JP2000133588A

JP2000133588A - 露光装置及び方法、該露光装置の製造方法並びに該露光装置を用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000133588A
Application number: JP11173775A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suenaga; 豊末永; Yasuhiro Omura; 泰弘大村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて微細なパターンを転写すること【解決手段】投影原版上に設けられたパターンの像を基
板上に転写する露光装置であって、200nm以下の露光エ
ネルギービームを供給する光源；該光源からの露光エネ
ルギービームを前記投影原版へ導く照明系；及び前記投
影原版からの露光エネルギービームに基づいて、前記パ
ターンの像を前記基板上に形成する投影系；を含み、前
記投影系は、前記露光エネルギービームの光路に沿って
配置された少なくとも２つの屈折光学部材を含み、前記
投影系中の全ての前記屈折光学部材は、少なくとも２種
類以上のフッ化物の結晶材料からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程中におい
て、投影原版上のパターンを基板上に転写する際に使用
される露光装置及び方法、この露光装置を用いたデバイ
ス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘ
ッド等）の製造方法、及びこの露光装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、
レジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）
上に転写する一括露光型（ステッパー等）、又はステッ
プ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露
光装置が使用されている。半導体集積回路等のパターン
の微細化が進むに従って、その種の露光装置に備えられ
ている投影光学系に対しては特に解像力の向上が望まれ
ている。投影光学系の解像力を向上するためには、露光
波長をより短くするか、あるいは開口数（N.A.）を大き
くすることが考えられる。

【０００３】そこで、近年、露光光（露光エネルギービ
ーム）については、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎ
ｍ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）が主に用いられるよう
になってきており、最近ではより短波長の露光光、例え
ばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、更には
ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ2レー
ザ光（波長１５７ｎｍ）等の深紫外線領域や真空紫外領
域の光が用いられようとしている。

【０００４】さて、２００ｎｍ以下の紫外線領域の露光
エネルギービームで使用される投影光学系としては、例
えば特開平５−１７３０６５号公報、米国特許第５，４
０２，２６７号公報、米国特許第５，６６８，６７２号
公報等において提案されている

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記各公報において提
案されている技術では、屈折光学素子として合成石英
（ＳｉＯ₂）を含む構成となっている。２００ｎｍ以下
の紫外先領域の露光エネルギービームを露光光として用
いる場合、この波長域が酸素の吸収帯に近い波長域であ
るため、酸素(Ｏ₂)を含む合成石英はこの波長域の露光
エネルギービームを吸収する恐れがある。また、合成石
英の製造工程において不純物等が混入することによっ
て、この波長域での透過率低下（吸収率増大）を招く恐
れがある。

【０００６】この場合、合成石英がこの波長域の露光エ
ネルギービームを吸収することにより熱を生じ、これに
より石英自体の屈折率変化や、熱膨張による面形状変化
を招く恐れがある。このような露光エネルギービームに
よる照射変動が生じると投影光学系の性能が劣化し、微
細なパターンの転写が困難になる恐れがある。一方、２
００ｎｍ以下の波長域の露光エネルギービームを供給す
る光源に関しては、その波長幅を狭くすること、すなわ
ち狭帯化が進んできているとはいえ、ある程度の波長幅
を有しているのが実状である。従って、投影原版上のパ
ターンをコントラストを維持した状態で基板上へ転写す
るためには、投影光学系の色収差補正を行うことが肝要
である。

【０００７】上記特開平５−１７３０６５号公報及び米
国特許第５，４０２，２６７号公報の投影光学系では、
屈折光学部材が１種類の石英のみで構成されているた
め、２００ｎｍ以下の露光エネルギービームを供給する
光源と組み合わせて使用した場合、照射変動による結像
性能劣化の恐れがある。また、米国特許第５，６６８，
６７２号公報では、石英からなる硝材と螢石からなる硝
材とを組み合わせて色収差補正を行っているが、投影光
学系中に石英が存在しているため、２００ｎｍ以下の露
光エネルギービームを供給する光源と組み合わせて使用
した場合には照射変動による結像性能劣化の恐れがあ
る。このように、上記各公報に開示された技術では、結
果として微細パターンの転写が困難となる。

【０００８】そこで、本発明は、極めて微細なパターン
を転写することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる露光装置は、投影原版上に設けられ
たパターンの像を基板上に転写する露光装置であって、
200nm以下の露光エネルギービームを供給する光源；該
光源からの露光エネルギービームを前記投影原版へ導く
照明光学系；及び前記投影原版からの露光エネルギービ
ームに基づいて、前記パターンの像を前記基板上に形成
する投影光学系；を含み、前記投影光学系は、前記露光
エネルギービームの光路に沿って配置された少なくとも
２つの屈折光学部材を含み、前記投影光学系中の全ての
前記屈折光学部材は、少なくとも２種類以上のフッ化物
の結晶材料からなるものである。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
にかかる露光装置は、投影原版上に設けられたパターン
の像を基板上に転写する露光装置であって、２００ｎｍ
以下の露光エネルギービームを供給する光源；該光源か
らの露光エネルギービームを前記投影原版へ導く照明光
学系；及び前記投影原版からの露光エネルギービームに
基づいて、前記パターンの像を前記基板上に形成する投
影光学系；を含み、前記投影光学系は、前記露光エネル
ギービームの光路に沿って配置された少なくとも２つの
屈折光学部材を含み、前記投影光学系の前記露光エネル
ギービームの光路中に位置する全ての光透過性の材料
は、石英を除く少なくとも２種類以上の材料からなるも
のである。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
にかかる露光装置は、投影原版上に設けられたパターン
の像を基板上に転写する露光装置であって、２００ｎｍ
以下の露光エネルギービームを供給する光源；該光源か
らの前記露光エネルギービームを受けることができる位
置に配置されて、前記露光エネルギービームを前記投影
原版へ導く照明光学系；及び前記投影原版と前記基板と
の間に配置されて、前記投影原版からの露光エネルギー
ビームに基づいて、前記パターンの像を前記基板上に形
成する投影光学系；を含み、前記投影光学系は、凹面鏡
と、フッ化物の結晶材料から構成されたビームスプリッ
タと、該ビームスプリッタと前記投影原版との間の光路
中に配置される第１のレンズ群と、該ビームスプリッタ
と前記基板との間の光路中に配置される第２のレンズ群
と、を含み、前記投影原版を経由した前記露光エネルギ
ービームは、前記第１のレンズ群、及び前記ビームスプ
リッタを順に通過して、前記凹面鏡で反射され、前記ビ
ームスプリッタ及び前記第２のレンズ群を順に通過して
前記基板上に達するものである。

【００１２】本発明の露光装置の好ましい態様において
は、前記少なくとも２種類以上のフッ化物のうちの１種
は、螢石である。本発明の露光装置の好ましい態様にお
いては、前記投影光学系中で露光エネルギービームが通
過する全ての前記屈折光学部材の軸上厚の総和をΣＤと
し、前記螢石で構成される前記屈折光学部材の軸上厚の
総和をΣＤｃとするとき、（１）０．６０＜ΣＤｃ／ΣＤ＜０．９８を満足するものである。

【００１３】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系は、少なくとも２つの螢石か
らなる正レンズを含むものである。また、本発明の露光
装置の好ましい態様においては、前記少なくとも２種類
以上のフッ化物のうちの１種は、フッ化バリウムであ
る。また、本発明の露光装置の好ましい態様において
は、前記投影光学系は、少なくとも１つのフッ化バリウ
ムの結晶材料からなる負レンズを含むものである。

【００１４】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記光源は、１６０ｎｍ以下の露光光を供給
するものである。また、本発明の露光装置の好ましい態
様においては、前記光源は、１．５ｐｍよりも狭い半値
全幅の露光光を供給するものである。また、本発明の露
光装置の好ましい態様においては、前記光源から前記基
板へ至る光路のうちの一部の光路は外気から密封された
密封空間を形成し、該密封空間には酸素濃度を低減させ
た気体が封入されているものである。

【００１５】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記照明光学系は、反射鏡とフッ化物の結晶
材料からなる屈折光学部材との少なくとも一方で構成さ
れるものである。また、本発明の露光装置の好ましい態
様においては、前記少なくとも２種類以上のフッ化物の
結晶材料は、第１の分散ｄｎ１／ｄλを有する第１のフ
ッ化物の結晶材料と、第２の分散ｄｎ２／ｄλを有する
第２のフッ化物の結晶材料とを含み、以下の条件を満足
するものである。（２）０．１×１０⁶＜｜（ｄｎ１／ｄλ）−（ｄｎ２／ｄλ）｜また、本発明の露光装置の好ましい態様においては、前
記少なくとも２種類以上のフッ化物の結晶材料は、フッ
化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化バリウム（Ｂａ
Ｆ₂）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウ
ム（ＭｇＦ₂）、リチウム・カルシウム・アルミニウム
・フローライド（ＬｉＣａＡｌＦ6）、及びリチウム・
ストロンチウム・アルミニウム・フローライド（ＬｉＳ
ｒＡｌＦ6）からなるグループから選択された少なくと
も２種類の材料である。

【００１６】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系は、前記露光エネルギービー
ムの光路中に配置された少なくとも１つの凹面鏡を含む
ものである。また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系の前記露光エネルギービーム
の光路中には、光透過性光学部材のみが配置されるもの
である。

【００１７】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系は、単一の直線状に延びた光
軸を有するものである。また、本発明の露光装置の好ま
しい態様においては、前記投影光学系は、少なくとも１
つのフッ化リチウムからなる正レンズを有し、かつ少な
くとも１つのフッ化カルシウムからなる負レンズを有す
るものである。

【００１８】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系は、少なくとも１つのフッ化
バリウムからなる負レンズを有し、かつ少なくとも１つ
のフッ化カルシウムからなる正レンズを有するものであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】上述の構成の如き本発明によれ
ば、投影光学系中の屈折光学部材として、２００ｎｍ以
下の露光エネルギービームに対して十分なる透過率を有
するフッ化物の結晶を用いているため、投影光学系中の
屈折光学部材の露光エネルギービームの吸収を実質上影
響がない程度に低減でき、露光エネルギービームの吸収
による照射変動の発生を実質上無視することができる。

【００２０】また、屈折光学部材として少なくとも２種
類のフッ化物の結晶を用いているため、屈折光学部材を
構成する材料が互いに異なる分散を持つことになり、色
収差の補正を達成することが可能となる。また、上述の
好ましい態様のように、屈折光学部材として用いられて
いる少なくとも２種類以上のフッ化物のうちの１種が螢
石であるときには、螢石はフッ化物の中では比較的に製
造方法及び加工方法が確立している材料であるため、屈
折光学部材を製造・加工することが容易であり、製造上
の利点がある。

【００２１】本発明の露光装置の好ましい態様において
は、前記投影光学系中で露光エネルギービームが通過す
る全ての前記屈折光学部材の軸上厚の総和をΣＤとし、
前記螢石で構成される前記屈折光学部材の軸上厚の総和
をΣＤｃとするとき、（１）０．６０＜ΣＤｃ／ΣＤ＜０．９８を満足するものである。

【００２２】この条件（１）は、投影光学系中のフッ化
物からなる屈折光学部材のうち螢石（フッ化カルシウ
ム）の占める割合を規定する式である。上記条件（１）
の下限を下回るときには、螢石に比べて製造・加工が困
難な他のフッ化物の割合が増えすぎるため屈折光学部材
の製造・加工が困難となる。また、上記条件（１）の上
限を超える場合には、投影光学系の色収差補正を達成す
ることが困難となる。

【００２３】さて、上述の好ましい態様においては、前
記投影光学系は少なくとも２つの螢石からなる正レンズ
を含むものである。フッ化物のうち螢石は比較的アッベ
数の大きな（分散が小さい）材料であり、この螢石を正
レンズに使用し、かつ螢石よりもアッベ数の小さいフッ
化物を負レンズとして用いて組み合わせることにより、
屈折光学部材で生じた色収差（主に軸上色収差）を補正
することが可能となる。さらに、２つ以上の正レンズを
用いているため、大きな像側開口数を達成できる。これ
により、微細なパターンをコントラスト良く基板上に転
写することが可能となる。

【００２４】また、上述の好ましい態様においては、投
影光学系中の屈折光学部材を構成する少なくとも２種類
以上のフッ化物のうちの１種は、フッ化バリウムであ
る。フッ化バリウムは、フッ化物中で比較的アッベ数が
小さく、他のアッベ数の大きなフッ化物と組み合わせる
ことにより色収差補正を達成できる。このとき、投影光
学系においては、少なくとも１つのフッ化バリウムの結
晶材料からなる負レンズを含むことが好ましい。前述の
ように、フッ化バリウムはアッベ数が比較的小さいた
め、フッ化バリウムからなる負レンズを、例えばアッベ
数の大きな螢石からなる正レンズと組み合わせて、屈折
光学部材で生じた色収差（主に軸上色収差）を良好に補
正することができる。

【００２５】さて、上述のように、本発明の露光装置の
好ましい態様においては、前記光源から前記基板へ至る
光路のうちの一部の光路は外気から密封された密封空間
を形成しており、該密封空間内には酸素濃度を低減させ
た気体（窒素等の不活性ガス）が封入されているもので
ある。本発明においては、光源が酸素の吸収帯に近い波
長を供給しているため、露光エネルギービームの光路中
の気体の酸素濃度を低減させれば、エネルギーロスを少
なくすることができる。

【００２６】ここで、フッ化物結晶は僅かな水溶性を有
しているものが多いため、フッ化物結晶からなる屈折光
学部材を外気から密封された密封空間内に配置し、該密
封空間内に水分濃度が極めて低い気体を封入することが
好ましい。これは、特にフッ化リチウムからなる屈折光
学部材に対して有効である。これにより、投影光学系の
光学性能の経時安定性が良好になる。

【００２７】また、上述のように、本発明にかかる露光
装置の好ましい態様では、光源からの露光エネルギービ
ームを投影原版へ導くための照明光学系は、反射鏡とフ
ッ化物の結晶材料からなる屈折光学部材との少なくとも
一方で構成されるものである。これにより、照明光学系
においても、露光エネルギービームの吸収を低減させる
ことが可能となる。

【００２８】また、上述のように本発明の好ましい態様
にかかる露光装置では、投影光学系中の屈折光学部材を
構成する少なくとも２種類以上のフッ化物の結晶材料
は、第１の分散ｄｎ１／ｄλを有する第１のフッ化物の
結晶材料と、第２の分散ｄｎ２／ｄλを有する第２のフ
ッ化物の結晶材料とを含み、以下の条件を満足するもの
である。（２）０．１×１０⁶＜｜（ｄｎ１／ｄλ）−（ｄｎ２／ｄλ）｜上記条件（２）は、投影光学系において良好なる色収差
補正を達成するために規定されたものであり、条件
（２）の範囲を外れる場合には、色収差補正が不十分と
なるため好ましくない。

【００２９】また、上述のように本発明の露光装置の好
ましい態様においては、前記少なくとも２種類以上のフ
ッ化物の結晶材料は、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、
フッ化バリウム（ＢａＦ₂）、フッ化リチウム（Ｌｉ
Ｆ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、リチウム・カ
ルシウム・アルミニウム・フローライド（ＬｉＣａＡｌ
Ｆ₆）、及びリチウム・ストロンチウム・アルミニウム
・フローライド（ＬｉＳｒＡｌＦ₆）からなるグループ
から選択された少なくとも２種類の材料である。

【００３０】上記のフッ化物結晶は、フッ化物のなかで
は、光学素子加工・製造がしやすい材料であり、このグ
ループから材料を選択することで投影光学系の製造、ひ
いては露光装置の製造が容易となる。また、上述の好ま
しい態様においては、投影光学系は、前記露光エネルギ
ービームの光路中に配置された少なくとも１つの凹面鏡
を含むものである。投影光学系は全体として正パワー
（正屈折力）を有しており、そのペッツバール和は正と
なり、像面が負へ湾曲する傾向がある。凹面鏡は正パワ
ーを有するにもかかわらず、そのペッツバール和は負で
あり、さらにそれ自体から色収差を発生させないという
特性を有しているため、投影光学系の正パワーを担いつ
つ、ペッツバール和の補正を可能にできる利点があり、
屈折光学部材ではペッツバール和補正の負担が少なくな
り、屈折光学部材の収差補正能力を色収差補正に振り向
けることができる。このとき、凹面鏡自体から色収差が
生じないため、屈折光学部材自体から発生する色収差
（主に軸上色収差）を、２種類以上のフッ化物で補正す
れば良い。

