(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
結晶材料からなる結晶透過部材を含み、
該結晶透過部材の有効直径をＥＤとし、前記結晶透過部材の外径をＬＤとするとき、前記結晶透過部材のうちの少なくとも１つは、
０．３ ＜ ＥＤ／ＬＤ ＜ ０．９５
を満足し、
前記結晶透過部材は、立方晶系に属する結晶材料から形成され、かつ前記結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］または［１１０］とがほぼ一致するように形成されることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記結晶透過部材は、蛍石から形成され、かつ前記結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成され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】
前記結晶透過部材の前記外径における縁厚は５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
【請求項４】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
前記投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、前記蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ１とするとき、
０．１ ＜ Ｄ１／ＸＤ ＜ ０．８
を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
前記投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、前記蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ２とするとき、
０．１ ＜ Ｄ２／ＸＤ ＜ ０．８
を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
該蛍石部材のうち、前記蛍石部材の総数の７０％以上の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置されることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】
前記蛍石部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含み、
前記第１の蛍石部材と前記第２の蛍石部材とは結晶軸［１００］とは異なる結晶軸が前記光軸を中心として相対的に４５度だけ回転するように位置決めされることを特徴とする請求項６に記載の投影光学系。
【請求項８】
複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
該蛍石部材のうち、前記蛍石部材の総数の７０％以上の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置され、
前記蛍石部材は、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含み、
前記第１の蛍石部材と前記第２の蛍石部材とは結晶軸［１１０］とは異なる結晶軸が前記光軸を中心として相対的に９０度だけ回転するように位置決めされることを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
前記投影光学系は、第１面の第１中間像を形成する第１結像光学系と、第１中間像の像である第２中間像を形成する第２結像光学系と、第２中間像の像を第２面上に形成する第３結像光学系とを備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記第１面に設定されたパターンを照明するための照明系と、
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形成するための請求項１乃至９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１１】
前記第１面に設定されたパターンを照明し、請求項１乃至９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ことを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
前記第１面に設定されたパターンを照明し、請求項１乃至９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し、該感光性基板を現像することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置に関し、特に半導体素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像力の高い投影光学系が要求されてきている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化するとともに、ＮＡ（投影光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学ガラスの種類が限られてくる。
【０００３】
たとえば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光、特にＦ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）を露光光として用いる場合、投影光学系を構成する光透過性光学材料としては、フッ化カルシウム（蛍石：ＣａＦ2 ）やフッ化バリウム（ＢａＦ2 ）等のフッ化物結晶を多用せざるを得ない。実際には、露光光としてＦ2 レーザ光を用いる露光装置では、基本的に蛍石だけで投影光学系を形成する設計が想定されている。蛍石は、立方晶系に属する結晶であり、光学的には等方的で、複屈折が実質的にないと思われていた。また、従来の可視光域の実験では、蛍石について小さい複屈折（内部応力起因のランダムなもの）しか観測されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２００１年５月１５日に開かれたリソグラフィに関するシンポジュウム（2nd International Symposium on 157nm Lithography）において、米国ＮＩＳＴのJohn H. Burnettらにより、蛍石には固有複屈折（intrinsic birefringence）が存在することを実験および理論の両面から確認したことが発表された。
【０００５】
この発表によれば、蛍石の複屈折は、結晶軸［１１１］方向およびこれと等価な結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向、並びに結晶軸［１００］方向およびこれと等価な結晶軸［０１０］，［００１］方向ではほぼ零であるが、その他の方向では実質的に零でない値を有する。特に、結晶軸［１１０］，［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］の６方向では、波長１５７ｎｍに対して最大で６．５ｎｍ／ｃｍ、波長１９３ｎｍに対して最大で３．６ｎｍ／ｃｍの複屈折の値を有する。
【０００６】
これらの複屈折の値はランダムな複屈折の許容値とされる１ｎｍ／ｃｍよりも実質的に大きい値であり、しかもランダムでない分だけ複数のレンズを通して複屈折の影響が蓄積する可能性がある。従来技術では、投影光学系の設計において蛍石の複屈折性を考慮していないので、加工の容易さなどの観点から結晶軸［１１１］と光軸とを一致させるのが一般的である。この場合、投影光学系では、ＮＡ（開口数）が比較的大きいため、結晶軸［１１１］からある程度傾いた光線もレンズを通過するので、複屈折の影響により結像性能が悪化する可能性がある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明では、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の第１発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系であって、
