(57)【要約】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。第１面（Ｒ）の縮小像を第２面（Ｗ）上に形成する投影光学系（４００）。結晶軸［１００］と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、同じく結晶軸［１００］と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備えている。第１群の光透過部材と第２群の光透過部材とは、光軸を中心として４５°だけ相対的に回転した位置関係を有する。第１群の光透過部材および第２群の光透過部材の双方が、第２面側の瞳位置（２０）と第２面との間の光路中に配置されている。
2003003429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズと少なくとも１つの凹面反射鏡とを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時にはスリット状または円弧状の露光領域を前記第２面上に形成し、
前記第２面側の作動距離をＤｗとし、前記第２面側の開口数をＮｗとし、前記スリット状または円弧状の露光領域における前記走査方向と直交する方向に沿った長さをＥｗとするとき、
０．５＜（Ｄｗ・Ｎｗ）／Ｅｗ＜１．４    （１）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の投影光学系において、
前記スリット状または円弧状の露光領域は、前記投影光学系の光軸を含まないように設定され、
前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、
少なくとも１つの負レンズと凹面反射鏡とを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、
前記第２中間像からの光束に基づいて前記第２中間像の縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系と、
前記第１結像光学系から前記第２結像光学系に至る光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、
前記第２結像光学系から前記第３結像光学系に至る光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載の投影光学系において、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系を構成するすべてのレンズが単一の直線状の光軸に沿って配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時には前記投影光学系の光軸を含まないように設定されたスリット状または円弧状の露光領域を前記第２面上に形成し、
前記第２面側の開口数は０．８２以上であることを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の投影光学系において、
前記凹面反射鏡および前記負レンズは、重力の方向と実質的に異なる方向の光軸に沿って配置され、
前記凹面反射鏡の有効径（直径）をＳとし、前記凹面反射鏡の曲率半径をＲとするとき、
１．０＜Ｓ／｜Ｒ｜＜１．８    （２）
の条件を満足することを特徴とする記載の投影光学系。
【請求項６】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置され、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された少なくとも１つの光透過部材を備えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項７】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超える光透過部材のうちの少なくとも１つの光透過部材は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項８】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備え、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項９】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備え、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１１】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ１とし、前記第２群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ２とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ１−Ｔ２｜／ＴＡ＜０．０２５    （３）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第８項または第９項に記載の投影光学系において、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１３】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１４】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項１５】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置され、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された少なくとも１つの光透過部材を備えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１６】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超える光透過部材のうちの少なくとも１つの光透過部材は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１７】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第４群の光透過部材とを備え、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１８】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第４群の光透過部材とを備え、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項１９】
請求の範囲第１７項または第１８項に記載の投影光学系において、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項２０】
請求の範囲第１７項または第１８項に記載の投影光学系において、
前記第３群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ３とし、前記第４群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ４とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ３−Ｔ４｜／ＴＡ＜０．０２５    （４）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２１】
請求の範囲第１７項または第１８項に記載の投影光学系において、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２２】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２３】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項２４】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第６群の光透過部材とを備え、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２５】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第６群の光透過部材とを備え、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第５群の光透過部材および前記第６群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２６】
請求の範囲第２４項または第２５項に記載の投影光学系において、
前記第５群の光透過部材および前記第６群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項２７】
請求の範囲第２４項または第２５項に記載の投影光学系において、
前記第５群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ５とし、前記第６群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ６とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ５−Ｔ６｜／ＴＡ＜０．０２５    （５）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２８】
請求の範囲第２４項または第２５項に記載の投影光学系において、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることを特徴とする投影光学系。
【請求項２９】
複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項３０】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された少なくとも１つの光透過部材を備え、
前記光透過部材の表面には、第１の偏光成分の光と該第１の偏光成分の光とは異なる第２の偏光成分の光とが前記投影光学系を通過する際に、前記第１および第２の偏光成分の光の間で発生する位相差を低減させる膜が形成されることを特徴とする投影光学系。
【請求項３１】
請求の範囲第３０項に記載の投影光学系において、
前記膜は、前記第１および第２の偏光成分の光が前記光透過部材を通過する際に発生する、前記第１および第２の偏光成分の光の間の位相差を低減することを特徴とする投影光学系。
【請求項３２】
請求の範囲第３０項または第３１項に記載の投影光学系において、
前記投影光学系は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された少なくとも２つの光透過部材を備え、
前記少なくとも２つの光透過性部材は、前記投影光学系を通過する第１および第２の偏光成分の光の間の位相差を低減させるように、それらの結晶軸方位が定められ、
前記膜は、前記少なくとも２つの光透過性部材により低減された前記投影光学系を通過する第１および第２の偏光成分の光の間の位相差をさらに低減させることを特徴とする投影光学系。
【請求項３３】
請求の範囲第３０項または第３１項に記載の投影光学系において、
前記膜は、反射防止膜を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項３４】
請求の範囲第３０項または第３１項に記載の投影光学系において、
前記光透過部材の表面には、前記結晶で形成された結晶膜が形成され、
前記光透過部材の結晶方位と前記結晶膜の結晶方位とが実質的に異なることを特徴とする投影光学系。
【請求項３５】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された光透過部材を備え、
前記光透過部材の表面には、前記結晶で形成された結晶膜が形成され、
前記光透過部材の結晶方位と前記結晶膜の結晶方位とが実質的に異なることを特徴とする投影光学系。
【請求項３６】
請求の範囲第３４項または第３５項に記載の投影光学系において、
前記光透過部材の光軸に沿った結晶方位と前記結晶膜の前記光軸に沿った結晶方位とが実質的に異なることを特徴とする投影光学系。
【請求項３７】
請求の範囲第３４項または第３５項に記載の投影光学系において、
前記光透過部材の光軸に沿った結晶方位と前記結晶膜の前記光軸に沿った結晶方位とがほぼ一致し、
前記光透過部材と前記結晶膜とは、前記光軸を中心として所定の角度だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項３８】
第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材とを備えていることを特徴とする投影光学系。
