(57)【要約】【課題】  光の照射を受けて液体の温度が変化しても良好な結像性能を維持することのできる液浸型の投影光学系。【解決手段】  第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）に投影する本発明の投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材（Ｌｐ）と、この第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材（Ｌｂ）とを備え、第１光透過部材と第２面との間の光路は第１媒質で満たされ、第１光透過部材と第２光透過部材との間の光路は第２媒質で満たされている。軸上光線に関する第２媒質の吸収率をＴ１とし、最外縁光線に関する第２媒質の吸収率をＴ２とし、軸上光線に関する投影光学系の透過率をＴＬとするとき、８０＜ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＜６００の条件を満足する。【選択図】  図４
2007027438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
軸上光線に関する前記第２媒質の吸収率をＴ１とし、最も大きな入射角度で前記第２面に達する最外縁光線に関する前記第２媒質の吸収率をＴ２とし、軸上光線に関する前記投影光学系の透過率をＴＬとするとき、
８０＜ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＜６００
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第２媒質の光学特性が調整可能であ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】
前記第２媒質の光学特性を調整するために、前記第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方が可変であることを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
【請求項４】
第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、該第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方が可変であることを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
前記投影光学系中の複数のレンズは、光軸方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第１光透過部材は、石英により形成された平行平面板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記第２光透過部材は、石英により形成された正レンズまたは平行平面板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記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するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
第１面に設定されたパターンの像を第２面に設定された感光性基板に投影する投影光学系を備えた露光装置において、
前記投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
前記第２媒質の光学特性に関係する情報と前記投影光学系の光学特性との少なくとも１つを計測する計測手段と、
前記計測手段から得られた計測結果に基づいて、前記第２媒質の光学特性を調整する調整手段とを配置することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記第２媒質の光学特性に関係する情報は、前記第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方であり、
前記調整手段は、前記第２媒質の光学特性を調整するために、前記第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
第１面に設定されたパターンを照明する照明系と、前記パターンの像を第２面に設定された感光性基板に投影する投影光学系とを備えた露光装置において、
前記投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
所望の照明条件を設定する設定手段と、
前記照明条件の設定に応じて前記第２媒質の光学特性を調整する調整手段とを配置することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記調整手段は、前記第２媒質の光学特性を調整するために、前記第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記調整手段は、前記第２媒質の光学特性を調整して、前記投影光学系の非点収差成分を補正することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて前記第１面に設定されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系、露光装置、およびデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などの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。
【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）。
【０００５】
【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】
【０００６】
液浸型の投影光学系では、後述するように、光の照射を受けて浸液としての液体の温度が変化し易く、ひいては液体の屈折率が変化し易い。また一般に、温度の変化ｄＴに対する屈折率の変化ｄｎの割合ｄｎ／ｄＴは、たとえば空気のような気体よりも水のような液体の方がはるかに大きい。その結果、従来の液浸型の投影光学系では、光の照射を受けた液体の温度変化（ひいては屈折率変化）に起因して、投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光の照射を受けて液体の温度が変化しても良好な結像性能を維持することのできる液浸型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、光の照射を受けて液体の温度が変化しても良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系を用いて、微細なパターンを高精度に且つ安定的に投影露光する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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
軸上光線に関する前記第２媒質の吸収率をＴ１とし、最も大きな入射角度で前記第２面に達する最外縁光線に関する前記第２媒質の吸収率をＴ２とし、軸上光線に関する前記投影光学系の透過率をＴＬとするとき、
８０＜ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＜６００
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】
