JP4482891B2 - 結像光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系、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適した高解像の投影光学系に関するものである。

半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、露光装置の投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。

そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板（ウェハなど）との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。

この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、結像光学系としての投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る技術が知られている。

一般に、温度変化による液体の屈折率変動は、空気のような気体の屈折率変動よりも大きい。このため、温度変化による液体の屈折率変動の影響を実質的に受けることなく、露光時における投影光学系の収差変動を小さく抑えるには、液体層の厚さを大きく設定すること、ひいては投影光学系の像側の作動距離（最も像側の光学面と像面との距離）を大きく設定することができない。

一方、照射される光エネルギーは、投影光学系中において最も像側に配置されて液体に接する境界レンズで比較的大きくなる。その結果、光エネルギーの比較的大きい位置に配置された境界レンズを石英により形成すると、体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こり易く、コンパクションの影響により投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。

そこで、コンパクションによる投影光学系の結像性能の低下を回避するために、極紫外域の光に対しても十分に大きな透過率を有するフッ化物材料、とりわけ均質性に優れた材料が開発されている蛍石を用いて境界レンズを形成することが考えられる。しかしながら、フッ化物は水に溶ける性質があることがわかっており、たとえば蛍石を用いて境界レンズを形成し且つ浸液として純水を用いると、境界レンズの光学面が純水（浸液）の影響を受けて損傷し易く、ひいては投影光学系の結像性能を長期間に亘って良好に維持することができない。

本発明は、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる結像光学系を提供することを目的とする。

また、本発明は、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる結像光学系を用いて、高解像な投影露光を長期間に亘って安定的に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。

前記目的を達成するために、本発明の第１形態では、第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系において、
前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記結像光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて前記液体と接する第１光学部材と第２光学材料により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材が配置され、
前記第１光学部材の厚さをＴＡとし、前記第２面における最大像高をＩＨとするとき、
０．１＜ＴＡ／ＩＨ＜１．１
の条件を満足することを特徴とする結像光学系を提供する。

本発明の第２形態では、第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系において、
前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記結像光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて前記液体と接する第１光学部材と、第２光学材料により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材が配置されていることを特徴とする結像光学系を提供する。

本発明の第３形態では、前記第１面に設定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形態または第２形態の結像光学系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４形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、第１形態または第２形態の結像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露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第５形態では、所定のパターンを供給する工程と、第１形態または第２形態の結像光学系を介して前記パターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明では、第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系において、この結像光学系と第２面との間の光路中に１．１よりも大きい屈折率を有する液体（浸液）を介在させることにより、結像光学系の第２面側開口数の増大を図っている。また、最も第２面側に配置されて液体と接する境界レンズを、たとえば合成石英により形成されて液体と接する第１光学部材と、たとえば蛍石により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材として構成している。この構成により、境界レンズにおけるコンパクションの影響により結像性能が低下するのを抑えるとともに、境界レンズの光学面が浸液（液体）の影響により損傷して結像性能が低下するのを抑えている。

こうして、本発明では、第２面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な第２面側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる結像光学系を実現することができる。その結果、本発明の結像光学系を用いる露光装置および露光方法では、高解像な投影露光を長期間に亘って安定的に行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

典型的な設計にしたがう投影光学系において合成石英により形成されて浸液と接する第１光学部材のコンパクションが投影光学系の結像性能に与える影響を概略的に示す図である。 本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態における境界レンズからウェハまでの構成を概略的に示す図である。 第１光学部材および第２光学部材の側面にオーバーコーティングを形成した様子を示す図である。 境界レンズが第２光学部材を介して鏡筒に保持されている様子を示す図である。 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。 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。

本発明では、結像光学系と、典型的には感光性基板が配置される第２面との間の光路中に１．１よりも大きい屈折率を有する液体を介在させることにより、結像光学系の第２面側開口数の増大を図っている。ちなみに、M.Switkes氏およびM.Rothschild氏が「SPIE2002 Microlithography」において「Massachusetts Institute of Technology」に発表した「Resolution Enhancement of 157-nm Lithography by Liquid Immersion」には、波長λが２００ｎｍ以下の光に対して所要の透過率を有する液体として、フロリナート（Perfluoropolyethers：米国スリーエム社の商品名）や脱イオン水（Deionized Water）などが候補として挙げられている。

