(57)【要約】【課題】  微細なパターンを高いスループットのもとで投影露光すること。【解決手段】  感光性基板上に所定のパターンを投影する投影露光装置は、照明光を所定のパターンに供給する照明光学系と、感光性基板と投影光学系との間の浸液を介して所定のパターンの像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備える。投影光学系は、等軸晶系の結晶材料で形成された境界光学部材を備え、投影光学系の光軸を境界光学部材の＜１００＞軸または該＜１００＞軸と光学的に等価な結晶軸とほぼ平行に位置決めする。照明光学系は、所定のパターンに対する照明光を特定の入射角度範囲の照明光に設定すると共に、特定の入射角度範囲の照明光を所定のパターンに対するＴＥ偏光に設定する。【選択図】図５
2007220695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性基板上に所定のパターンを投影する投影露光装置において、
照明光を前記所定のパターンに供給する照明光学系と、
前記感光性基板と前記投影光学系との間の浸液を介して、前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、
前記投影光学系は、前記浸液に接するように配置されて、等軸晶系の結晶材料で形成された境界光学部材を備え、
前記投影光学系の光軸は、前記境界光学部材の＜１００＞軸または該＜１００＞軸と光学的に等価な結晶軸とほぼ平行に位置決めされ、
前記照明光学系は、前記所定のパターンに対する前記照明光を特定の入射角度範囲の照明光に設定すると共に、前記特定の入射角度範囲の照明光を前記所定のパターンに対するＴＥ偏光に設定することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記照明光学系は、第１方向にピッチを有するパターン群に対して、前記第１方向を含み且つ前記所定面に垂直な面に沿って照明光を供給し、
前記投影光学系の前記境界光学部材の＜１１０＞軸または該＜１１０＞軸と光学的に等価な結晶軸と、前記光軸とを含む第１の面、または前記投影光学系の前記境界光学部材の＜００１＞軸または該＜００１＞軸と光学的に等価な結晶軸と、前記光軸とを含む第２の面に沿って前記パターン群からの回折光を通過させるように前記境界光学部材が位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、第１方向にピッチを有するパターン群に対して、前記第１方向を含み且つ前記所定面に垂直な面に沿って照明光を供給し、
前記投影光学系の前記境界光学部材の＜１１１＞軸または該＜１１１＞軸と光学的に等価な結晶軸と、前記光軸とを含む面に沿って前記パターン群からの回折光を通過させるように前記境界光学部材が位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記所定のパターンは、第１方向にピッチを有する第１パターン群と、前記第１方向と直交する第２方向にピッチを有する第２パターンとから構成されてい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投影露光装置。
【請求項５】
前記特定の入射角度範囲の照明光は、二極照明光または四極照明光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投影露光装置。
【請求項６】
前記二極照明光または前記四極照明光の各々の極は、前記照明光学系の射出瞳上における光軸に対する開き角をθとするとき、
４５°＜θ
を満足することを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系は、前記投影光学系の波面収差を制御する波面収差制御手段を備えてい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投影露光装置。
【請求項８】
前記波面収差制御手段は、前記投影光学系を構成する光学部材のうちの少なくとも一部の位置及び姿勢のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記波面収差制御手段は、前記投影光学系を構成する光学部材の光学面のうちの少なくとも２つに形成された非球面であることを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
前記投影光学系を構成する光学部材のうち、前記等軸晶系の結晶材料で形成される部材は、前記浸液に接している光学部材のみであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１１】
前記投影光学系中の前記境界光学部材は、第１境界光学部材と第２境界光学部材とを備え、
前記第１光学部材と前記感光性基板との間には第１浸液が充填され、
前記第１光学部材と前記第２光学部材との間には第２浸液が充填されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
感光性基板上に所定のパターンを投影する投影露光方法において、
前記所定のパターンを所定面に設定するパターン設定工程と、
照明光を前記所定のパターンに供給する照明工程と、
前記感光性基板と前記投影光学系との間の浸液を介して、前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程とを含み、
前記投影工程では、前記浸液に接するように配置されて、等軸晶系の結晶材料で形成された境界光学部材をを介して前記パターンを前記感光性基板へ投影し、
前記投影光学系の光軸は、前記境界光学部材の＜１００＞軸または該＜１００＞軸と光学的に等価な結晶軸とほぼ平行に位置決めされ、
前記照明工程では、前記所定のパターンに対する前記照明光を特定の入射角度範囲の照明光に設定すると共に、前記特定の入射角度範囲の照明光を前記所定面に対するＴＥ偏光に設定することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１３】
前記パターン設定工程では、第１方向にピッチを有するパターン群を設定し、
前記照明工程では、前記照明光を前記第１方向を含み且つ前記所定面に垂直な面に沿って供給し、
前記投影工程では、前記境界光学部材の＜１１０＞または該＜１１０＞軸と光学的に等価な結晶軸と前記光軸とを含む第１の面、または前記境界光学部材の＜００１＞または該＜００１＞軸と光学的に等価な結晶軸と前記光軸とを含む第２の面に沿って前記パターン群からの回折光を通過させることを特徴とする請求項１２に記載の投影露光方法。
【請求項１４】
前記パターン設定工程では、第１方向にピッチを有するパターン群を設定し、
前記照明工程では、前記照明光を前記第１方向を含み且つ前記所定面に垂直な面に沿って供給し、
前記投影工程では、前記境界光学部材の＜１１１＞軸または該＜１１１＞軸と光学的に等価な結晶軸と、前記光軸とを含む面に沿って前記パターン群からの回折光を通過させることを特徴とする請求項１２に記載の投影露光方法。
【請求項１５】
前記所定のパターンは、第１方向にピッチを有する第１パターン群と、前記第１方向と直交する第２方向にピッチを有する第２パターンとから構成されていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の投影露光方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の投影露光装置を用いて前記所定のパターンを前記感光性基板上に投影露光する投影露光工程と、
