WO2003046634A1 - Systeme optique de projection, dispositif d'exposition et procede d'exposition - Google Patents

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WO2003046634A1
WO2003046634A1 PCT/JP2002/010969 JP0210969W WO03046634A1 WO 2003046634 A1 WO2003046634 A1 WO 2003046634A1 JP 0210969 W JP0210969 W JP 0210969W WO 03046634 A1 WO03046634 A1 WO 03046634A1
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crystal
axis
optical system
birefringence
projection optical
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PCT/JP2002/010969
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Hironori Ikezawa
Yasuhiro Omura
Toshihiko Ozawa
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to a projection optical system suitable for an exposure apparatus used when a micro device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured in a photolithography process. It is. Background art
  • the pattern of the photomask (also referred to as a reticle) drawn by enlarging the pattern to be formed by about 4 to 5 times is projected.
  • a method of reducing exposure transfer onto a photosensitive substrate (substrate to be exposed) such as a wafer using an exposure apparatus is used.
  • the exposure wavelength keeps shifting to shorter wavelengths in order to cope with miniaturization of semiconductor integrated circuits.
  • the exposure wavelength of the KrF excimer laser is 248 nm, but the shorter wavelength of the ArF excimer laser, 193 nm, is entering the practical stage.
  • supply the wavelength 1 5 7 nm of F 2 laser and the wavelength 1 4 6 nm of K r 2 lasers one, of A r 2 laser or the like of the wave length 1 2 6 nm, the light in a wavelength band so-called vacuum ultraviolet region There has been proposed a projection exposure apparatus using a light source.
  • NA numerical aperture
  • Optical materials with good transmittance and uniformity for exposure light in the ultraviolet region having such a short wavelength are limited.
  • Synthetic silica glass can be used as a lens material in a projection optical system that uses an ArF excimer laser as a light source, but chromatic aberration cannot be sufficiently corrected with one type of lens material.
  • Nihu Calcium iodide crystals fluorite are used.
  • usable lens materials are substantially limited to calcium fluoride crystals (fluorite).
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems. For example, even when a crystalline material having intrinsic birefringence such as fluorite is used, good optical properties are obtained without substantially being affected by birefringence. It is an object to provide a projection optical system having high performance.
  • the present invention provides an exposure apparatus and an exposure method capable of performing high-resolution and high-accuracy projection exposure using a projection optical system having good optical performance substantially without being affected by birefringence.
  • the purpose is to provide.
  • a plurality of crystal transmission members formed of a cubic crystal material and at least one non-crystal material formed of a predetermined amorphous material are provided.
  • a projection optical system that includes a crystal transmission member and forms an image of the first surface on the second surface.
  • the plurality of crystal transmission members are a first group formed so that a crystal axis [100] or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100] substantially coincides with the optical axis.
  • the light transmitting member is formed so that the crystal axis [100] or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100] substantially coincides with the optical axis, and the light transmission of the first group is performed.
  • a second group of light transmitting members having a positional relationship of being rotated by about 45 degrees about the optical axis with respect to the member,
  • the at least one non-crystal transmitting member has a birefringence of the plurality of crystal transmitting members.
  • a projection optical system having a predetermined birefringence distribution for compensating for the influence.
  • a first surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the projection optical system that forms the image on the second surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the plurality of crystal transmission members are a fifth group formed so that a crystal axis [100] or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100] substantially coincides with the optical axis.
  • a sixth group of light transmitting members formed so that the optical axis substantially coincides with the crystal axis optically equivalent to [111] or the crystal axis [111];
  • the crystal axis [111] or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [111] is formed so as to substantially coincide with the optical axis, and the optical axis with respect to the sixth group of light transmitting members.
  • a light transmitting member of a seventh group having a positional relationship of being relatively rotated about 60 degrees around the center,
  • the projection optical system is characterized in that the at least one non-crystal transmission member has a predetermined birefringence distribution for compensating for the influence of birefringence of the plurality of crystal transmission members.
  • a first surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the projection optical system that forms the image on the second surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the at least one non-crystal transmitting member has a birefringence distribution substantially non-rotationally symmetric with respect to an optical axis in order to compensate for the effect of birefringence of the plurality of crystal transmitting members. I will provide a.
  • a first surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the projection optical system that forms the image on the second surface includes a plurality of crystal transmission members formed of a crystal material belonging to a cubic system, and at least one non-crystal transmission member formed of a predetermined amorphous material.
  • the at least one non-crystal transmitting member has a predetermined birefringence distribution for compensating for an effect of birefringence of the plurality of crystal transmitting members
  • the diameter of a light beam when a light beam emitted from one point on the optical axis of the first surface enters each surface of the at least one non-crystal transmitting member is P n, and the at least one non-crystal When the effective diameter of the transmitting member is E n,
  • an illumination system for illuminating the mask set on the first surface, and an image of a pattern formed on the mask is placed on a photosensitive substrate set on the second surface.
  • An exposure method is provided.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the crystal axis orientation of fluorite.
  • 2A to 2C are diagrams for explaining the method of Burnett et al., And show the distribution of the birefringence index with respect to the incident angle of a light beam.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the method of the present invention, and show the distribution of the birefringence index with respect to the incident angle of a light beam.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including a projection optical system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the present embodiment.
  • 6A to 6C are diagrams showing point image intensity distributions in the first comparative example.
  • 7A to 7C are diagrams showing point image intensity distributions in the second comparative example.
  • 8A to 8C are diagrams showing point image intensity distributions in the third comparative example.
  • 9A to 9C are diagrams showing the point image intensity distribution in the present embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the crystal axis orientation of fluorite.
  • the crystal axis of fluorite is defined based on a cubic XYZ coordinate system. That is, a crystal axis [100] is defined along the + X axis, a crystal axis [010] is defined along the + Y axis, and a crystal axis [001] is defined along the + Z axis.
  • the crystal axis [101] is at 45 degrees to the crystal axis [100] and the crystal axis [00 1] in the XZ plane, and is 45 degrees to the crystal axis [100] and the crystal axis [010] in the XY plane.
  • the crystal axis [1 10] is defined in the direction, and the crystal axis [0 1 1] is defined in a direction that forms 45 degrees with the crystal axis [010] and the crystal axis [001] in the YZ plane.
  • the crystal axis [1 1 1] is defined in a direction that forms an equal acute angle to the + X axis, the + Y axis, and the + Z axis.
  • FIG. 1 shows only the crystal axis in the space defined by the + X axis, + Y axis, and + Z axis
  • the crystal axis is similarly defined in other spaces.
  • fluorite has wavelengths in the six directions of crystal axes [1 10], [—1 10], [101], [-101], [01 1], [01-1].
  • 1 For 57 nm light It has a birefringence of up to 3.6 nm / cm for light with a wavelength of up to 6.5 nmZcm and a wavelength of 193 nm. These birefringence values are substantially larger than the random birefringence tolerance of 1 nmZcm, and the effect of birefringence may accumulate through multiple lenses by a non-random amount. .
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining the method of Burnett et al., And show the distribution of the birefringence index with respect to the incident angle of a light ray (the angle between the light ray and the optical axis).
