、静止投影露光を行っているので、走査露光の場合とは異なり、媒質Ｌｍの介在に起因するスループットの低下を招くことはない。こうして、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、製造し易い屈折型の投影光学系ＰＬと通常サイズのレチクル（マスク）とを用い、投影光学系ＰＬとウェハ（感光性基板）Ｗとの間の光路中に高屈折率の媒質Ｌｍを介在させて大きな実効的な像側開口数（ＮＡ＝１．１）を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
なお、上述の各実施例では、１つのショット領域を２つまたは４つの部分露光領域に等分しているが、隣接する２つの部分露光領域を部分的に重複させて、いわゆる一部重複露光を行うこともできる。また、上述の各実施例では、１つのショット領域を２つまたは４つの部分露光領域に分割し、各部分露光領域に対する投影露光を１回ずつ行っているが、少なくとも１つの部分露光領域に対して二重露光を行うこともできる。
また、上述の各実施例では、各部分露光領域に対して静止投影露光を行っているが、レチクルおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら各部分露光領域にレチクルパターンをスキャン露光することもできる。また、上述の各実施例では、屈折型の投影光学系を用いて各部分露光領域に対する投影露光を行っているが、これに限定されることなく、たとえば反射屈折型の投影光学系を用いて各部分露光領域に対する投影露光を行うこともできる。
以下に示す実施例においては、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する媒質Ｌｍとして、第４実施例では露光光に対して１．４３６６４の屈折率を有する純水を、第５実施例では露光光に対して１．４３６００の屈折率を有する純水をそれぞれ用いている。
［第４実施例］
第１２図は、本実施形態の第４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１２図を参照すると、第４実施例の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とにより構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、レチクル側に平面を向けた平凹レンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側から順に、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Ｌ２１と、両凹レンズＬ２２と、両凹レンズＬ２３と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４とにより構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、両凸レンズＬ３３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ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、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Ｌ３６とにより構成されている。第４レンズ群Ｇ４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Ｌ４１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ４２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ４３と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ４４とにより構成されている。
第５レンズ群Ｇ５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Ｌ５１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５２と、両凸レンズＬ５３とにより構成されている。第６レンズ群Ｇ６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Ｌ６１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６２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Ｌ６３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Ｌ６４と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ６５（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
第４実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ６５とウェハＷとの間の光路には、純水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、平凸レンズＬ６５だけが蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。
次の表（４）に、第４実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（４）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）の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｙｍは最大像高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（４）における表記は、以降の表（５）においても同様である。
2004097911.tif 000018
2004097911.tif 000019
2004097911.tif 000020
2004097911.tif 000021
2004097911.tif 000022
2004097911.tif 000023
第１３図は、第４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。第１３図の収差図から明らかなように、第４実施例では、投影倍率の大きさが１／８の屈折型投影光学系において、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．２）を確保しているにもかかわらず、半径（最大像高）が１０．５ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
［第５実施例］
第１４図は、本実施形態の第５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１４図を参照すると、第５実施例の投影光学系ＰＬは、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、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とにより構成されている。
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とにより構成されている。第２レンズ群Ｇ２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、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ２３と、レチクル側に凸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とにより構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、レチクル側から順に、両凹レンズＬ３１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ３３とにより構成されている。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Ｌ４１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、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４４とにより構成されている。