前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光装置、投影露光方法、およびデバイス製造方法に関し、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投影露光装置及び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ためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。
【０００３】
そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。
【０００４】
この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、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、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている（たとえば特許文献１）。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献に開示された投影光学系では、浸液として純水を用い、物体側の面が気体に接し且つ像側の面が純水に接する境界レンズとして石英レンズを用いている。しかしながら、この従来の構成では、例えばＡｒＦエキシマレーザ光を用いた場合には、浸液としての純水の屈折率が１．５程度であるため、１．３程度の像側開口数を確保するのが限界であった。
【０００６】
また、最近では浸液として純水よりも屈折率の高い液体が提案されつつあるが、浸液としての液体の屈折率だけを単に大きく設定すると、境界レンズ（投影光学系中のレンズのうち液体に接するレンズ）の物体側の凸面の曲率が大きくなり過ぎてレンズ設計が不可能になるだけでなく、像面上において十分に大きな有効結像領域（露光装置の場合には有効な静止露光領域）を確保することが困難になる。
【０００７】
そのため、境界レンズとして石英よりも屈折率の高い結晶光学材料を用いることが考えられる。ＡｒＦエキシマレーザのような２００ｎｍ以下の波長域では、異方性結晶材料のみならず等軸晶系（立方晶系）の結晶光学材料であっても真性複屈折（固有複屈折）を呈する。また、ＡｒＦエキシマレーザのような２００ｎｍ以下の波長域において、透過率及び屈折率の双方が十分に高い結晶光学材料は見いだされていない。
【０００８】
そこで、本発明は、液浸投影露光法を用いて大きな像側開口数を達成して微細なパターンを高いスループットのもとで投影露光することを目的とする。また、本発明は、微細なパターンを高いスループットのもとで投影露光することにより、低コストでデバイスを製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の第１形態にかかる投影露光装置は、感光性基板上に所定のパターンを投影する投影露光装置であって、
照明光を前記所定のパターンに供給する照明光学系と、
前記感光性基板と前記投影光学系との間の浸液を介して、前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、
前記投影光学系は、前記浸液に接するように配置されて、等軸晶系の結晶材料で形成された境界光学部材を備え、
前記投影光学系の光軸は、前記境界光学部材の＜１００＞軸または該＜１００＞軸と光学的に等価な結晶軸とほぼ平行に位置決めされ、
前記照明光学系は、前記所定のパターンに対する前記照明光を特定の入射角度範囲の照明光に設定すると共に、前記特定の入射角度範囲の照明光を前記所定のパターンに対するＴＥ偏光に設定するものである。
【００１０】
また、前記目的を達成するために、本発明の第２形態にかかる投影露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを投影する投影露光方法であって、
前記所定のパターンを所定面に設定するパターン設定工程と、
照明光を前記所定のパターンに供給する照明工程と、
前記感光性基板と前記投影光学系との間の浸液を介して、前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程とを含み、
前記投影工程では、前記浸液に接するように配置されて、等軸晶系の結晶材料で形成された境界光学部材をを介して前記パターンを前記感光性基板へ投影し、
前記投影光学系の光軸は、前記境界光学部材の＜１００＞軸または該＜１００＞軸と光学的に等価な結晶軸とほぼ平行に位置決めされ、
前記照明工程では、前記所定のパターンに対する前記照明光を特定の入射角度範囲の照明光に設定すると共に、前記特定の入射角度範囲の照明光を前記所定面に対するＴＥ偏光に設定するものである。
【００１１】
また、本発明の第３形態にかかるデバイス製造方法では、第１形態の投影露光装置を用いて前記所定のパターンを前記感光性基板上に投影露光する投影露光工程と、前記感光性基板を現像する現像工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の投影露光装置では、境界レンズと像面（第２面）との間の光路中に大きい屈折率を有する液体を介在させるとともに、境界レンズの像側の面が接する液体の高い屈折率に対応して、境界レンズも大きい屈折率を有する等軸晶系の結晶材料により形成し、当該等軸晶系の結晶材料の＜１００＞軸または当該＜１００＞軸と光学的に等価な軸が境界レンズの光軸と平行となるように設定している。そして、パターン面に対しＴＥ偏光となる照明光を投影光学系に対して供給することにより、等軸晶系の結晶材料の固有複屈折の影響を実質的に受けない領域に結晶材料を通過するパターンからの回折光を通過させることができる。このため、高屈折率液体及び高屈折率材料を用いた液浸投影露光法によって大きな像側開口数を達成して微細なパターンを高いスループットのもとで投影露光することができ、ひいては低コストでデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明にかかる第１実施形態について説明する。本実施形態は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置（スキャニング・ステッパー）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
【００１４】