結晶材料からなる結晶透過部材を含み、
該結晶透過部材の有効直径をＥＤとし、前記結晶透過部材の外径をＬＤとするとき、前記結晶透過部材のうちの少なくとも１つは、
０．３  ＜  ＥＤ／ＬＤ    ＜  ０．９５
を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【０００９】
また、第１発明の好ましい態様においては、前記結晶透過部材は、立方晶系に属する結晶材料から形成され、かつ前記結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］または［１１０］とがほぼ一致するように形成される。
【００１０】
また、第１発明の好ましい態様では、前記結晶透過部材は、蛍石から形成され、かつ前記結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成される。
【００１１】
また、第１発明の好ましい態様では、前記結晶透過部材の前記外径における縁厚は５ｍｍ以上である。
また、上述の目的を達成するために、本発明の第２発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
前記投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、前記蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ１とするとき、
０．１ ＜  Ｄ１／ＸＤ  ＜  ０．８
を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１２】
また、上述の目的を達成するために、本発明の第３発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
前記投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、前記蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ２とするとき、
０．１ ＜  Ｄ２／ＸＤ  ＜  ０．８
を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１３】
また、上述の目的を達成するために、本発明の第４発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
該蛍石部材のうち、前記蛍石部材の総数の７０％以上の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置されることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１４】
第４発明の好ましい態様においては、前記蛍石部材は、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含み、
前記第１の蛍石部材と前記第２の蛍石部材とは結晶軸［１００］とは異なる結晶軸が前記光軸を中心として相対的に４５度だけ回転するように位置決めされる。
【００１５】
また、上述の目的を達成するために、本発明の第５発明では、複数の透過部材を含み、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
蛍石からなり、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含み、
該蛍石部材のうち、前記蛍石部材の総数の７０％以上の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置されることを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１６】
第５発明の好ましい態様においては、前記蛍石部材は、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含み、
前記第１の蛍石部材と前記第２の蛍石部材とは結晶軸［１１０］とは異なる結晶軸が前記光軸を中心として相対的に９０度だけ回転するように位置決めされる。
【００１７】
また、本発明の第６発明では、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本発明の第１発明〜第５発明の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
また、本発明の第７発明では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、本発明の第１発明〜第５発明の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１９】
なお、本発明において、結晶透過部材または透過部材の外径とは、これらの結晶透過部材または透過部材を保持する際に設けられる部分も含めた外径を指す。例えばこれらの結晶透過部材または透過部材の周辺に、これらの結晶透過部材または透過部材を保持するためのつば部が設けられるような場合には、当該つば部を含めて外径を考える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、蛍石の結晶軸方位について説明する図である。図１を参照すると、蛍石の結晶軸は、立方晶系のＸＹＺ座標系に基づいて規定される。すなわち、＋Ｘ軸に沿って結晶軸［１００］が、＋Ｙ軸に沿って結晶軸［０１０］が、＋Ｚ軸に沿って結晶軸［００１］がそれぞれ規定される。
【００２１】
また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［１０１］が、ＸＹ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１０］が、ＹＺ平面において結晶軸［０１０］および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］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結晶軸［１１１］が規定される。
【００２２】
なお、図１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。前述したように、蛍石では、図１中実線で示す結晶軸［１１１］方向、およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向では、複屈折がほぼ零（最小）である。
【００２３】
同様に、図１中実線で示す結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］方向においても、複屈折がほぼ零（最小）である。一方、図１中破線で示す結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］，およびこれと等価な不図示の結晶軸［−１１０］，［‐１０１］，［０１−１］方向では、複屈折が最大である。
【００２４】
ところで、Burnettらは前述の発表において、複屈折の影響を低減する手法を開示している。図２は、Burnettらの手法を説明する図であって、光線の入射角（光線と光軸とのなす角度）に対する複屈折率の分布を示している。図２では、図中破線で示す５つの同心円が１目盛り１０度を表している。したがって、最も内側の円が光軸に対して入射角１０度の領域を、最も外側の円が光軸に対して入射角５０度の領域を表している。
【００２５】