また、本発明の結像光学系（投影光学系）において、最も像側（第２面側）に配置されて液体（浸液）と接する境界レンズを、たとえば合成石英（第１光学材料）により形成されて液体と接する第１光学部材と、たとえば蛍石（第２光学材料）により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材として構成している。ここで、第１光学部材と第２光学部材とは、たとえばオプティカルコンタクト（光学溶着）により接合される。なお、オプティカルコンタクトとは、２つの光学部材の表面を同一形状に高精度に加工し、これらの表面を近接させて接着剤を使用することなく分子間の引力により２つの光学部材を接着させる技術である。

また、本発明では、上述の構成に加えて、たとえば合成石英により形成されて液体と接する第１光学部材が次の条件式（１）を満足する。条件式（１）において、ＴＡは第１光学部材の厚さ（光軸に沿った第１光学部材の寸法）であり、ＩＨは像面（第２面）における最大像高である。
０．１＜ＴＡ／ＩＨ＜１．１ （１）

図１は、典型的な設計にしたがう投影光学系において合成石英により形成されて浸液と接する第１光学部材のコンパクションが投影光学系の結像性能に与える影響を概略的に示す図である。図１において、横軸は条件式（１）に対応してＴＡ／ＩＨであり、縦軸は５年後に予想される収差悪化量としての波面収差変化量（ｍλＲＭＳ）である。なお、縦軸の単位ｍλＲＭＳにおいて、λは光の波長を、ＲＭＳ（root mean square）は自乗平均平方根（あるいは平方自乗平均）をそれぞれ示している。

また、図１を得るのに用いた典型的な設計例において、使用光はＡｒＦエキシマレーザ光（λ＝１９３ｎｍ）であり、浸液は純水であり、像側開口数は１．０であり、最大像高は１３．５ｍｍである。図１を参照すると、条件式（１）の上限値を上回った場合、５年後に予想される収差悪化量が大きくなりすぎて、長期に亘って要求される光学性能を満足すること、すなわち良好な結像性能を長期間に亘って維持することができないことがわかる。

一方、条件式（１）の下限値を下回ると、たとえば合成石英により形成されて浸液と接する第１光学部材の厚さＴＡが小さくなりすぎて、オプティカルコンタクトに必要十分な面精度の加工を施すことができなくなってしまう。なお、条件式（１）の上限値を０．７に設定すると、照射エネルギーを大きくしてもコンパクションの影響を抑えて高スループット化および高解像力化を実現することができるのでさらに好ましい。また、条件式（１）の下限値を０．１４に設定すると、第１光学部材の加工面精度を向上させることができ、ひいては高解像力化を実現することができるのでさらに好ましい。

以上のように、本発明の結像光学系（投影光学系）では、たとえば蛍石により形成された第２光学部材においてコンパクションは実質的に発生しない。一方、たとえば合成石英により形成されて浸液と接する第１光学部材ではコンパクションが起こり易いが、条件式（１）にしたがって第１光学部材の厚さＴＡが充分に小さく設定されているので、第１光学部材におけるコンパクションの影響を小さく抑えることができる。その結果、境界レンズにおけるコンパクションの影響により結像光学系（投影光学系）の結像性能が低下するのを抑えることができる。

ただし、合成石英は光照射により温度が上昇し易く、第１光学部材の熱が液体に伝わると液体の温度が上昇して屈折率が変動し、ひいては結像光学系（投影光学系）の結像性能が低下することになる。しかしながら、本発明では、条件式（１）にしたがって第１光学部材の厚さＴＡが充分に小さく設定されているので、光照射により第１光学部材の温度が上昇してもその熱が、たとえば熱伝導率の比較的大きい蛍石からなる第２光学部材を介して鏡筒などへ伝わり易い。その結果、第１光学部材から液体へ伝わる熱を小さく抑えることができ、ひいては液体の屈折率変動による結像光学系（投影光学系）の結像性能の低下を小さく抑えることができる。

また、本発明では、たとえば純水に溶け易い蛍石により形成された第２光学部材と純水のような液体との間に、たとえば純水に実質的に溶けることのない合成石英により形成された第１光学部材を密着状態で介在させている。したがって、第２光学部材の光学面が純水の影響を受けて損傷することなく、ひいては境界レンズの光学面が純水の影響を受けて損傷することなく、結像光学系（投影光学系）の結像性能を長期間に亘って良好に維持することができる。すなわち、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる結像光学系（投影光学系）を実現することができる。