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図であり、この図１において、本例の投影露光装置は、照明光学系ＩＬＳと投影光学系２５とを備えている。前者の照明光学系ＩＬＳは、露光光源１（光源）からコンデンサーレンズ２０までの光軸（照明系光軸）ＡＸ１〜ＡＸ４に沿って配置される複数の光学部材を備え（詳細後述）、露光光源１からの露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）でマスクとしてのレチクルＲのパターン面（レチクル面）の照明視野を均一な照度分布で照明する。後者の投影光学系ＰＬは、その照明光のもとで、レチクルＲ１（またはＲ２）の照明視野内のパターンを投影倍率Ｍ（Ｍは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で縮小した像を、被露光基板（基板）又は感光体としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。レチクルＲ１（またはＲ２）及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体ともみなすことができる。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。本例の投影光学系ＰＬは、例えば屈折光学系であるが、反射屈折系なども使用できる。
【００１５】
以下、図１において、投影光学系ＰＬ、レチクルＲ１（またはＲ２）、及びウエハＷに関しては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ５に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向（図１の紙面に平行な方向）に沿ってＹ軸を取り、非走査方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿ってＸ軸を取って説明する。この場合、レチクルＲ１（またはＲ２）上の照明視野は、非走査方向であるＸ方向に細長い領域であり、ウエハＷ上の露光領域は、その照明視野と共役な細長い領域である。また、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ５は、レチクルＲ１（またはＲ２）上で照明系光軸ＡＸ４と合致している。
【００１６】
先ず、露光転写すべきパターンの形成されたレチクルＲ１（またはＲ２）はレチクルステージＲＳ上に吸着保持され、レチクルステージＲＳはレチクルベース（不図示）上でＹ方向に一定速度で移動するとともに、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲ１（またはＲ２）の走査を行う。レチクルステージＲＳのＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡ＲＳＭ及びレーザ干渉計ＲＩＦによって計測されている。この計測値及び主制御系（不図示）からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系（不図示）はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳの位置及び速度を制御する。レチクルＲ１（またはＲ２）の周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。
【００１７】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージＷＳ上に吸着保持され、ウエハステージＷＳは、ウエハベース（不図示）上にＹ方向に一定速度で移動できるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動できるように載置されている。また、ウエハステージＷＳには、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むためのＺレベリング機構も組み込まれている。ウエハステージＷＳのＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡ＷＳＭ及びレーザ干渉計ＷＩＦによって計測されている。この計測値及び主制御系（不図示）からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系（不図示）はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳの位置及び速度を制御する。また、投影光学系ＰＬの近傍には、ウエハアライメントのために、ウエハＷ上の位置合わせ用マークの位置を検出するオフ・アクシス方式で例えばＦＩＡ(Fie1d Image A1ignment )方式のアライメントセンサ（不図示）が配置されている。
【００１８】
本例の投影露光装置による露光に先立って、上記のレチクルアライメント顕微鏡によってレチクルＲ１のアライメントが行われ（二重露光を行う場合には、レチクルＲ１に加えてレチクルＲ２のアライメントも行われる）、ウエハＷ上に以前の露光工程で回路パターンとともに形成された位置合わせ用マークの位置をアライメントセンサ（不図示）で検出することによって、ウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲ１上の照明視野に照明光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳを駆動して、レチクルＲ１とウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、照明光ＩＬの発光を停止して、ウエハステージＷＳを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。その同期走査時のレチクルステージＲＳとウエハステージｗｓとの走査速度の比は、投影光学系ＰＬを介してのレチクルＲとウエハＷとの結像関係を保つために、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍと等しい。これらの動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲ１のパターン像が露光転写される。なお、二重露光を行う場合には、レチクルＲ１のパターン像の転写に引き続いて、レチクルＲ２上の照明視野に照明光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳを駆動して、レチクルＲ２とウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、照明光ＩＬの発光を停止して、ウエハステージＷＳを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とを繰り返す。
【００１９】
次に、本実施形態の照明光学系の構成につき詳細に説明する。図１において、本実施形態の露光光源１としては、ＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマーレーザー（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源１としては、その他にＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2 （フッ素分子）レーザー（波長１５７ｎｍ）、又はＫｒ2 （クリプトン分子）レーザー（波長１４６ｎｍ）等のレーザー光源なども使用できる。これらのレーザー光源（露光光源１を含む）は、狭帯化されたレーザー又は波長選択されたレーザーであり、露光光源１から射出される照明光ＩＬは、上記狭帯化又は波長選択により直線偏光を主成分とする偏光状態となっている。以下、図１において、露光光源１から射出された直後の照明光ＩＬは、偏光方向（電場の方向）が図１中のＸ方向と一致する直線偏光光を主成分とするものとして説明する。