【００３１】この構成（投影光学系が露光エネルギービ
ームの光路中に配置された少なくとも１つの凹面鏡を含
む構成）において、一つの好ましい態様にかかる投影光
学系は、複数の屈折光学部材からなる正レンズ群と凹面
鏡とを含む第１結像系、この第１結像系と像面との間に
配置される光路折り曲げ鏡、及びこの光路折り曲げ鏡と
像面との間に配置された複数の屈折光学部材を含む第２
結像系を有するものである。このとき、物体からの露光
エネルギービームは、正レンズ群、凹面鏡、光路折り曲
げ鏡、及び第２結像系の順に通過して像面に達する。こ
こで、第１結像系は投影光学系の光軸に直交する面内に
おいて光軸を含まない位置に中間像を形成することが好
ましく、第２結像系はこの中間像を縮小倍率のもとで像
面に再結像させることが好ましい。

【００３２】上記構成では、比較的に大きな開口数の光
束が通過する縮小側に、屈折光学部材からなる第２結像
系を配しているため、高い開口数であっても投影光学系
を構成する光学部材（屈折光学部材、凹面鏡など）の物
理的干渉を避けることが可能となる。ここで、上記一つ
の好ましい態様にかかる投影光学系では、少なくとも第
１結像系中の複数の屈折光学部材が２種類以上のフッ化
物の結晶から構成されることが好ましい。このとき、分
散ｄｎ／ｄλの小さな材料を正レンズとして用い、かつ
分散ｄｎ／ｄλの大きな材料を負レンズとして用いるこ
とが好ましい。この構成により、屈折光学部材自体から
生じる軸上色収差を補正することが可能となる。

【００３３】なお、上記一つの好ましい態様にかかる投
影光学系では、凹面鏡を適切な位置に配置しているた
め、倍率色収差の発生量は比較的少ない。しかしなが
ら、さらに倍率色収差を補正するためには、第２結像系
を構成する複数の屈折光学部材を少なくとも２種類以上
のフッ化物の結晶から構成することが好ましい。このと
き、分散ｄｎ／ｄλの大きな材料を正レンズとして用
い、かつ分散ｄｎ／ｄλの小さな材料を負レンズとして
用いることが好ましい。

【００３４】また、上記構成（投影光学系が露光エネル
ギービームの光路中に配置された少なくとも１つの凹面
鏡を含む構成）において、別の好ましい態様にかかる投
影光学系は、複数の屈折光学部材からなる第１レンズ
群、ビームスプリッタ、凹面鏡、及び複数の光学部材か
らなり正屈折力を有する第２レンズ群を有するものであ
る。この構成では、物体からの露光エネルギービーム
は、第１レンズ群、ビームスプリッタ、凹面鏡、ビーム
スプリッタ、第２レンズ群の順に通過して像面に達す
る。

【００３５】ここで、上記別の好ましい態様にかかる投
影光学系では、少なくとも第２レンズ群を構成する複数
の屈折光学部材が２種類以上のフッ化物結晶で構成され
ることが好ましい。このとき、第２レンズ群は、分散ｄ
ｎ／ｄλの小さな材料からなる正レンズと、分散ｄｎ／
ｄλの大きな材料からなる負レンズとを有することが好
ましい。これにより、屈折光学部材から発生する軸上色
収差を良好に補正することが可能となる。

【００３６】また、上記別の好ましい態様にかかる投影
光学系では、第１レンズ群を構成する複数の屈折光学部
材が２種類以上のフッ化物結晶で構成されることが好ま
しい。このとき、第１レンズ群は、分散ｄｎ／ｄλの大
きな材料からなる正レンズと、分散ｄｎ／ｄλの小さな
材料からなる負レンズとを有することが好ましい。これ
により、屈折光学部材から発生する倍率色収差を良好に
補正することができる。

【００３７】上述の如き一つの好ましい態様あるいは別
の好ましい態様にかかる投影光学系では、屈折光学部材
の屈折面及び凹面鏡の反射面の少なくとも何れか一方を
非球面とすることが好ましい。これにより、投影光学系
全体の大きさを小さくしても良好な収差補正を達成でき
る利点がある。また、本発明の露光装置の好ましい態様
においては、前記投影光学系の前記露光エネルギービー
ムの光路中には、光透過性屈折部材のみが配置される。
なお、光透過性部材とは、レンズや光透過性の平行平面
板などの屈折性光学部材や、光透過性の基材に設けられ
た透過型の回折性光学素子など指す。

【００３８】また、本発明の露光装置の好ましい態様に
おいては、前記投影光学系は、単一の直線状に延びた光
軸を有する。このように投影光学系を構成すれば、投影
光学系を構成する光学部材を直筒の鏡筒で保持でき、投
影光学系の製造・調整の容易性の向上や、更なる高精度
化を達成することができる。さて、上述の如き本発明に
かかる露光装置は、波長200nm以下の露光エネルギービ
ームを供給する光源を準備する工程と；第１のフッ化物
結晶から第１屈折光学素子を形成する工程と；該第１の
フッ化物結晶とは異なる第２のフッ化物結晶から第２屈
折光学素子を形成する工程と；前記光源からの露光エネ
ルギービームの光路中に沿って前記第１及び第２屈折光
学素子を配置する工程と；を含み、前述の機能を達成す
るように、電気的、機械的または光学的に連結すること
で組み上げられる。

【００３９】次に、図１〜３を参照して本発明にかかる
露光装置の第１の実施の形態について説明する。第１の
実施の形態の露光装置は、露光光源としてエキシマレー
ザ光源を使用し、投影光学系として反射屈折系を使用す
るステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本
発明を適用したものである。図１は第１実施形態の投影
露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光制
御装置１により発光状態が制御されたエキシマレーザ光
源２から射出されたパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬ
（露光エネルギービーム）は、偏向ミラー３で偏向され
て第１照明光学系４に達する。エキシマレーザ光源２と
して本例では、発振スペクトルの半値幅が１０ｐｍ程度
にされたＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）のレ
ーザ光源が使用される。但し、露光用の光源としては、
例えば発振スペクトルの半値幅が１ｐｍ未満に狭帯化さ
れたＡｒＦエキシマレーザの狭帯化レーザ光源や、Ｆ₂
レーザ（波長１５７ｎｍ）光源を使用しても良く、波長
２００ｎｍ以下の露光エネルギービーム（露光光）を供
給するものであれば、どのような光源でも使用できる。

【００４０】第１照明光学系４には、ビームエキスパン
ダ、光量可変機構、照明光学系のコヒーレンスファクタ
（所謂σ値）を変更した場合に照明光の光量を切り換え
るための照明切り換え機構、及びフライアイレンズ等が
含まれている。そして、第１照明光学系４の射出面に照
明光ＩＬの面状に分布する２次光源が形成され、この２
次光源の形成面に照明条件を種々に切り換えるための照
明光学系開口絞り用の切り換えレボルバ５が配置されて
いる。切り換えレボルバ５の側面には、通常の円形の開
口絞り、光軸から偏心した複数の開口よりなる所謂変形
照明用の開口絞り、輪帯状の開口絞り、及び小さい円形
開口よりなる小さいσ値用の開口絞り等が形成され、切
り換え装置６を介して切り換え用レボルバ５を回転する
ことによって、所望の照明光学系開口絞り（σ絞り）を
その第１照明光学系４の射出面に配置できるようになっ
ている。また、そのように照明光学系開口絞りを切り換
えた場合には、切り換え装置６によって同期して、最も
光量が大きくなるように第１照明光学系４内の照明切り
換え機構が切り換えられる。

【００４１】切り換え装置６の動作は、露光制御装置１
によって制御され、露光制御装置１の動作は、装置全体
の動作を統轄制御する主制御装置７によって制御されて
いる。なお、第１実施形態では、オプティカルインテグ
レータとしてフライアイレンズを使用しているが、ロッ
ド型インテグレータを用いても良い。この場合、ロッド
型インテグレータの入射面近傍に２次光源が虚像として
形成されるため、投影光学系の瞳での光源像の形状を切
り替えるための機構は、ロッド型インテグレータの射出
面をレチクル上へ結像させる光学系（本例では第３照明
光学系に相当する）中において２次光源と共役となる面
に設けることができる。また、ロッド型インテグレータ
の入射面へ入射させる光束の集光状態を変更する機構を
設けても光源像の形状を変更することができる。

【００４２】さて、切り換え用レボルバ５で設定された
照明光学系開口絞りを透過した照明光ＩＬは、透過率が
大きく反射率の小さいビームスプリッタ８に入射し、ビ
ームスプリッタ８で反射された照明光は、フォトダイオ
ード等の光電検出器よりなるインテグレータセンサ９で
受光される。このインテグレータセンサ９で照明光を光
電変換して得られる検出信号が露光制御装置１に供給さ
れる。その検出信号とウエハ上での露光量との関係は予
め計測して記憶されており、露光制御装置１では、その
検出信号よりウエハ上での積算露光量をモニタする。ま
た、その検出信号は、露光用の照明光ＩＬを使用する各
種センサ系の出力信号を規格化するのにも利用される。

【００４３】ビームスプリッタ８を透過した照明光ＩＬ
は、第２照明光学系１０を介して照明視野絞り系（レチ
クルブラインド系）１１を照明する。この照明視野絞り
系１１の配置面は、第１照明光学系４中のフライアイレ
ンズの入射面と共役であり、フライアイレンズの各レン
ズエレメントの断面形状とほぼ相似の照明領域でその照
明視野絞り系１１が照明される。照明視野絞り系１１
は、可動ブラインドと固定ブラインドとに分かれてお
り、固定ブラインドは固定された矩形の開口を有する視
野絞りであり、可動ブラインドはレチクルの走査方向及
び非走査方向に独立に動く開閉自在の２対の可動ブレー
ドである。固定ブラインドでレチクル上の照明領域の形
状の決定が行われ、可動ブラインドで走査露光の開始時
及び終了時にその固定ブラインドの開口の覆いをそれぞ
れ徐々に開く動作、及び閉める動作が行われる。これに
よって、ウエハ上で本来の露光対象のショット領域以外
の領域に照明光が照射されるのが防止される。

【００４４】この照明視野絞り系１１中の可動ブライン
ドの動作は、駆動装置１２によって制御されており、ス
テージ制御装置１３によって後述のようにレチクルとウ
エハとの同期走査を行う際に、ステージ制御装置１３
は、駆動装置１２を介してその可動ブラインドを同期し
て駆動する。照明視野絞り系１１を通過した照明光ＩＬ
は、第３照明光学系１４を経てレチクルＲのパターン面
（下面）の矩形の照明領域１５を均一な照度分布で照明
する。照明視野絞り系１１の固定ブラインドの配置面
は、レチクルＲのパターン面と共役であり、照明領域１
５の形状はその固定ブラインドの開口によって規定され
ている。

【００４５】以下では、レチクルＲのパターン面に平行
な面内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行
にＹ軸を取り、レチクルＲのパターン面に垂直にＺ軸を
取って説明する。このとき、レチクルＲ上の照明領域１
５は、Ｘ方向に長い矩形領域であり、走査露光時には、
照明領域１５に対してレチクルＲが＋Ｙ方向、又は−Ｙ
方向に走査される。即ち、走査方向はＹ方向に設定され
ている。

【００４６】レチクルＲ上の照明領域１５内のパターン
は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投
影光学系ＰＬを介して投影倍率β（｜β｜は例えば１／
４，１／５，１／６等）で縮小されて、フォトレジスト
が塗布されたウエハＷ上の露光領域１６に結像投影され
る。レチクルＲは、レチクルステージ１７上に保持さ
れ、レチクルステージ１７はレチクル支持台１８上のＹ
方向に伸びたガイド上にエアベアリングを介して載置さ
れている。レチクルステージ１７はリニアモータによっ
てレチクル支持台１８上をＹ方向に一定速度で走査でき
ると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）に
レチクルＲの位置を調整できる調整機構を備えている。
レチクルステージ１７の端部に固定された移動鏡１９
ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計１９
によって、レチクルステージ１７（レチクルＲ）のＸ方
向、Ｙ方向の位置が例えば常時０．００１μｍ（１ｎ
ｍ）程度の分解能で計測されると共に、レチクルステー
ジ１７の回転角も計測され、計測値がステージ制御装置
１３に供給され、ステージ制御装置１３は供給された計
測値に応じてレチクル支持台１８上のリニアモータ等の
動作を制御する。

【００４７】一方、ウエハＷはウエハホルダ２０を介し
て試料台２１上に保持され、試料台２１はウエハステー
ジ２２上に載置され、ウエハステージ２２は、定盤２３
上のガイド上にエアベアリングを介して載置されてい
る。そして、ウエハステージ２２は、定盤２３上でリニ
アモータによってＹ方向に一定速度での走査、及びステ
ッピング移動ができると共に、Ｘ方向へのステッピング
移動ができるように構成されている。また、ウエハステ
ージ２２内には、試料台２１をＺ方向に所定範囲で移動
するＺステージ機構、及び試料台２１の傾斜角を調整す
るチルト機構（レベリング機構）が組み込まれている。

【００４８】試料台２１の側面部に固定された移動鏡２
４ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計２
４によって、試料台２１（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向
の位置が常時０．００１μｍ程度の分解能で計測される
と共に、試料台２１の回転角及びチルト角も計測され、
計測値がステージ制御装置１３に供給され、ステージ制
御装置１３は供給された計測値に応じてウエハステージ
２２の駆動用のリニアモータ等の動作を制御する。

【００４９】走査露光時には、主制御装置７からステー
ジ制御装置１３に露光開始のコマンドが送出され、これ
に応じてステージ制御装置１３では、レチクルステージ
１７を介してレチクルＲをＹ方向に速度ＶＲで走査する
のと同期して、ウエハステージ２２を介してウエハＷを
Ｙ方向に速度ＶＷで走査する。レチクルＲからウエハＷ
への投影倍率βを用いて、ウエハＷの走査速度ＶＷはβ
・ＶＲに設定される。また、投影光学系ＰＬは外部のベ
ース部材上に植設されたコラム２５（図２参照）の中板
上に保持されている。そして、投影光学系ＰＬのＸ方向
の側面部に、ウエハＷの表面の複数の計測点に斜めにス
リット像等を投影して、それら複数の計測点でのＺ方向
の位置（フォーカス位置）に対応する複数のフォーカス
信号を出力する、斜入射方式の多点のオートフォーカス
センサ（以下、「ＡＦセンサ」という）２６が配置され
ている。多点のＡＦセンサ２６からの複数のフォーカス
信号は、フォーカス・チルト制御装置２７に供給され、
フォーカス・チルト制御装置２７では、それら複数のフ
ォーカス信号よりウエハＷの表面のフォーカス位置及び
傾斜角を求め、求めた結果をステージ制御装置１３に供
給する。

【００５０】ステージ制御装置１３では、供給されたフ
ォーカス位置及び傾斜角が、それぞれ予め求められてい
る投影光学系ＰＬの結像面のフォーカス位置及び傾斜角
に合致するように、ウエハステージ２２内のＺステージ
機構、及びチルト機構をサーボ方式で駆動する。これに
よって、走査露光中においても、ウエハＷの露光領域１
６内の表面はオートフォーカス方式、及びオートレベリ
ング方式で投影光学系ＰＬの結像面に合致するように制
御される。

【００５１】更に、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面に
オフ・アクシス方式のアライメントセンサ２８が固定さ
れており、アライメント時にはアライメントセンサ２８
によってウエハＷの各ショット領域に付設されたアライ
メント用のウエハマークの位置検出が行われ、検出信号
がアライメント信号処理装置２９に供給されている。ア
ライメント信号処理装置２９にはレーザ干渉計２４の計
測値も供給され、アライメント信号処理装置２９では、
その検出信号及びレーザ干渉計２４の計測値より検出対
象のウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標
を算出して、主制御装置７に供給する。ステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）とは、レーザ干渉計２４によって計測される
試料台２１のＸ座標及びＹ座標に基づいて定められる座
標系を言う。主制御装置７では、供給されたウエハマー
クの座標より、ウエハＷ上の各ショット領域のステージ
座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求めてステージ制御装
置１３に供給し、ステージ制御装置１３では供給された
配列座標に基づいて各ショット領域に走査露光を行う際
のウエハステージ２２の位置を制御する。