  • FIGS. 2A to 2C five concentric circles indicated by broken lines in the figures represent one scale of 10 degrees. Therefore, the innermost circle represents a region with an incident angle of 10 degrees with respect to the optical axis, and the outermost circle represents a region with an incident angle of 50 degrees with respect to the optical axis.
  • a black circle indicates a region having a relatively large refractive index and no birefringence
  • a white circle indicates a region having a relatively small refractive index and no birefringence.
  • a thick circle and a long double arrow indicate the direction of a relatively large refractive index in a birefringent area
  • a thin circle and a short double arrow indicate a relatively small refractive index direction in a birefringent area. The following notation is the same in FIGS. 3A to 3C below.
  • the optical axis of a pair of fluorite lenses (a lens formed of fluorite) and the crystal axis [1 1 1] are matched, and the pair of fluorite lenses are centered on the optical axis. Rotate relatively by degrees. Therefore, the distribution of birefringence in one fluorite lens is as shown in FIG. 2A, and the distribution of birefringence in the other fluorite lens is as shown in FIG. 2B. As a result, the distribution of birefringence indices over the entire pair of fluorite lenses is as shown in FIG. 2C.
  • the region corresponding to the crystal axis [1 1 1] coincident with the optical axis is a region having a relatively small refractive index and no birefringence.
  • the regions corresponding to the crystal axes [100], [010], and [001] are regions having a relatively large refractive index and no birefringence.
  • the region corresponding to the crystal axes [1 10], [1 01], [01 1] is a birefringent region having a relatively small refractive index for circumferentially polarized light and a relatively large refractive index for radially polarized light. Becomes Thus, for each fluorite lens, the crystal axis [1 1 1] and the crystal axis [1 In the region with the angle of [10]), the effect of birefringence is greatest.
  • the optical axis and the crystal axis [100] (or the crystal axis [100]) of a pair of fluorite lenses are optically equivalent.
  • a pair of fluorite lenses are relatively rotated about the optical axis by about 45 degrees.
  • the crystal axes optically equivalent to the crystal axis [100] are the crystal axes [010] and [00 1].
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the method of the present invention, and show the distribution of the birefringence with respect to the incident angle of a light ray (the angle between the light ray and the optical axis).
  • the distribution of birefringence in one fluorite lens is as shown in FIG. 3A
  • the distribution of birefringence in the other fluorite lens is as shown in FIG. 3B.
  • the distribution of the birefringence indices over the entire pair of fluorite lenses is as shown in FIG. 3C.
  • the region corresponding to the crystal axis [100] coincident with the optical axis is a region having a relatively large refractive index and having no birefringence.
  • the regions corresponding to the crystal axes [1 1 1], [1 1 1 1], [-1 1-1], [1 1 1] are the regions with relatively small refractive index and no birefringence.
  • the regions corresponding to the crystal axes [10 1], [10-1], [1 10], [1-10] have relatively large refractive indices for circumferentially polarized light and have relatively large refractive indices for radially polarized light. This results in a relatively small birefringent region.
  • each fluorite lens from the optical axis
  • the relative rotation of one fluorite lens and the other fluorite lens by about 45 degrees about the optical axis means that one fluorite lens and the other fluorite lens Relative to a given crystal axis (eg, crystal axis [010], [00 1], [01 1] or [0 1 _ 1]) oriented in a direction different from the optical axis at Means that the typical angle is about 45 degrees.
  • the relative angle of the crystal axis [010] of one fluorite lens and the crystal axis [010] of the other fluorite lens around the optical axis is about 45 degrees.
  • relatively rotating about the optical axis by about 45 degrees means rotating relatively about the optical axis by about 45 degrees + (nX 90 degrees), that is, 45 degrees. It is equivalent to rotating relatively by degrees, 135 degrees, 225 degrees, or 3 15 degrees ... (where n is an integer).
  • Rotating one fluorite lens and the other fluorite lens relatively by about 60 degrees about the optical axis means that one fluorite lens and the other fluorite lens A predetermined crystal axis (for example, crystal axis [—111], [11-1], or [1-1-11]) oriented in a direction different from the optical axis of the lens is centered on the optical axis.
  • the relative angle is about 60 degrees.
  • the relative angle of the crystal axis [1-111] of one fluorite lens and the crystal axis [_111] of the other fluorite lens is about 60 degrees centered on the optical axis. means.
  • Relative rotation about the optical axis by about 60 degrees means that relative rotation about the optical axis by about 60 degrees + (nx 120 degrees), It is equivalent to rotating relatively by 60, 180, or 300 degrees ' ⁇ ' (where n is an integer).
  • the phase advance in a pair of fluorite lenses hereinafter referred to as a “paired lens of crystal axis [1 1 1]) whose optical axis and crystal axis [1 1 1] are matched and rotated relative to each other by 60 degrees.
  • the fast axis of a pair of fluorite lenses (hereinafter referred to as a “crystal axis [100] paired lens) whose axes are aligned with the crystal axis [100] and rotated relative to each other by 45 degrees are orthogonal to each other. .
  • the optical axis of a pair of fluorite lenses coincides with the crystal axis [100], and the crystal axis [100] pair rotated by 45 degrees has a fast axis in the radial direction.
  • a certain birefringence distribution remains, and the optical axis of the pair of fluorite lenses coincides with the crystal axis [1 1 1] so that the pair of crystal axes [1 1 1] rotated relative to each other by 60 degrees advances in the circumferential direction.
  • phase A birefringent distribution with an axis remains. If birefringence exists in the sample, the phase of two linearly polarized lights orthogonal to the vibration plane (polarization plane) passing through the sample changes due to the difference in the refractive index. In other words, the phase of one polarized light is advanced or delayed, but the polarization direction of the phase that is advanced is called the fast axis, and the polarization direction of the delayed phase is called the slow axis. .
  • amorphous lens generally an amorphous transmission member
  • modified stone E an amorphous material
  • quartz or quartz doped with fluorine hereinafter referred to as “modified stone E”
  • the ideal is No birefringence occurs in a proper state.
  • quartz or modified quartz birefringence due to internal stress appears when impurities are mixed in or when a temperature distribution occurs when cooling quartz formed at a high temperature.
  • a desired birefringence distribution can be generated in quartz or modified quartz by adjusting the amount and type of impurities mixed in the ingot or the thermal history.
  • a desired birefringent distribution rotationally symmetrical with respect to the optical axis or a desired birefringent distribution non-rotationally symmetrical.
  • the impurities include OH, C, metal impurities, and dissolved gas.
  • OH containing several hundred ppm or more, followed by tens ppm of C 1 is considered to be dominant from the amount of contamination.
  • the projection optical system according to the present invention includes a plurality of crystal transmission members (fluorite lenses, etc.) formed of a cubic crystal material such as fluorite, and a non-crystal material such as quartz / modified quartz. At least one non-crystal transmitting member (quartz lens, modified quartz lens, etc.) formed of a material, and an image on the first surface is formed on the second surface. That is, when the projection optical system of the present invention is applied to an exposure apparatus, the mask set on the first surface A pattern image of (reticle) is formed on a photosensitive substrate (wafer, etc.) set on the second surface.
  • crystal transmission members fluorite lenses, etc.
  • a non-crystal material such as quartz / modified quartz.