【請求項３９】
前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられ、
非走査時にはスリット状または円弧状の露光領域を前記投影光学系の光軸を含まない位置に形成し、
前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、
少なくとも１つの負レンズと凹面反射鏡とを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、
前記第２中間像からの光束に基づいて前記第２中間像の縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系と、
前記第１結像光学系から前記第２結像光学系に至る光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、
前記第２結像光学系から前記第３結像光学系に至る光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えていることを特徴とする請求の範囲第６項乃至第９項、第１３項乃至第１８項、第２２項乃至第３０項、第３５項および第３８項のいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項４０】
請求の範囲第１０項に記載の投影光学系において、
前記第１群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ１とし、前記第２群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ２とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ１−Ｔ２｜／ＴＡ＜０．０２５    （３）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４１】
請求の範囲第１９項に記載の投影光学系において、
前記第３群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ３とし、前記第４群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ４とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ３−Ｔ４｜／ＴＡ＜０．０２５    （４）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４２】
請求の範囲第２６項に記載の投影光学系において、
前記第５群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ５とし、前記第６群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ６とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、
｜Ｔ５−Ｔ６｜／ＴＡ＜０．０２５    （５）
の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項４３】
前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための請求の範囲第１項乃至第４２項のいずれか１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４４】
前記第１面に設定されたマスクを照明する工程と、
請求の範囲第１項乃至第４２項のいずれか１項に記載の投影光学系を用いて、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形成する工程とを備えていることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、投影光学系、該投影光学系を備えた露光装置および該投影光学系を用いた露光方法に関し、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反射屈折型の投影光学系に関するものである。
背景技術
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、露光光を短波長化し、且つ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。
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。
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。
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。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。
ところで、Ｂｕｒｎｅｔｔらは上述の発表において、一対の蛍石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６０°相対的に回転させることにより、複屈折の影響を補正する手法を開示している。しかしながら、この手法では、後述するように、複屈折の影響をある程度薄めることはできるが、複屈折の影響をこれと反対方向の複屈折の影響で積極的に補正していないので、その補正効果は十分ではなかった。
また、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）を露光光として用いる場合、フォトレジストからの露光による脱ガス（アウトガス）は避けられない状況にある。したがって、従来から提案されている大きな開口数を有する投影光学系では、特段の策を講じない限り脱ガスによるレンズの汚染を回避することができない。
発明の開示
本発明の第１の目的は、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にある。
本発明の第２の目的は、フォトレジストからの脱ガスによるレンズの汚染を良好に回避することにある。
上述の第２の目的を達成するために、本発明の第１発明では、複数のレンズと少なくとも１つの凹面反射鏡とを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時にはスリット状または円弧状の露光領域を前記第２面上に形成し、
前記第２面側の作動距離をＤｗとし、前記第２面側の開口数をＮｗとし、前記スリット状または円弧状の露光領域における前記走査方向と直交する方向に沿った長さをＥｗとするとき、
０．５＜（Ｄｗ・Ｎｗ）／Ｅｗ＜１．４    （１）
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。なお、本発明でいうスリット状とは、走査方向を横切る方向に延びた形状を指し、たとえば走査方向を横切る方向に延びた長方形状、台形状、六角形状などが挙げられる。
第１発明の好ましい態様によれば、前記スリット状または円弧状の露光領域は、前記投影光学系の光軸を含まないように設定され、前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、少なくとも１つの負レンズと凹面反射鏡とを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第２中間像の縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系と、前記第１結像光学系から前記第２結像光学系に至る光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記第２結像光学系から前記第３結像光学系に至る光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えている。この場合、前記第１光路折り曲げ鏡の有効領域および前記第２光路折り曲げ鏡の有効領域は、全体に亘って平面状に形成された反射面を有することが好ましく、前記第１光路折り曲げ鏡の有効領域と前記第２光路折り曲げ鏡の有効領域とは空間的な重なりを有することなく、前記第１面からの光束をすべて前記第２面へ導くように配置されていることが好ましい。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系および前記第３結像光学系を構成するすべてのレンズが単一の直線状の光軸に沿って配置されている。さらに、本発明の第１発明において、前記投影光学系は、前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡を含む反射屈折型の結像光学系と、前記反射屈折型の結像光学系と前記第２面との間の光路中に配置された屈折型の結像光学系と、前記第１面と前記反射屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記反射屈折型の結像光学系と前記屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えていることが好ましい。
本発明の第２発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時には前記投影光学系の光軸を含まないように設定されたスリット状または円弧状の露光領域を前記第２面上に形成し、
前記第２面側の開口数は０．８２以上であることを特徴とする投影光学系を提供する。
第２発明の好ましい態様によれば、前記凹面反射鏡および前記負レンズは、重力の方向と実質的に異なる方向の光軸に沿って配置され、前記凹面反射鏡の有効径（直径）をＳとし、前記凹面反射鏡の曲率半径をＲとするとき、
１．０＜Ｓ／｜Ｒ｜＜１．８    （２）
の条件を満足する。また、本発明の第２発明において、前記投影光学系は、前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡を含む反射屈折型の結像光学系と、前記反射屈折型の結像光学系と前記第２面との間の光路中に配置された屈折型の結像光学系と、前記第１面と前記反射屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記反射屈折型の結像光学系と前記屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えていることが好ましい。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第３発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置され、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された少なくとも１つの光透過部材を備えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第４発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超える光透過部材のうちの少なくとも１つの光透過部材は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第５発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備え、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第６発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第２群の光透過部材とを備え、
前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第５及び第６発明において、第１群の光透過部材と第２群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第１群の光透過部材および第２群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］、［００１］、［０１−１］、または［０１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ４５°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第５及び第６発明において、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ４５°＋（ｎ×９０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