【００５２】また、試料台２１上には基準マーク部材Ｆ
Ｍが固定され、基準マーク部材ＦＭの表面にはアライメ
ントセンサの位置基準となる種々の基準マーク、及びウ
エハＷの反射率の基準となる基準反射面等が形成されて
いる。そして、投影光学系ＰＬの上端部に、ウエハＷ側
から投影光学系ＰＬを介して反射される光束等を検出す
る反射光検出系３０が取り付けられ、反射光検出系３０
の検出信号が自己計測装置３１に供給されている。主制
御装置７の管理のもとで後述のように、自己計測装置３
１ではウエハＷの反射量（反射率）のモニタ、照度むら
の計測、及び空間像の計測等を行う。

【００５３】次に、図２を参照して図１に示した第１実
施形態の投影光学系ＰＬの構成について詳細に説明す
る。図２は、投影光学系ＰＬを示す断面図であり、この
図２において、投影光学系ＰＬは機構的には、第１鏡筒
部４１、光軸偏向部４２、及び第２鏡筒部４３の部分鏡
筒より構成されている。そして、第１鏡筒部４１内に凹
面鏡Ｍ１が配置されている。

【００５４】第１鏡筒部４１は、複数の屈折光学部材
（レンズ素子）Ｌ１１〜Ｌ１７と凹面鏡Ｍ１とを含む第
１結像系の各光学要素をレンズ枠を介して保持してい
る。また、光軸偏向部４２は、第１結像系と第２結像系
との間に配置される光路折り曲げ鏡Ｍ２と、第２結像系
中の光路折り曲げ鏡Ｍ３とを保持しており、これら光路
折り曲げ鏡Ｍ２，Ｍ３の間に配置される屈折光学部材
（レンズ素子）Ｌ２０もレンズ枠を介して保持してい
る。そして、第２鏡筒部４３は、第２結像系中の複数の
屈折光学部材Ｌ２１〜Ｌ２９及び開口絞りＡＳをレンズ
枠を介して保持している。ここで、第１結像系は、光路
折り曲げ鏡Ｍ２の近傍にやや縮小倍率のもとでレチクル
Ｒ上の照明領域１５の中間像を形成し、第２結像系は、
該中間像を所定の縮小倍率のもとでウエハＷ上の露光領
域１６上に再結像させる。

【００５５】本例では、第１鏡筒部４１内の屈折光学部
材Ｌ１１〜Ｌ１６及び凹面鏡Ｍ１は光軸Ａｘ１に沿って
配列されており、光軸偏向部４２内の屈折光学部材Ｌ２
０は、該光軸Ａｘ１に対してほぼ直交する光軸Ａｘ２に
沿って配列されており、第２鏡筒部４３内の屈折光学部
材Ｌ２１〜Ｌ２９は、光軸Ａｘ１とほぼ平行な光軸Ａｘ
３に沿って配列されている。

【００５６】このとき、光路折り曲げ鏡Ｍ２は、光軸偏
向部４２内で光軸Ａｘ１から＋Ｙ方向に偏心した位置に
光軸Ａｘ１に対して＋Ｙ方向にほぼ４５°で傾斜した状
態で配置されている。また、光路折り曲げ鏡Ｍ３は光軸
偏向部４２内で光軸Ａｘ２及び光軸Ａｘ３が交差する位
置に光軸Ａｘ２にほぼ４５°で傾斜した状態で配置され
ている。

【００５７】このように、第１実施形態では各屈折光学
部材Ｌ１１〜Ｌ２９及び凹面鏡は、互いに直交する光軸
Ａｘ１〜Ａｘ３上に配置されている。この場合、照明光
ＩＬによるレチクルＲ上の矩形の照明領域１５は光軸Ａ
Ｘ１から−Ｙ方向に偏心した位置に設定され、照明領域
１５を通過した照明光（以下、「結像光束」と呼ぶ）
は、第１鏡筒部４１内のレンズＬ１１，Ｌ１２，…，Ｌ
１７を経て凹面鏡４５に入射し、凹面鏡４５で反射集光
された結像光束は、再びレンズＬ１７，Ｌ１５，…，Ｌ
１３を経て光軸偏向部４２内の光路折り曲げ鏡Ｍ２で＋
Ｙ方向に偏向される。

【００５８】その光軸偏向部４２において、光路折り曲
げ鏡Ｍ２で反射された結像光束は、レンズＬ２０を介し
て光路折り曲げ鏡Ｍ３に入射する。光路折り曲げ鏡Ｍ３
で−Ｚ方向に偏向された結像光束は、第２鏡筒４３に向
かい、第２鏡筒部４３において、その結像光束は、レン
ズＬ２１，Ｌ２２，…，Ｌ２８，Ｌ２９を介してウエハ
Ｗ上の露光領域１６に、レチクルＲ上の照明領域１５内
のパターンの縮小像を形成する。

【００５９】第１実施形態では、第１鏡筒部４１及び第
２鏡筒部４３は、露光装置のコラム２５の上板にフラン
ジ４１ａ，４３ａを介して支持されており、光軸偏向部
４２は、これら第１及び第２鏡筒部４１，４３を接続す
るように設けられている。次に、図３を参照して、第１
実施形態の投影露光装置の空調系につき説明する。本例
の投影露光装置は全体として所定のチャンバ内に設置さ
れているが、更にその投影露光装置は複数のユニットに
分けられ、各ユニット別に独立に空調が行われている。
このような空調システムを、以下では「ユニット別空調
システム」と呼ぶ。

【００６０】図３は第１実施形態のユニット別空調シス
テムを示し、この図３において、図１の投影露光装置が
照明光学系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニッ
ト１１２、投影光学系ユニット１１３、ウエハステージ
系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５に
大きく分かれている。具体的に、照明光学系ユニット１
１１は、箱状のケーシング内に図１のエキシマレーザ光
源２、偏向ミラー３、第１照明光学系４、切り換えレボ
ルバ５、ビームスプリッタ８、インテグレータセンサ
９、第２照明光学系１０、照明視野絞り系１１、及び第
３照明光学系１４よりなる照明光学系を収納したもので
ある。また、レチクルステージ系ユニット１１２は、箱
状のケーシング内に図１のレチクル支持台１８、レチク
ルステージ１７（移動鏡１９ｍを含む）、レチクルＲ、
レチクルＲと第３照明光学系１４との間の光路、及びレ
チクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路を収納したもの
である。

【００６１】そして、投影光学系ユニット１１３は、図
１の投影光学系ＰＬそのものであるが、投影光学系ＰＬ
の鏡筒をケーシングとみなして、このケーシング内のレ
ンズ群の間の気体の流れを制御できるように構成されて
いる。更に、ウエハステージ系ユニット１１４は、図１
の定盤２３上に設置された箱状のケーシング内にウエハ
ステージ２２、試料台２１（移動鏡２４ｍ、基準マーク
部材ＦＭを含む）、ウエハホルダ２０、ウエハＷ、及び
投影光学系ＰＬとウエハＷとの間の空間部を収納したも
のであり、ウエハ搬送系ユニット１１５は、箱状のケー
シング内に図１では省略されているウエハ搬送系を収納
したものである。本例では、照明光学系ユニット１１
１、レチクルステージ系ユニット１１２、投影光学系ユ
ニット１１３、ウエハステージ系ユニット１１４、及び
ウエハ搬送系ユニット１１５のそれぞれに対して、所定
の気体の供給及び排気が独立に行えるようになってい
る。

【００６２】そのための空調装置として、塵除去フィル
タ及びオゾン除去フィルタを内蔵した第１空調装置１１
６と、不図示の窒素ガスボンベより供給された窒素（Ｎ
2)ガスを循環させる第２空調装置１１７とが備えられて
いる。そして、第１空調装置１１６は、チャンバの外部
から取り込んだ空気、及び配管１１８Ｂを介して戻され
る空気より塵除去フィルタを介して塵等を除去すると共
に、オゾン除去フィルタを介してオゾンを除去して得ら
れる空気の温度及び流量を調整し、調整後の空気を配管
１１８Ａを介して気体切り換え器１２０Ａに供給する。
一方、第２空調装置１１７は、配管１１９Ｂ及び１３３
Ｂを介して戻される窒素ガスの内で、純度の高い部分の
温度及び流量を調整して配管１１９Ａ及び１３３Ａを介
して循環させると共に、純度の低い部分を配管１３６を
介してチャンバが設置されているクリーンルームの外部
の大気中に放出する。更に、第２空調装置１１７は、不
足した窒素ガスを窒素ガスボンベより補う、即ち不足分
についてパージを行うようにしている。

【００６３】次に、気体切り換え器１２０Ａでは供給さ
れた２種類の気体（オゾン除去後の空気、及び窒素ガ
ス）の一方を配管１２１Ａを介して空調風量制御器１２
２Ａに供給し、空調風量制御器１２２Ａでは配管１２３
Ａを介して照明光学系ユニット１１１内部に気体を供給
すると共に、配管１２４Ａを介して空調風量制御器１２
５Ａにも気体を供給する。空調風量制御器１２２Ａ，１
２５Ａ（その他も同様）では、それぞれ供給された気体
の温度及び流量（風量）の調整を行って吹き出す機能を
有する。そして、空調風量制御器１２５Ａでは配管１２
６Ａ及び１２７Ａを介して、それぞれレチクルステージ
系ユニット１１２内部及び空調風量制御器１２８Ａに気
体を供給する。更に、空調風量制御器１２８Ａでは配管
１２９Ａを介してウエハ搬送系ユニット１１５内部に気
体を供給すると共に、配管１３０Ａ、空調風量制御器１
３１Ａ、及び配管１３２Ａを介してウエハステージ系ユ
ニット１１４内部にも気体を供給する。

【００６４】また、ウエハ搬送系ユニット１１５内部を
循環した気体は配管１２９Ｂを介して空調風量制御器１
２８Ｂに排気され、ウエハステージ系ユニット１１４内
部を循環した気体は配管１３２Ｂ、空調風量制御器１３
１Ｂ、及び配管１３０Ｂを介して空調風量制御器１２８
Ｂに排気され、空調風量制御器１２８Ｂから排気される
気体、及びレチクルステージ系ユニット１１２内部を循
環した気体は、それぞれ配管１２７Ｂ及び１２６Ｂを介
して空調風量制御器１２５Ｂに排気される。同様に、空
調風量制御器１２５Ｂから排気される気体、及び照明光
学系ユニット１１１内部を循環した気体はそれぞれ配管
１２４Ｂ及び１２３Ｂを介して空調風量制御器１２２Ｂ
に排気され、空調風量制御器１２２Ｂから排気される気
体は配管１２１Ｂを介して気体切り換え器１２０Ｂに供
給され、気体切り換え器１２０Ｂでは供給された気体が
空気であるときには配管１１８Ｂを介して第１空調装置
１１６に戻すと共に、供給された気体が窒素ガスである
ときには配管１１９Ｂを介して第２空調装置１１７に戻
すように構成されている。従って、照明光学系ユニット
１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハス
テージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１
１５には共通に、オゾンを除去した空気か又は窒素ガス
の何れかが選択的に供給できるようになっている。

【００６５】また、第２空調装置１１７では、配管１３
３Ａ、空調風量制御器１３４Ａ及び配管１３５Ａを介し
て、投影光学系ユニット１１３に対して温度及び流量が
制御された窒素ガスを供給し、投影光学系ユニット１１
３内を循環した窒素ガスが配管１３５Ｂ、空調風量制御
器１３４Ｂ、及び配管１３３Ｂを介して第２空調装置１
１７に戻されるように構成されている。従って、投影光
学系ユニット１１３には、他のユニットとは異なり、常
時窒素ガスのみが供給されるようになっている。これ
は、投影光学系ＰＬは特にメンテナンスを行う必要がな
いためである。即ち、投影光学系ユニット１１３は外部
に対して高い気密性を保つように構成され、常時窒素ガ
スが供給されるようになっている。

【００６６】また、空調風量制御器１３４Ａ及び１３４
Ｂ中にはそれぞれ温度センサ、及び窒素ガスの純度を計
測する純度センサが設置されており、計測される純度が
所定の許容値以下となったときには、第２空調装置１１
７において純度の低い窒素ガスが配管１３６を介して外
部に排出されて、不足分が窒素ガスボンベより補給され
る。

【００６７】第１実施形態では、露光光源としてＡｒＦ
エキシマレーザ、又はＦ₂レーザ等のレーザ光源２が使
用されている。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光は、通
常の空気の成分中では、オゾン（Ｏ₃)による吸収率が最
も高く、次いで酸素（Ｏ₂)がオゾンに変化する際の吸収
率が高くなっており、窒素ガスの吸収率は殆ど無視でき
る程度である。そのため、露光用の照明光ＩＬの光路上
には、気体を流すとすれば窒素ガスを流すことによっ
て、最も効率的に（高い透過率で）ウエハＷへの露光を
行うことができる。

【００６８】そこで、通常の露光シーケンスでは、図３
の気体切り換え器１２０Ａでは、第２空調装置１１７か
らの窒素ガスを配管１２１Ａに供給する。これによっ
て、照明光学系ユニット１１１、レチクルステージ系ユ
ニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及び
ウエハ搬送系ユニット１１５には共通に窒素ガスが供給
されて、ウエハには高い照明効率で転写露光が行われ
る。

【００６９】一方、メンテナンス時又は試験的に露光を
行うような場合には、投影光学系ユニット１１３以外の
ユニットは作業者によってケーシングが開かれる可能性
があるため、安全上の見地より窒素ガスを供給すること
はできない。そのため、メンテナンス時等には、図３の
気体切り換え器１２０Ａでは、第１空調装置１１６から
のオゾン除去後の空気を配管１２１Ａに供給する。これ
によって、照明光学系ユニット１１１、レチクルステー
ジ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１
４、及びウエハ搬送系ユニット１１５には共通にその空
気が供給されて、作業者は安全に作業を行うことができ
る。しかも、投影光学系ユニット１１３以外のユニット
に供給されている気体はオゾン除去後の空気であり、露
光用の照明光ＩＬに対する吸収率は低いため、照明効率
の低下も僅かである。

【００７０】また、図３において、照明光学系ユニット
１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハス
テージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１
１５の内部の排気口の近傍にそれぞれ窒素ガス用の濃度
センサ１３７Ａ〜１３７Ｄが設置され、濃度センサ１３
７Ａ〜１３７Ｄの検出結果が図１の主制御装置７に供給
されている。主制御装置７では、メンテナンス時等にそ
れらのユニットに供給する気体をオゾン除去後の空気に
切り換えた際には、濃度センサ１３７Ａ〜１３７Ｄで検
出される窒素濃度が通常の空気の濃度程度になるまで、
作業開始可の表示を行わないか、又はチャンバのカバー
を閉じた状態でロックしておく。これによって安全に作
業が行われる。

【００７１】なお、それ以外に、主制御装置７にタイマ
を接続しておき、主制御装置７では、メンテナンス時等
にそれらのユニットに供給する気体をオゾン除去後の空
気に切り換えた際には、そのタイマを用いて所定の時間
経過後に作業開始可の表示等を行うようにしてもよい。
また、露光用の照明光の光路上の気体の種類によって吸
収率が異なるので、主制御装置７には、それぞれの気体
に対するウエハの表面上での照度がパラメータとして記
憶され、気体の種類の切り換え時にパラメータの変換が
行われるようになっている。

【００７２】更に、図３の例では例えば照明光学系ユニ
ット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエ
ハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニッ
ト１１５に対して並列に気体が供給されているが、それ
らのユニットの全部、又は一部を配管で直列に接続し、
接続されたユニットに直列に選択された気体を供給する
ようにしてもよい。これによって、配管の配列が簡略化
される。

【００７３】また、オゾン除去後の空気は取り込まれた
空気（外気）をオゾン除去フィルタにかけるのみで得ら
れるが、窒素ガスは連続的に使用する際には窒素ガスボ
ンベの交換を行う必要があり、且つ露光時とメンテンナ
ンス時等とで部分的に空気との入れ換えを行う必要があ
る。そこで、ウエハ上に塗布されるフォトレジストの必
要露光量が大きい（感度が低い）場合には、スループッ
トを高めるために照明光学系ユニット１１１〜ウエハ搬
送系ユニット１１５に対して窒素ガスを流して照明光の
吸収率を低くする一方、フォトレジストの必要露光量が
小さい（感度が高い）場合には、吸収による光量低下が
あっても殆どスループットに影響しないため、オゾン除
去後の空気を流すようにしてもよい。このように感光条
件によって使用する気体の使い分けを行うことによっ
て、スループット及び運転コストを全体として最適化で
きる。