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、該第２媒質の透過率および前記第２媒質の温度のうちの少なくとも一方が可変であることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１０】
本発明の第３形態では、前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記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するための第１形態または第２形態の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４形態では、第１面に設定されたパターンの像を第２面に設定された感光性基板に投影する投影光学系を備えた露光装置において、
前記投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
前記第２媒質の光学特性に関係する情報と前記投影光学系の光学特性との少なくとも１つを計測する計測手段と、
前記計測手段から得られた計測結果に基づいて、前記第２媒質の光学特性を調整する調整手段とを配置することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１２】
本発明の第５形態では、第１面に設定されたパターンを照明する照明系と、前記パターンの像を第２面に設定された感光性基板に投影する投影光学系とを備えた露光装置において、
前記投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１媒質で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２媒質で満たされ、
所望の照明条件を設定する設定手段と、
前記照明条件の設定に応じて前記第２媒質の光学特性を調整する調整手段とを配置することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１３】
本発明の第６形態では、第３形態〜第５形態の露光装置を用いて前記第１面に設定されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された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の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の典型的な形態にしたがう液浸型の投影光学系では、軸上光線に関する第２液体の吸収率Ｔ１、最外縁光線に関する第２液体の吸収率Ｔ２、および軸上光線に関する投影光学系の透過率ＴＬによって規定される条件式（１）を満足することにより、第２液体の温度変化（温度上昇）に起因して発生する像面収差（総合焦点差）を小さく抑えることができ、ひいては投影光学系の結像性能を良好に維持することができる。
【００１５】
換言すれば、本発明の液浸型の投影光学系では、光の照射を受けて液体（媒質）の温度が変化しても、良好な結像性能を維持することができる。本発明の露光装置および露光方法では、光の照射を受けて液体の温度が変化しても良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系を用いているので、微細なパターンを高精度に且つ安定的に投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを高精度に且つ安定的に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】
【００１６】
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露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷに対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００１７】
本実施形態の露光装置は、図１に示すように、たとえば露光光源である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の紫外パルス光からなる露光光（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を照明する。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、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（スリット状）のパターン領域が照明される。
【００１８】
レチクルＲを通過した光は、液浸型の投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の縮小投影倍率でレチクルパターンを形成する。すなわち、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静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。
【００１９】
図２は、本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の静止露光領域ＥＲが設定されている。ここで、静止露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
【００２０】
したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、光軸ＡＸを中心として静止露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち静止照明領域）が形成されていることになる。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上においてＸＹ平面に平行に保持され、レチクルステージＲＳＴにはレチクルＲをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に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（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００２１】
ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺステージ９上においてＸＹ平面に平行に固定されている。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、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に設けられた移動鏡１２を用いるウェハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。
【００２２】
また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系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方向および回転方向の位置の調整を行う。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の位置調整を行う。
【００２３】
