WO2007132619A1 - 結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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WO2007132619A1
WO2007132619A1 PCT/JP2007/058334 JP2007058334W WO2007132619A1 WO 2007132619 A1 WO2007132619 A1 WO 2007132619A1 JP 2007058334 W JP2007058334 W JP 2007058334W WO 2007132619 A1 WO2007132619 A1 WO 2007132619A1
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imaging
optical system
optical element
boundary
crystal orientation
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PCT/JP2007/058334
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Yasuhiro Omura
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Nikon Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7095—Materials, e.g. materials for housing, stage or other support having particular properties, e.g. weight, strength, conductivity, thermal expansion coefficient
    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties
    • G03F7/70966—Birefringence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0037—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements
    • G02B27/0043—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements in projection exposure systems, e.g. microlithographic systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Definitions

  • Imaging optical system Imaging optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
  • the present invention relates to an imaging optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and more particularly to a projection suitable for an exposure apparatus used when manufacturing a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithographic process.
  • the present invention relates to an optical system.
  • a pattern image of a mask (or reticle) is transferred via a projection optical system to a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist,
  • a photosensitive substrate a wafer coated with a photoresist
  • An exposure apparatus that performs projection exposure on a glass plate or the like is used.
  • the resolution (resolution) required for the projection optical system increases more and more as the degree of integration of semiconductor elements and the like increases.
  • the resolution of the projection optical system is represented by k ′ ZNA (k is a process coefficient).
  • the image-side numerical aperture NA is n, where n is the refractive index of the medium (usually a gas such as air) between the projection optical system and the photosensitive substrate, and ⁇ is the maximum angle of incidence on the photosensitive substrate. It is expressed as' sin ⁇ .
  • Patent Document 1 International Publication No. WO2004Z019128 Pamphlet
  • drying is not limited to an immersion system. Even in a system, it is desirable to adopt a point-of-view reflection / refraction / refraction imaging optical system if the Petzval condition is satisfied to obtain image flatness. In addition, from the viewpoint of the ability to deal with any fine pattern, it is desirable to use an off-axis visual field imaging optical system in which the effective field (and hence the effective image formation region) does not include the optical axis.
  • an immersion type projection optical system generally, an immersion type imaging optical system
  • a liquid having a higher refractive index than pure water is used as the immersion liquid. It is conceivable to use However, if only the refractive index of the liquid as the immersion liquid is set to a large value, the curvature of the convex surface on the object side of the boundary lens becomes too large, making it impossible to design the lens on the image plane. It is difficult to ensure a sufficiently large effective image area (effective static exposure area in the case of an exposure apparatus).
  • the refractive index is higher than that of pure water as the immersion liquid, and the refractive index is higher than that of quartz. It is conceivable to form a boundary lens using a crystalline material.
  • intrinsic birefringence intrinsic birefringence
  • the imaging performance of the projection optical system may be deteriorated due to the influence of intrinsic birefringence of the boundary lens (boundary optical element).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can suppress the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element and ensure a large image-side numerical aperture and good imaging performance.
  • An object is to provide an immersion type and catadioptric imaging optical system.
  • the present invention also provides an exposure apparatus capable of projecting and exposing a fine pattern with high accuracy using a high-resolution imaging optical system having a large image-side numerical aperture and good imaging performance. With the goal.
  • the optical path between the imaging optics and the second surface is filled with a liquid having a refractive index greater than 1.1;
  • a reciprocating optical element disposed in a reciprocating optical path formed by the concave reflecting surface and formed of a cubic crystal material
  • a plurality of refractive optical elements formed of an amorphous material
  • the optical path between the imaging optics and the second surface is filled with a liquid having a refractive index greater than 1.1;
  • An amorphous refractive optical element disposed in an optical path between the first surface and the boundary optical element and formed of an amorphous material
  • the boundary optical element has a refractive index n [100] of light oscillating in the direction of crystal orientation [100] and a refractive index n [110] of light oscillating in the direction of crystal orientation [110].
  • the absolute value of the difference is a 1. 5 X 10- 6 or more
  • the amorphous refractive optical element has an internal strain that is substantially rotationally symmetric with respect to its optical axis, and the maximum birefringence resulting from the internal strain is 3 nmZcm or more. .
  • an image of the pattern is projected onto the photosensitive substrate set on the second surface based on light from the predetermined pattern set on the first surface.
  • An exposure apparatus comprising the imaging optical system of the first form or the second form is provided.
  • the boundary optical element and the reciprocating optical element are made of a cubic crystal material.
  • the plurality of other refractive optical elements formed are made of an amorphous material such as quartz. Therefore, the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element can be reduced by the influence of the intrinsic birefringence of the reciprocating optical element through which the light passes twice, and as a result, good imaging performance of the imaging optical system can be ensured.
  • an immersion-type and catadioptric imaging optical system that can suppress the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element and ensure a large image-side numerical aperture and good imaging performance.
  • a system can be realized.
  • a fine pattern can be projected and exposed with high precision using a high-resolution imaging optical system having a large image-side numerical aperture and good imaging performance, and consequently Good devices can be manufactured with high precision.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the crystal orientation of a cubic crystal material.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular still exposure region formed on a wafer and a reference optical axis in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration between a boundary lens and a wafer in each example of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system related to the first example of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing transverse aberration in the projection optical system of the first example.
  • FIG. 7 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system related to a second example of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing transverse aberration in the projection optical system of the second example.
  • FIG. 9 A diagram showing how a no-turn is illuminated with light of a required linear polarization state so that an image is formed in a polarization state mainly composed of S-polarized light.
  • A is a dipole illumination in the X direction
  • B shows Y-direction dipole illumination
  • c shows quadrupole illumination
  • d shows annular illumination.
  • 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.
  • the imaging optical system of the present invention is generally an optical system that optically conjugates the first surface and the second surface, but in order to facilitate understanding, the image of the first surface is used.
  • the present invention will be described by taking as an example a projection optical system in which is formed on the second surface.
  • the projection optical system of the present invention is a catadioptric and immersion type optical system including a concave reflecting mirror (generally a concave reflecting surface), and the image side (second surface side) surface is liquid ( The boundary optical element (boundary lens) in contact with the immersion liquid and the object side (first surface side) surface in contact with the gas is formed of a cubic crystal material.
  • a reciprocating optical element disposed in a reciprocating optical path formed by the concave reflecting mirror (at least one when there are plural reciprocating optical elements).
  • These reciprocating optical elements are also made of a cubic crystal material.
  • the plurality of refractive optical elements other than the boundary optical element and the reciprocating optical element formed of a cubic crystal material are formed of an amorphous material such as quartz.
  • the liquid filled in the optical path between the boundary optical element and the second surface for example, pure water or pure water is used.
  • Various high refractive index liquids having a high refractive index can be used.
  • a high refractive index liquid having a higher refractive index than pure water for example, glycenol (CH [OH] CH [OH] CH [OH]), heptane (C H)
  • a boundary crystal element is formed using a cubic crystal material having a higher refractive index than quartz.
  • cubic crystal materials with higher refractive index than quartz include calcium oxide, magnesium oxide, barium fluoride, strontium oxide, barium oxide, barium fluoride, norium 'lithium' flowride (BaLiF), Lutechi
  • Crystal materials such as [Lutetium Aluminum Garnet] LuAG) and spinel ([cryst alline magnesium aluminum spinel] MgAl O)
  • a mixed crystal as a component can be used.
  • most refractive optical elements are made of an amorphous material that does not exhibit intrinsic birefringence, such as quartz.
  • the boundary optical element formed of a cubic crystal material exhibits intrinsic birefringence.
  • the boundary optical element is formed using a cubic crystal material having a refractive index higher than that of quartz in order to increase the image-side numerical aperture, for example, the boundary optical element is formed using fluorite. It exhibits a strong intrinsic birefringence. In this case, due to the intrinsic birefringence of the boundary optical element, the projection optical system There is a risk that the imaging performance is degraded.
  • the reciprocating optical element is formed of a cubic crystal material, the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element is reduced (compensated) by the influence of the intrinsic birefringence of the reciprocating optical element. As a result, good imaging performance of the projection optical system can be ensured.
  • a reciprocating optical element arranged in a reciprocating optical path formed by a concave reflecting mirror is advantageous for exhibiting a large compensation effect with a small number of elements because it passes through light power.
  • the reciprocating optical element arranged in the vicinity of the concave reflecting mirror the light having a relatively large incident angle passes, so that the intrinsic birefringence of the boundary optical element through which the light having a relatively large incident angle passes is compensated. Is advantageous.
  • a boundary optical element using a cubic crystal material having a higher refractive index than pure water and a high refractive index liquid as an immersion liquid and having a higher refractive index than quartz for example. Even if the image-side numerical aperture is increased by forming, the compensation effect of the reciprocating optical element formed of a cubic crystal material such as fluorite having a refractive index lower than that of quartz, for example, The influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element can be reduced, and good imaging performance of the projection optical system can be ensured. That is, in the immersion type and catadioptric projection optical system of the present invention, it is possible to suppress the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element and to secure a large image-side numerical aperture and good imaging performance.
  • the projection optical system of the present invention includes a refractive first imaging system, a catadioptric second imaging system including a concave reflecting mirror and a reciprocating optical element, and a refractive third connection. And an image system.
  • This catadioptric configuration is advantageous for increasing the image-side numerical aperture.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the crystal orientation of a cubic crystal material. Referring to FIG. 1, the crystal orientation of a cubic crystal material is controlled based on the cubic crystal axis a a a.
  • the crystal orientation [101] is the crystal orientation [100] and crystal orientation [010] and 45 in the aa plane. Crystal orientation [110] in the direction of the degree, crystal orientation [010] and crystal in the aa plane
  • the crystal orientation [011] is defined in the direction of [001] and 45 degrees.
  • crystal orientation is defined.
  • a crystal orientation that is optically (in terms of crystal structure) equivalent to a certain crystal orientation means a crystal orientation in which the order of the number of the crystal orientation is changed with respect to a certain crystal orientation, and those crystal orientations.
  • the crystal orientation is obtained by reversing the sign of at least a part of each index.
  • the optical axis of the boundary optical element is preferably arranged so as to be substantially parallel to the crystal orientation [100] or a crystal orientation optically equivalent thereto.
  • a force that generates a birefringence distribution that is approximately four-fold rotationally symmetric with respect to the optical axis. Can be approximately equal to each other. This point is not limited to the above-described catadioptric projection optical system, and the same applies to a refractive projection optical system described later.
  • the boundary optical element is arranged so that the optical axis of the boundary optical element is substantially parallel to the crystal orientation [100] or a crystal orientation optically equivalent thereto, and the crystal orientation [100] or the same. It is preferable to arrange so that the crystal orientation optically equivalent to the rectangle defines a rectangular effective imaging region (corresponding to the exposure region of the exposure apparatus) and is approximately parallel to one of the two adjacent sides. . That is, in the case of a scanning exposure apparatus, the crystal orientation [100] or an optically equivalent crystal orientation may be arranged so as to be substantially parallel to the scanning direction or the scanning orthogonal direction perpendicular thereto. preferable.
  • the effect of intrinsic birefringence on the so-called H-line elongated image and the effect of intrinsic birefringence on the elongated V-line image are almost equal to each other.
  • the projection exposure of the pattern including the V line can be performed satisfactorily. This point is not limited to the above-described catadioptric projection optical system, and the same applies to a refractive projection optical system described later.