第５発明および第６発明の好ましい態様によれば、前記第１群の光透過部材および前記第２群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有する。また、前記第１群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ１とし、前記第２群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ２とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、｜Ｔ１−Ｔ２｜／ＴＡ＜０．０２５の条件を満足することが好ましい。さらに、前記第１群の光透過部材と前記第２群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることが好ましい。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第７発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第８発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第８発明において、第１負レンズと第２負レンズとが光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第１負レンズおよび第２負レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］、［００１］、［０１−１］、または［０１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ４５°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第８発明において、光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ４５°＋（ｎ×９０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第９発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置され、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された少なくとも１つの光透過部材を備えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１０発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超える光透過部材のうちの少なくとも１つの光透過部材は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１１発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第４群の光透過部材とを備え、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１２発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第４群の光透過部材とを備え、
前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第１１及び第１２発明において、第３群の光透過部材と第４群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第３群の光透過部材および第４群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（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ほぼ９０°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第１１及び第１２発明において、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ９０°＋（ｎ×１８０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
第１１発明および第１２発明の好ましい態様によれば、前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有する。また、前記第３群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ３とし、前記第４群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ４とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、｜Ｔ３−Ｔ４｜／ＴＡ＜０．０２５の条件を満足することが好ましい。さらに、前記第３群の光透過部材と前記第４群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることが好ましい。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１３発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１４発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第１４発明において、第１負レンズと第２負レンズとが光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第１負レンズおよび第２負レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（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ほぼ９０°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第１４発明において、光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ９０°＋（ｎ×１８０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１５発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第６群の光透過部材とを備え、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第３群の光透過部材および前記第４群の光透過部材の双方が、前記第２面側の瞳位置と前記第２面との間の光路中に配置されていることを特徴とする投影光学系を提供する。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１６発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第６群の光透過部材とを備え、
前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有し、
前記第５群の光透過部材および前記第６群の光透過部材の双方において、通過する光線の光軸に対する角度の最大値が２０度を超えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第１５及び第１６発明において、第５群の光透過部材と第６群の光透過部材とが光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第５群の光透過部材および第６群の光透過部材における光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（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ほぼ６０°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第１１及び第１２発明において、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ６０°＋（ｎ×１２０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
第１５発明および第１６発明の好ましい態様によれば、前記第５群の光透過部材および前記第６群の光透過部材のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの非球面を有する。また、前記第５群の光透過部材の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計をＴ５とし、前記第６群の光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴ６とし、前記投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計をＴＡとするとき、｜Ｔ５−Ｔ６｜／ＴＡ＜０．０２５の条件を満足することが好ましい。さらに、前記第５群の光透過部材と前記第６群の光透過部材とは、オプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成されていることが好ましい。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１７発明では、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された第１負レンズおよび第２負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
前記第１負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第２負レンズは、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成され、
前記第１負レンズと前記第２負レンズとは、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することを特徴とする投影光学系を提供する。
なお、本発明の第１７発明において、第１負レンズと第２負レンズとが光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第１負レンズおよび第２負レンズにおける光軸とは異なる方向に向けられた所定の結晶軸（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ほぼ６０°であることを意味する。なお、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°の周期で現れるため、第１７発明において、光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転した位置関係を有することは、光軸を中心としてほぼ６０°＋（ｎ×１２０°）だけ相対的に回転した位置関係を有することと同じ意味である（ｎは整数である）。
また、上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１８発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された少なくとも１つの光透過部材を備え、
前記光透過部材の表面には、第１の偏光成分の光と該第１の偏光成分の光とは異なる第２の偏光成分の光とが前記投影光学系を通過する際に、前記第１および第２の偏光成分の光の間で発生する位相差を低減させる膜が形成されることを特徴とする投影光学系を提供する。
第１８発明の好ましい態様によれば、前記膜は、前記第１および第２の偏光成分の光が前記光透過部材を通過する際に発生する、前記第１および第２の偏光成分の光の間の位相差を低減することが好ましい。
また、第１８発明では、前記投影光学系は、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された少なくとも２つの光透過部材を備えることが好ましく、前記少なくとも２つの光透過性部材は、前記投影光学系を通過する第１および第２の偏光成分の光の間の位相差を低減させるように、それらの結晶軸方位が定められることが好ましく、前記膜は、前記少なくとも２つの光透過性部材により低減された前記投影光学系を通過する第１および第２の偏光成分の光の間の位相差をさらに低減させることが好ましい。
また、第１８発明において、前記膜は、反射防止膜を有していることが好ましい。
また、第１８発明では、前記光透過部材の表面には、前記結晶で形成された結晶膜が形成されることが好ましく、前記光透過部材の結晶方位と前記結晶膜の結晶方位とが実質的に異なることが好ましい。
上述の第１の目的を達成するために、本発明の第１９発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有する結晶で形成された光透過部材を備え、
前記光透過部材の表面には、前記結晶で形成された結晶膜が形成され、