【００２０】
露光光源１を発した照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ１に沿って進行し、光路折り曲げ用のミラー２で反射された後に、偏光制御機構としての偏光制御部材３に入射する。偏光制御部材３を発した照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ２に沿って回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element) ４１に入射する。回折光学素子４１は位相型の回折格子からなり、入射した照明光ＩＬは、所定の方向に回折されて進む。
【００２１】
回折光学素子４１からの各回折光の回折角及び方向は、照明光学系ＩＬＳの瞳面１５上での照明光ＩＬの位置や、照明光ＩＬのレチクルＲへの入射角度及び方向に対応する。また、回折光学素子４１及びそれと異なる回折作用を有する別の回折光学素子４２等がターレット状の部材（不図示）上に複数配列されている。そして、例えば主制御系の制御のもとで交換機構によりターレット状の部材を駆動して、当該ターレット状の部材上の任意の位置の回折光学素子４１等を照明系光軸ＡＸ２上の位置に装填することで、レチクルＲのパターンに応じて、レチクルＲへの照明光の入射角度範囲及び方向（又は瞳面での照明光の位置）を、所望の範囲に設定できるように構成されている。
【００２２】
回折光学素子４１を射出した照明光（回折光）ＩＬは、照明系光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ５１，５２、を経て、光路折り曲げ用のミラー６で反射された後に、オプティカルインテグレーター（照度均一化部材）であるフライアイレンズ７に入射する。フライアイレンズ７を射出した照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ３に沿ってリレーレンズ８１、８２、視野絞り９、及びコンデンサーレンズ１０を経て光路折り曲げ用のミラー１１に至り、ここで反射された照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ４に沿ってコンデンサーレンズ１２を経てレチクルＲ１を照明する。このように照明されたレチクルＲ１上のパターンは、上述のように投影光学系ＰＬによりウエハＷ上に投影され転写される。
【００２３】
なお、上述のリレーレンズ５１，５２は、レチクルＲへの照明光の入射角度範囲を微調整するためのズーム光学系であってもよい。
なお、必要に応じて視野絞り９を走査型とし、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳの走査に同期して、走査することもできる。この場合、その視野絞りを固定視野絞りと可動視野絞りとに分けて構成してもよい。
【００２４】
この構成において、フライアイレンズ７の射出側の面は照明光学系の瞳面の近傍に位置している。瞳面は、瞳面からレチクルＲに至るまでの照明光学系中の光学部材（リレーレンズ８１，８２、視野絞り９、コンデンサーレンズ１０，１２、及びミラー１１）を介して、レチクルＲ１（またはＲ２）のパターン面（レチクル面）に対する光学的フーリエ変換面として作用する。即ち、瞳面上の１点を射出した照明光は、概ね平行光束となって所定の入射角度及び入射方向でレチクルＲ１（またはＲ２）を照射する。その入射角度及び入射方向は、その光束の瞳面上での位置に応じて定まる。
【００２５】
なお、光路折り曲げ用のミラー２，６，１１は、光学性能的に必須のものではないが、照明光学系を一直線上に配置すると露光装置の全高（Ｚ方向の高さ）が増大するために、省スペース化を目的として照明光学系内の適所に配置したものである。照明系光軸ＡＸ１は、ミラー２の反射により照明系光軸ＡＸ２と一致し、照明系光軸ＡＸ２は、ミラー６の反射により照明系光軸ＡＸ３と一致し、更に照明系光軸ＡＸ３は、ミラー１１の反射により照明系光軸ＡＸ４と一致する。
【００２６】
次に、本実施形態の投影光学系ＰＬの構成につき詳細に説明する。本実施形態の投影光学系ＰＬは、ウエハＷ側の先端部に設けられた境界光学素子としての境界レンズＢＬを含む複数の光学素子（ＬＳ１，ＬＳ２，…ＢＬ）で構成されている。照明光学系からの露光光（照明光）は、投影光学系ＰＬに物体面側より入射し、複数の光学素子（ＬＳ１，ＬＳ２，…）を通過した後、投影光学系ＰＬの像面側より射出され、ウエハＷ上に到達する。具体的には、露光光ＥＬは、複数の光学素子（ＬＳ１，ＬＳ２，…）のそれぞれを通過した後、境界レンズＢＬを通過し、境界レンズＢＬとウエハWとの間に介在している液体を介してウエハW上に到達する。
【００２７】
本実施形態においては境界光学素子は、露光光（照明光）に対して光透過性を有する等軸晶系の結晶材料で形成された平凸形状の境界レンズであり、その＜１００＞軸が光軸となるように形成する。なお、上述の構成に代えて、境界光学素子を、上記結晶材料で形成された平行平面板と平凸形状の境界レンズとから構成してもよく、この場合には、平行平面板と境界レンズとの間に液体が介在する。
【００２８】
また、境界光学素子以外の複数の光学素子（ＬＳ１，ＬＳ２，…）としては、例えば石英ガラスや蛍石などを適用することができる。なお、境界光学素子以外の複数の光学素子として蛍石を適用する場合には、例えば米国特許第６，７８８，３８９号公報に開示されるクロッキングによる補正手法を適用することができる。
【００２９】
また、本実施形態において、複数の光学素子ＬＳ１，ＬＳ２は、不図示の主制御系により制御される光学素子制御部ＬＣ１，ＬＣ２により駆動され、それらの位置・姿勢が調整可能となっている。これら複数の光学素子ＬＳ１，ＬＳ２の位置・姿勢を調整することにより、投影光学系ＰＬの波面収差を制御することができる。
【００３０】
本実施形態における液体としては、例えば露光光（照明光）の波長に対して１．５よりも大きな屈折率を有する高屈折率液体を用いる。この場合、浸液としての液体の屈折率だけを単に大きく設定すると、境界レンズＢＬの物体側の凸面の曲率が大きくなり過ぎてレンズ設計が不可能になるだけでなく、像面上において十分に大きな有効結像領域（露光装置の場合には有効な静止露光領域）を確保することができなくなる。そこで、本実施形態では、境界レンズＢＬの像側の面が接する液体の高い屈折率に対応して、境界レンズを１．８よりも大きい屈折率を有する光学材料により形成している。その結果、本実施形態の投影光学系では、像面との間の光路中に液体を介在させて例えば１．４よりも大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。
【００３１】
ここで、本実施形態における高屈折率液体としては、例えば三井化学株式会社によるデルファイ（環状炭化水素骨格を基本とする化合物でＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が1.63）、ＪＳＲ株式会社によるＨＩＦ−００１（ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が1.64）、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーによるＩＦ１３１（ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が１．６４２）やＩＦ１３２（ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が１．６４４）、ＩＦ１７５（ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が１．６６４）などを用いることができる。
