JP2008283007A - 液浸光学系、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査型露光装置の投影光学系として好適な液浸光学系において、ＮＡを最終レンズに用いられる硝材の屈折率の屈折率近傍以上まで高める。
【解決手段】
液浸光学系において、最終レンズ面をＤＯＥもしくはＢＯのような回折光学素子またはマイクロレンズアレイにより構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源からの光を物体上に集束させる光学系、特に、最終レンズ面と物体との間に液体を満たした液浸光学系、これを備えた露光装置、およびこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。

顕微鏡や半導体露光装置等の光学系の解像度を高めるために、物体と光学系の最終レンズ面との間に、屈折率が１より大きい液浸媒質（液体）を満たし、実効的な開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を高める液浸法が用いられている。

図１１は、従来の液浸法を用いた光学系の一部を示すものである。該光学系は、最終レンズ５０１と、液浸媒質５０２とを有して構成され、光束５００は、レンズ５０１に入射し、液浸媒質５０２を透過しながら物体５０３上に最大入射角度θ_２で集束される。この場合の光学系のＮＡは、液浸媒質の屈折率をｎ_２とすると、
ＮＡ＝ｎ_２×ｓｉｎθ_２ 式１
となる。また、解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは、波長をλとすると、
Ｒ＝ｋ_１×λ／ＮＡ 式２
ＤＯＦ＝ｋ_２×λ／［２×ｎ_２×｛１−（１−（ＮＡ／ｎ_２）^２）^１／２｝］ 式３
と表される。ここで、ｋ_１、ｋ_２はプロセスや照明条件に依存する比例定数である。

したがって、ＮＡを高めることで解像度Ｒは値が小さくなり、より微細な光学像を得ることが可能となる。また、ＮＡを高めることで焦点深度ＤＯＦは増大するため、物体位置の誤差やフォーカス位置の誤差による光学像の劣化を低減することが可能となる。
ここで、レンズと物体間に屈折率ｎ_２が１より大きい液浸媒質を満たすことで、ＮＡを１より高めることが可能となり、より小さい解像度（高い解像力）の光学系でありながらも焦点深度ＤＯＦの増大が可能となる。
現在は液浸露光装置が開発され、いっそうの高ＮＡ化が望まれ、２０１０年にはＮＡが１．５以上の高ＮＡ露光装置が必要とされるようになることが見込まれる。

しかしながら、図１１に示すように、最終レンズ面が平面の場合は、
ｎ_１×ｓｉｎθ_１＝ｎ_２×ｓｉｎθ_２＝ｎ_３×ｓｉｎθ_３ 式４
であるので、ＮＡの最大値は、ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３の最も小さいもので決定される。ここで、ｎ_１は該レンズの硝材の屈折率、θ_１は硝材の入射角、ｎ_２は液浸媒質の屈折率、θ_２は液浸媒質中への入射角、ｎ_３はレジストなどの物体の屈折率、θ_３は物体の入射角である。

現状では、例えば、光源を波長λ＝１９３ｎｍのＡｒＦレーザ、最終レンズの硝材をＳｉＯ_２とすると、屈折率ｎ_１＝１．５６となる。液浸媒質としては、例えば、非特許文献１に記載されたＪＳＲ−ＨＩＦ＿１を用いると、波長１９３ｎｍにおいてｎ_２＝１．６４の屈折率が得られる。また、レジストの屈折率は通常、ｎ_３＝１．７程度である。
屈折率が１．５６以上の高屈折率硝材の開発も進んでいるが、透過率や複屈折性などの問題があり実用化は難しいため、液浸媒質と硝材とレジストの中で最も低い屈折率は硝材となっている。

また、ｓｉｎθｉ（ｉ＝１，２，３）の理論上の最大値は１であるが、実際にはｓｉｎθｉが１に近づくにつれて界面での反射率が急激に高くなるため、ＮＡを硝材の屈折率ｎ_１近傍まで高めることができない。
この最終レンズ面が平面の場合に光学系のＮＡを硝材の屈折率近傍以上に高めることができないという課題は、最終レンズ面をＮＡに応じた曲率半径を有した形状にすれば解決できる（特許文献１）。しかしこの場合、物体面上の一点に結像することは容易にできるが、物体に光が照射される領域全面で良好な結像特性を得ることが難しい。

特許文献１に記載されたレンズは、図１２のように、光源からの光を第１の面１３ａに向かって集束させる光学系であり、該第１の面に最も近いレンズ面１１ａが凹面であるレンズと、該レンズ面と第１の面との間の光の透過領域を満たす液体１２とを有する。さらに、以下の
ｄ＞Ｌ／［２×ｔａｎ｛ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ／ｎ_２）｝］ 式５
の条件を満足することを特徴とする。
ここで、第１の面に対して略直交する方向において該レンズ面上の第１の点１１ｂと第１の面上の第２の点１３ｂとの間の距離が最大となる場合に、ｄは第１の点と第２の点との間の距離である。また、Ｌ／２は第２の点から第１の面上での光の照射領域の端までの最大距離、ＮＡは該光学系の開口数、ｎ_２は該液体１２の屈折率である。
式５によると、例えば、波長１９３ｎｍ、ＮＡ＝１．５、ｎ_２＝１．６４、物体面上に一度に光を入射する領域の最大長さ２０ｍｍ以上という条件は、ｄ＜４．４２（ｍｍ）では成立しないことになる。

一方、液浸高ＮＡ露光による一般的な問題として、特許文献２では、液浸における液体の揺らぎから波面収差が発生する量について述べ、液浸液の厚さを波面収差の許容値から見積もっている。
液体の屈折率がｎｏからｎｏ＋Δｎの揺らぎがあった場合、波面収差の揺らぎによる変化ΔＷは最大値として次式で表現される。
ΔＷ＝Δｎ・ｄ／ｃｏｓθ_ＭＡＸ 式６
上記例で、θ_ＭＡＸ＝６６°、ΔＷの許容発生量を３０ｍλとして、ｄ＜４．４２として上式に数値を代入すると、Δｎ＜０．５２４（ｐｐｍ）となる。
したがって、厳しい屈折率管理が必要となる。