前記光透過部材の結晶方位と前記結晶膜の結晶方位とが実質的に異なることを特徴とする投影光学系を提供する。
第１９発明の好ましい態様によれば、前記光透過部材の光軸に沿った結晶方位と前記結晶膜の前記光軸に沿った結晶方位とが実質的に異なる。あるいは、前記光透過部材の光軸に沿った結晶方位と前記結晶膜の前記光軸に沿った結晶方位とがほぼ一致し、前記光透過部材と前記結晶膜とは、前記光軸を中心として所定の角度だけ相対的に回転した位置関係を有することが好ましい。
ここで、光透過部材と結晶膜とが光軸を中心として所定の角度だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、光透過部材および結晶膜における光軸とは異なる方向に向けられた特定の結晶軸同士の光軸を中心とした相対的な角度が所定の角度であることを意味する。
上述の第１の目的を達成するために、本発明の第２０発明では、第１面の縮小像を第２面上に形成する投影光学系において、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１００］または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第１群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１０］または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第３群の光透過部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる特性を有し、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するように形成された第５群の光透過部材とを備えていることを特徴とする投影光学系を提供する。
第３発明〜第２０発明の好ましい態様によれば、前記第１面および前記第２面を走査方向に沿って移動させて前記第１面の像を前記第２面上に走査露光する露光装置に用いられ、非走査時にはスリット状または円弧状の露光領域を前記投影光学系の光軸を含まない位置に形成し、前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、少なくとも１つの負レンズと凹面反射鏡とを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第２中間像の縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系と、前記第１結像光学系から前記第２結像光学系に至る光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記第２結像光学系から前記第３結像光学系に至る光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えている。
なお、上述の態様において、前記第１光路折り曲げ鏡の有効領域および前記第２光路折り曲げ鏡の有効領域は、全体に亘って平面状に形成された反射面を有することが好ましく、前記第１光路折り曲げ鏡の有効領域と前記第２光路折り曲げ鏡の有効領域とは空間的な重なりを有することなく、前記第１面からの光束をすべて前記第２面へ導くように配置されていることが好ましい。また、上述の態様において、前記第１結像光学系および前記第３結像光学系を構成するすべてのレンズが単一の直線状の光軸に沿って配置されていることが好ましい。さらに、第３発明〜第２０発明において、前記投影光学系は、前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて凹面反射鏡を含む反射屈折型の結像光学系と、前記反射屈折型の結像光学系と前記第２面との間の光路中に配置された屈折型の結像光学系と、前記第１面と前記反射屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記反射屈折型の結像光学系と前記屈折型の結像光学系との間の光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えていることが好ましい。
本発明の第２１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第１発明〜第２０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。
本発明の第２２発明では、パターンが形成されたマスクを照明し、照明された前記パターンの像を第１発明〜第２０発明の投影光学系を介して感光性基板上に形成することを特徴とする露光方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
まず、複屈折の影響を実質的に回避するための本発明の基本的手法について説明する。第１図は、蛍石の結晶軸方位について説明する図である。第１図を参照すると、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。
また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］および結晶軸［００１］と４５°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°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°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。
なお、第１図では、＋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、第１図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。
同様に、第１図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、第１図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。
以下、本発明の手法を説明する前に、前述のＢｕｒｎｅｔｔらの手法の補正効果について検証する。第２Ａ図〜第２Ｃ図は、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。第２Ａ図〜第２Ｃ図では、図中破線で示す５つの同心円が１目盛り１０°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°の領域を、最も外側の円が光軸に対して入射角５０°の領域を表している。
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、ハッチングを施した小さな円（第４Ｃ図を参照）は中間的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。以降の第３Ａ図〜第３Ｃ図および第４Ａ図〜第４Ｃにおいても、上述の表記は同様である。
前述したように、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法では、一対の蛍石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６０°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第２Ａ図に示すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は第２Ｂ図に示すようになる。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、第２Ｃ図に示すようになる。
この場合、第２Ａ図および第２Ｂ図を参照すると、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、個々のレンズでは、光軸から３５．２６°（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。
一方、第２Ｃ図を参照すると、一対の蛍石レンズを６０°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。しかしながら、光軸から３５．２６°の領域すなわち光軸から比較的近い領域において、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。その結果、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法では、複屈折の影響をある程度受けることになる。
本発明の第１の手法では、第１群のレンズ素子（光透過部材）の光軸を結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第２群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第１群のレンズ素子と第２群のレンズ素子とを光軸を中心として４５°だけ相対的に回転させる。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。
第３Ａ図〜第３Ｃ図は、本発明の第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。第１の手法では、第１群のレンズ素子における複屈折率の分布は第３Ａ図に示すようになり、第２群のレンズ素子における複屈折率の分布は第３Ｂ図に示すようになる。その結果、第１群のレンズ素子と第２群のレンズ素子との全体における複屈折率の分布は、第３Ｃ図に示すようになる。
第３Ａ図および第３Ｂ図を参照すると、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、各群のレンズ素子では、光軸から４５°（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。
一方、第３Ｃ図を参照すると、第１群のレンズ素子と第２群のレンズ素子とを光軸を中心として４５°だけ相対的に回転させることにより、第１群のレンズ素子と第２群のレンズ素子との全体では、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°の領域すなわち光軸から離れた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。この場合、一般の投影光学系において各レンズ素子における光軸と光束との最大角度は３５°〜４０°程度である。したがって、第１の手法を採用することにより、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］の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。
なお、本発明の第１の手法において、第１群のレンズ素子と第２群のレンズ素子とを光軸を中心としてほぼ４５°だけ相対的に回転させるとは、第１群のレンズ素子および第２群のレンズ素子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ほぼ４５°であることを意味する。たとえば第１群のレンズ素子における結晶軸［０１０］と、第２群のレンズ素子における結晶軸［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が４５°である。
また、第３Ａ図および第３Ｂ図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°の周期で現れる。したがって、第１の手法において、光軸を中心としてほぼ４５°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４５°＋（ｎ×９０°）だけ相対的に回転させること、すなわち４５°、１３５°、２２５°、または３１５°．．．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）。
なお、上述の説明において、第１群のレンズ素子および第２群のレンズ素子は、それぞれ１つまたは複数のレンズ素子を有する。そして、第１群のレンズ素子または第２群のレンズ素子が複数のレンズ素子を含む場合、複数のレンズ素子は必ずしも連続するレンズ素子ではない。レンズ素子の群の概念は、以降の第３群〜第６群のレンズ素子についても同様である。第１の手法では、第１群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ１と第２群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ２とがほぼ等しいことが好ましい。