また、黒丸は比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域を、白丸は比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域を表している。一方、太い円および長い両矢印は複屈折のある領域における比較的大きな屈折率の方向を、細い円および短い両矢印は複屈折のある領域における比較的小さな屈折率の方向を表している。以降の図３においても、上述の表記は同様である。
【００２６】
Burnettらの手法では、一対の蛍石レンズ（蛍石で形成されたレンズ）の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。したがって、一方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図２（ａ）に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図２（ｂ）に示すようになる。その結果、一対の蛍石レンズ全体における複屈折率の分布は、図２（ｃ）に示すようになる。
【００２７】
この場合、図２（ａ）および（ｂ）を参照すると、光軸と一致している結晶軸［１１１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域は、周方向の偏光に対する屈折率が比較的小さく径方向の偏光に対する屈折率が比較的大きい複屈折領域となる。このように、個々の蛍石レンズでは、光軸から３５．２６度（結晶軸［１１１］と結晶軸［１１０］とのなす角度）の領域において、複屈折の影響を最大に受けることがわかる。
【００２８】
一方、図２（ｃ）を参照すると、一対の蛍石レンズを６０度だけ相対的に回転させることにより、一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］の影響が薄められることがわかる。そして、光軸から３５．２６度の領域において、径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が小さい複屈折領域が残ることになる。換言すれば、Burnettらの手法を用いることにより、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
【００２９】
さて、本願出願人は、一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材（例えば蛍石レンズ）の光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の結晶透過部材を約４５度だけ相対的に回転させて、複屈折の影響を低減する第１の手法を提案した。ここで、結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸とは、結晶軸［０１０］，［００１］である。
【００３０】
図３は、上記第１の手法を説明する図であって、光線の入射角（光線と光軸とのなす角度）に対する複屈折率の分布を示している。本発明の手法では、一方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図３（ａ）に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図３（ｂ）に示すようになる。その結果、一対の蛍石レンズ全体における複屈折率の分布は、図３（ｃ）に示すようになる。
【００３１】
図３（ａ）および（ｂ）を参照すると、第１の手法では、光軸と一致している結晶軸［１００］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。また、結晶軸［１１１］，［１−１１］，［−１１−１］，［１１−１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域は、周方向の偏光に対する屈折率が比較的大きく径方向の偏光に対する屈折率が比較的小さい複屈折領域となる。このように、個々の蛍石レンズでは、光軸から４５度（結晶軸［１００］と結晶軸［１０１］とのなす角度）の領域において、複屈折率の影響を最大に受けることがわかる。
【００３２】
一方、図３（ｃ）を参照すると、一対の蛍石レンズを４５度だけ相対的に回転させることにより、一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］の影響がかなり薄められ、光軸から４５度の領域において径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が大きい複屈折領域が残ることになる。換言すれば、本発明の手法を用いることにより、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
【００３３】
なお、第１の手法において、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［００１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味する。
【００３４】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）からも明らかな通り、結晶軸［１００］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が９０度の周期で現れる。したがって、本発明の手法において、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００３５】
一方、Burnettらの手法において、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味する。
【００３６】
また、図２（ａ）および図２（ｂ）からも明らかな通り、結晶軸［１１１］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１２０度の周期で現れる。したがって、Burnettらの手法において、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００３７】
また、本願出願人は、一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材（例えば蛍石レンズ）の光軸と結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の結晶透過部材を約９０度だけ相対的に回転させて、複屈折の影響を低減する第２の手法を提案した。ここで、結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸とは、結晶軸［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０１１］，［０１−１］である。
【００３８】
図４は、上記第２の手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。第２の手法では、一方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図４（ａ）に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図４（ｂ）に示すようになる。その結果、一対の蛍石レンズ全体における複屈折率の分布は、図４（ｃ）に示すようになる。
【００３９】
図４（ａ）および（ｂ）を参照すると、第２の手法では、光軸と一致している結晶軸［１１０］に対応する領域は、一方の方向の偏光に対する屈折率が比較的大きく他方の方向（一方の方向に直交する方向）の偏光に対する屈折率が比較的小さい複屈折領域となる。結晶軸［１００］，［０１０］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１１］，［１１−１］に対応する領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領域となる。
