(57)【要約】【課題】複屈折の影響を低減して、優れた結像性能を実現することができる投影光学系を提供する。【解決手段】物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、複屈折性を有する複数のレンズで構成された第１のレンズ群及び第２のレンズ群を有し、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズを構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離をｈ、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離のうち最も大きい値をｈｍａｘとすると、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０＜ｈ／ｈｍａｘ≦０．５を満たし、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０．５＜ｈ／ｈｍａｘ≦１を満たすことを特徴とする投影光学系。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
複屈折性を有する複数のレンズで構成された第１のレンズ群及び第２のレンズ群を有し、
前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズを構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離をｈ、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離のうち最も大きい値をｈｍａｘとすると、
前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０＜ｈ／ｈｍａｘ≦０．５を満たし、
前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０．５＜ｈ／ｈｍａｘ≦１を満たし、
前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれの複屈折量Ｒｅ、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズの平均の厚さｄ、及び、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれの複屈折の進相軸方向φで決定される評価量Ｖを、
Ｖ＝Ｒｅ×ｄ×ｃｏｓ２φとして定義し、
前記評価量Ｖを瞳内においてＺｅｒｎｉｋｅ展開した際の係数Ｚ１乃至Ｚ３６を用いて指標Ｖ＿０θを
【数１】
2009058811.tif 000005
として定義した場合に、
前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が２ｎｍ以内であり、
前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が８ｎｍ以内であることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１のレンズ群における複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が１ｎｍ以内であり、
前記第２のレンズ群における複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が５ｎｍ以内であることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
【請求項３】
前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズは、石英ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
【請求項４】
０．８以上の開口数を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の投影光学系。
【請求項５】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
前記レチクルのパターンを基板に投影する請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記光は、４００ｎｍ以下の波長を有することを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系と前記基板との間に液体を供給する液体供給部を更に有することを特徴とする請求項５又は６記載の露光装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のうちいずれか１項記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップとを有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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光の波長（露光波長）λ、投影光学系の開口数ＮＡ、現像プロセスなどによって定まる比例定数（プロセス定数）ｋ１を用いて、Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡで示されるレーリーの式で与えられる。
【０００４】
