JP2003161882A - 投影光学系、露光装置および露光方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置および露光方法

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JP2003161882A JP2001363540A JP2001363540A JP2003161882A JP 2003161882 A JP2003161882 A JP 2003161882A JP 2001363540 A JP2001363540 A JP 2001363540A JP 2001363540 A JP2001363540 A JP 2001363540A JP 2003161882 A JP2003161882 A JP 2003161882A
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axis
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birefringence
projection optical
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Hironori Ikezawa
弘範 池沢
Yasuhiro Omura
泰弘 大村
Toshihiko Ozawa
稔彦 小澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえば蛍石のような固有複屈折を示す結晶
材料を用いても、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。 【解決手段】 結晶材料で形成された複数の結晶透過部
材と、非結晶材料で形成された非結晶透過部材とを備
え、第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）に形成する。複数
の結晶透過部材は、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（Ｌ２２）
と、結晶軸［１００］と光軸とがほぼ一致するように形
成され且つ第１群の光透過部材に対して光軸を中心とし
てほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有する第
２群の結晶透過部材（Ｌ２３）とを備えている。非結晶
透過部材（Ｌ１９）は、複数の結晶透過部材の複屈折の
影響を補償するための所定の複屈折分布を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系、露光
装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示
素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程
で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の
電子デバイス（マイクロデバイス）の微細パターンの形
成に際して、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例
拡大して描画したフォトマスク（レチクルとも呼ぶ）の
パターンを、投影露光装置を用いてウェハ等の感光性基
板（被露光基板）上に縮小露光転写する方法が用いられ
ている。この種の投影露光装置では、半導体集積回路の
微細化に対応するために、その露光波長が短波長側へシ
フトし続けている。
【０００３】現在、露光波長はＫｒＦエキシマレーザー
の２４８ｎｍが主流となっているが、より短波長のＡｒ
Ｆエキシマレーザーの１９３ｎｍも実用化段階に入りつ
つある。さらに、波長１５７ｎｍのＦ2レーザーや波長
１４６ｎｍのＫｒ2レーザー、波長１２６ｎｍのＡｒ2レ
ーザー等の、いわゆる真空紫外域と呼ばれる波長帯の光
を供給する光源を使用する投影露光装置の提案も行なわ
れている。また、投影光学系の大開口数（ＮＡ）化によ
っても高解像度化が可能であるため、露光波長の短波長
化のための開発だけでなく、より大きい開口数を有する
投影光学系の開発もなされている。
【０００４】このように波長の短い紫外域の露光光に対
しては、透過率や均一性の良好な光学材料（レンズ材
料）は限定される。ＡｒＦエキシマレーザーを光源とす
る投影光学系では、レンズ材料として合成石英ガラスも
使用可能であるが、１種類のレンズ材料では色収差の補
正を十分に行うことができないので、一部のレンズにフ
ッ化カルシウム結晶（蛍石）が用いられる。一方、Ｆ2
レーザーを光源とする投影光学系では、使用可能なレン
ズ材料は実質上フッ化カルシウム結晶（蛍石）に限定さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】最近、このように波長
の短い紫外線に対しては、立方晶系に属する結晶材料で
あるフッ化カルシウム結晶（蛍石）においても、固有複
屈折が存在することが報告されている。電子デバイスの
製造に用いられる投影光学系のような超高精度の光学系
においては、レンズ材料の複屈折に伴って生じる収差は
致命的であり、複屈折の影響を実質的に回避したレンズ
構成およびレンズ設計の採用が不可欠である。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば蛍石のような固有複屈折を示す結晶
材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることな
く良好な光学性能を有する投影光学系を提供することを
目的とする。また、本発明では、複屈折の影響を実質的
に受けることなく良好な光学性能を有する投影光学系を
用いて、高解像で高精度な投影露光を行うことのできる
露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、立方晶系に属する結晶材料
で形成された複数の結晶透過部材と、所定の非結晶材料
で形成された少なくとも１つの非結晶透過部材とを備
え、第１面の像を第２面に形成する投影光学系におい
て、前記複数の結晶透過部材は、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、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
れ且つ前記第１群の光透過部材に対して光軸を中心とし
てほぼ４５度だけ相対的に回転した位置関係を有する第
２群の光透過部材とを備え、前記少なくとも１つの非結
晶透過部材は、前記複数の結晶透過部材の複屈折の影響
を補償するための所定の複屈折分布を有することを特徴
とする投影光学系を提供する。この場合、前記所定の複
屈折分布は、周方向に進相軸がある複屈折分布であるこ
とが好ましい。
【０００８】第１発明の好ましい態様によれば、前記複
数の結晶透過部材は、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３群の光透過部材と、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且つ前記
第３群の光透過部材に対し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第４群の光透
過部材とをさらに備えている。この場合、前記所定の複
屈折分布は、周方向に進相軸がある複屈折分布または径
方向に進相軸がある複屈折分布であることが好ましい。
【０００９】本発明の第２発明では、立方晶系に属する
結晶材料で形成された複数の結晶透過部材と、所定の非
結晶材料で形成された少なくとも１つの非結晶透過部材
とを備え、第１面の像を第２面に形成する投影光学系に
おいて、前記複数の結晶透過部材は、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５群の光透過部
材と、［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、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且つ前記第６群の光透過部材に対
して光軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した
位置関係を有する第７群の光透過部材とを備え、前記少
なくとも１つの非結晶透過部材は、前記複数の結晶透過
部材の複屈折の影響を補償するための所定の複屈折分布
を有することを特徴とする投影光学系を提供する。この
場合、前記所定の複屈折分布は、径方向に進相軸がある
複屈折分布であることが好ましい。
【００１０】本発明の第３発明では、立方晶系に属する
結晶材料で形成された複数の結晶透過部材と、所定の非
結晶材料で形成された少なくとも１つの非結晶透過部材
とを備え、第１面の像を第２面に形成する投影光学系に
おいて、前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記
複数の結晶透過部材の複屈折の影響を補償するために、
光軸に関して実質的に非回転対称な複屈折分布を有する
ことを特徴とする投影光学系を提供する。
【００１１】本発明の第４発明では、立方晶系に属する
結晶材料で形成された複数の結晶透過部材と、所定の非
結晶材料で形成された少なくとも１つの非結晶透過部材
とを備え、第１面の像を第２面に形成する投影光学系に
おいて、前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記
複数の結晶透過部材の複屈折の影響を補償するための所
定の複屈折分布を有し、前記第１面の光軸上の１点から
出た光束が前記少なくとも１つの非結晶透過部材の各面
に入射するときの光束の直径をＰｎとし、前記少なくと