【００４０】
一方、図４（ｃ）を参照すると、一対の蛍石レンズを９０度だけ相対的に回転させることにより、一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸［１１０］の影響がほとんどなく、光軸付近は中間的な屈折率を有する複屈折のない領域となる。すなわち、本発明において提案する第２手法を用いることにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく、良好な結像性能を確保することができる。
【００４１】
なお、第２の手法において、一方の蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよび他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［００１］、［−１１１］、［−１１０］、または［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸［００１］との光軸を中心とした相対的な角度が約９０度であることを意味する。
【００４２】
また、図４（ａ）および図４（ｂ）からも明らかな通り、結晶軸［１１０］を光軸とする場合には、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１８０度の周期で現れる。したがって、本発明において提案する第２手法において、光軸を中心として約９０度だけ相対的に回転させるということは、光軸を中心としてほぼ９０度＋（ｎ×１８０度）だけ相対的に回転させること、すなわち９０度、２７０度・・・だけ相対的に回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数である）。
【００４３】
上述の説明の通り、一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを６０度だけ相対的に回転させることにより、あるいは一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材を４５度だけ相対的に回転させることにより、あるいは一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材の光軸と結晶軸［１１０］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材を９０度だけ相対的に回転させることにより、複屈折の影響をかなり低減することができる。
【００４４】
ここで、一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転させたときに残存する回転対称な分布と、一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させたときに残存する回転対称な分布とは逆向きである。換言すれば、光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転させた一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材（以下、「結晶軸［１１１］の結晶透過部材ペア」という）における進相軸と、結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させた一対の立方晶系に属する結晶材料で形成された結晶透過部材（以下、「結晶軸［１００］の結晶透過部材ペア」という）における進相軸とは直交する。
【００４５】
さらに別の表現をすれば、結晶軸［１００］の結晶透過部材ペアでは径方向に進相軸がある複屈折分布が残り、結晶軸［１１１］の結晶透過部材ペアでは周方向に進相軸がある複屈折分布が残る。なお、試料に複屈折が存在する場合、屈折率の差により当該試料を通過する振動面（偏光面）の直交した２つの直線偏光の光の位相が変化する。すなわち一方の偏光に対して他方の偏光の位相が進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅相軸と呼ぶ。
【００４６】
こうして、一対の結晶透過部材の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転させた結晶軸［１１１］の結晶透過部材ペアと、一対の結晶透過部材の光軸と結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させた結晶軸［１００］の結晶透過部材ペアとの組み合わせにより、複屈折の影響をさらに良好に低減することができることがわかる。
【００４７】
さて、立方晶系に属する結晶材料を透過部材の光学材料として用いる場合には、その内部応力に起因する歪（複屈折）が、この透過材料で構成された投影光学系の結像性能を悪化させる恐れがある。特に、結晶軸［１１１］とは異なる結晶軸を光軸と一致させた透過部材を用いる場合には、その内部応力による歪（複屈折）が顕著に表れることが明らかになった。
【００４８】
図５は、結晶軸［１００］の結晶透過部材の位相マップを示す図であり、図５の紙面内方向が結晶軸［１００］の結晶透過部材の光軸直交面内方向と対応している。この図５において、円の大きさが歪（複屈折）の大きさを示し、弦が進相軸の方位を示している。
【００４９】
図５の位相マップを参照すると、結晶軸［１００］を有する結晶透過部材では、最外周における歪（複屈折）が際立って大きいことがわかる。なお、不図示ではあるが、結晶軸［１１０］の結晶透過部材においても、最外周における歪（複屈折）が際立って大きい。
【００５０】
そこで、本発明では、結晶透過部材の有効直径をＥＤとし、結晶透過部材の外径をＬＤとするとき、結晶透過部材のうちの少なくとも１つが、
（１）      ０．３  ＜  ＥＤ／ＬＤ    ＜  ０．９５
を満足するようにした。
【００５１】
なお、結晶透過部材の有効直径ＥＤとは、当該結晶透過部材を通過する光を考えた際に、この光が通過する領域の直径のことを指す。また、結晶透過部材または透過部材の外径とは、これらの結晶透過部材または透過部材を保持する際に設けられる部分も含めた外径を指す。
【００５２】
図６および図７を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、結晶透過部材が所定の屈折力を有するレンズである場合について説明する。
図６（ａ）は、レンズ１０を光軸ＡＸ方向から見た上面図であり、図６（ｂ）は、レンズ１０のメリジオナル断面（光軸ＡＸを含む断面）図である。図６（ａ）および（ｂ）に示すレンズ１０は、図示無き保持部材によってレンズ面以外の箇所で保持されかつ締結されるために、レンズ１０の外周部に設けられた隆起部１１を有する。図６（ｂ）に示す通り、この隆起部１１は互いに平行な面１１ａおよび１１ｂを有し、これらの面１１ａおよび１１ｂが保持部材により締結されることによりレンズ１０が保持される。
【００５３】
図６（ａ）にはレンズ１０における通過光束が占める領域ＣＡをハッチングで示してあり、この領域ＣＡの直径が有効直径ＥＤとなる。なお、領域ＣＡが円形状でない場合には円形状でない領域ＣＡの外接円を考え、この外接円の直径を有効直径ＥＤとみなす。そして、レンズ１０の外径ＬＤは、隆起部１１の直径となる。
【００５４】
また、レンズ１２を光軸ＡＸ方向から見た上面図である図７に示すように、レンズ１２がレンズ全周にわたる隆起部ではなく、レンズ外周部にほぼ等角に配置された複数の隆起部１３Ａ〜１３Ｃを有する場合には、複数の隆起部１３Ａ〜１３Ｃの外接円ＣＣを考え、この外接円の直径を外径ＬＤとみなす。
【００５５】
このようなレンズ外周部の隆起部を保持する構造に関しては、たとえば本願出願人による特開２００１−７４９９１号公報、特開２００１−７６９９２号公報、特開２００１−２８４２２６号公報、および特開２００２−１０７５９５号などに開示されている。
【００５６】
なお、レンズの周囲を保持環などで保持する手法を採用する場合には、このレンズ自体の直径が外径ＬＤとなる。