近年では、半導体デバイスの微細化への要求に伴い、投影露光装置は０．１５μｍ以下の線幅を転写するようになっており、解像度の更なる向上（即ち、高解像化）が望まれている。投影露光装置の高解像化は、一般に、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化でなされる。例えば、露光光の短波長化においては、従来の超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））から、より波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）を露光光源として用いている。また、投影光学系の高ＮＡ化においては、ウエハ上を純水などの高屈折率を有する液体で浸す液浸露光技術を用いたＮＡ＝１．０を超える投影光学系が実現されている。
【０００５】
一方、レチクルのパターンを良好にウエハに投影（露光）するためには、半導体デバイスの面積に対応する露光領域全面において、高度に収差が補正されている（即ち、優れた結像性能を有する）投影光学系を用いることが必要である。投影光学系は、一般的に、高精度に加工及び計測されたレンズ（投影レンズ）で構成される。また、投影レンズとして用いる硝材についても厳密に管理されている。例えば、０．１５μｍ以下の線幅を転写する場合、硝材が有する屈折率均一性（ホモジニティー）を１０−６以下に抑えると共に、複屈折の絶対値を２ｎｍ／ｃｍ以下に抑える必要がある。
【０００６】
ここで、硝材に発生する複屈折について説明する。なお、紫外領域の波長を有する光に対する投影レンズの硝材としては、現在、石英ガラスが用いられることが多いため、以下では、石英ガラスに発生する複屈折について説明する。
【０００７】
投影レンズに用いられる石英ガラスは、一軸性結晶とは異なり、構造に方向性を有していないため、材料固有の複屈折は存在しない。但し、石英ガラスにおいても、製造時に混入した不純物や熱履歴によって発生する残留応力、或いは、研磨、芯取りなどの石英ガラスの加工時に発生する応力に起因する複屈折が存在する。石英ガラスは、例えば、ダイレクト法、ソルゲル法、プラズマバーナー法などによって製造され、微小ではあるが不純物が混入してしまう。また、石英ガラスの中心部と外周部の冷却過程の差異（温度分布の差異）による応力が発生する。従って、これらの応力に起因する複屈折を完全に０にすることは非常に困難である。
【０００８】
図１５は、投影光学系を構成する投影レンズの製造工程を説明するための図である。投影レンズを製造する際には、まず、図１５（ａ）に示す石英ガラスのインゴット１０１０から、図１５（ｂ）に示すように、円盤形状の材料１０２０を切り出す。次いで、材料１０２０を投影レンズの形状に応じて成型し、歪みを除去するためのアニールを施してガラスブランクを作成する。そして、投影レンズの曲率及び厚さに応じて材料１０２０を切削及び研磨し、図１５（ｃ）に示す投影レンズ１０３０を製造する。インゴット１０１０、材料１０２０及び投影レンズ１０３０は、図１５に示すように、軸ＡＸに対して回転対称な形状を有するため、上述した成型によって回転対称な応力が投影レンズ１０３０に残存する。その結果、投影レンズ１０３０における複屈折分布は、回転対称になると考えられている。
【０００９】
図１６は、投影レンズ（石英ガラス）における複屈折分布の一例を示す図である。図１６において、線分は複屈折の進相軸方向（これに平行な方向に振動した偏光が入射した場合に位相が最も進む方向）を示し、線分の長さは複屈折の大きさ（単位長さあたりの複屈折量）を示す。なお、以下では、複屈折の大きさをリタデーションと称する。
【００１０】
図１７を参照して、図１６に示す複屈折分布を有する投影レンズ（石英ガラス）を投影光学系に用いた場合の影響について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、図１６に示す複屈折分布を有する１つの投影レンズ１１００で投影光学系が構成されているものとする。また、ＲＴは投影光学系の物体面に配置されたレチクルを示し、ＷＦは投影光学系の像面に配置されたウエハを示す。
【００１１】
レチクルＲＴの中心点ＲＴＯから射出する３つの光線ＬＬ１、ＬＬ２及びＬＬ３は、図１６の紙面に平行な方向及び紙面に垂直な方向の２方向に対して偏光成分を有する。レチクルＲＴの中心点ＲＴＯとウエハＷＦの中心点ＷＦｉは光学的に共役な関係であり、投影レンズ１１００の複屈折の影響を無視すると、光線ＬＬ１、ＬＬ２及びＬＬ３は無収差でウエハＷＦの中心点ＷＦｉに結像する。
【００１２】
レチクルＲＴの中心点ＲＴＯから射出する３つの光線ＬＬ１乃至ＬＬ３のうち光線ＬＬ２は、投影レンズ１１００の中心を通過するため、投影レンズ１１００の複屈折の影響をほとんど受けない。従って、投影レンズ１１００を通過した後の光線ＬＬ２’の偏光状態は、投影レンズ１１００を通過する前の光線ＬＬ２の偏光状態とほぼ同じである。
【００１３】
一方、光線ＬＬ１及びＬＬ３については、紙面に平行な方向の偏光成分が投影レンズ１１００の進相軸方向に一致しているため、かかる偏光成分の位相は進む。また、紙面に垂直な方向の偏光成分が投影レンズ１１００の進相軸方向に直交しているため、かかる偏光成分の位相は遅れる。従って、投影レンズ１１００を通過した後の光線ＬＬ１’及びＬＬ３’の偏光状態は、投影レンズ１１００を通過する前の光線ＬＬ１及びＬＬ３の偏光状態と異なり、紙面に平行な方向の偏光成分と紙面に垂直な方向の偏光成分との間に位相差φが生じる。その結果、レチクルＲＴの中心点ＲＴＯから射出する３つの光線ＬＬ１乃至ＬＬ３をウエハＷＦの中心点ＷＦｉで結像させると、位相差φに応じて、結像性能が劣化してしまう。
【００１４】
そこで、投影光学系を構成する各レンズの複屈折の絶対値を小さくする技術や投影光学系を構成する各レンズの複屈折の組み合わせを考慮して投影光学系全体の複屈折の絶対値を小さくする技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開平８−１０７０６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、半導体デバイスの微細化に伴って投影光学系を構成するレンズの数及び投影光学系の全長は増加する傾向にあり、レチクルとウエハとの間で受ける複屈折の絶対量は大きくなっている。従って、投影光学系を構成する各レンズの複屈折の絶対値を２ｎｍ／ｃｍ以下に抑えたとしても、投影光学系全体としての複屈折の絶対値が大きくなってしまうため、所望の結像性能を得られなくなってしまう。