【００７４】また、後者のようにフォトレジストの必要
露光量が小さい場合には、オゾン除去後の空気の代わり
に、外部から取り込まれた空気（大気）そのものを使用
してもよい。更に、窒素ガスの代わりに、ＡｒＦエキシ
マレーザ光、又はＦ2レーザ光に対する吸収率の低い他
の気体（例えばヘリウムのような不活性ガス等）を使用
してもよい。

【００７５】次に、図４を参照して、本発明にかかる露
光装置の第２の実施の形態について説明する。図４は、
第２実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図であ
る。図４において、図１と同様にＸＹＺ座標系を採用し
ている。なお、図１〜３に示した第１実施形態と同様の
機能を有する部材には同じ符号を付してある。

【００７６】第２の実施の形態の露光装置は、露光光源
としてＦ２レーザ光源を使用し、投影光学系として屈折
型光学系を使用する投影露光装置に本発明を適用したも
のである。第２実施形態の投影露光装置では、レチクル
上の所定形状の照明領域に対して相対的に所定の第１の
方向にレチクル及び基板を同期して走査することによ
り、基板上の第１列目の領域への露光が行われる。その
後、そのレチクルを交換するか、又はそのレチクルを上
記照明領域の第１の方向と直交する第２の方向に沿って
所定量だけ移動させて、基板を照明領域の第２の方向と
共役な方向に横ずれさせる。そして、再びレチクル上の
所定形状の照明領域に対して相対的に第１の方向にレチ
クル及び基板を同期して走査することにより、基板上の
第２列目の領域への露光を行う。このように第２実施形
態の露光装置は、投影光学系の露光フィールドよりも広
い基板上の領域にレチクルのパターンを露光することが
できる、スティッチング及びスリットスキャン型の露光
装置である。なお、このようなスティッチング及びスリ
ットスキャン型の露光装置は、米国特許第５，４７７，
３０４号公報、特開平8-330220号公報、特開平10-28440
8号公報などに開示されている。

【００７７】図４において、レーザ光源２は、例えば発
振波長１５７ｎｍのフッ素ダイマーレーザ（Ｆ２レー
ザ）からなる。このＦ２レーザは、自然発振で１．５ｐ
ｍ程度と十分に狭い半値全幅を有する。そして、自然発
振のスペクトル分布から１つのスペクトルを選択するこ
とにより、１ｐｍ程度の半値全幅を有するスペクトルを
得ることができる。

【００７８】なお、第２実施形態におけるレーザ光源２
としては、波長約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの真空紫外
域に属する光を発する光源、例えば発振波長１４６ｎｍ
のクリプトンダイマーレーザ（Ｋｒ２レーザ）や、発振
波長１２６ｎｍのアルゴンダイマーレーザ（Ａｒ２レー
ザ）などを用いることができる。さて、レーザ光源２か
らのパルスレーザ光（照明光）は、偏向ミラー３にて偏
向されて、光路遅延光学系４１へ向かい、レーザ光源２
からの照明光の時間的可干渉距離（コヒーレンス長）以
上の光路長差が付けられた時間的に複数の光束に分割さ
れる。なお、このような光路遅延光学系は例えば特開平
1-198759号公報に開示されている。

【００７９】光路遅延光学系４１から射出される照明光
は、光路偏向ミラー４２にて偏向された後に、第１フラ
イアイレンズ４３、ズームレンズ４４、振動ミラー４５
を順に介して第２フライアイレンズ４６に達する。第２
フライアイレンズ４６の射出側には、有効光源のサイズ
・形状を所望に設定するための照明光学系開口絞り用の
切り替えレボルバ５が配置されている。本例では、照明
光学系開口絞りでの光量損失を低減させるために、ズー
ムレンズ４４による第２フライアイレンズ４６への光束
の大きさを可変としている。

【００８０】照明光学系開口絞りの開口から射出した光
束は、コンデンサレンズ群１０を介して照明視野絞り
（レチクルブラインド）１１を照明する。照明視野絞り
１０からの光は、偏向ミラー１５１，１５４、レンズ群
１５２，１５３，１５５からなる照明視野絞り結像光学
系（レチクルブラインド結像系）を介してレチクルＲ上
へ導かれ、レチクルＲ上には、照明視野絞り１０の開口
部の像である照明領域が形成される。レチクルＲ上の照
明領域からの光は、複数種類のフッ化物結晶からなる材
料で構成された投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上へ導
かれ、ウエハＷ上には、レチクルＲの照明領域内のパタ
ーンの縮小像が形成される。

【００８１】さて、真空紫外域の波長の光を露光光とす
る場合には、その光路から酸素、水蒸気、炭化水素系の
ガス等の、かかる波長帯域の光に対し強い吸収特性を有
するガス（以下、適宜「吸収性ガス」と呼ぶ）を排除す
る必要がある。従って、第２実施形態では、照明光路
（レーザ光源２〜レチクルＲへ至る光路）及び投影光路
（レチクルＲ〜ウエハＷへ至る光路）を外部雰囲気から
遮断し、それらの光路を真空紫外域の光に対する吸収の
少ない特性を有する特定ガスとしての窒素、ヘリウム、
アルゴン、ネオン、クリプトンなどのガス、またはそれ
らの混合ガス（以下、適宜「低吸収性ガス」あるいは
「特定ガス」と呼ぶ）で満たしている。

【００８２】具体的には、レーザ光源２から光遅延光学
系４１までの光路をケーシング３０により外部雰囲気よ
り遮断し、光遅延光学系４１から照明視野絞り１１まで
の光路をケーシング４０により外部雰囲気より遮断し、
照明視野絞り結像光学系をケーシング１５０により外部
雰囲気から遮断し、それらの光路内に上記特定ガスを充
填している。また、投影光学系ＰＬ自体もその鏡筒がケ
ーシングとなっており、その内部光路に上記特定ガスを
充填している。

【００８３】ケーシング１７０は、照明視野絞り結像光
学系を納めたケーシング１５０と投影光学系ＰＬとの間
の空間を外部雰囲気から遮断しており、その内部にレチ
クルＲを保持するレチクルステージＲＳを収納してい
る。このケーシング１７０には、レチクルＲを搬入・搬
出するための扉１７３が設けられており、この扉１７３
の外側には、レチクルＲを搬入・搬出時にケーシング１
７０内の雰囲気が汚染されるのを防ぐためのガス置換室
１７４が設けられている。このガス置換室１７４にも扉
１７７が設けられており、複数種のレチクルを保管して
いるレチクルストッカ２１０との間でレチクルの受け渡
しは扉１７７を介して行う。

【００８４】ケーシング２００は、投影光学系ＰＬとウ
エハＷとの間の空間を外部雰囲気から遮断しており、そ
の内部に、ウエハＷを保持するウエハステージ２２、基
板としてのウエハＷの表面のＺ方向の位置（フォーカス
位置）や傾斜角を検出するための斜入射形式のオートフ
ォーカスセンサ２６、オフ・アクシス方式のアライメン
トセンサ２８、ウエハステージ２２を載置している定盤
２３を収納している。このケーシング２００には、ウエ
ハＷを搬入・搬出するための扉２０３が設けられてお
り、この扉２０３の外側にはケーシング２００内部の雰
囲気が汚染されるのを防ぐためのガス置換室２０４が設
けられている。このガス置換室２０４には扉２０７が設
けられており、装置内部へのウエハＷの搬入、装置外部
へのウエハＷの搬出はこの扉２０７を介して行う。

【００８５】ここで、ケーシング４０，１５０，１７
０，２００のそれぞれには、給気弁１４７，１５６，１
７１，２０１が設けられており、これらの給気弁１４
７，１５６，１７１，２０１は図示なきガス供給装置に
接続された給気管路に接続されている。また、ケーシン
グ４０，１５０，１７０，２００のそれぞれには、排気
弁１４８，１５７，１７２，２０２が設けられており、
これらの排気弁１４８，１５７，１７２，２０２は、そ
れぞれ図示なき排気管路を介して上記ガス供給装置に接
続されている。なお、ガス供給装置からの特定ガスは不
図示の温度調整装置により所定の目標温度に制御されて
いる。

【００８６】同様に、ガス置換室１７４，２０４にも給
気弁１７５，２０５と排気弁１７６，２０６とが設けら
れており、給気弁１７５，２０５は給気管路を介して、
排気弁１７６，２０６は排気管路を介してそれぞれ上記
ガス供給装置に接続されている。さらに、投影光学系Ｐ
Ｌの共同にも給気弁１８１及び排気弁１８２が設けられ
ており、給気弁１８１は図示なき給気管路を介して、排
気弁１８２は図示なき排気管路を介して上記ガス供給装
置に接続されている。

【００８７】なお、給気弁１４７，１５６，１７１，１
７５，１８１，２０１，２０５が設けられた給気管路
と、排気弁１４８，１５７，１７２，１７６，１８２，
２０２，２０６が設けられた排気管路とには、ＨＥＰＡ
フィルタあるいはＵＬＰＡフィルタ等の塵（パーティク
ル）を除去するためのフィルタと、酸素等の吸収性ガス
を除去するケミカルフィルタとが設けられている。

【００８８】なお、ガス置換室１７４，２０４において
は、レチクル交換又はウエハ交換毎にガス置換を行う必
要がある。例えば、レチクル交換の際には、扉１７４を
開いてレチクルストッカ２１０からレチクルをガス置換
室１７４内に搬入し、扉１７４を閉めてガス置換室１７
４内を特定ガスで満たし、その後、扉１７３を開いて、
レチクルをレチクルステージＲＳ上に載置する。また、
ウエハ交換の際には、扉２０７を開いてウエハをガス置
換室２０４内に搬入し、この扉２０７を締めてガス置換
室２０４内を特定ガスで満たす。その後、扉２０３を開
いてウエハをウエハホルダ２０上に載置する。なお、レ
チクル搬出、ウエハ搬出の場合はこの逆の手順である。
なお、ガス置換室１７４，２０４へのガス置換の際に
は、ガス置換室内の雰囲気を減圧した後に、給気弁から
特定ガスを供給しても良い。

【００８９】また、ケーシング１７０，２００において
は、ガス置換室１７４，２０４によるガス置換を行った
気体が混入する可能性があり、このガス置換室１７４，
２０４のガス中にはかなりの量の酸素などの吸収ガスが
混入している可能性が高いため、ガス置換室１７４，２
０４のガス置換と同じタイミングでガス置換を行うこと
が望ましい。また、ケーシング及びガス置換室において
は、外部雰囲気の圧力よりも高い圧力の特定ガスを充填
しておくことが好ましい。

【００９０】

【実施例】次に、本発明にかかる露光装置の投影光学系
の数値実施例につき図面を参照して説明する。ここで、
第１実施例〜第３実施例は、上記図１〜３に示した第１
実施形態の投影光学系に適したものであり、第４及び第
５実施例は、上記図４に示した第２実施形態の投影光学
系に適したものである。

【００９１】［第１実施例］図５は、第１実施例にかか
る投影光学系のレンズ断面図である。第１実施例にかか
る投影光学系ＰＬは、波長λ＝１９３．４０ｎｍ±０．
０１ｎｍ（±１０ｐｍ）の波長幅の露光エネルギービー
ムに最適化されたものである。

【００９２】図５において、投影光学系ＰＬは、凹面鏡
Ｍ１を含み、レチクルＲの中間像を形成する第１結像系
ＰＬａと、この中間像を所定の縮小倍率のもとでウエハ
Ｗ上に再結像させる第２結像系ＰＬｂと、第１結像系Ｐ
Ｌａと第２結像系ＰＬｂとの間に配置された光路折り曲
げミラーＭ２とを備えている。なお、図５の例では、光
路折り曲げミラーは１つであるが、図２に示したよう
に、第２結像系ＰＬｂ中に光路折り曲げミラーを設けて
も良い。

【００９３】第１結像系ＰＬａは、最もレチクルＲ側に
配置される第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、凹面鏡Ｍ１と
を有しており、レチクルＲを経由した照明光学系からの
露光エネルギービームが、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２を順
に通過して凹面鏡Ｍ１に達し、凹面鏡で反射された露光
エネルギービームが第２群を通過した後に光路折り曲げ
ミラーＭ２へ向かうように、各群及び凹面鏡が位置決め
されている。

【００９４】第１群Ｇ１は、レチクルＲ側から順に、両
凸レンズＬ１１、レチクル側に凸面を向けたメニスカス
レンズＬ１２、凹面鏡Ｍ１側に凹面を向けたメニスカス
負レンズＬ１３、及び凹面鏡Ｍ１側に凹面を向けた略平
凹形状の負レンズＬ１４とを有する。第２群Ｇ２は、凹
面鏡Ｍ１から遠い側から順に（第１群Ｇ１側から順
に）、第１群Ｇ１側に凸面を向けたメニスカス正レンズ
Ｌ１５と、両凸レンズＬ１６と、両凹レンズＬ１７と、
第１群Ｇ１側に凸面を向けたメニスカス正レンズＬ１８
と、第１群Ｇ１側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ
１９とを有している。

【００９５】第２結像系は、光路折り曲げミラーＭ２側
（中間像形成位置側）から順に、両凸レンズＬ２０、両
凸レンズＬ２１、中間像形成位置側に凹面を向けたメニ
スカス負レンズＬ２２、中間像形成位置側に凸面を向け
たメニスカス正レンズＬ２３、開口絞りＡＳ、中間像形
成位置側に凸面を向けた２つのメニスカス正レンズＬ２
４、Ｌ２５，中間像形成位置側に凹面を向けたメニスカ
ス負レンズＬ２６、中間像形成位置側に凸面を向けたメ
ニスカス正レンズＬ２７、中間像形成位置側に凹面を向
けたメニスカス負レンズＬ２８、及び両凸レンズＬ２９
を有している。

【００９６】第１実施例にかかる投影光学系では、第１
結像系ＰＬａ中の両凹レンズＬ１７がフッ化バリウム
（ＢａＦ₂）で形成されており、該両凹レンズＬ１７以
外の屈折光学素子は、フッ化カルシウム（螢石、ＣａＦ
₂）で形成されている。また、第１実施例にかかる投影
光学系では、第１結像系ＰＬａ中のメニスカス負レンズ
Ｌ１９の凹面鏡Ｍ１側のレンズ面、第２結像系ＰＬｂ中
のメニスカス正レンズＬ２４の中間像形成位置側のレン
ズ面、及び第２結像系ＰＬｂ中のメニスカス正レンズＬ
２５のウエハＷ側のレンズ面が回転対称非球面形状に形
成されている。なお、さらなる高性能化、小型化を図る
ために非球面形状のレンズ面を増やしても良く、凹面鏡
Ｍ１の反射面も回転対称非球面形状に形成しても良い。

【００９７】以下の表２に第１実施例にかかる投影光学
系ＰＬのレンズデータを掲げる。表２において、左端に
は各光学面（レンズ面、反射面）の面番号を示し、ｒは
各光学面の曲率半径、ｄは各光学面間の面間隔を示し、
ｒの列に各光学面の曲率半径を表し、ｄの列に各面間隔
を表している。また、表２中、ｄ０は物体面（レチクル
面）から最もレチクル側の光学面までの距離、ＷＤは最
もウエハ側の光学面からウエハ面（像面）までの距離、
βはレチクル側から投影光学系へ光が入射するときの投
影光学系の横倍率、ＮＡはウエハ側の開口数をそれぞれ
表している。なお、表２において、曲率半径ｒの符号は
光線の進行方向に向けて凸となる場合を正とし、面間隔
ｄは反射面の前後で符号が反転するものとしている。

【００９８】また、フッ化カルシウム（螢石）CaF2及び
フッ化バリウムBaF2の露光エネルギービームの波長λに
対する屈折率ｎ（λ）、１ｐｍ当たりの屈折率の変化量
である分散ｄｎ／ｄλは以下の表１の通りである。な
お、以下において、１ｐｍ当たりの屈折率の変化量であ
る分散ｄｎ／ｄλの値が正であるとは、波長λが長くな
るにつれて屈折率ｎも上昇することを意味し、この分散
ｄｎ／ｄλの値が負であるとは、波長λが長くなると屈
折率ｎが低下することを意味する。