も１つの非結晶透過部材の有効直径をＥｎとするとき、
Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７の条件を満たすことを特徴とする投
影光学系を提供する。
【００１２】第１発明〜第４発明の好ましい態様によれ
ば、前記所定の非結晶材料は、石英またはフッ素がドー
プされた石英である。また、前記立方晶系に属する結晶
材料は、フッ化カルシウムまたはフッ化バリウムである
ことが好ましい。
【００１３】本発明の第５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４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。
【００１４】本発明の第６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４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。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、蛍石の結晶軸方位につい
て説明する図である。図１を参照すると、蛍石の結晶軸
は、立方晶系のＸＹＺ座標系に基づいて規定される。す
なわち、＋Ｘ軸に沿って結晶軸［１００］が、＋Ｙ軸に
沿って結晶軸［０１０］が、＋Ｚ軸に沿って結晶軸［０
０１］がそれぞれ規定される。
【００１６】また、ＸＺ平面において結晶軸［１００］
および結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸
［１０１］が、ＸＹ平面において結晶軸［１００］およ
び結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１
０］が、ＹＺ平面において結晶軸［０１０］および結晶
軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］が
それぞれ規定される。さらに、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋
Ｚ軸に対して等しい鋭角をなす方向に結晶軸［１１１］
が規定される。
【００１７】なお、図１では、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸および＋
Ｚ軸で規定される空間における結晶軸のみを図示してい
るが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。
前述したように、蛍石では、図１中実線で示す結晶軸
［１１１］方向、およびこれと等価な不図示の結晶軸
［−１１１］，［１−１１］，［１１−１］方向では、
複屈折がほぼ零（最小）である。
【００１８】同様に、図１中実線で示す結晶軸［１０
０］，［０１０］，［００１］方向においても、複屈折
がほぼ零（最小）である。一方、図１中破線で示す結晶
軸［１１０］，［１０１］，［０１１］，およびこれと
等価な不図示の結晶軸［−１１０］，［−１０１］，
［０１−１］方向では、複屈折が最大である。
【００１９】前述したように、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 In
ternational 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。
【００２０】この発表によれば、蛍石は、結晶軸［１１
０］，［−１１０］，［１０１］，［‐１０１］，［０
１１］，［０１−１］の６方向において、波長１５７ｎ
ｍの光に対して最大で６．５ｎｍ／ｃｍ、波長１９３ｎ
ｍの光に対して最大で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。
【００２１】Burnettらは、上述の発表において、複屈
折の影響を低減する手法を開示している。図２は、Burn
ettらの手法を説明する図であって、光線の入射角（光
線と光軸とのなす角度）に対する複屈折率の分布を示し
ている。図２では、図中破線で示す５つの同心円が１目
盛り１０度を表している。したがって、最も内側の円が
光軸に対して入射角１０度の領域を、最も外側の円が光
軸に対して入射角５０度の領域を表している。
【００２２】また、黒丸は比較的大きな屈折率を有する
複屈折のない領域を、白丸は比較的小さな屈折率を有す
る複屈折のない領域を表している。一方、太い円および
長い両矢印は複屈折のある領域における比較的大きな屈
折率の方向を、細い円および短い両矢印は複屈折のある
領域における比較的小さな屈折率の方向を表している。
以降の図３においても、上述の表記は同様である。
【００２３】Burnettらの手法では、一対の蛍石レンズ
（蛍石で形成されたレンズ）の光軸と結晶軸［１１１］
とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズ
を６０度だけ相対的に回転させる。したがって、一方の
蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図２（ａ）に示す
ようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分布
は図２（ｂ）に示すようになる。その結果、一対の蛍石
レンズ全体における複屈折率の分布は、図２（ｃ）に示
すようになる。
【００２４】この場合、図２（ａ）および（ｂ）を参照
すると、光軸と一致している結晶軸［１１１］に対応す
る領域は、比較的小さな屈折率を有する複屈折のない領
域となる。また、結晶軸［１００］，［０１０］，［０
０１］に対応する領域は、比較的大きな屈折率を有する
複屈折のない領域となる。さらに、結晶軸［１１０］，
［１０１］，［０１１］に対応する領域は、周方向の偏
光に対する屈折率が比較的小さく径方向の偏光に対する
屈折率が比較的大きい複屈折領域となる。このように、
個々の蛍石レンズでは、光軸から３５．２６度（結晶軸
［１１１］と結晶軸［１１０］とのなす角度）の領域に
おいて、複屈折の影響を最大に受けることがわかる。
【００２５】一方、図２（ｃ）を参照すると、一対の蛍
石レンズを６０度だけ相対的に回転させることにより、
一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸
［１１０］，［１０１］，［０１１］の影響が薄められ
ることがわかる。そして、光軸から３５．２６度の領域
において、径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の
偏光に対する屈折率が小さい複屈折領域が残ることにな
る。換言すれば、Burnettらの手法を用いることによ
り、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影
響をかなり低減することができる。
【００２６】本発明において提案する手法では、一対の
蛍石レンズ（一般には蛍石で形成された透過部材）の光
軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光
学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心と
して一対の蛍石レンズを約４５度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。
【００２７】図３は、本発明の手法を説明する図であっ
て、光線の入射角（光線と光軸とのなす角度）に対する
複屈折率の分布を示している。本発明の手法では、一方
の蛍石レンズにおける複屈折率の分布は図３（ａ）に示
すようになり、他方の蛍石レンズにおける複屈折率の分
布は図３（ｂ）に示すようになる。その結果、一対の蛍
石レンズ全体における複屈折率の分布は、図３（ｃ）に
示すようになる。
【００２８】図３（ａ）および（ｂ）を参照すると、本
発明の手法では、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］，［１−１
１］，［−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］，［１１
０］，［１−１０］に対応する領域は、周方向の偏光に
対する屈折率が比較的大きく径方向の偏光に対する屈折
率が比較的小さい複屈折領域となる。このように、個々
の蛍石レンズでは、光軸から４５度（結晶軸［１００］
と結晶軸［１０１］とのなす角度）の領域において、複
屈折率の影響を最大に受けることがわかる。
【００２９】一方、図３（ｃ）を参照すると、一対の蛍
石レンズを４５度だけ相対的に回転させることにより、
一対の蛍石レンズ全体では、複屈折が最大である結晶軸
［１０１］，［１０−１］，［１１０］，［１−１０］
の影響がかなり薄められ、光軸から４５度の領域におい
て径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対
する屈折率が大きい複屈折領域が残ることになる。換言
すれば、本発明の手法を用いることにより、光軸に関し
て回転対称な分布が残るが、複屈折の影響をかなり低減
することができる。
【００３０】なお、本発明の手法において、一方の蛍石
レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約４５
度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズおよ
び他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に向け
られる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［０１０］，［０
０１］，［０１１］または［０１−１］）同士の光軸を
中心とした相対的な角度が約４５度であることを意味す