  • At least one non-crystal transmitting member quartz lens, modified quartz lens, etc.
  • the plurality of crystal transmitting members include a pair of lenses having a crystal axis of [100] (a first group of light transmitting members and a second group of light transmitting members).
  • the non-crystal transmitting member has a predetermined birefringence distribution for compensating for the influence of birefringence of the plurality of crystal transmitting members. As described above, the effect of birefringence can be considerably reduced by introducing a pair lens with a crystal axis of [100], but a birefringence distribution with a fast axis in the radial direction remains.
  • the birefringence distribution having the fast axis in the radial direction remains due to the action of the pair lens of the crystal axis [100]
  • the birefringence distribution having the fast axis in the circumferential direction is obtained.
  • the crystal axis [100] By combining the paired lens with the paired lens with the crystal axis [1 1 1], the remaining rotationally symmetric distribution can be suppressed small.
  • the action of the pair lens of the crystal axis [100] is dominant, and if a birefringent distribution with a fast axis in the radial direction remains, the fast axis in the circumferential direction
  • a certain birefringence distribution to the non-crystal transmitting member
  • good optical performance can be secured without substantially being affected by birefringence.
  • the action of the paired lens with the crystal axis [1 1 1] is dominant and there is a birefringence distribution with a fast axis in the circumferential direction, there is a fast axis in the radial direction.
  • the plurality of crystal transmission members are formed such that a crystal axis [100] (or a crystal axis optically equivalent to the crystal axis [100]) substantially coincides with an optical axis. It has a shaft [100] lens (a fifth group of light transmitting members), and a pair of crystal axes [111] (a sixth group of light transmitting members and a seventh group of light transmitting members).
  • the non-crystal transmitting member has a predetermined shape for compensating for the effect of birefringence of the plurality of crystal transmitting members. It has a birefringence distribution.
  • the effect of birefringence can be significantly reduced by introducing a pair lens with a crystal axis of [1 1 1], but a birefringence distribution with a fast axis in the circumferential direction remains.
  • a crystal axis [100] lens (not a pair lens) is introduced, as shown in FIGS. 3A and 3B, the fast axis is rotationally symmetrical and radially fast as a whole.
  • Some birefringence distribution remains.
  • the action of the paired lens of the crystal axis [111] becomes dominant, and a birefringence distribution having a fast axis in the circumferential direction remains.
  • the projection optical system according to the second aspect of the invention by imparting a birefringent distribution having a fast axis in the radial direction to the non-crystal transmitting member, good optical performance can be obtained without substantially being affected by birefringence. Can be secured.
  • the operation of the crystal axis [100] lens generates 40 rotationally symmetric components, but in lithography, unlike the odd-numbered ⁇ component, the even-numbered 0 component has a bad effect on the resist image. No.
  • the influence of the birefringence of the plurality of crystal transmission members on the image plane (second plane) is not necessarily rotationally symmetric with respect to the optical axis (FIGS. 9A to 9A). (See Figure 9C).
  • the aberration due to the birefringence of the plurality of crystal transmission members may have an in-plane distribution due to the image height.
  • the birefringence distribution substantially non-rotationally symmetric with respect to the optical axis is imparted to the non-crystal transmitting member, thereby compensating for the effects of birefringence of the plurality of crystal transmitting members and substantially reducing the effect of birefringence. Good optical performance can be ensured without being subjected to any particular problems.
  • the amorphous transmission member provided with the predetermined birefringence distribution satisfies the following conditional expression (1) on both the entrance surface and the exit surface.
  • En is the effective diameter of the non-crystal transmitting member (that is, in the case of an exposure apparatus, the diameter of a circle circumscribing the light flux emitted from the entire exposure area and entering each surface of the non-crystal transmitting member). It is. Pn is the diameter of a light beam (hereinafter, “partial diameter”) when a light beam emitted from one point on the optical axis of the object surface (first surface) enters each surface of the amorphous transmission member. ).
  • the amorphous transmission member provided with a predetermined birefringence distribution must be separated from the pupil plane of the projection optical system, ie, It is necessary that the transmission member is located near the object plane or the image plane (second plane).
  • the amorphous transmission member provided with the predetermined birefringence distribution is arranged near the object surface or the image surface.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including a projection optical system according to the embodiment of the present invention.
  • the Z axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL
  • the Y axis is parallel to the plane of FIG. 4 in a plane perpendicular to the optical axis AX
  • the plane perpendicular to the optical axis AX is
  • the X axis is set perpendicular to the page of Fig. 4.
  • the exposure apparatus shown in FIG. 4 includes, for example, an ArF excimer laser light source (wavelength: 193 nm) as a light source L S for supplying illumination light in the ultraviolet region.
  • the light emitted from the light source S illuminates a reticle (mask) R on which a predetermined pattern is formed via an illumination optical system IL.
  • the optical path between the light source LS and the illumination optical system IL is sealed by casing (not shown), and the space from the light source LS to the optical member closest to the reticle in the illumination optical system IL is exposed. It has been replaced by an inert gas such as helium gas or nitrogen, which is a gas with a low light absorption rate, or is kept almost in a vacuum state.
  • the reticle R is held in parallel with the XY plane on the reticle stage RS via a reticle holder RH.
  • a pattern to be transferred is formed on the reticle R. For example, a rectangular pattern region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern region is illuminated.
  • the reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle plane (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown).
  • the interferometer used is configured to be measured and position controlled by the RIF.
  • the light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL.
  • the wafer W is held in parallel with the XY plane on the wafer stage WS via a wafer table (wafer holder) WT. Then, on the wafer W, a rectangular exposure area having a long side along the X direction and a short side along the Y direction so as to optically correspond to the rectangular illumination area on the reticle R. A pattern image is formed on the substrate.
  • the wafer stage WS can be moved two-dimensionally along the wafer surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. And it is comprised so that position control may be carried out.
  • the inside of the projection optical system PL is interposed between the optical member arranged closest to the reticle and the optical member arranged closest to the wafer among the optical members constituting the projection optical system PL.
  • the gas inside the projection optical system PL is replaced by an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is maintained in a substantially vacuum state.
  • a reticle R and a reticle stage RS are arranged in a narrow optical path between the illumination optical system IL and the projection optical system PL. (Not shown) is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is maintained in a substantially vacuum state.
  • the wafer W and the wafer stage WS are arranged, but a casing (not shown) that hermetically surrounds the wafer W and the wafer stage WS. ) Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is maintained in a nearly vacuum state.
  • an inert gas such as nitrogen or helium gas
  • the illumination area on the reticle R and the exposure area on the wafer W (that is, the effective exposure area) defined by the projection optical system PL have short sides along the Y direction. It is a rectangular shape having Therefore, while controlling the position of the reticle R and the wafer W using a drive system and an interferometer (RIF, WIF), the reticle along the short side direction of the rectangular exposure area and the illumination area, that is, in the Y direction.
  • RIF interferometer
  • the wafer W has a width equal to the long side of the exposure area and the wafer W
  • the reticle pattern is scanned and exposed in an area having a length corresponding to the scanning amount (moving amount) of the reticle.
  • the reticle R pattern is sequentially formed on each exposure area of the wafer W by performing the batch exposure while controlling the wafer W two-dimensionally in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL. Exposed.
