(57)【要約】本発明は、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性（例えば、回転非対称な非点収差及び倍率誤差成分等）を調整することが可能な光学系を提供することを目的とする。本発明に係る光学系では、蛍石によって形成され、回転非対称なパワーを有するトーリックレンズと蛍石によって形成された補正レンズとが対をなし、補正レンズは、その結晶軸が、トーリックレンズの結晶軸に対して所定の位置関係となるように配置される。また、トーリックレンズ及び補正レンズは、光軸の周りに回転可能に構成され、かつ光軸を横切る方向に移動可能に構成されるが、トーリックレンズが回転及び移動する時であっても、上記所定の位置関係は維持される。
2003023481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って複数の光学部材が配置された光学系であって、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、前記光学系の光軸に対して回転非対称なパワーを有する第一光学部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が前記第一光学部材の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第二光学部材と
を含む光学系。
【請求項２】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、前記結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、前記光軸の周りに回転可能に構成される請求項１記載の光学系。
【請求項３】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、前記結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、前記光軸を横切る方向に移動可能に構成される請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、前記光学系の入射端側に配置される請求項１から３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、前記光学系の瞳面又はその近傍に配置される請求項１から３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第一光学部材は、前記光学系の光軸に直交する面内において互いに直交する２方向におけるパワーが異なるトーリック型光学部材を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第一光学部材に入射する光束及び前記第一光学部材を通過する光束と前記照明系の光軸とのなす角が、２０度以下に設定される請求項１から６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１００］又はその結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１から７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１から７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１１０］又はその結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１から７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材の結晶光学材料が、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムである請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
光軸に沿って複数の光学部材が配置された光学系であって、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、前記光学系の光軸に対して回転非対称なパワーを有する第一光学部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が前記第一光学部材の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第二光学部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、前記光学系の光軸に対して回転非対称なパワーを有する第三光学部材と、
波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が前記第三光学部材の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第四光学部材と
を含む光学系。
【請求項１３】
記第一光学部材及び前記第二光学部材、並びに、前記第三光学部材及び前記第四光学部材の少なくとも１組は、前記結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、前記光軸の周りに回転可能に構成される請求項１２記載の光学系。
【請求項１４】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材、並びに、前記第三光学部材及び前記第四光学部材の少なくとも１組は、前記結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、前記光軸を横切る方向に移動可能に構成される請求項１２または１３に記載の光学系。
【請求項１５】
前記第一光学部材ないし前記第四光学部材が、前記光学系の入射端側に配置される請求項１２から１４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１６】
前記第一光学部材ないし前記第四光学部材は、前記光学系の瞳面又はその近傍に配置される請求項１２から１４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１７】
前記第一光学部材及び前記第三光学部材は、前記光学系の光軸に直交する面内において互いに直交する２方向におけるパワーが異なるトーリック型光学部材を含む請求項１２から１６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１８】
前記第一光学部材及び前記第三光学部材に入射する光束並びに前記第一光学部材及び前記第三光学部材を通過する光束と前記照明系の光軸とのなす角が２０度以下に設定される請求項１２から１７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１９】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１００］又はその結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１２から１８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２０】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１００］又はその結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１９記載の光学系。
【請求項２１】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１９記載の光学系。
【請求項２２】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１０］又はその結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１９記載の光学系。
【請求項２３】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１２から１８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２４】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１００］又はその結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２３記載の光学系。
【請求項２５】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２３記載の光学系。
【請求項２６】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１０］又はその結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２３記載の光学系。
【請求項２７】
前記第一光学部材及び前記第二光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項１２から１８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２８】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１００］又はその結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２７記載の光学系。
【請求項２９】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１１］又はその結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２７記載の光学系。
【請求項３０】
前記第三光学部材及び前記第四光学部材は、その結晶軸［１１０］又はその結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、前記光学系の光軸とがほぼ一致し、且つ、前記光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置される請求項２７記載の光学系。
【請求項３１】
前記第一光学部材ないし前記第四光学部材の結晶光学材料が、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムである請求項１２から３０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３２】
第一面に形成されたパターン像を第二面へ投影する投影光学系であって、請求項１から請求項３１の何れか一項に記載の光学系を備えている投影光学系。
【請求項３３】
所定のパターンが形成されたマスクを前記第一面に設定するマスクステージと、
感光性基板を前記第二面に設定する基板ステージと、
前記第一面に設定された前記マスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターン像を前記感光性基板に投影露光する請求項３２記載の投影光学系と
を備える露光装置。
【請求項３４】
請求項３４記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と
を含むマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の利用分野
