JP2008216498A - 投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増大を防止すると共に、結晶構造起因の複屈折の影響を低減して優れた結像性能を実現する投影光学系を提供する。
【解決手段】第１の物体面の像を第２の物体面に投影する投影光学系であって、前記第２の物体面から順に配置された複数の光学部材を有し、前記複数の光学部材は、等方結晶で構成され、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第１の光学部材及び第２の光学部材と、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第３の光学部材とを含み、前記第１の光学部材、前記第２の光学部材及び前記第３の光学部材の各々を通過する光線と光軸とのなす角の最大角度θ１、θ２、θ３が、｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３）を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レチクルのパターンの像を基板に投影する投影光学系に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する。

投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、近年の半導体デバイスの微細化への要求に伴い露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいる。例えば、露光光の短波長化については、従来はＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）を露光光として用いていたが、近年ではＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）を露光光として用いている。また、投影光学系の高ＮＡ化については、開口数０．９を超える投影光学系が開発されており、近年では、液浸露光技術を用いた開口数１．０を超える投影光学系（液浸投影光学系）が提案されている。ここで、液浸露光技術とは、投影光学系の最終レンズ（最終面）とウエハとの間を液体で満たすことによって、投影光学系の高ＮＡ化を更に進めるものである。

液浸投影光学系においては、一般的に、最終レンズとウエハとの間を満たす液体として純水が用いられ、最終レンズの硝材として石英が用いられており、開口数１．３５程度が構成上の限界値となっている。そこで、純水の屈折率よりも高い屈折率を有する液体と、石英の屈折率よりも高い屈折率を有する硝材とを用いることで、開口数を１．５又は１．６５以上まで大きくしようとする提案がなされている。

現在では、波長１９３ｎｍの光を透過し、石英の屈折率よりも高い屈折率を有する硝材として、ＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）が注目されている。但し、ＬｕＡＧは結晶硝材であるため、結晶構造起因の複屈折を含んでいる。また、屈折率が大きくなるにつれて、結晶構造起因の複屈折は大きくなる傾向がある。例えば、ＣａＦ_２（フッ化カルシウム）においては、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率は１．５０６であり、結晶構造起因の複屈折が最大で３．４ｎｍ／ｃｍとなる。一方、ＬｕＡＧにおいては、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率は２．１４であり、結晶構造起因の複屈折が最大で３０ｎｍ／ｃｍとなる。

開口数１．０を超えるような液浸投影光学系の場合、最終レンズとウエハとの間の液体を安定して制御するために、一般的には、最終レンズのウエハ側の面（ウエハ直上の面）が平面となっている。従って、投影光学系の開口数ＮＡ及び最終レンズの屈折率ｎＦＬが決まると、最終レンズを通過する光線と投影光学系の光軸とのなす角の最大角度θＭＸは、以下の数式１で定義される。
（数１）
θＭＸ ＞ ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ／ｎＦＬ）×１８０／π [°]
最終レンズの硝材をＬｕＡＧ（屈折率：２．１４）とした場合において、最終レンズを通過する光線と投影光学系の光軸とのなす角度θＦＬの開口数依存性を図１３に示す。図１３では、縦軸に角度θＦＬを、縦軸に投影光学系の開口数を採用する。図１３を参照するに、開口数が１．５のときの角度θＦＬは４４．５°となり、開口数が１．６５のときの角度θＦＬは５０°となる。

等方結晶硝材（平板形状）の結晶構造起因の複屈折分布を図１４に示す。図１４（ａ）は、＜１ １ １＞の結晶軸（結晶方位）周りの複屈折分布を示し、図１４（ｂ）は、＜１ ０ ０＞の結晶軸（結晶方位）周りの複屈折分布を示している。図１４において、径方向の位置は光線の通過角度を示し、同径方向は光線の通過方位角を示している。また、短線の長さは相対複屈折量を示し、短線の向きは複屈折の進相軸方位を示している。

図１４を参照するに、等方結晶硝材の結晶構造起因の複屈折は、＜１ ０ ０＞の結晶軸方位及び＜１ １ １＞の結晶軸方位で０となり、＜１ １ ０＞の結晶軸方位で最大となる。従って、＜１ ０ ０＞及び＜１ １ １＞の結晶軸を投影光学系の光軸に配向させた場合、開口数を大きくしていくと通過光線角度が大きくなり、結晶構造起因の複屈折が大きくなってしまう。

そこで、結晶構造起因の複屈折を補正するために、最終レンズと同じ結晶硝材又は最終レンズと同程度の複屈折を有する結晶硝材を投影光学系を構成する他のレンズに用いると共に、かかる結晶硝材の光軸周りの組み込み角度を制御する技術が提案されている。また、結晶構造起因の複屈折を補正する他の技術も従来から提案されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００４−４５６９２号公報 特開２００６−１１３５３３号公報