  • the transmission member (refractive optical member: lens component) constituting the projection optical system PL is made of fluorite (C a F 2 crystal) or quartz.
  • the wavelength of the Ar F excimer laser light is 193 nm.
  • the refractive index of fluorite for this exposure light is 1.50154848 and the refractive index of quartz is 1.5603261.
  • FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the present embodiment.
  • the projection optical system PL of this embodiment includes, in order from the reticle side, a plano-concave lens L1 having an aspherical concave surface facing the wafer side and a plano-concave lens having a flat surface facing the wafer side.
  • Lens L2 plano-convex lens L3 with a flat surface facing the reticle side, positive meniscus lens L4 with an aspheric concave surface facing the reticle side, biconvex lens L5, biconvex lens L6, reticle Positive meniscus lens L7 with the convex surface facing the side and the flat surface on the wafer side
  • Plano-convex lens L8 a plano-concave lens L9 facing the reticle side
  • Biconcave lens L12 with concave surface
  • biconvex lens L15 and positive meniscus with convex surface facing reticle side
  • Lens L16 negative meniscus lens with convex surface facing reticle side 17, biconvex lens L18, biconve
  • the lenses L1 to L23 constituting the projection optical system PL are fluorite lenses formed of fluorite, and the lens Ll , L2, L4 to L7, L9 to L12, L14, L16 to L21 are quartz lenses made of quartz.
  • the quartz lens L19 forms an amorphous transmission member to which a predetermined birefringence distribution is to be given.
  • Table 1 below shows values of specifications of the projection optical system according to the present embodiment.
  • ⁇ indicates the wavelength of the exposure light
  • i3 indicates the projection magnification
  • NA indicates the numerical aperture on the image side (wafer side)
  • Y indicates the image height (image field radius).
  • the surface number indicates the order of the surface from the reticle side
  • r indicates the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for an aspheric surface)
  • d indicates each The on-axis spacing of the surfaces, ie, the surface spacing (mm)
  • n is the refractive index for the exposure light
  • En is the effective diameter of each surface (mm)
  • Pn is the partial diameter of each surface (ie, on the optical axis of the object surface).
  • PnZEn indicates the ratio of the partial diameter to the effective diameter.
  • Table 2 shows the setting state of the crystal axis of each fluorite lens in the first comparative example.
  • A indicates each fluorite lens
  • B indicates a crystal axis coinciding with the optical axis of each fluorite lens
  • C indicates the angular position of a specific crystal axis other than crystal axis B.
  • the angle position C is, for example, the angle with respect to the reference orientation of the crystal axis [1-111]
  • the crystal axis B is the crystal axis [100].
  • the angle of the crystal axis [010] with respect to the reference orientation is, for example, an orientation arbitrarily set so as to pass through the optical axis AX on the reticle surface.
  • (B, C) (1 1 1, 0) indicates that in a fluorite lens in which the optical axis and the crystal axis [1 1 1] coincide, the crystal axis [1 1 1 1] becomes the reference direction. It means that they are arranged along.
  • (B, C) (1 1 1, 60) indicates that in a fluorite lens in which the optical axis and the crystal axis [1 1 1 1] coincide, the crystal axis [—1 1 1] has the standard orientation.
  • the setting of the reference azimuth does not need to be common to all lenses, but may be, for example, common to each lens pair.
  • the specific crystal axis to be measured for the angle with respect to the reference direction is not limited to the crystal axis [01 0] in the case of the lens pair of the crystal axis [100]. In the case of, it is not limited to the crystal axis [—1 1 1], but can be set appropriately for each lens pair.
  • Table 2 is The same applies to Tables 3 to 5.
  • the crystal axis [1 1 1] coincides with the optical axis. And are set so as to have the same rotational positional relationship with each other about the optical axis. However, no birefringence distribution is given to the quartz lens L19.
  • FIGS. 6A to 6C are diagrams showing a point spread function (PSF: point spread function) in the first comparative example.
  • PSF point spread function
  • Fig. 6A shows the intensity distribution in the point image formed at the center of the projection field (the position of the optical axis AX)
  • Fig. 6B shows one end around the projection field
  • Fig. Fig. 6C shows the intensity distribution of the point image formed on the lower edge of the projection field (on the lower side of the paper)
  • Fig. 6C shows the intensity distribution of the point image formed on the other edge (the upper side of the paper of Fig. 5). Is shown.
  • the light intensity at ideal image formation is 100%
  • the light intensity of the point image is 1% to 9% at 1% pitch
  • the light intensity at 10% to 90% is 10% pitch.
  • the distribution is expressed in a contour line. Therefore, the outermost contour corresponds to 1% of the light intensity in ideal imaging, and the innermost contour corresponds to 90% of the light intensity in ideal imaging.
  • the notation in FIGS. 6A to 6C is the same in FIGS. 7 to 9 below.
  • the maximum light intensity at the point image formed at the center of the projection field is 95.18%, and the maximum light intensity at the point image formed at one end around the projection field is 9%.
  • the maximum light intensity in the point image formed at the other end of the periphery of the projection field is 95.61%. That is, in the first comparative example, since the crystal axis [1 1 1] is set to coincide with the optical axis in all the fluorite lenses, the imaging performance of the projection optical system is affected by the birefringence. It can be seen that it has decreased.
  • FIGS. 6A to 6C since the crystal axis [1 1 1] is set to coincide with the optical axis in all the fluorite lenses, FIGS. 2A and 2B As shown in the figure, a three-fold rotationally symmetric birefringence distribution is likely to remain, and the light intensity distribution of the point image is generally triangular from the center to the periphery of the projection field.
  • the line width of the pattern is substantially different along two orthogonal directions on the photosensitive substrate (wafer). Line width uniformity cannot be ensured.
  • Table 3 shows the setting state of the crystal axis of each fluorite lens in the second comparative example. Also, the 7 A view, second 7 C diagram, Table 3 c shows the point spread in the second comparative example
  • the crystal axis [1 1 1] was set so as to coincide with the optical axis, and the fluorite lenses L3, L8, L13, and L22
  • the fluorite lenses L15 and L23 are set so as to have a relative relationship of being rotated by 60 degrees about the optical axis. That is, the fluorite lenses L3, L8, L13 and L22 and the fluorite lenses L15 and L23 form a lens pair with the crystal axis [111].
  • the quartz lens L19 is not provided with a birefringence distribution.
  • the maximum light intensity at the point image formed at the center of the projection field is 96.24%, and the maximum light intensity at the point image formed at one end around the projection field is 96.81%.
  • the maximum light intensity of the point image formed at the other end of the periphery of the projection visual field is 96.82%. That is, in the second comparative example, the effect of birefringence is reduced by the action of the lens pair with the crystal axis [1 1 1], and the imaging performance of the projection optical system is improved as compared with the first comparative example. You can see that.
  • the use of the lens pair with the crystal axis [1 1 1] reduces the tendency of the birefringence distribution to be three-fold rotationally symmetric, so that the circumference from the center of the projection field is reduced.
  • the light intensity distribution of the point image over the side is generally closer to a circle as compared to the first comparative example.