逆に屈折率揺らぎがΔｎ＝１（ｐｐｍ）であったとき、液浸液の厚さは２．３（ｍｍ）まで、すなわちｄ＜２．３としなければならない。
液体の屈折率揺らぎは、実際にはさまざまな要因からおこるが、主要な温度変化のみによるとすると液体固有の温度変化による屈折率変化（ｄｎ／ｄＴ）によって屈折率揺らぎを想定できる。
温度制御が例えば０．０１（Ｋ）程度であったとき、上式から、液浸液が非特許文献１のＪＳＲ−ＨＩＦ＿１ではｄｎ／ｄＴ＝−５．６０×１０^−４／Ｋなのでこれを用いてΔｎ＝１（ｐｐｍ）では厚さ０．４（ｍｍ）まで許容できる。また、水ではｄｎ／ｄＴ＝−１．０×１０^−４／Ｋなので厚さ２．３（ｍｍ）まで許容できる。
特開２００６−１８９５７０号公報 特開２００４−２０７７０９号公報 「Ｔａｋａｓｈｉ Ｍｉｙａｍａｔｓｕ， Ｙｏｎｇ Ｗａｎｇ， Ｍｏｔｏｙｕｋｉ Ｓｈｉｍａ， Ｓｈｉｒｏ Ｋｕｓｕｍｏｔｏ， Ｔａｋａｓｈｉ Ｃｈｉｂａ， Ｈｉｒｏｋｉ，Ｎａｋａｇａｗａ， Ｋａｔｓｕｈｉｋｏ Ｈｉｅｄａ， ａｎｄ Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｓｈｉｍｏｋａｗａ， "Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ Ｆｌｕｉｄ （ＨＩＦ）"， Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ． Ｖｏｌ． ５７５３， Ｐ． １０ （２００５）」

したがって、ＮＡ＝１．５以上の高ＮＡ光学系を有する液浸露光装置において、像面上に一度に光を入射する領域の最大長さが２０ｍｍ以上である領域全面で良好な結像特性を得、かつ光学系の最終面と像面との間隔を狭くすることが課題となる。
本発明は、このような課題を解決するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る第１の液浸光学系は、光源からの光を被照射面に向かって集束させるために、最終レンズ面と被照射面との間の前記光の透過領域を液体で満たして用いられる液浸光学系であって、前記最終レンズ面が凹面形状と等価な回折光学素子を有することを特徴とする。

また、本発明に係る第２の液浸光学系は、光源からの光を被照射面に向かって集束させるために、最終レンズ面と被照射面との間の前記光の透過領域を液体で満たして用いられる液浸光学系であって、前記光を複数の光束に分割すると共に、前記複数の光束をマイナスの曲率により前記被照射面上の異なる位置に集光する分割集光手段を有することを特徴とする。

そして、本発明に係る露光装置は、画像形成手段と該画像形成手段により形成される画像を基板上に投影する投影光学系とを備え、前記画像と前記基板とを前記投影光学系に対し走査方向に同期して走査することにより前記画像を前記基板に露光する露光装置であって、前記投影光学系が前記の液浸光学系であることを特徴とする。

本発明によれば、液浸法を用いた光学系において、液浸媒質よりも最終レンズの屈折率が低い場合においても該光学系のＮＡを最終レンズの屈折率近傍以上に高めることが可能となる。また、該光学系を投影光学系に用いた露光装置は、開口数を高めつつ現状と同等の画面サイズで良好な結像性能を得ることができ、従来に比べて、より微細なパターン転写を高速で行うことができるようになる。

液浸光学系は、光源からの光を被照射面に向かって集束させるために、最終レンズ面と被照射面との間の前記光の透過領域を液体で満たして用いられるものである。
そして、本発明に係る第１の液浸光学系は、前記最終レンズ面が凹面形状と等価な回折光学素子を有することを特徴としている。

また、本発明に係る第２の液浸光学系は、光源からの光を複数の光束に分割すると共に、前記複数の光束をマイナスの曲率により前記被照射面上の異なる位置に集光する分割集光手段を有することを特徴としている。
第２の液浸光学系の好ましい実施の形態において、前記最終レンズ面を構成する硝材の屈折率は前記液体（液浸媒質）の屈折率より小さい。また、前記最終レンズ面は、前記複数の各光束が透過する部分が、該部分の光軸に集束する前記最大入射角以下の光束が含まれる領域以上の大きさの円形要素として二次元的に周期的に配置してある。ここで最大入射角は、開口数ＮＡと前記液体の屈折率ｎとで規定されるａｒｃ（ｓｉｎ（ＮＡ／ｎ））である。前記円形要素の周りは光吸収体または金属膜のような反射体で遮光することが好ましい。また、該液浸光学系の瞳面において、前記複数の光束の各々の中心部を周辺部よりも暗くする瞳フィルタを更に設けることが好ましい。前記最終レンズ面は、例えば、前記被照射面側のレンズ面が凹面であるマイクロレンズを前記円形要素として二次元的に周期的に配置してなるマイクロレンズアレイにより構成されている。

本発明に係る露光装置は、画像形成手段と該画像形成手段により形成される画像を基板上に投影する投影光学系とを備え、前記画像と前記基板とを前記投影光学系の光軸に交差する走査方向に同期して走査することにより前記画像を前記基板に露光する。いわゆる走査型露光装置である。そして、前記投影光学系が前記第１または第２の液浸光学系であることを特徴としている。この露光装置においては、像面照度を平滑化しながら走査して露光することが好ましい。
露光装置の好ましい実施の形態において、前記画像形成手段は、露光光により照明されるレチクルまたは露光光を変調する空間光変調器である。

以下の実施形態は、前記投影光学系が前記第２の液浸光学系である場合のものである。
像面照度を前記走査方向と該走査方向に直交する方向でほぼ同じにすべく、前記円形要素の周期方向が前記走査方向に対して傾くように前記最終レンズを設置してある。また、前記液浸光学系により分割集光される前記複数の各光束を前記各円形要素の中心付近にのみ到達させる選択または集光手段を有する。
前記露光光の光源がパルス発光するレーザである場合、前記レーザのパルス周期と前記走査の速度との積が前記円形要素の周期に一致することが好ましい。さらに、前記画像形成手段が空間光変調器を用いたものである場合、この空間光変調器が駆動していない停止時間を前記パルス周期および円形要素の周期に同期させることが好ましい。

以下、本発明の実施例および比較例を図面を用いて説明する。
［比較例］
先ず、本発明の比較例について図１２を用いて説明する。図１２において、不図示の光源からの光束１５を、不図示の屈折系および反射系のうち少なくとも一方によって、物体１３が配置された第１の面（像面）１３ａに最も近い最終レンズ１１まで導く。さらに該最終レンズ１１の物体側のレンズ面１１ａから射出した光を、該最終レンズ面１１ａと物体１３（被照射面）との間の領域を満たす液体としての液浸媒質１２を透過させる。ここで該最終レンズ１１の物体側のレンズ面１１ａは、該光学系において最も物体１３に近いレンズ面であり、以下、最終レンズ面という。そして該第１の面１３ａ上に所定の光照射領域Ｌを形成する。最終レンズ１１を透過した光束１５は、最終レンズ面１１ａと液浸媒質１２との境界面で透過または屈折し、集束するように物体１３上に進む。