【００１６】
更に、露光光の短波長化も結像性能に対する複屈折の影響を大きくしている。例えば、超高圧水銀ランプ（ｉ線）とＡｒＦエキシマレーザーとを比較すると、投影光学系（投影レンズ）のリタデーションが同じであっても、波面収差に換算するとＡｒＦエキシマレーザーの方が３６５／１９３倍大きいことになる。従って、投影光学系（投影レンズ）が同じ複屈折を有していたとしても、波長の短い露光光を用いるほど、結像性能が劣化してしまう。
【００１７】
また、例えば、複数（１０以上）のレンズで構成された投影光学系においては、レチクル近傍のレンズの複屈折が結像性能に与える影響と射出瞳近傍のレンズの複屈折が結像性能に与える影響とが異なっている。従って、特許文献１に開示された技術のように、投影光学系全体で複屈折の絶対値が小さくなるように補正して所望の結像性能を満足させることは、実際には、技術的に非常に困難である。また、投影光学系を構成する各レンズの複屈折の絶対値を小さくするためには、石英レンズなどの硝材を製造する工程を厳密に管理しなければならず、歩留まりの低下を招いてしまう。
【００１８】
そこで、本発明は、複屈折の影響を低減して、優れた結像性能を実現することができる投影光学系を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、複屈折性を有する複数のレンズで構成された第１のレンズ群及び第２のレンズ群を有し、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズを構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離をｈ、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離、並びに、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれにおける最軸外主光線と光軸との距離のうち最も大きい値をｈｍａｘとすると、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０＜ｈ／ｈｍａｘ≦０．５を満たし、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれは、０．５＜ｈ／ｈｍａｘ≦１を満たし、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれの複屈折量Ｒｅ、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズの平均の厚さｄ、及び、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれの複屈折の進相軸方向φで決定される評価量Ｖを、Ｖ＝Ｒｅ×ｄ×ｃｏｓ２φとして定義し、前記評価量Ｖを瞳内においてＺｅｒｎｉｋｅ展開した際の係数Ｚ１乃至Ｚ３６を用いて指標Ｖ＿０θを
【００２０】
【数２】
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【００２１】
として定義した場合に、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が２ｎｍ以内であり、前記第２のレンズ群を構成する複数のレンズのそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が８ｎｍ以内であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の側面としての露光装置は、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する上述の投影光学系とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、例えば、複屈折の影響を低減して、優れた結像性能を実現することができる投影光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一側面としての投影光学系１００の構成及びその光路を示す概略断面図である。図１において、ＯＳは、レチクルが配置される投影光学系１００の物体面を示し、ＩＳは、ウエハが配置される投影光学系１００の像面を示している。ＡＳは、絞りを示している。また、ＬＣは、物体面ＯＳに配置されたレチクルのスリットセンター（即ち、光軸ＯＡ上に位置するパターン）から射出される回折光を示し、上限光線ＬＣ１、主光線ＬＣ２、下限光線ＬＣ３を含む。ＬＥは、物体面ＯＳに配置されたレチクルのスリットエッジ（即ち、光軸ＯＡから最も離れて位置するパターン）から射出される回折光を示し、上限光線ＬＥ１、主光線ＬＥ２、下限光線ＬＥ３を含む。
【００２８】
投影光学系１００は、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、物体面ＯＳのパターン（即ち、物体面ＯＳに配置されたレチクルのパターン）を像面ＩＳ（即ち、像面ＩＳに配置されたウエハ）に投影する光学系である。投影光学系１００は、複数のレンズ（光学エレメント）を有し、本実施形態では、物体面ＯＳから順に、２７枚のレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を有する。レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７は、複屈折性を有する硝材で構成され、本実施形態では、石英ガラスで構成される。
【００２９】