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ェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。
【００２４】
更に、主制御系１４は、ウェハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。
【００２５】
露光時には、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すると共に、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージＲＳＴおよびＸＹステージ１０を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
【００２６】
このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆動系１５およびウェハレーザ干渉計１３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、矩形状の静止露光領域および静止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ＲＳＴとＸＹステージ１０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上には静止露光領域の長辺ＬＸ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。
【００２７】
図３は、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図３を参照すると、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬでは、レチクルＲ側（物体側）の面が第２液体（第２媒質）Ｌｍ２に接し且つウェハＷ側（像側）の面が第１液体（第１媒質）Ｌｍ１に接する平行平面板Ｌｐが最もウェハ側に配置されている。そして、この平行平面板Ｌｐに隣接して、レチクルＲ側の面が気体に接し且つウェハＷ側の面が第２液体Ｌｍ２に接する境界レンズＬｂが配置されている。
【００２８】
本実施形態において、例えば１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２として、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水（脱イオン水）を用いている。また、境界レンズＬｂは、レチクルＲ側に凸面を向け且つウェハＷ側に平面を向けた正レンズである。さらに、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐはともに、石英により形成されている。これは、境界レンズＬｂや平行平面板Ｌｐを蛍石により形成すると、蛍石は水に溶ける性質（可溶性）があるため、投影光学系の結像性能を安定的に維持することが困難になるからである。
【００２９】
また、蛍石では内部の屈折率分布が高周波成分を有することが知られており、この高周波成分を含む屈折率のばらつきがフレアの発生を招く恐れがあり、投影光学系の結像性能を低下させ易い。さらに、蛍石は固有複屈折性を有することが知られており、投影光学系の結像性能を良好に維持するためには、この固有複屈折性の影響を補正する必要がある。したがって、蛍石の可溶性、屈折率分布の高周波成分および固有複屈折性の観点から、境界レンズＬｂや平行平面板Ｌｐを石英により形成することが好ましい。
【００３０】
なお、投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）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号公報に開示された技術などを用いることができる。
【００３１】
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号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、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。
【００３２】
本実施形態では、図１に示すように、第１給排水機構２１を用いて、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路中において第１液体Ｌｍ１としての純水を循環させている。また、第２給排水機構２２を用いて、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路中において第２液体Ｌｍ２としての純水を循環させている。このように、浸液としての純水を微小流量で循環させることにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。
【００３３】
本実施形態において、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）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。
【００３４】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14＋・・・          （ａ）
【００３５】
図４は、本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図４を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬ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、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Ｌ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に凸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、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１２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負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８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Ｌ１９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、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）と、平行平面板Ｌｐとにより構成されている。
【００３６】
本実施形態では、境界レンズ（第２光透過部材）Ｌｂと平行平面板（第１光透過部材）Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路に、使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４３５８７６の屈折率を有する純水（Ｌｍ１，Ｌｍ２）が満たされている。また、すべての光透過部材（Ｐ１，Ｌ１〜Ｌ２２（Ｌｂ），Ｌｐ）が、使用光に対して１．５６０３２６１の屈折率を有する石英（ＳｉＯ2）により形成されている。
【００３７】