また、第２Ａ図および第２Ｂ図を参照すると、レンズ素子の光軸と結晶軸［１１１］とを一致させているので、複屈折が最大の結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域が１２０°ピッチで存在し、瞳面内で３θの分布を有する複屈折の影響すなわち像面（ウエハ面）においてコマ収差が発生するような影響が現れるものと考えられる。これに対して、第３Ａ図および第３Ｂ図を参照すると、レンズ素子の光軸と結晶軸［１００］とを一致させているので、複屈折が最大の結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域が９０°ピッチで存在し、瞳面内で４θの分布を有する複屈折の影響が現れる。
この場合、ウエハに投影すべきパターンにおいて縦横パターンが支配的であるため、４θの分布であれば縦横パターンに対して非点収差が発生するような影響が現れることなく、像の崩れも顕著にならない。したがって、少なくとも１つのレンズ素子の光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させる第２の手法を採用することにより、複屈折の影響を良好に抑えて、良好な結像性能を確保することができる。
また、本発明の第３の手法では、第３群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第４群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第３群のレンズ素子と第４群のレンズ素子とを光軸を中心として９０°だけ相対的に回転させる。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。
第４Ａ図〜第４Ｃ図は、本発明の第３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３の手法では、第３群のレンズ素子における複屈折率の分布は第４Ａ図に示すようになり、第４群のレンズ素子における複屈折率の分布は第４Ｂ図に示すようになる。その結果、第３群のレンズ素子と第４群のレンズ素子との全体における複屈折率の分布は、第４Ｃ図に示すようになる。
第４Ａ図および第４Ｂ図を参照すると、第３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。また、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。
一方、第４Ｃ図を参照すると、第３群のレンズ素子と第４群のレンズ素子とを光軸を中心として９０°だけ相対的に回転させることにより、第３群のレンズ素子と第４群のレンズ素子との全体では、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、第３の手法を採用すると、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。
なお、本発明の第３の手法において、第３群のレンズ素子と第４群のレンズ素子とを光軸を中心としてほぼ９０°だけ相対的に回転させるとは、第３群のレンズ素子および第４群のレンズ素子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ほぼ９０°であることを意味する。たとえば第３群のレンズ素子における結晶軸［００１］と、第４群のレンズ素子における結晶軸［００１］との光軸を中心とした相対的な角度が９０°である。
また、第４Ａ図および第４Ｂ図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°の周期で現れる。したがって、第３の手法において、光軸を中心としてほぼ９０°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°＋（ｎ×１８０°）だけ相対的に回転させること、すなわち９０°、２７０°．．．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）。
第３の手法においても、第３群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ３と第４群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ４とがほぼ等しいことが好ましい。特に、第３の手法では、複屈折領域が中央部（光軸およびその近傍）にあるので、中央部の薄い負レンズに適用することがさらに好ましい。
また、前述の第２の手法において説明した理由と同様の理由により、少なくとも１つのレンズ素子の光軸と結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）と一致させる第４の手法を採用することにより、複屈折の影響を良好に抑えて、良好な結像性能を確保することができる。
また、本発明の第５の手法として、前述のＢｕｒｎｅｔｔらの手法を採用する。この場合、本発明の第５の手法では、第５群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第６群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第５群のレンズ素子と第６群のレンズ素子とを光軸を中心として６０°だけ相対的に回転させる。
前述したように、第５の手法を採用することにより、複屈折の影響を良好に抑えて、良好な結像性能を確保することができる。ここで、結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸とは、結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］である。
なお、第５の手法において、第５群のレンズ素子と第６群のレンズ素子とを光軸を中心としてほぼ６０°だけ相対的に回転させるとは、第５群のレンズ素子および第６群のレンズ素子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ほぼ６０°であることを意味する。たとえば第５群のレンズ素子における結晶軸［−１１１］と、第６群のレンズ素子における結晶軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が６０°である。
また、第２Ａ図および第２Ｂ図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°の周期で現れる。したがって、第５の手法において、光軸を中心としてほぼ６０°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６０°＋（ｎ×１２０°）だけ相対的に回転させること、すなわち６０°、１８０°、３００°．．．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）。
第５の手法では、第５群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ５と第６群のレンズ素子の光軸に沿った厚さの総計Ｔ６とがほぼ等しいことが好ましい。
さらに、本発明の第６の手法として、第１の手法と第３の手法と第５の手法とを部分的に組み合わせた手法を採用することができる。すなわち、第６の手法では、第１群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第３群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１０］（または該結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第５群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させる。この場合も、複屈折の影響を良好に抑えて、良好な結像性能を確保することができる。
本発明では、後述するように、上述の６つの手法から選択した１つの手法を、投影光学系の所定の光学部材に適用する。また、本発明では、上述の６つの手法から選択した複数の手法を組み合わせて採用することもできる。こうして、本発明では、投影光学系に蛍石のような複屈折性の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結像性能を有する投影光学系を実現することができる。
なお、結晶軸［１１１］を光軸方向に設定したレンズにおいては、その結晶構造に起因して光軸を中心とした方位角１２０°毎にレンズ面の研磨誤差が現れやすい。しかしながら、上記第５の手法のように第５群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第６群のレンズ素子の光軸を結晶軸［１１１］（または該結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸）と一致させ、第５群のレンズ素子と第６群のレンズ素子とを光軸を中心として６０°だけ相対的に回転させることによって、光軸を中心とした方位角１２０°毎のレンズ面の研磨誤差に起因する収差を第５群のレンズ素子と第６群のレンズ素子との間でほぼキャンセル（相殺）することが可能となる利点がある。
ところで、本発明では、上述の第１の手法、第３の手法および第５の手法において、次の条件式（３）〜（５）を満足することが望ましい。
｜Ｔ１−Ｔ２｜／ＴＡ＜０．０２５    （３）
｜Ｔ３−Ｔ４｜／ＴＡ＜０．０２５    （４）
｜Ｔ５−Ｔ６｜／ＴＡ＜０．０２５    （５）
ここで、Ｔ１〜Ｔ６は、前述したように、第１群〜第６群のレンズ素子（光透過部材）の光軸に沿った厚さ（中心厚）の総計である。また、ＴＡは、投影光学系を構成するすべての光透過部材の光軸に沿った厚さの総計である。条件式（３）〜（５）を満足しないと、複屈折の影響が大きくなり、光学系の結像性能が悪化するので好ましくない。
次に、本発明の別の局面によれば、複数のレンズと少なくとも１つの凹面反射鏡とを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する反射屈折型の投影光学系において、フォトレジストからの脱ガスによるレンズの汚染を良好に回避する。この目的のため、本発明では、第１面および第２面を走査方向に沿って移動させて第１面の像を第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時にはスリット状または円弧状の露光領域を第２面上に形成し、次の条件式（１）を満足する。
０．５＜（Ｄｗ・Ｎｗ）／Ｅｗ＜１．４    （１）
ここで、Ｄｗは、第２面側の作動距離（最も第２面側の光学面と第２面との距離）である。また、Ｎｗは、第２面側の開口数（像側開口数）である。さらに、Ｅｗは、スリット状または円弧状の露光領域における非走査方向（走査方向と直交する方向）に沿った長さである。
条件式（１）は、像側作動距離と像側開口数と像視野との関係を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、感光性基板上に塗布されるフォトレジストからの脱ガスによる汚染が大きくなる。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、色収差の補正が困難になるばかりでなく、光学素子の大型化を避けることができず、光学系の製造が困難になる。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（１）の下限値を０．５３とし、その上限値を１．３とすることが好ましい。
また、上述の反射屈折型の投影光学系では、スリット状または円弧状の露光領域は、投影光学系の光軸を含まないように設定され、第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、少なくとも１つの負レンズと凹面反射鏡とを有し、第１中間像からの光束に基づいて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、第２中間像からの光束に基づいて第２中間像の縮小像を第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系と、第１結像光学系から第２結像光学系に至る光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、第２結像光学系から第３結像光学系に至る光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備えている。
そして、第１光路折り曲げ鏡の有効領域および第２光路折り曲げ鏡の有効領域は、全体に亘って平面状に形成された反射面を有し、第１光路折り曲げ鏡の有効領域と第２光路折り曲げ鏡の有効領域とは空間的な重なりを有することなく、第１面からの光束をすべて第２面へ導くように配置されていることが好ましい。この構成により、像側作動距離を十分確保しつつ、蛍石等の単一種類の光透過部材のみで色収差補正を良好に行うことができる。さらに、上述の反射屈折型の投影光学系では、第１結像光学系および第３結像光学系を構成するすべてのレンズが単一の直線状の光軸に沿って配置されていることが好ましい。この構成により、組み立て調整が比較的容易になり、精度良く光学系を製造することができる。