【００９９】

【表１】ｎ(193.41nm) ｎ(193.40nm) ｎ(193.39nm) ｄｎ／ｄλ CaF2 1.501255 1.501265 1.501275 -1×10^-6 BaF2 1.569269 1.569285 1.569301 -1.6×10^-6 また、表２において面番号に※を付した光学面は非球面
を表し、表２では非球面についての曲率半径は頂点曲率
半径を示している。この非球面形状は、非球面頂点での
接平面を考え、該接平面上で光軸が通過する位置を原
点、光線の進行方向を正としたとき接平面上での高さｙ
の位置における非球面の光軸方向の変位を非球面頂点を
基準としてｚ（ｙ）とするとき、以下の式（ａ）で表さ
れる。

【０１００】

【数１】

【０１０１】ただし、（ａ）式において、ｒは頂点曲率
半径、κは円錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ
はそれぞれ非球面係数を示している。本実施例では、表
３に円錐係数κ、非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを非球面デ
ータとして示した。

【０１０２】

【表２】ｄ０＝ 84.572625 ＷＤ＝ 16.000000 ｜β｜＝１／４ＮＡ＝０．６０面番号ｒｄ材料 1: 871.16824 27.000000 蛍石Ｌ１１ 2: -380.20201 1.000000 3: 224.26749 25.000000 蛍石Ｌ１２ 4: 258.64591 15.740207 5: 1940.07786 20.000000 蛍石Ｌ１３ 6: 387.03193 17.466259 7: -36301.92312 22.948015 蛍石Ｌ１４ 8: 517.35208 349.972078 9: 352.71528 45.000000 蛍石Ｌ１５ 10: 13713.82681 271.046061 11: 410.96935 40.000000 蛍石Ｌ１６ 12: -1038.81277 10.252945 13: -428.47645 20.000000 フッ化バリウムＬ１７ 14: 206.04444 1.000000 15: 210.50640 40.000000 蛍石Ｌ１８ 16: 2181.36614 35.003163 17: -223.34109 25.000000 蛍石Ｌ１９ *18: -12905.57320 20.674820 19: -375.59609 -20.674820 Ｍ１ *20: -12905.57320 -25.000000 蛍石Ｌ１９ 21: -223.34109 -35.003163 22: 2181.36614 -40.000000 蛍石Ｌ１８ 23: 210.50640 -1.000000 24: 206.04444 -20.000000 フッ化バリウムＬ１７ 25: -428.47645 -10.252945 26: -1038.81277 -40.000000 蛍石Ｌ１６ 27: 410.96935 -271.046061 28: 13713.82681 -45.000000 蛍石Ｌ１５ 29: 352.71528 -288.378273 30: ∞ 219.962086 Ｍ２ 31: 676.35050 24.000000 蛍石Ｌ２０ 32: -874.40286 369.722215 33: 1254.34163 28.000000 蛍石Ｌ２１ 34: -976.80660 14.522645 35: -412.59450 22.000000 蛍石Ｌ２２ 36: -621.46447 311.589802 37: 586.39212 30.000000 蛍石Ｌ２３ 38: 3646.08543 77.860846 39: ∞ 76.973258 ＡＳ *40: 258.44076 40.426938 蛍石Ｌ２４ 41: 1223.19093 0.200000 42: 302.72739 45.000000 蛍石Ｌ２５ *43: 5772.33218 15.976633 44: -1486.32264 25.000000 蛍石Ｌ２６ 45: -3965.41128 15.769952 46: 252.90031 55.697827 蛍石Ｌ２７ 47: 951.03836 19.992659 48: 152.49590 47.403052 蛍石Ｌ２８ 49: 88.34801 8.850248 50: 106.89426 66.198893 蛍石Ｌ２９ 51: -1279.55924 1.000000 52: ∞ 6.000000 蛍石Ｐ 53: ∞ (ＷＤ) 以下の表３に、表２中の非球面形状の光学面の非球面デ
ータに示す。

【０１０３】

【表３】［第１８面（第２０面）の非球面データ］ κ＝ 0.000000 Ａ＝ -0.292039×10^-08 Ｂ＝ -0.412188×10^-13 Ｃ＝ 0.125546×10^-17 Ｄ＝ -0.558880×10^-22 ［第４０面の非球面データ］ κ＝ -0.792468 Ａ＝ -0.163748×10^-08 Ｂ＝ -0.374334×10^-13 Ｃ＝ -0.261430×10^-18 Ｄ＝ -0.575093×10^-22 ［第４３面の非球面データ］ κ＝ 0.000000 Ａ＝ 0.539237×10^-08 Ｂ＝ -0.731731×10^-13 Ｃ＝ -0.182744×10^-17 Ｄ＝ 0.132937×10^-22 図６に、第１実施例にかかる投影光学系のウエハＷ上で
の横収差図を示す。ここで、図６（ａ）は像高Ｙ＝１８
におけるメリジオナル方向の横収差図、図６（ｂ）は像
高Ｙ＝１６におけるメリジオナル方向の横収差図、図６
（ｃ）は像高Ｙ＝１４におけるメリジオナル方向の横収
差図、図６（ｄ）は像高Ｙ＝１８におけるサジタル方向
の横収差図、図６（ｅ）は像高Ｙ＝１６におけるサジタ
ル方向の横収差図、図６（ｆ）は像高Ｙ＝１４における
サジタル方向の横収差図である。また、図６（ａ）〜図
６（ｆ）の各横収差図において、実線は波長λ＝１９
３．４０ｎｍによる収差曲線、破線は波長λ＝１９３．
４１ｎｍによる収差曲線、一点鎖線は波長λ＝１９３．
３９ｎｍによる収差曲線を表している。

【０１０４】各収差図からも明らかな通り、第１実施例
にかかる投影光学系は、良好な収差補正がなされ、特に
±１０ｐｍの波長幅の露光エネルギービームに対する色
収差が良好に補正されている。また、第１実施例の投影
光学系では、屈折光学部材としてフッ化物結晶のみを用
いており、２００ｎｍ以下の波長のもとでも照射変動を
起こし難い利点がある。従って、第１実施例の投影光学
系を露光装置に組み込むことにより、狭帯化が不完全な
光源であっても極めて微細なパターンをウエハ上に転写
することが可能となる。［第２実施例］図７は、第２実施例にかかる投影光学系
のレンズ断面図である。第２実施例にかかる投影光学系
ＰＬは、波長λ＝１９３．４０ｎｍ±０．０１ｎｍ（±
１０ｐｍ）の波長幅の露光エネルギービームに最適化さ
れたものである。

【０１０５】図７に示す投影光学系ＰＬは、図５の第１
実施例の投影光学系とは異なり中間像を形成しない。図
７において、第２実施例の投影光学系は、正屈折力を有
する第１群Ｇ１、ビームスプリッタＢＳ，凹面鏡Ｍ１を
含む第２群Ｇ２、及び正屈折力の第３群Ｇ３とを有して
いる。なお、図７に示す投影光学系ＰＬは光路折り曲げ
ミラーを有していないが、レチクルＲとウエハＷとの配
置を互いに平行にするために、第１群Ｇ１中に光路折り
曲げミラーを設けても良い。また、ビームスプリッタと
しては、振幅分割を行うものハーフミラー（ハーフプリ
ズム）や偏光分離を行う偏光ビームスプリッタなどを適
用できる。なお、偏光ビームスプリッタを用いる場合に
は、少なくともビームスプリッタＢＳと凹面鏡Ｍ１との
間の光路中は１／４波長板を設けることが好ましく、ビ
ームスプリッタＢＳとウエハＷとの間の光路中にも１／
４波長板を設けることがさらに好ましい。

【０１０６】図７の第２実施例にかかる投影光学系で
は、レチクルＲを経由した照明光学系からの露光エネル
ギービームが第１群Ｇ１、ビームスプリッタＢＳ、凹面
鏡Ｍ１を含む第２群Ｇ２、ビームスプリッタＢＳ、及び
第３群Ｇ３の順に通過してウエハＷ（像面）に達するよ
うに、各光学部材が位置決めされている。なお、図７の
例では、第１群Ｇ１から凹面鏡Ｍ１（第２群Ｇ２）へ向
かう露光エネルギービームを透過し、かつ凹面鏡Ｍ１
（第２群Ｇ２）から第３群Ｇ３へ向かう露光エネルギー
ビームを反射するようにビームスプリッタＢＳが配置さ
れている。しかしながら、第１群Ｇ１から凹面鏡Ｍ１
（第２群Ｇ２）へ向かう露光エネルギービームを反射
し、かつ凹面鏡Ｍ１（第２群Ｇ２）から第３群Ｇ３へ向
かう露光エネルギービームを透過するようにビームスプ
リッタＢＳを配置することも可能である。

【０１０７】図７において、第１群Ｇ１は、レチクルＲ
側から順に、レチクルＲ側に凹面を向けた正メニスカス
レンズＬ１１、両凸レンズＬ１２、両凹レンズＬ１３、
両凹レンズＬ１４、レチクルＲ側に凹面を向けた２枚の
正メニスカスレンズＬ１５，Ｌ１６を備えている。第２
群Ｇ２は、凹面鏡Ｍ１、及び該凹面鏡Ｍ１とビームスプ
リッタＢＳ側との間に配置されてビームスプリッタＢＳ
側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１を備えてい
る。

【０１０８】第３群Ｇ３は、ビームスプリッタＢＳ側か
ら順に、ビームスプリッタＢＳ側に凸面を向けた正メニ
スカスレンズＬ３１、両凹レンズＬ３２、及びビームス
プリッタＢＳ側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレン
ズＬ３３，Ｌ３４を備えている。第２実施例にかかる投
影光学系では、第１群Ｇ１中の両凹レンズＬ１３及び第
３群Ｇ３中の両凹レンズＬ３２がフッ化バリウム（BaF
2）で形成されており、これらの両凹レンズＬ１３，Ｌ
３２以外の屈折光学素子（レンズ及びビームスプリッ
タ）は、フッ化カルシウム（螢石、CaF2）で形成されて
いる。

【０１０９】なお、第２実施例において、フッ化物結晶
からなるキューブ型のビームスプリッタＢＳにおける結
晶の歪みの影響を低減するために、結晶の（１１１）面
を光束に対して垂直となるように構成することが好まし
い。具体的には、キューブ型のビームスプリッタＢＳの
第１群Ｇ１側の入射面（ビームスプリッタＢＳの凹面鏡
Ｍ１側の入射／射出面）が螢石の結晶の（１１１）面に
平行になるようにするか、キューブ型のビームスプリッ
タＢＳの第３群Ｇ３側の射出面が螢石の結晶の（１１
１）面に平行になるようにすることが好ましい。これに
よって、キューブ型のビームスプリッタＢＳを通過する
露光エネルギービームが（１１１）面に垂直になるた
め、螢石の歪の影響が低減される。なお、第２実施例で
は、ビームスプリッタＢＳを通過する光束のうち、光路
変換面（半透過面、偏光分離面）を透過する光束が結晶
材料の（１１１）面とほぼ垂直になるようにビームスプ
リッタＢＳを構成することが好ましい。これは、ビーム
スプリッタＢＳを通過する光路長を考えると、光路変換
面（半透過面、偏光分離面）を透過する光束の方が光路
変換面にて反射される光束よりも長く、より歪みの影響
を受けやすいからである。

【０１１０】また、第２実施例にかかる投影光学系で
は、第１群Ｇ１においては、両凹レンズＬ１３のビーム
スプリッタＢＳ側のレンズ面、両凹レンズＬ１４のビー
ムスプリッタ側のレンズ面、及び正メニスカスレンズＬ
１５のレチクル側のレンズ面が回転対称非球面形状に形
成されている。第２群Ｇ２においては、凹面鏡Ｍ１の反
射面及び負メニスカスレンズＬ２１のビームスプリッタ
ＢＳ側のレンズ面が回転対称非球面形状に形成されてい
る。そして、第３群Ｇ３においては、両凹レンズＬ３２
のビームスプリッタ側のレンズ面、正メニスカスレンズ
Ｌ３３のビームスプリッタＢＳ側のレンズ面、及び正メ
ニスカスレンズＬ３４のウエハＷ側のレンズ面が回転対
称非球面形状に形成されている。なお、さらなる高性能
化、小型化を図るために非球面形状のレンズ面を増やし
ても良い。また、凹面鏡Ｍ１の反射面は、製造を容易に
するために球面形状に形成しても良い。

【０１１１】以下の表４に第２実施例にかかる投影光学
系ＰＬのレンズデータを掲げる。表４における各光学諸
元ｒ、ｄ、ｄ０、ＷＤ、β、ＮＡの表記は、表２の第１
実施例と同様の表記であるため、ここでは説明を省略す
る。また、フッ化カルシウム（螢石）CaF2及びフッ化バ
リウムBaF2の露光エネルギービームの波長λに対する屈
折率ｎ（λ）、分散ｄｎ／ｄλは上記表１の通りであ
る。

【０１１２】また、表４において面番号に※を付した光
学面は非球面を表し、この非球面形状は、上記式（ａ）
で表される。

【０１１３】

【表４】ｄ０＝ 179.836818 ＷＤ＝ 10.000001 ｜β｜＝１／４ＮＡ＝０．６０面番号ｒｄ材料 1: -10250.79431 30.000000 蛍石Ｌ１１ 2: -717.04267 2.438719 3: 383.49011 51.000000 フッ化バリウムＬ１２ 4: -285.17312 1.469515 5: -280.61345 18.000000 蛍石Ｌ１３ *6: 355.18016 268.889080 7: -2851.14242 20.000000 蛍石Ｌ１４ *8: 511.82390 272.939367 *9: -869.71671 65.000000 蛍石Ｌ１５ 10: -327.57872 1.173164 11: -1190.29881 40.000000 蛍石Ｌ１６ 12: -642.56168 1.000000 13: ∞ 320.000000 蛍石ＢＳ 14: ∞ 40.965577 *15: -347.83226 20.000000 蛍石Ｌ２１ 16: -800.36628 20.432301 *17: -638.57219 -20.432301 Ｍ１ 18: -800.36628 -20.000000 蛍石Ｌ２１ *19: -347.83226 -40.965577 20: ∞ -160.000000 蛍石ＢＳ 21: ∞ 160.000000 蛍石 (方向変換面) 22: ∞ 1.000000 23: 250.00239 37.000000 蛍石Ｌ３１ 24: 1835.59656 6.000000 *25: -5396.89224 15.000000 フッ化バリウムＬ３２ 26: 1137.05237 1.000000 *27: 268.20043 30.000000 蛍石Ｌ３３ 28: 2667.15845 1.000000 29: 170.52979 120.218554 蛍石Ｌ３４ *30: 1480.11693 10.000001 以下の表５に、表４中の非球面形状の光学面の非球面デ
ータに示す。

【０１１４】

【表５】［第６面の非球面データ］ κ＝ 0.254955 Ａ＝ 0.288011×10^-08 Ｂ＝ 0.197315×10^-13 Ｃ＝ 0.306816×10^-17 Ｄ＝ 0.000000×10⁺⁰⁰ ［第８面の非球面データ］ κ＝ -0.112951 Ａ＝ -0.865512×10^-10 Ｂ＝ -0.671998×10^-15 Ｃ＝ -0.670423×10^-18 Ｄ＝ 0.000000×10⁺⁰⁰ ［第９面の非球面データ］ κ＝ -0.925654 Ａ＝ -0.454939×10^-09 Ｂ＝ -0.445290×10^-14 Ｃ＝ -0.376839×10^-19 Ｄ＝ 0.000000×10⁺⁰⁰ ［第１５面（第１９面）の非球面データ］ κ＝ 0.053630 Ａ＝ 0.869858×10^-09 Ｂ＝ 0.240907×10^-14 Ｃ＝ 0.229343×10^-18 Ｄ＝ 0.101423×10^-23 ［第１７面（反射面）の非球面データ］ κ＝ -0.111428 Ａ＝ 0.354531×10^-09 Ｂ＝ 0.376023×10^-15 Ｃ＝ 0.715525×10^-19 Ｄ＝ 0.000000×10⁺⁰⁰ ［第２５面の非球面データ］ κ＝ 172.768780 Ａ＝ -0.381884×10^-09 Ｂ＝ -0.859147×10^-13 Ｃ＝ 0.345931×10^-17 Ｄ＝ -0.628469×10^-22 ［第２７面の非球面データ］ κ＝ 0.129701 Ａ＝ 0.353753×10^-08 Ｂ＝ 0.154211×10^-12 Ｃ＝ 0.412201×10^-18 Ｄ＝ -0.583718×10^-22 ［第３０面の非球面データ］ κ＝ 2095.961373 Ａ＝ 0.173519×10^-06 Ｂ＝ -0.405184×10^-09 Ｃ＝ 0.475715×10^-12 Ｄ＝ -0.314679×10^-15 図８に、第２実施例にかかる投影光学系のウエハＷ上で
の横収差図を示す。ここで、図８（ａ）は像高Ｙ＝１８
におけるメリジオナル方向の横収差図、図８（ｂ）は像
高Ｙ＝１６におけるメリジオナル方向の横収差図、図８
（ｃ）は像高Ｙ＝１４におけるメリジオナル方向の横収
差図、図８（ｄ）は像高Ｙ＝１８におけるサジタル方向
の横収差図、図８（ｅ）は像高Ｙ＝１６におけるサジタ
ル方向の横収差図、図８（ｆ）は像高Ｙ＝１４における
サジタル方向の横収差図である。また、図８（ａ）〜図
８（ｆ）の各横収差図において、実線は波長λ＝１９
３．４０ｎｍによる収差曲線、破線は波長λ＝１９３．
４１ｎｍによる収差曲線、一点鎖線は波長λ＝１９３．
３９ｎｍによる収差曲線を表している。