【００３２】
また、境界光学素子を形成する等軸晶系の結晶材料としては、例えばＬｕＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット[Lutetium Alminum Garnet]、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が２．１）や、ＭｇＯ（酸化マグネシウム、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が１．９６）、ＣａＯ（酸化カルシウム、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が２．７）、スピネル（[crystalline magnesium aluminum spinel]MgAl2O4 、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率が１．８７）などを用いることができる。
【００３３】
さて、図２に、上述のような等軸晶系（立方晶系）の結晶材料の結晶軸方位を示す。なお、図２における座標系は立方晶系のＸＹＺ座標系であり、図１の装置座標系とは異なる。図２を参照すると、等軸晶系の結晶材料の結晶軸は、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＜１００＞軸が、＋Ｙ軸に沿って＜０１０＞軸が、＋Ｚ軸に沿って＜００１＞軸がそれぞれ規定される。
【００３４】
また、ＸＺ平面において＜１００＞軸および＜００１＞軸と４５°をなす方向に＜１０１＞軸が、ＸＹ平面において＜１００＞軸および＜０１０＞軸と４５°をなす方向に＜１１０＞軸が、ＹＺ平面において＜０１０＞軸および＜００１＞軸と４５°をなす方向に＜０１１＞軸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＜１１１＞軸が規定される。
【００３５】
なお、図２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。本発明では、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がある場合には、例えば＜０１１＞と光学的に等価な複数の結晶軸を、＜０１１＞，＜０−１１＞，＜１１０＞などのように符号や配列位置を変えて表記（列記）する。但し、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がない場合には、＜０１１＞の表記をもって、＜０１１＞，＜０−１１＞，＜１１０＞のような複数の光学的に等価な結晶軸を一括的に表すものとする。
【００３６】
ところで、投影光学系ＰＬの解像度を向上させるには、ウエハＷ上への光束の最大入射角の正弦と、ウエハWと投影光学系ＰＬとの間に介在する媒質との積である像側開口数を例えば１．程度に拡大する必要がある。この場合、境界レンズを等軸晶系の結晶材料として例えば上述のＬｕＡＧで形成することを考えると、露光光（照明光）に対するＬｕＡＧの屈折率が２．１であるため、境界レンズ内を通過する光束の光軸に対する角度範囲、言い換えると＜１００＞軸に対する角度範囲は、−４５〜＋４５度の範囲となる。
【００３７】
等軸晶系の結晶材料では、＜１１１＞軸及びこれと光学的に等価な結晶軸（＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞）では複屈折がほぼ零（最小）である。同様に＜１００＞軸，＜０１０＞軸，＜００１＞軸においても複屈折がほぼ零（最小）である。一方、＜１１０＞軸，＜１０１＞軸，＜０１１＞軸及びこれと光学的に等価な＜−１１０＞軸，＜−１０１＞軸，＜０１−１＞軸では複屈折が最大である。すなわち、等軸晶系の結晶材料では、その入射角度により複屈折が異なる。
【００３８】
上述のように、光軸に対する角度範囲として極めて広い角度範囲の光束を考えると、等軸晶系の結晶材料内を通過する光束の光軸に対する角度に応じて、複屈折の影響が異なることになる。
【００３９】
図３は、境界レンズＢＬのみが等軸晶系の結晶材料で形成され且つ他の光学素子が石英ガラスなどの非晶質材料で形成された投影光学系ＰＬのＨ偏光波面の分布を示す図であり、図３（ａ）は等高線で示した平面図、図３（ｂ）は鳥瞰図である。なお、図３におけるＨ偏光波面は、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の、図中横方向に偏光方向を持つＨ偏光についての投影光学系ＰＬの射出瞳での位相分布と、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の平均波面との差分を示している。図３（ａ）に示すＨ偏光波面は、光軸位置を挟んで図中左右方向に位相が進んでいる部分領域＋Ｒｉ，＋Ｌｅと、光軸位置を挟んで図中上下方向に位相が遅れている部分領域−Ｕｐ，−Ｌｏと、光軸を含み図中±４５度方向に延びたＸ字状の部分領域Ｍ（位相進み／遅れが実質的に無）とを代表的に有する。
【００４０】
ここで、部分領域＋Ｒｉを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１１０＞軸に沿って進行する光束であり、部分領域＋Ｌｅを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１−１０＞軸に沿って進行する光束である。そして、部分領域−Ｕｐを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜０１０＞軸に沿って進行する光束であり、部分領域−Ｌｏを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１０−１＞軸に沿って進行する光束である。そして、部分領域Ｍ１を通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１１１＞軸及びこれと光学的に等価な結晶軸（＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞）に沿って進行する光束である。
【００４１】
また、図４は、境界レンズＢＬのみが等軸晶系の結晶材料で形成され且つ他の光学素子が石英ガラスなどの非晶質材料で形成された投影光学系ＰＬのＶ偏光波面の分布を示す図であり、図４（ａ）は等高線で示した平面図、図４（ｂ）は鳥瞰図である。なお、図４におけるＶ偏光波面は、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の、図中縦方向に偏光方向を持つＶ偏光についての投影光学系ＰＬの射出瞳での位相分布と、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の平均波面との差分を示している。図４（ａ）に示すV偏光波面は、光軸位置を挟んで図中左右方向に位相が遅れている部分領域−Ｒｉ，−Ｌｅと、光軸位置を挟んで図中上下方向に位相が進んでいる部分領域＋Ｕｐ，＋Ｌｏと、光軸を含み図中±４５度方向に延びたＸ字状の部分領域Ｍ２（位相進み／遅れが実質的に無）とを代表的に有する。
