JP5253081B2 - 投影光学系、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

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、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が進んでいる。例えば、現在では、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）などの紫外線が露光光として用いられている。

このような露光装置の投影光学系や照明光学系の光学材料（硝材）には、真空紫外領域においても高い透過率を有する合成石英ガラスが使用される。かかる合成石英ガラスに要求される光学性能には、露光光の波長に対する透過率だけではなく、屈折率均質性、複屈折、耐久性などがある。特に、露光装置の露光性能を長期にわたって保証するためには、屈折率均質性を悪化させないことが重要になる。

一方、合成石英ガラスには、紫外線を長期間照射することにより、コンパクションやレアファクションを起因とする屈折率の変化が生じることが知られている。ここで、コンパクションとは、紫外線の照射により被照射領域の光学ガラスの密度が増加し、かかる密度変化に伴い光学ガラス（被照射領域）の屈折率が上昇する現象である。また、レアファクションとは、紫外線の照射により被照射領域の光学ガラスの密度が減少し、かかる密度変化に伴い光学ガラス（被照射領域）の屈折率が低下する現象である。

コンパクションやレアファクションに起因する屈折率の変化に対する技術については従来から提案されている（特許文献１乃至３及び非特許文献１参照）。特許文献１は、合成石英ガラスを製造する際に、合成石英ガラスに含ませる水素分子濃度やＯＨ基濃度を制御してコンパクション及びレアフィクションを抑制する技術を開示している。特許文献２は、合成石英ガラスを硝材とするレンズと、蛍石を硝材とするレンズとを組み合わせて投影光学系を構成することで、コンパクションによる結像性能への影響を低減する技術を開示している。特許文献３は、実際に照射される単位面積当たりの光エネルギーよりも大きい光エネルギーを予め照射した合成石英ガラスで投影光学系を構成することで、コンパクションによる結像性能への影響を低減する技術を開示している。非特許文献１は、コンパクションが優位な材料と、レアファクションが優位な材料とを組み合わせて光学系を構成する技術を開示している。
特開２００８−６３１８１号公報 特開２００５−１１４８８１号公報 特開２００６−７３６８７号公報 Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｒｅｆａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａｗｉｔｈ ４０ ｂｉｌｌｉｏｎ ｐｕｌｓｅｓ ｏｆ １９３−ｎｍ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅｎｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＶＩＩ Ｖｏｌ．５３７７，２００４

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、コンパクションの発生を低減する合成石英ガラスを製造することはできるものの、残存してしまうコンパクションの影響により、露光装置の露光性能を長期にわたって保証することは困難である。

また、特許文献２に開示された技術は、コンパクションが発生しない蛍石を硝材とするレンズを適切に配置することでコンパクションの結像性能への影響を低減することができる。しかしながら、蛍石は、露光光の偏光状態に応じて補正が困難な収差を発生させる真性複屈折を含んでいるため、投影光学系を設計する際の設計難度が向上してしまう。更に、蛍石は高価であるため、投影光学系の製造コストを上げてしまうという問題がある。

また、特許文献３に開示された技術では、投影光学系の光学素子（レンズ）としての形状に加工する前に、光エネルギーを長時間照射しなければならないため、投影光学系の製造時間が長期化し、結果的に製造コストを上げてしまうことになる。

また、非特許文献１には、コンパクションが優位な材料と、レアファクションが優位な材料とをどのように組み合わせてどこに配置するのかなど具体的な記載がない。

このように、従来技術では、製造コストを抑えながら、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減して、露光装置の露光性能を長期にわたって保証する投影光学系を提供することは実質的に困難である。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、製造コストを抑えながら、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができ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、本発明の第１の側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、を有し、前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の交点及び前記第２の交点のうち前記第１の中心位置に近い交点の交点位置との間の距離Ｄ１は、Ｄ１ ≦ ＴＴ／８を満たし、前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記交点位置との間の距離Ｄ２は、Ｄ２ ≦ ＴＴ／８を満たすことを特徴とする。

本発明の第２の側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、を有し、前記物体面と前記像面との間に少なくとも１つの中間像を形成し、前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる中間像位置との間の距離ＤＣ１は、ＤＣ１ ≦ ＴＴ／６を満たし、前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記中間像位置との距離ＤＣ２は、ＤＣ２ ≦ ＴＴ／６を満たすことを特徴とする。

本発明の第３の側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、を有し、前記物体面と前記像面との間に少なくとも１つの瞳を有し、前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる瞳位置との間の距離ＤＰ１は、ＤＰ１ ≦ ＴＴ／８を満たし、前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記瞳位置との距離ＤＰ２は、ＤＰ２ ≦ ＴＴ／８を満たすことを特徴とする。