しかしながら、投影光学系の最終レンズに使用されるＬｕＡＧは非常に高価であり、投影光学系を構成する他のレンズに用いることは極力避けたい。更に、ＬｕＡＧは、透過率が低く（光吸収が大きく）、且つ、温度変化に対する屈折率の変化が大きいため、露光時の収差変動の点からも多用を避けたい。

また、特許文献１は、通過光線と投影光学系の光軸とのなす角の最大角度が３０°以上の結晶硝材に関して、＜１ ０ ０＞の結晶軸を投影光学系の光軸に配向させて結晶構造起因の複屈折を効率よく補正する技術を開示している。しかしながら、特許文献１は、結晶構造起因の複屈折が非常に大きい（例えば、複屈折が２０ｎｍ／ｃｍを超える）高屈折率結晶材料について考慮していない。このような高屈折率結晶硝材の場合には、＜１ ０ ０＞の結晶軸を投影光学系の光軸に配向させた結晶硝材だけではなく、＜１ １ １＞の結晶軸を投影光学系の光軸に配向させた結晶硝材の条件も規定しなければ、結晶構造起因の複屈折の補正は困難である。

特許文献２は、最終レンズと最終レンズに隣接するレンズに、結晶構造起因の複屈折の符号が互いに反対となるＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＣａＯ（酸化カルシウム）を用いることで、高屈折率結晶硝材の結晶構造起因の複屈折を補正する技術を開示している。しかしながら、特許文献２では、ＭｇＯ及びＣａＯについて、結晶構造起因の複屈折が低減するような結晶軸配置とだけ記載されており、具体的な結晶軸配置が規定されていない。更に、実際には、露光装置に用いることができるような高品質のＭｇＯやＣａＯは存在せず、開発も行われていない。

そこで、本発明は、コストの増大を防止すると共に、結晶構造起因の複屈折の影響を低減して優れた結像性能を実現する投影光学系を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての投影光学系は、第１の物体面の像を第２の物体面に投影する投影光学系であって、前記第２の物体面から順に配置された複数の光学部材を有し、前記複数の光学部材は、等方結晶で構成され、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第１の光学部材及び第２の光学部材と、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第３の光学部材とを含み、前記第１の光学部材、前記第２の光学部材及び前記第３の光学部材の各々を通過する光線と光軸とのなす角の最大角度θ１、θ２、θ３が、｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３）を満足することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、コストの増大を防止すると共に、結晶構造起因の複屈折の影響を低減して優れた結像性能を実現する投影光学系を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての投影光学系１００の構成を示す概略断面図であり、投影光学系１００を構成する光学部材（レンズ）のうちウエハ近傍の光学部材（レンズ）を示す。図１において、ＡＸは投影光学系１００の光軸を示し、ＩＭＧはウエハ面に相当する第２の物体面を示す。

投影光学系１００は、第１の物体面（レチクルのパターン）の像を第２の物体面ＩＭＧに投影する光学系であり、図１に示すように、第２の物体面ＩＭＧから順に配置された複数の光学部材（本実施形態では、光学部材ＬＥ０１、ＬＥ０２及びＬＥ０３）を有する。また、投影光学系１００は、投影光学系１００の光学部材ＬＥ０１と第２の物体面ＩＭＧとの間の空間が高屈折率を有する液体で満たされた液浸投影光学系である。

光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３は、高屈折率を有する等方結晶で構成され、例えば、ＬｕＡＧで構成される。光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３のうち、２つの光学部材に関しては、＜１ １ １＞の結晶軸が光軸ＡＸに配向しており、残りの１つの光学部材に関しては、＜１ ０ ０＞の結晶軸が光軸ＡＸに配向している。２つの＜１ １ １＞の結晶軸部材を光軸周りに異なる相対角度で組み込むことによって、瞳内複屈折分布の非対称成分を打ち消し合い小さくすることが可能となる。更に、＜１ ０ ０＞の結晶軸部材を組み込むことによって、２つの＜１ １ １＞結晶軸部材で強め合う瞳内複屈折分布の回転対称成分を打ち消して小さくすることが可能となる。このように、＜１ １ １＞の結晶軸が光軸ＡＸに配向された光学部材を少なくとも２つ、＜１ ０ ０＞の結晶軸が光軸ＡＸに配向している光学部材を少なくても1つ用いることで、かかる光学部材の各々で発生する複屈折を打ち消すことが可能となる。