  • the optical axis of the boundary optical element is arranged so as to be substantially parallel to the crystal orientation [100] or an optically equivalent crystal orientation, and the crystal orientation [111] or So that the projection onto the image plane (second plane) with an optically equivalent crystal orientation forms an angle of about 45 degrees with respect to two adjacent sides that define the rectangular effective imaging area. It is preferable to arrange.
  • the projection of the crystal orientation [111] or an optically equivalent crystal orientation onto the image plane makes an angle of about 45 degrees with respect to the scanning direction. It is preferable to arrange.
  • the refractive index n [100] of light oscillating in the direction of crystal orientation [100] and the refractive index n [l 10] of light oscillating in the direction of crystal orientation [110] The difference is the opposite sign between the boundary optical element and the reciprocating optical element, and the boundary optical element and the reciprocating optical element are arranged so that the relationship of the crystal orientation relative to the optical axis of the projection optical system is relatively equivalent, I like it.
  • the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element can be effectively compensated by the influence of the intrinsic birefringence of the reciprocating optical element.
  • the absolute value of the difference between the refractive index n [100] and the refractive index n [110] in the boundary optical element is the refractive index n [100] and the refractive index n [l in the reciprocating optical element. It is preferably at least twice the absolute value of the difference from [10].
  • a reciprocating optical element having a relatively small intrinsic birefringence formed of fluorite can be used to compensate for the relatively large intrinsic birefringence of the boundary optical element.
  • conditional expression (1) D is the effective diameter (diameter) of the object side (first surface side) surface of the boundary optical element, and R is the radius of curvature of the object side surface of the boundary optical element.
  • conditional expression (1) If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, it is not preferable because the image-side numerical aperture cannot be increased even if the refractive index of the boundary optical element is increased. On the other hand, if the lower limit value of conditional expression (1) is not reached, the boundary optical element approaches the hemispherical lens and it becomes difficult to hold the boundary optical element, which is not preferable. In order to achieve the effect of the present invention more satisfactorily, the above conditional expression (1) More preferably, the limit value is set to 0.6 and the lower limit value is set to 0.52.
  • the present invention is applied to a catadioptric projection optical system including a concave reflecting mirror.
  • the present invention is not limited to the catadioptric type, for example, a refractive or catadioptric projection.
  • the influence of the intrinsic birefringence of the boundary optical element is compensated by the influence of birefringence caused by the internal distortion of an amorphous refractive optical element (for example, a quartz lens) formed of an amorphous material. You can also.
  • the absolute value of the difference between the refractive index n [l 00] and the refractive index n [110] In the boundary optical element 1. 5 X 10- 6 or more, internal strain (light amorphous refractive optical element
  • the maximum amount of birefringence caused by the internal strain (which is almost rotationally symmetric about the axis) needs to be 3 nm Zcm or more.
  • the absolute value of the difference between the refractive index n [110] and the refractive index n [100] is 1. a 5 X 10- 6, the maximum birefringence amount is equivalent to being 15nmZcm . That is, the absolute value of 1. 5 X 10- 6 or more and boundary optical element of the difference between the refractive index n [110] and the refractive index n [100], for example high cubic than the refractive index than the fluorite The crystal material is formed.
  • the maximum birefringence caused by the internal strain of the amorphous refractive optical element formed of quartz must be 3 nmZcm or more. Desired.
  • the internal strain of the amorphous refractive optical element increases from the optical axis (that is, the center of the amorphous refractive optical element) toward the periphery, and after passing through the maximum point of the distortion amount, It is preferable to decrease toward this point.
  • the optical axis of the boundary optical element is arranged so as to be substantially parallel to the crystal orientation [100] or an optically equivalent crystal orientation, it is between the crystal orientation [100] and the crystal orientation [111].
  • Light may enter the boundary optical element beyond the range, that is, beyond the 45 degree incident angle range.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus concerning.
  • the X and Y axes are set in a direction parallel to wafer W, and the Z axis is set in a direction orthogonal to wafer W. More specifically, the XY plane is set parallel to the horizontal plane, and the + Z axis is set upward along the vertical direction!
  • the exposure apparatus of this embodiment includes, for example, an ArF excimer laser light source that is an exposure light source, and includes an optical optical integrator (homogenizer), field stop, condenser lens and the like.
  • System 1 is provided.
  • the exposure light (exposure beam) IL consisting of ultraviolet pulsed light having a wavelength of 193 nm emitted from the light source passes through the illumination optical system 1 and illuminates the reticle (mask) R.
  • a pattern to be transferred is formed on the reticle R, and a rectangular (slit-shaped) pattern region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction is illuminated in the entire pattern region. Is done.
  • the light that has passed through the reticle R passes through an immersion-type catadioptric projection optical system PL, and is exposed to an exposure area on a photoresist-coated wafer (photosensitive substrate) W at a predetermined projection magnification.
  • a reticle pattern is formed. That is, a rectangular still exposure having a long side along the X direction and a short side along the Y direction on the wafer W so as to optically correspond to the rectangular illumination region on the reticle R.
  • a pattern image is formed in the area (effective exposure area; effective imaging area).
  • FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular still exposure region formed on the wafer and the reference optical axis in the present embodiment.
  • a circular region (image circle) IF having a radius B centered on the reference optical axis AX is separated from the reference optical axis AX by an off-axis amount A in the Y direction.
  • a rectangular still exposure region ER having a desired size is set at the position.
  • the length in the X direction of the static exposure region ER is LX
  • the length in the Y direction is LY.
  • the static exposure area ER is located at a position corresponding to the off-axis amount A in the Y direction from the reference optical axis AX, corresponding to the rectangular static exposure area ER.
  • a rectangular illumination area having a size and a shape corresponding to is formed.
  • the reticle R is held parallel to the XY plane on the reticle stage RST, and the reticle stage RST has a mechanism for finely moving the reticle R in the X, Y, and rotational directions. Is incorporated.
  • Reticle stage RST is measured and controlled in real time by a reticle laser interferometer (not shown) in the X, Y and rotational positions.
  • the wafer W is fixed in parallel to the XY plane on the Z stage 9 via a wafer holder (not shown).
  • the Z stage 9 is fixed on the XY stage 10 that moves along the XY plane substantially parallel to the image plane of the projection optical system PL, and the focus position of the wafer W (in the Z direction) Position) and tilt angle.
  • the Z stage 9 uses a moving mirror 12 provided on the Z stage 9, and the wafer laser interferometer 13 measures the positions in the X direction, the Y direction, and the rotation direction in real time and controls them.
  • the XY stage 10 is mounted on the base 11 and controls the X direction, Y direction, and rotation direction of the wafer W.
  • the main control system 14 provided in the exposure apparatus of the present embodiment determines the position of the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotational direction based on the measurement values measured by the reticle laser interferometer. Make adjustments. That is, the main control system 14 adjusts the position of the reticle R by transmitting a control signal to a mechanism incorporated in the reticle stage RST and finely moving the reticle stage RST. Also, the main control system 14 adjusts the focus position (position in the Z direction) and tilt angle of the wafer W in order to align the surface on the wafer W with the image plane of the projection optical system PL by the auto focus method and the auto leveling method. Make adjustments.
  • the main control system 14 transmits a control signal to the wafer stage drive system 15 and drives the Z stage 9 by the wafer stage drive system 15 to adjust the focus position and tilt angle of the wafer W. Do. Further, the main control system 14 adjusts the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotation direction based on the measurement values measured by the wafer laser interferometer 13. That is, the main control system 14 transmits a control signal to the wafer stage drive system 15 and drives the XY stage 10 by the wafer stage drive system 15 to adjust the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. Do.
  • the main control system 14 is incorporated in the reticle stage RST and transmits a control signal to the mechanism, and also transmits a control signal to the wafer stage drive system 15, and the projection magnification of the projection optical system PL
  • the pattern image of reticle R is projected into a predetermined shot area on wafer W while driving reticle stage RST and XY stage 10 at a speed ratio corresponding to Exposure.
  • the main control system 14 transmits a control signal to the wafer stage drive system 15, and drives the XY stage 10 by the wafer stage drive system 15, thereby stepping another shot area on the wafer W to the exposure position.
  • the operation of scanning and exposing the pattern image of the reticle R on the wafer W by the step “and” scanning method is repeated. That is, in the present embodiment, the position of the reticle R and the wafer W is controlled using the wafer stage drive system 15 and the wafer laser interferometer 13, etc. After moving the reticle stage RST and XY stage 10 along the Y direction and moving the reticle scale and wafer W synchronously (scanning), the long side of the static exposure area on wafer W The reticle pattern is scanned and exposed to an area having a width equal to LX and a length corresponding to the scanning amount (movement amount) of the wafer W.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration between the boundary lens and the wafer in each example of the present embodiment.
  • the optical path between the boundary lens Lb and the wafer W is filled with a liquid Lm having a refractive index higher than that of pure water.
  • the boundary lens Lb is a positive lens having a convex surface on the reticle R side and a flat surface on the wafer W side.
  • the liquid Lm is circulated in the optical path between the boundary lens Lb and the wafer W using the water supply / drainage mechanism 21.
  • Step for performing scanning exposure while moving wafer W relative to projection optical system PL the boundary lens Lb of projection optical system PL and the wafer from the start to the end of scanning exposure
  • the technique disclosed in International Publication No. WO99Z49504 the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114, or the like can be used.
  • the liquid adjusted to a predetermined temperature is supplied to the optical path between the boundary lens Lb and the wafer W through the supply pipe and the discharge nozzle from the liquid supply apparatus.
  • the liquid W is recovered by the liquid supply device via the recovery pipe and the inflow nozzle.
  • the wafer holder table is configured in a container shape so as to accommodate liquid, and is placed in the center of the inner bottom portion ( The wafer W is positioned and held by vacuum suction (in liquid).
  • the lens barrel tip of the projection optical system PL reaches the liquid, and the optical surface of the boundary lens Lb on the wafer side reaches the liquid.
  • the aspherical surface has an optical axis up to a position on the aspherical surface at a height tangent plane force height y where y is the height in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the distance (sag amount) along z is z
  • the apex radius of curvature is r
  • the cone coefficient is K
  • the ⁇ -th order aspheric coefficient is C
  • the projection optical system PL forms a first image for forming a first intermediate image of the no-turn of the reticle R placed on the object plane (first surface).
  • System G1 and a second imaging system G2 for forming a second intermediate image of the reticle pattern (an image of the first intermediate image and a secondary image of the reticle pattern) based on the light from the first intermediate image;
  • a third reticle pattern final image (a reduced image of the reticle pattern) is formed on the wafer W placed on the image plane (second surface).
  • an imaging system G3 is provided to form a first image for forming a first intermediate image of the no-turn of the reticle R placed on the object plane (first surface).
  • System G1 and a second imaging system G2 for forming a second intermediate image of the reticle pattern (an image of the first intermediate image and a secondary image of the reticle pattern) based on the light from the first intermediate image;
  • a third reticle pattern final image (a reduced image of the reticle
  • the projection optical system PL as the imaging optical system is a first imaging system G1 that forms a first conjugate point optically conjugate with a point on the optical axis of the object plane (first surface). And a second imaging system G2 that is disposed in the optical path between the first imaging system G1 and the image plane (second surface) and forms a second conjugate point optically conjugate with the first conjugate point. And a third imaging system G3 that is disposed in the optical path between the second imaging system G2 and the image plane and optically conjugates the second conjugate point and the image plane.
  • both the first imaging system G1 and the third imaging system G3 are refractive optical systems
  • the second imaging system G2 is a catadioptric optical system including a concave reflecting mirror CM.