  • the line width uniformity of the projection optical system is improved in the second comparative example as compared with the first comparative example.
  • Table 4 below shows the setting state of the crystal axis of each fluorite lens in the third comparative example.
  • 8A to 8C are diagrams showing point image intensity distributions in the third comparative example.
  • the crystal axis [1 1 1] is set to coincide with the optical axis.
  • L8 and L15 and the fluorite lens L13 are set so as to have a relative position rotated by 60 degrees about the optical axis. That is, the fluorite lenses L3, L8, and L15 and the fluorite lens L13 form a lens pair with the crystal axis [1 1 1].
  • the crystal axis [100] of the fluorite lenses L22 and L23 coincides with the optical axis.
  • the fluorite lenses L22 and L23 are set to have a positional relationship relatively rotated about the optical axis by 45 degrees. That is, the fluorite lens L22 and the fluorite lens L23 constitute a lens pair with a crystal axis of [100].
  • the quartz lens L 19 has no birefringence distribution.
  • the maximum light intensity at the point image formed at the center of the projection field is 97.92%
  • the maximum light intensity at the point image formed at one end around the projection field is 97.29%.
  • the maximum light intensity in the point image formed at the other end of the periphery of the projection visual field is 97.31%. That is, in the third comparative example, the effect of the birefringence is further reduced by the combined action of the lens pair having the crystal axis [111] and the lens pair having the crystal axis [100]. It can be seen that the imaging performance of the projection optical system has been improved.
  • the three-fold rotationally symmetric birefringence distribution is obtained by the combined action of the lens pair with the crystal axis [111] and the lens pair with the crystal axis [100].
  • the tendency substantially disappears, and the light intensity distribution of the point image from the center to the periphery of the projection visual field becomes more and more circular as a whole as compared with the second comparative example.
  • the line width uniformity of the projection optical system is improved in the third comparative example as compared with the second comparative example.
  • Table 5 below shows the setting state of the crystal axis of each fluorite lens in the present embodiment.
  • 9A to 9C are diagrams showing point image intensity distributions in the present embodiment.
  • a fluorite lens L3, L8, and L15 and a fluorite lens L13 are a lens pair having a crystal axis [1 1 1].
  • the fluorite lens L22 and the fluorite lens L23 form a lens pair having a crystal axis of [100].
  • the quartz lens L19 has a predetermined birefringence distribution.
  • the quartz lens L19 has a birefringence (distortion amount) of -3.8 nmZcm around the exposure light (193 nm), a birefringence of 0 nm / cm at the center, and
  • the quartz lens L19 is provided with a birefringent distribution that varies according to a quadratic function distribution to the periphery, that is, a birefringent distribution that is rotationally symmetric with respect to the optical axis and has a fast axis in the circumferential direction.
  • the maximum light intensity in the point image formed at the center of the projection visual field is 99.78%, and the maximum light intensity in the point image formed at one end around the projection visual field is 99.57%.
  • the maximum light intensity in the point image formed at the other end of the periphery of the projection field is 99.55%. That is, in the present embodiment, the effect of birefringence is reduced by the combined action of the lens pair having the crystal axis [111] and the lens pair having the crystal axis [100] and the compensation action by the birefringence distribution of the quartz lens L19. It can be seen that the reduction was very good, and the imaging performance of the projection optical system was significantly improved as compared with the third comparative example. Referring to FIGS.
  • the line width uniformity of the projection optical system is significantly improved in the present embodiment as compared with the third comparative example.
  • a Si compound gas (a carrier gas such as ⁇ 2 or H 2 is used to send out the Si compound gas) serving as a quartz raw material and a combustion gas (0 2 Gas and H 2 gas) flow out of the burner and synthesize quartz using a flame hydrolysis method that deposits quartz in the flame to obtain an ingot. afterwards, The disc material is obtained by cutting out the ingot, and the disc material is annealed (or gradually cooled).
  • the synthesis conditions at the time of synthesis of quartz and the thermal history conditions at the time of annealing are set so that the birefringence distribution of the refractive member made of quartz (that is, the quartz lens L 19) becomes a desired birefringence distribution. And have adjusted.
  • the parameters of the synthesis conditions include a burner structure, a gas flow rate, an exhaust flow rate, a target swing pattern, and the like. Note that such a synthesis condition / anneal condition may be obtained by trial and error, or may be determined using empirical rules.
  • fluorite is used as the birefringent optical material.
  • the present invention is not limited to this, and other uniaxial crystals, for example, barium fluoride (BaF 2 ), lithium fluoride (L i F), sodium fluoride (NaF), strontium fluoride (SrF 2 ) and the like can also be used.
  • barium fluoride (BaF 2) lithium fluoride (L i F), sodium fluoride (NaF), strontium fluoride (SrF 2 ) and the like can also be used.
  • it is determined according to the crystal axis orientation also present invention, such as barium fluoride (B aF 2).
  • a quartz lens as a non-crystal transmitting member is provided with a birefringent distribution that changes according to a quadratic function distribution.
  • the birefringence distribution is not limited to the quadratic function distribution, but may be a function of a higher order than a quadratic function, such as a quadratic function, or a multiple function such as a composite function of a quadratic function and a quartic function.
  • the distribution may be represented by a composite function composed of orders.
  • the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask is sensed using the projection optical system.
  • micro devices semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin-film magnetic heads, etc.
  • FIG. 1 An example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This will be described with reference to FIG.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot.
  • an image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system.
  • the photoresist on the one-lot wafer is developed, and in step 304, etching is performed on the one-lot wafer using the resist pattern as a mask. As a result, a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer.
  • a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like.
  • a semiconductor device manufacturing method a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • steps 301 to 305 a metal is vapor-deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and the respective steps of exposure, development, and etching are performed.
  • a resist may be applied on the silicon oxide film, and each step of exposure, development, etching and the like may be performed.
  • a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • a so-called optical liquider is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (eg, a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment.
  • the fuel process is performed.
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate is subjected to various steps such as an imaging step, an etching step, and a resist stripping step, so that a predetermined pattern is formed on the substrate. Transition.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G,
  • a color filter is formed by arranging a set of three stripe filters of B in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step 403 is performed.
  • the liquid is formed using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402. Assemble the crystal panel (liquid crystal cell).
  • a liquid crystal is interposed between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402. Inject to manufacture liquid crystal panels (liquid crystal cells).
  • a module assembling step 404 components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus.
  • the present invention is not limited to this, and may be applied to other general projection optical systems. Can also be applied.
  • an ArF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of 193 nm is used.
  • the present invention is not limited to this.
  • light having a wavelength of 157 nm is supplied.
  • F 2 and the laser light source, 2 4 can also be used as 8 nm K r F excimer laser primary light source for supplying wavelength light.
  • a F 2 laser primary light source for supplying wavelength light 1 5 7 nm as the exposure light
  • a modified quartz for example, fluorine-doped stone
  • a modified quartz for example, fluorine-doped stone
  • a projection optical system having good optical performance without being substantially affected by birefringence can be realized. Therefore, according to the present invention, in an exposure apparatus and an exposure method using the projection optical system of the present invention having good optical performance without substantially being affected by birefringence, a high-resolution and high-precision projection exposure is performed. It can be carried out. Also, by using an exposure apparatus equipped with the projection optical system of the present invention, a good microdevice can be manufactured by high-precision projection exposure through a high-resolution projection optical system.