る。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける結
晶軸［０１０］と、他方の蛍石レンズにおける結晶軸
［０１０］との光軸を中心とした相対的な角度が約４５
度であることを意味する。
【００３１】また、図３（ａ）および図３（ｂ）からも
明らかな通り、結晶軸［１００］を光軸とする場合に
は、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が９
０度の周期で現れる。したがって、本発明の手法におい
て、光軸を中心として約４５度だけ相対的に回転させる
ということは、光軸を中心として約４５度＋（ｎ×９０
度）だけ相対的に回転させること、すなわち４５度、１
３５度、２２５度、または３１５度・・・だけ相対的に
回転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数で
ある）。
【００３２】一方、Burnettらの手法において、一方の
蛍石レンズと他方の蛍石レンズとを光軸を中心として約
６０度だけ相対的に回転させるとは、一方の蛍石レンズ
および他方の蛍石レンズにおける光軸とは異なる方向に
向けられる所定の結晶軸（たとえば結晶軸［−１１
１］、［１１−１］、または［１−１１］）同士の光軸
を中心とした相対的な角度が約６０度であることを意味
する。具体的には、たとえば一方の蛍石レンズにおける
結晶軸［−１１１］と、他方の蛍石レンズにおける結晶
軸［−１１１］との光軸を中心とした相対的な角度が約
６０度であることを意味する。
【００３３】また、図２（ａ）および図２（ｂ）からも
明らかな通り、結晶軸［１１１］を光軸とする場合に
は、光軸を中心とした複屈折の影響の回転非対称性が１
２０度の周期で現れる。したがって、Burnettらの手法
において、光軸を中心として約６０度だけ相対的に回転
させるということは、光軸を中心として約６０度＋（ｎ
×１２０度）だけ相対的に回転させること、すなわち６
０度、１８０度、または３００度・・・だけ相対的に回
転させることと同じ意味である（ここで、ｎは整数であ
る）。
【００３４】上述の説明の通り、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度だけ相対的に回転させる
ことにより、あるいは一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸
［１００］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の
蛍石レンズを４５度だけ相対的に回転させることによ
り、光軸に関して回転対称な分布が残るが、複屈折の影
響をかなり低減することができる。
【００３５】ここで、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸
［１１１］とを一致させて６０度相対回転させたときに
残存する回転対称な分布と、一対の蛍石レンズの光軸と
結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させた
ときに残存する回転対称な分布とは逆向きである。換言
すれば、光軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度
相対回転させた一対の蛍石レンズ（以下、「結晶軸［１
１１］のペアレンズ」という）における進相軸と、結晶
軸［１００］とを一致させて４５度相対回転させた一対
の蛍石レンズ（以下、「結晶軸［１００］のペアレン
ズ」という）における進相軸とは直交する。
【００３６】さらに別の表現をすれば、一対の蛍石レン
ズの光軸と結晶軸［１００］とを一致させて４５度相対
回転させた結晶軸［１００］のペアレンズでは径方向に
進相軸がある複屈折分布が残り、一対の蛍石レンズの光
軸と結晶軸［１１１］とを一致させて６０度相対回転さ
せた結晶軸［１１１］のペアレンズでは周方向に進相軸
がある複屈折分布が残る。なお、試料に複屈折が存在す
る場合、屈折率の差により当該試料を通過する振動面
（偏光面）の直交した２つの直線偏光の光の位相が変化
する。すなわち一方の偏光に対して他方の偏光の位相が
進んだり遅れたりすることになるが、位相が進む方の偏
光方向を進相軸と呼び、位相が遅れる方の偏光方向を遅
相軸と呼ぶ。
【００３７】ところで、たとえば石英またはフッ素がド
ープされた石英（以下、「改質石英」と称する）のよう
な非結晶材料で形成された非結晶レンズ（一般には非結
晶透過部材）の場合、その理想的な状態では複屈折性が
発生しない。しかしながら、石英または改質石英では、
不純物が混入した場合や、高温で形成された石英を冷却
する際に温度分布が生じた場合には、内部応力による複
屈折性が現れる。
【００３８】したがって、インゴットに混入させる不純
物の量や種類、または熱履歴を調整することにより、石
英または改質石英に所望の複屈折分布を発生させること
ができる。換言すれば、製造時における不純物、熱履歴
による密度分布のうちの少なくとも一方を調整すること
により、光軸に関して回転対称な所望の複屈折分布また
は非回転対称な所望の複屈折分布を非結晶レンズに付与
することができる。
【００３９】なお、不純物としては、ＯＨ、Ｃｌ、金属
不純物、溶存ガスが挙げられ、ダイレクト法(Direct Me
thod)の場合は、数百ｐｐｍ以上含有されるＯＨ、次い
で数十ｐｐｍ含有されるＣｌが混入量から支配的である
と考えられる。この不純物がインゴットに混入した場合
には材料の熱膨張率が変化するので、例えばアニール後
に冷却する場合には、不純物が混入した部分の縮み方が
大きくなり、この縮み方の差による内部応力が発生し、
応力複屈折が生じる。また、熱履歴に関しては、上記ダ
イレクト法、ＶＡＤ(vapor axial deposition)法、ゾル
ゲル(sol-gel)法、プラズマバーナ(plasma burner)法な
どの製造方法によらずに存在する。
【００４０】本発明の投影光学系は、たとえば蛍石のよ
うな立方晶系に属する結晶材料で形成された複数の結晶
透過部材（蛍石レンズなど）と、たとえば石英や改質石
英のような非結晶材料で形成された少なくとも１つの非
結晶透過部材（石英レンズ、改質石英レンズなど）とを
備え、第１面の像を第２面に形成する。すなわち、本発
明の投影光学系は、露光装置に適用された場合、第１面
に設定されたマスク（レチクル）のパターン像を第２面
に設定された感光性基板（ウェハなど）に形成する。
【００４１】第１発明では、複数の結晶透過部材は、結
晶軸［１００］のペアレンズ（第１群の光透過部材およ
び第２群の光透過部材）を備えている。また、非結晶透
過部材は、複数の結晶透過部材の複屈折の影響を補償す
るための所定の複屈折分布を有する。上述したように、
結晶軸［１００］のペアレンズを導入すると、複屈折の
影響をかなり低減することができるが、径方向に進相軸
がある複屈折分布が残る。したがって、投影光学系にお
いて、結晶軸［１００］のペアレンズの作用により径方
向に進相軸がある複屈折分布が残っている場合には、周
方向に進相軸がある複屈折分布を非結晶透過部材に付与
することによって、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。
【００４２】なお、第１発明では、複数の結晶透過部材
に結晶軸［１１１］のペアレンズ（第３群の光透過部材
および第４群の光透過部材）を追加すると、結晶軸［１
００］のペアレンズと結晶軸［１１１］のペアレンズと
を組み合わせることにより、残存する回転対称な分布を
小さく抑えることができる。
【００４３】この場合、投影光学系において、結晶軸
［１００］のペアレンズの作用が支配的であって、径方
向に進相軸がある複屈折分布が残っている場合には、周
方向に進相軸がある複屈折分布を非結晶透過部材に付与
することによって、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。逆に、結
晶軸［１１１］のペアレンズの作用が支配的であって、
周方向に進相軸がある複屈折分布が残っている場合に
は、径方向に進相軸がある複屈折分布を非結晶透過部材
に付与することによって、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。
【００４４】第２発明では、複数の結晶透過部材は、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
た結晶軸［１００］レンズ（第５群の光透過部材）と、
結晶軸［１１１］のペアレンズ（第６群の光透過部材お
よび第７群の光透過部材）とを備えている。また、非結
晶透過部材は、複数の結晶透過部材の複屈折の影響を補
償するための所定の複屈折分布を有する。
【００４５】上述したように、結晶軸［１１１］のペア
レンズを導入すると、複屈折の影響をかなり低減するこ
とができるが、周方向に進相軸がある複屈折分布が残
る。一方、結晶軸［１００］レンズ（ペアレンズではな
い）を導入すると、図３（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、４回回転対称で且つ全体的に径方向に進相軸がある
複屈折分布が残る。その結果、第２発明の投影光学系に
は、結晶軸［１１１］のペアレンズの作用が支配的にな
って、周方向に進相軸がある複屈折分布が残ることにな
る。
【００４６】したがって、第２発明の投影光学系では、
径方向に進相軸がある複屈折分布を非結晶透過部材に付
与することによって、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、
結晶軸［１００］レンズの作用により４回回転対称な４
θ成分が発生することになるが、リソグラフィでは奇数
θ成分とは異なり偶数θ成分はレジスト像に悪影響を及
ぼすことが実質的にない。
【００４７】なお、後述の実施形態において具体的に示