  • a first plane reflecting mirror (first deflecting mirror) Ml is disposed, and the second imaging system G2 and the third coupling are arranged.
  • a second planar reflecting mirror (second deflecting mirror) M2 is disposed in the optical path to the image system G3.
  • the light from the lens R passes through the first imaging system G1 in the optical path between the first planar reflecting mirror Ml and the second imaging system G2, and the first reticle pattern in the vicinity of the first planar reflecting mirror Ml. 1 Form an intermediate image.
  • the light having the first intermediate image force passes through the second imaging system G2, and the reticle pattern in the vicinity of the second planar reflection mirror M2 in the optical path between the second planar reflection mirror M2 and the second imaging system G2.
  • the light having the second intermediate image power forms a final image of the reticle pattern on the wafer W through the third imaging system G3.
  • the first imaging system G1 and the third imaging system G3 have an optical axis AX1 and an optical axis AX3 that extend linearly along the vertical direction.
  • the axis AX1 and the optical axis AX3 coincide with the reference optical axis AX.
  • the second imaging system G2 has an optical axis AX2 extending in a straight line along the horizontal direction (perpendicular to the reference optical axis AX).
  • the reticle R, wafer W, all optical members constituting the first imaging system G1, and all optical members constituting the third imaging system G3 are arranged along a plane perpendicular to the direction of gravity, that is, a horizontal plane.
  • first plane reflecting mirror Ml and the second plane reflecting mirror M2 each have a reflecting surface set so as to form an angle of 45 degrees with respect to the reticle surface.
  • the plane reflecting mirror M2 is integrally configured as one optical member.
  • the projection optical system PL is substantially telecentric on both the object side and the image side.
  • FIG. 5 is a diagram showing a lens configuration of the projection optical system according to the first example of the present embodiment.
  • the first imaging system G1 is arranged in order from the reticle side, the plane parallel plate P1, the biconvex lens L11, and the positive surface with the convex surface facing the reticle side.
  • the lens is composed of a positive meniscus lens L19 with a concave surface facing the lens, a biconvex lens L110, and a positive meniscus lens LI 11 with an aspheric concave surface facing the wafer.
  • the second imaging system G2 includes a negative meniscus lens L21 having a concave surface on the incident side and a negative meniscus having a concave surface on the incident side in order from the light incident side along the light traveling path. It is composed of a lens L22 and a concave reflector CM with a concave surface facing the incident side.
  • the third imaging system G3 includes, in order from the reticle side (that is, the light incident side), a positive meniscus lens L31 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L32, and a positive lens having a convex surface facing the reticle side.
  • a high refractive index liquid having a refractive index of 5 is filled.
  • the boundary lens Lb is formed of barium lithium flowride (BaLiF) having a refractive index of 1.64 with respect to the center wavelength of the used light !,
  • the negative meniscus lenses L21 and L22 are reciprocating optical elements arranged in the reciprocating optical path formed by the concave reflector CM. Both lenses L21 and L22 have a refractive index of 1. 5014548 with respect to the center wavelength of the used light. Formed of fluorite (CaF) with a high rate
  • the light transmitting member (parallel plane plate P1, lenses L11 to L111, lenses L31 to L314) other than the boundary lens Lb and the reciprocating optical elements L21 and L22 has a refractive index of 1.5603 261 with respect to the center wavelength of the used light. It is made of amorphous material quartz (SiO 2).
  • ⁇ is the center wavelength of the exposure light
  • j8 is the projection magnification (imaging magnification of the entire system) (absolute value)
  • NA is the image side (wafer side) numerical aperture
  • B is the image sensor on wafer W
  • the radius of the lens IF maximum image height
  • A is the off-axis amount of the static exposure area ER
  • LX is the dimension along the X direction of the static exposure area ER (long side dimension)
  • LY is the static exposure Represent the dimensions along the Y direction of the region ER (dimensions on the short side).
  • the surface number is the reticle surface that is the object surface (first surface), and the path along which the light beam travels to the wafer surface that is the image surface (second surface).
  • R is the radius of curvature of each surface (vertex curvature radius: mm in the case of an aspheric surface)
  • d is the axial spacing of each surface, that is, the surface spacing (mm)
  • n Indicates the refractive index with respect to the center wavelength.
  • the sign of the surface interval d is negative in the optical path from the concave reflecting mirror CM to the second flat reflecting mirror M2, and positive in the other optical paths.
  • the radius of curvature of the convex surface is positive by directing toward the reticle side (light incident side), and the radius of curvature of the concave surface is negative by directing toward the reticle side.
  • the radius of curvature of the concave surface is negatively directed toward the light incident side along the light traveling path, and the radius of curvature of the convex surface is positive toward the light incident side.
  • the radius of curvature of the convex surface is positive by directing toward the reticle side (light incident side), and the radius of curvature of the concave surface is negative by directing toward the reticle side.
  • Table (1) is the same in the following Table (2).
  • FIG. 6 is a diagram showing lateral aberration in the projection optical system of the first example.
  • Y indicates the image height.
  • NA image-side numerical aperture
  • V rectangular still exposure area ER
  • FIG. 7 is a diagram showing the lens configuration of the projection optical system according to the second example of the present embodiment.
  • the first imaging system G1 is arranged in order from the reticle side, the plane parallel plate P1, the biconvex lens L11, and the positive surface with the convex surface facing the reticle side.
  • the second imaging system G2 includes a negative meniscus lens L21 having a concave surface on the incident side and a negative meniscus having a concave surface on the incident side in order from the light incident side along the light traveling path. It is composed of a lens L22 and a concave reflector CM having a concave surface facing the incident side.
  • the third imaging system G3 includes, in order from the reticle side (that is, the light incident side), a positive meniscus lens L31 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L32, a biconvex lens L33, and an aspheric surface on the wafer side.
  • Straight grain concave surface facing ⁇ - and Sukasurenzu L314 is constituted by a plano-convex lens
  • 64 Has a refractive index of Filled with high refractive index liquid.
  • the boundary lens Lb is made of barium fluoride (BaF) having a refractive index of 1.58 with respect to the center wavelength of the used light.
  • the lenses L21 and L22 are reciprocating optical elements arranged in the reciprocating optical path formed by the concave reflecting mirror CM.
  • the lens L22 is 1.5014548 of the center wavelength of the used light. It is made of fluorite having a refractive index.
  • Light transmissive members parallel plane plate Pl, lenses L11 to L111, lenses L21, L31 to L314) other than the boundary lens Lb and the reciprocating optical element L22 have a refractive index of 1.5603261 with respect to the center wavelength of the used light. It is made of an amorphous material quartz. Table (2) below lists the values of the specifications of the projection optical system PL according to the second example.
  • a reciprocating optical element (lens L21, L22 in the first example; lens L22 in the second example) is made of fluorite (that is, cubic crystal material). Therefore, the influence of the intrinsic birefringence of the reciprocating optical element reduces (compensates) the influence of the intrinsic birefringence of the boundary lens Lb, and consequently improves the imaging performance of the projection optical system PL. It can be ensured.
  • the projection optical system PL of the present embodiment it is possible to suppress the influence of the intrinsic birefringence of the boundary lens (boundary optical element) Lb and to ensure a large image-side numerical aperture and good imaging performance.
  • a high refractive index liquid having a refractive index of 1.64 with respect to the center wavelength of the used light is used as the liquid Lm.
  • high refractive index liquids include HIF-OOl by JSR Corporation (refractive index of 1.64 for ArF excimer laser light), and IF 131 by Ii'DuPont Weg Nemours & Company.
  • the refractive index for ArF excimer laser light is 1.642) and IF132 (refractive index for ArF excimer laser light is 1.644).
  • Delphi by Mitsui Engineering Co., Ltd. (a compound based on a cyclic hydrocarbon skeleton with a refractive index of 1.63 for ArF excimer laser light).
  • -IF175 reffractive index of 1.664 for ArF excimer laser light
  • the reticle (mask) R is irradiated with light of a required linear polarization state so that the light irradiated onto the wafer W becomes a polarization state mainly composed of S polarization.
  • pattern Is preferably illuminated.
  • s-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface (polarized light whose electric vector vibrates in a direction perpendicular to the incident surface).
  • the incident surface is defined as a surface including the normal of the boundary surface at that point and the incident direction of the light when the light reaches the boundary surface of the medium (the surface of the wafer w).
  • the optical performance of the projection optical system PL can be achieved by illuminating the reticle pattern with light in the required linearly polarized state so that the light irradiated to wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light. (Such as focal depth) can be improved, and a high-contrast reticle turn image can be obtained on the wafer W.
  • X direction dipole illumination as shown in Fig. 9 (a) is performed, and illumination optics is used.
  • the illumination pupil of system 1 set the light flux (light flux that passes through the secondary light source) that forms a bipolar secondary light source that is formed at an interval in the X direction to a linear polarization state that has the polarization direction in the Y direction.
  • the light irradiated onto the wafer W as the final irradiated surface becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a high-contrast reticle pattern image can be obtained on the wafer W.
  • the illumination pupil of the illumination optical system 1 is obtained by dipole illumination in the Y direction as shown in Fig. 9 (b).
  • the light beam forming the dipolar secondary light source formed at an interval in the Y direction is set to a linear polarization state having a polarization direction in the X direction.
  • the light irradiated on the wafer W becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a high-contrast reticle pattern image can be obtained on Ueno and W.
  • quadrupole illumination as shown in Fig. 9 (c) or Fig. 9 (d)
  • An annular illumination as shown in Fig. 5 is performed, and the light flux forming the quadrupole or annular secondary light source is set to the circumferential polarization state.
  • the light irradiated to the wafer W becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a high-contrast reticle pattern image can be obtained on the wafer W.
  • the present invention is applied to the scanning exposure apparatus.
  • the present invention is also applied to a batch exposure type exposure apparatus that performs projection exposure with a reticle (mask) and wafer (photosensitive substrate) being stationary with respect to a projection optical system that is not limited to this. can do.
  • the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using the projection optical system.
  • a microdevice semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.
  • FIG. 10 a flowchart of FIG. 10 is shown for 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. The description will be given with reference.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied onto the metal film on the one lot of wafers.
  • the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the one lot via the projection optical system.
  • the photoresist on the lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is used as a mask on the lot of wafers to perform patterning on the mask.
  • the circuit pattern force corresponding to is formed in each shot area on each wafer.
  • steps 301 to 305 the power for depositing a metal on the wafer, applying a resist on the metal film, and performing the processes of exposure, development, and etching.
  • steps 301 to 305 the power for depositing a metal on the wafer, applying a resist on the metal film, and performing the processes of exposure, development, and etching.
  • a resist may be applied on the silicon oxide film, and the steps such as exposure, development, and etching may be performed.
  • a liquid crystal as a micro device is formed by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • a display element can also be obtained.
  • a so-called optical lithography process is performed in which the exposure pattern of the present embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist).
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate undergoes steps such as a development step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402. .
  • 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 B filters in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step 403 is executed.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell
  • liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, so that the liquid crystal Manufactures panels (liquid crystal cells). Thereafter, in the module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete the liquid crystal display element. According to the above liquid crystal display element manufacturing method, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • the force using an ArF excimer laser light source is not limited to this, and other suitable light sources such as an F laser light source can also be used.
  • the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus.
  • the present invention is not limited to this, and other general immersion type imaging optical systems.
  • the present invention can be applied.
  • the image of the first surface that is the object plane is formed on the second surface that is the image plane.
  • the present invention is applied to the projection optical system.
  • an imaging optical system that optically conjugates the first surface that is the object surface and the second surface that is the image surface, or the first surface that is the image surface is not limited to this.