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Description

明 細 書 投影光学系、 露光装置および露光方法 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。 背景技術
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。
現在、 露光波長は K r Fエキシマレーザーの 2 4 8 n mが主流となっているが、 より短波長の A r Fエキシマレ一ザ一の 1 9 3 n mも実用化段階に入りつつある。 さらに、 波長 1 5 7 n mの F 2レーザーや波長 1 4 6 n mの K r 2レーザ一、 波 長 1 2 6 n mの A r 2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 （N A) 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。
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。 A r F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、 F 2レーザ一を光源とする投 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。
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。 発明の開示
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。
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 [ 1 0 0 ] または該結晶軸 [ 1 0 0 ] 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 [ 1 0 0 ] または該結晶軸 [ 1 0 0 ] 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 4 5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。
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 [ 1 0 0 ] または該結晶軸 [ 1 0 0 ] 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、 [ 1 1 1 ] または該結晶軸 [ 1 1 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た第 6群の光透過部材と、 結晶軸 [ 1 1 1 ] または 該結晶軸 [ 1 1 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 6群の光透過部材に対して光軸を中心としてほぼ 6 0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。
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。
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 P n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 E nとするとき、
P n / E n < 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。
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。
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。 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 2 A図〜第 2 C図は、 Burnet t 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 3 A図〜第 3 C図は、 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。
第 4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。
第 5図は、 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。 第 6 A図〜第 6 C図は、 第 1比較例における点像強度分布を示す図である。 第 7 A図〜第 7 C図は、 第 2比較例における点像強度分布を示す図である。 第 8 A図〜第 8 C図は、 第 3比較例における点像強度分布を示す図である。 第 9 A図〜第 9 C図は、 本実施形態における点像強度分布を示す図である。 第 1 0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 一チヤ一卜である。
第 1 1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 チヤ一卜である。 発明を実施するための最良の形態
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 [00 1] 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 [1 10] 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 [0 1 1] 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 [1 1 1] 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 [1 1 1] 方向、 およびこ れと等価な不図示の結晶軸 [— 1 1 1], [1— 1 1]， [1 1 - 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]， [0 10], [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 [1 10]， [1 01], [0 1 1], およびこれと等価な不図示の結晶軸 [— 1 1 0], [- 101], [01 - 1] 方向では、 複屈折が最大である。
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 ポジユウム (2nd International Symposium on 157nm Lithography) におレ て、 米国 N I STの 〗ohn 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、 蛍石は、 結晶軸 [1 10]， [— 1 10], [101]， [ - 1 01], [01 1], [0 1 - 1] の 6方向において、 波長 1 57 nmの光に対して 最大で 6. 5 nmZcm、 波長 193 nmの光に対して最大で 3. 6 nm/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 1 nmZcm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。
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。 第 2 A図〜第 2 C図は、 Burnett 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。 第 2 A図〜第 2 C図では、 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。
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。 以降の第 3 A図〜第 3 C図においても、 上述の表記は同様である。
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 [1 1 1] 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 6 0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 の分布は第 2 A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 2 B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 2 C図に示すようになる。
この場合、 第 2 A図および第 2 B図を参照すると、 光軸と一致している結晶軸 [1 1 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。 また、 結晶軸 [100], [010], [00 1] 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 [1 10]， [1 01], [01 1] 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 [1 1 1] と結晶軸 [1 10] 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 2 C図を参照すると、 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 [1 1 0]， [101], [01 1] 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。
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 [ 1 00] 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 4 5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], [00 1] である。
第 3 A図〜第 3 C図は、 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第 3 A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 3 B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 3 C図に示すようにな る。
第 3 A図および第 3 B図を参照すると、 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 [ 1 1 1], [ 1一 1 1]， [- 1 1 - 1], [ 1 1一 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 [10 1], [10— 1], [1 10], [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。
一方、 第 3 C図を参照すると、 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 [10 1], [10- 1], [1 10], [1 - 10] の影響がかなり薄められ、 光軸から 4 5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。
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], [00 1], [01 1] または [0 1 _ 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。
また、 第 3 A図および第 3 B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 + (nX 90度） だけ相対的に回転させること、 すなわち 45度、 135度、 225度、 または 3 1 5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）。
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 [— 1 1 1]、 [1 1 - 1], または [1— 1 1]) 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 [一 1 1 1] と、 他方の蛍石レンズにおける結晶 軸 [_ 1 1 1] 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。
また、 第 2 A図および第 2 B図からも明らかな通り、 結晶軸 [1 1 1] 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。 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 + (nx 1 20度） だけ相対的に回転させること、 すなわち 60度、 180度、 または 30 0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）。
上述の説明の通り、 一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸 [1 1 1] 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 さる。
ここで、 一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸 [1 1 1] 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 [1 1 1] 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 1 1] 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。
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 [1 1 1] とを一 致させて 60度相対回転させた結晶軸 [1 1 1] 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。
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。
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。 なお、 不純物としては、 O H、 Cし 金属不純物、 溶存ガスが挙げられ、 ダイ レクト法（Di rec t Me thod)の場合は、 数百 p p m以上含有される O H、 次いで数 十 p p m含有される C 1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、 例えばァニール 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、 V A D (vapor ax i al depos i t i on)法、 ゾルゲル（so l- ge l)法、 プラズマパーナ（p l asma burner)法などの製造方法によらずに存在する。
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、 たとえば石英ゃ改質石英の 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。
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。
なお、 第 1発明では、 複数の結晶透過部材に結晶軸 [ 1 1 1] 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 [10 0] のペアレンズと結晶軸 [1 1 1] 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。
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 [1 1 1] 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。