本発明の第４の側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、を有し、前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる前記投影光学系のウエスト位置との間の距離ＤＷ１は、ＤＷ１ ≦ ＴＴ／１１を満たし、前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記ウエスト位置との間の距離ＤＷ２は、ＤＷ２ ≦ ＴＴ／１１を満たし、前記ウエスト位置は、前記投影光学系を構成する複数のレンズのレンズ面のうち最軸外主光線と前記投影光学系の光軸との距離が最大となるレンズ面と前記投影光学系の瞳との間において、有効領域が最小となるレンズ面の前記投影光学系の光軸との交点の位置であることを特徴とする。

本発明の第５の側面としての投影光学系は、物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、を有し、前記第１のレンズと前記第２のレンズとが接合されていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態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、製造コストを抑えながら、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減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。

露光装置の投影光学系や照明光学系などの硝材として使用される合成石英ガラスにおいて、紫外線（露光光）の照射による不可逆的で局所的な屈折率の変化は、特許文献１に記載されているように、照射される紫外線のエネルギー密度と相関している。例えば、照射される紫外線のエネルギー密度が高ければ高いほど、屈折率の変化も大きくなる。

本実施形態では、長期的にコンパクションの性質を有する（即ち、屈折率が不可逆的に上昇する）第１のレンズと、長期的にレアファクションの性質を有する（即ち、屈折率が不可逆的に低下する）第２のレンズとを適切に配置して投影光学系を構成する。これにより、紫外線の照射による屈折率の変化（コンパクション及びレアファクション）に起因する結像性能の劣化を低減することができ、結像性能の長期安定性を得ることができる。

また、非特許文献１に記載されているように、紫外線の照射による不可逆的で局所的な屈折率の変化は、照射される紫外線の累積照射エネルギー量にも依存している。非特許文献１には、紫外線を照射した初期段階ではコンパクションの性質を有していても、累積照射エネルギーの増加に伴ってレアファクションの性質に移行するガラスが報告されている。このようなガラスは、初期段階でコンパクションの性質を有していても長期的にはレアファクションの性質が現れるため、本実施形態では、レアファクションの性質を有するものとする。同様に、初期段階でレアファクションの性質を有していても長期的にはコンパクションの性質が現れるガラスは、本実施形態では、コンパクションの性質を有するものとする。

ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザーを露光光として用いる露光装置の投影光学系の硝材には、上述したように、合成石英ガラスが主として使用されている。特許文献１に記載されているように、合成石英ガラスにおける紫外線の照射による屈折率の変化は、合成石英ガラスが含むＯＨ基濃度や水素分子濃度と密接に関わっている。従って、ＯＨ基濃度や水素分子濃度によって、エネルギー密度や累積照射エネルギー量に対する屈折率の変化の特性（コンパクションであるかレアファクションであるか）を分類することが可能である。

長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズと、長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとを適切に配置して投影光学系を構成するためには、ＯＨ基濃度、又は、水素分子濃度が互いに異なる合成石英ガラスが必要となる。なお、硝材は、一般に、主成分によって分類される。従って、ＯＨ基や水素分子のような不純物の含有量が異なっていても（即ち、ＯＨ基濃度や水素分子濃度が異なっていても）、主成分が同じであれば、硝材の種類として、合成石英ガラスと分類される。このように、不純物の含有量に関わらず、主成分が同じ元素で構成されている硝材を、本実施形態では、同じ主成分を有する硝材と称する。

また、紫外線の照射による屈折率の変化に起因する結像性能の劣化を効果的に低減するためには、長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズと長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとが近接又は隣接していることが好ましい。換言すれば、ＯＨ基濃度、又は、水素分子濃度の異なる硝材で構成されたレンズが近接又は隣接していることが好ましい。これは、投影光学系を構成する複数のレンズでは、露光光（紫外線）の照射によるレンズ内の照度分布がレンズごとに異なるが、相互の配置が近いレンズであればレンズ内の照度分布が類似しているからである。

紫外線の照射による不可逆的な屈折率の変化は、露光光の被照射領域の近傍で局所的に発生する。従って、露光光（紫外線）の照射による不可逆的な屈折率の変化のレンズ内分布は、レンズ内の照度分布に依存する。そこで、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを、レンズ内の照度分布が比較的類似する位置に配置する。これにより、屈折率の変化に対する光路長変化を低減することが可能となり、結像性能の劣化を効果的に低減することができる。