次に、さらに別の局面によれば、本発明の投影光学系は、複数のレンズと凹面反射鏡と該凹面反射鏡の近傍に配置された負レンズとを含み、第１面の縮小像を第２面上に形成する。そして、第１面および第２面を走査方向に沿って移動させて第１面の像を第２面上に走査露光する露光装置に用いられたときに、非走査時には投影光学系の光軸を含まないように設定されたスリット状または円弧状の露光領域を第２面上に形成し、第２面側の開口数は０．８２以上である。
この場合、凹面反射鏡および負レンズは重力の方向と実質的に異なる方向の光軸に沿って配置され、次の条件式（２）を満足することが望ましい。条件式（２）において、Ｓは凹面反射鏡の有効径（直径）であり、Ｒは凹面反射鏡の曲率半径である。
１．０＜Ｓ／｜Ｒ｜＜１．８    （２）
条件式（２）を満足することにより、凹面反射鏡の重力による変形を小さく抑えて、製造の難易度を現実的なものとすることができる。すなわち、条件式（２）の下限値を下回ると、重力による凹面反射鏡の変形が大きく、組み立て調整や加工の難易度が高くなるので好ましくない。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、大きな開口数を確保しつつ、色収差補正と像面湾曲補正とを両立することができなくなるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（２）の下限値を１．１とし、その上限値を１．６５とすることが好ましい。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第５図は、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、第５図において、ウエハの法線方向にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第５図の紙面に平行にＹ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第５図の紙面に垂直にＸ軸を設定している。本実施形態では、反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の投影露光装置に本発明を適用している。
第５図を参照すると、本実施形態の露光装置は、第１面に配置されるレチクル（マスク）５０を照明するための照明装置５１を備えている。照明装置５１は、たとえば１５７ｎｍの波長光を供給するＦ２レーザーを有する光源、この光源からの光により所定形状（円形状、輪帯状、二極状、四極状など）の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ、レチクル５０上での照射範囲を規定するための照明視野絞りなどを有し、レチクル５０上の照明領域をほぼ均一な照度分布のもとで照明する。
ここで、照明装置５１内の照明光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。レチクル５０はレチクルステージ５３上に載置されており、レチクル５０およびレチクルステージ５３はケーシング５２によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング５２の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。
照明装置５１により照明されたレチクル５０からの光は、蛍石結晶で形成された複数のレンズ素子（１〜７，９，１０，１３〜１８）、凹面反射鏡１１、コヒーレンスファクタ（σ値）を制御するための開口絞り２０などを有する投影光学系４００を介して、感光性基板としてのウエハ６０へ導かれ、ウエハ６０上の露光領域内にレチクル５０のパターン像を形成する。この投影光学系４００内の投影光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態ではヘリウムでパージしている。
ウエハ６０は、その表面が投影光学系４００の像面としての第２面に位置決めされるようにウエハステージ６１上に載置されており、ウエハ６０およびウエハステージ６１はケーシング６２によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング６２の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施形態では窒素でパージしている。そして、レチクルステージ５３とウエハステージ６１とを投影光学系４００の倍率に応じた速度比で投影光学系４００に対して走査方向であるＹ方向に沿って相対的に移動させつつ、レチクル５０を照明することにより、ウエハ６０上の露光領域内にレチクル５０上のパターンが転写される。
第６図は、ウエ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）と光軸との位置関係を示す図である。第６図に示すように、本実施形態では、光軸ＡＸ１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ＡＸ１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（Ｅｗ）であり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
換言すると、各実施形態では、ウエハ６０において、光軸ＡＸ１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、光軸ＡＸ１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５０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。
再び第５図を参照すると、本実施形態の投影光学系４００は、第１面に配置されたレチクル５０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１００と、凹面反射鏡１１と２つの負レンズ９，１０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２００と、第２中間像からの光に基づいて第２面に配置されたウエハ６０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３００とを備えている。
なお、第１結像光学系１００と第２結像光学系２００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１００からの光を第２結像光学系２００に向かって偏向するための第１光路折り曲げ鏡８が配置されている。また、第２結像光学系２００と第３結像光学系３００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２００からの光を第３結像光学系３００に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡１２が配置されている。第１中間像および第２中間像は、第１光路折り曲げ鏡８と第２結像光学系２００との間の光路中および第２結像光学系２００と第２光路折り曲げ鏡１２との間の光路中にそれぞれ形成される。
また、第１結像光学系１００および第３結像光学系Ｇ３はともに、直線状に延びた単一の光軸すなわち基準光軸ＡＸ１を有する。基準光軸ＡＸ１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５０およびウエハ６０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１００を構成するすべてのレンズおよび第３結像光学系３００を構成するすべてのレンズも、基準光軸ＡＸ１上において水平面に沿って配置されている。
一方、第２結像光学系２００も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸ１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８および第２光路折り曲げ鏡１２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ＦＭ）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１００および第３結像光学系３００の光軸ＡＸ１および第２結像光学系２００の光軸ＡＸ２と一点で交わるように設定されている。
本実施形態では、複数のレンズを含む屈折光学系である第１結像光学系１００および第３結像光学系３００で生じる色収差および正値のペッツバール和を、第２結像光学系２００の凹面反射鏡１１および負レンズ９，１０により補償する。また、第２結像光学系２００がほぼ等倍の結像倍率を有する構成により、第１中間像の近傍に第２中間像を形成することが可能となる。本実施形態では、この２つの中間像の近傍において光路分離を行うことにより、露光領域（すなわち実効露光領域）の光軸からの距離すなわち軸外し量を小さく設定することができる。これは、収差補正の点で有利となるだけでなく、光学系の小型化、光学調整、機械設計、製造コストなどの点でも有利となる。
上述したように、第２結像光学系２００は、第１結像光学系１００および第３結像光学系３００で生じる色収差および正値のペッツバール和の補償を一手に負担する。このため、第２結像光学系２００を構成する凹面反射鏡１１および負レンズ９，１０のパワーを共に大きく設定する必要がある。したがって、第２結像光学系２００の対称性が崩れると、倍率色収差や色コマ収差のような非対称色収差の発生が大きくなり、十分な解像力を得ることができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、第２結像光学系２００の結像倍率をほぼ等倍に設定し且つその瞳位置の近傍に凹面反射鏡１１を配置することのできる構成を採用することにより、良好な対称性を確保し、上述の非対称色収差の発生を防ぐことに成功している。
以下、複屈折の影響を実質的に回避する本発明の手法の本実施形態に対する適用について説明する。まず、ウエハ側（第２面側）の瞳位置に配置された開口絞り２０とウエハ６０との間の光路中に配置されたレンズ（１６〜１８）では、通過する光線の光軸に対する最大角度が大きい傾向にあり、複屈折の影響を受け易い。そこで、本実施形態では、これらのレンズ（１６〜１８）に対して、前述した本発明の第１手法〜第６手法を単独であるいは組み合わせて適用することにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。なお、第５図では、図面の明瞭化のために開口絞り２０とウエハ６０との間に３つのレンズしか配置していないが、実際の設計ではさらに多くのレンズが配置される。
また、通過する光線の光軸に対する最大角度が２０°を超えるようなレンズでは、その配置位置にかかわらず複屈折の影響を受け易い。そこで、本実施形態では、通過する光線の光軸に対する最大角度が２０°を超えるようなレンズに対して、本発明の第１手法〜第６手法を単独であるいは組み合わせて適用することにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。
さらに、像側開口数の大きい本実施形態の投影光学系では、凹面反射鏡１１の近傍に配置された負レンズ９，１０において、通過する光線の光軸に対する最大角度が収差補正の目的のために大きくなりがちである。そこで、本実施形態では、これらの負レンズ９，１０に対して本発明の第１手法〜第５手法を適用することにより、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することができる。なお、凹面反射鏡１１の近傍に配置された負レンズの数がさらに多い場合には、本発明の第１手法〜第６手法を単独であるいは組み合わせて適用することもできる。
なお、前述したように、本発明の第１手法、第３手法および第５手法を適用する場合、第１レンズ群、第３レンズ群および第５レンズ群と、第２レンズ群、第４レンズ群および第６レンズ群との間で、条件式（３）〜（５）を満足するように設定することが好ましい。また、本発明の第１手法、第３手法および第５手法を適用する場合、第１レンズ群（あるいは第３レンズ群、第５レンズ群）と第２レンズ群（あるいは第４レンズ群、第６レンズ群）とをオプティカルコンタクトまたは接着により１つの光学部品として形成することが好ましい。この構成により、反射防止膜を形成すべき光学面の数を最小限に抑えることができるので、特にＦ２レーザーを用いる光学系のように反射防止膜の材料が限られる場合には非常に有利である。