第 2発明では、 複数の結晶透過部材は、 結晶軸 [1 0 0] (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 [1 1 1] 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。
上述したように、 結晶軸 [1 1 1] 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、 第 3 A図お よび第 3 B図に示すように、 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 [1 1 1] 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。
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 40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 0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。
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 （第 9 A図〜第 9 C図を参照）。 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。
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。
Ρη/Έη<0. 7 (1)
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。
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。
本発明の実施形態を、 添付図面に基づいて説明する。
第 4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 4図において、 投影光学系 P Lの光軸 A Xに平行 に Z軸を、 光軸 A Xに垂直な面内において第 4図の紙面に平行に Y軸を、 光軸 A Xに垂直な面内において第 4図の紙面に垂直に X軸を設定している。
第 4図に示す露光装置は、 紫外領域の照明光を供給するための光源 L Sとして、 たとえば A r Fエキシマレーザ一光源 （波長 1 9 3 n m) を備えている。 光源 Sから射出された光は、 照明光学系 I L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 L Sと照明光学系 I Lとの間の光 路はケ一シング （不図示） で密封されており、 光源 L Sから照明光学系 I L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 ゥ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 R Hを介して、 レチクルステージ R S上におい て X Y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 R S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 X Y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 R Mを 用いた干渉計 R I F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 P L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 W S上において X Y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 つ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 W S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 X Y平面） に沿 つ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 W I F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、 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 P Lの内部が気密状態を保つように構成され、 投影光学系 P L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 I Lと投影光学系 P L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 R S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 R Sなどを密封包囲するケ一シング （不図示） の内部に窒素やへリウ 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。
また、 投影光学系 P Lとウェハ Wとの間の狭い光路には、 ウェハ Wおよびゥェ ハステージ W S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 L Sからウェハ Wまでの光路の全体に亘つて、 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。
上述したように、 投影光学系 P L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 （R I F、 WI F) 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 R Sとゥ 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ゥ 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。
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 （C a F2結晶） または石英で形成されている。 また、 Ar Fェキ シマレーザー光の波長は 193 nm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. 560326 1である。
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/ c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。 後述の第 1表において、 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。
z= (y Vr) Z [1 + { 1 - ( 1 + κ) - y Vr 2} 1/2]
+ C4 · y4 + C6 · y6 + C8 · y8 + C10 · y 10
+ C12 · y 12 + C14 · y 14 (a)
第 5図は、 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 PLは、 第 5図に示すように、 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 L 1と、 ウェハ側に平面を向けた平凹レ ンズ L 2と、 レチクル側に平面を向けた平凸レンズ L 3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 L 4と、 両凸レンズ L 5と、 両凸レンズ L 6と、 レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L 7と、 ウェハ側に平面を 向けた平凸レンズ L 8と、 レチクル側に平面を向けた平凹レンズ L 9と、 両凹レ ンズ L 10と、 ウェハ側に平面を向けた平凹レンズ L 1 1と、 ウェハ側に非球面 状の凹面を向けた両凹レンズ L 12と、 両凸レンズ L 1 3と、 ウェハ側に非球面 状の凹面を向けた両凹レンズ L 14と、 両凸レンズ L 1 5と、 レチクル側に凸面 を向けた正メニスカスレンズ L 16と、 レチクル側に凸面を向けた負メニスカス レンズし 17と、 両凸レンズ L 18と、 両凸レンズ L 19と、 レチクル側に凸面 を向けた正メニスカスレンズ L 20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 L 2 1と、 レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L 22 と、 ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L 23とから構成されている。
投影光学系 PLを構成するレンズ L 1〜L 23のうち、 L 3, L 8, L 1 3， L 15, L 22および L 23は蛍石で形成された蛍石レンズであり、 レンズ L l， L 2, L4〜L 7， L 9〜L 12, L 14, L 16〜L 21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 L 19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。
次の第 1表に、 本実施形態にかかる投影光学系の諸元の値を掲げる。 第 1表の 主要諸元において、 λは露光光の波長を、 i3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、 第 1表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 （mm) 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、 PnZEnは有効直径に 対する部分径の比をそれぞれ示している。
第 1表
(主要諸元）
λ = 193 nm
3 =- 0. 25
NA= 0. 85 o
CO 寸 L O ト CO rH 3 U
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卜
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88 Ό 6 '691 CO! -g 00S'666Z
-81-
6960l/Z0df/X3d W99讀 0 OAV C4 = - 1. 3372 1 X 1 0 - 7 c 4. 57 1 02 X 1 0 12
C8 = - 2. 57 74 1 X 1 0- C 10= 3. 59697 X 1 0 - 20 C 12 = - 5. 6 1 7 00 X 10 -24
C 14 = 4. 42067 X 10一 2 8
7面
κ= 1. 000000
C4 = - 4. 1 1 840 X 1 0 -9 C6 = - 2. 1 9082 X 1 0 - 14 C8= 5. 55237 X 1 0 - 21 C 10= 2. 268 1 1 X 1 0 -23
C 12 = - 1. 7 1 805 X 10—2 7 C 14= 2. 95229 X 10 "32
24面
κ= 1. 000000
C4= 3. 1 7 1 36 X 1 0-8 C6 = _ l. 1 9732 X 1 0 -12
C 8 = - 7. 0 524 1 X 10 - 17 C10= 3. 4 9 84 2 X 1 0 ~21 C 12= 4. 62643 X 1 0— 26 C 14 = - 2. 78 1 34 X 1 0— 30
28面
κ= 1. 000000
C4= 3. 1 6 5 56 X 1 0 - 8 C6 = - 2. 5 5344 X 1 0 -13
C8 = - 1 - 69524 X 1 0 - 18 C 10= 6. 45379 X 1 0 - 23 C12= l. 1 1 28 1 X 1 0— 26 C 14 = - 5. 33626 X 1 0一 3
42面
κ = 1. 000000
C4 = - 2. 493 1 8 X 1 0-8 C6= 1. 14042 X 1 0 -13
C8= 4. 68 142 X 1 0- 18 C 10 = - 8. 53 537 X 1 0 -22 C12 = - 3. 1 6562 X 1 0 - 26 C 14= 9. 4 1438 X 1 0 -31 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。 次の第 2表に、 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。 第 2表において、 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。 なお、 角度位置 Cは、 結晶軸 Bが結晶軸 [1 1 1] であるとき、 たとえば結晶 軸 [一 1 1 1] の基準方位に対する角度であり、 結晶軸 Bが結晶軸 [100] 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。
したがって、 たとえば （B, C) = ( 100, 0) は、 光軸と結晶軸 [10 0] とが一致する蛍石レンズにおいて、 その結晶軸 [010] が基準方位に沿つ 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。 また、 たとえば （B， C) = (1 1 1， 0) は、 光軸と結晶軸 [1 1 1] とが 一致する蛍石レンズにおいて、 その結晶軸 [一 1 1 1] 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) = (1 1 1， 60) は、 光軸と結 晶軸 [1 1 1] とが一致する蛍石レンズにおいて、 その結晶軸 [— 1 1 1] 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) = (1 1 1, 0) の蛍石レンズと （B, C) = (1 1 1, 60) の蛍 石レンズとは、 結晶軸 [1 1 1] のレンズペアを構成していることになる。
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 [01 0] に限定されることなく、 結晶軸 [ 1 1 1] のレンズペアの場合に結晶軸 [— 1 1 1] 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。 第 2表における表記は、 以降の第 3表〜第 5表においても同様である。
第 2表
A B c
L 3 [1 1 1] 0
L 8 [1 1 1] 0
L 13 [1 1 1] 0
L 15 [1 1 1] 0
L 22 [1 1 1] 0
L 23 [1 1 1] 0
第 2表を参照すると、 第 1比較例では、 すべての蛍石レンズ L 3， L 8, L 1 3, L 15, L 22および L 23において、 結晶軸 [1 1 1] 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 L 19には、 複屈折分布が付与され ていない。
第 6A図〜第 6 C図は、 第 1比較例における点像強度分布 （P S F : point spread function) を示す図である。 第 6図において、 第 6 A図は投影視野の中 心 （光軸 AXの位置） に形成される点像における強度分布を、 第 6 B図は投影視 野の周辺の一端 （第 5図の紙面の下側） に形成される点像における強度分布を、 第 6 C図は投影視野の周辺の他端 （第 5図の紙面の上側） 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。
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 1 0 %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、 第 6 A図〜第 6 C図における表記 は、 以降の第 7図〜第 9図においても同様である。
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 9 5. 1 9%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 [1 1 1] 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。