【００４２】
ここで、部分領域−Ｒｉを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１１０＞軸に沿って進行する光束であり、部分領域−Ｌｅを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１−１０＞軸に沿って進行する光束である。そして、部分領域＋Ｕｐを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜０１０＞軸に沿って進行する光束であり、部分領域＋Ｌｏを通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１０−１＞軸に沿って進行する光束である。そして、部分領域Ｍ２を通過する光束は等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１１１＞軸及びこれと光学的に等価な結晶軸（＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞）に沿って進行する光束である。
【００４３】
図３及び図４から、Ｈ偏光の場合には、境界レンズＢＬを通過する光束が部分領域−Ｕｐ，−Ｌｏに対応する領域（すなわち、位相遅れの変化率の極値を取る領域）のみを通過し、V偏光の場合には、境界レンズＢＬを通過する光束が部分領域−Ｒｉ，−Ｌｅに対応する領域（すなわち、位相遅れの変化率の極値を取る領域）のみを通過するように、レチクルパターンからの回折光を制御すれば良いことが理解できる。なお、Ｈ偏光を用いる場合において、境界レンズＢＬを通過する光束が部分領域＋Ｒｉ，＋Ｌｅに対応する領域のみを通過させるように設定すると、ウエハWに到達する光束の偏光方向がウエハ面に対してｐ偏光となるため好ましくなく、Ｖ偏光を用いる場合において、境界レンズＢＬを通過する光束が部分領域＋Ｕｐ，＋Ｌｏに対応する領域のみを通過させるように設定すると、ウエハWに到達する光束の偏光方向がウエハ面に対してｐ偏光となるため好ましくない。
【００４４】
以下、図５を参照して、レチクルパターンからの回折光の制御について具体的に説明する。図５は、レチクルパターンからの回折光の状態を示す模式図であり、図５（ａ）は照明光学系の射出瞳（以下、照明瞳と称する）における光量分布の状態を示す平面図であり、図５（ｂ）はレチクルパターンからの回折光の光路を模式的に示す図であり、図５（ｃ）は投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰでのＶ偏光波面の状態と当該射出瞳を通過する回折光の状態とを重ねて示す図である。
【００４５】
図５（ａ）に示すように、照明瞳上において光軸ＡＸから偏心した２つの位置に光軸を挟んで対称的な光強度分布を持つ二極状の二次光源（ＤＰＲ，ＤＰＬ）が形成される。この二次光源からの光は、図５（ａ）中において紙面上下方向に偏光方向を持つ直線偏光、すなわちＶ偏光である。そして、二次光源の１つの極ＤＰＲからの照明光ＩＬＲは、図５（ｂ）に示すように、図中左右方向にピッチを持つパターンＰＡが形成されたレチクルＲに対して斜め方向で進行してレチクルＲに達し、別の極ＤＰＬからの照明光ＩＬＬは、不図示の光軸を挟んで照明光ＩＬＲと対称的な斜め方向で進行してレチクルＲに達する。このとき、二次光源（ＤＰＲ，ＤＰＬ）の２つの極を結ぶ線分は、レチクルＲ上のパターンＰＡのピッチ方向に対応した方向となる。
【００４６】
レチクルＲのパターンＰＡを介した照明光ＩＬＲは、パターンＰＡによって回折されて、１次回折光ＩＬＲ（１）と０次回折光ＩＬＲ（０）とになって投影光学系ＰＬに入射する。また、レチクルＲのパターンＰＡを介した照明光ＩＬLは、パターンＰＡによって回折されて、−１次回折光ＩＬＬ（−１）と０次回折光ＩＬＬ（０）とになって投影光学系ＰＬに入射する。
【００４７】
投影光学系ＰＬに入射した各回折光は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＬＰに達する。この瞳面ＰＬＰは投影光学系ＰＬの射出瞳面と光学的に等価な面である。図５（ｃ）は投影光学系ＰＬの瞳面ＰＬＰ（投影光学系ＰＬの射出瞳面）でのＶ偏光波面Ｗ（Ｖ）の分布と、当該瞳面ＰＬＰを通過する回折光の分布とを重ねて表示した図である。ここで、瞳面ＰＬＰ上において、図中右側の回折光の通過領域ＤＥＲは、０次回折光ＩＬＬ（０）と１次回折光ＩＬＲ（１）とが瞳面ＰＬＰを通過する領域であり、図中左側の回折光の通過領域ＤＥＬは、−１次回折光ＩＬＬ（−１）と０次回折光ＩＬＲ（０）とが瞳面ＰＬＰを通過する領域である。なお、Ｖ偏光波面Ｗ（Ｖ）の分布は、図４（ａ）に示した偏光波面分布と同一である。そして、図５（ｃ）のV偏光波面Ｗ（Ｖ）の分布のＡ−Ａ’矢視図が、図５（ｂ）に示したＶ偏光波面Ｗ（Ｖ）に対応している。
【００４８】
さて、図５（ｂ）に戻って、瞳面ＰＬＰを通過した各回折光は、投影光学系ＰＬから射出されてウエハＷ上に達し、2光束干渉によりウエハＷ上にパターンＰＡの像を形成する。ここで、各回折光はウエハＷ（パターンＰＡ）に対してＴＥ偏光となっている。
【００４９】
このとき、図４（ａ），（ｂ）を用いて上述したように、各回折光が瞳面ＰＬＰ上において位相遅れの変化率の極値を取る領域（すなわち位相遅れの変化率が小さな領域）を通過するので、実質的に偏光波面収差の影響を受けずにパターンＰＡを結像することができる。このように、投影光学系の射出瞳上での偏光波面のうち、位相遅れの変化率が小さな領域に回折光が集中するように、レチクルＲのパターンピッチやパターンの方向（パターンのピッチ方向に直交する方向）、二極照明の各パラメータ（外径、輪帯比）を設定することにより、境界レンズを形成する等軸晶系の結晶材料の複屈折の影響による結像性能の劣化を防ぐことができる。
【００５０】
そして、本実施形態では、浸液に接する光学部材の屈折率を高くするため当該光学部材を等軸晶系の結晶材料とし、屈折率の高い等軸晶系の結晶材料の透過率が低くなりがちになるために浸液に接する光学部材のみを屈折率の高い等軸晶系の結晶材料としている。これにより、投影光学系ＰＬ自体の透過率を高く維持することができ、安定した結像性能のもとでスループット良くパターンを転写することができる。なお、屈折率の高い等軸晶系の結晶材料を浸液に接する光学部材以外に適用した場合には、照射変動が起こりやすくなるため安定した結像性能を実現できなくなる恐れがあるため好ましくない。
【００５１】
なお、上述の図５の説明では、Ｖ偏光を用いた場合について説明したが、Ｈ偏光を用いた二極照明の場合であっても同様である。さらに、Ｖ偏光を用いた二極照明とＨ偏光を用いた二極照明とを同時に行う場合、すなわち周方向偏光（ウエハＷ面、パターンＰＡ面に対してＴＥ偏光）を用いた四極照明の場合であっても、境界レンズを形成する等軸晶系の結晶材料の複屈折の影響による結像性能の劣化を防ぐことができる。
【００５２】