  • the present invention can be applied to an imaging optical system that optically conjugates the object surface with the second surface as the object surface.

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Abstract

　境界光学素子の固有複屈折の影響を抑えて、大きな像側開口数および良好な結像性能を確保することのできる液浸型で反射屈折型の投影光学系。第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）に形成する本発明の投影光学系では、第２面との間の光路が液体（Ｌｍ）で満たされている。本発明の投影光学系は、凹面反射鏡（ＣＭ）と、凹面反射鏡によって形成される往復光路中に配置されて、立方晶系の結晶材料により形成された往復光学素子（Ｌ２１，Ｌ２２）と、非晶質材料により形成された複数の屈折光学素子（Ｐ１，Ｌ１１～Ｌ１１１，Ｌ３１～Ｌ３１４）と、立方晶系の結晶材料により形成されて、第２面側の面が液体に接し且つ第１面側の面が気体に接する境界光学素子（Ｌ３１５；Ｌｂ）とを備えている。

Description

結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、結像光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導体 素子や液晶表示素子などのデバイスをフォトリソグラフイエ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
[0002] 半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフイエ程にぉ 、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、感光性基板 (フォトレジストが塗布され たウェハ、ガラスプレート等)上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装 置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解 像力 (解像度)が益々高まって ヽる。
[0003] 投影光学系の解像力に対する要求を満足するには、照明光 (露光光)の波長えを 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' ZNA (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'sin Θで表される。
[0004] 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 、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液浸技術が知られている (たとえば特許文献 1)
[0005] 特許文献 1：国際公開第 WO2004Z019128号パンフレット
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 一般に、像側開口数の大きな投影光学系では、液浸系に限定されることなく乾燥 系にお 、ても、ペッツバール条件を成立させて像の平坦性を得ると 、う観点力 反射 屈折結像光学系の採用が望ましい。また、あらゆる微細パターンへの対応力の観点 から、有効視野 (ひいては有効結像領域)が光軸を含まない軸外視野型の結像光学 系の採用が望ましい。
[0007] 特許文献 1に開示された従来の液浸型の投影光学系では、浸液として純水を用い 、物体側の面が気体に接し且つ像側の面が純水に接する境界レンズとして石英レン ズを用いている。この従来の構成では、例えば ArFエキシマレーザ光を用いる場合、 浸液としての純水の屈折率が 1. 5程度であるため、 1. 3程度の像側開口数を確保 するのが限界であった。
[0008] そこで、液浸型の投影光学系（一般的には液浸型の結像光学系）において像側開 口数の増大を図るために、浸液として純水よりも屈折率の高い液体を用いることが考 えられる。し力しながら、浸液としての液体の屈折率だけを単に大きく設定すると、境 界レンズの物体側の凸面の曲率が大きくなり過ぎて、レンズ設計が不可能になるだけ でなぐ像面上において十分に大きな有効結像領域 (露光装置の場合には有効な静 止露光領域)を確保することが困難になる。
[0009] そのため、液浸型で反射型の投影光学系において像側開口数の増大を図るには、 浸液として純水よりも屈折率の高 、液体を用い、石英よりも屈折率の高 、結晶材料を 用いて境界レンズを形成することが考えられる。ただし、 ArFエキシマレーザ光のよう な 200nm以下の波長域の光を用いる場合、異方性結晶材料のみならず立方晶系（ 等軸晶系）の結晶材料であっても固有複屈折 (真性複屈折)を呈する。この場合、境 界レンズ (境界光学素子)の固有複屈折の影響により、投影光学系の結像性能が低 下する恐れがある。
[0010] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、境界光学素子の固有複屈折 の影響を抑えて、大きな像側開口数および良好な結像性能を確保することのできる 液浸型で反射屈折型の結像光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、 大きな像側開口数および良好な結像性能を有する高解像な結像光学系を用いて、 微細なパターンを高精度に投影露光することのできる露光装置を提供することを目 的とする。 課題を解決するための手段
[0011] 前記課題を解決するために、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 、て、
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、
凹面反射面と、
前記凹面反射面によって形成される往復光路中に配置されて、立方晶系の結晶材 料により形成された往復光学素子と、
非晶質材料により形成された複数の屈折光学素子と、
立方晶系の結晶材料により形成されて、前記第 2面側の面が前記液体に接し且つ 前記第 1面側の面が気体に接する境界光学素子とを備えていることを特徴とする結 像光学系を提供する。
[0012] 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、
立方晶系の結晶材料により形成されて、前記第 2面側の面が前記液体に接し且つ 前記第 1面側の面が気体に接する境界光学素子と、
前記第 1面と前記境界光学素子との間の光路中に配置されて、非晶質材料により 形成された非晶質屈折光学素子とを備え、
前記境界光学素子にお!、て、結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[10 0]と結晶方位 [110]の方向に振動する光の屈折率 n[110]との差の絶対値は、 1. 5 X 10— 6以上であり、
前記非晶質屈折光学素子は、その光軸に関してほぼ回転対称な内部歪を有し、該 内部歪に起因する最大複屈折量は 3nmZcm以上であることを特徴とする結像光学 系を提供する。
[0013] 本発明の第 3形態では、前記第 1面に設定された所定のパターンからの光に基づ いて、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。
[0014] 本発明の第 4形態では、第 3形態の露光装置を用いて前記所定のパターンを前記 感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像す る現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法を提供する。
発明の効果
[0015] 本発明の液浸型で反射屈折型の結像光学系では、境界光学素子および往復光学 素子 (複数ある場合には少なくとも 1つの往復光学素子）が立方晶系の結晶材料によ り形成され、これ以外の複数の屈折光学素子は例えば石英のような非晶質材料によ り形成されている。したがって、光線が 2回通過する往復光学素子の固有複屈折の 影響により、境界光学素子の固有複屈折の影響を低減し、ひいては結像光学系の 良好な結像性能を確保することができる。
[0016] すなわち、本発明では、境界光学素子の固有複屈折の影響を抑えて、大きな像側 開口数および良好な結像性能を確保することのできる液浸型で反射屈折型の結像 光学系を実現することができる。また、本発明の露光装置では、大きな像側開口数お よび良好な結像性能を有する高解像な結像光学系を用いて、微細なパターンを高 精度に投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを高精度に製造することが できる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]立方晶系の結晶材料の結晶方位について説明する図である。
[図 2]本発明の実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。
[図 3]本実施形態においてゥ ハ上に形成される矩形状の静止露光領域と基準光軸 との位置関係を示す図である。
[図 4]本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に 示す図である。
[図 5]本実施形態の第 1実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
[図 6]第 1実施例の投影光学系における横収差を示す図である。
[図 7]本実施形態の第 2実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 [図 8]第 2実施例の投影光学系における横収差を示す図である。
[図 9]S偏光を主成分とする偏光状態で結像するように所要の直線偏光状態の光で ノターンを照明する様子を示す図であって、（a)は X方向 2極照明を、（b)は Y方向 2 極照明を、（c)は 4極照明を、（d)は輪帯照明を示している。
[図 10]マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートであ る。
[図 11]マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである 符号の説明
[0018] R レチクノレ
RST レチクノレステージ
PL 投影光学系 (結像光学系）
Lb 境界レンズ
Lm 揿体
W ウェハ
1 照明光学系
9 Zステージ
10 XYステージ
14 主制御系
21 給排水機構
発明を実施するための最良の形態
[0019] 本発明の結像光学系は、一般的には第 1面と第 2面とを光学的に共役にする光学 系であるが、理解を容易にするために、第 1面の像を第 2面に形成する投影光学系を 例にとって本発明を説明する。本発明の投影光学系は、凹面反射鏡 (一般的には凹 面反射面)を含む反射屈折型で液浸型の光学系であって、像側 (第 2面側）の面が 液体 (浸液)に接し且つ物体側 (第 1面側)の面が気体に接する境界光学素子 (境界 レンズ）は、立方晶系の結晶材料により形成されている。また、凹面反射鏡によって 形成される往復光路中に配置された往復光学素子 (複数ある場合には少なくとも 1つ の往復光学素子)も、立方晶系の結晶材料により形成されている。立方晶系の結晶 材料により形成された境界光学素子および往復光学素子以外の複数の屈折光学素 子は、例えば石英のような非晶質材料により形成されている。
[0020] 境界光学素子と第 2面 (投影光学系の像面;露光装置の場合には感光性基板)との 間の光路中に充填される液体として、例えば純水や、純水よりも屈折率の高い様々 な高屈折率液体を用いることができる。純水よりも屈折率の高い高屈折率液体として 、例えばグリセノール（CH [OH]CH[OH]CH [OH])、ヘプタン（C H )
2 2 7 16、 H+、 Cs—
、 κ+、 cr、 so 2、 PO 2を入れた水、アルミニウム酸化物の微粒子を混ぜた水、イソ
4 4
プロパノール、へキサン、ヘプタン、デカン、三井ィ匕学株式会社によるデルフアイ (環 状炭化水素骨格を基本とする化合物）、 JSR株式会社による HIF— 001、ィー ·アイ' デュポン'ドウ'ヌムール 'アンド'カンパ-一による IF131、 IF132、 IF175などを用い ることがでさる。
[0021] 純水よりも屈折率の高い高屈折率液体を用いて像側開口数の増大を図る場合、例 えば石英よりも屈折率の高い立方晶系の結晶材料を用いて境界光学素子を形成す ることにより、境界光学素子の設計が可能になり、像面上において十分に大きな有効 結像領域を確保することが可能になる。例えば石英よりも屈折率の高い立方晶系の 結晶材料として、酸ィ匕カルシウム、酸化マグネシウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチ ゥム、酸化バリウム、フッ化バリウム、ノリウム 'リチウム 'フローライド（BaLiF )、ルテチ
3 ゥム 'ァノレミ-ゥム 'ガーネット（[Lutetium Aluminum Garnet]LuAG)、スピネノレ（[cryst alline magnesium aluminum spinel] MgAl O )などの結晶材料、める ヽはこれりを王
2 4
成分とする混晶を用いることができる。