最終レンズ面１１ａは、像面に配置された物体（被照射体）１３側に向かって凹形状を有する。また、最終レンズ面１１ａのうち第１の面１３ａに対して略直交する方向において、該最終レンズ面１１ａ上の第１の点１１ｂと第１の面１３ａ上の第２の点１３ｂとの間の距離が最大となる場合に、該距離をｄとする。

入射光束１５のうち光束Ｌ０は、物体１３上の光照射領域Ｌの中央に集光し、光束Ｌ１は光照射領域Ｌの端に集光する。
ここで、第１の点１１ｂは、一般には最終レンズ１１の光軸（但し、該光軸上を光線が通る必要はない）若しくは回転対称軸上の点であり、別の表現を用いれば、最終レンズ面１１ａの中心である。また、上記光軸または回転対称軸と物体１３上の第１の面との交点は、光照射領域Ｌの中心である。なお、図１２において、第１の面１３ａは平面とし、収差がなく平面として形成された理想的な像面に相当する。

「第１の面１３ａに対して略直交する方向」とは、面１３ａに対して正確に直交する方向だけでなく、最終レンズ１１や物体１３の偏心や傾き等に起因する光学性能に影響を与えない誤差の許容範囲内で該直交方向に対して傾きを有する場合も含む意味である。また、この方向の直線を、以下の説明においては単に物体の法線と称する場合がある。

この光学系の数値例を挙げると、光照射領域Ｌのとき最大像高Ｌ／２は２０ｍｍ程度である。また、液体の屈折率ｎ_２は１．６４、硝材の屈折率ｎ_１は１．５６、光学系の開口数ＮＡは１．６０、最終レンズの曲率ｒは−１５０ｍｍ、レンズ面と被照射面との最大距離ｄ＞８．２ｍｍである。これらより、最大像高でのレンズ面と被照射面との法線上の距離＞６．７３ｍｍである。

このような構成の液浸光学系を、光学装置の１つである半導体露光装置の投影光学系に適用した場合について、図２を併せ用いて説明する。図２において、本発明の一側面としての露光装置について説明する。ここで、図２は、露光装置１の概略構成を示す図である。露光装置１は、レチクル（原版）２０のパターン（回路パターン）２２を被照射体であるウエハ（基板）４０に露光する投影露光装置である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。

露光装置１は、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウエハ４０を載置するウエハステージ４５を有する。
照明装置１０は、転写用のパターン２２が形成されたレチクル２０を照明するもので、図示しない光源部と、図示しない照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源として、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを使用する。または波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。但し、光源の種類は、エキシマレーザに限定されず、例えば、複数のＬＥＤ光源を配置しても良い（特開２００６−２０１４７６）。照明光学系は、光源部からの光Ｌ１をレチクル２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレータ、絞り等を含む。

レチクル２０は、例えば、石英製で、転写されるべきパターン２２が形成され、レチクルステージ２５に支持及び駆動される。レチクル２０のパターン２２は、投影光学系３０を介して、ウエハ４０上に投影される。レチクル２０とウエハ４０は、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２０とウエハ４０を走査することにより、レチクル２０のパターン２２を図２では図示しない液体の媒質を介してウエハ４０上に転写する。

レチクルステージ２５は、レチクル２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。レチクルステージ２５は、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構は、リニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にレチクルステージ２５を駆動することでレチクル２０を移動させることができる。

投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０上に投影（結像）する。投影光学系３０としては、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の反射鏡とを有する反射屈折光学系、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系などを使用することができる。投影光学系３０は、物面側（レチクル側）と像面側（ウエハ側）がともに、主光線がレンズ光軸に対して平行である略テレセントリックな光学系となっている。

なお、投影光学系３０において、色収差の補正の必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように使用したりする。

被照射体または被処理体は、本実施形態では、ウエハであるが、ガラスプレート、その他の被照射体または被処理体を広く含む。被照射体または被処理体には、フォトレジスト（感光剤）が塗布されている。

ウエハステージ４５は、ウエハ４０を支持する。ウエハステージ４５は、当業界で周知のいかなる構造をも適用することができる。ウエハステージ４５は、例えば、リニアモータを利用してＸＹ方向にウエハ４０を移動させることができる。例えば、レチクル２０とウエハ４０は同期走査され、ウエハステージ４５とレチクルステージ２５の位置は、レーザ干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。

露光工程において、照明装置１０の光源部から発せられた光束は、照明光学系によりレチクル２０を、例えばケーラー照明する。レチクル２０に入射してマスクパターンを反映する光は、投影光学系３０によりウエハ４０上に結像される。この際、マスクパターンの像は、投影光学系３０により縮小されてウエハ４０上に形成される。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る液浸光学系の要部構成を示す。該光学系の最終レンズ面３０１は、図１のような、回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）とする。この回折光学素子は光軸に沿って光線の進む方向に対してマイナスの曲率をもつ光学素子と等価なものであり、ブレーズド型の素子であっても良いし、バイナリ型の素子（ＢＯ:Binary Optics）でも良い。具体的には、図１の最終レンズ３８のウエハ４０側（像面側）のレンズ面（最終レンズ面３０１）の回折光学素子は、図１２の第１の面１３ａに最も近いレンズ面１１ａの凹面形状と等価である。

本実施例の液浸光学系は、上述した図２に示すような露光装置１の投影光学系３０として用いられる。
以下、図２の投影光学系３０に注目してより詳しく、図１を参照して説明する。光源から照明光学系（照明装置）１０およびレチクル２０を介した光（ここでは、波長１９３ｎｍのレーザ光とする）は、投影光学系３０に入射し、該投影光学系３０の最終レンズ３８に到達する。
最終レンズに到達した光は、最終レンズ３８から液浸媒質３９を経て、被照射体であるウエハ４０に光Ｌ４として照射される。ウエハ４０上には、光と相互作用が生じるレジストが塗布してあり、ウエハ４０上に、マスクのパターンが結像され、レジストにパターンが転写される。この場合、半導体露光のスループットを向上させるために、ウエハ４０に転写されるパターン領域は、一定以上の大きさをもつことが必要である。ＡｒＦレーザを用いたスキャン方式の半導体露光装置では、レチクル（またはマスク）に光が照射される領域は、ある大きさを有するスリットにより決定され、ウエハ４０上では、その領域の大きさに投影光学系の倍率を乗じた大きさの領域に光が結像される。