ところで、本発明の第１手法、第３手法および第５手法を適用する場合、第１レンズ群（あるいは第３レンズ群、第５レンズ群）と第２レンズ群（あるいは第４レンズ群、第６レンズ群）との間で角度指定が必要になる。そこで、本来的に角度指定が必要な非球面すなわちレンズ調整時の収差補正用非球面（回転非対称な非球面）を第１レンズ群（あるいは第３レンズ群、第５レンズ群）または第２レンズ群（あるいは第４レンズ群、第６レンズ群）に導入することが好ましい。この場合、複屈折により回転非対称なスカラ収差が発生しても、非球面の作用により補正することができる。なお、レンズ調整時の収差補正用の非球面について簡単に説明する。投影光学系を製造する際には、波面収差等の収差を計測しつつ、投影光学系を構成するレンズや反射鏡などの光学素子の位置・姿勢を調整して、投影光学系の光学性能を所望の値に追い込むことが行われる。ただし、このような光学素子の位置・姿勢の調整だけでは、ザイデルの５収差に代表される低次収差しか補正できない。そこで、計測された投影光学系の収差のうち、光学素子の位置・姿努の調整で補正できる成分を除いた残存収差を、投影光学系を構成する光学素子の表面形状を変更、すなわち非球面とすることによって補正することが行われる。このような残存収差補正用の非球面をレンズ調整時の収差補正用の非球面と呼び、典型的な非球面形状は光軸に関して回転非対称な形状となる。したがって、このレンズ調整時の収差補正用の非球面を備えた光学素子を投影光学系中へ組み込むためには、光軸を中心とした方位角を定める、すなわち角度指定を行う必要がある。
また、上述のＢｕｒｎｅｔｔらの手法、本発明の第１〜第６の手法を投影光学系の所定の光学部材に適用した際においても、偏光収差、すなわち投影光学系を通過する第１の偏光成分の光と当該第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分の光との間の位相差を完全には補正しきれない場合がある。
このとき、投影光学系を構成する光学部材のうちの１以上の光学部材の表面に、偏光収差を低減させる膜、すなわち第１および第２の偏光成分の光の間の位相差を低減させる特性を有する膜を設けることにより、さらに偏光収差を補正することが可能である。
また、本実施形態では、蛍石結晶で形成されたレンズの表面に同じく蛍石結晶で形成された結晶膜を形成し、蛍石レンズの結晶方位と結晶膜の結晶方位とが実質的に異なるように設定する手法も有効である。この場合、蛍石レンズの光軸に沿った結晶方位と結晶膜の光軸に沿った結晶方位とが実質的に異なるように設定する。あるいは、蛍石レンズの光軸に沿った結晶方位と結晶膜の光軸に沿った結晶方位とがほぼ一致し、蛍石レンズと結晶膜とが光軸を中心として所定の角度だけ相対的に回転した位置関係を有するように設定する。この構成により、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確保することができる。
以下、具体的な数値に基づく実施例を説明する。各実施例において、投影光学系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。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、各実施例において、中心波長１５７．６２４４ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０６７であり、１５７．６２４４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５４ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０４１であり、１５７．６２４４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３４ｎｍに対するＣａＦ２の屈折率は１．５５９３０９３である。
また、各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ２／ｒ２｝１／２］
＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０
＋Ｃ１２・ｙ１２＋Ｃ１４・ｙ１４            （ａ）
各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
［第１実施例］
第７図は、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。なお、第１実施例では、波長幅が１５７．６２４４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された投影光学系に本発明を適用している。
第７図の投影光学系において、第１結像光学系Ｇ１（第５図の１００に対応）は、レチクルＲ（第５図の５０に対応）側から順に、両凸レンズＬ１１と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、ウエハＷ（第５図の６０に対応）側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側に凹面を向けた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、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９とから構成されている。
また、第２結像光学系Ｇ２（第５図の２００に対応）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状の凹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、レチクル側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭ（第５図の１１に対応）とから構成されている。
さらに、第３結像光学系Ｇ３（第５図の３００に対応）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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、ウエハ側に非球面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、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、ウエハ側に非球面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、ウエ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。
次の第１表に、第１実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。第１表において、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（ウエハ側）開口数を、Ｂはウエハ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（Ｅｗ）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。
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）であるウエ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、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、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８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１２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。上述の第１表の表記は、以降の第２表においても同様である。
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第８図は、第１実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を、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。収差図から明らかなように、第１実施例では、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±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。
［第２実施例］
第９図は、第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。なお、第２実施例においても第１実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された投影光学系に本発明を適用している。
第９図の投影光学系において、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、レチクル側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凹レンズ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、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウエハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９とから構成されている。
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、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、レチクル側に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
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、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ３４と、レチクル側に非球面状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、ウエハ側に非球面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、レチクル側に平面を向けた平凸レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、ウエハ側に非球面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、ウエ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。
次の第２表に、第２実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。
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第１０図は、第２実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を、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。収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±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。
以上のように、各実施例では、条件式（１）を満足しているので、ウエハＷに塗布されたフォトレジストからの脱ガスによるレンズの汚染を良好に回避することができる。また、各実施例では、凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズ（Ｌ２１，Ｌ２２）が重力方向と直交する方向の光軸ＡＸ２に沿って配置されているが、条件式（２）を満足しているので、凹面反射鏡ＣＭの重力による変形を小さく抑えて、組み立て調整や加工が容易になっている。
［第３実施例］
第３実施例にかかる投影光学系では、投影光学系を構成する等方晶系の光学材料（たとえば蛍石）が有する固有複屈折によって生じる偏光収差（すなわち所定方向に振動方向を有する第１の偏光成分の光と、当該第１の偏光方向とは異なる方向に振動方向を有する第２の偏光成分の光との位相差）を、光学材料の表面上に設けられる薄膜によって補正している。
第３実施例では、当該薄膜へ入射する光の入射状態を実際の場合と同じにするために、第１１図に示される投影光学系を考える。
第１１図は、第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
第１１図の投影光学系は、上述の第１および第２実施例とは異なり、直線状の光軸に沿って複数の屈折光学部材が配置された屈折型投影光学系に本発明を適用している。