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程にて用いられる露光装置、この露光装置に設けられる光学系及び投影光学系、並びにこの露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関する。
２．従来技術の記載
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造には、マスクとしてのレチクルに形成された微細なパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウェハ又はガラスプレート等の基板上に転写する一括露光型（ステッパー等）、又はステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が頻繁に用いられている。このような露光装置を用いて、より微細なパターンを忠実に基板に転写するためには、基板上に投影される投影像の解像度を高めるとともに、像面の平坦性を向上させ、更に、非点収差、歪曲収差（ディストーション）等の各種収差を小さく抑える必要がある。
投影像の解像度を高めるためには、光源から射出される照明光を短波長化するとともに投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を高く設計する必要がある。このため、波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光を射出する光源（例えば、Ｆ２レーザ（波長：１５７ｎｍ））及び高い開口数を有する投影光学系を備える露光装置の設計・開発が盛んに行われている。また、投影光学系に残存する各種収差を抑えるためには、投影光学系を構成する光学素子を高い精度で製造し、且つこれらの光学素子を組み立てて投影光学系を製造するときに、その組み立て精度を高くすれば良い。しかしながら、高い製造精度及び組み立て精度の実現は、高コストとなるため、現実的ではない。
そこで、回転非対称なレンズを投影光学系内に組み込み、このレンズを投影光学系の光軸の周りに回転させることで、例えば回転非対称な軸外収差成分（非点収差、像面湾曲等）及び回転非対称な倍率誤差成分等の投影光学系の回転非対称な光学特性を調整可能としながら、コストを抑えつつ耐久性、再現性に優れた高性能な投影光学系を実現する技術が、例えば米国特許６，２６２，７９３号広報に開示されているような回転非対称な光学特性を持つレンズが投影光学系に回転可能に配置される。
ところで、波長が２００ｎｍ以下の真空紫外域の光を露光光に用いると、レンズ等の光透過性光学素子の材料として現在まで一般的に用いられてきた水晶では、吸収の影響が顕著になるために使用が困難となる。このため、透過率の観点から、光透過性光学材料、特に投影光学系内に配置される光透過性光学材料には、フッ化カルシウム（蛍石：ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、その他のフッ化物結晶を用いることが必須となりつつある。
光源としてＦ２レーザを備える露光装置では、主として蛍石を材料としたレンズ等の光学素子を複数備える投影光学系の設計・開発が行われている。蛍石は、その結晶構造が立方晶系に属する結晶であるため、光学的には等方的であり、複屈折が実質的にないと思われていた。また、従来の可視光域の光を用いた実験では、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らは、蛍石には固有複屈折（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｂｉｒｅｆ  ｒｉｎｇｅｎｃｅ）が存在することを実験及び理論の両面から確認したと発表した。この発表によれば、蛍石の複屈折は、結晶軸［１１１］方向及びこれと等価な結晶軸［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向、並びに結晶軸［１００］方向及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等の光透過性光学素子を通過することになり、その結果、複屈折の影響により結像性能が悪化する。従って、投影光学系を構成する光透過性光学素子の結晶方位を様々に組み合わせて、複屈折の影響が相殺するように設計する必要がある。
蛍石からなる光透過性光学素子を有する投影光学系を設計する場合にも、投影光学系の回転非対称な光学特性を調整可能としながら、コストを抑えつつ、耐久性、再現性に優れた高性能な投影光学系を実現する目的で、前述した米国特許６，２６２，７９３号広報に示された技術を蛍石で形成されたレンズを有する投影光学系に適用しようとする場合、レンズの回転によりレンズを構成する結晶の各々の面方位も回転するため、投影光学系の非対称な光学特性を補正しようとレンズを回転させると、むしろ複屈折の影響により結像性能が悪化するという問題が生じる。
発明の要約
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複屈折の影響による結像性能の悪化を招くことなく、光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性（例えば、回転非対称な軸外収差成分（非点収差、像面湾曲等）、回転非対称な倍率誤差成分等）を調整可能としながら、耐久性、再現性に優れた光学系及び投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の第一の観点による光学系は、光軸（ＡＸ）に沿って複数の光学部材が配置された光学系であって、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、光学系の光軸（ＡＸ）に対して回転非対称なパワーを有する第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）と、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を補正するために回転非対称なパワーを有する第一光学部材を光学系内に配置した場合であっても、この第一光学部材に対して、結晶軸が第一光学部材の結晶軸と所定の位置関係を有するように第二光学部材が配置されている。従って、第一光学部材が２００ｎｍ以下の波長の光に対して複屈折性を有しても、その影響が軽減される。その結果、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を補正することができる。
また、本発明の第一の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８）が、結晶軸と所定の位置関係を保ったまま、光軸（ＡＸ）の周りに回転可能に構成され、又は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８）が、結晶軸と所定の位置関係を保ったまま、光軸（ＡＸ）を横切る方向に移動可能に構成されることを特徴としている。
この発明によれば、第一光学部材を光軸周りに回転させ、又は、光軸を横切る方向に移動させた場合であっても、第二光学部材が結晶軸と所定の位置関係を保ったまま光軸の周りに回転し、又は光軸を横切る方向に移動するため、第一光学素子の光軸周りの回転角度又は光軸を横切る方向の移動量に応じた複屈折の影響は変化しない。その結果、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、光学系の光軸に対して回転非対称な光学特性を調整することができる。
また、本発明の第一の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４）が、光学系の入射端側に配置され、第一光学部材（Ｌ６、Ｌ７）及び第二光学部材（Ｌ５、Ｌ８）が、光学系の瞳面又はその近傍に配置される。
この発明によれば、光学系の入射端側に配置された第一光学部材及び第二光学部材によって、光学系の回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を大きくすることができ、瞳面又はその近傍に配置された第一光学部材及び第二光学部材によって光学系の回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を大きくすることができる。このように、光学系の光軸に対する回転非対称な光学特性を、その種類毎に個別に補正又は調整することができる。
ここで、本発明の第一の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）が、光学系の光軸（ＡＸ）に直交する面内において互いに直交する２方向におけるパワーが異なるトーリック型光学部材を含むことが好ましい。
また、本発明の第一の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）に入射する光束及び第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）を通過する光束と前記照明系の光軸（ＡＸ）とのなす角が、２０度以下に設定されることが好ましい。
また、本発明の第一の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８）が、その結晶軸［１００］又は結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、若しくは、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、又は、その結晶軸［１１０］又は結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることが好ましい。
更に、本発明の第一の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８）の結晶光学材料が、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムであることが好ましい。
本発明の第二の観点による光学系は、光軸（ＡＸ）に沿って複数の光学部材が配置された光学系であって、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、光学系の光軸（ＡＸ）に対して回転非対称なパワーを有する第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）と、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）と、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、光学系の光軸（ＡＸ）に対して回転非対称なパワーを有する第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）と、波長が２００ｎｍ以下の光を実質的に透過させる結晶光学材料から形成され、結晶軸が第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）の結晶軸と所定の位置関係を有するよう配置された少なくとも１つの第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）とを含むことを特徴としている。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）、並びに、第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）及び第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）の少なくとも１組が、結晶軸と所定の位置関係を保ったまま、光軸（ＡＸ）の周りに回転可能に構成され、又は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）、並びに、第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）及び第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）の少なくとも１組が、結晶軸と所定の位置関係を保ったまま、光軸（ＡＸ）を横切る方向に移動可能に構成されることを特徴としている。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材から第四光学部材（Ｌ１〜Ｌ４）が、光学系の入射端側に配置され、第一光学部材から第四光学部材（Ｌ５〜Ｌ８）が、光学系の瞳面又はその近傍に配置されることを特徴としている。