また、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を、投影光学系内の光学部材の駆動、ウエハの駆動、露光光の波長の変更などによって補正することも考えられる。但し、この場合、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を補正しきれず、結像性能の劣化が残存してしまう。

コンパクション及びレアファクションによる屈折率の変化のレンズ内分布はレンズ内の照度分布に依存し、レンズ内の照度分布はレチクルのパターンや照明条件に応じて様々な形状に変化する。従って、屈折率の変化のレンズ内分布は特異な形状になることが多く、結像性能の劣化も特性な性質になってしまうため、投影光学系内の光学部材の駆動、ウエハの駆動、露光光の波長の変更などによって結像性能の劣化を補正することが困難となる。

また、紫外線の照射による不可逆的な屈折率の変化は、上述したように、エネルギー密度と相関する。従って、長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズ及び長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズは、投影光学系においてエネルギー密度が高い位置に配置することが好ましい。これは、エネルギー密度が高い位置では、露光光（紫外線）の照射による不可逆的な屈折率の変化が大きいからである。

例えば、物体面（レチクル面）の近傍や像面（ウエハ面）の近傍には露光光が集光するために、物体面の近傍や像面の近傍は比較的高いエネルギー密度になる。また、実像の結像（実像の中間像）を形成する投影光学系では、中間像の近傍に露光光が集光するため、中間像の近傍は比較的高いエネルギー密度になる。また、投影光学系の瞳の近傍は、瞳結像による露光光の集光が発生するため、比較的高いエネルギー密度になる。また、投影光学系においては、後述するウエスト位置での有効径が小さいため、ウエスト位置の近傍は比較的高いエネルギー密度になる。

以下、本発明の一側面としての投影光学系について詳細に説明する。

図１は、投影光学系１００の構成の一例を示す概略断面図である。投影光学系１００は、物体面（レチクル面）ＯＰのパターンを像面（ウエハ面）ＩＰに投影する光学系であって、複数のレンズや光学部材で構成される。

まず、図１を参照して、物体面ＯＰの近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズ（コンパクションの性質を有する第１のレンズ及びレアファクションの性質を有する第２のレンズ）を配置する場合を説明する。

投影光学系の光軸ＯＡにおけるレンズの厚さの中心位置Ｐ１と、物体面ＯＰと光軸ＯＡとの交点（第１の交点）の位置Ｐ２との間の距離ＤＦが以下の数式１を満たす範囲では、物体面ＯＰに向かって集光する露光光の影響によりエネルギー密度が比較的高くなる。なお、ＴＴは、物体面ＯＰと像面ＩＰとの間の距離、即ち、物体面ＯＰと光軸ＯＡとの交点の位置（第１の交点位置）Ｐ２と像面ＩＰと光軸ＯＡとの交点（第２の交点）の位置（第２の交点位置）Ｐ３との間の距離である。

ＤＦ ≦ ＴＴ／８ ・・・（数式１）
従って、数式１を満たす範囲のレンズは、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化への影響が比較的大きい。そこで、数式１を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとする。更に、数式１を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとする。これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

更に、レンズの厚さの中心位置Ｐ１と、物体面ＯＰと光軸ＯＡとの交点の位置Ｐ２との間の距離ＤＦが以下の数式２を満たす範囲では、物体面ＯＰに向かって集光する露光光の影響が更に強くなるため、エネルギー密度が更に高くなる。

ＤＦ ≦ ＴＴ／１２ ・・・（数式２）
従って、数式２を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとし、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとすることがより好ましい。

次に、図１を参照して、像面ＩＰの近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置する場合を説明する。

光学系の光軸ＯＡにおけるレンズの厚さの中心位置Ｐ１と、像面ＩＰと光軸ＯＡとの交点の位置Ｐ３との間の距離ＤＢが以下の数式３を満たす範囲では、像面ＩＰに向かって集光する露光光の影響によりエネルギー密度が比較的高くなる。

ＤＢ ≦ ＴＴ／８ ・・・（数式３）
従って、数式３を満たす範囲のレンズは、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化への影響が比較的大きい。そこで、数式３を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとする。更に、数式３を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとする。これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

更に、レンズの厚さの中心位置Ｐ１と、像面ＩＰと光軸ＯＡとの交点の位置Ｐ３との間の距離ＤＦが以下の数式４を満たす範囲では、像面ＩＰに向かって集光する露光光の影響が更に強くなるため、エネルギー密度が更に高くなる。

ＤＢ ≦ ＴＴ／１２ ・・・（数式４）
従って、数式４を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとし、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとすることがより好ましい。