図１には、光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３を通過する光線（通過光線）のうち光軸ＡＸとなす角の角度が最大となる光線を含む最大像高の光束ＬＡが示されている。また、光学部材ＬＥ０１における通過光線Ｌ１と光軸ＡＸとのなす角の最大角度θ１を図２に示す。同様に、光学部材ＬＥ０２における通過光線Ｌ２と光軸ＡＸとのなす角の最大角度θ２を図３に示し、光学部材ＬＥ０３における通過光線Ｌ３と光軸ＡＸとのなす角の最大角度θ３を図４に示す。

投影光学系１００において、光学部材ＬＥ０１における最大角度θ１、光学部材ＬＥ０２における最大角度θ２及び光学部材ＬＥ０３における最大角度θ３は、以下の数式２を満足する。
（数２）
｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３）
投影光学系１００は、上述した光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３に関する条件を満たすことによって、２０ｎｍ／ｃｍを超える結晶構造起因の複屈折が光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３に含まれていても互いに打ち消すことができる。換言すれば、投影光学系１００は、３つの光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３で生じる結晶構造起因の複屈折を小さくすることができる。

また、投影光学系１００は、光学部材ＬＥ０３の直上の光学部材を等方結晶で構成することによって、結晶構造起因の複屈折を良好に補正することができる。この場合、光学部材ＬＥ０１乃至ＬＥ０３における最大角度θ１乃至θ３のうち最大の角度θｍａｘ及び光学部材ＬＥ０３の直上の光学部材における通過光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度θ４が、以下の数式３を満足することが好ましい。これにより、結晶構造起因の複屈折を更に良好に補正することができる。
（数３）
｜θｍａｘ−θ４｜ ＜ １０°
以下、本発明に係る投影光学系１００について具体的に説明する。

図５は、実施例１の投影光学系１００の構成を示す概略断面図であり、投影光学系１００を構成するレンズのうち第２の物体面（ウエハ面）近傍のレンズを示す。実施例１の投影光学系１００は、１．５５の開口数（ＮＡ）を有し、複数のレンズと、少なくとも１つの反射部材とを含む反射屈折型の光学系である。実施例１の投影光学系１００は、第２の物体面ＩＭＧから順に、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３で構成される最終レンズ（レンズ群）Ｌ１１０と、非球面レンズＬ１２０とを有する。平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３は、ＬｕＡＧで構成され、非球面レンズＬ１２０は、ＣａＦ_２で構成される。実施例１の投影光学系１００を構成する図示しない他のレンズは、石英で構成される。

実施例１の投影光学系１００において、像高は１２．５ｍｍ乃至６６．５ｍｍまで使用可能であり、２６×７ｍｍのスリット有効領域を確保している。実施例１の投影光学系１００の数値諸元表を以下の表１に示す。表１において、第１列は第２の物体面ＩＭＧから光の進行方向と逆の方向に沿った面番号、第２列は面番号に対応した各面の曲率半径（ｍｍ）、第３列は各面の軸上間隔（ｍｍ）、第４列は硝材を示す。第２列に示す曲率は、第１の物体面側の凸を正としている。
（表１）
ＮＡ＝１．５５
最大物高＝６６．５ｍｍ
面番号 曲率半径 軸上間隔 硝材
1 第２の物体面 1.000000
2 平面 14.042980 LuAG L111
3 平面 0.000000
4 平面 16.589870 LuAG L112
5 平面 0.000000
6 平面 26.367150 LuAG L113
7 87.00000 1.00000
8 196.24806（非球面） 42.366835 CaF2 L120
9 104.60882
また、面番号８の非球面の形状を以下の表２に示す。非球面の形状は、Ｘ＝（Ｈ^２／４）／（１＋（（１−（１＋ｋ）・（Ｈ／ｒ）^２））^１／２）＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２で与えられるものとする。ここで、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは非球面係数である。
（表２）
（非球面データ）
面番号８
Ｋ＝１．１９８５４６２６１７２０ｅ＋０００
Ａ＝１．３１７８８５７７７０５０ｅ−００８
Ｂ＝１．２０３７７５４２６５７０ｅ−０１１
Ｃ＝−８．５３４２０６８５５０１０ｅ−０１６
Ｄ＝１．３４２１３４４４８９５０ｅ−０１９
Ｅ＝−１．０４９４２３４７３３５０ｅ−０２３
実施例１の投影光学系１００において、最終レンズＬ１１０（平行平板Ｌ１１１）と第２の物体面ＩＭＧとの間の空間には、１．８５の屈折率を有する液体が満たされている。