ここで、本発明の第二の観点による光学系では、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）が、光学系の光軸（ＡＸ）に直交する面内において互いに直交する２方向におけるパワーが異なるトーリック型光学部材を含むことが好ましい。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）に入射する光束並びに第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）を通過する光束と、照明系の光軸（ＡＸ）とのなす角が、２０度以下に設定されることを特徴としている。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）は、その結晶軸［１００］又は結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることを特徴としている。
ここで、第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）及び第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）は、その結晶軸［１００］又は結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、若しくは、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、又は、その結晶軸［１１０］又は結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることが好ましい。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）が、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることを特徴としている。
ここで、第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）及び第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）は、その結晶軸［１００］又は結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、若しくは、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、又は、その結晶軸［１１０］又は結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることが好ましい。
また、本発明の第二の観点による光学系は、第一光学部材（Ｌ２、Ｌ６）及び第二光学部材（Ｌ１、Ｌ５）が、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることを特徴としている。
ここで、第三光学部材（Ｌ３、Ｌ７）及び第四光学部材（Ｌ４、Ｌ８）は、その結晶軸［１００］又は結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、若しくは、その結晶軸［１１１］又は結晶軸［１１１］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されるか、又は、その結晶軸［１１０］又は結晶軸［１１０］と光学的に等価な結晶軸と、光学系の光軸（ＡＸ）とがほぼ一致し、且つ、光軸（ＡＸ）を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するように配置されることが好ましい。
また、本発明の第二の観点による光学系では、第一光学部材から第四光学部材（Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ５〜Ｌ８）の結晶光学材料が、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムであることが好ましい。
本発明の投影光学系は、第一面に形成されたパターン像を第二面に投影する投影光学系（ＰＬ、ＰＬ１）であって、上記の何れかに記載の光学系を備えていることを特徴としている。
本発明の露光装置は、所定のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を第一面に設定するマスクステージ（ＲＳＴ）と、感光性基板（Ｗ）を第二面に設定する基板ステージ（ＷＳＴ）と、第一面に設定されたマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（ＩＯＳ）と、マスク（Ｒ）のパターン像を感光性基板（Ｗ）に投影露光する上記の投影光学系（ＰＬ、ＰＬ１）とを備えることを特徴としている。
本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記の露光装置を用いてマスク（Ｒ）のパターンを感光性基板（Ｗ）に露光する露光工程（Ｓ２６）と、露光工程により露光された光性基板（Ｗ）を現像する現像工程（Ｓ２７）とを含むことを特徴としている。
尚、本発明において、第一（第三）光学部材と第二（第四）光学部材とが光軸を中心としてほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第一（第３）光学部材及び第二（第四）光学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（例えば、結晶軸［０１０］，［００１］，［０１−１］，又は［０１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ４５度であることを意味する。尚、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。従って、光軸を中心としてほぼ４５度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度＋（ｎ×９０度）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、本発明において、第一（第三）光学部材と第二（第四）光学部材とが光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第一（第三）光学部材及び第二（第四）光学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（例えば、結晶軸［−１１１］，［１１−１］，又は［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ６０度であることを意味する。尚、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。従って、光軸を中心としてほぼ６０度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度＋（ｎ×１２０度）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）。
更に、本発明において、第一（第三）光学部材と第二（第四）光学部材とが光軸を中心としてほぼ９０度だけ相対的に回転した位置関係を有するとは、第一（第三）光学部材及び第二（第四）光学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（例えば、結晶軸［００１］，［−１１１］，［−１１０］，又は［１−１１］）同士の光軸を中心とした相対的な角度がほぼ９０度であることを意味する。尚、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。従って、光軸を中心としてほぼ９０度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度＋（ｎ×１８０度）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）。
尚、本発明でいうトーリック光学部材は、回転対称な球面の１方向に対して研磨を施し、直交した方向で異なるパワーを持たせたトーリックレンズでも良いし、又は直交した方向で異なるパワーを持つ反射鏡でも良く、更には、直交した方向で異なるパワーを持つ屈折率分布型のレンズでも良い。
好ましい実施様態
以下、図面を参照して、本発明に係る光学系、投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法の実施様態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施様態に係る露光装置の全体構成の概略を示す側面図である。尚、以下の説明において、図１中に設定されたＸＹＺ直交座標系を参照しつつ、各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系では、Ｙ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｘ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されているが、実際には、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、投影光学系ＰＬの光軸に沿う方向であるＺ軸が、鉛直方向上方に設定される。
図１に示した露光装置１０は、投影光学系ＰＬとして屈折光学系を用い、マスクとしてのレチクルＲと感光性基板としてのマスクＷとを、投影光学系ＰＬに対して一次元方向（ここでは、図１中に示したＹ軸方向とする）に相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンの縮小像を、マスクＷ上に設定された各ショット領域に逐次転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。この露光装置１０は、光源１１、光源１１からの照明光によりレチクルＲを照明する照明光学系ＩＯＳ、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを透過した光をウェハＷ上に縮小投影する投影光学系ＰＬ、ウェハＷを保持する基板ステージとしてのウェハステージＷＳＴを主要な構成としている。