第１１図の投影光学系は、レチクルＲ側から順に、ウエハＷ側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ１と、レチクルＲ側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ２と、レチクルＲ側に凹面を向けた２枚のメニスカス正レンズＬ３、Ｌ４と、レチクルＲ側に凸面を向けた３枚のメニスカス正レンズＬ５〜Ｌ７と、ウエハＷ側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ８と、３枚の両凹レンズＬ９〜Ｌ１１と、両凸レンズＬ１２と、レチクルＲ側に凹面を向けたメニスカス正レンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ１５と、レチクルＲ側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ１６と、レチクルＲ側に凹面を向けたメニスカス正レンズＬ１７と、ウエハＷ側に凹面を向けた３枚のメニスカス正レンズＬ１８〜Ｌ２０と、レチクルＲ側に凹面を向けた平凹レンズＬ２１と、平行平面板Ｌ２２とから構成されている。
第１２図は、第３実施例にかかる投影光学系によってウエハＷ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）と光軸との位置関係を示す図である。第１２図に示すように、第３実施例では、光軸ＡＸ１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ＡＸ１を含む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。なお、第３実施例の投影光学系における実効露光領域ＥＲの軸外し量Ａは０である。
次の第３表に、第３実施例にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。第３表において、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、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。
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）であるウエ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、材料は光透過性部材の材料名を、コートは、光透過性部材の表面に設けられる光学薄膜の種類を示す。なお、各面の曲率半径の欄においては、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。また、コートの欄におけるＩＤは理想的な光学薄膜（すなわち、透過率１００％であって、それを透過する光に対して位相差を与えない薄膜）を表し、ＲＥは後述する位相差低減機能を有する薄膜を表している。
第３実施例において、露光光の波長λに対する蛍石の屈折率ｎはｎ＝１．５５９３０６６６で与えられる。
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さて、第３実施例においては、光透過部材に対する入射角度範囲が大きい最もウエハＷ側の２枚の光透過部材（レンズＬ２１、Ｌ２２）に関して、薄膜による偏光収差の補正効果について検討した。第３実施例では、複数の光学部材Ｌ１〜Ｌ２２のうち、最もウエハＷ側にある２枚の光学部材Ｌ２１、Ｌ２２のみが固有複屈折を持つと仮定した。これらの光学部材Ｌ２１、Ｌ２２を形成している蛍石の固有複屈折は、結晶軸［１１０］の方向における露光光の波長での複屈折の値と結晶軸［１００］の方向における露光光の波長での複屈折の値との差が−３．３ｎｍ／ｃｍとしている。そして、これらの光学部材Ｌ２１、Ｌ２２は共にその結晶軸［１１１］が光軸ＡＸ１と一致するように形成され、光学部材Ｌ２１、Ｌ２２の結晶軸［１１１］とは異なる結晶軸同士が光軸ＡＸ１を中心として相対的に６０度だけ回転した位置関係を有する。すなわち、光学部材Ｌ２１、Ｌ２２に対して本発明の第５の手法を適用している。
次に、これらの光学部材Ｌ２１、Ｌ２２の表面（レンズ面）に理想的な光学薄膜ＩＤを設けた場合と、位相差低減機能を有する薄膜ＲＥを設けた場合とについて比較する。
ここで、理想的な光学薄膜とは、当該薄膜ＩＤ自体の透過率が１００％であって、当該薄膜を透過する複数の偏光成分の光の間に位相差を全く与えない作用を有する仮想的な薄膜である。そして、位相差低減機能を有する薄膜ＲＥは、次の第４表で示される構成を有する。
なお、以下の第４表において、λは露光光の中心波長を表している。そして、層番号は、薄膜が設けられる基材側からの層の順序を表し、Ｄは各層の厚み（ｎｍ）を、ｎは各層の中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
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第１３図に第４表の薄膜ＲＥの透過率の入射角特性を示し、第１４図に第４表の薄膜ＲＥの位相差の入射角特性を示す。
なお、第１３図において、縦軸に透過率をとり、横軸に薄膜ＲＥに対する入射角（垂直入射のとき０）をとる。そして、第１３図の破線はＰ偏光成分（振動方向が入射面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の径方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示し、実線はＳ偏光成分（振動方向が入射面と直交する面内である偏光成分、言い換えると、光軸と平行な軸を中心とした円の周方向に沿って偏光面を有する偏光成分）に対する薄膜ＲＥの透過率の入射角依存性を示す。
また、第１４図においては、縦軸に薄膜ＲＥを透過した後のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差（°）をとり、横軸に入射角（垂直入射のとき０）をとっている。
第１３図から明らかな通り、薄膜ＲＥは、開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角範囲（すなわちｓｉｎ−１（０．８５）までの入射角範囲）において９８％以上の透過率を確保しており、実用上において十分に使用に耐えられる水準を示している。そして、第１４図から明らかな通り、薄膜ＲＥは開口数ＮＡ＝０．８５に相当する入射角においてＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差が８度近くあり、ここにおいてＰ偏光成分の位相がＳ偏光成分に対してより進んでいる。すなわち、この薄膜ＲＥを透過する光は、入射角が大きくなるにつれてＰ偏光成分の光の位相がＳ偏光成分の光の位相に対してより進むようになる。
第３実施例のように、光透過部材（光学部材）Ｌ２１、Ｌ２２がともに、結晶軸［１１１］と一致した光軸ＡＸ１を有し、かつほぼ同じ厚みであって、それらの結晶軸［１１１］とは異なる結晶軸同士が光軸ＡＸ１を中心として相対的に６０度だけ回転した位置関係を有する場合、これらの光学部材の対Ｌ２１、Ｌ２２は、入射角が大きくなるにつれてＳ偏光成分の光の位相がＰ偏光成分の光の位相に対してより進むような進相軸を有する。
ここで、上記薄膜ＲＥは、光学部材の対Ｌ２１、Ｌ２２と直交する進相軸を有しているので、この薄膜ＲＥによって、総合的な位相差を低減することが可能である。
第１５図は、第３表に示す諸元を有する投影光学系において、最もウエハＷ側の光学部材の対Ｌ２１、Ｌ２２に薄膜ＲＥを設けた場合の波面収差と、薄膜ＲＥに代えて理想的な光学薄膜ＩＤを設けた場合の波面収差をとの比較を示すグラフである。なお、第１５図において、Ｘは第１２図のＸ方向に振動方向（偏光面）を持つ偏光成分の波面収差（ｍλＲＭＳ）を示し、Ｙは第１２図のＹ方向に振動方向（偏光面）を持つ偏光成分の波面収差（ｍλＲＭＳ）を示している。
この第１５図を参照すると、薄膜ＲＥによる位相差補正能力が十分に高いことが明らかであり、ひいては投影光学系の光学性能（結像性能）を極めて向上することが可能であることも明らかである。
なお、上述の実施形態では、複屈折性の光学材料として蛍石を用いているが、これに限定されることなく、他の一軸性結晶、たとえばフッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）などを用いることもできる。この場合、フッ化バリウム（ＢａＦ２）などの結晶軸方位も本発明に従って決定されることが好ましい。
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エハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき第１６図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第１６図のステップ３０１において、１ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウエ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、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第１７図のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。第１７図において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
なお、上述の実施形態では、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。また、上述の各実施形態では、１５７ｎｍの波長光を供給する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１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や、１２６ｎｍの波長光を供給するＡｒ２レーザー光源、１４６ｎｍの波長光を供給するＫｒ２レーザー光源などを用いることもできる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明にかかる各実施形態では、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有する投影光学系を実現することができる。また、フォトレジストからの脱ガスによるレンズの汚染を良好に回避することのできる投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を露光装置に組み込むことにより、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】
第１図は、蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
第２Ａ図〜第２Ｃ図は、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。
第３Ａ図〜第３Ｃ図は、本発明の第１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４Ａ図〜第４Ｃ図は、本発明の第３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５図は、本発明の実施形態にかかる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。
第６図は、ウエ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。
第７図は、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬのレンズ構成を示す図である。
第８図は、第１実施例における横収差を示す図である。
第９図は、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬのレンズ構成を示す図である。
第１０図は、第２実施例における横収差を示す図である。
第１１図は、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬのレンズ構成を示す図である。
第１２図は、第３実施例にかかる投影光学系ＰＬによるウエ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）を示す図である。
第１３図は、第３実施例にかかる薄膜ＲＥの透過率の入射角度依存性を示す図である。
第１４図は、第３実施例にかかる薄膜ＲＥの位相差（偏光収差）の入射角度依存性を示す図である。
第１５図は、第３実施例にかかる投影光学系の波面収差を示す図である。
第１６図は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
第１７図は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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