最終レンズＬ１１０は、上述したように、２つの平行平板Ｌ１１１及びＬ１１２と、正の焦点距離を有する平凸レンズＬ１１３とを含み、全体として正の焦点距離を有するレンズ群である。平行平板Ｌ１１１と平行平板Ｌ１１２との間、及び、平行平板Ｌ１１２と平凸レンズＬ１１３との間には、レンズの開口数以上の屈折率を有する液層を形成してもよいが、多層の液層を構成した場合には、液層の制御が困難である。また、平行平板Ｌ１１１と、平行平板Ｌ１１２と、平凸レンズＬ１１３とを接着材を用いて接着してもよいが、エキシマレーザーに対する接着材の耐久性や接着材起因の収差変化が問題となる。そこで、実施例１の投影光学系１００では、オプティカルコンタクトによって平行平板Ｌ１１１と、平行平板Ｌ１１２と、平凸レンズＬ１１３とを結合（接着）させている。これにより、平行平板Ｌ１１１、平行板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３（即ち、最終レンズＬ１１０）を保持するレンズ保持機構の構成を簡易にすることができるという利点もある。ここで、オプティカルコンタクトとは、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の各面を高度に平滑化し、分子間力を利用して平行平板Ｌ１１１と、平行平板Ｌ１１２と、平凸レンズＬ１１３とを結合させる技術である。

実施例１の投影光学系１００において、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３は、上述したように、波長１９３ｎｍの光に対して２．１４の屈折率を有するＬｕＡＧで構成される。

平行平板Ｌ１１１を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度（θ１）、平行平板Ｌ１１２を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度（θ２）及び平凸レンズＬ１１３を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度（θ３）は、全て４６．４°である。従って、実施例１の投影光学系１００は、数式２の条件を満たしている。

平行平板Ｌ１１１は、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させており、＜０ １ ０＞の結晶軸をＹ軸方向に配向させている。図５では、紙面に対して垂直な方向をＸ軸（紙面の裏側から表側に向かう方向をプラス方向）とし、右手系の座標系を定義している。

平行平板Ｌ１１２は、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。また、平行平板Ｌ１１１の＜０ １ ０＞の結晶軸と平行平板Ｌ１１２の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像とのなす光軸周りの相対角度が４５°となるように、平行平板Ｌ１１１及び平行平板Ｌ１１２が配置されている。

平凸レンズＬ１１３は、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。また、平行平板Ｌ１１２の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像と平凸レンズＬ１１３の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像とのなす光軸周りの相対角度が６０°となるように、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３が配置されている。

実施例１の投影光学系１００は、上述した構成を有することで、最終レンズＬ１１０で発生する結晶構造起因複屈折を低減させることが可能となる。

実施例１の投影光学系は、数式２の条件を満たすことで、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の角度差を小さくすることができる。図１４に示したように、等方結晶の場合、通過光線角度によって発生する結晶構造起因の複屈折量は異なる。従って、＜１ １ １＞又は＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸方向に配向させた場合、通過光線角度が大きくなるにつれて発生する複屈折量が大きくなる。このとき、数式２の条件を満たさず、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の角度差が大きくなると、各光学部材で発生する各像点に相当する光束の瞳内複屈折量が大きく異なってしまう。これにより、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の結晶軸（結晶方位）や組み込み角度を規定して最終レンズＬ１１０で発生する複屈折を補正する効果が低減し、複屈折を良好に打ち消すことが困難となってしまう。従って、最終レンズＬ１１０で発生する結晶構造起因の複屈折量が大きくなり、投影光学系１００を構成する他の光学部材（レンズ）に高屈折率結晶硝材を多用しなければ、投影光学系１００の全系での複屈折量を低減することができなくなってしまう。一方、実施例１の投影光学系１００は数式２の条件を満たすため、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３における通過光線角度が略等しくなり、最終レンズＬ１１０で発生する結晶構造起因の複屈折を効率よく補正することができる。

また、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の光軸ＡＸに配向させる結晶軸の方向は、例えば、製造誤差等でばらついてしまう。従って、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の光軸ＡＸに配向させる結晶軸と光軸ＡＸとのなす角（即ち、結晶軸と光軸ＡＸとのずれ）の角度αは、以下の数式４を満たすことが好ましい。角度αが数式４の条件を満たさない場合には、最終レンズＬ１１０で発生する結晶構造起因の複屈折の良好な補正効果が得られなくなってしまう。
（数４）
｜α｜ ＜ ２．０°
最終レンズＬ１１０の結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を図６に示す。図６（ａ）は、最終レンズＬ１１０を構成する平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向させた場合の瞳内リターダンス分布を示している。図６（ｂ）は、実施例１の投影光学系１００の構成の場合の瞳内リターダンス分布を示している。評価像高は、スリット中心に相当する図５に示す第２の物体面ＩＭＧのＹ＝７．５ｍｍ、Ｘ＝０．０ｍｍである。