光源１０は、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（発振波長１５７．６２４ｎｍ）等の２００ｎｍ以下のレーザ光を射出する光源である。光源１０は、不図示の遮光性を有するベローズ及びパイプを介してビームマッチングユニット１２の一端（入射端）に接続されており、このビームマッチングユニット１２の他端（出射端）は、内部にリレー光学系を内蔵したパイプ１３を介して送光系１４に接続されている。従って、光源１１から射出されたレーザ光は、ビームマッチングユニット１２、パイプ１３、及び送光系１４を順に介して照明光学系ＩＯＳに導かれる。
照明光学系ＩＯＳは、例えば、レーザ光のエネルギー量を調整するための可変減光器、レーザ光の断面形状を整形するためのビーム成形光学系、レーザ光の照度分布を均一化するとともに、所定形状（例えば、円形状、輪帯状、二極状、４極状）の２次光源を形成するための第一フライアイレンズ、第一フライアイレンズによって形成される２次光源からの光を集光する集光光学系、レーザ光の照度分布を更に均一化するための第二フライアイレンズ、第二フライアイレンズの射出端に配置された開口絞り板、レチクルＲ上における照明光の照射領域を規定するレチクルブラインド機構を構成する可動レチクルブラインド及び固定ブラインド、並びにコンデンサレンズを含んで構成される。上記構成を有する照明光学系ＩＯＳからは、所定の断面形状の照明光がほぼ均一な照度分布で射出され、レチクルＲを照明する。
照明光学系ＩＯＳが備えるこれらの光学部材の内、レンズ等の光透過性光学素子の硝材は、照明光の波長に応じて、蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、ＬｉＣＡＦ（コルキライト：ＬｉＣａＡｌＦ６）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、ＬｉＭｇＡｌＦ６、ＬｉＢｅＡｌＦ６、ＫＭｇＦ３、ＫＣａＦ３、ＫＳｒＦ３等のフッ化物結晶、又はこれらの混晶、あるいはフッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等、真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、照明光の波長が１５０ｎｍ程度より短くなると透過率が低下するため、波長が１５０ｎｍ程度以下の真空紫外光を照明光として用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石（フッ化カルシウム）、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、ＬｉＣＡＦ（コルキライト）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、ＬｉＭｇＡｌＦ６、ＬｉＢｅＡｌＦ６、ＫＭｇＦ３、ＫＣａＦ３、ＫＳｒＦ３等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。
尚、光源１１と照明光学系ＩＯＳとの間の光路（ビームマッチングユニット１２、パイプ１３、及び送光系１４を含む）はケーシング（不図示）で密封されており、光源１１から照明光学系ＩＯＳ中の最もレチクルＲ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等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。
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に、ＸＹ平面に対して平行に保持されており、本発明にいう第一面を構成している。レチクルＲには転写すべき所定のパターンが形成されており、パターン領域全体のうち、Ｘ軸方向に沿って長辺を有し且つＹ軸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ＲＳＴは、図示を省略した駆動系の作用により、Ｙ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向とθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能となっている。また、その位置座標は、移動鏡１５を用いたレーザ干渉計１６によって計測され且つ位置制御されている。レーザ干渉計１６は、投影光学系ＰＬに固定された固定鏡１７を基準として、レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置（θｚ回転を含む）を例えば、０．５〜１ｎｍ程度の分解能で検出する。
レチクルＲに形成されたパターンは、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上に転写される。この例では、投影光学系ＰＬとして、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側の両方がテレセントリックであり、円形の投影視野を有し、屈折光学素子（レンズ素子）のみから成る１／４、１／５、又は１／６縮小倍率の屈折光学系が使用されている。このため、レチクルＲに照明光が照射されると、レチクルＲに形成されたパターン領域のうち、照明光によって照明された部分からの光が投影光学系ＰＬに入射し、そのパターンの部分倒立像が、投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央に、スリット状または矩形状（多角形）に制限されて結像される。これにより、投影されたパターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウェハＷ上の複数のショット領域のうちの１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
投影光学系ＰＬが備えるレンズ素子の硝材は、照明光の波長に応じて、蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、ＬｉＣＡＦ（コルキライト：ＬｉＣａＡｌＦ６）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、ＬｉＭｇＡｌＦ６、ＬｉＢｅＡｌＦ６、ＫＭｇＦ３、ＫＣａＦ３、ＫＳｒＦ３等のフッ化物結晶又はこれらの混晶、あるいはフッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等、真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、照明光の波長が１５０ｎｍ程度より短くなると透過率が低下するため、波長が１５０ｎｍ程度以下の真空紫外光を照明光として用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石（フッ化カルシウム）、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、ＬｉＣＡＦ（コルキライト）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、ＬｉＭｇＡｌＦ６、ＬｉＢｅＡｌＦ６、ＫＭｇＦ３、ＫＣａＦ３、ＫＳｒＦ３等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。
ウェハＷは、ウェハホルダ１８を介して、ウェハステージＷＳＴ上においてＸＹ平面に平行に真空吸着され、その表面が、本発明にいう第二面を構成している。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軸方向に沿って長辺を有し且つＹ軸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ＷＳＴ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とされ、その位置座標は、移動鏡１９を用いたレーザ干渉計２１によって計測され且つ位置制御される。ウェハステージＷＳＴのＸＹ位置及び回転量（ヨーイング量、ローリング量、ピッチング量）は、投影光学系ＰＬの鏡筒下端に固定された参照鏡２０を基準として、ウェハステージＷＳＴの一部に固定された移動鏡１９の位置変化を計測するレーザ干渉計２１によって、所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。
以上、本発明の一実施様態に係る露光装置の全体構成について説明したが、次に本発明の一実施様態に係る投影光学系について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施様態に係る投影光学系の構成を示すレンズ断面図である。図２に示すように、本実施様態の投影光学系ＰＬは、第一面（物体面）に位置決めされたレチクルＲから順に、レンズ群Ｇ１、補正レンズＬ１、トーリックレンズＬ２、トーリックレンズＬ３、補正レンズＬ４、レンズ群Ｇ２，Ｇ３、補正レンズＬ５、トーリックレンズＬ６、開口絞りＡＳ、トーリックレンズＬ７、補正レンズＬ８、及びレンズ群Ｇ４〜Ｇ６を配置して構成されている。そして、投影光学系ＰＬは、レチクルＲ（物体面）側、及び第二面（像面）に位置決めされたウェハＷ（像面）側の両方でテレセントリックとなっている。
前述したように、投影光学系ＰＬが備えるレンズ素子の硝材は、照明光の波長に応じて種々のフッ化物結晶等から選択されるが、以下の説明では、投影光学系ＰＬに設けられたレンズ群Ｇ１、補正レンズＬ１、トーリックレンズＬ２、トーリックレンズＬ３、補正レンズＬ４、レンズ群Ｇ２，Ｇ３、補正レンズＬ５、トーリックレンズＬ６、トーリックレンズＬ７、補正レンズＬ８、及びレンズ群Ｇ４〜Ｇ６は全て蛍石により形成されているものとする。ここで、蛍石の複屈折について詳細に説明する。図３は、蛍石の結晶軸方位を説明するための図である。図３を参照すると、蛍石の結晶軸は、立方晶系のｘｙｚ直交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、ｚｘ平面内において結晶軸［１００］及び結晶軸［００１］に対して４５度の角度をなす方向に結晶軸［１０１］が、ｘｙ平面内において結晶軸［１００］及び結晶軸［０１０］に対して４５度をなす方向に結晶軸［１１０］が、ｙｚ平面内において結晶軸［０１０］及び結晶軸［００１］に対して４５度をなす方向に結晶軸［０１１］がそれぞれ規定される。更に＋ｘ軸、＋ｙ軸、及び＋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。
尚、図２では、＋ｘ軸、＋ｙ軸、及び＋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３中実線で示す結晶軸［１１１］方向、及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、図３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３中破線で示す結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］、及びこれらの結晶軸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。
従って、蛍石の結晶軸［１００］，［１１１］の方向に進む光については、複屈折性（直交する偏光面を有する２つの光束間の屈折率差）は生じない。よって、蛍石で形成されるレンズ等の光学素子の結晶軸［１１１］又は結晶軸［１００］と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとが一致するように設定すれば、光軸ＡＸに対して平行に進行する光に対しては複屈折が生じないため、偏光方向に応じて光の進行方向が変化するという現象は生じない。逆に、結晶軸［１１０］に沿って進む光に対しては複屈折量が最大になり、偏光方向に応じた光路のずれが顕著に現れる。