【０１１５】各収差図からも明らかな通り、第２実施例
にかかる投影光学系は、良好な収差補正がなされ、特に
±１０ｐｍの波長幅の露光エネルギービームに対する色
収差が良好に補正されている。また、第２実施例の投影
光学系では、屈折光学部材としてフッ化物結晶のみを用
いており、２００ｎｍ以下の波長のもとでも照射変動を
起こし難い利点がある。従って、第２実施例の投影光学
系を露光装置に組み込むことにより、狭帯化が不完全な
光源であっても極めて微細なパターンをウエハ上に転写
することが可能となる。

【０１１６】［第３実施例］図９は、第３実施例にかか
る投影光学系のレンズ断面図である。第３実施例にかか
る投影光学系ＰＬは、波長λ＝１９３．４０ｎｍ±０．
０１ｎｍ（±１０ｐｍ）の波長幅の露光エネルギービー
ムに最適化されたものである。図９において、第３実施
例にかかる投影光学系ＰＬは、第１実施例と同様に第１
結像系ＰＬａと第２結像系ＰＬｂと光路折り曲げミラー
Ｍ２とを備えている。なお、図９の例においても第２結
像系ＰＬｂ中にさらなる光路折り曲げミラーを設けても
良い。

【０１１７】第３実施例の第１結像系ＰＬａは、第１実
施例と同様に、最もレチクルＲ側に配置される第１群Ｇ
１と、第２群Ｇ２と、凹面鏡Ｍ１とを有しており、レチ
クルＲを経由した照明光学系からの露光エネルギービー
ムが、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２を順に通過して凹面鏡Ｍ
１に達し、凹面鏡で反射された露光エネルギービームが
第２群を通過した後に光路折り曲げミラーＭ２へ向かう
ように、各群及び凹面鏡が位置決めされている。

【０１１８】第３実施例において、第１群Ｇ１は、レチ
クルＲ側から順に、両凸レンズＬ１１、レチクル側に凸
面を向けたメニスカスレンズＬ１２、両凹レンズＬ１
３、及び凹面鏡Ｍ１側に凹面を向けたメニスカス負レン
ズＬ１４を有する。第２群Ｇ２は、凹面鏡Ｍ１から遠い
側から順に（第１群Ｇ１側から順に）、両凸レンズＬ１
５と、凹面鏡Ｍ１側に凹面を向けたメニスカス負レンズ
Ｌ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凹レンズＬ１８と、
第１群Ｇ１側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ１９
とを有している。

【０１１９】第２結像系は、光路折り曲げミラーＭ２側
（中間像形成位置側）から順に、両凸レンズＬ２０、両
凸レンズＬ２１、中間像形成位置側に凹面を向けたメニ
スカス負レンズＬ２２、中間像形成位置側に凸面を向け
たメニスカス正レンズＬ２３、開口絞りＡＳ、中間像形
成位置側に凸面を向けたメニスカス正レンズＬ２４、両
凸レンズＬ２５，両凹レンズＬ２６、中間像形成位置側
に凸面を向けたメニスカス正レンズＬ２７、中間像形成
位置側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ２８、及び
両凸レンズＬ２９を有している。

【０１２０】第３実施例にかかる投影光学系では、第１
結像系ＰＬａ中の両凸レンズＬ１７及び第２結像系ＰＬ
ｂ中の両凹レンズＬ２６がフッ化リチウム（LiF）で形
成されており、これら両凸レンズＬ１７及び両凹レンズ
Ｌ２６以外の屈折光学素子は、フッ化カルシウム（螢
石、CaF2）で形成されている。また、第３実施例にかか
る投影光学系では、第１結像系ＰＬａ中のメニスカス負
レンズＬ１９の凹面鏡Ｍ１側のレンズ面、第２結像系Ｐ
Ｌｂ中のメニスカス正レンズＬ２４の中間像形成位置側
のレンズ面、及び第２結像系ＰＬｂ中のメニスカス正レ
ンズＬ２５のウエハＷ側のレンズ面が回転対称非球面形
状に形成されている。なお、さらなる高性能化、小型化
を図るために非球面形状のレンズ面を増やしても良く、
凹面鏡Ｍ１の反射面も回転対称非球面形状に形成しても
良い。

【０１２１】以下の表７に第３実施例にかかる投影光学
系ＰＬのレンズデータを掲げる。表７における各光学諸
元ｒ、ｄ、ｄ０、ＷＤ、β、ＮＡの表記は、表２の第１
実施例と同様の表記であるため、ここでは説明を省略す
る。また、表７において面番号に※を付した光学面は非
球面を表し、この非球面形状は、上記式（ａ）で表され
る。

【０１２２】また、フッ化リチウムLiFの露光エネルギ
ービームの波長λに対する屈折率ｎ（λ）、波長１ｐｍ
当たりの屈折率の変化量である分散ｄｎ／ｄλは以下の
表６の通りである。

【０１２３】

【表６】ｎ(193.41nm) ｎ(193.40nm) ｎ(193.39nm) ｄｎ／ｄλ LiF 1.441811 1.441817 1.441824 -0.65×10^-6

【０１２４】

【表７】ｄ０＝ 94.886386 ＷＤ＝ 16.000000 ｜β｜＝１／４ＮＡ＝０．６０面番号ｒｄ材料 1: 650.97957 27.000000 蛍石Ｌ１１ 2: -347.82508 1.000000 3: 215.02562 25.000000 蛍石Ｌ１２ 4: 267.11861 16.241393 5: -1191.93512 20.000000 蛍石Ｌ１３ 6: 376.62657 16.421979 7: 2423.98207 19.469031 蛍石Ｌ１４ 8: 481.45386 340.747306 9: 543.50711 45.000000 蛍石Ｌ１５ 10: -4414.45734 293.563955 11: 555.10097 20.000000 蛍石Ｌ１６ 12: 320.88231 7.000000 13: 366.76657 47.000000 フッ化リチウムＬ１７ 14: -566.13830 6.046749 15: -414.83076 20.000000 蛍石Ｌ１８ 16: 2344.01933 100.862326 17: -242.79738 25.000000 蛍石Ｌ１９ *18: -8238.60039 25.961796 19: -397.44578 -25.961796 Ｍ１ *20: -8238.60039 -25.000000 蛍石Ｌ１９ 21: -242.79738 -100.862326 22: 2344.01933 -20.000000 蛍石Ｌ１８ 23: -414.83076 -6.046749 24: -566.13830 -47.000000 フッ化リチウムＬ１７ 25: 366.76657 -7.000000 26: 320.88231 -20.000000 蛍石Ｌ１６ 27: 555.10097 -293.563955 28: -4414.45734 -45.000000 蛍石Ｌ１５ 29: 543.50711 -288.623356 30: ∞ 210.68423 Ｍ２ 31: 764.66537 24.000000 蛍石Ｌ２０ 32: -1086.13236 344.326892 33: 752.57340 28.000000 蛍石Ｌ２１ 34: -847.85250 12.261977 35: -411.95512 22.000000 蛍石Ｌ２２ 36: -911.01214 292.015674 37: 536.03324 30.000000 蛍石Ｌ２３ 38: 2371.38066 193.698930 39: ∞ 70.000000 ＡＳ *40: 257.70928 40.426938 蛍石Ｌ２４ 41: 695.08658 0.200000 42: 260.63720 48.000000 蛍石Ｌ２５ *43: -2292.01101 16.503311 44: -1115.57682 25.000000 フッ化リチウムＬ２６ 45: 3092.66092 15.075726 46: 234.20418 52.919955 蛍石Ｌ２７ 47: 1020.54167 19.298313 48: 161.80016 47.293104 蛍石Ｌ２８ 49: 98.97930 7.175193 50: 125.35073 65.602116 蛍石Ｌ２９ 51: -965.45665 1.000000 52: ∞ 6.000000 蛍石Ｐ 53: ∞ (ＷＤ) 以下の表８に、表７中の非球面形状の光学面の非球面デ
ータを示す。

【０１２５】

【表８】［第１８面（第２０面）の非球面データ］ κ＝ 0.000000 Ａ＝ -0.268228×10^-08 Ｂ＝ 0.958987×10^-14 Ｃ＝ -0.586009×10^-19 Ｄ＝ -0.117463×10^-23 ［第４０面の非球面データ］ κ＝ -0.806915 Ａ＝ -0.182595×10^-08 Ｂ＝ -0.330691×10^-13 Ｃ＝ -0.682492×10^-18 Ｄ＝ -0.150418×10^-22 ［第４３面の非球面データ］ κ＝ 0.000000 Ａ＝ 0.480787×10^-08 Ｂ＝ -0.934126×10^-13 Ｃ＝ 0.711029×10^-18 Ｄ＝ 0.185034×10^-22 図１０に、第３実施例にかかる投影光学系のウエハＷ上
での横収差図を示す。ここで、図１０（ａ）は像高Ｙ＝
１８におけるメリジオナル方向の横収差図、図１０
（ｂ）は像高Ｙ＝１６におけるメリジオナル方向の横収
差図、図１０（ｃ）は像高Ｙ＝１４におけるメリジオナ
ル方向の横収差図、図１０（ｄ）は像高Ｙ＝１８におけ
るサジタル方向の横収差図、図１０（ｅ）は像高Ｙ＝１
６におけるサジタル方向の横収差図、図１０（ｆ）は像
高Ｙ＝１４におけるサジタル方向の横収差図である。ま
た、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）の各横収差図におい
て、実線は波長λ＝１９３．４０ｎｍによる収差曲線、
破線は波長λ＝１９３．４１ｎｍによる収差曲線、一点
鎖線は波長λ＝１９３．３９ｎｍによる収差曲線を表し
ている。

【０１２６】各収差図からも明らかな通り、第３実施例
にかかる投影光学系は、良好な収差補正がなされ、特に
±１０ｐｍの波長幅の露光エネルギービームに対する色
収差が良好に補正されている。また、第３実施例の投影
光学系では、屈折光学部材としてフッ化物結晶のみを用
いており、２００ｎｍ以下の波長のもとでも照射変動を
起こし難い利点がある。従って、第１実施例の投影光学
系を露光装置に組み込むことにより、狭帯化が不完全な
光源であっても極めて微細なパターンをウエハ上に転写
することが可能となる。

【０１２７】［第４実施例］図１１（ａ）は、第４実施
例にかかる投影光学系のレンズ断面図である。第４実施
例にかかる投影光学系ＰＬは、波長λ＝１５７．６２４
ｎｍ±０．５ｐｍ（±０．０００５ｎｍ）の波長幅の露
光エネルギービームに最適化されたものである。

【０１２８】図１１（ａ）において、第４実施例の投影
光学系ＰＬは、直線状に延びた光軸Ａｘに沿って配置さ
れた複数枚のレンズ素子からなる。そして、第４実施例
の投影光学系は、レチクルＲ側より順に、両凹レンズＬ
１１、３枚の両凸レンズＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４、ウエ
ハＷ側に凹面を向けた２枚の負メニスカスレンズＬ１
５，Ｌ１６、両凹レンズＬ１７、レチクルＲ側に凹面を
向けた負メニスカスレンズＬ１８、レチクルＲ側に凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ１９、３枚の両凸レンズ
Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２、ウエハＷ側に凹面を向けた負
メニスカスレンズＬ２３、２枚の両凹レンズＬ２４，Ｌ
２５、２枚の両凸レンズＬ２６，Ｌ２７、両凹レンズＬ
２８、開口絞りＡＳ、両凸レンズＬ２９、レチクルＲ側
に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３０、両凸レンズ
Ｌ３１、両凹レンズＬ３２、両凸レンズＬ３３、ウエハ
Ｗ側に凹面を向けた２枚の正メニスカスレンズＬ３４，
Ｌ３５、ウエハＷ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ３６、及びウエハＷ側の凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ３７を有する。

【０１２９】ここで、第４実施例にかかる投影光学系で
は、正レンズＬ２１，Ｌ２６，Ｌ２７，Ｌ２９，Ｌ３
１，Ｌ３３がフッ化リチウム（ＬｉＦ）で形成されてお
り、これらの正レンズＬ２１，Ｌ２６，Ｌ２７，Ｌ２
９，Ｌ３１，Ｌ３３以外のレンズ（屈折光学素子）は、
フッ化カルシウム（螢石、ＣａＦ２）で形成されてい
る。また、第４実施例にかかる投影光学系では、負レン
ズＬ１１のウエハＷ側のレンズ面、正レンズＬ１３のレ
チクルＲ側のレンズ面、負レンズＬ１５のウエハＷ側の
レンズ面、負レンズＬ１６のウエハＷ側のレンズ面、負
レンズＬ２３のウエハＷの側レンズ面、負レンズＬ２４
のレチクルＲ側のレンズ面、負レンズＬ２５のウエハＷ
側のレンズ面、及び負レンズＬ３０のレチクルＲ側のレ
ンズ面、正レンズＬ３５のウエハＷ側のレンズ面が回転
対称非球面形状に形成されている。なお、さらなる高性
能化、小型化を図るために非球面形状のレンズ面を増や
しても良い。

【０１３０】図１１（ｂ）は、第４及び第５実施例にか
かる投影光学系のイメージサークルＩＣと露光領域ＩＥ
との関係を示す平面図である。図１１（ｂ）に示すよう
に、第４及び第５実施例の投影光学系は、直径１６．４
ｍｍのイメージサークルＩＣを有し、そのイメージサー
クルＩＣ内に、走査方向（Ｙ方向）の幅６．５ｍｍ、走
査直交方向（Ｘ方向）の幅１５ｍｍの長方形状の露光領
域ＩＥを確保している。なお、第４及び第５実施例で
は、長方形状の露光領域としたが、露光領域ＩＥの形状
としては、イメージサークルＩＣに包含される領域であ
れば、六角形状、等脚台形状、不等脚台形状、菱形形
状、正方形状、円弧形状など様々な形状とすることがで
きる。

【０１３１】以下の表１０に第４実施例にかかる投影光
学系ＰＬのレンズデータを掲げる。表１０における各光
学諸元ｒ、ｄ、ｄ０、ＷＤ、β、ＮＡの表記は、表２の
第１実施例と同様の表記であるため、ここでは説明を省
略する。また、フッ化カルシウム（螢石）ＣａＦ₂及び
フッ化リチウムＬｉＦの露光エネルギービームの波長λ
に対する屈折率ｎ（λ）、波長１ｐｍ当たりの屈折率の
変化量である分散ｄｎ／ｄλは以下の表９の通りであ
る。

【０１３２】

【表９】ｎ(157.6245nm) ｎ(157.624nm) ｎ(157.6235nm) ｄｎ／ｄλ CaF₂ 1.5592368 1.559238 1.5592392 -2.4×10^-6 LiF 1.4858992 1.485900 1.4859008 -1.6×10^-6 また、表１０において面番号に※を付した光学面は非球
面を表し、この非球面形状は、上記式（ａ）で表され
る。