ここで、まず、投影光学系１００において、レンズ１１０Ｌ１８が図１６に示すような複屈折分布を有している場合について考える。但し、レンズ１１０Ｌ１８を除くレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１７及び１１０Ｌ１９乃至１１０Ｌ２７は、複屈折（分布）を有していないものとする。また、レンズ１１０Ｌ１８のリタデーションは、レンズ全面におけるｍ＋２σで３ｎｍ／ｃｍである。なお、ｍはリタデーションの平均値であり、σはリタデーションの分散値である。
【００３０】
この場合、レチクルのスリットセンターから射出される回折光ＬＣに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図２（ａ）で示される。また、レチクルのスリットエッジから射出される回折光ＬＥに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図２（ｂ）で示される。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照するに、回折光ＬＣ及びＬＥがレンズ１１０Ｌ１８の中央部を通過するため、瞳位置における複屈折分布は回転対称となる。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す複屈折分布においては、瞳の中心から瞳の周辺に向かって、リタデーションが大きくなっている。このようなリタデーションは、２つの偏光成分間に位相差を生じさせてしまう。
【００３１】
レンズ１１０Ｌ１８の複屈折によって生じた２つの偏光成分間の位相差を補正するためには、図３に示すような複屈折分布をレンズ１１０Ｌ１９が有すればよい。換言すれば、レンズ１１０Ｌ１９が、レンズ１１０Ｌ１８とリタデーションが等しく、進相軸方向が直交している複屈折を有すればよい。ここで、図３は、レンズ１１０Ｌ１９における複屈折分布の一例を示す図である。
【００３２】
投影光学系１００においてレンズ１１０Ｌ１８が図１６に示す複屈折分布を有し、レンズ１１０Ｌ１９が図３に示す複屈折分布を有する場合、回折光ＬＣに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図４（ａ）で示される。また、投影光学系１００においてレンズ１１０Ｌ１８が図１６に示す複屈折分布を有し、レンズ１１０Ｌ１９が図３に示す複屈折分布を有する場合、回折光ＬＥに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図４（ｂ）で示される。なお、投影光学系１００においてレンズ１１０Ｌ１９のみが図３に示す複屈折分布を有する場合、回折光ＬＣに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図５（ａ）で示される。また、投影光学系１００においてレンズ１１０Ｌ１９のみが図３に示す複屈折分布を有する場合、回折光ＬＥに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図５（ｂ）で示される。
【００３３】
図４（ａ）を参照するに、回折光ＬＣに対するリタデーションの値が、図２（ａ）でのリタデーションの値より著しく低減していることが分かる。これは、図２（ａ）に示す複屈折分布における進相軸方向と図５（ａ）に示す複屈折分布における進相軸方向とが直交しているため、互いに発生する２つの偏光成分間の位相差が打ち消された（キャンセルされた）ためである。同様に、図４（ｂ）を参照するに、回折光ＬＥに対するリタデーションの値も、図２（ｂ）でのリタデーションの値より著しく低減していることが分かる。これは、図２（ｂ）に示す複屈折分布における進相軸方向と図５（ｂ）に示す複屈折分布における進相軸方向とが直交しているため、互いに発生する２つの偏光成分間の位相差が打ち消された（キャンセルされた）ためである。
【００３４】
このように、投影光学系１００を構成する１つのレンズ（レンズ１１０Ｌ１８）の複屈折によって生じた２つの偏光成分間の位相差は、かかる１つのレンズとは異なるレンズ（レンズ１１０Ｌ１９）の複屈折で補正することが可能である。
【００３５】
次に、投影光学系１００において、レンズ１１０Ｌ４が図１６に示すような複屈折分布を有している場合について考える。但し、レンズ１１０Ｌ４を除くレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ３及び１１０Ｌ５乃至１１０Ｌ２７は、複屈折（分布）を有していないものとする。また、レンズ１１０Ｌ４のリタデーションは、レンズ全面におけるｍ＋２σで３ｎｍ／ｃｍである。
【００３６】
この場合、レチクルのスリットセンターから射出される回折光ＬＣに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図６（ａ）で示される。また、レチクルのスリットエッジから射出される回折光ＬＥに対する投影光学系１００の瞳位置における複屈折分布は、図６（ｂ）で示される。
【００３７】
回折光ＬＣはレンズ１１０Ｌ４の中央部を通過するため、図６（ａ）に示すように、瞳位置における複屈折分布は回転対称となる。また、図６（ａ）に示す複屈折分布においては、瞳の中心から瞳の周辺に向かって、リタデーションが大きくなっている。
【００３８】
一方、回折光ＬＥはレンズ１１０Ｌ４の外周部を通過するため、図６（ｂ）に示すように、瞳位置における複屈折分布は回転対称にならない。従って、上述したように、レンズ１１０Ｌ１９に図３に示すような複屈折分布を有したレンズを用いても、レンズ１１０Ｌ４の複屈折によって生じた２つの偏光成分間の位相差を補正する（打ち消す）ことができない。
【００３９】