尚、本明細書において、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がある場合には、例えば結晶軸［０１１］と光学的に等価な複数の結晶軸を、［０１１］，［０−１１］，［１１０］等のように、符号や配列位置を変えて表記（列記）する。しかしながら、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がない場合には、結晶軸［１１０］の表記をもって、［０１１］，［０−１１］，［１１０］のような複数の光学的に等価な結晶軸を一括して表すものとする。
以上説明した複屈折性を示す蛍石を、レンズ群Ｇ１、補正レンズＬ１、トーリックレンズＬ２、トーリックレンズＬ３、補正レンズＬ４、レンズ群Ｇ２，Ｇ３、補正レンズＬ５、トーリックレンズＬ６、トーリックレンズＬ７、補正レンズＬ８、及びレンズ群Ｇ４〜Ｇ６の硝材として用いた場合には、投影光学系ＰＬが所期の光学特性を有するように複屈折の影響を極力小さくする必要がある。このため、本実施様態においては、以下に示す手法を用いて、複屈折性に起因する結像性能の悪化を防止している。
〔第一手法〕
いま、図４に示すように、投影光学系ＡＸに設けられる蛍石レンズに対して種々の入射角で入射する光束を考える。図４は、投影光学系ＰＬに設けられる蛍石レンズに対して種々の入射角で入射する光束を模式的に示す図である。図４に於いて符号ＳＦを付した平面は、投影光学系ＰＬに設けられた蛍石レンズ（例えば、補正レンズＬ１）のレンズ表面を示しており、ＡＸ１は蛍石レンズの光軸を示している。
投影光学系ＰＬ中を進行する光束は、レンズ表面ＳＦに対して（光軸ＡＸ１に対して）種々の角度で入射する。例えば、図４中の符号ＣＲ１を付した円は光軸ＡＸ１に対して１０度の入射角で、符号ＣＲ２を付した円は光軸ＡＸ１に対して２０度の入射角で、符号ＣＲ３を付した円は光軸ＡＸ１に対して３０度の入射角で、符号ＣＲ４を付した円は光軸ＡＸ１に対して４０度の入射角で、また、符号ＣＲ５を付した円は光軸ＡＸ１に対して５０度の入射角で、それぞれレンズ表面ＳＦに入射する光束を示している。
図５Ａ〜図５Ｆは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図である。尚、この手法は米国ＮＩＳＴのＪｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔらによって提案された手法である。これらの図において、紙面に垂直な方向は光軸ＡＸ１の方向に設定されているとする。この手法は、前述したように、一対の蛍石レンズの結晶軸［１１１］と光軸とを一致させ、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ものである。
図５Ａは、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図であり、図５Ｃは、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図である。図５Ａ及び図５Ｃを参照すると、結晶軸［１１１］が共に紙面に垂直な方向（光軸方向）に設定され、他の結晶軸［１００］，［０１０］，［００１］がそれぞれ光軸の周りで６０度だけ回転した関係となるように配置されている。図５Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図５Ｂに、図５Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図５Ｄにそれぞれ示す。
図５Ｂ及び図５Ｄにて破線で示された５つの同心円は、内側から、光軸ＡＸ１に対して１０度の角度で入射する光束、光軸ＡＸ１に対して１０度の角度で入射する光束、光軸ＡＸ１に対して２０度の角度で入射する光束、光軸ＡＸ１に対して３０度の角度で入射する光束、光軸ＡＸ１に対して４０度の角度で入射する光束、及び光軸ＡＸ１に対して５０度の角度で入射する光束をそれぞれ表している。つまり、図５Ｂに破線で示された５つの同心円は、図４に符号ＣＲ１〜ＣＲ５で示す５つの円にそれぞれ相当する。この表記は図５Ｆ、図６Ｂ、図６Ｄ、図６Ｆ、図７Ｂ、図７Ｄ、及び図７Ｆについても同様である。
また、図５Ｂ、図５Ｄ、及び図５Ｆ中の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（図７Ｆ参照）は中間的な屈折率を有する複屈折のない領域をそれぞれ表している。つまり、黒丸、白丸、又はハッチングを施した小さな円が付された領域は、入射する光の偏光方向に拘わらず一定の屈折率を有する領域である。更に、太い円及び長い両矢印は複屈折のある領域における比較的入きな屈折率の方向を、細い円及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それぞれ表している。この表記は図６Ｂ、図６Ｄ、図６Ｆ、図７Ｂ、図７Ｄ、及び図７Ｆについても同様である。
この場合、図５Ｂ及び図５Ｄ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、比較的入きな屈折率を有する複屈折のない領域となる。更に、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入きい複屈折領域となる。このように、結晶軸［１１１］を光軸に一致させた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になる。
図５Ｅは、図５Ａに示した配置の蛍石レンズと図５Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示す図であり、図５Ｆは、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示す図である。図５Ｆ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分かる。しかしながら、光軸から３５．２６度の領域、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、Ｊｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔらによって提案された第一手法では、３５度程度以上の入射角をもって入射する光束が複屈折の影響をある程度受けることになる。
〔第二手法〕
図６Ａ〜図６Ｆは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図である。図６Ａ〜図６Ｆにおいても、図５Ａ〜図５Ｆと同様に、紙面に垂直な方向が光軸ＡＸ１の方向に設定されているとする。この手法は、一対の蛍石レンズの結晶軸［１００］と光軸とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを４５度だけ相対的に回転させるものである。図６Ａは、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図であり、図６Ｃは、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図である。図６Ａ及び図６Ｃを参照すると、結晶軸［１００］が共に紙面に垂直な方向（光軸方向）に設定され、他の結晶軸［１０１］，［１−１０］，［１０−１］，［１１０］がそれぞれ光軸の周りで４５度だけ回転した関係となるように配置されている。
尚、図６Ａ及び図６Ｃにおいては、結晶軸［１００］に対向して見たときに重なって見える軸を括弧書きで示している。例えば、結晶軸［１０１］と重なって見える結晶軸［００１］、結晶軸［１−１０］と重なって見える結晶軸［０−１０］、結晶軸［１０−１］と重なって見える結晶軸［００−１］、結晶軸［１１０］と重なって見える結晶軸［０１０］である。
図６Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図６Ｂに、図６Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図６Ｄにそれぞれ示す。図６Ｂ及び図６Ｄを参照すると、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。更に、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になる。
図６Ｅは、図６Ａに示した配置の蛍石レンズと図６Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示す図であり、図６Ｆは、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示す図である。図６Ｆ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］，［１０−１］の影響が薄められ、光軸に対して４５度の角度をなす領域、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入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度〜４０度程度である。従って、第二の手法を採用することにより、結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１０−１］の複屈折の影響を実質的に受けなくなる。
また、図５Ｂ及び図５Ｄを参照すると、蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］とを一致させているため、複屈折が最大となる結晶軸［１１０］，［１０１］，［０１１］に対応する領域が光軸の周りに１２０度のピッチで存在し、３θの分布を有する複屈折の影響、すなわちコマ収差が発生するような影響が現れると考えられる。これに対して、図６Ｂ及び図６Ｄを参照すると、蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］とを一致させているので、複屈折が最大となる結晶軸［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］に対応する領域が光軸周りに９０度ピッチで存在し、４θの分布を有する複屈折の影響が現れる。ウェハに投影すべきパターンにおいては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はなく、像の崩れも顕著にならない。従って、第一手法を用いて複屈折の影響を低減するよりも、第二手法を用いて複屈折の影響を低減することが好ましい。
〔第三手法〕
図７Ａ〜図７Ｆは、複屈折の影響を低減する第三手法を説明するための図である。図７Ａ〜図７Ｆにおいても、図５Ａ〜図５Ｆ及び図６Ａ〜図６Ｆと同様に、紙面に垂直な方向が光軸ＡＸ１の方向に設定されているとする。この第三手法は、一対の蛍石レンズの結晶軸［１１０］と光軸とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを９０度だけ相対的に回転させるものである。図７Ａは、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図であり、図７Ｃは、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示す図である。図７Ａ及び図７Ｃを参照すると、結晶軸［１１０］が共に紙面に垂直な方向（光軸方向）に設定され、他の結晶軸［１００］，［０１０］，［１１１］，［１１−１］がそれぞれ光軸の周りで９０度だけ回転した関係となるように配置されている。尚、図７Ａ及び図７Ｃにおいては、結晶軸［１１０］に対して向かって見たときに重なって見える軸を括弧書きで示している。例えば、結晶軸［１１１］と重なって見える結晶軸［００１］、結晶軸［１１−１］と重なって見える結晶軸［００−１］である。