すように、像面（第２面）における複数の結晶透過部材
の複屈折の影響は、必ずしも光軸に関して回転対称には
ならない（図９（ａ）〜（ｃ）を参照）。換言すれば、
複数の結晶透過部材の複屈折による収差には、像高によ
る面内分布が発生することがある。第３発明では、光軸
に関して実質的に非回転対称な複屈折分布を非結晶透過
部材に付与することによって、複数の結晶透過部材の複
屈折の影響を補償し、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。
【００４８】また、第４発明では、所定の複屈折分布が
付与された非結晶透過部材が、その入射面および射出面
の双方において次の条件式（１）を満足する。 Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７ （１）
【００４９】ここで、Ｅｎは、非結晶透過部材の有効直
径（すなわち露光装置の場合には露光エリア全体から出
た光束が非結晶透過部材の各面に入射したときの光束に
外接する円の直径）である。また、Ｐｎは、物体面（第
１面）の光軸上の１点から出た光束が非結晶透過部材の
各面に入射するときの光束の直径（以下、「部分径」と
いう）である。
【００５０】複数の結晶透過部材の複屈折による収差の
像面内分布を補正するには、所定の複屈折分布が付与さ
れた非結晶透過部材が投影光学系の瞳面から離れている
こと、すなわち非結晶透過部材が物体面または像面（第
２面）の近傍に配置されていることが必要である。第４
発明では、入射面および射出面の双方において条件式
（１）を満足することにより、所定の複屈折分布が付与
された非結晶透過部材が物体面または像面の近傍に配置
されることになり、複数の結晶透過部材の複屈折の影響
を補償し、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。
【００５１】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図４は、本発明の実施形態にかかる投影光学
系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。な
お、図４において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図４の紙面に平
行にＹ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図４の紙面
に垂直にＸ軸を設定している。
【００５２】図４に示す露光装置は、紫外領域の照明光
を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＡｒＦエキ
シマレーザー光源（波長１９３ｎｍ）を備えている。光
源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、
所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを照
明する。なお、光源ＬＳと照明光学系ＩＬとの間の光路
はケーシング（不図示）で密封されており、光源ＬＳか
ら照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの
空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガス
や窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいは
ほぼ真空状態に保持されている。
【００５３】レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介し
て、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に
保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが
形成されており、たとえばパターン領域全体のうちＸ方
向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する
矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージ
ＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル
面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能で
あり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉
計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構
成されている。
【００５４】レチクルＲに形成されたパターンからの光
は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハ
Ｗ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウ
ェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハス
テージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されてい
る。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学
的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長
辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光
領域にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳ
は、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すな
わちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、そ
の位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦに
よって計測され且つ位置制御されるように構成されてい
る。
【００５５】また、図示の露光装置では、投影光学系Ｐ
Ｌを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置され
た光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間
で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成さ
れ、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素
などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真
空状態に保持されている。
【００５６】さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬ
との間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステ
ージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレ
チクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不
図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが
充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されて
いる。
【００５７】また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の
狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなど
が配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷ
Ｓなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒
素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されている
か、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このよう
に、光源ＬＳからウェハＷまでの光路の全体に亘って、
露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成さ
れている。
【００５８】上述したように、投影光学系ＰＬによって
規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の
露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｙ方向に沿って
短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および
干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよ
びウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域
および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチ
クルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいては
レチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させる
ことにより、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅
を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを
有する領域に対してレチクルパターンが走査露光され
る。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平
面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一
括露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはレ
チクルＲのパターンが逐次露光される。
【００５９】以下、具体的な数値例に基づいて、本実施
形態の投影光学系ＰＬを説明する。本実施形態では、投
影光学系ＰＬを構成する透過部材（屈折光学部材：レン
ズ成分）は、蛍石（ＣａＦ2結晶）または石英で形成さ
れている。また、ＡｒＦエキシマレーザー光の波長は１
９３ｎｍであり、この露光光に対する蛍石の屈折率は
１．５０１４５４８であり、石英の屈折率は１．５６０
３２６１である。
【００６０】また、非球面は、光軸に垂直な方向の高さ
をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにお
ける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）
をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、
ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）
で表される。後述の表（１）において、非球面形状に形
成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付してい
る。
【００６１】
【数１】 ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］ ＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10 ＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14 （ａ）
【００６２】図５は、本実施形態にかかる投影光学系の
レンズ構成を示す図である。本実施形態の投影光学系Ｐ
Ｌは、図５に示すように、レチクル側から順に、ウェハ
側に非球面状の凹面を向けた平凹レンズＬ１と、ウェハ
側に平面を向けた平凹レンズＬ２と、レチクル側に平面
を向けた平凸レンズＬ３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Ｌ４と、両凸レンズＬ５
と、両凸レンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ７と、ウェハ側に平面を向けた平凸レ
ンズＬ８と、レチクル側に平面を向けた平凹レンズＬ９
と、両凹レンズＬ１０と、ウェハ側に平面を向けた平凹
レンズＬ１１と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた両
凹レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、ウェハ側に非
球面状の凹面を向けた両凹レンズＬ１４と、両凸レンズ
Ｌ１５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズＬ１６と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレ
ンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９
と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２
０と、ウェハ側に非球面状の凹面を向けた正メニスカス
レンズＬ２１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカ
スレンズＬ２２と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ
Ｌ２３とから構成されている。
【００６３】投影光学系ＰＬを構成するレンズＬ１〜Ｌ
２３のうち、Ｌ３，Ｌ８，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ２２およ
びＬ２３は蛍石で形成された蛍石レンズであり、レンズ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４〜Ｌ７，Ｌ９〜Ｌ１２，Ｌ１４，Ｌ１
６〜Ｌ２１は石英で形成された石英レンズである。そし
て、石英レンズＬ１９は、所定の複屈折分布が付与され
るべき非結晶透過部材を構成している。
【００６４】次の表（１）に、本実施形態にかかる投影
光学系の諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元におい
て、λは露光光の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側
（ウェハ側）開口数を、Ｙは像高（イメージフィールド
半径）をそれぞれ表している。また、表（１）の光学部
材諸元において、面番号はレチクル側からの面の順序
を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半
径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍ
ｍ）を、ｎは露光光に対する屈折率を、Ｅｎは各面の有
効直径（ｍｍ）を、Ｐｎは各面の部分径（すなわち物体
面の光軸上の１点から出た光束が各面に入射するときの
光束の直径：ｍｍ）を、Ｐｎ／Ｅｎは有効直径に対する
部分径の比をそれぞれ示している。
【００６５】
【表１】 （主要諸元） λ＝１９３ｎｍ β＝−０．２５ ＮＡ＝０．８５ Ｙ＝１２．１ｍｍ （光学部材諸元） 面番号 ｒ ｄ ｎ Ｅｎ Ｐｎ Pn/En （レチクル面） 51.239 1 ∞ 25.713 1.5603261 119.1 22.3 0.19 （Ｌ１） 2* 212.184 35.411 128.4 29.5 0.23 3 -103.137 37.006 1.5603261 131.2 46.3 0.35 （Ｌ２） 4 ∞ 1.500 192.4 66.1 0.34 5 ∞ 47.000 1.5014548 195.4 67.3 0.34 （Ｌ３） 6 -183.264 1.000 210.2 88.9 0.42 7* -1577.700 39.307 1.5603261 236.3 91.9 0.39 （Ｌ４） 8 -337.812 1.000 249.6 104.7 0.42 9 562.286 40.593 1.5603261 272.6 107.6 0.39 （Ｌ５） 10 -730.269 9.069 274.2 113.7 0.41 11 351.942 42.024 1.5603261 275.4 116.5 0.42 （Ｌ６） 12 -2955.500 1.000 272.4 116.2 0.43 13 364.373 39.329 1.5603261 258.2 116.0 0.45 （Ｌ７） 14 2256.734 1.000 246.9 111.1 0.45 15 193.967 48.000 1.5014548 218.5 109.6 0.50 （Ｌ８） 16 ∞ 2.000 203.4 96.7 0.48 17 ∞ 40.000 1.5603261 199.5 95.8 0.48 （Ｌ９） 18 149.595 33.261 141.6 81.7 0.58 19 -234.916 14.000 1.5603261 136.5 77.7 0.57 （Ｌ１０） 20 123.373 41.540 123.9 78.1 0.63 21 -298.867 43.000 1.5603261 126.7 91.4 0.72 （Ｌ１１） 22 ∞ 22.620 139.3 109.2 0.78 23 -141.424 23.205 1.5603261 140.9 115.5 0.82 （Ｌ１２） 24* 2999.500 3.103 169.9 141.7 0.83 25 2240.569 41.586 1.5014548 173.0 145.5 0.84 （Ｌ１３） 26 -172.475 1.000 182.8 161.2 0.88 27 -1401.661 41.000 1.5603261 194.0 172.7 0.89 （Ｌ１４） 28* 414.116 14.198 215.9 198.5 0.92 29 935.988 50.000 1.5014548 219.1 205.8 0.94 （Ｌ１５） 30 -232.953 1.000 228.4 218.5 0.96 31 254.204 40.000 1.5603261 260.6 256.0 0.98 （Ｌ１６） 32 330.964 47.394 256.2 253.4 0.99 33 655.780 30.000 1.5603261 266.1 266.1 1.00 （Ｌ１７） 34 287.989 12.313 270.2 269.6 1.00 35 393.731 50.000 1.5603261 273.2 272.2 1.00 （Ｌ１８） 36 -655.215 22.490 276.0 274.5 0.99 37 2633.133 50.000 1.5603261 284.0 278.0 0.98 （Ｌ１９） 38 -339.998 3.810 285.3 278.2 0.98 39 185.000 46.380 1.5603261 250.8 237.9 0.95 （Ｌ２０） 40 483.174 1.000 240.0 223.5 0.93 41 148.000 52.000 1.5603261 208.7 194.9 0.93 （Ｌ２１） 42* 196.741 5.000 171.3 153.8 0.90 43 136.419 47.655 1.5014548 153.4 137.8 0.90 （Ｌ２２） 44 332.239 6.251 107.8 87.9 0.82 45 2734.387 35.000 1.5014548 100.7 76.7 0.76 （Ｌ２３） 46 ∞ 9.000 53.2 29.0 0.55 （ウェハ面） （非球面データ） ２面 κ＝１．