最終レンズの形状は、例えば図３（Ａ）のように最終レンズ面３０１の反対側の面３０２は凸形状であっても良いし、図３（Ｂ）のように曲率のない平板であっても良い。但し、最終レンズ３８の液体に接する面３０１はマクロ的にはほぼ平板とみなせ回折格子のような微細構造を持つ。

再び図１を参照して、通常、レチクルは６インチ角であり、投影光学系の倍率が１／４の場合、ウエハ４０上に一度に光を照射する領域の最大長さＬはＬ＝２６ｍｍ程度である。
図１において、最終レンズ３８の液体に接する面３０１は回折格子であるが中央部分のみ誇張して示している。
ここで、前述したように、最終レンズ面が凹面である構成では、硝材の屈折率ｎ_ｌと液浸媒質の屈折率ｎ_２がｎ_２＜ｎ_ｌの場合、ＮＡの最大値ＮＡ_ＭＡＸは、液浸媒質の屈折率ｎ_２と液浸媒質への最大入射角θ_２とで決定される。すなわち、
ＮＡ_ＭＡＸ＝ｎ_２×ｓｉｎθ_２
となる。ｓｉｎθ_２の理論上の最大値は１に近づき、ＮＡを液浸媒質の屈折率ｎ_２の近傍にまで高めることができる。最終レンズ面の形状を凹面形状とすると光軸近傍で像面との間隔があいてしまう。しかし、凹面（マイナスの曲率）と等価な回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）とすると最終面は回折光学素子の凹凸のみになりミクロン程度になる。
例えば、波長１９３ｎｍの投影光学系において、硝材の屈折率をｎ_１＝１．５６、液浸倍率の屈折率をｎ_２＝１．６４とすると、回折光学素子の深さδは以下のようになる。
δ＝（２ｎ＋１）λ／（２（ｎ_２−ｎ_１））
すなわち、回折光学素子の深さδは、ｎ＝０で１．２μｍ、ｎ＝１で３．６μｍとなる。

先ほどの図１２の数値例で最終レンズ面と被照射面との最大距離ｄ＞８．２ｍｍのとき、最大像高での最終レンズ面と被照射面との法線上の距離＞６．７３ｍｍであったから、被照射面内でのレンズの深さは１．４７ｍｍ以上あることになる。この光路長差１．４７（ｎ_２−ｎ_１）ｍｍを収差補正するためにｄ＞８．２ｍｍ必要であった。しかし、数μｍの凹凸の場合は光路長差が１／１０００になったことに相当し、単純にはレンズ面と被照射面との最大距離ｄもその程度まで縮小することは光学設計上可能であると考えられる。

前述の液浸媒質の厚さは０．４（ｍｍ）まで許容できるとすると、回折光学素子の深さを考慮したレンズ面と被照射面との最大距離はこれ以下にすることができる。
このような光学系では、光軸上の画面の中心付近ではＮＡによって規定される最大入射角以下のすべての光を像面上に結像させるので像性能がよいが、光軸を離れた画面の周辺に行くほど入射角度の大きい光がけられてしまうため像性能が悪化する。
そこで、像面上に結像位置をずらして走査露光すると、像性能が平均化され、画面上で一様な像性能が得られる。

あるいは投影光学系３０が反射屈折光学系であった場合には、画面中心が光学系の軸から偏心していることが多い。そのようなときには図４（Ａ）のように回折光学素子の中心１０２を光学系の軸１０１から偏心させて画面（被照射面）中心と一致させるようにしても良い。すなわち、回折光学素子と等価な凹面の中心位置を画面中心と一致させることである。画面の領域Ｌが光学系の軸を含まないような最終面の半分以下しか光線が通過しない場合、図４（Ｂ）のように１８０度対称な位置に回折光学素子を配置すると良い。すると、最終レンズが劣化したときなど、最終レンズを１８０度回転させることによって劣化していない部分を用いることができる。
なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）は回折光学素子を例示的に示したものであって、実際の形状とは異なるものである。

光軸を離れた画面の周辺で入射角度の大きい光がけられると、垂直に入射する光が多く入射しフレアとなって像のコントラストを劣化させる要因となる。そのため図２に示すように、投影光学系３０の瞳面において、入射角度の大きい光の成分を強調し、像のコントラストを劣化させる要因となる低周波成分を減衰させる瞳フィルタ１５０を用いてもよい。

［実施例２］
図５は、本発明の実施例２に係る液浸光学系の要部構成を示す。該光学系３０の最終面の光軸に沿った断面は、図５のような、マイクロレンズ３１が並んだマイクロレンズアレイとする。ここで、個々のマイクロレンズはＤＯＥまたはＢＯとしてもよい。
マイクロレンズ３１は光軸に沿って光線の進む方向に対してマイナスの曲率をもつ光学素子である。すなわち、マイクロレンズ３１の被照射体（ウエハ）４０の表面（被照射面）側のレンズ面は凹面である。マイクロレンズアレイにおいて、マイクロレンズ３１は、光軸に直交する平面では図６（Ａ）または図６（Ｂ）のように二次元的に周期的に配列しているものとする。

図６（Ａ）または図６（Ｂ）は、マイクロレンズアレイの配置例を示す図である。マイクロレンズアレイは、図６（Ａ）または図６（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ３１が一定の間隔を隔てて形成されている。各々のマイクロレンズは、光Ｌ４をウエハ（被照射面）４０に集光し、集光スポット列を形成する。
また、ウエハ４０に露光すべきパターンに対して相対的に、マイクロレンズアレイを図に示すｘ方向に走査させることによって、パターン上のスポットは軌跡ＴＲのように走査され、パターン全域をウエハ４０に転写することができる。更に、マイクロレンズアレイのマイクロレンズの配列方向をｘｙ平面内で傾けて（傾き角φ）配列することによって、ｙ方向のスポット間隔（ｓ・ｓｉｎφ）をマイクロレンズの間隔（ｓ）より狭めることができ、ｙ方向の照度分布を均一にすることができる。