図７Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図７Ｂに、図７Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を図７Ｄにそれぞれ示す。図７Ｂ及び図７Ｄを参照すると、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。更に、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。
図７Ｅは、図７Ａに示した配置の蛍石レンズと図７Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示す図であり、図７Ｆは、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示す図である。尚、図７Ｅにおいては、図示の都合上、図７Ｃに示した結晶軸を拡大して図示している。図７Ｆ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］の影響が殆ど無く、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、第三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。
以上説明した第一手法〜第三手法は、２枚の蛍石レンズからなる一対の蛍石レンズを用いて複屈折の影響を低減するものであったが、複屈折の影響が解消される訳ではない。図５Ｆ、図６Ｆ、及び図７Ｆを参照すると分かるように、径方向の偏光と周方向の偏光との屈折率差は、光軸を中心とした方位角に対してほぼ一様になるだけであって、屈折率差自体は残存しているからである。ここに説明する第四手法は、上記第一手法〜第三手法を用いて複屈折の影響を低減させたときに残存する、光軸を中心とした方位角に対して一様な屈折率差を除去するものである。
この、光軸を中心とした方位角に対して一様な屈折率差を除去するためには、第一手法を適用したほぼ厚さの等しい２枚の蛍石レンズでは、径方向に偏向した光に対する屈折率が周方向に偏光した光に対する屈折率よりも高くなり、第二手法を適用したほぼ厚さの等しい２枚の蛍石レンズでは、径方向に偏向した光に対する屈折率が周方向に偏光した光に対する屈折率よりも低くなる性質を利用する。この性質は、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズと、結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズとでは複屈折の符号が逆になることを意味する。従って、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズと結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズとを組み合わせることにより、複屈折の影響をある程度除去することが可能となる。尚、上記の性質は、本件発明者によって見い出された事実である。
ところで、結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズの複屈折量（径方向に偏向した光に対する屈折率と、周方向に偏向した光に対する屈折率との差）と、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズの複屈折量とは異なる。この複屈折量の相違を除去するには、複屈折量の相違に応じて、結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズの光路長と、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズの光路長とを設定する。その結果、複屈折の影響をほぼ完全に除去することができる。具体的には、結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズの複屈折量は、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズの複屈折量の約−１．５倍になる。このため、結晶軸［１１１］を光軸とした一対の蛍石レンズの光路長を、結晶軸［１００］を光軸とした一対の蛍石レンズの光路長の約１．５倍に設定すればよい。かかる設定を行うことで、複屈折の影響をほぼ完全に除去することが可能となる。
以上の説明では、第一手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された一対の蛍石レンズと第二手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された一対の蛍石レンズとを組み合わせ、複屈折の影響を影響をほぼ完全に除去していた。しかしながら、第三手法を適用したほぼ厚さの等しい２枚の蛍石レンズでは、第一手法を適用したものと同様に、径方向に偏向した光に対する屈折率が周方向に偏光した光に対する屈折率よりも高くなる。従って、第二手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された一対の蛍石レンズと第三手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された一対の蛍石レンズとを組み合わせ、複屈折の影響を影響をほぼ完全に除去することもできる。
更に、投影光学系ＰＬは複数の蛍石レンズから構成されるため、第一手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された二対の蛍石レンズ、第二手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された二対の蛍石レンズ、第三手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された二対の蛍石レンズ同士が組み合わされることも起こりうる。この場合には、組み合わせに応じ、第一〜第三手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された一対の蛍石レンズを更に組み合わせればよい。
以上、蛍石レンズの複屈折の影響を低減する手法について説明したが、次に、図２に示した投影光学系ＰＬが備える蛍石レンズ各々について説明する。レンズ群Ｇ１〜Ｇ４は、投影光学系ＰＬの投影倍率及び解像度等の基本的な光学性能を決定するものであり、投影光学系ＰＬに対して要求される光学性能に応じた設計がなされている。レンズ群Ｇ１〜Ｇ４の各々は、上記第一〜第四手法を用い、複屈折による影響が最小になるように、又は、ほぼ完全に除去されるように設計されている。例えば、レンズ群Ｇ１については、第四手法を用いて結晶軸の位置関係が設定された４枚のレンズを含んで構成されている。レンズ群Ｇ１〜Ｇ４についても同様である。
トーリックレンズＬ２は、射出面にトーリック面、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面内において設定された直交する２方向における曲率が相違する面が形成されており、光軸ＡＸに対して回転非対称なパワーを有する。このトーリックレンズＬ２は、投影光学系ＰＬの入射端側（第一面側：レチクルＲ側）に配置され、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して回転非対称な倍率誤差を補正するために設けられる。尚、トーリックレンズＬ２は、本発明にいう第一光学部材に相当する。
補正レンズＬ１は、蛍石で形成されているトーリックレンズＬ２の複屈折の影響を軽減するために設けられ、その結晶軸がトーリックレンズＬ２を形成する蛍石の結晶と所定の位置関係を有するように配置される。具体的には、前述した第１〜第三手法の何れかを用いて、トーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１を形成する蛍石の結晶の結晶軸がそれぞれ設定されている。尚、補正レンズＬ１は、本発明にいう第二光学部材に相当する。上記補正レンズＬ１及びトーリックレンズＬ２は、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸの周りに回転可能に構成され、更に、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸを横切る方向に移動可能に構成されている。
トーリックレンズＬ３は、入射面にトーリック面が形成されており、光軸ＡＸに対して回転非対称なパワーを有する。このトーリックレンズＬ３は、トーリックレンズＬ２の近傍、すなわち投影光学系ＰＬの入射端側（第一面側：レチクルＲ側）に配置され、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して回転非対称な倍率誤差を補正するために設けられる。尚、トーリックレンズＬ３は、本発明にいう第三光学部材に相当する。補正レンズＬ４は、蛍石で形成されているトーリックレンズＬ３の複屈折の影響を軽減するために設けられ、その結晶軸がトーリックレンズＬ３を形成する蛍石の結晶の結晶軸と所定の位置関係を有するように配置される。具体的には、前述した第一〜第三手法の何れかを用いて、トーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を形成する蛍石の結晶の結晶軸がそれぞれ設定されている。尚、補正レンズＬ４は、本発明にいう第四光学部材に相当する。また、トーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４は、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸの周りに回転可能に構成され、更に、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸを横切る方向に移動可能に構成されている。
また、トーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１と、トーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４とは、前述した第四手法を用いて組み合わせられることになる。ここで、複屈折の影響を極力避けるために、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係が設定されたトーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１に対して、第二手法を用いて結晶軸の位置関係が設定されたトーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を組み合わせるか、又は、第二手法を用いて結晶軸の位置関係が設定されたトーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１に対して、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係が設定されたトーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を組み合わせることが好ましい。