なお、本発明では、結像光学系（投影光学系）の第２面側（像側）開口数の増大を図るために、第２光学部材の物体側（第１面側）の光学面が物体側に凸面を向けていることが好ましい。また、良好なオプティカルコンタクトを実現するために、第１光学部材と第２光学部材との接合面は平面状であることが好ましい。また、結像光学系（投影光学系）の解像度（解像力）の向上を図るために、使用光の波長は３００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２光学部材を形成する第２光学材料は、コンパクションの発生を回避するために、フッ化物（たとえば蛍石）であることが好ましい。

また、浸液中に溶け出した感光性材料による影響で第１光学部材が汚損した際や第１光学部材が溶出した際にはこの第１光学部材を交換する必要があるが、本発明の手法では第１光学部材を交換可能に保持する機構の簡易化を図れる利点があり、この利点は第１光学部材を形成する第１光学材料と第２光学部材を形成する第２光学材料とが同じ種類の材料であっても存在する。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図３は、本実施形態における境界レンズからウェハまでの構成を概略的に示す図である。なお、図２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２の紙面に平行にＹ軸を、図２の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。

図２を参照すると、本実施形態の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。

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、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。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、ウェハホルダテーブル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上では矩形状の静止露光領域（実効露光領域）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。

また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂ（図３を参照）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。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。

図３を参照すると、本実施形態において、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、１．１よりも大きい屈折率を有する液体Ｌｍで満たされている。浸液である液体Ｌｍとして、たとえば純水を用いることができる。また、境界レンズＬｂは、合成石英により形成されて液体Ｌｍと接する第１光学部材Ｌｂ１と、蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２とをオプティカルコンタクトにより接合することにより構成されている。ここで、第１光学部材Ｌｂ１は平行平面板であり、第２光学部材Ｌｂ２は、レチクル側に凸面を向けた平凸レンズである。

なお、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体Ｌｍを境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。

一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体Ｌｍを収容することができるようにウェハホルダテーブルＷＴを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。

上述のように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ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、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハＷのショット領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。

上述したように、本実施形態では、投影光学系ＰＬと感光性基板であるウェハＷとの間の光路中に、純水のような液体Ｌｍを介在させている。また、投影光学系ＰＬにおいて、境界レンズＬｂを、合成石英により形成されて液体Ｌｍと接する第１光学部材Ｌｂ１と、蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２との接合からなる接合光学部材として構成している。さらに、第１光学部材Ｌｂ１の厚さＴＡは、上述の条件式（１）を満たすように設定されている。

したがって、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２においてコンパクションは実質的に発生しない。また、合成石英により形成された第１光学部材Ｌｂ１の厚さＴＡが充分に小さく設定されているので、第１光学部材Ｌｂ１におけるコンパクションの影響を小さく抑えることができる。その結果、境界レンズＬｂにおけるコンパクションの影響により投影光学系ＰＬの結像性能が低下するのを抑えることができる。

また、本実施形態では、純水に溶け易い蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２と純水からなる液体Ｌｍとの間に、純水に溶けることのない合成石英により形成された第１光学部材Ｌｂ１を密着状態で介在させている。したがって、第２光学部材Ｌｂ２の光学面が純水の影響を受けて損傷することなく、ひいては境界レンズＬｂの光学面が純水の影響を受けて損傷することなく、投影光学系ＰＬの結像性能を長期間に亘って良好に維持することができる。

以上のように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、像面であるウェハＷとの間の光路中に液体Ｌｍを介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液Ｌｍによる損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘って維持することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる投影光学系ＰＬを用いて、高解像な投影露光を長期間に亘って安定的に行うことができる。

また、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、第２光学部材Ｌｂ２がレチクル側に凸面を向けた平凸レンズとして構成され、第２光学部材Ｌｂ２のレチクル側の光学面がレチクル側に凸面を向けているので、像側開口数の増大を図ることができる。また、第１光学部材Ｌｂ１が平行平面板として構成され且つ第２光学部材Ｌｂ２がウェハ側に平面を向けた平凸レンズとして構成されているので、第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２との接合面が平面状になり、良好なオプティカルコンタクトを実現することができる。

ところで、毛細管現象により第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２との接合面へ液体Ｌｍが浸入すると、オプティカルコンタクトにより接合された第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２とが剥離（離間）してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、図４に示すように、第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２との接合面への液体Ｌｍの浸入を防止するための液体浸入防止手段として、たとえばオーバーコーティング４１を第１光学部材Ｌｂ１および第２光学部材Ｌｂ２の側面に形成することが好ましい。