露光装置ではスキャン方向に対して、マイクロレンズの配列方向をｘｙ平面内で傾けてあり、スキャン後の像面照度がスキャン方向とスキャンの直行方向で同程度となるように、スキャン方向がマイクロレンズの配列の方向と関連付けられている。例えば図６（Ｂ）のような横方向と縦方向のピッチが等しい二次元的な配置はスキャン方向とスキャンの直交方向で対称性が良い。一方、図６（Ａ）のような６０度ごとに回転対称性があるもの（マイクロレンズを蜂の巣状に配置したもの）はｘ方向に最短ピッチを持つような周期的な方向を１５度付近の傾けて配置すると良い。また、後で述べるが、レーザのパルスごとにマイクロレンズアレイのピッチと重なるように走査するようになっている。

なお、図５、図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、最終レンズ３８の液体に接する面３０１のマイクロレンズアレイの中央部分のみを誇張して示している。最終レンズ３８の形状は、例えば図３（Ａ）のように最終レンズ面３０１の反対側の面３０２は凸形状であっても良いし、図３（Ｂ）のように曲率のない平板であっても良い。但し、最終レンズ３８の液体に接する面３０１はマイクロレンズアレイのような微細構造をもつ。あるいは、図３（Ｃ）のように面３０２もマイクロレンズアレイのような微細構造をもっても良い。図中の３０１ｍ、３０２ｍは面３０１、３０２の拡大部分を示している。但し面３０２のマイクロレンズアレイのそれぞれレンズの曲率中心位置（ｘ，ｙ）と面３０２のマイクロレンズアレイのそれぞれレンズの曲率中心位置（ｘ，ｙ）を一致させている。

このような構成の液浸光学系を、実施例１で示したような露光装置１の投影光学系に適用した場合について、図２を併せ用いて説明する。ここで、図２は、露光装置１の概略構成を示す図であり、実施例１に詳細を示している。
露光装置１における、投影光学系３０の最終面については図５を用いて説明する。光源から照明装置１０およびレチクル２０を介した光（ここでは、波長１９３ｎｍのレーザ光とする）は、投影光学系３０に入射し、該投影光学系３０の最終レンズ３８に到達する。

最終レンズに到達した光は、最終レンズ３８から液浸媒質３９を経て、被照射体であるウエハ４０に光Ｌ４として照射される。ウエハ４０上には、光と相互作用が生じるレジストが塗布してあり、ウエハ４０上に、マスクのパターンが結像され、レジストにパターンが転写される。光Ｌ４からの離散的な集光点も走査露光することによって像面では平滑化され、画面上で一様な像性能が得られる。

図７はマイクロレンズアレイの断面構造の詳細を示したもので、図の斜線で示された部分が硝材を示している。
マイクロレンズアレイのピッチは光学系のＮＡと媒質の屈折率ｎ_２と像面との間隔（最小の間隔ｄ’）から求められる。
すなわち、ＮＡ＝ｎ_２・ｓｉｎθ、ＮＡ＝１．５５、ｎ_２＝１．６４のとき、θ＝ａｒｃ（ｓｉｎ（ＮＡ／ｎ_２））＝７０．９（ｄｅｇ．）である。ここで、ｄ’＝０．１（ｍｍ）とすると、マイクロレンズアレイの半径はｒ＝０．２９（ｍｍ）、したがって最小ピッチは０．５８（ｍｍ）となる。

また、マイクロレンズの中心と像面との間隔ｄはマイクロレンズの曲率Ｒに関連し、Ｒ＝−１５０（ｍｍ）のとき、ｄ＝０．１００３（ｍｍ）となる。マイクロレンズの凹みは０．３μｍ程度となり、非常に小さなものになる。
前述のように液浸媒質の厚さは０．４（ｍｍ）まで許容できるとすると、実施例１と同様な理由でマイクロレンズと被照射面との間隔は問題とならないように設定することができる。

またマイクロレンズの配列方向はスキャン方向に対して、ｘｙ平面内で傾けてある。レーザのパルスごとにマイクロレンズアレイのピッチと重なるようにすると効率が良くなるが、簡単な例を図６（Ｂ）で説明する。
スキャン方向とスキャンの直交方向のピッチは、マイクロレンズの配列方向とスキャンの方向との傾き角φとマイクロレンズの間隔ｓを用いて、ｓ・ｓｉｎφである。スキャン速度をｖとして、１パルスあたりの時間をτ、１パルス後にスキャン方向の隣のピッチに進むとすると、
ｖτ＝ｓ・ｓｉｎφ
となる。ｖ＝５００ｍｍ／ｓｅｃとして、８ｋＨｚのレーザを用いた場合、マイクロレンズアレイのピッチを０．５（ｍｍ）とすると、φ＝７．２（ｄｅｇ．）となる。

マイクロレンズそれぞれの光軸付近では、ＮＡと液浸媒質の屈折率ｎとで規定される最大入射角ａｒｃ（ｓｉｎ（ＮＡ／ｎ））以下のすべての光を像面上に結像させるので、マイクロレンズのピッチごとに像性能がよい。マイクロレンズとマイクロレンズの間に入射する光や、マイクロレンズが最小ピッチ以上に離れている場合にはマイクロレンズの光軸を中心とするＮＡによって規定される広がりの外側に入射する光はフレア光となる。

フレア光となって結像に関与しない光を遮光するためには、マイクロレンズとマイクロレンズの間や、マイクロレンズが最小ピッチ以上に離れている場合にはＮＡによって規定される広がりの外側に遮光体（遮光膜）を設けて光を遮光するようにしても良い。遮光体または遮光膜としては、金属や光吸収体などを用いることができる。
図８（Ａ）は最小ピッチ以上のマイクロレンズの間に金属などの遮光体（遮光膜）３０２を設けて光を遮光するようにした光学系最終面（最終レンズ面）の断面図である。光軸と直交した光学系最終面の平面図は図８（Ｂ）のようになる。

［実施例３］
実施例３に係る液浸光学系では実施例２同様、該光学系の最終面の光軸に沿った断面は、図５のようなマイクロレンズアレイである。マイクロレンズは光軸に沿って光線の進む方向に対してマイナスの曲率をもつ光学素子であり、光軸に直交する平面では図６（Ａ）または図６（Ｂ）のように周期的に配列している。マイクロレンズから結像した光線Ｌ４は像面であるウエハ面上でマイクロレンズそれぞれの光軸に沿って結像する。マイクロレンズの光軸を離れたところに光線が入射した場合、フレア光となるため、結像に関与しない。したがって、像面上でのマイクロレンズによる結像位置のピッチはマイクロレンズのピッチと等しくなる。