以上のように、図２に示した投影光学系ＰＬは、光軸ＡＸに対して回転非対称な倍率誤差を補正するための２つのトーリックレンズＬ２，Ｌ３を入射端側（第一面側：レチクルＲ側）に備えているため、トーリックレンズＬ２の光軸ＡＸ周りの回転角と、トーリックレンズＬ２に対するトーリックレンズＬ３の光軸ＡＸ周りの相対的な回転角を適宜設定し、更に、光軸ＡＸを横切る方向の位置を適宜設定することで、投影光学系ＰＬの、回転非対称な倍率誤差の大きさ及び向きを効果的に補正することができる。また、トーリックレンズＬ２を回転させるときには、前述した上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま補正レンズＬ１も回転し、トーリックレンズＬ３を回転させるときには、前述した上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま補正レンズＬ４も回転するため、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、投影光学系ＰＬの回転非対称な倍率誤差を補正することができる。
また、前述した第一手法では、入射光束が光軸ＡＸに対して３５．２６度の角度をなす領域において、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り、第二手法では、入射光束が光軸ＡＸに対して４５度の角度をなす領域において、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入きい複屈折領域が残っている（図５Ｆ及び図６Ｆ参照）。これに対しては、前述したように、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１に対して、第二手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を組み合わせるか、又は、第二手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ２及び補正レンズＬ１に対して、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を組み合わせることで、これらの領域に残存する屈折率差をほぼ除去することができる。しかしながら、これらの組み合わせを用いることができない場合を考慮して、又は、更なる複屈折の影響の除去を行うために、トーリックレンズＬ２及びトーリックレンズＬ３の少なくとも一方に入射する光束と光軸ＡＸとのなす角、及び、これらの少なくとも一方を通過する光束と光軸ＡＸとのなす角が３５度以下となるように設定されることが好ましく、更には２０度以下に設定されることが好ましい。
トーリックレンズＬ６は、入射面にトーリック面が形成されており、光軸ＡＸに対して回転非対称なパワーを有する。このトーリックレンズＬ６は、投影光学系ＰＬの瞳面（開口絞りＡＳが配置されている面）の近傍に配置され、投影光学系ＰＬに残存する回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）を補正するために設けられる。尚、トーリックレンズＬ６は、本発明にいう第一光学部材に相当する。補正レンズＬ５は、蛍石で形成されているトーリックレンズＬ６の複屈折の影響を軽減するために設けられ、その結晶軸がトーリックレンズＬ６を形成する蛍石の結晶と所定の位置関係を有するように配置される。
具体的には、前述した第一〜第三手法の何れかを用いて、トーリックレンズＬ６及び補正レンズＬ５を形成する蛍石の結晶の結晶軸がそれぞれ設定されている。尚、補正レンズＬ６は、本発明にいう第三光学部材に相当する。また、トーリックレンズＬ６及び補正レンズＬ５は、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸの周りに回転可能に構成され、更に、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸを横切る方向に移動可能に構成されている。
トーリックレンズＬ７は、射出面にトーリック面が形成されており、光軸ＡＸに対して回転非対称なパワーを有する。このトーリックレンズＬ７は、トーリックレンズＬ６の近傍、すなわち投影光学系ＰＬの瞳面近傍に配置され、トーリックレンズ６と同様に、投影光学系ＰＬに残存する回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）を補正するために設けられる。このトーリックレンズＬ７は、本発明にいう第三光学部材に相当する。補正レンズＬ８は、蛍石で形成されているトーリックレンズＬ７の複屈折の影響を軽減するために設けられ、その結晶軸がトーリックレンズＬ７を形成する蛍石の結晶と所定の位置関係を有するように配置される。
具体的には、前述した第一〜第三手法の何れかを用いて、トーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８を形成する蛍石の結晶の結晶軸がそれぞれ設定されている。尚、補正レンズＬ８は、本発明にいう第四光学部材に相当する。また、トーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８は、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸの周りに回転可能に構成され、更に、上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま、光軸ＡＸを横切る方向に移動可能に構成されている。
また、トーリックレンズＬ６及び補正レンズＬ５と、トーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８とは、前述した第四手法を用いて組み合わせられる。ここで、複屈折の影響を極力避けるために、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ６及び補正レンズＬ５に対して、第二手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８を組み合わせるか、又は、第二手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ６及び補正レンズＬ５に対して、第一手法又は第三手法を用いて結晶軸の位置関係を設定したトーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８を組み合わせることが好ましい。
図２に示した投影光学系ＰＬは、投影光学系ＰＬに残存する非対称収差を補正する一対のトーリックレンズＬ６，Ｌ７を瞳面の近傍に備えている。従って、トーリックレンズＬ６の光軸ＡＸ周りの回転角と、トーリックレンズＬ６に対するトーリックレンズＬ７の光軸ＡＸ周りの相対的な回転角を適宜設定し、更に、光軸ＡＸを横切る方向の位置を適宜設定することで、投影光学系ＰＬの回転非対称な軸外収差成分の大きさ及び向きを効果的に補正することができる。また、トーリックレンズＬ６を回転させるときには、前述した上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま補正レンズＬ５も回転し、トーリックレンズＬ７を回転させるときには、前述した上記第一〜第三手法の何れかを用いて設定された結晶軸の所定の位置関係を保ったまま補正レンズＬ８も回転するため、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、投影光学系ＰＬの回転非対称な軸外収差成分を補正することができる。
更に、第一面側（レチクルＲ側）に配置されたトーリックレンズＬ２，Ｌ３を回転させて投影光学系ＰＬの回転非対称な倍率誤差を補正する場合には、投影光学系ＰＬの回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を大きくすることが可能である。また、瞳面又はその近傍に配置されたトーリックレンズＬ６，Ｌ７を回転させて投影光学系ＰＬの回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）を補正する場合には、投影光学系ＰＬの回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を大きくすることができる。
また、トーリックレンズＬ６，Ｌ７についても、トーリックレンズＬ２，Ｌ３の場合と同様の理由により、トーリックレンズＬ６及びトーリックレンズＬ７の少なくとも一方に入射する光束と光軸ＡＸとのなす角、及び、これらの少なくとも一方を通過する光束と光軸ＡＸとのなす角が３５度以下となるように設定されることが好ましく、更には２０度以下に設定されることが好ましい。
次に、本発明の他の実施様態による投影光学系について説明する。図８は、本発明の他の実施様態による投影光学系の概略構成を示す側面図である。図８に示した投影光学系ＰＬ１は、反射屈折型の投影光学系である。尚、このような投影光学系は、例えば米国特許５，８０５，３３４号公報の第５図又は特開２０００−４７１１４号公報等に開示されている。
この投影光学系ＰＬ１は、レチクルＲからの光に基づいてレチクルＲ上のパターンの中間像を形成する第一結像光学系（Ｇ１０〜Ｇ１２、ＲＦ１、ＲＦ２）と、この中間像からの光に基づいて中間像の像（最終像）をウェハ４２上の露光領域内に再結像させる第２結像光学系（Ｇ１３〜Ｇ１８）とを有し、更に、投影光学系ＰＬ１の回転非対称な倍率誤差を補正する補正光学系（Ｌ１〜Ｌ４）と、投影光学系ＰＬ１に残存する非点収差等の回転非対称な軸外収差成分を補正する補正光学系（Ｌ５〜Ｌ８）とを備える。
第一結像光学系（Ｇ１０〜Ｇ１２、ＲＦ１、ＲＦ２）は、第一の光軸ＡＸ１に沿って配置されたレンズ群Ｇ１０、このレンズ群Ｇ１０を介した光を偏向させる反射面を有する光路折り曲げ鏡ＲＦ１、第一の光軸ＡＸ１に対して所定の角度（例えば９０〜１３０度程度）で交差する第二の光軸ＡＸ２に沿って配置されたレンズ群Ｇ１１，Ｇ１２、及び凹面反射鏡ＲＦを備えている。レンズ群Ｇ１０〜Ｇ１２は、蛍石から形成されたレンズ素子を複数備えており、前述した第一〜第四手法を用いて各々のレンズ素子の結晶軸の位置関係を設定することにより、複屈折の影響を軽減するための処置が施されている。第一結像光学系（Ｇ１０〜Ｇ１２、ＲＦ１、ＲＦ２）において、光路折り曲げ鏡ＲＦ１の反射面で反射された光は、レンズ群Ｇ１１，Ｇ１２を順に介して凹面反射鏡ＲＦ２で反射され、再びレンズＧ１２，Ｇ１１を通過し、光路折り曲げ鏡ＲＦ１の別の反射面へ向かう。そして、この光路折り曲げ鏡ＲＦ１の別の反射面の近傍に、レチクルＲ上のパターンの中間像が形成される。
第二結像光学系（Ｇ１３〜Ｇ１８）は、第一の光軸ＡＸ１に沿って配置された複数のレンズ群Ｇ１３〜Ｇ１８と、コヒーレンスファクタ（σ値）を制御するための開口絞りＡＳとを有し、第一結像光学系（Ｇ１０〜Ｇ１２、ＲＦ１、ＲＦ２）によって形成された中間像からの光に基づいて、レチクルＲのパターンの二次像をウェハＷ上の露光領域内に形成する。ここで、複数のレンズ群Ｇ１３〜Ｇ１８は、レンズ群Ｇ１０〜Ｇ１２と同様に、蛍石から形成されたレンズ素子を複数備えており、前述した第一〜第四手法を用いて各々のレンズ素子の結晶軸の位置関係を設定することにより、複屈折の影響を軽減するための処置が施されている。