最終レンズＬ１１０が１つの＜１ ０ ０＞結晶硝材からなるとした場合、即ち、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向させ、光軸周りにすべて同じ組み込み角度に設定した場合を考える。この場合、図６（ａ）に示すように、リターダンスの瞳内平均値周りのＲＭＳで０．２６λと非常に大きなリターダンス分布が発生している。このように大きなリターダンスを補正するためには、最終レンズＬ１１０以外の光学部材にもＬｕＡＧを多用しなければならない。しかし、ＬｕＡＧは、波長１９３ｎｍの光に対する透過率が低く、また、研磨によって所望の面精度を得ることが難しいため、ＬｕＡＧの多用は避けたい。

一方、実施例１の投影光学系１００では、上述したように、最終レンズＬ１１０が結晶軸の異なる複数のＬｕＡＧで構成され、また、光軸周りの組み込み角度も規定されている。これにより、最終レンズＬ１１０の全体のリターダンスは、図６（ｂ）に示すように、リターダンスの瞳内平均値周りのＲＭＳで０．０４６λとなり、図６（ａ）と比較して、１／５以下の値となっている。そこで、最終レンズＬ１１０以外の光学部材に、結晶構造起因の複屈折が最大で３．４ｎｍ／ｃｍであるＣａＦ_２やＣａＦ_２の特性に似た特性を有する結晶構造起因の複屈折が最大で２５ｎｍ／ｃｍであるＢａＬｉＦ_３等を用いる。これにより、最終レンズＬ１１０の結晶構造起因の複屈折を補正することができる。また、反射防止用にレンズの表面に形成される薄膜（反射防止膜）に起因する複屈折や硝材の残留応力複屈折によって、最終レンズＬ１１０の結晶構造起因の複屈折を補正することも可能となる。

非球面レンズＬ１２０は、本実施形態では、ＣａＦ_２で構成され、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。非球面レンズＬ１２０の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像と平凸レンズＬ１１３の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像とのなす光軸周りの相対角度が０°となるように、非球面レンズＬ１２０及び平凸レンズＬ１１３が配置されている。

非球面レンズＬ１２０を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度（θ４）と、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度との角度差は数度であり、数式３の条件を満たしている。

実施例１の投影光学系１００は、数式３の条件を満たすことで、数式２の条件と同様に、最終レンズＬ１１０及び非球面レンズＬ１２０の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の角度差を小さくすることができる。実施例１では、非球面レンズＬ１２０は、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向させており、最終レンズＬ１１０を分割しても補正できないリターダンス成分のうち、＜１ １ １＞の結晶軸に起因するリターダンス分布を補助的に補正する。このとき、数式３の条件を満たさず、最終レンズＬ１１０及び非球面レンズＬ１２０の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の角度の差が大きくなる場合を考える。この場合、各像点に相当する光束の瞳内リターダンス分布において、最終レンズＬ１１０を構成する＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向させた光学部材のリターダンス分布と非球面レンズＬ１２０のリターダンス分布が大きく異なってしまう。これにより、非球面レンズＬ１２０の結晶軸（結晶方位）や組み込み角度を規定して最終レンズＬ１１０で発生する複屈折を補助的に補正する効果が低減し、複屈折を良好に打ち消すことが困難となってしまう。一方、実施例１の投影光学系１００は数式３の条件を満たすため、最終レンズＬ１１０及び非球面レンズＬ１２０における通過光線角度が略等しくなり、最終レンズＬ１１０で発生する結晶構造起因の複屈折を効率よく補正することができる
実施例１の投影光学系１００における結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を図７に示す。図７（ａ）は、図５に示す第２の物体面ＩＭＧ上のＹ＝７．５ｍｍ、Ｘ＝０．０（スリット中心相当）の像高の瞳内リターダンス分布を示している。図７（ｂ）は、図５に示す第２の物体面ＩＭＧ上のＹ＝７．５ｍｍ、Ｘ＝１３ｍｍ（スリットエッジ相当）の像高の瞳内リターダンス分布を示している。図７を参照するに、リターダンスの瞳内平均値周りのＲＭＳは、スリット中心で４２．５ｍλ、スリットエッジで４３．６ｍλに補正されている。