００００００ Ｃ4＝−１．３３７２１×１０-7 Ｃ6＝４．５７１０２×１０-12 Ｃ8＝−２．５７７４１×１０-16 Ｃ10＝３．５９６９７×１０-20 Ｃ12＝−５．６１７００×１０-24 Ｃ14＝４．４２０６７×１０-28 ７面 κ＝１．００００００ Ｃ4＝−４．１１８４０×１０-9 Ｃ6＝−２．１９０８２×１０-14 Ｃ8＝５．５５２３７×１０-21 Ｃ10＝２．２６８１１×１０-23 Ｃ12＝−１．７１８０５×１０-27 Ｃ14＝２．９５２２９×１０-32 ２４面 κ＝１．００００００ Ｃ4＝３．１７１３６×１０-8 Ｃ6＝−１．１９７３２×１０-12 Ｃ8＝−７．０５２４１×１０-17 Ｃ10＝３．４９８４２×１０-21 Ｃ12＝４．６２６４３×１０-26 Ｃ14＝−２．７８１３４×１０-30 ２８面 κ＝１．００００００ Ｃ4＝３．１６５５６×１０-8 Ｃ6＝−２．５５３４４×１０-13 Ｃ8＝−１．６９５２４×１０-18 Ｃ10＝６．４５３７９×１０-23 Ｃ12＝１．１１２８１×１０-26 Ｃ14＝−５．３３６２６×１０-31 ４２面 κ＝１．００００００ Ｃ4＝−２．４９３１８×１０-8 Ｃ6＝１．１４０４２×１０-13 Ｃ8＝４．６８１４２×１０-18 Ｃ10＝−８．５３５３７×１０-22 Ｃ12＝−３．１６５６２×１０-26 Ｃ14＝９．４１４３８×１０-31
【００６６】以下、本実施形態のさらに詳細な説明に先
立って、第１比較例〜第３比較例を説明する。次の表
（２）に、第１比較例における各蛍石レンズの結晶軸の
設定状態を示す。表（２）において、Ａは各蛍石レンズ
を、Ｂは各蛍石レンズの光軸と一致する結晶軸を、Ｃは
結晶軸Ｂ以外の特定結晶軸の角度位置をそれぞれ示して
いる。
【００６７】なお、角度位置Ｃは、結晶軸Ｂが結晶軸
［１１１］であるとき、たとえば結晶軸［−１１１］の
基準方位に対する角度であり、結晶軸Ｂが結晶軸［１０
０］であるとき、たとえば結晶軸［０１０］の基準方位
に対する角度である。ここで、基準方位とは、たとえば
レチクル面において光軸ＡＸを通るように任意に設定さ
れた方位である。
【００６８】したがって、たとえば（Ｂ，Ｃ）＝（１０
０，０）は、光軸と結晶軸［１００］とが一致する蛍石
レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基準方位に沿
って配置されていることを意味する。また、（Ｂ，Ｃ）
＝（１００，４５）は、光軸と結晶軸［１００］とが一
致する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［０１０］が基
準方位に対して４５度をなすように配置されていること
を意味する。すなわち、（Ｂ，Ｃ）＝（１００，０）の
蛍石レンズと（Ｂ，Ｃ）＝（１００，４５）の蛍石レン
ズとは、結晶軸［１００］のレンズペアを構成している
ことになる。
【００６９】また、たとえば（Ｂ，Ｃ）＝（１１１，
０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致する蛍石レン
ズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基準方位に沿っ
て配置されていることを意味する。また、（Ｂ，Ｃ）＝
（１１１，６０）は、光軸と結晶軸［１１１］とが一致
する蛍石レンズにおいて、その結晶軸［−１１１］が基
準方位に対して６０度をなすように配置されていること
を意味する。すなわち、（Ｂ，Ｃ）＝（１１１，０）の
蛍石レンズと（Ｂ，Ｃ）＝（１１１，６０）の蛍石レン
ズとは、結晶軸［１１１］のレンズペアを構成している
ことになる。
【００７０】なお、上述の角度位置Ｃの説明において、
基準方位の設定はすべてのレンズに対して共通である必
要はなく、たとえば各レンズペアの単位で共通であれば
よい。また、基準方位に対する角度計測の対象となる特
定結晶軸は、結晶軸［１００］のレンズペアの場合に結
晶軸［０１０］に限定されることなく、結晶軸［１１
１］のレンズペアの場合に結晶軸［−１１１］に限定さ
れることなく、たとえば各レンズペアの単位で適当に設
定可能である。表（２）における表記は、以降の表
（３）〜（５）においても同様である。
【００７１】
【表２】
【００７２】表（２）を参照すると、第１比較例では、
すべての蛍石レンズＬ３，Ｌ８，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ２
２およびＬ２３において、結晶軸［１１１］が光軸と一
致するように設定され、且つ光軸を中心として互いに同
じ回転位置関係を有するように設定されている。しかし
ながら、石英レンズＬ１９には、複屈折分布が付与され
ていない。
【００７３】図６は、第１比較例における点像強度分布
（ＰＳＦ：point spread function）を示す図である。
図６において、（ａ）は投影視野の中心（光軸ＡＸの位
置）に形成される点像における強度分布を、（ｂ）は投
影視野の周辺の一端（図５の紙面の下側）に形成される
点像における強度分布を、（ｃ）は投影視野の周辺の他
端（図５の紙面の上側）に形成される点像における強度
分布をそれぞれ示している。
【００７４】なお、各点像強度分布では、理想結像にお
ける光強度を１００％とし、１％〜９％までを１％ピッ
チで、１０％〜９０％までを１０％ピッチで、点像の光
強度分布が等高線状に表現されている。したがって、最
も外側の等高線は理想結像における光強度の１％の光強
度に対応し、最も内側の等高線は理想結像における光強
度の９０％の光強度に対応している。なお、図６におけ
る表記は、以降の図７〜図９においても同様である。
【００７５】第１比較例では、投影視野の中心に形成さ
れる点像における最大光強度が９５．１８％であり、投
影視野の周辺の一端に形成される点像における最大光強
度が９５．１９％であり、投影視野の周辺の他端に形成
される点像における最大光強度が９５．６１％である。
すなわち、第１比較例では、すべての蛍石レンズにおい
て結晶軸［１１１］が光軸と一致するように設定されて
いるので、その複屈折の影響により投影光学系の結像性
能が低下していることがわかる。
【００７６】また、図６を参照すると、すべての蛍石レ
ンズにおいて結晶軸［１１１］が光軸と一致するように
設定されているので、図２（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに３回回転対称の複屈折分布が残り易く、投影視野の
中心から周辺に亘って点像の光強度分布が全体的に三角
形状になっている。その結果、第１比較例の投影光学系
を介して露光を行うと、感光性基板（ウェハ）上におい
て直交する二方向に沿ってパターンの線幅が実質的に異
なることになり、良好な線幅均一性を確保することがで
きない。
【００７７】次の表（３）に、第２比較例における各蛍
石レンズの結晶軸の設定状態を示す。また、図７は、第
２比較例における点像強度分布を示す図である。
【００７８】
【表３】
【００７９】表（３）を参照すると、第２比較例では、
すべて蛍石レンズにおいて結晶軸［１１１］が光軸と一
致するように設定され、蛍石レンズＬ３，Ｌ８，Ｌ１３
およびＬ２２と蛍石レンズＬ１５およびＬ２３とは光軸
を中心として６０度だけ相対的に回転した位置関係を有
するように設定されている。すなわち、蛍石レンズＬ
３，Ｌ８，Ｌ１３およびＬ２２と、蛍石レンズＬ１５お
よびＬ２３とは、結晶軸［１１１］のレンズペアを構成
している。しかしながら、第１比較例と同様に、石英レ
ンズＬ１９には、複屈折分布が付与されていない。
【００８０】第２比較例では、投影視野の中心に形成さ
れる点像における最大光強度が９６．２４％であり、投
影視野の周辺の一端に形成される点像における最大光強
度が９６．８１％であり、投影視野の周辺の他端に形成
される点像における最大光強度が９６．８２％である。
すなわち、第２比較例では、結晶軸［１１１］のレンズ
ペアの作用により、複屈折の影響が低減され、第１比較
例に比して投影光学系の結像性能が向上していることが
わかる。
【００８１】また、図７を参照すると、結晶軸［１１
１］のレンズペアの作用により、３回回転対称の複屈折
分布の傾向が低減され、投影視野の中心から周辺に亘っ
て点像の光強度分布が第１比較例に比して全体的に円形
状に近くなっている。その結果、第２比較例では、第１
比較例に比して投影光学系の線幅均一性が向上している
ことがわかる。
【００８２】次の表（４）に、第３比較例における各蛍
石レンズの結晶軸の設定状態を示す。また、図８は、第
３比較例における点像強度分布を示す図である。
【００８３】
【表４】
【００８４】表（４）を参照すると、第３比較例では、
蛍石レンズＬ３，Ｌ８，Ｌ１３およびＬ１５において結
晶軸［１１１］が光軸と一致するように設定され、蛍石
レンズＬ３，Ｌ８およびＬ１５と蛍石レンズＬ１３とは
光軸を中心として６０度だけ相対的に回転した位置関係
を有するように設定されている。すなわち、蛍石レンズ
Ｌ３，Ｌ８およびＬ１５と、蛍石レンズＬ１３とは、結
晶軸［１１１］のレンズペアを構成している。
【００８５】また、蛍石レンズＬ２２およびＬ２３にお