次の表（１）に、本実施形態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は投影倍率の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高Ｙｍ）を、ＬＸは静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは静止露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。また、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。
【００３８】
表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．００
Ｂ＝Ｙｍ＝１３．４ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝５．５ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号    ｒ           ｄ            ｎ       光学部材
（レチクル面）  50.000
1          ∞         8.000      1.5603261    （Ｐ１）
2          ∞         5.225
3     -1943.233      12.000      1.5603261    （Ｌ１）
4*      191.125      47.012
5      -104.228      42.945      1.5603261    （Ｌ２）
6      -470.767       1.000
7*     -542.622      39.860      1.5603261    （Ｌ３）
8      -202.724       1.000
9     -1066.606      49.498      1.5603261    （Ｌ４）
10     -257.416       1.000
11     2900.000      53.600      1.5603261    （Ｌ５）
12     -376.177       1.000
13      254.290      54.884      1.5603261    （Ｌ６）
14      927.490       1.000
15      192.047      50.000      1.5603261    （Ｌ７）
16      405.266       1.000
17      230.501      39.859      1.5603261    （Ｌ８）
18*     322.792      19.156
19    -2992.366      14.004      1.5603261    （Ｌ９）
20       96.198      42.051
21     1075.262      14.000      1.5603261    （Ｌ１０）
22      238.222      39.560
23     -133.879      12.000      1.5603261    （Ｌ１１）
24*     248.570      31.009
25*    -309.992      15.000      1.5603261    （Ｌ１２）
26         ∞         9.148
27*    -737.276      51.000      1.5603261    （Ｌ１３）
28     -176.320       1.000
29     1040.000      48.704      1.5603261    （Ｌ１４）
30     -451.186       1.000
31      725.000      48.768      1.5603261    （Ｌ１５）
32     -697.471       3.000
33      503.559      30.048      1.5603261    （Ｌ１６）
34      281.163     111.150
35      724.563      54.923      1.5603261    （Ｌ１７）
36     -564.358       1.000
37      372.647      56.556      1.5603261    （Ｌ１８）
38    -1424.995       1.000
39      196.339      41.207      1.5603261    （Ｌ１９）
40*     498.912       1.000
41      147.694      36.513      1.5603261    （Ｌ２０）
42*     185.195       1.000
43      147.798      52.775      1.5603261    （Ｌ２１）
44      216.307       2.256
45      238.988      26.298      1.5603261    （Ｌ２２：Ｌｂ）
46         ∞         1.000      1.435876     （Ｌｍ２）
47         ∞        20.000      1.5603261    （Ｌｐ）
48         ∞         5.000      1.435876     （Ｌｍ１）
（ウェハ面）
（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ4＝−１．４８４５２×１０-7   Ｃ6＝５．６５９２３×１０-12
Ｃ8＝−２．７８６２１×１０-16    Ｃ10＝２．３７９５２×１０-20
Ｃ12＝−１．１９７５１×１０-24    Ｃ14＝１．８２０１６×１０-28
Ｃ16＝−５．１６７１４×１０-33
７面
κ＝０
Ｃ4＝−１．２７３４２×１０-8   Ｃ6＝２．１８８０２×１０-13
Ｃ8＝−４．２６９３１×１０-18    Ｃ10＝４．５５９２６×１０-22
Ｃ12＝−２．０６８８７×１０-26    Ｃ14＝１．４６０４１×１０-30
Ｃ16＝−１．７８４１５×１０-35
１８面
κ＝０
Ｃ4＝−１．７９７５２×１０-8   Ｃ6＝１．９５２３７×１０-14
Ｃ8＝−３．８２８４３×１０-18    Ｃ10＝−３．８５０７２×１０-22
Ｃ12＝１．９６６５２×１０-26    Ｃ14＝−３．５９９８７×１０-31
Ｃ16＝７．７２５３０×１０-37
２４面
κ＝０
Ｃ4＝１．８６６４１×１０-8   Ｃ6＝−２．４８５８９×１０-12
Ｃ8＝−３．４００８５×１０-17    Ｃ10＝１．２０９０１×１０-20
Ｃ12＝−４．９９７２６×１０-25    Ｃ14＝−４．１８２５４×１０-29
Ｃ16＝２．９０４５３×１０-33
２５面
κ＝０
Ｃ4＝−４．４２９０８×１０-8   Ｃ6＝３．２４４６５×１０-12
Ｃ8＝−２．１７９３３×１０-18    Ｃ10＝３．０９９１４×１０-21
Ｃ12＝−５．８９７８１×１０-25    Ｃ14＝１．４４８１２×１０-28
Ｃ16＝−９．３１８９１×１０-33
２７面
κ＝０
Ｃ4＝１．２８４７３×１０-8   Ｃ6＝−１．５２１８５×１０-12
Ｃ8＝３．２７０２４×１０-17    Ｃ10＝２．９６３２１×１０-21
Ｃ12＝−３．１２１４１×１０-25    Ｃ14＝１．２４０６９×１０-29
Ｃ16＝−３．６３７５２×１０-35
４０面
κ＝０