また、Ｈ偏光を用いた二極照明またはＶ偏光を用いた二極照明、あるいは周方向偏光を用いた四極照明の場合、レチクルパターンからの回折光が部分領域Ｍ１，Ｍ２を通過するように、すなわち境界レンズを通過するレチクルパターンからの回折光が、等軸晶系の結晶材料のほぼ＜１１１＞軸及びこれと光学的に等価な結晶軸（＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞）に沿って進行するように設定しても良い。
【００５３】
さて、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬの偏光波面の分布が、瞳半径に対して高次の成分を持つ分布であったので、パターンピッチに対する自由度が少ない。
ここで、投影光学系ＰＬの波面収差（平均波面）の状態を制御することによって、投影光学系の偏光波面の分布を制御し、パターンに対する自由度を向上させた実施形態を第２実施形態として説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の機能を有する部材等については同一の符号を付してある。
【００５４】
第２実施形態においては、図1に示した第１実施形態の投影露光装置の投影光学系ＰＬ中における複数の可動レンズＬＳ１，ＬＳ２の位置・姿勢を制御することによって、投影光学系ＰＬの波面収差を基準状態から変更する。具体的には、複数の可動レンズＬＳ１，ＬＳ２の位置・姿勢を制御して、投影光学系ＰＬの波面収差に所定量の球面収差を発生させる。
【００５５】
以下、図６及び図７を参照して第２実施形態を説明する。図６は、所定量の球面収差を発生させた状態における投影光学系ＰＬのＨ偏光波面の分布を示す図であり、図６（ａ）は等高線で示した平面図、図６（ｂ）は鳥瞰図である。なお、図６におけるＨ偏光波面は、図３と同様に、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の、図中横方向に偏光方向を持つＨ偏光についての投影光学系ＰＬの射出瞳での位相分布と、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の平均波面との差分を示している。
【００５６】
また、図７は、図６の場合と同じ球面収差を発生させた状態における投影光学系ＰＬのＶ偏光波面の分布を示す図であり、図７（ａ）は等高線で示した平面図、図７（ｂ）は鳥瞰図である。なお、図７におけるＶ偏光波面は、図４と同様に、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の、図中縦方向に偏光方向を持つＶ偏光についての投影光学系ＰＬの射出瞳での位相分布と、投影光学系ＰＬの像面内の所定の評価対象像点に到達する光束の平均波面との差分を示している。
【００５７】
図６（ａ）に示すＨ偏光波面は、図中横方向に延びた形状であって光軸を含む領域ＦＬＶを有し、当該領域ＦＬＶ内での波面はほぼ等位相である。そして、この領域ＦＬＶを挟んだ図中左右方向に位相が進んでいる部分領域を有している。
【００５８】
また、図７（ａ）に示すＶ偏光波面は、図中縦方向に延びた形状であって光軸を含む領域ＦＬＶを有し、当該領域ＦＬＶ内での波面はほぼ等位相である。そして、この領域ＦＬＶを挟んだ図中上下方向に位相が進んでいる部分領域を有している。
【００５９】
ここで、Ｈ偏光についての投影光学系ＰＬの波面収差は、図６（ａ），（ｂ）に示すＨ偏光波面に対応し、Ｖ偏光についての投影光学系ＰＬの波面収差は、図７（ａ），（ｂ）に示すＶ偏光波面に対応するため、Ｈ偏光で照明されたパターンからの回折光が領域ＦＬＨのみを通過し、Ｖ偏光で照明されたパターンからの回折光が領域ＦＬＶのみを通過するように照明条件とパターン方向（パターンピッチ直交方向、例えばＶ／Ｈ方向）とを制御すれば、境界レンズの複屈折の影響を受けずにパターン像をウエハＷ上に転写することができる。
【００６０】
図８は、所定のピッチを有するレチクルパターンからの回折光の状態を示す模式図であり、図８（ａ）は照明瞳における光量分布の状態及び偏光状態を示す平面図であり、図８（ｂ）は投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰでのＨ偏光波面の状態と当該射出瞳を通過する回折光の状態とを重ねて示す図であり、図８（ｃ）は投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰでのＶ偏光波面の状態と当該射出瞳を通過する回折光の状態とを重ねて示す図である。
【００６１】
図８において、レチクルパターンからの回折光ＤＥＦは、Ｈ偏光波面のほぼ等位相な領域ＦＬＨ内を通過する。
また、図９は、図８の例とは異なるピッチを有するレチクルパターンからの回折光の状態を示す模式図であり、図９（ａ）は照明瞳における光量分布の状態を示す平面図であり、図９（ｂ）は投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰでのＨ偏光波面の状態と当該射出瞳を通過する回折光の状態とを重ねて示す図であり、図９（ｃ）は投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰでのＶ偏光波面の状態と当該射出瞳を通過する回折光の状態とを重ねて示す図である。
【００６２】
図９においても、レチクルパターンからの回折光ＤＥＦは、図８の場合とは異なる位置ではあるが、Ｖ偏光波面のほぼ等位相な領域ＦＬＨ内を通過する。
これらの図８及び図９から明らかなように、第２実施形態では、レチクルパターンのピッチの違い等により、投影光学系ＰＬの射出瞳ＰＬＰを通過するレチクルパターンからの回折光の状態が変わった場合であっても、それらの回折光は各偏光波面のほぼ等位相な領域内を通過することになるため、パターンピッチ等によらず、境界レンズを形成する等軸晶系の結晶材料の複屈折の影響による結像性能の劣化を防ぐことができる。
【００６３】
特に、第２実施形態は、レチクルパターンに各種ピッチのパターンが混在する場合や、多重露光の場合に有効である。
上述の第１及び第２実施形態では、二極照明法及び四極照明法を適用した例を示したが、また、と小σ直線偏光照明法（照明系の開口数ＮＡｉと投影光学系の開口数ＮＡｐ
との比を示すσ値が０．４以下となる直線偏光照明法）との組み合わせも有効である。
【００６４】
上述の第２実施形態では、投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズ素子のうちの一部の位置・姿勢を変更することによって、投影光学系ＰＬの波面収差（スカラー量）を制御したが、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子（レンズ、反射鏡、平行平面板）の光学面を非球面形状に加工することによって、投影光学系ＰＬの波面収差（スカラー量）を制御しても良い。この場合、投影光学系ＰＬの波面収差の像面位置依存性を解消するために、２以上の光学面に対して非球面加工を施すことが好ましい。
【００６５】
また、非球面としては、光軸に関して回転対称な非球面（無限回回転対称な形状を有する非球面）の他に、２θ非球面（光軸に関して１回回転対称な形状の非球面、当該非球面をツェルニケ多項式で近似した場合に、ツェルニケ多項式の各項の関数のうちｓｉｎ２θまたはｃｏｓ２θを持つ関数についての係数を持つ形状）や、４θ非球面（光軸に関して２回回転対称な形状の非球面、当該非球面をツェルニケ多項式で近似した場合に、ツェルニケ多項式の各項の関数のうちｓｉｎ４θまたはｃｏｓ４θを持つ関数についての係数を持つ形状）を適用することができる。