【０１３３】

【表１０】ｄ０＝ 55.0134 ＷＤ＝ 13.6725 ｜β｜＝１／４ＮＡ＝０．７５面番号曲率半径ｒ(mm) 面間隔ｄ(mm) 材料 1: -95.68120 12.1641 螢石Ｌ１１ *2: 173.25208 22.6963 3: 3267.49862 36.4883 螢石Ｌ１２ 4: -125.92446 1.0079 *5: 349.17880 34.1054 螢石Ｌ１３ 6: -167.00762 1.0000 7: 168.52097 34.6434 螢石Ｌ１４ 8: -524.21727 1.0908 9: 132.45374 27.5236 螢石Ｌ１５ *10: 64.16275 20.7110 11: 1452.10031 12.9460 螢石Ｌ１６ *12: 78.82527 21.3753 13: -182.42797 12.1500 螢石Ｌ１７ 14: 177.47117 18.1356 15: -125.62480 22.1279 螢石Ｌ１８ 16: -457.24838 1.4207 *17: -597.81461 33.2038 螢石Ｌ１９ 18: -125.46324 1.0000 19: 8309.27276 29.0754 螢石Ｌ２０ 20: -202.66426 1.0000 21: 363.77205 33.7749 フッ化リチウムＬ２１ 22: -277.11941 1.1938 23: 480.33249 22.5424 螢石Ｌ２２ 24: -585.72897 1.2902 25: 224.18301 29.2532 螢石Ｌ２３ *26: 121.00176 17.0007 *27: -2572.61582 12.7356 螢石Ｌ２４ 28: 91.67295 31.1501 29: -116.20584 18.7618 螢石Ｌ２５ *30: 291.88952 2.4395 31: 373.66307 31.7541 フッ化リチウムＬ２６ 32: -149.30453 2.1638 *33: 218.03538 42.6153 フッ化リチウムＬ２７ 34: -137.56852 4.4336 35: -144.61706 20.0000 螢石Ｌ２８ 36: 658.12705 5.0000 37: ∞ 5.0000 ＡＳ 38: 301.50853 42.5810 フッ化リチウムＬ２９ 39: -150.32227 3.3936 *40: -135.39762 12.0000 螢石Ｌ３０ 41: -313.24923 1.0000 42: 221.91051 41.2552 フッ化リチウムＬ３１ 43: -205.87410 1.7016 44: -196.09660 20.0000 螢石Ｌ３２ 45: 356.77528 1.0000 46: 170.21571 35.1606 フッ化リチウムＬ３３ 47: -896.09753 1.0000 48: 86.85349 32.8922 螢石Ｌ３４ 49: 228.35708 1.0408 50: 82.89042 26.1671 螢石Ｌ３５ *51: 594.96633 2.2109 52: 563.74043 13.0000 螢石Ｌ３６ 53: 81.77976 2.0045 54: 90.62440 17.9449 螢石Ｌ３７ 55: 153.17398 (ＷＤ) 以下の表１１に、表１０中の非球面形状の光学面の非球
面データを示す。

【０１３４】

【表１１】［第２面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -2.06101×10^-07 Ｂ＝ 1.00406×10^-11 Ｃ＝ 3.26543×10^-15 Ｄ＝ -1.24906×10^-18 Ｅ＝ 1.77233×10^-22 Ｆ＝ -1.20316×10^-26 ［第５面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -1.20987×10^-07 Ｂ＝ -5.72817×10^-12 Ｃ＝ 1.48225×10^-15 Ｄ＝ -1.04507×10^-19 Ｅ＝ 1.30629×10^-24 Ｆ＝ 1.10384×10^-28 ［第１０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ 8.46920×10^-08 Ｂ＝ -1.04493×10^-10 Ｃ＝ -3.32058×10^-14 Ｄ＝ -5.30752×10^-18 Ｅ＝ 4.45062×10^-23 Ｆ＝ -4.95104×10^-26 ［第１２面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -2.74928×10^-07 Ｂ＝ 1.92175×10^-10 Ｃ＝ 4.48364×10^-14 Ｄ＝ 3.23238×10^-18 Ｅ＝ 1.73078×10^-21 Ｆ＝ 4.25241×10^-25 ［第１７面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -5.98724×10^-08 Ｂ＝ 1.37628×10^-11 Ｃ＝ 1.45110×10^-15 Ｄ＝ -2.32803×10^-19 Ｅ＝ 5.15684×10^-23 Ｆ＝ -5.58296×10^-27 ［第２６面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -6.13777×10^-08 Ｂ＝ -1.21896×10^-11 Ｃ＝ 1.22783×10^-15 Ｄ＝ -5.72693×10^-19 Ｅ＝ -4.77527×10^-23 Ｆ＝ 2.75975×10^-27 ［第２７面の非球面データ］ κ＝ -2.26316×10⁺⁰³ Ａ＝ -6.41287×10^-08 Ｂ＝ 9.39860×10^-12 Ｃ＝ 1.19937×10^-15 Ｄ＝ -1.82871×10^-18 Ｅ＝ 2.99109×10^-22 Ｆ＝ -2.16040×10^-26 ［第３０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -1.68914×10^-08 Ｂ＝ 1.19350×10^-11 Ｃ＝ -2.75541×10^-15 Ｄ＝ 1.34646×10^-19 Ｅ＝ 4.71385×10^-23 Ｆ＝ -5.94448×10^-27 ［第３３面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ 9.36074×10^-10 Ｂ＝ -4.28253×10^-13 Ｃ＝ -7.46527×10^-16 Ｄ＝ -1.53426×10^-21Ｅ＝
6.74747×10^-24 Ｆ＝ -7.35655×10^-28 ［第４０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -8.45070×10^-09 Ｂ＝ 1.41195×10^-12 Ｃ＝ 1.50504×10^-16 Ｄ＝ 1.26991×10^-20 Ｅ＝ -4.37500×10^-25 Ｆ＝ 1.31886×10^-29 ［第５１面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ 3.58298×10^-07 Ｂ＝ -2.39947×10^-11 Ｃ＝ -1.91987×10^-15 Ｄ＝ 8.16510×10^-19 Ｅ＝ -1.44401×10^-22 Ｆ＝ 4.59232×10^-28 図１２に、第４実施例にかかる投影光学系のウエハＷ上
での横収差図を示す。ここで、図１２（ａ）は像高Ｙ＝
８．２ｍｍにおけるメリジオナル方向の横収差図、図１
２（ｂ）は像高Ｙ＝４．１ｍｍにおけるメリジオナル方
向の横収差図、図１２（ｃ）は像高Ｙ＝０ｍｍにおける
メリジオナル方向の横収差図、図１２（ｄ）は像高Ｙ＝
８．２ｍｍにおけるサジタル方向の横収差図、図１２
（ｅ）は像高Ｙ＝４．１ｍｍにおけるサジタル方向の横
収差図、図１２（ｆ）は像高Ｙ＝０ｍｍにおけるサジタ
ル方向の横収差図である。また、図１２（ａ）〜図１２
（ｆ）の各横収差図において、実線は波長λ＝１５７．
６２４ｎｍによる収差曲線、破線は波長λ＝１５７．６
２４ｎｍ＋０．５ｐｍによる収差曲線、一点鎖線は波長
λ＝１５７．６２４ｎｍ−０．５ｐｍによる収差曲線を
表している。

【０１３５】各収差図からも明らかな通り、第４実施例
にかかる投影光学系は、良好な収差補正がなされ、特に
±０．５ｐｍの波長幅の露光エネルギービームに対する
色収差が良好に補正されている。また、第４実施例の投
影光学系では、屈折光学部材としてフッ化物結晶のみを
用いており、１６０ｎｍ以下の波長のもとでも照射変動
を起こし難い利点がある。従って、第４実施例の投影光
学系を露光装置に組み込むことにより、極めて微細なパ
ターンを安定してウエハ上に転写することが可能とな
る。

【０１３６】［第５実施例］図１３は、第５実施例にか
かる投影光学系のレンズ断面図である。第５実施例にか
かる投影光学系ＰＬは、波長λ＝１５７．６２４ｎｍ±
０．５ｐｍ（±０．０００５ｎｍ）の波長幅の露光エネ
ルギービームに最適化されたものである。

【０１３７】図１３において、第５実施例の投影光学系
ＰＬは、直線状に延びた光軸Ａｘに沿って配置された複
数枚のレンズ素子からなる。そして、第５実施例の投影
光学系は、レチクルＲ側より順に、両凹レンズＬ１１、
３枚の両凸レンズＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４、ウエハＷ側
に凹面を向けた２枚の負メニスカスレンズＬ１５，Ｌ１
６、両凹レンズＬ１７、レチクルＲ側に凹面を向けた負
メニスカスレンズＬ１８、レチクルＲ側に凹面を向けた
正メニスカスレンズＬ１９、３枚の両凸レンズＬ２０，
Ｌ２１，Ｌ２２、ウエハＷ側に凹面を向けた負メニスカ
スレンズＬ２３、２枚の両凹レンズＬ２４，Ｌ２５，２
枚の両凸レンズＬ２６，Ｌ２７、両凹レンズＬ２８、開
口絞りＡＳ、両凸レンズＬ２９、レチクルＲ側に凹面を
向けた負メニスカスレンズＬ３０、両凸レンズＬ３１、
両凹レンズＬ３２、両凸レンズＬ３３、ウエハＷ側に凹
面を向けた２枚の正メニスカスレンズＬ３４，Ｌ３５、
ウエハＷ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３６、
及びウエハＷ側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３
７を有する。

【０１３８】ここで、第５実施例にかかる投影光学系で
は、負レンズＬ２４，Ｌ２５，Ｌ２８，Ｌ３０，Ｌ３
２，Ｌ３６がフッ化バリウム（ＢａＦ２）で形成されて
おり、これらの負レンズＬ２４，Ｌ２５，Ｌ２８，Ｌ３
０，Ｌ３２，Ｌ３６以外のレンズ（屈折光学素子）は、
フッ化カルシウム（螢石、ＣａＦ２）で形成されてい
る。

【０１３９】また、第５実施例にかかる投影光学系で
は、負レンズＬ１１のウエハＷ側のレンズ面、正レンズ
Ｌ１３のレチクルＲ側のレンズ面、負レンズＬ１５のウ
エハＷ側のレンズ面、負レンズＬ１６のウエハＷ側のレ
ンズ面、正レンズＬ１９のレチクルＲ側のレンズ面、負
レンズＬ２３のウエハＷ側のレンズ面、負レンズＬ２４
のレチクルＲ側のレンズ面、負レンズＬ２５のウエハＷ
側のレンズ面、正レンズＬ２７のレチクルＲ側のレンズ
面、負レンズＬ３０のレチクルＲ側のレンズ面、及び正
レンズＬ３５のウエハＷ側のレンズ面が回転対称非球面
形状に形成されている。なお、さらなる高性能化、小型
化を図るために非球面形状のレンズ面を増やしても良
い。

【０１４０】以下の表１３に第５実施例にかかる投影光
学系ＰＬのレンズデータを掲げる。表１３における各光
学諸元ｒ、ｄ、ｄ０、ＷＤ、β、ＮＡの表記は、表２の
第１実施例と同様の表記であるため、ここでは説明を省
略する。また、フッ化バリウムＢａＦ２の露光エネルギ
ービームの波長λに対する屈折率ｎ（λ）、波長１ｐｍ
当たりの屈折率の変化量である分散ｄｎ／ｄλは以下の
表１２の通りである。

【０１４１】

【表１２】ｎ(157.6245nm) ｎ(157.624nm) ｎ(157.6235nm) ｄｎ／ｄλ BaF2 1.6510960 1.651100 1.6211040 -3.991×10^-6 また、表１３において面番号に※を付した光学面は非球
面を表し、この非球面形状は、上記式（ａ）で表され
る。

【０１４２】

【表１３】ｄ０＝ 53.9318 ＷＤ＝ 12.0917 ｜β｜＝１／４ＮＡ＝０．７５面番号曲率半径ｒ(mm) 面間隔ｄ(mm) 材料 1: -100.35193 12.2780 螢石Ｌ１１ *2: 173.25952 22.5188 3: 2957.10647 37.5294 螢石Ｌ１２ 4: -123.91124 1.0000 *5: 401.76915 30.9558 螢石Ｌ１３ 6: -167.12701 1.0000 7: 160.14344 32.5639 螢石Ｌ１４ 8: -561.13914 1.0000 9: 130.84694 27.5637 螢石Ｌ１５ *10: 64.14937 19.7545 11: 1326.12657 12.0588 螢石Ｌ１６ *12: 79.28038 19.7487 13: -179.38889 12.0000 螢石Ｌ１７ 14: 175.85617 16.8500 15: -126.34477 21.7662 螢石Ｌ１８ 16: -430.76041 1.0035 *17: -554.05872 32.7681 螢石Ｌ１９ 18: -125.92657 1.1241 19: 2457.92518 31.5823 螢石Ｌ２０ 20: -220.14715 1.0000 21: 354.79802 31.5155 螢石Ｌ２１ 22: -282.33926 1.0000 23: 478.43567 21.1371 螢石Ｌ２２ 24: -578.52465 1.0000 25: 226.92835 28.5955 螢石Ｌ２３ *26: 122.08258 14.6058 *27: -2764.92201 12.0000 フッ化バリウムＬ２４ 28: 92.56074 27.8925 29: -115.33400 18.9417 フッ化バリウムＬ２５ *30: 294.27651 2.2139 31: 373.26874 29.2078 螢石Ｌ２６ 32: -149.78065 1.0000 *33: 219.84522 39.6877 螢石Ｌ２７ 34: -137.89130 2.2987 35: -145.40651 20.0000 フッ化バリウムＬ２８ 36: 651.33144 5.0000 37: ∞ 5.0000 ＡＳ 38: 297.13381 44.9643 螢石Ｌ２９ 39: -153.88170 3.4389 *40: -137.51846 12.2111 フッ化バリウムＬ３０ 41: -338.49514 2.2552 42: 222.41705 42.3168 螢石Ｌ３１ 43: -199.07230 1.6303 44: -190.03065 20.0000 フッ化バリウムＬ３２ 45: 360.96440 1.1493 46: 200.37522 39.5196 螢石Ｌ３３ 47: -615.58720 1.1984 48: 82.52054 32.9835 螢石Ｌ３４ 49: 218.09275 1.0366 50: 78.65925 25.8579 螢石Ｌ３５ *51: 450.22903 2.1898 52: 437.09594 13.0000 フッ化バリウムＬ３６ 53: 87.74560 1.9672 54: 99.48304 17.7667 螢石Ｌ３７ 55: 146.38489 (ＷＤ) 以下の表１４に、表１３中の非球面形状の光学面の非球
面データを示す。

【０１４３】

【表１４】［第２面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -2.12961×10^-07 Ｂ＝ 1.09821×10^-11 Ｃ＝ 2.30928×10^-15 Ｄ＝ -6.53888×10^-19 Ｅ＝ -1.47169×10^-23 Ｆ＝ 1.17423×10^-26 ［第５面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -1.20222×10^-07 Ｂ＝ -5.70833×10^-12 Ｃ＝ 1.54954×10^-15 Ｄ＝ -1.11092×10^-19 Ｅ＝ 1.02230×10^-24 Ｆ＝ 1.54127×10^-28 ［第１０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ 7.89247×10^-08 Ｂ＝ -1.10675×10^-10 Ｃ＝ -3.30039×10^-14 Ｄ＝ -5.03380×10^-18 Ｅ＝ 2.56453×10^-22 Ｆ＝ -3.54476×10^-26 ［第１２面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -2.64010×10^-07 Ｂ＝ 2.01084×10^-10 Ｃ＝ 4.46106×10^-14 Ｄ＝ 2.45816×10^-18 Ｅ＝ 2.04624×10^-21 Ｆ＝ -7.98657×10^-27 ［第１７面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -6.17875×10^-08 Ｂ＝ 1.27502×10^-11 Ｃ＝ 1.65143×10^-15 Ｄ＝ -1.96804×10^-19 Ｅ＝ 4.35607×10^-23 Ｆ＝ -3.91638×10^-27 ［第２６面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -6.09308×10^-08 Ｂ＝ -1.38511×10^-11 Ｃ＝ 1.09647×10^-15 Ｄ＝ -6.54943×10^-19 Ｅ＝ -5.76995×10^-23 Ｆ＝ -6.80525×10^-27 ［第２７面の非球面データ］ κ＝ -1.63840×10⁺⁰³ Ａ＝ -6.35540×10^-08 Ｂ＝ 1.02179×10^-11 Ｃ＝ 1.19695×10^-15 Ｄ＝ -1.88021×10^-18 Ｅ＝ 3.05419×10^-22 Ｆ＝ -2.39670×10^-26 ［第３０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -1.74936×10^-08 Ｂ＝ 1.16777×10^-11 Ｃ＝ -2.82030×10^-15 Ｄ＝ 1.59537×10^-19 Ｅ＝ 4.95954×10^-23 Ｆ＝ -6.59274×10^-27 ［第３３面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -1.19387×10^-10 Ｂ＝ -7.67124×10^-13 Ｃ＝ -7.41363×10^-16 Ｄ＝ -3.87775×10^-21 Ｅ＝ 8.27365×10^-24 Ｆ＝ -1.01103×10^-27 ［第４０面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ -8.13628×10^-09 Ｂ＝ 1.22451×10^-12 Ｃ＝ 1.25817×10^-16 Ｄ＝ 1.39682×10^-20 Ｅ＝ -5.34992×10^-25 Ｆ＝ 2.86241×10^-29 ［第５１面の非球面データ］ κ＝ 0.00000 Ａ＝ 3.70718×10^-07 Ｂ＝ -2.46491×10^-11 Ｃ＝ -2.11213×10^-15 Ｄ＝ 7.18299×10^-19 Ｅ＝ -7.02161×10^-23 Ｆ＝ -2.59543×10^-26 図１４に、第５実施例にかかる投影光学系のウエハＷ上
での横収差図を示す。ここで、図１４（ａ）は像高Ｙ＝
８．２ｍｍにおけるメリジオナル方向の横収差図、図１
４（ｂ）は像高Ｙ＝４．１ｍｍにおけるメリジオナル方
向の横収差図、図１４（ｃ）は像高Ｙ＝０ｍｍにおける
メリジオナル方向の横収差図、図１４（ｄ）は像高Ｙ＝
８．２ｍｍにおけるサジタル方向の横収差図、図１４
（ｅ）は像高Ｙ＝４．１ｍｍにおけるサジタル方向の横
収差図、図１４（ｆ）は像高Ｙ＝０ｍｍにおけるサジタ
ル方向の横収差図である。また、図１４（ａ）〜図１４
（ｆ）の各横収差図において、実線は波長λ＝１５７．
６２４ｎｍによる収差曲線、破線は波長λ＝１５７．６
２４ｎｍ＋０．５ｐｍによる収差曲線、一点鎖線は波長
λ＝１５７．６２４ｎｍ−０．５ｐｍによる収差曲線を
表している。