Ｃ4＝１．３７６４２×１０-8   Ｃ6＝７．５２２９４×１０-14
Ｃ8＝８．１４７５１×１０-18    Ｃ10＝−２．３８６６４×１０-22
Ｃ12＝１．８９０５２×１０-26    Ｃ14＝−５．７２８５７×１０-31
Ｃ16＝１．２４２３５×１０-35
４２面
κ＝０
Ｃ4＝−４．６７０３４×１０-8   Ｃ6＝−９．９０５８０×１０-13
Ｃ8＝−５．１４６３８×１０-18    Ｃ10＝１．６９８７２×１０-21
Ｃ12＝−１．０７５３４×１０-25    Ｃ14＝５．６８１８０×１０-30
Ｃ16＝−１．５３９０８×１０-34
【００３９】
図５は、本実施形態の投影光学系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。図５の収差図から明らかなように、本実施形態では、大きな像側開口数（ＮＡ＝１．００）および比較的大きな静止露光領域ＥＲ（２６ｍｍ×５．５ｍｍ）を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３０６ｎｍのエキシマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４０】
このように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に大きな屈折率を有する純水（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を介在させることにより、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。すなわち、中心波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．００の高い像側開口数を確保するとともに、２６ｍｍ×５．５ｍｍの矩形形状の実効露光領域（静止露光領域）ＥＲを確保することができ、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
【００４１】
また、上述の実施形態では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に平行平面板（一般にはほぼ無屈折力の光学部材）Ｌｐが配置されているので、浸液としての純水がウェハＷに塗布されたフォトレジストからのアウトガス等による汚染を受けても、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する平行平面板Ｌｐの作用により、汚染された純水による境界レンズＬｂの像側光学面の汚染を有効に防ぐことができる。さらに、液体（純水：Ｌｍ１，Ｌｍ２）と平行平面板Ｌｐとの屈折率差が小さいため、平行平面板Ｌｐに要求される姿勢や位置精度が大幅に緩和されるので、平行平面板Ｌｐが汚染されても部材交換を随時行うことにより光学性能を容易に復元することができる。また、平行平面板Ｌｐの作用により、境界レンズＬｂに接する液体Ｌｍ２のスキャン露光時の圧力変動やステップ移動時の圧力変動が小さく抑えられるので、比較的小さなスペースで液体を保持することが可能になる。
【００４２】
ただし、本実施形態において、平行平面板Ｌｐとウェハ（感光性基板）Ｗとの間に介在する第１液体Ｌｍ１は比較的大きな速度で流れているため、光の照射を受けても第１液体Ｌｍ１の温度は変化しにくいが、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間に介在する第２液体Ｌｍ２は比較的小さな速度で流れているため、光の照射を受けると第２液体Ｌｍ２の温度は変化（一般には上昇）し易い。これは、第１液体Ｌｍ１の比較的大きな流速に起因して無屈折力の平行平面板Ｌｐが微動しても投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響は小さいが、第２液体Ｌｍ２の流速を大きくすると比較的パワーの大きい境界レンズＬｂが微動して投影光学系ＰＬの結像性能が低下する可能性があるからである。
【００４３】
また、温度の変化ｄＴに対する屈折率の変化ｄｎの割合ｄｎ／ｄＴは、空気に比して水の方が１００倍程度に大きい。その結果、本実施形態のタイプの液浸投影光学系では、光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度変化（ひいては第２液体Ｌｍ２の屈折率変化）に起因して、投影光学系ＰＬの像面収差が発生し易く、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能が低下し易い。具体的には、第２液体Ｌｍ２の温度変化に起因して、メリディオナル像面とサジタル像面とのフィールド内での最大値と最小値との差の絶対値（以下、「総合焦点差」という）が発生する。
【００４４】
ここで、メリディオナル像面のフィールド内での最大値（または最小値）とは、基準像面（設計上の像面）から光軸方向に沿って最も離れた距離（後述するように正負の符号を有する）である。同様に、サジタル像面のフィールド内での最大値（または最小値）とは、基準像面から光軸方向に沿って最も離れた距離（後述するように正負の符号を有する）である。なお、メリディオナル像面が最大値（または最小値）になるフィールド内での位置座標と、サジタル像面が最大値（または最小値）になるフィールド内での位置座標とが一般に異なることはいうまでもない。
【００４５】
本実施形態では、光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度変化に起因する総合焦点差の発生を小さく抑え、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能の低下を小さく抑えるために、次の条件式（１）を満足する。条件式（１）において、Ｔ１は軸上光線に関する第２液体（第２媒質）Ｌｍ２の吸収率であり、Ｔ２は最も大きな入射角度でウェハＷに達する最外縁光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率であり、ＴＬは軸上光線に関する投影光学系ＰＬの透過率である。
８０＜ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＜６００    （１）
【００４６】
条件式（１）の下限値を下回ると、第２液体Ｌｍ２を通過する軸上光線と最外縁光線との間で吸収率の差が大きくなり過ぎて、光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度変化に起因して大きな総合焦点差が発生し、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能が大きく低下してしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、第２液体Ｌｍ２の層の厚さが小さくなり過ぎて、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間に第２液体Ｌｍ２を満たすことが困難になってしまう。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１００に設定し、上限値を５００に設定することが好ましい。以下、条件式（１）の下限値の妥当性について、ケーススタディにより検証する。
【００４７】
［ケース１］
ケース１では、本実施形態にしたがって、第２液体Ｌｍ２の層の厚さは１ｍｍであり、第１液体Ｌｍ１の層の厚さは５ｍｍである。ここで、ケース１における第２液体Ｌｍ２の吸収率を０．８％／１ｍｍとすると、軸上光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ１および最外縁光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ２は、それぞれ次のように求まる。