【００６６】
また、上述の第１及び第２実施形態では、高屈折率液体と高屈折率材料とを用いた液浸露光装置に本発明を適用したが、本発明はそれに限定されない。例えば、エネルギー集中による不具合を低減するためにウエハＷ近傍のレンズを等軸晶系の結晶材料である蛍石で形成する場合において、当該ウエハＷ近傍のレンズの光軸と蛍石の＜１００＞軸とをほぼ一致させる際にも本発明を適用できる。
【００６７】
さて、図１０に示すように、上述の各実施形態並びに各変形例において、二極照明法又は四極照明法を用いる場合、照明瞳に形成される光量分布の複数の極の各々は、光軸に対する開き角をθとするとき、
４５°＜θ
を満足することが好ましい。この条件を満足しない場合には、投影光学系ＰＬの射出瞳を通過する回折光が各偏光状態の偏光波面の等位相な部分から外れた箇所を通ることになり、結像性能の劣化を招くため好ましくない。
【００６８】
更に、上述の各種照明法に加えて、例えば特開平４−２７７６１２号公報や特開２００１−３４５２４５号公報に開示されている累進焦点露光法や、多波長（例えば二波長）の露光光を用いて累進焦点露光法と同様の効果を得る多波長露光法を適用することも有効である。
【００６９】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの先端に光学素子ＢＬが取り付けられており、このレンズにより投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができる。なお、投影光学系ＰＬの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系ＰＬの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ＥＬを透過可能な平行平面板であってもよい。
【００７０】
なお、液体ＬＱの流れによって生じる投影光学系ＰＬの先端の光学素子と基板Ｐとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって
光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。
【００７１】
なお、上述の各実施形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等であっても良い。
【００７２】
上述の各実施形態では、露光装置として、レチクルとウエハとを同期移動してレチクルのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）を適用したが、その他に、レチクルとウエハとを静止した状態でレチクルのパターンを一括露光し、ウエハを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。
【００７３】
また、露光装置ＥＸとしては、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第１パターンの縮小像を投影光学系（例えば１／８縮小倍率で反射素子を含まない屈折型投影光学系）を用いてウエハ上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この場合、更にその後に、第２パターンとウエハとをほぼ静止した状態で第２パターンの縮小像をその投影光学系を用いて、第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光するスティッチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、ウエハを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００７４】
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号公報などに開示されているツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【００７５】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、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にも適用可能である。
【００７６】
投影露光装置の種類としては、ウエハ上に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００７７】
以上のように、上述の各実施形態の投影露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】等軸晶系の結晶軸方位について説明する図である。
【図３】投影光学系の射出瞳でのＨ偏光波面を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は鳥瞰図である。
【図４】投影光学系の射出瞳でのＶ偏光波面を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は鳥瞰図である。
【図５】投影光学系を通過する回折光の状態を示す図であり、（ａ）は照明瞳での光量分布を示す図であり、（ｂ）はレチクルからのパターンの回折光の光路を概略的に示す図であり、（ｃ）は投影光学系の射出瞳を通過する回折光の位置を示す図である。
【図６】第２実施形態にかかる投影光学系の射出瞳でのＨ偏光波面を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は鳥瞰図である。
【図７】第２実施形態にかかる投影光学系の射出瞳でのＶ偏光波面を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は鳥瞰図である。
【図８】第２実施形態にかかる投影光学系を通過する回折光の状態を示す図であり、（ａ）は照明瞳での光量分布を示す図であり、（ｂ）は投影光学系の射出瞳を通過するＨ偏光の回折光の位置を示す図であり、（ｃ）は投影光学系の射出瞳を通過するＶ偏光の回折光の位置を示す図である。
【図９】第２実施形態にかかる投影光学系を通過する回折光の状態を示す図であり、（ａ）は照明瞳での光量分布を示す図であり、（ｂ）は投影光学系の射出瞳を通過するＨ偏光の回折光の位置を示す図であり、（ｃ）は投影光学系の射出瞳を通過するＶ偏光の回折光の位置を示す図である。
【図１０】二極照明法又は四極照明法における各極の好ましい開き角範囲を説明するための図である。
【図１１】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】デバイスとしてのフラット・パネル・ディスプレィを得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
ＰＬ：投影光学系
ＢＬ：境界レンズ
ＩＬ：浸液
Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）：レチクル
Ｗ：ウエハ
【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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