これは、投影光学系１００を構成する各レンズにおいて、レチクルのスリットセンターから射出される回折光ＬＣが通過する位置とレチクルのスリットエッジから射出される回折光ＬＥが通過する位置とが異なるためである。上述したように、回折光ＬＥは、レンズ１１０Ｌ４では外周部を通過するが、レンズ１１０Ｌ１９ではレンズ全面を通過する。従って、回折光ＬＥは、レンズ１１０Ｌ１９では回転対称な複屈折による影響を受けるが、レンズ１１０Ｌ４では回転非対称な複屈折による影響を受ける。一方、回折光ＬＣは、レンズ１１０Ｌ４及びレンズ１１０Ｌ１９の両方で回転対称な複屈折による影響を受ける。その結果、レンズ１１０Ｌ４の複屈折による影響は、回折光ＬＣに対しては補正する（打ち消す）ことができるが、回折光ＬＥに対しては補正する（打ち消す）ことができない。
【００４０】
このように、投影光学系１００を構成する１つのレンズの複屈折による影響（２つの偏光成分間の位相差）を補正することができるレンズは、物高に関わらず、回折光の通過位置が略等しいレンズに限られる。従って、投影光学系１００を構成するレンズの複屈折を補正する場合には、投影光学系１００の全体で複屈折を補正するのではなく、各レンズにおける回折光の通過位置に応じて分けられた（分割された）レンズ群内で複屈折を補正することが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、投影光学系１００を構成する２７枚のレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を、回折光の通過位置に応じて、２つのレンズ群（第１のレンズ群及び第２のレンズ群）に分割する。例えば、図７に示すように、最軸外主光線（本実施形態では、光軸ＯＡから５５．７ｎｍ離れたレチクル上の点からの光線）が各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を通過する際の光軸ＯＡからの距離ｈに応じて、レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を分割する。詳細には、投影光学系１００を構成するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれにおける最軸外主光線と光軸ＯＡとの距離をｈ、距離ｈのうち最も大きい値（最大値）をｈｍａｘとし、ｈ／ｈｍａｘに基づいて、第１のレンズ群と第２のレンズ群とに分割する。ここで、図７は、投影光学系１００において、各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を通過する際の最軸外主光線と光軸ＯＡとの距離ｈを説明するための図である。
【００４２】
図８は、投影光学系１００を構成する各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７について、最軸外主光線と光軸ＯＡとの距離ｈを、距離ｈの最大値ｈｍａｘで割った値Ｒ（即ち、ｈ／ｈｍａｘ）を示す図である。図８では、横軸に投影光学系１００を構成する各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７を採用し、縦軸に最軸外主光線と光軸ＯＡとの距離ｈを、距離ｈの最大値ｈｍａｘで割った値Ｒを採用する。
【００４３】
図８を参照するに、本実施形態では、投影光学系１００を構成する各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７のうち、Ｒが０より大きく０．５以下（０＜Ｒ≦０．５）となるレンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７を第１のレンズ群Ｈ１とする。換言すれば、第１のレンズ群Ｈ１を構成する複数のレンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれは、０＜Ｒ≦０．５を満たす。また、投影光学系１００を構成する各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７のうち、Ｒが０．５より大きく１以下（０．５＜Ｒ≦１）となるレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０を第２のレンズ群Ｈ２とする。換言すれば、第２のレンズ群Ｈ２を構成する複数のレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０のそれぞれは、０．５＜Ｒ≦１を満たす。
【００４４】
投影光学系１００においては、第１のレンズ群Ｈ１内及び第２のレンズ群Ｈ２内の各々で複屈折を補正する。これにより、投影光学系１００を構成するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７の複屈折を効率的に補正することができる。
【００４５】
また、投影光学系１００を構成するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７の複屈折を補正するにあたり、本実施形態では、評価量Ｖ及び指標Ｖ＿０θを定義する。評価量Ｖは、レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれの複屈折量Ｒｅ、レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７の平均の厚さｄ、及び、レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれの複屈折の進相軸方向φで決定される。具体的には、評価量ＶをＶ＝Ｒｅ×ｄ×ｃｏｓ２φとして定義する。指標Ｖ＿０θは、評価量Ｖを瞳内においてＺｅｒｎｉｋｅ展開した際の係数Ｚ１乃至Ｚ３６を用いて以下の数式１で規定される。換言すれば、指標Ｖ＿０θは、各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７内で複屈折の回転対称成分を抜き出してＲＭＳをとることによって導出される。
【００４６】
【数３】
2009058811.tif 000004
【００４７】
Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、座標系として極座標（Ｒ、θ）を用い、直行関数系としてＺｅｒｎｉｋｅの円筒関数を用いた表現であり、Ｖ（Ｒ、θ）＝ΣＣｉ・Ｚｉで表される。なお、Ｃｉは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の各項の係数であり、Ｚｉは、Ｚｅｒｎｉｋｅの円筒関数であり、以下のように表される。
Ｚ１：１
Ｚ２：Ｒｃｏｓθ
Ｚ３：Ｒｓｉｎθ
Ｚ４：２Ｒ２−１
Ｚ５：Ｒ２ｃｏｓ２θ
Ｚ６：Ｒ２ｓｉｎ２θ
Ｚ７：（３Ｒ３−２Ｒ）ｃｏｓθ
Ｚ８：（３Ｒ３−２Ｒ）ｓｉｎθ
Ｚ９：（６Ｒ４−６Ｒ２＋１）
Ｚ１０：Ｒ３ｃｏｓ３θ
Ｚ１１：Ｒ３ｓｉｎ３θ
Ｚ１２：（４Ｒ４−３Ｒ２）ｃｏｓ２θ
Ｚ１３：（４Ｒ４−３Ｒ２）ｓｉｎ２θ
Ｚ１４：（１０Ｒ５−１２Ｒ３＋３Ｒ）ｃｏｓθ
Ｚ１５：（１０Ｒ５−１２Ｒ３＋３Ｒ）ｓｉｎθ
Ｚ１６：（２０Ｒ６−３０Ｒ４＋１２Ｒ２−１）
Ｚ１７：Ｒ４ｃｏｓ４θ
Ｚ１８：Ｒ４ｓｉｎ４θ
Ｚ１９：（５Ｒ５−４Ｒ３）ｃｏｓ３θ
Ｚ２０：（５Ｒ５−４Ｒ３）ｓｉｎ３θ
Ｚ２１：（１５Ｒ６−２０Ｒ４＋６Ｒ２）ｃｏｓ２θ
Ｚ２２：（１５Ｒ６−２０Ｒ４＋６Ｒ２）ｓｉｎ２θ
Ｚ２３：（３５Ｒ７−６０Ｒ５＋３０Ｒ３−４Ｒ）ｃｏｓθ
Ｚ２４：（３５Ｒ７−６０Ｒ５＋３０Ｒ３−４Ｒ）ｓｉｎθ
Ｚ２５：（７０Ｒ８−１４０Ｒ６＋９０Ｒ４−２０Ｒ２＋１）
Ｚ２６：Ｒ５ｃｏｓ５θ
Ｚ２７：Ｒ５ｓｉｎ５θ
Ｚ２８：（６Ｒ６−５Ｒ４）ｃｏｓ４θ
Ｚ２９：（６Ｒ６−５Ｒ４）ｓｉｎ４θ
Ｚ３０：（２１Ｒ７−３０Ｒ５＋１０Ｒ３）ｃｏｓ３θ
Ｚ３１：（２１Ｒ７−３０Ｒ５＋１０Ｒ３）ｓｉｎ３θ
Ｚ３２：（５６Ｒ８−１０５Ｒ６＋６０Ｒ４−１０Ｒ２）ｃｏｓ２θ
Ｚ３３：（５６Ｒ８−１０５Ｒ６＋６０Ｒ４−１０Ｒ２）ｓｉｎ２θ
Ｚ３４：（１２６Ｒ９−２８０Ｒ７＋２１０Ｒ５−６０Ｒ３＋５Ｒ）ｃｏｓθ
Ｚ３５：（１２６Ｒ９−２８０Ｒ７＋２１０Ｒ５−６０Ｒ３＋５Ｒ）ｓｉｎθ
Ｚ３６：（２５２Ｒ１０−６３０Ｒ８＋５６０Ｒ６−２１０Ｒ４＋３０Ｒ２−１）
図９は、０．８以上の開口数を有する投影光学系１００を備える露光装置で用いられる偏光照明の一例を示す図である。図９に示す偏光照明はタンジェンシャル偏光と呼ばれ、レチクルからの光の偏光方向が同心円方向を向いていることを特徴とする。図９に示す偏光照明を用いて投影光学系１００の物体面ＯＳに配置されたレチクルを照明すると、レチクルから回折光が射出され、複屈折を有するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７（投影光学系１００）を通過して像面ＩＳに配置されたウエハに結像する。このときの投影光学系１００の瞳内における偏光位相差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングすることで、投影光学系１００の結像性能を評価することが可能となる。
【００４８】
図１０は、第１のレンズ群Ｈ１の各レンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７の指標Ｖ＿０θと、回折光ＬＥの投影光学系１００の瞳内における偏光位相差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングしてその傾斜成分の位相差との関係を示す図である。図１０は、横軸に指標Ｖ＿０θを採用し、縦軸に位相差を採用する。０．８以上の開口数を有する投影光学系１００を備える露光装置において、０．１５μｍ以下の線幅を高精度に露光（転写）するためには、投影光学系１００の瞳内における偏光位相差の傾斜成分（１θ−ＲＭＳ）を１ｎｍ以内にする必要がある。従って、第１のレンズ群Ｈ１を構成するレンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が２ｎｍ以内（ΣＶ＿０θ≦２ｎｍ）となるように、各レンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７の複屈折を設定する。
【００４９】
図１１は、第２のレンズ群Ｈ２の各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０の指標Ｖ＿０θと、回折光ＬＣの投影光学系１００の瞳内における偏光位相差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングしてその回転対称成分の位相差との関係を示す図である。図１１は、横軸に指標Ｖ＿０θを採用し、縦軸に位相差を採用する。０．８以上の開口数を有する投影光学系１００を備える露光装置において、０．１５μｍ以下の線幅を高精度に露光（転写）するためには、投影光学系１００の瞳内における偏光位相差の回転対称成分（０θ−ＲＭＳ）を２ｎｍ乃至３ｎｍ以内にする必要がある。従って、第２のレンズ群Ｈ２を構成するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０のそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が８ｎｍ以内（ΣＶ＿０θ≦８ｎｍ）となるように、各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０の複屈折を設定する。
【００５０】
このような構成によって、投影光学系１００は、複屈折の影響を低減して、優れた結像性能を実現することができる。なお、０．１５μｍよりも微細な線幅を高精度に露光（転写）するためには、投影光学系１００の瞳内における偏光位相差の傾斜成分を０．５ｎｍ以内、回転対称成分を１ｎｍ乃至２ｎｍ以内にする必要がある。この場合、第１のレンズ群Ｈ１を構成するレンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７のそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が１ｎｍ以内（ΣＶ＿０θ≦１ｎｍ）となるように、各レンズ１１０Ｌ１１乃至１１０Ｌ２７の複屈折を設定すればよい。また、第２のレンズ群Ｈ２を構成するレンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０のそれぞれについての指標Ｖ＿０θを足し合わせた値が５ｎｍ以内（ΣＶ＿０θ≦５ｎｍ）となるように、各レンズ１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ１０の複屈折を設定すればよい。