第５レンズ群Ｇ５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Ｌ５１と、両凸レンズＬ５２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５４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Ｌ５５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５６と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ５７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。
第５実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ５７とウェハＷとの間の光路には、純水からなる媒質Ｌｍが満たされている。また、負メニスカスレンズＬ５６および平凸レンズＬ５７だけが蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。次の表（５）に、第５実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
2004097911.tif 000024
2004097911.tif 000025
2004097911.tif 000026
2004097911.tif 000027
2004097911.tif 000028
第１５図は、第５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。第１５図の収差図から明らかなように、第５実施例においても第４実施例と同様に、投影倍率の大きさが１／８の屈折型投影光学系において、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）を確保しているにもかかわらず、半径（最大像高）が１０．５ｍｍのイメージサークル内において収差が良好に補正されていることがわかる。
第１６図は、第４および第５実施例におけるショット領域と部分露光領域との関係を示す図である。第１６図に示すように、第４および第５実施例では、３３ｍｍ×２６ｍｍのショット領域（１つのチップに対応）７を１６．５ｍｍ×１３ｍｍの大きさを有する４つの部分露光領域７ａ，７ｂ，７ｃおよび７ｄに分割している。ここで、各部分露光領域７ａ〜７ｄは、半径が１０．５ｍｍのイメージサークルにほぼ包含される。
第４および第５実施例では、６インチサイズの第１レチクルＲ１を用いて、ショット領域７の１／４の大きさを有する第１部分露光領域７ａへ静止投影露光を行う。次いで、第１レチクルＲ１を６インチサイズの第２レチクルＲ２に交換し、第２レチクルＲ２を用いて、ショット領域７の１／４の大きさを有する第２部分露光領域７ｂへ静止投影露光を行う。さらに、第２レチクルＲ２を６インチサイズの第３レチクルＲ３に交換し、第３レチクルＲ３を用いて、ショット領域７の１／４の大きさを有する第３部分露光領域７ｃへ静止投影露光を行う。最後に、第３レチクルＲ３を６インチサイズの第４レチクルＲ４に交換し、第４レチクルＲ４を用いて、ショット領域７の１／４の大きさを有する第４部分露光領域７ｄへ静止投影露光を行う。
第４および第５実施例では、投影光学系ＰＬの投影倍率の大きさを通常の１／４よりも小さい１／８に設定するとともに、投影光学系ＰＬの静止露光領域をショット領域の約１／４の大きさに設定しているので、非常に大きな像側開口数を確保しているにもかかわらず物体側開口数は小さく抑えられる。その結果、レンズの大型化を招くことなく、コマ収差等の軸外収差を良好に補正することができ、ひいては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、大きな像側開口数を得るために投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に媒質（純水）Ｌｍを満たす構成を採用しているが、静止投影露光を行っているので、走査露光の場合とは異なり、媒質Ｌｍの介在に起因するスループットの低下を招くことはない。こうして、第４および第５実施例では、製造し易い屈折型の投影光学系ＰＬと通常サイズのレチクル（マスク）とを用い、投影光学系ＰＬとウェハ（感光性基板）Ｗとの間の光路中に高屈折率の媒質Ｌｍを介在させて大きな実効的な像側開口数（ＮＡ＝１．２または１．１）を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができる。
なお、上述の説明では、１つのショット領域７に着目してその部分露光領域７ａ〜７ｄへ静止投影露光する部分露光工程を繰り返しているが、実際には１つのウェハＷ上の複数のショット領域に対して部分露光工程を繰り返すことになる。すなわち、第１７Ａ図〜第１７Ｄ図に示すように、ウェハＷ上の複数のショット領域中の第１部分露光領域（第１７Ａ図のハッチング部）を順次露光し、マスクを交換した後に、複数のショット領域中の第２部分露光領域（第１７Ｂ図のハッチング部）を順次露光する。次いで、マスクを交換した後、複数のショット領域中の第３部分露光領域（第１７Ｃ図のハッチング部）を順次露光し、さらにマスクを交換した後に、複数のショット領域中の第４部分露光領域（第１７Ｄ図のハッチング部）を順次露光する。
第１７Ａ図〜第１７Ｄ図の例では、複数のショット領域中の複数の第１部分露光領域の間に第３または第４部分露光領域が位置する、すなわち複数のショット領域中の複数の第１部分露光領域が間隔を隔てて形成されている（複数の第１部分露光領域の間同士が互いに隣接していない）。このように、直前の露光で形成される露光領域がその直後の露光で形成される露光領域から離されているため、直前の露光による熱等の影響を直後の露光では避けることが可能となる。
また、上述の第４および第５実施例では、１つのショット領域を４つの部分露光領域に等分しているが、隣接する２つの部分露光領域を部分的に重複させて、いわゆる一部重複露光を行うこともできる。また、上述の第４および第５実施例では、１つのショット領域を４つの部分露光領域に分割し、各部分露光領域に対する投影露光を１回ずつ行っているが、少なくとも１つの部分露光領域に対して二重露光を行うこともできる。また、上述の第４および第５実施例では、各部分露光領域に対して静止投影露光を行っているが、レチクルおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら各部分露光領域にレチクルパターンをスキャン露光することもできる。
また、上述の第４実施例では、平凸レンズＬ６５だけが蛍石により形成されているが、たとえば平凸レンズＬ６５を２つのレンズに分割したり、正メニスカスレンズＬ６４を蛍石により形成したりすることにより、光学系が一対の蛍石レンズを含むように構成することが好ましい。この構成では、一対の蛍石レンズの結晶軸の方位関係を適宜設定することにより、蛍石の固有複屈折の影響を低減することができる。なお、一対の蛍石レンズの結晶軸の方位関係を適宜設定することにより蛍石の固有複屈折の影響を低減する手法については、たとえばＷＯ２００３／００７０４５号（または米国特許公開ＵＳ２００３／００５３０３６Ａ号）公報などを参照することができる。
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第１８図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第１８図のステップ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。
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。
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１９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１９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、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。