[0022] 本発明の投影光学系では、ほとんどの屈折光学素子が、例えば石英のような固有 複屈折を呈しない非晶質材料により形成されている。し力しながら、 ArFエキシマレ 一ザ光のような 200nm以下の波長域の光を用いる場合、立方晶系の結晶材料によ り形成された境界光学素子は固有複屈折を呈する。特に、像側開口数の増大を図る ために石英よりも屈折率の高い立方晶系の結晶材料を用いて境界光学素子を形成 すると、例えば蛍石を用いて境界光学素子を形成する場合よりも力なり大きな固有複 屈折を呈する。この場合、境界光学素子の固有複屈折の影響により、投影光学系の 結像性能が低下する恐れがある。
[0023] 本発明では、立方晶系の結晶材料により往復光学素子を形成しているので、この 往復光学素子の固有複屈折の影響により境界光学素子の固有複屈折の影響を低 減 (補償)し、ひいては投影光学系の良好な結像性能を確保することができる。特に 、凹面反射鏡によって形成される往復光路中に配置された往復光学素子では、光線 力 回通過するので、少ない素子数で大きな補償効果を発揮するのに有利である。 また、凹面反射鏡の近傍に配置された往復光学素子では、入射角度の比較的大き い光線が通過するので、同じく入射角度の比較的大きい光線が通過する境界光学 素子の固有複屈折を補償するのに有利である。
[0024] こうして、本発明では、例えば純水よりも屈折率の高 、高屈折率液体を浸液として 用い且つ例えば石英よりも屈折率の高い立方晶系の結晶材料を用いて境界光学素 子を形成することにより像側開口数の増大を図っても、例えば石英よりも屈折率の低 い蛍石のような立方晶系の結晶材料により形成された往復光学素子の補償効果によ り、境界光学素子の固有複屈折の影響を低減し、投影光学系の良好な結像性能を 確保することができる。すなわち、本発明の液浸型で反射屈折型の投影光学系では 、境界光学素子の固有複屈折の影響を抑えて、大きな像側開口数および良好な結 像性能を確保することができる。
[0025] なお、本発明の投影光学系は、屈折型の第 1結像系と、凹面反射鏡および往復光 学素子を含む反射屈折型の第 2結像系と、屈折型の第 3結像系とを備えていることが 好ましい。この反射屈折型の構成は、像側開口数の増大を図るのに有利である。ま た、本発明では、あらゆる微細パターンへの対応力の観点から、有効視野および有 効結像領域が光軸を含まな ヽ軸外視野型の構成を採用することが望まし ヽ。
[0026] 図 1は、立方晶系の結晶材料の結晶方位について説明する図である。図 1を参照 すると、立方晶系の結晶材料の結晶方位は、立方晶系の結晶軸 a a aに基づいて規
1 2 3
定される。すなわち、結晶軸 + aに沿って結晶方位 [100]が、結晶軸 + aに沿って
1 2 結晶方位 [010]が、結晶軸 + aに沿って結晶方位 [001]がそれぞれ規定される。ま
3
た、 a a平面において結晶方位 [100]および結晶方位 [001]と 45度をなす方向に
1 3
結晶方位 [101]が、 a a平面において結晶方位 [100]および結晶方位 [010]と 45 度をなす方向に結晶方位 [110]が、 a a平面において結晶方位 [010]および結晶
2 3
方位 [001]と 45度をなす方向に結晶方位 [011]がそれぞれ規定される。
[0027] さらに、結晶軸 + a、結晶軸 + aおよび結晶軸 + aに対して等しい鋭角をなす方向
1 2 3
に結晶方位 [111]が規定される。図 1では、結晶軸 + a、結晶軸 + aおよび結晶軸
1 2
+ aで規定される空間における結晶方位のみを図示している力 他の空間において
3
も同様に結晶方位が規定される。本願明細書中において、「ある結晶方位と光学的 に (結晶構造上)等価な結晶方位」とは、ある結晶方位に対して、当該結晶方位の指 数の順序を入れ替えた結晶方位、さらにそれらの各指数の少なくとも一部について の符号を反転した結晶方位である。
[0028] 本発明では、境界光学素子の光軸が、結晶方位 [100]またはこれと光学的に等価 な結晶方位とほぼ平行になるように配置することが好ましい。この構成では、境界光 学素子の固有複屈折の影響により光軸に関してほぼ 4回回転対称な複屈折分布が 発生する力 直交する 2つの方向に細長く延びるパターンの結像に対する固有複屈 折の影響を互いにほぼ等しくすることができる。この点は、上述の反射屈折型の投影 光学系に限定されることなく、後述する屈折型の投影光学系にお ヽても同様である。
[0029] 特に、本発明では、境界光学素子の光軸が結晶方位 [100]またはこれと光学的に 等価な結晶方位とほぼ平行になるように配置するとともに、結晶方位 [100]またはこ れと光学的に等価な結晶方位が矩形状の有効結像領域 (露光装置の露光領域に対 応）を規定する 2つの隣り合う辺のうちの一辺とほぼ平行になるように配置することが 好ましい。すなわち、走査型の露光装置の場合には、結晶方位 [100]またはこれと 光学的に等価な結晶方位が、走査方向またはこれと直交する走査直交方向とほぼ 平行になるように配置することが好ましい。この場合、いわゆる横方向に細長く延びる H線の結像に対する固有複屈折の影響と縦方向に細長く延びる V線の結像に対す る固有複屈折の影響とが互いにほぼ等しくなり、主として H線と V線とを含むパターン の投影露光を良好に行うことができる。この点は、上述の反射屈折型の投影光学系 に限定されることなく、後述する屈折型の投影光学系にお ヽても同様である。
[0030] あるいは、本発明では、境界光学素子の光軸が結晶方位 [100]またはこれと光学 的に等価な結晶方位とほぼ平行になるように配置するとともに、結晶方位 [111]また はこれと光学的に等価な結晶方位の像面 (第 2面)への射影が、矩形状の有効結像 領域を規定する 2つの隣り合う辺に対して約 45度の角度をなすように配置することが 好ましい。すなわち、走査型の露光装置の場合には、結晶方位 [111]またはこれと 光学的に等価な結晶方位の像面への射影が、走査方向に対して約 45度の角度をな すように配置することが好ましい。この場合、 H線の結像に対する固有複屈折の影響 と V線の結像とに対する固有複屈折の影響とが互いにほぼ等しくなり、主として H線と V線とを含むパターンの投影露光を、上述の結晶方位の配置例よりもさらに良好に行 うことができる。この点は、上述の反射屈折型の投影光学系に限定されることなぐ後 述する屈折型の投影光学系にお 、ても同様である。
[0031] また、本発明では、結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[100]と結晶方 位 [110]の方向に振動する光の屈折率 n[l 10]との差が境界光学素子と往復光学素 子とで逆符号であり、境界光学素子と往復光学素子とは投影光学系の光軸に対する 結晶方位の関係が相対的に等価になるように配置されて 、ることが好ま 、。この場 合、往復光学素子の固有複屈折の影響により、境界光学素子の固有複屈折の影響 を有効に補償することが可能になる。
[0032] また、本発明では、境界光学素子における屈折率 n[100]と屈折率 n[110]との差の 絶対値が、往復光学素子における屈折率 n[100]と屈折率 n[l 10]との差の絶対値の 2 倍以上であることが好ましい。この場合、例えば蛍石により形成された固有複屈折の 比較的小さい往復光学素子を用いて、境界光学素子の比較的大きな固有複屈折の 影響を補償することが可能になる。
[0033] また、本発明では、境界光学素子が次の条件式（1)を満足することが好ましい。条 件式（1)において、 Dは境界光学素子の物体側 (第 1面側）の面の有効径 (直径)で あり、 Rは境界光学素子の物体側の面の曲率半径である。
0. 5<R/D< 0. 62 (1)
[0034] 条件式（1)の上限値を上回ると、境界光学素子の屈折率を高くしても像側開口数 の増大を図ることができなくなるので好ましくない。一方、条件式（1)の下限値を下回 ると、境界光学素子が半球レンズに近づいて、境界光学素子の保持が困難になるの で好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式（1)の上 限値を 0. 6に設定し、下限値を 0. 52に設定することがさらに好ましい。
[0035] なお、上述の説明では、凹面反射鏡を含む反射屈折型の投影光学系に本発明を 適用しているが、反射屈折型に限定されることなぐ例えば屈折型または反射屈折型 の投影光学系において、非晶質材料により形成された非晶質屈折光学素子 (例えば 石英レンズ)の内部歪に起因して発生する複屈折の影響により境界光学素子の固有 複屈折の影響を補償することもできる。この場合、境界光学素子において屈折率 n[l 00]と屈折率 n[110]との差の絶対値が 1. 5 X 10— 6以上であり、非晶質屈折光学素子 の内部歪 (光軸に関してほぼ回転対称な内部歪）に起因する最大複屈折量は 3nm Zcm以上である必要がある。
[0036] ここで、屈折率 n[100]と屈折率 n[110]との差の絶対値が 1. 5 X 10— 6であることは、 最大複屈折量が 15nmZcmであることに相当する。すなわち、屈折率 n[100]と屈折 率 n[110]との差の絶対値が 1. 5 X 10—6以上である境界光学素子は、例えば蛍石より も屈折率よりも高い立方晶系の結晶材料により形成されている。この場合、境界光学 素子の比較的大きい固有複屈折の影響を補償するには、例えば石英により形成され た非晶質屈折光学素子の内部歪に起因する最大複屈折量が 3nmZcm以上である ことが求められる。
[0037] なお、非晶質屈折光学素子の内部歪は、その光軸 (すなわち非晶質屈折光学素子 の中心）から周辺に向かってー且増大し、歪量の極大点を経た後に、周辺に向かつ て減少することが好ましい。例えば境界光学素子の光軸が結晶方位 [100]またはこ れと光学的に等価な結晶方位とほぼ平行になるように配置した場合、結晶方位 [100 ]と結晶方位 [111]との間の範囲を超えて、すなわち 45度の入射角度範囲を超えて 光線が境界光学素子に入射することがある。
[0038] この場合、上述の歪量分布を有する内部歪に起因して発生する複屈折の影響によ り、例えば 45度の入射角度範囲を超えて境界光学素子に入射する光線についても 固有複屈折の影響を補償することができる。ちなみに、光軸に関してほぼ回転対称 な内部歪を有する石英レンズの製造方法については、特開 2003— 161882号、国 際公開第 WO03Z007045号パンフレットなどを参照することができる。
[0039] 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。図 2では、 X軸および Y軸がゥェ ハ Wに対して平行な方向に設定され、 Z軸がウェハ Wに対して直交する方向に設定 されている。さらに具体的には、 XY平面が水平面に平行に設定され、 +Z軸が鉛直 方向に沿って上向きに設定されて!、る。
[0040] 本実施形態の露光装置は、図 2に示すように、たとえば露光光源である ArFエキシ マレーザ光源を含み、オプティカル 'インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コ ンデンサレンズ等力も構成される照明光学系 1を備えている。光源力も射出された波 長 193nmの紫外パルス光からなる露光光 (露光ビーム) ILは、照明光学系 1を通過 し、レチクル (マスク) Rを照明する。レチクル Rには転写すべきパターンが形成されて おり、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 (スリット状)のパターン領域が照明される。
[0041] レチクル Rを通過した光は、液浸型で反射屈折型の投影光学系 PLを介して、フォト レジストが塗布されたウェハ (感光性基板) W上の露光領域に所定の投影倍率でレチ クルパターンを形成する。すなわち、レチクル R上での矩形状の照明領域に光学的 に対応するように、ウェハ W上では X方向に沿って長辺を有し且つ Y方向に沿って短 辺を有する矩形状の静止露光領域 (実効露光領域；有効結像領域）にパターン像が 形成される。
[0042] 図 3は、本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と基準 光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図 3に示すように、基準光軸 A Xを中心とした半径 Bを有する円形状の領域 (イメージサークル) IF内において、基準 光軸 AXから Y方向に軸外し量 Aだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の 静止露光領域 ERが設定される。ここで、静止露光領域 ERの X方向の長さは LXであ り、その Y方向の長さは LYである。したがって、図示を省略した力 レチクル R上では 、矩形状の静止露光領域 ERに対応して、基準光軸 AXから Y方向に軸外し量 Aに対 応する距離だけ離れた位置に静止露光領域 ERに対応した大きさおよび形状を有す る矩形状の照明領域が形成される。
[0043] レチクル Rはレチクルステージ RST上において XY平面に平行に保持され、レチク ルステージ RSTにはレチクル Rを X方向、 Y方向および回転方向に微動させる機構 が組み込まれている。レチクルステージ RSTは、レチクルレーザ干渉計（不図示）に よって X方向、 Y方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御さ れる。ウェハ Wは、ウェハホルダ（不図示）を介して Zステージ 9上において XY平面に 平行に固定されている。