このように、実施例１の投影光学系１００は、コストの増大を防止すると共に、結晶構造起因の複屈折の影響を低減して優れた結像性能を実現することができる。但し、最終レンズＬ１１０を構成する平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３は、実施例１に示した配置に限定するものではない。例えば、最終レンズＬ１１０を構成する２つの光学部材が＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向し、残りの１つの光学部材が＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向していればよい。また、各光学部材の組み込み角度は、必要に応じて、最適な組み込み角度を設定すればよい。更に、最終レンズＬ１１０を構成する光学部材の結晶軸、硝材、曲率や厚さなども適宜設定すればよい。また、最終レンズＬ１１０を構成する光学部材は、平行平板Ｌ１１１、平行平板Ｌ１１２及び平凸レンズＬ１１３の３つに限定するものではなく、等方結晶で構成される光学部材を追加して４つの光学部材で最終レンズＬ１１０を構成してもよい。

図８は、実施例２の投影光学系１００の構成を示す概略断面図であり、投影光学系１００を構成するレンズのうち第２の物体面（ウエハ面）近傍のレンズを示す。実施例２の投影光学系１００は、１．７０の開口数（ＮＡ）を有し、複数のレンズと、少なくとも１つの反射部材とを含む反射屈折型の光学系である。実施例２の投影光学系１００は、第２の物体面ＩＭＧから順に、凸レンズＬ１５１、凸レンズＬ１５２、凸レンズＬ１５３、凸レンズＬ１５４で構成される最終レンズ（レンズ群）Ｌ１５０を有する。凸レンズＬ１５１、凸レンズＬ１５２、凸レンズＬ１５３及び凸レンズＬ１５４は、ＬｕＡＧで構成される。実施例２の投影光学系１００を構成する図示しない他のレンズは、石英で構成される。

実施例２の投影光学系１００において、像高は１２．５ｍｍ乃至６６．０ｍｍまで使用可能であり、２６×７ｍｍのスリット有効領域を確保している。実施例２の投影光学系１００の数値諸元表を以下の表３に示す。表３において、第１列は第２の物体面ＩＭＧから光の進行方向と逆の方向に沿った面番号、第２列は面番号に対応した各面の曲率半径（ｍｍ）、第３列は各面の軸上間隔（ｍｍ）、第４列は硝材を示す。
（表３）
ＮＡ＝１．７０
最大物高＝６６．０ｍｍ
面番号 曲率半径 軸上間隔 硝材
1 第２の物体面 0.50000
2 平面 16.500000 LuAG L151
3 500.00000 0.000000
4 500.00000 16.500000 LuAG L152
5 400.00000 0.000000
6 400.00000 16.000000 LuAG L153
7 150.00000 0.000000
8 150.00000 21.000000 LuAG L154
9 84.86056 1.000000
実施例２の投影光学系１００において、最終レンズＬ１５０（凸レンズＬ１５１）と第２の物体面ＩＭＧとの間の空間には、１．８０の屈折率を有する液体が満たされている。

最終レンズＬ１５０は、上述したように、２つの凸レンズＬ１５１乃至Ｌ１５４を含み、全体として正の焦点距離を有するレンズ群である。実施例２の投影光学系１００では、オプティカルコンタクトによって凸レンズＬ１５１と、凸レンズＬ１５２と、凸レンズＬ１５３と、凸レンズＬ１５４とを結合（接着）させている。

実施例１の投影光学系１００において、凸レンズＬ１５１乃至Ｌ１５４は、上述したように、波長１９３ｎｍの光に対して２．１４の屈折率を有するＬｕＡＧで構成される。

凸レンズＬ１５１乃至Ｌ１５４の各々を通過する光線と光軸ＡＸとのなす角の最大角度は、全て５２．６°である。凸レンズＬ１５１における最大角度θ１、凸レンズＬ１５２における最大角度θ２及び凸レンズＬ１５３における最大角度θ３及び凸レンズＬ１５４における最大角度θ４は、以下の数式５を満足する。
（数５）
｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３、４）
凸レンズＬ１５１は、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させており、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸垂直面への射影像を図８のy軸方向に配向させている。図８では、紙面に対して垂直な方向をＸ軸（紙面の裏側から表側に向かう方向をプラス方向）とし、右手系の座標系を定義している。

凸レンズＬ１５２は、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。また、凸レンズＬ１５１の＜１ ０ ０＞の結晶軸と凸レンズＬ１５２の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像とのなす光軸周りの相対角度が６０°となるように、凸レンズＬ１５１及び凸レンズＬ１５２が配置されている。

凸レンズＬ１５３は、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。また、凸レンズＬ１５２の＜１ ０ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像と凸レンズＬ１５３の＜０ １ ０＞の結晶軸の光軸垂直面への射影像とのなす光軸周りの相対角度が０°となるように、凸レンズＬ１５２及び凸レンズＬ１５３が配置されている。