いて結晶軸［１００］が光軸と一致するように設定さ
れ、蛍石レンズＬ２２とＬ２３とは光軸を中心として４
５度だけ相対的に回転した位置関係を有するように設定
されている。すなわち、蛍石レンズＬ２２と蛍石レンズ
Ｌ２３とは、結晶軸［１００］のレンズペアを構成して
いる。しかしながら、第１比較例および第２比較例と同
様に、石英レンズＬ１９には、複屈折分布が付与されて
いない。
【００８６】第３比較例では、投影視野の中心に形成さ
れる点像における最大光強度が９７．９２％であり、投
影視野の周辺の一端に形成される点像における最大光強
度が９７．２９％であり、投影視野の周辺の他端に形成
される点像における最大光強度が９７．３１％である。
すなわち、第３比較例では、結晶軸［１１１］のレンズ
ペアと結晶軸［１００］のレンズペアとの組み合わせ作
用により、複屈折の影響がさらに低減され、第２比較例
に比して投影光学系の結像性能が向上していることがわ
かる。
【００８７】また、図８を参照すると、結晶軸［１１
１］のレンズペアと結晶軸［１００］のレンズペアとの
組み合わせ作用により、３回回転対称の複屈折分布の傾
向が実質的に消え、投影視野の中心から周辺に亘って点
像の光強度分布が第２比較例に比して全体的にさらに円
形状に近くなっている。その結果、第３比較例では、第
２比較例に比して投影光学系の線幅均一性が向上してい
ることがわかる。
【００８８】次の表（５）に、本実施形態における各蛍
石レンズの結晶軸の設定状態を示す。また、図９は、本
実施形態における点像強度分布を示す図である。
【００８９】
【表５】
【００９０】表（５）を参照すると、本実施形態では、
第３比較例と同様に、蛍石レンズＬ３，Ｌ８およびＬ１
５と蛍石レンズＬ１３とが結晶軸［１１１］のレンズペ
アを構成し、蛍石レンズＬ２２と蛍石レンズＬ２３とが
結晶軸［１００］のレンズペアを構成している。しかし
ながら、第１比較例〜第３比較例とは異なり、石英レン
ズＬ１９には、所定の複屈折分布が付与されている。
【００９１】具体的には、露光光（１９３ｎｍ）に対し
て周辺で−３．８ｎｍ／ｃｍの複屈折量（歪み量）を有
し、中心で０ｎｍ／ｃｍの複屈折量を有し、中心から周
辺にかけて二次関数分布にしたがって変化するような複
屈折分布、すなわち光軸に関して回転対称で周方向に進
相軸がある複屈折分布を石英レンズＬ１９に付与してい
る。これは、第３比較例において結晶軸［１００］のペ
アレンズの作用が支配的であって、径方向に進相軸があ
る複屈折分布が残っているので、石英レンズＬ１９の周
方向に進相軸がある複屈折分布によって相殺するためで
ある。
【００９２】本実施形態では、投影視野の中心に形成さ
れる点像における最大光強度が９９．７８％であり、投
影視野の周辺の一端に形成される点像における最大光強
度が９９．５７％であり、投影視野の周辺の他端に形成
される点像における最大光強度が９９．５５％である。
すなわち、本実施形態では、結晶軸［１１１］のレンズ
ペアと結晶軸［１００］のレンズペアとの組み合わせ作
用および石英レンズＬ１９の複屈折分布による補償作用
により、複屈折の影響が非常に良好に低減され、第３比
較例に比して投影光学系の結像性能が著しく向上してい
ることがわかる。
【００９３】また、図９を参照すると、結晶軸［１１
１］のレンズペアと結晶軸［１００］のレンズペアとの
組み合わせ作用および石英レンズＬ１９の複屈折分布に
よる補償作用により、投影視野の中心から周辺に亘って
点像の光強度分布が全体的にほぼ円形状になっている。
その結果、本実施形態では、第３比較例に比して投影光
学系の線幅均一性が著しく向上していることがわかる。
【００９４】なお、本実施形態では、石英の原料となる
Ｓｉ化合物ガス（Ｓｉ化合物ガスを送り出すために
Ｏ2、Ｈ2等のキャリアガスが用いられる）と、加熱のた
めの燃焼ガス（Ｏ2ガスとＨ2ガス）とをバーナーから流
出し、火炎内で石英を堆積させる火炎加水分解法を用い
て石英の合成を行って、インゴットを得る。その後、イ
ンゴットを切り出してディスク材を得て、このディスク
材のアニール（又は徐冷）を行う。
【００９５】そして、本実施形態では、石英からなる屈
折部材（すなわち石英レンズＬ１９）の複屈折分布が所
望の複屈折分布となるように、石英の合成時の合成条件
と、アニール時の熱履歴条件とを調整している。このと
き、合成条件のパラメータとしては、バーナー構造、ガ
ス流量、排気流量、ターゲットの揺動パターン等が挙げ
られる。なお、このような合成条件やアニール条件は、
試行錯誤的に求めても良いし、経験則を用いて決定して
も良い。なお、石英レンズＬ１９に所望の複屈折分布を
付与する方法の詳細については、たとえば特願２００１
−２０８８３７号明細書および図面を参照することがで
きる。
【００９６】なお、上述の本実施形態（および各比較
例）では、蛍石の固有複屈折の値として、２００１年７
月１８日に開かれたリソグラフィに関するシンポジュウ
ム(International-SEMATECH Calcium Fluoride Birefri
ngence Workshop)において、米国ＮＩＳＴ(National In
stitute of Standards and Technology)の John H. Bur
nett らによって発表された値を用いている。
【００９７】また、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（Ｂ
ａＦ 2）、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（Ｂ
ａＦ2 ）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。
【００９８】上述の実施形態の露光装置では、照明装置
によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投
影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターン
を感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイ
クロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本
実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ
等に所定の回路パターンを形成することによって、マイ
クロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の
一例につき図１０のフローチャートを参照して説明す
る。
【００９９】先ず、図１０のステップ３０１において、
１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０
３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上
のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロッ
トのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェ
ハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３
０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパタ
ーンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マ
スク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ
上の各ショット領域に形成される。
【０１００】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３０
１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、そ
の金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッ
チングの各工程を行っているが、これらの工程に先立っ
て、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコ
ンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エ
ッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもな
い。
【０１０１】また、本実施形態の露光装置では、プレー
ト（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、
電極パターン等）を形成することによって、マイクロデ
バイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以
下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手
法の一例につき説明する。図１１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。
【０１０２】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４
０２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４
０１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。
【０１０３】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。
【０１０４】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、上述の実