【０１４４】各収差図からも明らかな通り、第５実施例
にかかる投影光学系は、良好な収差補正がなされ、特に
±０．５ｐｍの波長幅の露光エネルギービームに対する
色収差が良好に補正されている。また、第５実施例の投
影光学系では、屈折光学部材としてフッ化物結晶のみを
用いており、１６０ｎｍ以下の波長のもとでも照射変動
を起こし難い利点がある。従って、第５実施例の投影光
学系を露光装置に組み込むことにより、極めて微細なパ
ターンを安定してウエハ上に転写することが可能とな
る。

【０１４５】上記第１〜第５実施例にかかる投影光学系
の条件対応数値を以下の表１４に示す。

【０１４６】

【表１５】 (1)ΣＤｃ／ΣＤ (2)｜(ｄｎ１／ｄλ)−(ｄｎ２／ｄλ)｜第１実施例０．９５０．６×10⁶ 第２実施例０．９４０．６×10⁶ 第３実施例０．８５０．３５×10⁶ 第４実施例０．６８０．８×10⁶ 第５実施例０．８６１．５９１×10⁶ 次に、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ
上に所定の回路パターンを形成する際の動作の一例につ
き図１５のフローチャートを参照して説明する。

【０１４７】先ず、図１５のステップ１０１において、
１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ１０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ１０
３において、第１乃至第３実施例（図５、図７、図９）
のうち何れかの投影光学系ＰＬを備えた図１の投影露光
装置、あるいは第４又は第５実施例（図１１、図１３）
の投影光学系ＰＬを備えた図４の投影露光装置を用い
て、レチクルＲ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬ
を介して、その１ロットのウエ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１０４におい
て、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が
行われた後、ステップ１０５において、その１ロットの
ウエ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、レチクルＲ上のパターンに対応す
る回路パターンが、各ウエ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。

【０１４８】この際に、各実施例の投影光学系は、屈折
光学部材としてフッ化物結晶のみを用いており２００ｎ
ｍ以下の波長のもとでも照射変動を起こし難い利点があ
るため、極めて微細なパターンをウエハ上に転写するこ
とが可能となる。さて、上記実施例では、２種類以上の
フッ化物結晶を組み合わせて色収差補正をしたが、投影
光学系に回折光学素子を加えて、回折光学素子による色
収差補正効果も併せて利用しても良い。この場合、回折
光学素子を透過型とする場合には、フッ化物結晶からな
る基板上に回折光学素子を設けることが好ましい。ま
た、このような回折光学素子は凹面鏡や凸面鏡、平面鏡
などの反射部材の反射面上に設けても良い。

【０１４９】さらに、上述の実施例では、光源としてＦ
₂レーザを用いているが、その代わりに、１５７ｎｍに
発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの
高調波を用いるようにしても良い。また、ＤＦＢ半導体
レーザまたはファイバーレーザから発振される赤外域ま
たは可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム
（またはエルビウムとイットリビウムとの両方）がドー
プされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を
用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

【０１５０】例えば、単一波長レーザ光の発振波長を
１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が
１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力
される。特に発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲
内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の
１０倍高調波、すなわちＦ₂レーザ光とほぼ同一波長と
なる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜
１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１
６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発
振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とする
と、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調
波、すなわちＦ₂レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光
が得られる。なお、単一波長発振レーザとしては、イッ
トリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。

【０１５１】このように、レーザ光源からの高調波を使
用する場合には、この高調波自体が十分に狭いスペクト
ル幅（例えば０．０１ｐｍ程度）であるので、上述の光
源２の代わりに用いることができる。さらに、半導体素
子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素
子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイ
スパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄
膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンを
セラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（Ｃ
ＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明
を適用することができる。また、レチクルまたはマスク
を製造するためにガラス基板またはシリコンウエハなど
に回路パターンを転写する露光装置にも、本発明を適用
することができる。

【０１５２】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【０１５３】

【発明の効果】上述の如き本発明にかかる露光装置によ
れば、投影光学系中の屈折光学部材の露光エネルギービ
ームの吸収を実質上影響がない程度に低減でき、露光エ
ネルギービームの吸収による照射変動の発生を実質上無
視することができため、極めて微細なパターンを転写で
きる。

【０１５４】また、本発明にかかる露光装置の製造方法
によれば、極めて微細なパターンを転写することができ
る露光装置を提供できる。また、本発明にかかるデバイ
ス製造方法によれば、高密度なパターンを有するデバイ
スを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる露光装置の第１実施形態を示す
概略構成図である。

【図２】図１中の投影光学系の構成を示す断面図であ
る。

【図３】第１実施形態のユニット別空調システムを示す
構成図である。

【図４】本発明にかかる露光装置の第２実施形態を示す
概略構成図である。

【図５】第１実施例にかかる投影光学系のレンズ構成図
である。

【図６】第１実施例にかかる投影光学系の収差図であ
る。

【図７】第２実施例にかかる投影光学系のレンズ構成図
である。

【図８】第２実施例にかかる投影光学系の収差図であ
る。

【図９】第３実施例にかかる投影光学系のレンズ構成図
である。

【図１０】第３実施例にかかる投影光学系の収差図であ
る。

【図１１】図１１（ａ）は第４実施例にかかる投影光学
系のレンズ構成図であり、図１１（ｂ）は投影光学系の
イメージフィールド内の露光領域形状を示す図である。

【図１２】第４実施例にかかる投影光学系の収差図であ
る。

【図１３】第５実施例にかかる投影光学系のレンズ構成
図である。

【図１４】第５実施例にかかる投影光学系の収差図であ
る。

【図１５】本発明にかかるデバイス製造方法の実施の形
態の一例を示すフローチャート図である。

【符号の説明】

ＰＬ：投影光学系ＰＬａ：第１結像系ＰＬｂ：第２結像系ＡＳ：開口絞りＰ：保護部材Ｍ１：凹面鏡Ｍ２：光路折り曲げミラーＢＳ：ビームスプリッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影原版上に設けられたパターンの像を基
板上に転写する露光装置において、２００ｎｍ以下の露光エネルギービームを供給する光
源；該光源からの露光エネルギービームを前記投影原版
へ導く照明光学系；及び前記投影原版からの露光エネル
ギービームに基づいて、前記パターンの像を前記基板上
に形成する投影光学系；を含み、前記投影光学系は、前記露光エネルギービームの光路に
沿って配置された少なくとも２つの屈折光学部材を含
み、前記投影光学系中の全ての前記屈折光学部材は、少なく
とも２種類以上のフッ化物の結晶材料からなることを特
徴とする露光装置。
【請求項２】前記少なくとも２種類以上のフッ化物のう
ちの１種は、螢石であることを特徴とする請求項１記載
の露光装置。
【請求項３】前記投影光学系中の全ての前記屈折光学部
材の軸上厚の総和をΣＤとし、前記螢石で構成される前
記屈折光学部材の軸上厚の総和をΣＤｃとするとき、０．６０＜ΣＤｃ／ΣＤ＜０．９８を満足することを特徴とする請求項１または２記載の露
光装置。
【請求項４】前記投影光学系は、少なくとも２つの螢石
からなる正レンズを含むことを特徴とする請求項２また
は３の何れか一項記載の露光装置。
【請求項５】前記少なくとも２種類以上のフッ化物のう
ちの１種は、フッ化バリウムであることを特徴とする請
求項１乃至４の何れか一項記載の露光装置。
【請求項６】前記投影光学系は、少なくとも１つのフッ
化バリウムの結晶材料からなる負レンズを含むことを特
徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】前記光源は、１６０ｎｍ以下の露光光を供
給することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記
載の露光装置。
【請求項８】前記光源は、１．５ｐｍよりも狭い半値全
幅の露光光を供給することを特徴とする請求項１乃至７
の何れか一項記載の露光装置。
【請求項９】前記光源から前記基板へ至る光路のうちの
一部の光路は外気から密封された密封空間を形成し、該
密封空間には酸素濃度を低減させた気体が封入されてい
ることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の
露光装置。
【請求項１０】前記照明光学系は、反射鏡とフッ化物の
結晶材料からなる屈折光学部材との少なくとも一方で構
成されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項
記載の露光装置。
【請求項１１】前記少なくとも２種類以上のフッ化物の
結晶材料は、第１の分散ｄｎ１／ｄλを有する第１のフ
ッ化物の結晶材料と、第２の分散ｄｎ２／ｄλを有する
第２のフッ化物の結晶材料とを含み、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１
０の何れか一項記載の露光装置。０．１×１０⁶＜｜（ｄｎ１／ｄλ）−（ｄｎ２／ｄ
λ）｜
【請求項１２】前記少なくとも２種類以上のフッ化物の
結晶材料は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ
化リチウム、フッ化マグネシウム、リチウム・カルシウ
ム・アルミニウム・フローライド、及びリチウム・スト
ロンチウム・アルミニウム・フローライドからなるグル
ープから選択された少なくとも２種類の材料であること
を特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項記載の露光
装置。
【請求項１３】前記投影光学系は、前記露光エネルギー
ビームの光路中に配置された少なくとも１つの凹面鏡を
含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項記
載の露光装置。
【請求項１４】前記投影光学系の前記露光エネルギービ
ームの光路中には、光透過性光学部材のみが配置される
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項記載の
露光装置。
【請求項１５】前記投影光学系は、単一の直線状に延び
た光軸を有することを特徴とする請求項１乃至１２の何
れか一項記載の露光装置。
【請求項１６】前記投影光学系は、少なくとも１つのフ
ッ化リチウムからなる正レンズを有し、かつ少なくとも
１つのフッ化カルシウムからなる負レンズを有すること
を特徴とする請求項１４または１５記載の露光装置。
【請求項１７】前記投影光学系は、少なくとも１つのフ
ッ化バリウムからなる負レンズを有し、かつ少なくとも
１つのフッ化カルシウムからなる正レンズを有すること
を特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項記載の露光
装置。
【請求項１８】投影原版上に設けられたパターンの像を
基板上に転写する露光装置において、２００ｎｍ以下の露光エネルギービームを供給する光
源；該光源からの露光エネルギービームを前記投影原版
へ導く照明光学系；及び前記投影原版からの露光エネル
ギービームに基づいて、前記パターンの像を前記基板上
に形成する投影光学系；を含み、前記投影光学系は、前記露光エネルギービームの光路に
沿って配置された少なくとも２つの屈折光学部材を含
み、前記投影光学系の前記露光エネルギービームの光路中に
位置する全ての光透過性の材料は、石英を除く少なくと
も２種類以上の材料からなることを特徴とする露光装
置。
【請求項１９】投影原版上に設けられたパターンの像を
基板上に転写する露光装置において、２００ｎｍ以下の露光エネルギービームを供給する光
源；該光源からの前記露光エネルギービームを受けるこ
とができる位置に配置されて、前記露光エネルギービー
ムを前記投影原版へ導く照明光学系；及び前記投影原版
と前記基板との間に配置されて、前記投影原版からの露
光エネルギービームに基づいて、前記パターンの像を前
記基板上に形成する投影光学系；を含み、前記投影光学系は、凹面鏡と、フッ化物の結晶材料から構成されたビームスプリッタ
と、該ビームスプリッタと前記投影原版との間の光路中に配
置される第１のレンズ群と、該ビームスプリッタと前記基板との間の光路中に配置さ
れる第２のレンズ群と、を含み、前記投影原版を経由した前記露光エネルギービームは、
前記第１のレンズ群、及び前記ビームスプリッタを順に
通過して、前記凹面鏡で反射され、前記ビームスプリッ
タ及び前記第２のレンズ群を順に通過して前記基板上に
達することを特徴とする露光装置。
【請求項２０】前記第１及び第２のレンズ群は、フッ化
物の結晶材料から構成されることを特徴とする請求項１
９記載の露光装置。
【請求項２１】前記第１及び第２のレンズ群の少なくと
も一方は、少なくとも２種類以上のフッ化物の結晶材料
からなることを特徴とする請求項２０記載の露光装置。
【請求項２２】前記ビームスプリッタはキューブ型ビー
ムスプリッタであることを特徴とする請求項１９乃至２
１の何れか一項記載の露光装置。
【請求項２３】前記キューブ型ビームスプリッタは、光
路変換面を有し、前記キューブ型ビームスプリッタを形成している結晶材
料の（１１１）面が前記光路変換面を透過する光束に対
してほぼ垂直又はほぼ平行となるように位置決めされる
ことを特徴とする請求項２２記載の露光装置。
【請求項２４】前記前記キューブ型ビームスプリッタ
を形成している結晶材料の（１１１）面が前記光路変換
面を透過する光束に対してほぼ垂直となるように位置決
めされることを特徴とする請求項２３記載の露光装置。
【請求項２５】前記フッ化物の結晶材料は、フッ化カル
シウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグ
ネシウム、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロ
ーライド、及びリチウム・ストロンチウム・アルミニウ
ム・フローライドからなるグループから選択されること
を特徴とする請求項１９乃至２４の何れか一項記載の露
光装置。
【請求項２６】請求項１乃至２５の何れか一項記載の露
光装置を用いたデバイスの製造方法であって、前記基板上に感光材料を塗布する第１工程と、前記光源からの前記露光エネルギービームに基づいて、
前記基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパタ
ーンの像を投影する第２工程と、前記基板上の前記感光材料を現像する第３工程と、該現像後の感光材料をマスクとして前記基板上に所定の
回路パターンを形成する第４工程と、を有することを特
徴とするデバイス製造方法。
【請求項２７】投影原版上に設けられたパターンの像を
基板上に露光する方法において、２００ｎｍ以下の露光エネルギービームを供給する第１
工程と、供給された前記露光エネルギービームを前記投影原版へ
導く第２工程と、前記投影原版からの露光エネルギービームを少なくとも
２つの屈折光学部材へ導いた後に、前記パターンの像を
前記基板上に形成する第３工程とを含み、前記投影原版と前記基板との間に位置する全ての屈折光
学部材は、少なくとも２種類以上のフッ化物の結晶材料
からなることを特徴とする露光方法。
【請求項２８】波長２００ｎｍ以下の露光エネルギービ
ームを供給する光源を準備する工程と、第１のフッ化物結晶から第１屈折光学素子を形成する工
程と、該第１のフッ化物結晶とは異なる第２のフッ化物結晶か
ら第２屈折光学素子を形成する工程と、前記光源からの露光エネルギービームの光路中に沿って
前記第１及び第２屈折光学素子を配置する工程とを含む
ことを特徴とする露光装置の製造方法。