実施例３ではこのような構成の液浸光学系を、実施例２の露光装置１を変形させた露光装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃの投影光学系に適用する。図５と、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を併せ用いて説明する。露光装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃは図５の露光装置１に集光光学系１００を加えたものである。ここで、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、露光装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃの概略構成を示す図である。露光装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおける、投影光学系３０の最終面については図５から図８（Ｂ）に示すようになっている。

図９（Ａ）〜（Ｃ）において、集光光学系１００は、照明光学系（照明装置１０）からの光Ｌ１を用いて、レチクル２０を照明する光学系であり、本実施例では、光学素子または光学部材１２０と、ステージ１９０とを有する。なお、本実施例では、集光光学系１００と照明光学系とを分けているが、集光光学系１００が照明光学系の一部を構成してもよい。また、光学部材１２０や光学部材１２０に近接して配置される素子には、光吸収による発熱の影響を低減させるために、水や気体を循環させる冷却機構やペルチェ素子などの冷却機構を備えてもよい。図９（Ａ）は光学部材１２０として遮光板を、図９（Ｂ）は光学部材１２０としてマイクロレンズアレイを、そして、図９（Ｃ）は光学部材１２０として回折格子を用いる例を示している。マイクロレンズアレイは、フレネルゾーンプレートなどの回折光学素子で形成してもよいし、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いてもよい。これらの光学部材１２０を通して選択または集光された光Ｌ２は像面側の集光された光Ｌ４と１対１に対応するようになっている。
投影光学系３０は物体側と像側がともに、主光線がレンズ光軸に対して平行であるテレセントリックな光学系となっている。そのため、物体側の光線Ｌ２の集光点のピッチに投影光学系の倍率をかけたものが像側の光線Ｌ４のピッチとなっている。
すなわち、像側の光線Ｌ４のピッチは光学系のＮＡと最終面と像面との間隔で決まり、これに対応するような集光光学系１００の光学部材１２０のピッチとなっている。

集光光学系１００は、照明装置１０からの光Ｌ１を複数の光Ｌ２に分割する。また、集光光学系１００は、複数の光Ｌ２をレチクル２０上の異なる位置に集光する。但し、光学部材１２０が遮光板である場合、集光光学系１００は、複数の光Ｌ２をレチクル２０上の異なる位置に導光する。
なお、集光光学系１００の代わりに、集光光学系１００のスポットごとに光源を対応させた複数のＬＥＤ光源を用いても良い。複数のＬＥＤ光源は互いに干渉せず、インコヒーレントな像となる。

ステージ１９０は、集光光学系１００（本実施例では、光学部材１２０）を支持及び駆動する。ステージ１９０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができる。ステージ１９０は、例えば、リニアモータを利用してＸＹＺ方向（水平垂直方向）に集光光学系１００を移動させることができる。この機構により像面側Ｌ４の集光点と物面側の集光点Ｌ２の位置合わせを行うことができる。

ここで、光学部材１２０によって集光された光Ｌ２について説明する。複数の光Ｌ２は、レチクルステージ２５に支持されたレチクル２０のパターン２２（パターン面）に集光し、複数のスポットを形成する。レチクル２０において、複数の光Ｌ２の一部は、パターン２２によって吸収または位相変調される。一方、複数の光Ｌ２のうちレチクル２０を透過した光Ｌ３は、投影光学系３０に入射する。

光Ｌ３は、投影光学系３０で屈折及び／または反射され、複数の集束光Ｌ４となり、ウエハ４０上に複数のビームスポットを形成する。かかるビームスポットが、被照射体であるウエハ４０に塗布されたレジスト等の感光材または熱反応材にレチクル２０のパターン２２を形成する。

本実施例では、レチクル２０のパターン２２で集光された複数のスポットから生じる光Ｌ３は、互いにコヒーレンス度が低いため、ウエハ４０における複数のビームスポット強度の和が、像形成に寄与する。そのため、照明光が複数の光Ｌ２に分割されても干渉による悪化はない。
レチクル２０において、複数の光Ｌ２の一部はパターン２２によって吸収され、複数の光Ｌ２のうちレチクル２０を透過した（即ち、パターン２２以外の領域を通過した）光Ｌ３は、投影光学系３０に入射する。なお、レチクル２０を透過した光Ｌ３には、レチクル２０のパターン２２に従って回折光が含まれる。光学部材１２０の製造誤差から発生する低周波成分や、光学部材１２０がマイクロレンズアレイであった場合に各マイクロレンズの間の隙間から生じる低周波成分（０次光）を投影光学系３０の瞳面に配置された瞳フィルタ１５０によって遮光してもよい。

瞳１５０を透過した光は、投影光学系３０で屈折及び／または反射し、複数の集束光Ｌ４となり、ウエハ４０上に複数のビームスポットを形成する。かかるビームスポットが、ウエハ４０上に塗布されたレジスト等の感光材または熱反応材にレチクル２０のパターン２２を形成する。

露光装置１Ａ及び１Ｃが用いる瞳フィルタ１５０は、投影光学系３０が通常の屈折光学系である場合、金属や、反射防止膜をコーティングした金属で構成される遮光体を使用すればよい。これにより、投影光学系３０における不要な反射光を防止し、高い遮光性能を得ることができる。勿論、反射防止膜は、反射防止効果を得られるように、表面に微細加工を施した構造でもよい。
瞳フィルタ１５０は、反射型であってもよい。

レチクル２０を透過した光Ｌ３は、瞳フィルタ１５０に入射し、光Ｌ３の一部が反射膜で反射され、反射光となり、ウエハ４０上の結像に寄与する。光Ｌ２のうち、反射膜で反射されない光は、透過光となり、ウエハ４０上の結像には寄与しないようにしても良い。

瞳１５０から最終レンズ３８に到達した光は、最終レンズ３８から液浸媒質３９を経て、被照射体であるウエハ４０に光Ｌ４として照射される。ウエハ４０上には、光と相互作用が生じるレジストが塗布してあり、ウエハ４０上に、マスクのパターンが結像され、レジストにパターンが転写される。光Ｌ４からの離散的な集光点も走査露光することによって像面では平滑化され、画面上で一様な像性能が得られる。

［実施例４］
本発明の実施例４に係る液浸光学系の図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に要部構成を示す。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明をマスクレス投影露光装置に適用した場合の概略図である。マスクレス投影露光装置においては、マスク（またはレチクル）の代わりに、空間光変調器等の画像形成手段を用いる。
実施例４では実施例２、３同様、液浸光学系３０の最終面の光軸に沿った断面は、図５のようなマイクロレンズアレイである。マイクロレンズは光軸に沿って光線の進む方向に対してマイナスの曲率をもつ光学素子であり、光軸に直交する平面では図６（Ａ）または図６（Ｂ）のように周期的に配列している。