[0044] また、 Zステージ 9は、投影光学系 PLの像面と実質的に平行な XY平面に沿って移 動する XYステージ 10上に固定されており、ウェハ Wのフォーカス位置（Z方向の位 置）および傾斜角を制御する。 Zステージ 9は、 Zステージ 9上に設けられた移動鏡 12 を用 、るウェハレーザ干渉計 13によって X方向、 Y方向および回転方向の位置がリ アルタイムに計測され、且つ制御される。また、 XYステージ 10は、ベース 11上に載 置されており、ウェハ Wの X方向、 Y方向および回転方向を制御する。
[0045] 一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系 14は、レチクルレーザ干渉 計により計測された計測値に基づ 、てレチクル Rの X方向、 Y方向および回転方向の 位置の調整を行う。即ち、主制御系 14は、レチクルステージ RSTに組み込まれてい る機構に制御信号を送信し、レチクルステージ RSTを微動させることによりレチクル R の位置調整を行う。また、主制御系 14は、オートフォーカス方式及びオートレべリング 方式によりウェハ W上の表面を投影光学系 PLの像面に合わせ込むため、ウェハ W のフォーカス位置 (Z方向の位置）および傾斜角の調整を行う。
[0046] 即ち、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、ウェハステ ージ駆動系 15により Zステージ 9を駆動させることによりウェハ Wのフォーカス位置お よび傾斜角の調整を行う。更に、主制御系 14は、ウェハレーザ干渉計 13により計測 された計測値に基づ!/、てウェハ Wの X方向、 Y方向および回転方向の位置の調整を 行う。即ち、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、ウェハス テージ駆動系 15により XYステージ 10を駆動させることによりウェハ Wの X方向、 Y方 向および回転方向の位置調整を行う。
[0047] 露光時には、主制御系 14は、レチクルステージ RSTに組み込まれて 、る機構に制 御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、投影光学 系 PLの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージ RSTおよび XYステージ 10を 駆動させつつ、レチクル Rのパターン像をウェハ W上の所定のショット領域内に投影 露光する。その後、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、 ウェハステージ駆動系 15により XYステージ 10を駆動させることによりウェハ W上の別 のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
[0048] このように、ステップ'アンド'スキャン方式によりレチクル Rのパターン像をウェハ W 上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆 動系 15およびウェハレーザ干渉計 13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、矩形状の静止露光領域および静止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 RSTと XYステージ 10とを、ひ!、てはレチクル尺と 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上には静止露光領域の 長辺 LXに等し 、幅を有し且つウェハ Wの走査量 (移動量）に応じた長さを有する領 域に対してレチクルパターンが走査露光される。
[0049] 図 4は、本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的 に示す図である。本実施形態では、図 4に示すように、境界レンズ Lbとウェハ Wとの 間の光路が、純水よりも高い屈折率を有する液体 Lmで満たされている。境界レンズ Lbは、レチクル R側に凸面を向け且つウェハ W側に平面を向けた正レンズである。本 実施形態では、図 2に示すように、給排水機構 21を用いて、境界レンズ Lbとウェハ W との間の光路中にお 、て液体 Lmを循環させて 、る。
[0050] 投影光学系 PLに対してウェハ Wを相対移動させつつ走査露光を行うステップ 'アン ド 'スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系 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 WO99Z49504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 WO99Z49504 号公報に開示された技術では、液体供給装置カゝ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上力 液体 を回収する。
[0051] 一方、特開平 10— 303114号公報に開示された技術では、液体を収容することが できるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央にお!ヽて ( 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 P Lの鏡筒先端部が液体中に達し、ひ 、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。このように、浸液としての液体を微小流量で循環させる ことにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。また、露光光 の熱吸収による収差変動を防ぐことができる。
[0052] 本実施形態の各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さを yとし、非 球面の頂点における接平面力 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 Kとし、 η次の非球面係数 を Cとしたとき、以下の数式 (a)で表される。後述の表（1)および（2)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 ヽる。
[0053] z= (yVr) /[l + { l - (l + K ) -yVr2}1 2] +C -y4 + C -y6
4 6
+ C V + C -y10 + C -y12 + C 'y" + C -y16 (a)
8 10 12 14 16
[0054] また、本実施形態の各実施例において、投影光学系 PLは、物体面 (第 1面）に配 置されたレチクル Rのノターンの第 1中間像を形成するための第 1結像系 G1と、第 1 中間像からの光に基づいてレチクルパターンの第 2中間像 (第 1中間像の像であって レチクルパターンの二次像)を形成するための第 2結像系 G2と、第 2中間像力 の光 に基づ!/、て像面 (第 2面）に配置されたウェハ W上にレチクルパターンの最終像 (レチ クルパターンの縮小像)を形成するための第 3結像系 G3とを備えている。
[0055] 換言すると、結像光学系としての投影光学系 PLは、物体面 (第 1面）の光軸上の点 と光学的に共役な第 1共役点を形成する第 1結像系 G1と、第 1結像系 G1と像面 (第 2面)との間の光路中に配置され、第 1共役点と光学的に共役な第 2共役点を形成す る第 2結像系 G2と、第 2結像系 G2と像面との間の光路中に配置され、第 2共役点と 像面とを光学的に共役にする第 3結像系 G3とを備えている。ここで、第 1結像系 G1 および第 3結像系 G3はともに屈折光学系であり、第 2結像系 G2は凹面反射鏡 CMを 含む反射屈折光学系である。
[0056] 第 1結像系 G1と第 2結像系 G2との間の光路中には第 1平面反射鏡 (第 1偏向鏡） Mlが配置され、第 2結像系 G2と第 3結像系 G3との間の光路中には第 2平面反射鏡 (第 2偏向鏡) M2が配置されている。こうして、各実施例の投影光学系 PLでは、レチ クル Rからの光が、第 1結像系 G1を介して、第 1平面反射鏡 Mlと第 2結像系 G2との 間の光路中において第 1平面反射鏡 Mlの近傍にレチクルパターンの第 1中間像を 形成する。第 1中間像力もの光は、第 2結像系 G2を介して、第 2平面反射鏡 M2と第 2結像系 G2との間の光路中において第 2平面反射鏡 M2の近傍にレチクルパターン の第 2中間像を形成する。第 2中間像力もの光は、第 3結像系 G3を介して、レチクル パターンの最終像をウェハ W上に形成する。
[0057] また、各実施例の投影光学系 PLでは、第 1結像系 G1および第 3結像系 G3が鉛直 方向に沿って直線状に延びる光軸 AX1および光軸 AX3を有し、光軸 AX1および光 軸 AX3は基準光軸 AXと一致している。一方、第 2結像系 G2は水平方向に沿って直 線状に延びる（基準光軸 AXに垂直な)光軸 AX2を有する。こうして、レチクル R、ゥェ ハ W、第 1結像系 G1を構成するすべての光学部材および第 3結像系 G3を構成する すべての光学部材は、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行 に配置されている。さらに、第 1平面反射鏡 Mlおよび第 2平面反射鏡 M2は、レチク ル面に対して 45度の角度をなすように設定された反射面をそれぞれ有し、第 1平面 反射鏡 Mlと第 2平面反射鏡 M2とは 1つの光学部材として一体的に構成されている 。また、各実施例において、投影光学系 PLは、物体側および像側の双方にほぼテレ セントリックに構成されて 、る。
[0058] [第 1実施例]
図 5は、本実施形態の第 1実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図であ る。図 5を参照すると、第 1実施例に力かる投影光学系 PLにおいて第 1結像系 G1は 、レチクル側から順に、平行平面板 P1と、両凸レンズ L11と、レチクル側に凸面を向 けた正メ-スカスレンズ L12と、レチクノレ側に凸面を向けた正メ-スカスレンズ L13と、 レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズ L14と、レチクル側に凸 面を向けた正メ-スカスレンズ L15と、レチクノレ側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L16と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L17と、レチクル側に非球面形 状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L 18と、レチクル側に凹面を向けた正メ-スカス レンズ L19と、両凸レンズ L110と、ゥヱハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカ スレンズ LI 11とにより構成されて!、る。 [0059] また、第 2結像系 G2は、光の進行往路に沿って光の入射側から順に、入射側に凹 面を向けた負メニスカスレンズ L21と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L22 と、入射側に凹面を向けた凹面反射鏡 CMとにより構成されている。また、第 3結像系 G3は、レチクル側（すなわち光の入射側）から順に、レチクル側に凹面を向けた正メ ニスカスレンズ L31と、両凸レンズ L32と、レチクル側に凸面を向けた正メ-スカスレ ンズ L33と、ゥヱハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ L34と、両凹 レンズ L35と、ゥヱハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズ L36と、レチクル側 に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ L37と、ウェハ側に非球面形状の 凹面を向けた正メニスカスレンズ L38と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メ ニスカスレンズ L39と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L 310と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L311と、レチクル側に凸面を 向けた正メ-スカスレンズ L312と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカ スレンズ L313と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L314と 、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L315 (境界レンズ Lb)とにより構成されている
[0060] 第 1実施例では、境界レンズ Lbとウェハ Wとの間の光路に、使用光 (露光光)である ArFエキシマレーザ光（中心波長え = 193. 306nm)〖こ対して 1. 64の屈折率を有 する高屈折率液体が満たされている。境界レンズ Lbは、使用光の中心波長に対して 1. 64の屈折率を有するバリウム ·リチウム ·フローライド (BaLiF )により形成されて!、
3