【００５１】
以下、図１２を参照して、本発明に係る投影光学系１００を適用した露光装置２００について説明する。図１２は、本発明の一側面としての露光装置２００の構成を示す概略断面図である。
【００５２】
露光装置２００は、投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給される液体ＬＷを介して、レチクル２２０のパターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ２４０に露光する液浸露光装置である。なお、ウエハ２４０は、本実施形態では、スキャン方向としてＹ方向にスキャンされる。但し、露光装置２００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
【００５３】
露光装置２００は、図１２に示すように、照明装置２１０と、レチクル２２０を載置するレチクルステージ２２５と、投影光学系１００と、ウエハ２４０を載置するウエハステージ２４５と、測距装置２５０と、ステージ制御部２６０とを有する。また、露光装置２００は、液体供給部２７０と、液浸制御部２８０と、液体回収部２９０と、ノズルユニットＮＵとを有する。
【００５４】
照明装置２１０は、光源２１２と、照明光学系２１４とを有する。光源２１２は、４００ｎｍ以下の波長を有する光の光源であって、本実施形態では、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。
【００５５】
照明光学系２１４は、光源２１２からの光でレチクル２２０を照明する光学系である。
【００５６】
レチクル２２０は、図示しないレチクル搬送系によって露光装置２００の外部から搬送され、レチクルステージ２２５に支持及び駆動される。
【００５７】
レチクルステージ２２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２２０を支持し、ステージ制御部２６０によって制御される。
【００５８】
投影光学系１００は、物体面に配置されたレチクル２２０上のパターンの像を像面に配置されたウエハ２４０上に投影する光学系である。投影光学系１００は、上述した通りの形態であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５９】
ウエハ２４０は、レチクル２２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ２４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ２４０には、フォトレジストが塗布されている。
【００６０】
液体保持部２４４は、ウエハステージ２４５に支持されたウエハ２４０の周囲に配置される。液体保持部２４４は、ウエハ２４０の表面と同じ高さの表面を有する板である。また、液体保持部２４４は、ウエハ２４０の外周付近のショットを露光する際に、ウエハ２４０の外側の領域の液体ＬＷを保持する。
【００６１】
測距装置２５０は、レチクルステージ２２５の位置及びウエハステージ２４５の位置を、参照ミラー２５２及び２５４、及び、レーザー干渉計２５６及び２５８を使用してリアルタイムに計測する。測距装置２５０による測距結果は、ステージ制御部２６０に伝達される。
【００６２】
ステージ制御部２６０は、測距装置２５０の測距結果に基づいて、位置決めや同期制御のために、レチクルステージ２２５及びウエハステージ２４５の駆動を制御する。
【００６３】
液体供給部２７０は、投影光学系１００の最終レンズとウエハ２４０との間の空間又は間隙に液体ＬＷを供給する。液体供給部２７０は、液体供給配管２７２を有する。液体供給部２７０は、投影光学系１００の最終レンズの周囲に配置された液体供給配管２７２を介して液体ＬＷを供給する。これにより、投影光学系１００とウエハ２４０との間の空間には、液体ＬＷの液膜が形成される。
【００６４】
液浸制御部２８０は、ウエハステージ２４５の現在位置、速度、加速度などの情報をステージ制御部２６０から取得し、かかる情報に基づいて、液浸露光に係る制御を行う。
【００６５】
液体回収部２９０は、液体供給部２７０によって投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷを回収する機能を有し、液体回収配管２９２を有する。液体回収配管２９２は、液体供給部２７０によって投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷをノズルユニットＮＵに形成された液体回収口を介して回収する。
【００６６】
ノズルユニットＮＵのウエハ側には液体供給口と、液体回収口とが形成されている。液体供給口は、液体ＬＷを供給するための供給口であり、液体供給配管２７２に接続される。液体回収口は、供給した液体ＬＷを回収するための開口であり、液体回収配管２９２に接続される。
【００６７】
露光において、光源２１２から発せられた光束は、照明光学系２１４によりレチクル２２０を照明する。レチクル２２０のパターンは、投影光学系１００により、液体ＷＴを介してウエハ２４０に結像される。露光装置２００が用いる投影光学系１００は、優れた結像性能を有し、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６８】
次に、図１３及び図１４を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６９】