また、光軸直交断面におけるレンズ形状が円形でない場合には、レンズ外形の外接円を考え、この外接円の直径を外径ＬＤとする。
【００５７】
上記条件式（１）の上限を超える場合には、歪（複屈折）が際立って大きな領域を光が透過することになるため、この歪（複屈折）に起因する投影光学系の結像性能の悪化が著しくなるため好ましくない。なお、投影光学系の結像性能をさらに向上させるためには、上記条件式（１）の上限を０．９に設定することが好ましい。
【００５８】
上記条件式（１）の下限を下回る場合には、投影光学系の結像性能は向上するが、必要とされる有効径を確保するための結晶透過部材の外径が大きくなりすぎ、結晶透過部材を形成する際のコスト上昇を招くか、或いは結晶透過部材の入手が不可能となるため好ましくない。なお、結晶透過部材のコストをさらに下げるためには、上記条件式（１）の下限を０．４に設定することが好ましい。
【００５９】
また、立方晶系に属する結晶材料で形成される結晶透過部材では、この結晶透過部材を保持する際に、保持部において割れ等の欠陥が生じやすいため、上記条件式（１）で規定するように有効直径に対して外径を大きく確保した場合においては、結晶透過部材の最外周における縁厚（最外周における結晶透過部材の光軸方向の厚み）を５ｍｍ以上となるように確保することが好ましい。
【００６０】
たとえば図８に示すように、レンズ１４の外周部に隆起部１５（全周にわたる１つの隆起部または複数の隆起部）が設けられている場合には、レンズ１４の２つのレンズ面１４ａおよび１４ｂの仮想的な延長面１６ａおよび１６ｂを考え、外径ＬＤの位置における延長面１６ａおよび１６ｂ同士の光軸ＡＸ方向の距離を縁厚ＥＴとする。
【００６１】
特に図８に示したようにレンズ外周部に隆起部１５を設けるような場合では、レンズ外周部を研削することにより、隆起部１５とレンズ１４とを一体的に形成することが多い。このとき、隆起部１５での割れを防止するために、隆起部１５とレンズ１４との間の角を丸めるＲ加工を施すことが好ましいが、縁厚ＥＴが５ｍｍを下回って小さすぎる場合には、このようなＲ加工を施すことができないか、隆起部１５自体の光軸ＡＸ方向の厚み（互いに平行な面１５ａおよび１５ｂ間の距離）を十分に確保できなくなるため、保持する際に隆起部１５での割れが生じやすい。
【００６２】
なお、レンズの外周部を保持環などで保持する手法を採用する場合においても、保持環で保持される箇所（レンズ外周部）の光軸ＡＸ方向の厚みが薄くなりすぎるため、保持環による保持によってレンズに割れが生じやすくなる。
【００６３】
さて、上述の第１の手法や第２の手法のように、結晶軸［１１１］以外の結晶軸と光軸とを一致させて複屈折の影響を低減させようとする場合、たとえば結晶軸［１００］や結晶軸［１１０］と光軸とが一致した結晶透過部材を用いる場合では、結晶透過材料の口径に比例して複屈折量が大きくなるため、投影光学系の中で比較的小さな口径を有する透過部材に適用することが好ましい。
【００６４】
すなわち、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含む投影光学系を考える場合、投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ１とするとき、
（２）      ０．１ ＜  Ｄ１／ＸＤ  ＜  ０．８
を満足することが好ましい。
【００６５】
上記条件式（２）の上限を超える場合、結晶軸［１００］を光軸とした蛍石部材に起因する複屈折が投影光学系の結像性能へ与える悪影響が大きくなりすぎるため、好ましくない。また、条件式（２）の下限を下回る場合には、結晶軸［１００］を光軸とした蛍石部材による複屈折の影響の低減効果が低くなりすぎるため好ましくない。そして、条件式（２）の下限を下回る場合には、結晶軸［１００］を光軸とした蛍石部材を通過する光のエネルギーが集中し過ぎて、照射変動（光照射による結像性能の変動）が生ずるため好ましくない。
【００６６】
また、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含む投影光学系を考える場合、前記投影光学系中に含まれる全ての透過部材のうち、最大の外径を有する透過部材の外径をＸＤとし、蛍石部材のうち、最大の外径を有する蛍石部材の外径をＤ２とするとき、
（３）      ０．１ ＜  Ｄ２／ＸＤ  ＜  ０．８
を満足することが好ましい。
【００６７】
上記条件式（３）の上限を超える場合、結晶軸［１１０］を光軸とした蛍石部材に起因する複屈折が投影光学系の結像性能へ与える悪影響が大きくなりすぎるため、好ましくない。また、条件式（３）の下限を下回る場合には、結晶軸［１１０］を光軸とした蛍石部材による複屈折の影響の低減効果が低くなりすぎるため好ましくない。そして、条件式（３）の下限を下回る場合には、結晶軸［１１０］を光軸とした蛍石部材を通過する光のエネルギーが集中し過ぎて、照射変動（光照射による結像性能の変動）が生ずるため好ましくない。
【００６８】
さて、前述したように、立方晶系に属する結晶材料からなり結晶軸［１１１］以外の結晶軸と光軸とを一致させた結晶透過部材（たとえばレンズ、平行平面板など）における固有複屈折は、この結晶透過部材への入射角依存性（入射角に応じて固有複屈折が異なる）があり、上記結晶透過部材における内部応力に起因する歪（複屈折）は、この透過部材での位置依存性（透過部材を通過する光軸直交面内の位置に応じて歪（複屈折）が異なる）がある。従って、第１面および当該第１面と光学的に共役な面（第２面も含む）の近傍に位置する結晶軸［１１１］以外の結晶軸と光軸とを一致させた結晶透過部材では、固有複屈折による歪（複屈折）と内部応力による歪（複屈折）との双方を同時に補正することが困難であり、投影光学系のイメージフィールド（像野）内における結像性能のばらつきを招きやすい。
【００６９】
このため、結晶軸［１１１］以外の結晶軸を光軸に持つ結晶透過部材は瞳近傍に配置されることが望ましい。なお、瞳近傍において複屈折量の位置依存性があったとしても、投影光学系の全イメージフィールドのどの位置においてもほぼ一様に結像性能に影響することになるため、他の補正手段によってこの結像性能への全体的な影響を容易に補正することが可能となる。
【００７０】
ここで、結晶軸［１００］とその光軸とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含む投影光学系を考える場合、蛍石部材の総数の７０％以上の数の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置されることが好ましい。
【００７１】
また、結晶軸［１１０］とその光軸とがほぼ一致するように形成された蛍石部材を含む投影光学系を考える場合、蛍石部材の総数の７０％以上の数の蛍石部材は前記投影光学系の瞳位置近傍に配置されることが好ましい。
【００７２】
なお、本発明でいう瞳近傍とは、図９に示すように、投影光学系の第１面から第２面までの距離をLとし、露光領域最外部の主光線が光軸と交わる位置を瞳位置（図９において×で表示）とするとき、瞳位置から±０．１２Ｌの距離までの範囲を指すものとする。
【００７３】
ここで、上記瞳位置近傍に配置される結晶軸［１００］または結晶軸［１１０］とその光軸とがほぼ一致するように形成された蛍石部材の数が蛍石部材の総数の７０％未満である場合には、第１面近傍や第１面と光学的に共役な面の近傍に配置される結晶軸［１１１］以外の蛍石部材の数が多くなりすぎるため、固有複屈折と内部応力による歪（複屈折）とを同時に補正することが困難となり、投影光学系のイメージフィールド（像野）内における結像性能のばらつきを補正することが困難となる。
【００７４】
ここで、蛍石部材が結晶軸［１００］とその光軸とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１００］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含む場合には、第１の蛍石部材と第２の蛍石部材とは結晶軸［１００］とは異なる結晶軸が光軸を中心として相対的に４５度だけ回転するように位置決めされることが好ましい。