る。負メニスカスレンズ L21および L22は凹面反射鏡 CMによって形成される往復光 路中に配置された往復光学素子であるが、レンズ L21および L22の双方が使用光の 中心波長に対して 1. 5014548の屈折率を有する蛍石（CaF )により形成されている
2
。境界レンズ Lbおよび往復光学素子 L21, L22以外の光透過部材 (平行平面板 P1 、レンズ L11〜L111, レンズ L31〜L314)は、使用光の中心波長に対して 1. 5603 261の屈折率を有する非晶質材料の石英（SiO )により形成されている。
2
[0061] 次の表（1)に、第 1実施例に力かる投影光学系 PLの諸元の値を掲げる。表（1)の 主要諸元において、 λは露光光の中心波長を、 j8は投影倍率 (全系の結像倍率)の 大きさ（絶対値)を、 NAは像側（ウェハ側）開口数を、 Bはウェハ W上でのイメージサ 一クル IFの半径 (最大像高）を、 Aは静止露光領域 ERの軸外し量を、 LXは静止露 光領域 ERの X方向に沿った寸法 (長辺の寸法)を、 LYは静止露光領域 ERの Y方向 に沿った寸法 (短辺の寸法)をそれぞれ表して!/、る。
[0062] また、表（1)の光学部材諸元において、面番号は物体面 (第 1面)であるレチクル面 力 像面 (第 2面)であるウェハ面への光線の進行する経路に沿ったレチクル側から の面の順序を、 rは各面の曲率半径 (非球面の場合には頂点曲率半径: mm)を、 dは 各面の軸上間隔すなわち面間隔 (mm)を、 nは中心波長に対する屈折率をそれぞ れ示している。面間隔 dの符号は、凹面反射鏡 CMから第 2平面反射鏡 M2へ至る光 路中では負とし、その他の光路中では正としている。
[0063] 第 1結像系 G1では、レチクル側（光の入射側）に向力つて凸面の曲率半径を正とし 、レチクル側に向力つて凹面の曲率半径を負としている。第 2結像系 G2では、光の 進行往路に沿って光の入射側に向力つて凹面の曲率半径を負とし、光の入射側に 向かって凸面の曲率半径を正としている。第 3結像系 G3では、レチクル側（光の入射 側）に向力つて凸面の曲率半径を正とし、レチクル側に向力つて凹面の曲率半径を 負としている。なお、表（1)における表記は、以降の表（2)においても同様である。
[0064] 表（1)
(主要諸元）
= 193. 306nm
β = 1/4
ΝΑ= 1. 45
Β= 15. 3mm
A= 3mm
LX= 26mm
LY= 5mm
(光学部材諸元）
面番号 r d n 光学部材
(レチクル面） 116.5071
1 ∞ 8.0000 1.5603261 (P1)
Figure imgf000020_0001
{ΖΖΊ) 0000·8ΐ 3Ζ8ΐε 0ΐ- 82
Ϊ986 ^ 969½"6Ζ2- LZ
{ΙΖΊ) OOOO'SI 9Z
(環） Ζ098Τ6Ϊ οο Z
0000"2Ζ *fZ
Figure imgf000020_0002
0000· ΐ 98 US- ZZ
(01 Π) Ϊ92ε093·ΐ Z986"9S LQ-flf \Z
0000· ΐ 6 ε00·09ΐ- OZ
(6Π) Ϊ92ε093·ΐ 8ST0"SZ 9S' - 61
0000· ΐ 88Z9FSn- 81
(8Π) Ϊ92ε093·ΐ 6S6S0T92- *Ζΐ ΐ εΈΐ S89SS-8SS- 9ΐ η) Ϊ92ε093·ΐ 2669"S2 SSTSS-S9- SI
Ζ29Γ6 Sf6ZVfL- fl
(9Π) Ϊ92ε093·ΐ ΐ829"9ΐ lfL £-9L- ετ
6 S6 z\
(sn) Ϊ92ε093·ΐ 3Ζΐ6"Ζε 8SZSS"9Z \\
0000· ΐ S8809'88 01
Figure imgf000020_0003
Ζ69Ζ 2 8ε 9·ΐ9ΐ 8
(εη) Ϊ92ε093·ΐ 06Ζ6"22 89869H z
6^Γ6 96eO T8S 9
{ΖΙΊ) Ϊ92ε093·ΐ 0^93-23 TSSOS ST e
0000· ΐ 6SS½"S6S- f
(in) Ϊ92ε093·ΐ 8'90 ε
0000·9 oo z ££8S0/L00ZdT/13d 619 動0 OAV 0000 ze
(χχει) Ϊ92ε093·ΐ S89S^Z 10963X99- 93
0000· ΐ 09ZL '9n- ee
(οχει) Ϊ92ε093·ΐ 82½6"SZ9- * s
099I'9S6 *se
Ϊ92ε093·ΐ 0000 00003-Ϊ662
οε ΐ·6 LLffV6l9l
Figure imgf000021_0001
0000· ΐ 6 ει) Ϊ92ε093·ΐ 68926"Ζ^εΐ- *8
6ε 2Γ26ΐ
Figure imgf000021_0002
02826"66 f
Figure imgf000021_0003
6S6S 2 2Z8S0"SSS
Ϊ92ε093·ΐ S9ZS"9S ¾69 ·ΐ9ΐ Zf
0000· ΐ 6ΐ 00S9 If
(εει) Ϊ92ε093·ΐ Z\ \ 06S26"222 Of
0000· ΐ 96009^ΐΖ- 6S
(SSI) Ϊ92ε093·ΐ 6S928"86S 8S
0000· ΐ 6ΐ- ζε
(ιει) Ϊ92ε093·ΐ 6 W9Z 9ε
0000"2Ζ oo es
Ζ098Τ6Ϊ- ε
0000'SI- 969½"6Z2- εε ΐ986·0 - SZ8TS 0T-
0000·8ΐ- τε
(PVO) 9εΐ^·3ε- 6I66'S9I- οε ££8S0/L00ZdT/13d 6V 619 動0 OAV
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
0.〇97010 C2.3691 C3X X = =1 Ϊ
66761〇 C3.9〇931〇 c.XX = =
83l〇 C 〇27〇〇〇61〇 c. xX = = κ〇 =
-26
C =8. 16507X10 C =- 4. 15455X10"
12 14
-35
C =4. 98564X10
16
54面
K =0
C =-2. 91600X10—8 C 79814X10
C =- 2.48110X10" C 8. 18642X10"
8 10
c -26 -31
- 2.64616X10 C =6. 21728X10
12 =
c -36
8.44740X10
16 =
61面
K =0
C =-4.02336X10一8 C 2. 50155X10
C ―.44204X10" C 6. 92158X10"
10
25 -30
C =— 2. 19021X10 C =4.00249X10
12 14
35
C =ー3. 21318X10
16
63面
κ =0
C =3. 20681X10—8 C 4.00802X10
4
C =-2.65338X10— 16 C =4. 37348X10"
8
-29
C =9. 16931X10—25 C =-8.67273X10
12 14
C =1. 97135X10— 33
16
(条件対応値）
R=59. 50352mm
D=108. 19mm
(1)R/D=0. 55
図 6は、第 1実施例の投影光学系における横収差を示す図である。収差図におい て、 Yは像高を示している。図 6の収差図から明らかなように、第 1実施例では、非常 に大きな像側開口数 (NA = 1.45)および比較的大き V、矩形状の静止露光領域 ER (26mm X 5mm)を確保しているにもかかわらず、波長が 193. 306nmの ArFェキ シマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
[0066] [第 2実施例]
図 7は、本実施形態の第 2実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図であ る。図 7を参照すると、第 2実施例に力かる投影光学系 PLにおいて第 1結像系 G1は 、レチクル側から順に、平行平面板 P1と、両凸レンズ L11と、レチクル側に凸面を向 けた正メ-スカスレンズ L12と、レチクノレ側に凸面を向けた正メ-スカスレンズ L13と、 レチクル側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズ L14と、レチクル側に凸面を向 けた正メ-スカスレンズ L 15と、レチクノレ側に凹面を向けた正メ-スカスレンズ L 16と、 レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L 17と、レチクル側に非球面形状の凹 面を向けた正メ-スカスレンズ L18と、レチクル側に凹面を向けた正メ-スカスレンズ L19と、両凸レンズ L110と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレン ズ LI 11とにより構成されて！、る。
[0067] また、第 2結像系 G2は、光の進行往路に沿って光の入射側から順に、入射側に凹 面を向けた負メニスカスレンズ L21と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L22 と、入射側に凹面を向けた凹面反射鏡 CMとにより構成されている。また、第 3結像系 G3は、レチクル側（すなわち光の入射側）から順に、レチクル側に凹面を向けた正メ ニスカスレンズ L31と、両凸レンズ L32と、両凸レンズ L33と、ゥヱハ側に非球面形状 の凹面を向けた正メニスカスレンズ L34と、両凹レンズ L35と、ウェハ側に非球面形 状の凹面を向けた両凹レンズ L36と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メ ニスカスレンズ L37と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L3 8と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L39と、レチクル側に 非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ L310と、レチクル側に非球面形状の 凹面を向けた正メニスカスレンズ L311と、両凸レンズ L312と、ウェハ側に非球面形 状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L313と、ウェハ側に非球面开状の凹面を向け た正メ-スカスレンズ L314と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L315 (境界レンズ Lb)とにより構成されている。
[0068] 第 2実施例では、境界レンズ Lbとウェハ Wとの間の光路に、使用光 (露光光)である ArFエキシマレーザ光（中心波長え = 193. 306nm)〖こ対して 1. 64の屈折率を有 する高屈折率液体が満たされている。境界レンズ Lbは、使用光の中心波長に対して 1. 58の屈折率を有するフッ化バリウム（BaF )により形成されている。負メニスカスレ
2
ンズ L21および L22は凹面反射鏡 CMによって形成される往復光路中に配置された 往復光学素子であるが、一対の往復光学素子のうちレンズ L22は使用光の中心波 長に対して 1. 5014548の屈折率を有する蛍石により形成されている。境界レンズ L bおよび往復光学素子 L22以外の光透過部材（平行平面板 Pl、レンズ L11〜L111 , レンズ L21, レンズ L31〜L314)は、使用光の中心波長に対して 1. 5603261の 屈折率を有する非晶質材料の石英により形成されている。次の表（2)に、第 2実施例 にかかる投影光学系 PLの諸元の値を掲げる。
表（2)
(主要諸元）
= 193. 306nm
β = 1/4
ΝΑ= 1. 4
Β= 15. 3mm
A= 3mm
LX= 26mm
LY= 5mm
(光学部材諸元）
面番号 r d n 光学部材
(レチクル面） 99.9387
1 oo 8.0000 1.5603261 (P1)
2 oo 6.0000
3 377.01752 52.0000 1.5603261 (L11)
4 -418.47527 1.0000
5 292.64506 27.0079 1.5603261 (L12)
6 929.70556 1.0000
7 123.71472 29.1991 1.5603261 (L13) 0000"2Ζ oo es
Figure imgf000027_0001
{ΙΖΊ) Ϊ92ε093·ΐ 0000'SI- STS86"8ZS- εε
90W9'86- zz
{ΖΖΊ) 0000·8ΐ- 8TSS6"Z92- \z
{WO) 866，· ιε- 098ZS^9T- οε
866，· ιε 8TSS6"Z92- 62
{ΖΖΊ) 0000·8ΐ 90W9'86- 82
STS86"8ZS- LZ
{ΙΖΊ) Ϊ92ε093·ΐ OOOO'SI
Figure imgf000027_0002
9Z
(環） S8S6"S8T oo Z
0000"2Z *fZ
(Ι Ι Π) Ϊ92ε093·ΐ Ζ8Π9·39ΐ ZZ
0000· ΐ 98S09"2Z9- ZZ
(01 Π) Ϊ92ε093·ΐ S8T0"9S \Z
0000· ΐ 02990"S9T- OZ
(6Π) Ϊ92ε093·ΐ 8S99'88 8 II6' 8S- 61
0000· ΐ 2S906"9n- 81
(8Π) Ϊ92ε093·ΐ 0TS80"662- *Ζΐ
ZZS9"8 0T0S6"SSS- 9ΐ
Figure imgf000027_0003
0SI6.9 880^1 Ζ- fl
(9Π) Ϊ92ε093·ΐ 9Ζ06"9ΐ I90 U- ετ
0Ζ888"80ΐ z\
Figure imgf000027_0004
0000· ΐ 01
Figure imgf000027_0005
8 ££8S0/L00ZdT/13d 93 619 動0 OAV ε職vDε/ -ooifcId OAV.