図１４は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明の投影光学系は、液浸露光装置でなくても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一側面としての投影光学系の構成及びその光路を示す概略断面図である。
【図２】図２（ａ）はレチクルのスリットセンターから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図であり、図２（ｂ）はレチクルのスリットエッジから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図である。
【図３】図１に示す投影光学系を構成する１つのレンズにおける複屈折分布の一例を示す図である。
【図４】図４（ａ）はレチクルのスリットセンターから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図であり、図４（ｂ）はレチクルのスリットエッジから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図である。
【図５】図５（ａ）はレチクルのスリットセンターから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図であり、図５（ｂ）はレチクルのスリットエッジから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図である。
【図６】図６（ａ）はレチクルのスリットセンターから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図であり、図６（ｂ）はレチクルのスリットエッジから射出される回折光に対する投影光学系の瞳位置における複屈折分布を示す図である。
【図７】図１に示す投影光学系において、各レンズを通過する際の最軸外主光線と光軸との距離を説明するための図である。
【図８】図１に示す投影光学系を構成するレンズについて、最軸外主光線と光軸との距離を、かかる距離の最大値で割った値を示す図である。
【図９】０．８以上の開口数を有する投影光学系を備える露光装置で用いられる偏光照明の一例を示す図である。
【図１０】図１に示す投影光学系における第１のレンズ群の各レンズの指標Ｖ＿０θと、回折光の投影光学系の瞳内における偏光位相差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングしてその傾斜成分の位相差との関係を示す図である。
【図１１】図１に示す投影光学系における第２のレンズ群の各レンズの指標Ｖ＿０θと、回折光の投影光学系の瞳内における偏光位相差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングしてその回転対称成分の位相差との関係を示す図である。
【図１２】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１５】投影光学系を構成する投影レンズの製造工程を説明するための図である。
【図１６】投影レンズ（石英ガラス）における複屈折分布の一例を示す図である。
【図１７】図１６に示す複屈折分布を有する投影レンズ（石英ガラス）を投影光学系に用いた場合の影響を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００                          投影光学系
１１０Ｌ１乃至１１０Ｌ２７          レンズ
ＯＳ                            物体面
ＩＳ                            像面
ＡＳ                            絞り
２００                          露光装置
２１０                          照明装置
２１２                          光源
２１４                          照明光学系
２２０                          レチクル
２２５                          レチクルステージ
２４０                          ウエハ
２４５                          ウエハステージ
２５０                          測距装置
２５２及び２５４                参照ミラー
２５６及び２５８                レーザー干渉計
２６０                          ステージ制御部
２７０                          液体供給部
２８０                          液浸制御部
２９０                          液体回収部
【図１】
2009058811.tif 000006
【図２】
2009058811.tif 000007
【図３】
2009058811.tif 000008
【図４】
2009058811.tif 000009
【図５】
2009058811.tif 000010
【図６】
2009058811.tif 000011
【図７】
2009058811.tif 000012
【図８】
2009058811.tif 000013
【図９】
2009058811.tif 000014
【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】
2009058811.tif 000019
【図１５】
2009058811.tif 000020
【図１６】
2009058811.tif 000021
【図１７】
2009058811.tif 000022