【００７５】
また、蛍石部材が結晶軸［１１０］とその光軸とがほぼ一致するように形成された第１の蛍石部材と、その光軸と結晶軸［１１０］とがほぼ一致するように形成された第２の蛍石部材とを含む場合、第１の蛍石部材と第２の蛍石部材とは結晶軸［１１０］とは異なる結晶軸が光軸を中心として相対的に９０度だけ回転するように位置決めされることが好ましい。
【００７６】
前述の図５に示した通り、結晶軸［１００］や結晶軸［１１０］を光軸に持つ結晶透過部材における内部応力に起因する歪（複屈折）は、結晶透過部材内で４回対象な分布を示し、その結晶軸方位に依存していることがわかる。したがって、上述において説明した固有複屈折の補正と同様に、結晶軸［１００］を光軸に持つ蛍石部材では、一対の蛍石の相対的な回転角を光軸を中心として４５度に設定することで、歪（複屈折）の分布を回転対称な分布とすることができ、結晶軸［１１０］を光軸に持つ蛍石部材では、一対の蛍石の相対的な回転角を光軸を中心として９０度に設定することで、歪（複屈折）の分布を回転対称な分布とすることができ、これにより、投影光学系の結像性能の悪化を軽減できる。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
【００７７】
図１０は、本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１０において、投影光学系ＰＬの基準光軸ＡＸに平行にＺ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において図１０の紙面に平行にＹ軸を、図１０の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００７８】
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、たとえばＦ2 レーザー光源（発振中心波長１５７．６２４４ｎｍ）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を均一に照明する。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。
【００７９】
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、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。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。
【００８０】
レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００８１】
図１１は、ウェハ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図である。本実施形態の各実施例では、図１１に示すように、基準光軸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、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定されている。ここで、実効露光領域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。
【００８２】
換言すると、各実施例では、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定され、基準光軸ＡＸを中心として実効露光領域ＥＲを包括するように円形状のイメージサークルＩＦの半径Ｂが規定されている。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、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａに対応する距離だけ離れた位置に実効露光領域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（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
【００８３】
また、図示の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ１１）と最もウェハ側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ３１３）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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このように、光源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。
【００８６】
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同じ方向へ（すなわち同じ向きへ）同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００８７】
本実施形態の実施例において、投影光学系ＰＬは、第１面に配置されたレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、凹面反射鏡ＣＭと２つの負レンズとから構成されて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（第１中間像のほぼ等倍像であってレチクルパターンの２次像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光に基づいて第２面に配置されたウェハＷ上にレチクルパターンの最終像（レチクルパターンの縮小像）を形成するための屈折型の第３結像光学系Ｇ３とを備えている。
【００８８】
なお、実施例において、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において第１中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向するための第１光路折り曲げ鏡Ｍ１が配置されている。また、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において第２中間像の形成位置の近傍には、第２結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が配置されている。
【００８９】
また、実施例において、第１結像光学系Ｇ１は直線状に延びた光軸ＡＸ１を有し、第３結像光学系Ｇ３は直線状に延びた光軸ＡＸ３を有し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とは共通の単一光軸である基準光軸ＡＸと一致するように設定されている。なお、基準光軸ＡＸは、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って位置決めされている。その結果、レチクルＲおよびウェハＷは、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行に配置されている。加えて、第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズも、基準光軸ＡＸ上において水平面に沿って配置されている。
【００９０】