実施例４ではこのような構成の液浸光学系を、実施例３の露光装置１Ｂを変形させた露光装置２Ａ、２Ｂの投影光学系に適用する。図５と、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）を併せ用いて説明する。
露光装置２Ａ、２Ｂは図９（Ｂ）に示す露光装置１Ｂのレチクル２０を反射型の空間光変調器（ＳＬＭ）２００に変えたものである。空間光変調器は、例えば、液晶パネル、ＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ
Ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などである。なかでもＤＭＤは反射体の表面の形状を変化させて光の変調を行うもので、高コントラスト、高安定性であり、また比較的に短い波長で使用できるので露光装置に好適である。

図１０（Ａ）において、照明光学系（照明装置１０）からの光Ｌ１はミラーまたはプリズムのような反射面で反射し、集光光学系１００を経て、空間光変調器２００に入射する。集光光学系１００は、照明光学系（照明装置１０）からの光Ｌ１をスポット光Ｌ２に集光する集光用の光学部材１２０とこれらを支えるステージ１９０からなる。空間光変調器２００はＤＭＤのような反射体の表面の形状を変化させて反射角度を個別の単位要素２２２ごとに変調させる光変調素子２２０とこれらを支えるステージ２２１とからなる光学系である。

あるいは、図１０（Ｂ）の露光装置２Ｂで示すように、照明光学系（照明装置１０）からの光Ｌ１は光分割器／結合器に入射し、光Ｌ１は信号光と参照光Ｌ５に分割される構成も考えられる。このような露光装置は、例えば、特開２００６−９３４８７に記載されている。
あるいは、図１０（Ｃ）の露光装置２Ｃで示すように、照明光学系（照明装置１０）からの光Ｌ１は空間光変調器２００に対して斜入射する構成も考えられる。図１０（Ｃ）にあるように斜入射し、ＧＬＶを用いた光学系としては、例えば特開２００６−９３４６０に記載されたものを応用することができる。

光学部材１２０等を通して集光された光Ｌ２は、空間光変調器２００により反射し、反射光と回折光（あるいはそのどちらか）が投影光学系３０に入射する。光変調素子２２０を構成する単位要素２２２はコンピュータ制御により、単位要素ごとに反射面の角度が調整される。すなわち、光学系入射として指示された場合、反射光と回折光（あるいはそのどちらか）が投影光学系に入射するように反射面の角度を調整する。一方、光学系入射として指示されなかった場合、反射光と回折光（のどちらも）が投影光学系に入射しないように反射面の角度を調整するものである。投影光学系に入射させない光は例えば図１０（Ｃ）のように光Ｌ６として光学系の外に射出され吸収体５０などに吸収される。投影光学系３０の物面側の集光された光Ｌ２は、光変調素子２２０により変調され、投影光学系３０を通過した後、像面側の集光された光Ｌ４と１対１に対応するようになっている。

投影光学系３０は物体側と像側がともに、主光線がレンズ光軸に対して平行であるテレセントリックな光学系となっているために、物体側の光線Ｌ２の集光点のピッチに投影光学系の倍率をかけたものが像側の光線Ｌ４のピッチとなっている。
また、空間光変調器２００の単位要素２２２のピッチと像面上での所望の解像力に応じて倍率は決定される。所望の解像力に比べて空間光変調器の単位要素２２２のピッチが大きいために倍率は非常に小さくなり、例えば１／１０程度であってもよい。例えば前述の例で像面側のＮＡが１．５５、Ｌ４のピッチが０．５６ｍｍのとき、倍率が１／４だったら、物面側のＮＡが０．３８７５、Ｌ２のピッチが２．２４ｍｍとなる。一方、倍率が１／１０なら、物面側のＮＡは０．１５５、Ｌ２のピッチは５．６ｍｍとなる。

物面側の集光点Ｌ２のピッチが大きすぎるため、空間光変調器の素子のピッチにより、光Ｌ２が当たらない場所ができてしまうが、高速にスキャンすることにより、１つの要素から次の要素上に移動させることによってすべての要素に光が当たるようにする。
空間光変調器が駆動しているときや、光変調素子の要素間に光があたってしまうと散乱光となり、フレアなどの悪影響を与える。そのため、図６（Ａ）または図６（Ｂ）のような光Ｌ２のスポットの配列の方向と空間光変調器の傾きを考慮し、次の要素上に移動したときに光源のパルスがあたり、空間光変調器が駆動していない停止時間を同期させると効率が良い。すなわち、レーザのパルス周期とスポットが最終レンズ面における円形要素（または空間光変調器の単位要素）に当たる周期と空間光変調器が駆動していない停止時間とを同期させると良い。

集光光学系１００は、照明装置１０からの光Ｌ１を複数の光Ｌ２に分割する。また、集光光学系１００は、複数の光Ｌ２を空間光変調器２００上の異なる位置に集光する。
ステージ１９０は、集光光学系１００を支持及び駆動する。ステージ１９０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができる。ステージ１９０は、例えば、リニアモータを利用してＸＹＺ方向（水平垂直方向）に集光光学系１００を移動させることができる。この機構により像側Ｌ４の集光点と物体側の集光点Ｌ２の位置合わせを行うことができる。

ここで、光学部材１２０によって集光された光Ｌ２について説明する。複数の光Ｌ２は、空間光変調器２００の単位要素（パターン）２２２に集光し、複数のスポットを形成する。
空間光変調器２００において、複数の光Ｌ２の一部は、単位要素２２２によって反射される。一方、複数の光Ｌ２のうち単位要素２２２によって反射された光Ｌ３は、投影光学系３０に入射する。
光Ｌ３は、投影光学系３０で屈折及び／または反射され、複数の集束光Ｌ４となり、ウエハ４０上に複数のビームスポットを形成する。かかるビームスポットが、ウエハ４０に塗布されたレジスト等の感光材または熱反応材に空間光変調器２００の単位要素２２２群が形成するパターンを転写する。

本実施例では、空間光変調器２００の単位要素２２２で集光された複数のスポットから生じる光Ｌ３は、互いにコヒーレンス度が低いため、ウエハ４０における複数のビームスポット強度の和が、像形成に寄与する。そのため、照明光が複数の光Ｌ２に分割されても干渉による悪化はない。
マイクロレンズ３１（図５）から結像した光線Ｌ４は像面であるウエハ面上でマイクロレンズそれぞれの光軸にそって結像する。マイクロレンズ３１の光軸を離れたところに光線が入射した場合、フレア光となるため、結像に関与しない。したがって、像面上でのマイクロレンズによる結像位置のピッチはマイクロレンズのピッチと等しくなる。