Ｔ１＝（０．８％／１ｍｍ）×１ｍｍ＝０．８％
Ｔ２＝（０．８％／１ｍｍ）×１．３９４ｍｍ＝１．１１５２％
【００４８】
一方、各光学面のコートの反射率を一律に０．５％とし、各光透過部材の吸収率を一律に０．１％／１ｃｍとすると、軸上光線に関する投影光学系ＰＬの透過率ＴＬは６８．３％になる。その結果、ケース１では、ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＝２１６．６８８になり、条件式（１）が満たされる。図６は、ケース１において光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。図６およびこれに関連する図７〜図１０において、横軸は像高Ｙ（ｍｍ）であり、縦軸は基準像面からの光軸方向に沿ったずれ量Ｄ（ｎｍ）である。ここで、ずれ量Ｄの負の符号は投影光学系ＰＬから離れる向きに対応し、正の符号は投影光学系ＰＬに近づく向きに対応している。
【００４９】
また、図６〜図１０において、実線はメリディオナル像面を示し、破線はサジタル像面を示している。ケース１では、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する回転対称の低次収差成分を、たとえばレンズＬ３，レンズＬ６，レンズＬ１１，レンズＬ１４，およびレンズＬ１８の光軸方向の移動により補正している。ケース１では、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する総合焦点差が約５．０ｎｍであり、露光装置における結像性能の観点から特に問題の無いレベルである。
【００５０】
［ケース２］
ケース２においても、本実施形態にしたがって、第２液体Ｌｍ２の層の厚さは１ｍｍであり、第１液体Ｌｍ１の層の厚さは５ｍｍである。ここで、ケース２における第２液体Ｌｍ２の吸収率を３％／１ｍｍとすると、軸上光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ１および最外縁光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ２は、それぞれ次のように求まる。
Ｔ１＝（３％／１ｍｍ）×１ｍｍ＝３％
Ｔ２＝（３％／１ｍｍ）×１．３９４ｍｍ＝４．１８２％
【００５１】
一方、各光学面のコートの反射率を一律に０．５％とし、各光透過部材の吸収率を一律に０．１％／１ｃｍとすると、軸上光線に関する投影光学系ＰＬの透過率ＴＬは５８．８％になる。その結果、ケース２では、ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＝４９．７５になり、条件式（１）が満たされない。図７は、ケース２において光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。
【００５２】
ケース２ではケース１と同様に、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する回転対称の低次収差成分を、たとえばレンズＬ３，レンズＬ６，レンズＬ１１，レンズＬ１４，およびレンズＬ１８の光軸方向の移動により補正している。図７を参照すると、ケース２では、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する総合焦点差が約１９．１ｎｍであり、露光装置における結像性能の観点から問題となるレベルである。
【００５３】
［ケース３］
ケース３では、本実施形態とは異なり、第２液体Ｌｍ２の層の厚さが３ｍｍであり、第１液体Ｌｍ１の層の厚さが３ｍｍである。ここで、ケース３における第２液体Ｌｍ２の吸収率を０．８％／１ｍｍとすると、軸上光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ１および最外縁光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ２は、それぞれ次のように求まる。
Ｔ１＝（０．８％／１ｍｍ）×３ｍｍ＝２．４％
Ｔ２＝（０．８％／１ｍｍ）×４．１８１ｍｍ＝３．３４４％
【００５４】
一方、各光学面のコートの反射率を一律に０．５％とし、各光透過部材の吸収率を一律に０．１％／１ｃｍとすると、軸上光線に関する投影光学系ＰＬの透過率ＴＬは５８．８％になる。その結果、ケース２では、ＴＬ／（Ｔ２−Ｔ１）＝６２．２９になり、条件式（１）が満たされない。図８は、ケース３において光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。
【００５５】
ケース３ではケース１および２と同様に、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する回転対称の低次収差成分を、たとえばレンズＬ３，レンズＬ６，レンズＬ１１，レンズＬ１４，およびレンズＬ１８の光軸方向の移動により補正している。図８を参照すると、ケース３では、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する総合焦点差が約１５．６ｎｍであり、露光装置における結像性能の観点から問題となるレベルである。
【００５６】
以上のように、本実施形態では、軸上光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ１、最外縁光線に関する第２液体Ｌｍ２の吸収率Ｔ２、および軸上光線に関する投影光学系ＰＬの透過率ＴＬによって規定される条件式（１）を満足することにより、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する総合焦点差を小さく抑えることができ、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能を良好に維持することができる。すなわち、本実施形態の液浸型の投影光学系では、光の照射を受けて液体の温度が変化しても、良好な結像性能を維持することができる。また、本実施形態の露光装置では、光の照射を受けて液体の温度が変化しても良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系を用いているので、微細なパターンを高精度に且つ安定的に投影露光することができる。
【００５７】
上述のケース１〜３では、光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面変化に着目している。これに対し、次のケース４では、投影光学系ＰＬのうち第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する像面変化に着目する。ただし、ケース１〜４では、σ値＝０．２の円形照明を想定しており、投影光学系ＰＬの照明条件は互いに同じである。ここで、照明条件を決定するσ値とは、投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比である。照明条件の設定は、主制御系１４からの指令を受けた照明光学系１により行われる。
【００５８】
［ケース４］