一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸと直交するように設定されている。さらに、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されている。この２つの反射面の交線（厳密にはその仮想延長面の交線）が第１結像光学系Ｇ１のＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２のＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３のＡＸ３と一点で交わるように設定されている。実施例では第１光路折り曲げ鏡Ｍ１および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２がともに表面反射鏡として構成されている。
【００９１】
実施例において、投影光学系ＰＬを構成するすべての屈折光学部材（レンズ成分）には蛍石（ＣａＦ2 結晶）を使用している。また、露光光であるＦ2 レーザー光の発振中心波長は１５７．６２４４ｎｍであり、１５７．６２４４ｎｍ付近においてＣａＦ2 の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−２．６×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋２．６×１０-6の割合で変化する。
【００９２】
換言すると、１５７．６２４４ｎｍ付近において、ＣａＦ2 の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、２．６×１０-6／ｐｍである。
したがって、実施例において、中心波長１５７．６２４４ｎｍに対するＣａＦ2 の屈折率は１．５５９３０６６６であり、１５７．６２４４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５４ｎｍに対するＣａＦ2 の屈折率は１．５５９３０４０６であり、１５７．６２４４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３４ｎｍに対するＣａＦ2 の屈折率は１．５５９３０９２６である。
【００９３】
また、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。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。
【００９４】
【数１】
ｚ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2 ／ｒ2 ｝1/2 ］
＋Ｃ4 ・ｙ4 ＋Ｃ6 ・ｙ6 ＋Ｃ8 ・ｙ8 ＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14            （ａ）
図１２は、本実施形態の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図１２を参照すると、実施例にかかる投影光学系ＰＬにおいて第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、両凸レンズ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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に凸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負メニスカスレンズ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、レチクル側に非球面形状の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、両凸レンズ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Ｌ１１０とから構成されている。
【００９５】
また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
【００９６】
さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿って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Ｌ３１と、両凸レンズＬ３２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Ｌ３３と、両凹レンズＬ３４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、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ３７と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３８と、両凸レンズＬ３９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１０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Ｌ３１１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１２と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１３とから構成されている。
【００９７】
次の表（１）に、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）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の半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域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。
【００９８】
また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の進行する方向に沿った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、（Ｃ・Ｄ）は各蛍石レンズにおいてその光軸と一致する結晶軸Ｃおよびその他の特定結晶軸の角度位置Ｄを、ＥＤは各面の有効直径（ｍｍ）を、ＬＤは各面の外径（ｍｍ）を、ＥＴは各レンズの縁厚を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００９９】
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２の反射面から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。一方、第３結像光学系Ｇ３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
【０１００】
また、角度位置Ｄは、結晶軸Ｃが結晶軸［１１１］であるとき、たとえば結晶軸［−１１１］の基準方位に対する角度であり、結晶軸Ｃが結晶軸［１００］であるとき、たとえば結晶軸［０１０］の基準方位に対する角度である。ここで、基準方位とは、たとえばレチクル面において光軸ＡＸ１を通るように任意に設定された方位に対して光学的に対応するように定義されるものである。具体的には、レチクル面において＋Ｙ方向に基準方位を設定した場合、第１結像光学系Ｇ１における基準方位は＋Ｙ方向であり、第２結像光学系Ｇ２における基準方位は＋Ｚ方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）であり、第３結像光学系Ｇ３における基準方位は−Ｙ方向（レチクル面における＋Ｙ方向に光学的に対応する方向）である。
【０１０１】
したがって、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に対して４５度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１００・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１００・４５）の蛍石レンズとは、結晶軸［１００］のレンズペアを構成していることになる。