補正光学系（Ｌ１〜Ｌ４）は、補正レンズＬ１、トーリックレンズＬ２、トーリックレンズＬ３、及び補正レンズＬ４を備える。これらは図２に示した投影光学系ＰＬ１が備えるものと同様の構成及び機能を有する。また、補正光学系（Ｌ５〜Ｌ８）は、補正レンズＬ５、トーリックレンズＬ６、トーリックレンズＬ７、及び補正レンズＬ８を備える。これらは図２に示した投影光学系ＰＬ１が備えるものと同様の構成及び機能を有する。
従って、補正レンズＬ１及びトーリックレンズＬ２を対にするとともに、トーリックレンズＬ３及び補正レンズＬ４を対にして、これらの少なくとも一方の対を第一の光軸ＡＸ１の周りで回転させ、又は、第一の光軸ＡＸ１を横切る方向に移動させることにより、複屈折の影響による結像性能の悪化を招かずに投影光学系ＰＬ１の回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を大きくすることが可能である。
また、補正レンズＬ５及びトーリックレンズＬ６を対にするとともに、トーリックレンズＬ７及び補正レンズＬ８を対にして、これらの少なくとも一方の対を第一の光軸ＡＸ１の周りで回転させ、又は、第一の光軸ＡＸ１を横切る方向に移動させることで、複屈折の影響により結像性能を悪化させることなく、投影光学系ＰＬ１の回転非対称な倍率誤差に対する補正の寄与を小さく抑えつつ、回転非対称な軸外収差成分（例えば、非点収差）に対する補正の寄与を大きくすることができる。本実施様態では、図８に示した構成を有する反射屈折型の投影光学系に蛍石の複屈折性を有する光学材料を用いたにもかかわらず、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し、且つ、投影光学系ＰＬ１の回転非対称な倍率誤差及び回転非対称な軸外収差成分を個別に調整することができる投影光学系を実現することができる。
以上、本発明の実施様態について説明したが、本発明は上記実施様態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施様態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用可能である。また、前述した実施様態においては、光源としてＦ２レーザ光源を用いるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば波長１４６ｎｍのＫｒ２レーザ光源、波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザ光源等の真空紫外光源を用いても良い。
更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、すなわちＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、すなわちＦ２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、すなわちＦ２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては、例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
また、本発明の光学系は、上述の実施様態で説明したように、投影光学系に配置される場合のみならず、他の光学系にも適用することができる。例えば、レチクルＲに形成されたレチクルアライメントマークの光学像とウェハＷに形成されたウェハアライメントマークの光学像との少なくとも一方を、投影光学系を介して観察してレチクルＲとウェハＷとの相対位置を計測するアライメントセンサについても適用可能である。
また、図２に示した投影光学系ＰＬは、１枚のトーリックレンズ（例えば、トーリックレンズＬ２）と１枚の補正レンズ（例えば、補正レンズＬ１）とが対とされていたが、１枚のトーリックレンズに対して複数枚の補正レンズが対とされていても良く、複数枚のトーリックレンズに対して複数枚の補正レンズが対とされていても良い。但し、１枚又は複数枚のトーリックレンズと複数枚の補正レンズとの間において、前述した第一〜第四手法を用いて各々の結晶軸の相対的な位置関係が設定される必要がある。また、本発明にいう第一光学部材（例えば、トーリックレンズＬ２）と第二光学部材（例えば、補正部材Ｌ１）とは、物理的に光軸に沿って近接した位置に配置される必要は必ずしも無く、離間して配置されていても良く、更には、第一光学部材と第二光学部材との間に他の光学部材が配置されていても良い。但し、第一光学部材と第二光学部材との間における各々の結晶軸の相対的な位置関係は、第一〜第四手法で説明した関係の何れかになるように設定されることが条件となる。
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられ、デバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられ、デバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては、石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。
次に、本発明の一実施様態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施様態について説明する。図９は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図９に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、出荷される。
図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１０中、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着により形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜Ｓ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のように後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップ２７（現像ステップ）において、露光されたウェハを現像し、ステップ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施様態のマイクロデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２６）において、上記の複屈折の影響による結像性能の悪化を招くことなしに収差が極めて小さく抑えられた露光装置が用いられるため、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷ上へ忠実に転写することができる。その結果、最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施様態に係る露光装置の全体構成の概略を示す側面図である。
図２は、本発明の一実施様態に係る投影光学系の構成を示すレンズ断面図である。
図３は、蛍石の結晶軸方位を説明するための図である。
図４は、投影光学系ＰＬに設けられる蛍石レンズに対して種々の入射角で入射する光束を模式的に示す図である。
図５Ａは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図５Ｂは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図５Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図５Ｃは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図５Ｄは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図５Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図５Ｅは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図５Ａに示した配置の蛍石レンズと図５Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示している。
図５Ｆは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図６Ａは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図６Ｂは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、図６Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図６Ｃは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図６Ｄは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図６Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図６Ｅは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図６Ａに示した配置の蛍石レンズと図６Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示している。
図６Ｆは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図７Ａは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの一方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図７Ｂは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、図７Ａに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図７Ｃは、複屈折の影響を低減する第二手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズの他方の蛍石レンズの結晶軸の配置を示している。
図７Ｄは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図７Ｃに示した配置の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図７Ｅは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、図７Ａに示した配置の蛍石レンズと図７Ｃに示した配置の蛍石レンズとを組み合わせたときの結晶軸の関係を示している。
図７Ｆは、複屈折の影響を低減する第一手法を説明するための図で、一対の蛍石レンズに入射する光に対する複屈折量を示している。
図８は、本発明の他の実施様態に係る投影光学系の概略構成を示す側面図である。
図９は、マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
図１０は、半導体デバイスを製造する場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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