また、 第 6 A図〜第 6 C図を参照すると、 すべての蛍石レンズにおいて結晶軸 [1 1 1] が光軸と一致するように設定されているので、 第 2 A図および第 2 B 図に示すように 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 に亘つ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。
次の第 3表に、 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、 第 7 A図〜第 7 C図は、 第 2比較例における点像強度分布を示す図である c 第 3表
A B C
L 3 [1 1 1] 0
L 8 [1 1 1] 0
L 13 [1 1 1] 0
L 15 [1 1 1] 60
L 22 [1 1 1] 0
L 23 [1 1 1] 60
第 3表を参照すると、 第 2比較例では、 すべて蛍石レンズにおいて結晶軸 [1 1 1] が光軸と一致するように設定され、 蛍石レンズ L 3, L 8, L 13および L 22と蛍石レンズ L 15および L 23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， L 8, L 13および L 22と、 蛍石レンズ L 15および L 23とは、 結晶軸 [ 1 1 1] 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 L 19には、 複屈折分布が付与されていない。 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 9 6. 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 [1 1 1] 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。
また、 第 7 A図〜第 7 C図を参照すると、 結晶軸 [1 1 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 辺に亘つ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つて 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。
次の第 4表に、 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、 第 8 A図〜第 8 C図は、 第 3比較例における点像強度分布を示す図である。
第 4表
A B c
L 3 [1 1 1] 0
L 8 [1 1 1] 0
L 13 [1 1 1] 60
L 15 [1 1 1] 0
L 22 [100] 0
L 23 [100] 45
第 4表を参照すると、 第 3比較例では、 蛍石レンズ L 3, L 8, L 13および L 15において結晶軸 [1 1 1] が光軸と一致するように設定され、 蛍石レンズ L 3， L 8および L 15と蛍石レンズ L 13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， L 8および L 15と、 蛍石レンズ L 13とは、 結晶軸 [1 1 1] のレンズ ペアを構成している。
また、 蛍石レンズ L 22および L 23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 L 22と L 23とは光軸を中心として 45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 22と蛍石レンズ L 23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 L 1 9 には、 複屈折分布が付与されていない。 - 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 9 7. 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 [1 1 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、 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。
また、 第 8 A図〜第 8 C図を参照すると、 結晶軸 [1 1 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つ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つている。 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。
次の第 5表に、 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、 第 9 A図〜第 9 C図は、 本実施形態における点像強度分布を示す図である。
第 5表
A B C
L 3 [1 1 1] 0
L 8 [1 1 1] 0
L 13 [1 1 1] 60
L 15 [1 1 1] 0
L 22 [1 00] 0
L 23 [1 00] 45 第 5表を参照すると、 本実施形態では、 第 3比較例と同様に、 蛍石レンズ L 3， L 8および L 1 5と蛍石レンズ L 13とが結晶軸 [1 1 1] のレンズペアを構成 し、 蛍石レンズ L 22と蛍石レンズ L 23とが結晶軸 [1 00] 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 L 19には、 所定の複屈折分布が付与されている。
具体的には、 露光光 （193 nm) に対して周辺で— 3. 8 nmZcmの複屈 折量 （歪み量） を有し、 中心で 0 nm/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 L 19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 L 19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。
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 9 9. 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 [1 1 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 L 1 9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。 また、 第 9 A図〜第 9 C図を参照すると、 結晶軸 [1 1 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 L 19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つて点像の光強度分 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。
なお、 本実施形態では、 石英の原料となる S i化合物ガス （S i化合物ガスを 送り出すために〇2、 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 （02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、 このディスク材のァニール （又は徐 冷） を行う。
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 L 1 9) 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、 ァニール時の熱履歴条件とを調整している。 このとき、 合成条件のパラメ一夕と 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ゃァニール条件は、 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 L 19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。
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、 200 1年 7月 1 8日に開かれたリソグラフィに関するシンポジユウム (Internationa卜 SEMATECH Calcium Fluoride Birefringence Workshop)において, 米国 N I S T (National Institute of Standards and Technology)の John H. Burnett らによって発表された値を用いている。
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 （L i F)、 フッ化ナトリウム （N a F)、 フッ化ストロン チウム （S r F2) 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。
なお、 上述の実施形態では、 複数の結晶透過部材の複屈折の影響を補償するた めに、 非結晶透過部材としての石英レンズに二次関数分布にしたがって変化する ような複屈折分布を与えているが、 この複屈折分布は二次関数分布には限定され ず、 たとえば四次関数などの二次よりも高次の関数や、 たとえば二次関数と四次 関数との合成関数などの複数の次数からなる合成関数で表現される分布であって もよい。
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第 1 0図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、 第 1 0図のステップ 3 0 1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 3 0 2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 3 0 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 3 0 4において、 その 1ロッ卜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 0 5において、 その 1ロッ卜のウェハ上でレジストパ夕一ンをマスク 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 3 0 1〜ステップ 3 0 5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つ 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、 第 1 1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 1 1図において、 パター ン形成工程 4 0 1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、 所謂光リソダラ フイエ程が実行される。 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、 次のカラーフィル夕一形成工程 4 0 2へ移行 する。
次に、 カラーフィルター形成工程 4 0 2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一フィルターを形成する。 そして、 カラーフィルター形成ェ 程 4 0 2の後に、 セル組み立て工程 4 0 3が実行される。 セル組み立て工程 4 0 3では、 パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板、 およ びカラーフィル夕一形成工程 4 0 2にて得られたカラーフィルタ一等を用いて液 晶パネル （液晶セル） を組み立てる。 セル組み立て工程 4 0 3では、 例えば、 パ ターン形成工程 4 0 1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 一形成工程 4 0 2にて得られたカラ一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 4 0 4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、 上述の実施形態では、 1 9 3 n mの波 長光を供給する A r F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 1 5 7 n mの波長光を供給する F 2 レーザー光源や、 2 4 8 n mの波長光を供給する K r Fエキシマレーザ一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 1 5 7 n mの波長光を供給する F 2レーザ一光源な 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。 産業上の利用の可能性
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。

Claims

請 求 の 範 囲
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. 請求の範囲第 1項に記載の投影光学系において、
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 とする投影光学系。
3. 請求の範囲第 1項に記載の投影光学系において、
前記複数の結晶透過部材は、 結晶軸 [1 1 1] または該結晶軸 [1 1 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た第 3群の光透過部 材と、 結晶軸 [1 1 1] または該結晶軸 [1 1 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投影光学系。
4. 請求の範囲第 3項に記載の投影光学系において、
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投影光学系。
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、 [1 1 1] または該結晶軸 [1 1 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た第 6群の光透過部材と、 結晶軸 [1 1 1] または 該結晶軸 [1 1 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 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. 請求の範囲第 5項に記載の投影光学系において、
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 とする投影光学系。
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. 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 P n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 E nとするとき、
P n / E nぐ 0 . 7
の条件を満たすことを特徴とする投影光学系。
9 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項に記載の投影光学系において、 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 特徴とする投影光学系。
1 0 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項のいずれか 1項に記載の投影光学系におい て、
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投影光学系。
1 1 . 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 1 0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。
1 2 . 前記第 1面に設定されたマスクを照明し、 請求の範囲第 1項乃至第 1 0 項のいずれか 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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