【０１０２】
また、たとえば（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に沿って配置されていることを意味する。また、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に対して６０度をなすように配置されていることを意味する。すなわち、（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・０）の蛍石レンズと（Ｃ・Ｄ）＝（１１１・６０）の蛍石レンズとは、結晶軸［１１１］のレンズペアを構成していることになる。
【０１０３】
なお、上述の角度位置Ｄの説明において、基準方位の設定はすべてのレンズに対して共通である必要はなく、たとえば各レンズペアの単位で共通であればよい。また、基準方位に対する角度計測の対象となる特定結晶軸は、結晶軸［１００］のレンズペアの場合に結晶軸［０１０］に限定されることなく、結晶軸［１１１］のレンズペアの場合に結晶軸［−１１１］に限定されることなく、たとえば各レンズペアの単位で適当に設定可能である。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
【０１０４】
【表１】
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図１３は、上記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、実線は中心波長１５７．６２４４ｎｍを、破線は１５７．６２４４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５４ｎｍを、一点鎖線は１５７．６２４４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３４ｎｍをそれぞれ示している。図１３の収差図から明らかなように、本実施例では、比較的大きな像側開口数（ＮＡ＝０．８５）および投影視野（有効直径＝２８．８ｍｍ）を確保しているにもかかわらず、波長幅が１５７．６２４４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
【０１０５】
以上のように、本実施例では、中心波長が１５７．６２４４ｎｍのＦ2 レーザー光に対して、０．８５の像側ＮＡを確保するとともに、ウェハＷ上において色収差をはじめとする諸収差が十分に補正された有効直径が２８．８ｍｍのイメージサークルを確保することができる。したがって、２５ｍｍ×４ｍｍと十分に大きな矩形状の実効露光領域を確保した上で、０．１μｍ以下の高解像を達成することができる。
【０１０６】
また、本実施例では、投影光学系中のレンズ成分の外径に対する有効径を適切な範囲に規定しているため、投影光学系の結像性能を向上させることとコスト低減とを両立することが可能である。
【０１０７】
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１４のフローチャートを参照して説明する。
【０１０８】
先ず、図１４のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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１５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１５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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な投影光学系（結像光学系）に対して本発明を適用することもできる。また、この投影（結像）光学系の倍率は、縮小倍率には限定されず、等倍や拡大倍率であっても良い。
【０１１４】
また、上述の実施形態では、反射屈折型投影光学系に本発明を適用しているが、本発明を屈折型投影光学系に適用しても良い。
また、上述の実施形態では、Ｆ2 レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば２００ｎｍ以下の波長光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。
【０１１５】
また、上述の実施形態では、マスクおよび基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、マスクと基板とを静止させた状態でマスクのパターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【０１１６】
さらに、上述の実施形態では、第３結像光学系中に開口絞りを配置しているが、開口絞りを第１結像光学系中に配置してもよい。また、第１結像光学系と第２結像光学系との間の中間像位置および第２結像光学系と第３結像光学系との間の中間像位置の少なくとも一方に視野絞りを配置してもよい。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投影光学系ではたとえば蛍石のような固有複屈折を持つ光学材料を用いているにもかかわらず、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を達成することができる。そして、本発明の露光装置および方法では、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことができる。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系を介した高精度な投影露光により、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
【図２】  Burnettらの手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
【図３】本願出願人が提案した第１手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
【図４】本願出願人が提案した第２手法を説明する図であって、光線の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
【図５】結晶軸［１１１］以外の結晶軸を光軸と一致させた結晶透過部材の位相マップを示す図である。
【図６】本発明における外径を説明するための図である。
【図７】本発明における外径を説明するための図である。
【図８】本発明における縁厚を説明するための図である。
【図９】本発明における瞳近傍を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】ウェハ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図である。
【図１２】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。
【図１３】第１実施例における横収差を示す図である。
【図１４】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１５】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】
Ｇ１  第１結像光学系
Ｇ２  第２結像光学系
Ｇ３  第３結像光学系
ＣＭ  凹面反射鏡
Ｍ１  第１光路折り曲げ鏡
Ｍ２  第２光路折り曲げ鏡
１００  レーザー光源
ＩＬ  照明光学系
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【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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