凸レンズＬ１５４は、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸ（光軸方向）に配向させている。また、凸レンズＬ１５３の＜０ １ ０＞の結晶軸と凸レンズＬ１５４の＜０ １ ０＞の結晶軸とのなす光軸周りの相対角度が４５°となるように、凸レンズＬ１５３及び凸レンズＬ１５４が配置されている。

実施例２の投影光学系１００は、上述した構成を有することで、最終レンズＬ１５０で発生する結晶構造起因複屈折を低減させることが可能となる。

実施例２の投影光学系１００における結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を図９に示す。図９（ａ）は、図８に示す第２の物体面ＩＭＧ上のＹ＝６．０ｍｍ、Ｘ＝０．０（スリット中心相当）の像高の瞳内リターダンス分布を示している。図９（ｂ）は、図８に示す第２の物体面ＩＭＧ上のＹ＝６．０ｍｍ、Ｘ＝１３ｍｍ（スリットエッジ相当）の像高の瞳内リターダンス分布を示している。図９を参照するに、リターダンスの瞳内平均値周りのＲＭＳは、スリット中心で４０．６ｍλ、スリットエッジで４３．４ｍλに補正されている。

このように、実施例２の投影光学系１００は、コストの増大を防止すると共に、結晶構造起因の複屈折の影響を低減して優れた結像性能を実現することができる。但し、最終レンズＬ１５０を構成する２つの光学部材が＜１ １ １＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向し、残りの２つの光学部材が＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸ＡＸに配向していればよく結晶軸の順番を制約するものではない。また、各光学部材の組み込み角度は、必要に応じて、最適な組み込み角度を設定すればよい。更に、最終レンズＬ１５０を構成する光学部材の結晶軸、硝材、曲率や厚さなども適宜設定すればよい。

以下、図１０を参照して、本発明に係る投影光学系１００を適用した露光装置２００について説明する。図１０は、本発明に係る露光装置２００の構成を示す概略断面図である。

露光装置２００は、投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給される液体ＬＷを介して、レチクル２２０のパターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ２４０に露光する液浸露光装置である。

露光装置２００は、図１０に示すように、照明装置２１０と、レチクル２２０を載置するレチクルステージ２２５と、投影光学系１００と、ウエハ２４０を載置するウエハステージ２４５と、測距装置２５０と、ステージ制御部２６０を有する。また、露光装置２００は、液体供給部２７０と、液浸制御部２８０と、液体回収部２９０と、ノズルユニットＮＵとを有する。

照明装置２１０は、光源部２１２と、照明光学系２１４とを有する。本実施形態では、光源部２１２の光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。

照明光学系２１４は、光源部２１２からの光でレチクル２２０を照明する光学系である。

レチクル２２０は、図示しないレチクル搬送系によって露光装置２００の外部から搬送され、レチクルステージ２２５に支持及び駆動される。

レチクルステージ２２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２２０を支持し、ステージ制御部２６０によって制御される。

投影光学系１００は、第１の物体面としてのレチクル２２０上のパターンの像を第２の物体面としてのウエハ２４０上に投影する投影光学系である。投影光学系１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施形態では、基板としてウエハ２４０を用いる。しかし、ウエハ２４０の代わりにガラスプレート、その他の基板を使用することもできる。ウエハ２４０には、フォトレジストが塗布されている。

液体保持部２４４は、ウエハステージ２４５に支持されたウエハ２４０の周囲に配置される。液体保持部２４４は、ウエハ２４０の表面と同じ高さの表面を有する板である。また、液体保持部２４４は、ウエハ２４０の外周付近のショットを露光する際に、ウエハ２４０の外側の領域の液体ＬＷを保持する。

測距装置２５０は、レチクルステージ２２５の位置及びウエハステージ２４５の位置を、参照ミラー２５２及び２５４、及び、レーザー干渉計２５６及び２５８を使用してリアルタイムに計測する。測距装置２５０による測距結果は、ステージ制御部２６０に伝達される。

ステージ制御部２６０は、測距装置２５０の測距結果に基づいて、位置決めや同期制御のために、レチクルステージ２２５及びウエハステージ２４５の駆動を制御する。

液体供給部２７０は、投影光学系１００の最終レンズとウエハ２４０との間の空間又は間隙に液体ＬＷを供給する。液体供給部２７０は、液体供給配管２７２を有する。液体供給部２７０は、投影光学系１００の最終レンズの周囲に配置された液体供給配管２７２を介して液体ＬＷを供給する。これにより、投影光学系１００とウエハ２４０との間の空間には、液体ＬＷの液膜が形成される。