図９は、ケース４において投影光学系ＰＬのうち第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する像面変化を示す図である。ケース４では、第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する回転対称の低次収差成分を、たとえばレンズＬ３，レンズＬ６，レンズＬ１１，レンズＬ１４，およびレンズＬ１８の光軸方向の移動により補正している。図９を参照すると、ケース４では、第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する総合焦点差が約７．３ｎｍである。
【００５９】
また、図９を参照すると、第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する像面収差に着目したケース４では、メリディオナル像面が基準像面から正の符号の向きに位置ずれし、サジタル像面が基準像面から負の符号の向きに位置ずれしている。これに対し、図６〜図８を参照すると、光の照射を受けて第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面収差に着目したケース１〜３では、メリディオナル像面が基準像面から負の符号の向きに位置ずれし、サジタル像面が基準像面から正の符号の向きに位置ずれしている。
【００６０】
すなわち、第２液体Ｌｍ２の温度上昇に起因して発生する像面収差と第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する像面収差とでは、メリディオナル像面およびサジタル像面の基準像面からの位置ずれの向きが逆である。これは、たとえば使用光の波長が１９３ｎｍの場合、第２液体Ｌｍ２を形成する水の屈折率変化率ｄｎ／ｄＴと投影光学系ＰＬ中の光透過部材を形成する石英の屈折率変化率ｄｎ／ｄＴの符号が逆であるからである。その結果、水からなる第２液体Ｌｍ２を除く投影光学系部分が光の照射を受けた影響で発生する像面のずれ量Ｄの符号と、水からなる第２液体Ｌｍ２の温度変化の影響のみで発生する像面のずれ量Ｄの符号とが逆になる。
【００６１】
本実施形態では、上述のような屈折率変化率の特性を利用して、第２液体Ｌｍ２の透過率（または吸収率）を適切な値に設定して第２液体Ｌｍ２の温度変化のみに起因する所要量の像面収差を意図的に発生させることにより、第２液体Ｌｍ２を除く部分が光の照射を受けたときに発生する図９に示すような像面収差を相殺により補正することができる。具体的には、本実施形態にしたがって第２液体Ｌｍ２の層の厚さを１ｍｍとし、第１液体Ｌｍ１の層の厚さを５ｍｍとし、第２液体Ｌｍ２の吸収率を１．２％／１ｍｍに設定することにより、図１０に示すように良好に補正された像面収差を得ることができる。図１０に示す像面収差において、総合焦点差は約２．７ｎｍであり、良好な結像性能が得られる。
【００６２】
このように、本実施形態の投影光学系では、光の照射を受けて第２液体（第２媒質）Ｌｍ２の温度が変化しても、第２液体Ｌｍ２の透過率（または吸収率）を変化させて適切な値に設定することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差、特に軸上非点収差（センターアス）を含む非点収差成分などを良好に補正することができる。具体的に、たとえば水に酸素等の不純物を混入させて不純物濃度を制御することによって、水からなる第２液体Ｌｍ２の透過率を変化させることができる。
【００６３】
同様の原理により、第２液体Ｌｍ２の温度を変化させて適切な温度分布に設定することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差を良好に補正することができる。すなわち、第２液体Ｌｍ２の透過率および第２液体Ｌｍ２の温度のうちの少なくとも一方を調整することにより、さらに一般的には第２液体Ｌｍ２の光学特性を調整することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差を良好に補正することができる。
【００６４】
本実施形態の露光装置は、図１１に示すように、第２液体Ｌｍ２の光学特性に関係する情報として例えば第２液体Ｌｍ２の透過率や第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）を計測するための第１計測部３１と、投影光学系ＰＬの光学特性として例えば投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための第２計測部３２と、第１計測部３１から得られた計測結果または第２計測部３２から得られた計測結果に基づいて、第２液体Ｌｍ２の光学特性すなわち第２液体Ｌｍ２の透過率や第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）を調整するための調整部３３とを備えている。
【００６５】
第１計測部３１は、従来技術にしたがって、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路中に供給された第２液体Ｌｍ２の透過率や温度（または温度分布）を計測する。ただし、本実施形態において、光路中に供給される直前の第２液体Ｌｍ２の透過率や温度（または温度分布）と光路中に供給されて光の照射を受けた第２液体Ｌｍ２の透過率や温度（または温度分布）との差が予めわかっている場合には、光路中に供給される直前の第２液体Ｌｍ２の透過率や温度（または温度分布）を計測し、予めわかっている透過率差や温度（または温度分布）差をオフセットとして計測結果を補正することもできる。
【００６６】
第２計測部３２としての波面収差測定装置の具体的な構成および作用については、たとえば特開２００２−７１５１４号公報を参照することができる。調整部３３では、たとえば水に酸素等の不純物を混入させて不純物濃度を制御することによって、光路中に供給された第２液体Ｌｍ２あるいは光路中に供給される直前の第２液体Ｌｍ２の透過率を変化させたり、適当な加熱・冷却手段などを用いて、光路中に供給された第２液体Ｌｍ２あるいは光路中に供給される直前の第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）を変化させたりする。
【００６７】
こうして、本実施形態の露光装置では、第１計測部３１により第２液体Ｌｍ２の透過率や温度（または温度分布）をモニター計測し、このモニター計測結果が主制御系１４に供給される。主制御系１４は、第１計測部３１の計測結果に応じて調整部３３を制御し、第２液体Ｌｍ２の透過率および第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）のうちの少なくとも一方を調整することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差、すなわち第２液体Ｌｍ２の透過率変化や温度変化に起因して発生すると予測される像面収差成分を良好に補正する。
【００６８】
また、本実施形態の露光装置では、第２計測部３２としての波面収差測定装置により投影光学系ＰＬの波面収差を定期的に（たとえば平行平面板Ｌｐの交換時に）測定し、この測定結果が主制御系１４に供給される。主制御系１４は、第２計測部３２の測定結果（計測結果）に応じて調整部３３を制御し、第２液体Ｌｍ２の透過率および第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）のうちの少なくとも一方を調整することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差、すなわち第２計測部３２で測定された像面収差成分を良好に補正する。
【００６９】