上述したように、本実施形態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（ウェハ）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、基板の表面、及び投影光学系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。
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、すなわち約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、すなわち約１．４４倍に拡大される。
また、液体としては、その他にも、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、投影光学系や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ものを用いることも可能である。
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。
また、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす構成、または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構成を採用しているが、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にも本発明を適用可能である。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の構造及び露光動作については、例えば特開平６−１２４８７３号公報に開示されている。
また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号及び特開平１０−２１４７８３号（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）あるいは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。
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、マスク（レチクル）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、マスク（レチクル）のパターンからは、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）、すなわち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と基板Ｐの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と基板Ｐの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（ＴＥ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。
また、例えば第１乃至第３実施例のように、ＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系ＰＬを使って、微細なライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターン（例えば２５〜５０ｎｍ程度のＬ／Ｓ）を基板Ｐ上に露光するような場合、マスクＭの構造（例えばパターンの微細度やクロムの厚み）によっては、光導波路（Ｗａｖｅ  ｇｕｉｄｅ）効果によりマスクＭが偏光板として作用し、コントラストを低下させるＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光が多くマスクから射出されるようになる。この場合も、上述したような直線偏光照明を用いるのが望ましいが、ランダム偏光光でマスクＭを照明しても、開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい投影光学系を使って高い解像性能を得ることができる。
また、マスクＭ上の極微細なライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような場合には、ワイヤグリッド（Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ）効果によりＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）がＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）よりも大きくなる可能性もあるが、例えばＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系を使って、２５ｎｍより大きいライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような条件であれば、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光がＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりも多くマスクから射出されるので、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。
なお、上述の第４および第５実施例では、１／８以下の大きさの投影倍率を有する投影光学系を使って露光するため、マスク上のライン・アンド・スペースパターンにおける光導波路（Ｗａｖｅ  ｇｕｉｄｅ）効果やワイヤグリッド（Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ）効果の影響が少なくなる利点もある。
さらにマスク（レチクル）のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明（Ｓ偏光照明）だけでなく、光軸を中心とした円の接線（周）方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合わせも効果的である。特に、マスク（レチクル）のパターンが所定の一方向に延びるラインパターンだけでなく、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在する場合には、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数ＮＡが大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。
【産業上の利用の可能性】
以上説明したように、本発明の一つの態様では、投影光学系と感光性基板との間の光路を１．１よりも大きい屈折率を有する媒質で満たし、複数の部分露光領域を含む１つのショット領域への投影露光に際して、部分露光領域への露光を複数回に亘って繰り返す。その結果、本発明では、製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
また、本発明の別の態様では、像面との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて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のできる屈折型の投影光学系を実現することができる。その結果、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、たとえば複数の部分露光領域を含む１つのショット領域への投影露光に際して部分露光領域への露光を複数回に亘って繰り返すことにより、製造し易い屈折型の投影光学系と通常サイズのマスクとを用い、投影光学系と感光性基板との間の光路中に高屈折率の媒質を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、高スループットで高解像な投影露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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