液浸制御部２８０は、ウエハステージ２４５の現在位置、速度、加速度などの情報をステージ制御部２６０から取得し、かかる情報に基づいて、液浸露光に係る制御を行う。

液体回収部２９０は、液体供給部２７０によって投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷを回収する機能を有し、液体回収配管２９２を有する。液体回収配管２９２は、液体供給部２７０によって投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷをノズルユニットＮＵに形成された液体回収口を介して回収する。

ノズルユニットＮＵのウエハ２４０側には液体供給口と、液体回収口とが形成されている。液体供給口は、液体ＬＷを供給するための供給口であり、液体供給配管２７２に接続される。液体回収口は、供給した液体ＬＷを回収するための開口であり、液体回収配管２９２に接続される。

露光において、光源部２１２から発せられた光束は、照明光学系２１４によりレチクル２２０を照明する。レチクル２２０のパターンは、投影光学系１００により、液体ＷＴを介してウエハ２４０に結像される。露光装置２００が用いる投影光学系１００は、優れた結像性能を有し、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１１及び図１２を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１２は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明の投影光学系は、液浸露光装置でなくても適用することができる

本発明の一側面としての投影光学系の構成を示す概略断面図である。 図１に示す投影光学系を構成する光学部材における通過光線と光軸とのなす角の最大角度を示す図である。 図１に示す投影光学系を構成する光学部材における通過光線と光軸とのなす角の最大角度を示す図である。 図１に示す投影光学系を構成する光学部材における通過光線と光軸とのなす角の最大角度を示す図である。 本発明に係る実施例１の投影光学系の構成を示す概略断面図である。 実施例１の投影光学系における最終レンズの結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を示す図である。 実施例１の投影光学系における結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を示す図である。 本発明に係る実施例２の投影光学系の構成を示す概略断面図である。 実施例２の投影光学系における結晶構造起因の複屈折による瞳内リターダンス分布を示す図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。 最終レンズの硝材をＬｕＡＧ（屈折率：２．１４）とした場合において、最終レンズを通過する光線と投影光学系の光軸とのなす角度θＦＬの開口数依存性を示すグラフである。 等方結晶硝材の結晶構造起因の複屈折分布を示す図である。

符号の説明

１００ 投影光学系
ＬＥ０１乃至ＬＥ０３ 光学部材
ＡＸ 光軸
ＩＭＧ 第２の物体面
Ｌ１１０ 最終レンズ
Ｌ１１１及びＬ１１２ 平行平板
Ｌ１１３ 平凸レンズ
Ｌ１２０ 非球面レンズ
Ｌ１５０ 最終レンズ
Ｌ１５１乃至Ｌ１５４ 凸レンズ
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２１４ 照明光学系
２４０ ウエハ
２７０ 液体供給部
２９０ 液体回収部

Claims (10)

1. 第１の物体面の像を第２の物体面に投影する投影光学系であって、
   前記第２の物体面から順に配置された複数の光学部材を有し、
   前記複数の光学部材は、等方結晶で構成され、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第１の光学部材及び第２の光学部材と、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第３の光学部材とを含み、
   前記第１の光学部材、前記第２の光学部材及び前記第３の光学部材の各々を通過する光線と光軸とのなす角の最大角度θ１、θ２、θ３が、
   ｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３）
   を満足することを特徴とする投影光学系。
2. 前記複数の光学部材は、オプティカルコンタクトによって結合されていることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
3. 前記複数の光学部材は、正の焦点距離を有する光学部材と、平行平板からなる光学部材とを含むことを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
4. 前記正の焦点距離を有する光学部材と前記平行平板からなる光学部材とは、同じ等方結晶で構成されることを特徴とする請求項３記載の投影光学系。
5. 前記等方結晶は、ＬｕＡＧであることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
6. 前記複数の光学部材の各々は、凸レンズであることを特徴とする請求項２記載の投影光学系。
7. 第１の物体面の像を第２の物体面に投影する投影光学系であって、
   前記第２の物体面から順に配置された複数の光学部材を有し、
   前記複数の光学部材は、等方結晶で構成され、＜１ １ １＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第１の光学部材及び第２の光学部材と、＜１ ０ ０＞の結晶軸を光軸方向に配向させた第３の光学部材及び第４の光学部材とを含み、
   前記第１の光学部材、前記第２の光学部材、前記第３の光学部材及び前記第４の光学部材の各々を通過する光線と光軸とのなす角の最大角度θ１、θ２、θ３、θ４が、
   ｜θｉ−θｊ｜ ＜ ５° （ｉ、ｊ＝１、２、３、４）
   を満足することを特徴とする投影光学系。
8. 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンの像を基板に投影する請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
9. 前記投影光学系と前記基板との間に液体を供給する液体供給部を更に有することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
10. 請求項８又は９記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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