さらに、本実施形態の露光装置では、主制御系１４と照明光学系１（図１１では不図示）とからなる設定手段（１，１４）を用いて、レチクルＲのパターンに対する所望の照明条件を設定する。主制御系１４は、この照明条件の設定に応じて調整部３３を制御し、第２液体Ｌｍ２の透過率および第２液体Ｌｍ２の温度（または温度分布）のうちの少なくとも一方を調整することにより、光の照射を受けたときに発生する投影光学系ＰＬの像面収差、すなわち照明条件の変更により発生すると予測される像面収差成分を良好に補正する。
【００７０】
以上においては、第２液体Ｌｍ２に対して所望の透過率と所望の温度分布を付与することにより像面収差として、非点収差成分を補正することを説明した。ここで、第２液体Ｌｍ２に対して一定の温度を付与することにより、回転対称な収差成分として、球面収差成分を調整することができる。このため、第１計測部３１にて第２液体Ｌｍ２の透過率と温度を測定するとともに第２測定部３２にて投影光学系ＰＬの収差を測定し、計測結果に基づき、調整部３３は、像面収差を補正するために第２液体Ｌｍ２の透過率を調整するとともに、回転対称収差を補正するために第２液体Ｌｍ２の温度を所望の一定の温度に調整するようにしても良い。このような調整は、定期的に行っても良いし、照明条件の設定（例えば、照明σ値の変更、輪帯照明や多極照明への変更等）の時に行っても良い。
【００７１】
また、上述の実施形態では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に充填される液体として純水（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を用いたが、その代わりに、それよりも屈折率が高い液体（たとえば屈折率が１．６以上の液体）を用いても良い。このような高屈折率液体としては、たとえばグリセノール（ＣＨ2［ＯＨ］ＣＨ［ＯＨ］ＣＨ2［ＯＨ］）やヘプタン（Ｃ7Ｈ16）等を用いることができる。また、Ｈ+、Ｃｓ-、Ｋ+、Ｃｌ-、ＳＯ42-、ＰＯ42-を入れた水、アルミニウム酸化物の微粒子を混ぜた水、イソプロパノール、ヘキサン、デカンなどを用いることもできる。
【００７２】
このような高屈折率液体を用いる場合には、投影光学系ＰＬの大きさ、特に直径方向の大きさを抑えるために、投影光学系ＰＬの一部のレンズ、特に像面（ウェハＷ）に近いレンズを高屈折率の材料で形成することが好ましい。このような高屈折率材料としては、たとえば酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、あるいはこれらを主成分とする混晶を用いることが好ましい。これにより、実現可能なサイズのもとで、高い開口数を実現することができる。たとえばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた場合にも、１．５程度、あるいはそれ以上の高い開口数を実現することが可能となる。また、露光光ＩＬとして波長１５７ｎｍのＦ2レーザを用いる場合には、液体として、Ｆ2レーザ光を透過可能な液体、たとえば過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）やフッ素系オイル等のフッ素系流体を用いることが好ましい。
【００７３】
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１２のフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
先ず、図１２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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１３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１３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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。ただし、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ることになる。
【００８０】
また、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、他の適当な液浸型の投影光学系に対して本発明を適用することができる。
【００８１】
なお、上述の実施形態では、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐを石英で形成したが、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐを形成する材料としては石英には限定されず、たとえば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムなどの結晶材料を用いてもよい。
【００８２】
また、上述の実施形態では、第１液体および第２液体として純水を用いたが、第１および第２液体としては純水には限定されず、たとえばＨ+，Ｃｓ+，Ｋ+、Ｃｌ-，ＳＯ42-，ＰＯ42-を入れた水、イソプロパノール，グリセロール、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】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。
【図２】本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。
【図３】本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図５】本実施形態の投影光学系における横収差を示す図である。
【図６】ケース１において光の照射を受けた第２液体の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。
【図７】ケース２において光の照射を受けた第２液体の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。
【図８】ケース３において光の照射を受けた第２液体の温度上昇に起因して発生する像面変化を示す図である。
【図９】ケース４において投影光学系のうち第２液体を除く部分が光の照射を受けたときに発生する像面変化を示す図である。
【図１０】第２液体の透過率を適切な値に設定して第２液体の温度変化のみに起因する所要量の像面収差を発生させることにより図９に示す像面収差を補正した様子を示す図である。
【図１１】本実施形態の露光装置の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。
【図１２】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１３】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】
【００８４】
Ｒ  レチクル
ＲＳＴ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｌｂ  境界レンズ
Ｌｐ  平行平面板
Ｌｍ１，Ｌｍ２  純水（液体）
Ｗ  ウェハ
１  照明光学系
９  Ｚステージ
１０  ＸＹステージ
１２  移動鏡
１３  ウェハレーザ干渉計
１４  主制御系
１５  ウェハステージ駆動系
２１  第１給排水機構
２２  第２給排水機構
３１  第１計測部
３２  第２計測部（波面収差測定装置）
３３  調整部
【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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