瞳１５０から最終レンズ３８に到達した光は、最終レンズ３８から液浸媒質３９を経て、被照射体に相当するウエハ４０上（被照射面）に光Ｌ４として照射される。ウエハ４０上には、光と相互作用が生じるレジストが塗布してあり、ウエハ４０上に、空間光変調器のパターンが結像され、レジストにパターンが転写される。光Ｌ４からの離散的な集光点も走査露光することによって像面では平滑化され、画面上で一様な像性能が得られる。

本実施例に示すように、パターン像形成手段（画像形成手段）はレチクルあるいはマスクに限られるものではなく、空間光変調器（ＳＬＭ）などでも良いし、透過型、反射型の双方に適用できることが理解できる。

［デバイス製造方法の実施例］
次に、図１３および図１４を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３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方法を例に説明する。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）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、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上（基板上）に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製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）等の組立工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１４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によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）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、露光装置によってマスク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に回路パターンが形成される。

本発明の実施例１に係る液浸光学系の構成を示す図である。 本発明の適用対象の１つである露光装置の構成を示す図である。 図１の液浸光学系における最終レンズの像面側の構造例を示す断面図である。 図１の液浸光学系における最終レンズの像面側の他の構造例を示す断面図である。 図３（Ａ）および（Ｂ）の最終レンズの物面側である最終レンズ面の構造例を示す断面図である。 図１の液浸光学系の最終レンズ面における回折光学素子の構造例を示す平面図である。 図１の液浸光学系の最終レンズ面における回折光学素子の他の構造例を示す平面図である。 本発明の実施例２に係る液浸光学系の構成を示す図である。 図５の液浸光学系の最終レンズ面に用いられる、マイクロレンズを蜂の巣状に配置したマイクロレンズアレイの例を示す図である。 図５の液浸光学系の最終レンズ面に用いられる、マイクロレンズを横方向と縦方向に等ピッチで配置したマイクロレンズアレイの例を示す図である。 図６（Ａ）および（Ｂ）におけるマイクロレンズアレイの断面構造の詳細を示す図である。 最小ピッチ以上のマイクロレンズの間に遮光体（遮光膜）を設けた最終レンズの断面図である。 図８（Ａ）における最終レンズ面の平面図である。 本発明の実施例３に係る露光装置の第１の構成例を示す図である。 本発明の実施例３に係る露光装置の第２の構成例を示す図である。 本発明の実施例３に係る露光装置の第３の構成例を示す図である。 本発明の実施例４に係る露光装置の第１の構成例を示す図である。 本発明の実施例４に係る露光装置の第２の構成例を示す図である。 本発明の実施例４に係る露光装置の第３の構成例を示す図である。 液浸光学系の最終レンズから被照射面に至る光線の進行状態の説明図である。 本発明の従来例に係る液浸光学系における最終レンズ面の構成を説明するための図である。 露光装置を使用した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１３に示すフローチャートにおけるステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 露光装置
１０ 照明装置
２０ レチクル（原版）
２５ レチクルステージ
３０ 投影光学系（液浸光学系）
３１ マイクロレンズ
３８ 最終レンズ
３９ 液浸媒質（液体）
４０ ウエハ（被照射体または基板）
４５ ウエハステージ
１００ 集光光学系
１２０ 光学部材
１５０ 瞳（または瞳フィルタ）
２００ 空間光変調器（画像形成手段）
３０１ 最終レンズ面（最終面）
３０１ｍ 最終レンズの物面側の面（最終レンズ面）
３０２ｍ 最終レンズの像面側の面
３０２ 遮光体（遮光膜）

Claims (14)

1. 光源からの光を被照射面に向かって集束させるために、最終レンズ面と被照射面との間の前記光の透過領域を液体で満たして用いられる液浸光学系であって、
   前記最終レンズ面が凹面形状と等価な回折光学素子を有することを特徴とする液浸光学系。
2. 光源からの光を被照射面に向かって集束させるために、最終レンズ面と被照射面との間の前記光の透過領域を液体で満たして用いられる液浸光学系であって、
   前記光を複数の光束に分割すると共に、前記複数の光束をマイナスの曲率により前記被照射面上の異なる位置に集光する分割集光手段を有することを特徴とする液浸光学系。
3. 前記最終レンズ面は、開口数をＮＡ、前記液体の屈折率をｎとしてａｒｃ（ｓｉｎ（ＮＡ／ｎ））で表わされる最大入射角に関し、前記複数の各光束が透過する部分が、該部分の光軸に集束する前記最大入射角以下の光束が含まれる領域以上の大きさの円形要素として二次元的に周期的に配置したことを特徴とする請求項２に記載の液浸光学系。
4. 前記円形要素の周りを光吸収体または反射体で遮光したことを特徴とする請求項３に記載の液浸光学系。
5. 該液浸光学系の瞳面において、前記複数の光束の各々の中心部を周辺部よりも暗くする瞳フィルタを更に有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の液浸光学系。
6. 前記最終レンズ面は、前記被照射面側のレンズ面が凹面であるマイクロレンズを前記円形要素として二次元的に周期的に配置してなるマイクロレンズアレイにより構成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の液浸光学系。
7. 前記液体の屈折率よりも前記最終レンズ面を構成する硝材の屈折率のほうが小さいことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の液浸光学系。
8. 画像形成手段と該画像形成手段により形成される画像を基板上に投影する投影光学系とを備え、前記画像と前記基板とを前記投影光学系に対し走査方向に同期して走査することにより前記画像を前記基板に露光する露光装置であって、
   前記投影光学系が請求項１乃至７のいずれかに記載の液浸光学系であることを特徴とする露光装置。
9. 像面照度が前記走査方向と該走査方向に直交する方向でほぼ同じにすべく、前記円形要素の周期方向が前記走査方向に対して傾くように前記最終レンズを設置することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記液浸光学系により分割集光される前記複数の各光束を前記各円形要素の中心付近にのみ到達させる選択または集光手段を有することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記画像形成手段は、露光光により照明されるレチクルまたは露光光を変調する空間光変調器であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の露光装置。
12. 前記露光光の光源がパルス発光するレーザであり、前記レーザのパルス周期と前記走査の速度との積が前記円形要素の周期に一致することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記空間光変調器が駆動していない停止時間を更に同期させることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 請求項８乃至１３のいずれか１つに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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