また、投影光学系ＰＬを構成する各光学部材（レンズなど）は十分な強度で保持される必要があり、したがって保持される各光学部材は十分に大きな厚さを有する必要がある。さらに、露光時に光エネルギーが各光学部材内で微量ながら吸収されて熱に変わるが、熱伝導率の高い光学材料により形成された光学部材が鏡筒に接していれば、鏡筒への熱伝導により光学部材の温度上昇が緩和され、ひいては液体への熱伝導を小さく抑えることができる。

以上の２つの観点から、本実施形態では、図５に示すように、十分に大きな厚さを有し且つ熱伝導率の比較的高い蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２を介して境界レンズ（接合光学部材）Ｌｂが鏡筒５１に保持されていることが望ましい。また、この構成により、境界レンズＬｂが鏡筒５１に保持された状態で、ウェハＷ側に配置されてレジストからの汚染を受け易い第１光学部材Ｌｂ１を容易に交換することも可能になる。

なお、前述したように、フッ化物は水に溶解するため、蛍石により形成された第２光学部材Ｌｂ２まで水が浸入するのを防ぐ必要がある。本実施形態では、第１光学部材Ｌｂ１の側面と鏡筒５１の内側面とが十分に近接するように配置し、互いに対向する第１光学部材Ｌｂ１の側面および鏡筒５１の内側面に撥水性処理を施す（たとえば撥水コーティング５２を形成する）ことにより、第２光学部材Ｌｂ２まで純水が浸入するのを防ぐことができる。あるいは、図５に示すように、第１光学部材Ｌｂ１の側面と対向する鏡筒５１の内側面との間に純水（液体）の浸入を防止するための防水素子として、たとえばＯリング５３を設けることにより、第２光学部材Ｌｂ２まで純水が浸入するのを防ぐことができる。

また、第１光学部材Ｌｂ１の側面と鏡筒５１の内側面とへの撥水性処理に加えて、第２光学部材Ｌｂ２の側面にも撥水性処理（たとえば撥水コーティング）を施してもよい。また、第１光学部材Ｌｂ１の側面と対向する鏡筒５１の内側面との間に防水素子（たとえばＯリング５３）を設ける手法と併せて、図４に示したような第１光学部材Ｌｂ１および第２光学部材Ｌｂ２の側面に液体浸入防止手段としてのオーバーコーティングを施す手法を適用してもよい。また、第１光学部材Ｌｂ１の側面と鏡筒５１の内側面とへ撥水性処理を施す手法と併せて、図４に示したような第１光学部材Ｌｂ１および第２光学部材Ｌｂ２の側面に液体浸入防止手段としてのオーバーコーティングを施す手法を適用してもよい。

なお、上述の実施形態では、第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２とをオプティカルコンタクトにより接合しているが、これに限定されることなく、他の適当な手法を用いて第１光学部材Ｌｂ１と第２光学部材Ｌｂ２とを接合することもできる。また、上述の実施形態では、浸液として純水を用いているが、これに限定されることなく、光の波長に応じて他の適当な液体を用いることができる。

また、上述の実施形態では、第１光学部材Ｌｂ１が合成石英により形成され、第２光学部材Ｌｂ２が蛍石により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば浸液に実質的に溶けない性質を有する適当な光学材料を用いて第１光学部材Ｌｂ１を形成することもできる。また、たとえばコンパクションが実質的に発生しない性質を有する適当な光学材料、たとえば蛍石以外の適当なフッ化物材料（たとえばフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化ストロンチウムなど）を用いて第２光学部材Ｌｂ２を形成することもできる。

また、上述の実施形態では、第１光学部材Ｌｂ１を平行平面板として構成し、第２光学部材Ｌｂ２をレチクル側に凸面を向けた平凸レンズとして構成している。しかしながら、これに限定されることなく、第１光学部材Ｌｂ１および第２光学部材Ｌｂ２の形状について様々な変形例が可能である。また、上述の実施形態では、１つの第１光学部材Ｌｂ１を設けた構成としているが、第１光学部材Ｌｂ１の数は１つには限定されない。

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６のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図６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１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

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７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７において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

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、ＡｒＦエキシマレーザ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ＫｒＦエキシマレーザ光源やＦ₂レーザ光源などの他の適当な光源を用いることもできる。また、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や他の一般的な結像光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では投影光学系の倍率を縮小倍率としているが、他の一般的な結像光学系に適用する場合には、拡大倍率や等倍であっても良い。

なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．５になることもある。このように投影光学系の開口数ＮＡが大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク（レチクル）のライン・アンド・スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク（レチクル）のパターンからは、Ｓ偏光成分（ラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分）の回折光が多く射出されるようにするとよい。

上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（または位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、これらのマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いても良い。このような電子マスクは、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されている。ここでは、この米国特許第６，７７８，２５７号公報を参照として援用する。なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。

符号の説明

Ｌｂ 境界レンズ
Ｌｂ１ 第１光学部材
Ｌｂ２ 第２光学部材
Ｌｍ 液体（純水：浸液）
４１ オーバーコーティング
５１ 鏡筒
５２ 撥水コーティング
５３ Ｏリング
１００ レーザ光源
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

Claims (24)

1. 第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系であって、前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記結像光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされる結像光学系において、
   前記結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて前記液体と接する第１光学部材と第２光学材料により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材が配置され、
   前記第１光学部材の厚さをＴＡとし、前記第２面における最大像高をＩＨとするとき、
   ０．１＜ＴＡ／ＩＨ＜１．１
   の条件を満足することを特徴とする結像光学系。
2. 前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、オプティカルコンタクトにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記第２光学部材の前記第１面側の光学面は、前記第１面側に凸面を向けていることを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 前記第１光学部材と前記第２光学部材との接合面は平面状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学系。
5. 使用光の波長は３００ｎｍ以下であり、
   前記第２光学材料はフッ化物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学系。
6. 前記第１光学材料は合成石英であり、
   前記第２光学材料は蛍石であり、
   前記液体は純水であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学系。
7. 前記第１光学部材および前記第２光学部材の側面に設けられて、前記第１光学部材と前記第２光学部材との接合面への前記液体の浸入を防止するための液体浸入防止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の結像光学系。
8. 前記接合光学部材は、前記第２光学部材を介して鏡筒に保持されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
9. 前記第１光学部材の側面と前記鏡筒の内側面とが近接して配置され、互いに対向する前記側面および前記内側面には撥水性処理が施されていることを特徴とする請求項８に記載の結像光学系。
10. 前記第１光学部材の側面と対向する前記鏡筒の内側面との間には、前記液体の浸入を防止するための防水素子が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の結像光学系。
11. 第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系であって、前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記結像光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされる結像光学系において、
    前記結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて前記液体と接する第１光学部材と、第２光学材料により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材が配置され、
    前記接合光学部材は、前記第２光学部材を介して鏡筒に保持され、
    前記第１光学部材の側面と前記鏡筒の内側面とが近接して配置され、互いに対向する前記側面および前記内側面には撥水性処理が施されていることを特徴とする結像光学系。
12. 第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系であって、前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、前記結像光学系と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされる結像光学系において、
    前記結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて前記液体と接する第１光学部材と、第２光学材料により形成された第２光学部材との接合からなる接合光学部材が配置され、
    前記接合光学部材は、前記第２光学部材を介して鏡筒に保持され、
    前記第１光学部材の側面と対向する前記鏡筒の内側面との間には、前記液体の浸入を防止するための防水素子が設けられていることを特徴とする結像光学系。
13. 前記第２光学部材は、前記液体に接しないことを特徴とする請求項１１または１２に記載の結像光学系。
14. 前記第１光学部材および前記第２光学部材の側面に設けられて、前記第１光学部材と前記第２光学部材との接合面への前記液体の浸入を防止するための液体浸入防止手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の結像光学系。
15. 前記第２光学材料は、前記第１光学材料とは異なる種類の材料であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の結像光学系。
16. 前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、オプティカルコンタクトにより接合されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の結像光学系。
17. 前記第２光学部材の前記第１面側の光学面は、前記第１面側に凸面を向けていることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の結像光学系。
18. 前記第１光学部材と前記第２光学部材との接合面は平面状であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の結像光学系。
19. 前記第１光学部材の厚さをＴＡとし、前記第２面における最大像高をＩＨとするとき、
    ０．１＜ＴＡ／ＩＨ＜１．１
    の条件を満足することを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の結像光学系。
20. 前記光学系は、前記第１面の像を第２面上に形成する投影光学系であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の結像光学系。
21. 前記第１面に設定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２０のいずれか１項に記載の結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
22. 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をさらに備えていることを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
23. 前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の結像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露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
24. 所定のパターンを供給する工程と、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の結像光学系を介して前記パターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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