施形態では、１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキ
シマ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１５７ｎｍの波長光を供給するＦ2 レ
ーザー光源や、２４８ｎｍの波長光を供給するＫｒＦエ
キシマレーザー光源などを用いることもできる。なお、
露光光としてたとえば１５７ｎｍの波長光を供給するＦ
2レーザー光源などの真空紫外光を用いる場合には、非
結晶透過部材を形成する非結晶材料として、真空紫外光
に対して透過性を有する改質石英（たとえばフッ素がド
ープされた石英）を用いることが好ましい。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、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
も、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。した
がって、本発明では、複屈折の影響を実質的に受けるこ
となく良好な光学性能を有する本発明の投影光学系を用
いた露光装置および露光方法において、高解像で高精度
な投影露光を行うことができる。また、本発明の投影光
学系を搭載した露光装置を用いて、高解像な投影光学系
を介した高精度な投影露光により、良好なマイクロデバ
イスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍石の結晶軸方位について説明する図である。
【図２】Burnettらの手法を説明する図であって、光線
の入射角に対する複屈折率の分布を示している。
【図３】本発明の手法を説明する図であって、光線の入
射角に対する複屈折率の分布を示している。
【図４】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた
露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を
示す図である。
【図６】第１比較例における点像強度分布を示す図であ
る。
【図７】第２比較例における点像強度分布を示す図であ
る。
【図８】第３比較例における点像強度分布を示す図であ
る。
【図９】本実施形態における点像強度分布を示す図であ
る。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを
得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＬＳ 光源 ＩＬ 照明光学系 Ｒ レチクル ＲＳ レチクルステージ ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウェハ ＷＳ ウェハステージ Ｌ１〜Ｌ２３ レンズ成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 稔彦 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H087 KA21 LA01 NA00 NA02 NA04 NA09 PA15 PA17 PB20 QA01 QA05 QA18 QA22 QA25 QA33 QA41 QA45 RA05 RA12 RA13 UA03 UA04 2H097 CA13 GB01 LA10 5F046 BA04 CB12 CB25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 立方晶系に属する結晶材料で形成された
    複数の結晶透過部材と、所定の非結晶材料で形成された
    少なくとも１つの非結晶透過部材とを備え、第１面の像
    を第２面に形成する投影光学系において、 前記複数の結晶透過部材は、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、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且つ
    前記第１群の光透過部材に対し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第２群の
    光透過部材とを備え、 前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記複数の結
    晶透過部材の複屈折の影響を補償するための所定の複屈
    折分布を有することを特徴とする投影光学系。
  2. 【請求項２】 前記所定の複屈折分布は、周方向に進相
    軸がある複屈折分布であることを特徴とする請求項１に
    記載の投影光学系。
  3. 【請求項３】 前記複数の結晶透過部材は、結晶軸［１
    １１］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３群の光
    透過部材と、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１１
    １］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致するよ
    うに形成され且つ前記第３群の光透過部材に対して光軸
    を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関係
    を有する第４群の光透過部材とをさらに備えていること
    を特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
  4. 【請求項４】 前記所定の複屈折分布は、周方向に進相
    軸がある複屈折分布または径方向に進相軸がある複屈折
    分布であることを特徴とする請求項３に記載の投影光学
    系。
  5. 【請求項５】 立方晶系に属する結晶材料で形成された
    複数の結晶透過部材と、所定の非結晶材料で形成された
    少なくとも１つの非結晶透過部材とを備え、第１面の像
    を第２面に形成する投影光学系において、 前記複数の結晶透過部材は、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５群の光透過部材と、
    ［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、結晶軸［１１１］または該結晶軸［１
    １１］と光学的に等価な結晶軸と光軸とがほぼ一致する
    ように形成され且つ前記第６群の光透過部材に対して光
    軸を中心としてほぼ６０度だけ相対的に回転した位置関
    係を有する第７群の光透過部材とを備え、 前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記複数の結
    晶透過部材の複屈折の影響を補償するための所定の複屈
    折分布を有することを特徴とする投影光学系。
  6. 【請求項６】 前記所定の複屈折分布は、径方向に進相
    軸がある複屈折分布であることを特徴とする請求項５に
    記載の投影光学系。
  7. 【請求項７】 立方晶系に属する結晶材料で形成された
    複数の結晶透過部材と、所定の非結晶材料で形成された
    少なくとも１つの非結晶透過部材とを備え、第１面の像
    を第２面に形成する投影光学系において、 前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記複数の結
    晶透過部材の複屈折の影響を補償するために、光軸に関
    して実質的に非回転対称な複屈折分布を有することを特
    徴とする投影光学系。
  8. 【請求項８】 立方晶系に属する結晶材料で形成された
    複数の結晶透過部材と、所定の非結晶材料で形成された
    少なくとも１つの非結晶透過部材とを備え、第１面の像
    を第２面に形成する投影光学系において、 前記少なくとも１つの非結晶透過部材は、前記複数の結
    晶透過部材の複屈折の影響を補償するための所定の複屈
    折分布を有し、 前記第１面の光軸上の１点から出た光束が前記少なくと
    も１つの非結晶透過部材の各面に入射するときの光束の
    直径をＰｎとし、前記少なくとも１つの非結晶透過部材
    の有効直径をＥｎとするとき、 Ｐｎ／Ｅｎ＜０．７ の条件を満たすことを特徴とする投影光学系。
  9. 【請求項９】 前記所定の非結晶材料は、石英またはフ
    ッ素がドープされた石英であることを特徴とする請求項
    １乃至８のいずれか１項に記載の投影光学系。
  10. 【請求項１０】 前記立方晶系に属する結晶材料は、フ
    ッ化カルシウムまたはフッ化バリウムであることを特徴
    とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影光学
    系。
  11. 【請求項１１】 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項１乃至１
    ０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。
  12. 【請求項１２】 前記第１面に設定されたマスクを照明
    し、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投影光学
    系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記
    第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを
    特徴とする露光方法。
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