Figure imgf000028_0001
(β寸 τε
0000 ΐ ΐ09·
Figure imgf000029_0001
) 0,31：： L8023.547.6 64
Figure imgf000030_0001
C 298〇l〇 C1.x =1
11923l〇 C 3.76〇66l〇 C3.xx =1
1337l〇2. 9 Cx = κ〇 = C =—8.23506X10—27 C =3.59578X10"
Figure imgf000031_0001
-33
C =-8.07805X10
16
93. 306nmの ArFエキシマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわ かる。
[0071] 以上のように、本実施形態の投影光学系 PLでは、純水よりも屈折率の高!、高屈折 率液体 Lmを浸液として用いるとともに、石英よりも屈折率の高い立方晶系の結晶材 料を用いて境界レンズ Lbを形成しているので、 1. 3よりも大きな像側開口数の増大 を図るとともに、像面上において十分に大きな有効結像領域を確保することができる 。具体的に、中心波長が 193. 306nmの ArFエキシマレーザ光に対して、 1. 45また は 1. 4という高い像側開口数を確保するとともに、 26mm X 5mmの矩形形状の静止 露光領域 ERを確保することができ、たとえば 26mm X 33mmの矩形状の露光領域 内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。
[0072] また、本実施形態の投影光学系 PLでは、蛍石 (すなわち立方晶系の結晶材料）に より往復光学素子 (第 1実施例ではレンズ L21, L22 ;第 2実施例ではレンズ L22)を 形成しているので、この往復光学素子の固有複屈折の影響により境界レンズ Lbの固 有複屈折の影響を低減 (補償)し、ひ ヽては投影光学系 PLの良好な結像性能を確 保することができる。こうして、本実施形態の投影光学系 PLでは、境界レンズ (境界 光学素子) Lbの固有複屈折の影響を抑えて、大きな像側開口数および良好な結像 性能を確保することができる。
[0073] なお、上述の各実施例では、液体 Lmとして使用光の中心波長に対して 1. 64の屈 折率を有する高屈折率液体を用いている。このような高屈折率液体としては、例えば JSR株式会社による HIF— OOl (ArFエキシマレーザ光に対する屈折率が 1. 64)、 ィ一'アイ'デュポン ·ドウ ·ヌムール ·アンド 'カンパニーによる IF 131 (ArFエキシマレ 一ザ光に対する屈折率が 1. 642)や IF132 (ArFエキシマレーザ光に対する屈折率 が 1. 644)などを用いることができる。また、例えば三井ィ匕学株式会社によるデルファ ィ (環状炭化水素骨格を基本とする化合物で ArFエキシマレーザ光に対する屈折率 が 1. 63)、ィ一'アイ'デュポン ·ドウ ·ヌムール ·アンド 'カンパ-一による IF175 (ArF エキシマレーザ光に対する屈折率が 1. 664)なども用いることができる。
[0074] また、本実施形態の露光装置では、ウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とす る偏光状態になるように、所要の直線偏光状態の光でレチクル (マスク) Rのパターン を照明することが好ましい。ここで、 s偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方 向を有する直線偏光 (入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動して ヽる偏光）のこ とである。また、入射面は、光が媒質の境界面（ウェハ wの表面）に達したときに、そ の点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。このように、ゥェ ハ Wに照射される光が S偏光を主成分とする偏光状態になるように所要の直線偏光 状態の光でレチクルパターンを照明することにより、投影光学系 PLの光学性能 (焦 点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ W上において高いコントラストのレチクル ノターン像を得ることができる。
[0075] 具体的には、たとえばレチクル Rにおいて Y方向に沿って細長く延びる一方向パタ ーンが支配的である場合、図 9 (a)に示すような X方向 2極照明を行い、照明光学系 1 の照明瞳において X方向に間隔を隔てて形成される 2極状の二次光源を形成する光 束（二次光源を通過する光束)を Y方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定す る。その結果、最終的な被照射面としてのウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分 とする偏光状態になり、ウェハ W上において高いコントラストのレチクルパターン像を 得ることができる。
[0076] 同様に、たとえばレチクル Rにおいて X方向に沿って細長く延びる一方向パターン が支配的である場合、図 9 (b)に示すような Y方向 2極照明で、照明光学系 1の照明 瞳にお 、て Y方向に間隔を隔てて形成される 2極状の二次光源を形成する光束を X 方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。その結果、ゥ ハ Wに照射され る光が S偏光を主成分とする偏光状態になり、ウエノ、 W上において高いコントラストの レチクルパターン像を得ることができる。
[0077] また、たとえばレチクル Rにおいて Y方向に沿って細長く延びるパターンと X方向に 沿って細長く延びるパターンとが混在する場合、図 9 (c)に示すような 4極照明または 図 9 (d)に示すような輪帯照明を行い、 4極状または輪帯状の二次光源を形成する光 束を周方向偏光状態に設定する。その結果、ゥ ハ Wに照射される光が S偏光を主 成分とする偏光状態になり、ウェハ W上において高いコントラストのレチクルパターン 像を得ることができる。
[0078] また、上述の実施形態では、走査型の露光装置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ぐ投影光学系に対してレチクル (マスク）およびウェハ (感 光性基板)を静止させた状態で投影露光を行う一括露光型の露光装置に対しても本 発明を適用することができる。
[0079] 上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル (マスク）を照明し (照 明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板 に露光する（露光工程)ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表 示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置 を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって 、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図 10のフロ 一チャートを参照して説明する。
[0080] 先ず、図 10のステップ 301において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次 のステップ 302において、その 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 る回路パターン力 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
[0081] 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力 これらの工程に先 立って、ウェハ上にシリコンの酸ィ匕膜を形成後、そのシリコンの酸ィ匕膜上にレジストを 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
[0082] また、本実施形態の露光装置では、プレート (ガラス基板)上に所定のパターン（回 路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶 表示素子を得ることもできる。以下、図 11のフローチャートを参照して、このときの手 法の一例につき説明する。図 11において、パターン形成工程 401では、本実施形態 の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板 (レジストが塗布されたガラス基 板等）に転写露光する、所謂光リソグラフ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、次のカラーフィルタ一形 成工程 402へ移行する。
[0083] 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 イブ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。
[0084] 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。
[0085] 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力 これに限定 されることなく、たとえば F レーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。
2
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ぐ他の一般的な液浸型の結像光学系に対し て本発明を適用することができる。
[0086] また、上述の実施形態では、物体面である第 1面の像を像面である第 2面上に形成 する投影光学系に対して本発明を適用している。しカゝしながら、これ〖こ限定されること なぐ物体面である第 1面と像面である第 2面とを光学的に共役にする結像光学系や 、像面である第 1面と物体面である第 2面とを光学的に共役にする結像光学系に対し ても同様に本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 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、
凹面反射面と、
前記凹面反射面によって形成される往復光路中に配置されて、立方晶系の結晶材 料により形成された往復光学素子と、
非晶質材料により形成された複数の屈折光学素子と、
立方晶系の結晶材料により形成されて、前記第 2面側の面が前記液体に接し且つ 前記第 1面側の面が気体に接する境界光学素子とを備えていることを特徴とする結 像光学系。
[2] 前記往復光学素子と前記境界光学素子とは別の結晶材料により形成されていること を特徴とする請求項 1に記載の結像光学系。
[3] 前記結像光学系は、
屈折光学素子のみ力 構成されて、前記第 1面の光軸上の点と光学的に共役な第
1共役点を形成する第 1結像系と、
前記第 1結像系と前記第 2面との間の光路中に配置され、前記凹面反射面を有し、 前記第 1共役点と光学的に共役な第 2共役点を形成する第 2結像系と、
前記第 2結像系と前記第 2面との間の光路中に配置され、屈折光学素子のみから 構成されて、前記第 2共役点と前記第 2面とを光学的に共役にする第 3結像系とを備 え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] 前記結像光学系は、前記第 2結像系から前記第 3結像系へ至る光路中に配置され た偏向鏡を備えていることを特徴とする請求項 3に記載の結像光学系。
[5] 前記結像光学系は、前記第 1面上において光軸から離れた有効視野および前記第
2面上において光軸力 離れた有効結像領域を有することを特徴とする請求項 1乃 至 4の 、ずれか 1項に記載の結像光学系。
[6] 前記境界光学素子は、その光軸が結晶方位 [100]またはこれと光学的に等価な結 晶方位とほぼ平行になるように配置されて 、ることを特徴とする請求項 1乃至 5の ヽず れか 1項に記載の結像光学系。
[7] 前記境界光学素子は、結晶方位 [100]またはこれと光学的に等価な結晶方位が、 前記第 2面上の矩形状の有効結像領域を規定する 2つの隣り合う辺のうちの一辺と ほぼ平行になるように配置されていることを特徴とする請求項 6に記載の結像光学系
[8] 前記境界光学素子は、結晶方位 [111]またはこれと光学的に等価な結晶方位の前 記第 2面への射影が、前記第 2面上の矩形状の有効結像領域を規定する 2つの隣り 合う辺に対して約 45度の角度をなすように配置されて 、ることを特徴とする請求項 6 に記載の結像光学系。
[9] 前記境界光学素子を形成する結晶材料および前記往復光学素子を形成する結晶 材料はともに固有複屈折を有し、
結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[100]と結晶方位 [ 110]の方向に 振動する光の屈折率 n[l 10]との差は、前記境界光学素子と前記往復光学素子とで 逆符号であり、
前記境界光学素子と前記往復光学素子とは、前記結像光学系の光軸に対する結 晶方位の関係が相対的に等価になるように配置されていることを特徴とする請求項 1 乃至 8の 、ずれか 1項に記載の結像光学系。
[10] 前記境界光学素子を形成する結晶材料および前記往復光学素子を形成する結晶 材料はともに固有複屈折を有し、
前記境界光学素子における結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[100] と結晶方位 [110]の方向に振動する光の屈折率 n[l 10]との差の絶対値は、前記往 復光学素子における結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[100]と結晶方 位 [110]の方向に振動する光の屈折率 n[l 10]との差の絶対値の 2倍以上であること を特徴とする請求項 1乃至 8のいずれか 1項に記載の結像光学系。
[11] 前記境界光学素子の前記第 1面側の面の有効径を Dとし、前記境界光学素子の前 記第 1面側の面の曲率半径を Rとするとき、
0. 5<R/D< 0. 62
の条件を満足することを特徴とする請求項 1乃至 10のいずれか 1項に記載の結像光 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において、
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、
立方晶系の結晶材料により形成されて、前記第 2面側の面が前記液体に接し且つ 前記第 1面側の面が気体に接する境界光学素子と、
前記第 1面と前記境界光学素子との間の光路中に配置されて、非晶質材料により 形成された非晶質屈折光学素子とを備え、
前記境界光学素子にお!、て、結晶方位 [100]の方向に振動する光の屈折率 n[10 0]と結晶方位 [110]の方向に振動する光の屈折率 n[110]との差の絶対値は、 1. 5 X 10— 6以上であり、
前記非晶質屈折光学素子は、その光軸に関してほぼ回転対称な内部歪を有し、該 内部歪に起因する最大複屈折量は 3nmZcm以上であることを特徴とする結像光学 系。
[13] 前記境界光学素子は、その光軸が結晶方位 [100]またはこれと光学的に等価な結 晶方位とほぼ平行になるように配置されていることを特徴とする請求項 12に記載の結 像光学系。
[14] 前記境界光学素子は、結晶方位 [100]またはこれと光学的に等価な結晶方位が、 前記第 2面上の矩形状の有効結像領域を規定する 2つの隣り合う辺のうちの一辺と ほぼ平行になるように配置され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] 前記境界光学素子は、結晶方位 [111]またはこれと光学的に等価な結晶方位の前 記第 2面への射影が、前記第 2面上の矩形状の有効結像領域を規定する 2つの隣り 合う辺に対して約 45度の角度をなすように配置されていることを特徴とする請求項 1 3に記載の結像光学系。
[16] 前記非晶質屈折光学素子の内部歪は、その光軸から周辺に向かって一旦増大し、 歪量の極大点を経た後に、周辺に向力つて減少することを特徴とする請求項 12乃至 15のいずれか 1項に記載の結像光学系。
[17] 前記第 1面の像を前記第 2面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 16のいずれか 1項に記載の結像光学系。
[18] 前記第 1面に設定された所定のパターン力 の光に基づいて、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するための請求項 1乃至 17のいずれ カゝ 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。
[19] 所定の直線偏光状態の光で前記パターンを照明する照明系を備えていることを特徴 とする請求項 18に記載の露光装置。
[20] 請求項 18または 19に記載の露光装置を用いて前記所定のパターンを前記感光性 基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像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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