なお、図１に示す投影光学系１００は模式的であり、本発明は、光軸ＯＡが１本の直線で表される共軸光学系に限定されるものではない。例えば、本発明は、光軸ＯＡが折れ曲がる偏芯光学系にも適用することができる。

次に、図２を参照して、瞳位置Ｐ４の近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置する場合を説明する。なお、瞳位置Ｐ４とは、物体面ＯＰの有効領域内の光軸ＯＡから最も離れた位置から射出して像面ＩＰに光軸ＯＡと平行に入射する光線Ｌ１と、光軸ＯＡとの交点の位置である。また、本実施形態では、光線Ｌ１を最軸外主光線と称する。ここで、図２は、投影光学系１００の構成の一例を示す概略断面図である。

投影光学系の光軸ＯＡにおけるレンズの厚さの中心位置Ｐ１と、瞳位置Ｐ４との間の距離ＤＰが以下の数式５を満たす範囲では、瞳に向かって集光する露光光の影響によりエネルギー密度が比較的高くなる。

ＤＰ ≦ ＴＴ／８ ・・・（数式５）
従って、数式５を満たす範囲のレンズは、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化への影響が比較的大きい。そこで、数式５を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとする。更に、数式５を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとする。換言すれば、第１のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、かかる中心位置と最短となる瞳位置との間の距離ＤＰ１、第２のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、かかる中心位置と瞳位置との間の距離ＤＰ２が数式５を満たす。即ち、数式５において、ＤＰを、ＤＰ１、又は、ＤＰ２に置換する。これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

更に、レンズの厚さの中心位置Ｐ１と、瞳位置Ｐ４との間の距離ＤＰが以下の数式６を満たす範囲では、瞳に向かって集光する露光光の影響が更に強くなるため、エネルギー密度が更に高くなる。

ＤＰ ≦ ＴＴ／１２ ・・・（数式６）
従って、数式６を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとし、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとすることがより好ましい。

なお、図２に示す投影光学系１００は模式的であり、本発明は、瞳結像が１つだけ存在する光学系に限定されるものではない。例えば、本発明は、瞳結像が複数存在する光学系にも適用することができる。

次に、図３を参照して、実像の中間像位置Ｐ５の近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置する場合を説明する。図３に示す投影光学系１００は、実像の中間像を形成する。実像の中間像とは、物体面ＯＰと像面ＩＰとの間において、物体面ＯＰ及び像面ＩＰ以外での実像の結像を意味する。また、中間像位置Ｐ５は、実像の中間像の近軸結像位置である。ここで、図３は、投影光学系１００の構成の一例を示す概略断面図である。

投影光学系の光軸ＯＡにおけるレンズの厚さの中心位置Ｐ１と、中間像位置Ｐ５との間の距離ＤＣが以下の数式７を満たす範囲では、実像の中間像に向かって集光する露光光の影響によりエネルギー密度が比較的高くなる。

ＤＣ ≦ ＴＴ／６ ・・・（数式７）
従って、数式７を満たす範囲のレンズは、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化への影響が比較的大きい。そこで、数式７を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとする。更に、数式７を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとする。換言すれば、第１のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、かかる中心位置と最短となる中間像位置との間の距離ＤＣ１、第２のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、かかる中心位置と中間像位置との間の距離ＤＣ２が数式７を満たす。即ち、数式７において、ＤＣを、ＤＣ１、又は、ＤＣ２に置換する。これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

更に、レンズの厚さの中心位置Ｐ１と、中間像位置Ｐ５との間の距離ＤＣが以下の数式８を満たす範囲では、実像の中間像に向かって集光する露光光の影響が更に強くなるため、エネルギー密度が更に高くなる。

ＤＣ ≦ ＴＴ／７ ・・・（数式８）
従って、数式８を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとし、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとすることがより好ましい。

なお、図３に示す投影光学系１００は模式的であり、本発明は、実像の中間像を１つだけ形成する投影光学系に限定されるものではない。例えば、本発明は、複数の実像の中間像を形成する投影光学系にも適用することができる。

次に、図４を参照して、ウエスト位置Ｐ６の近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置する場合を説明する。ウエスト位置Ｐ６とは、投影光学系１００が有する光学面のうち最軸外主光線Ｌ１と光軸ＯＡとの距離が最大となる光学面ＳＬと瞳位置Ｐ４との間において、光学面上の有効領域が最小となる光学面ＳＳの光軸ＯＡとの交点の位置である。また、光学面とは、投影光学系１００において、物体面ＯＰからの露光光が照射されるレンズの面（レンズ面）である。なお、図４において、ＥＦは、光軸ＯＡから最も離れた有効領域の位置を模式的に表している。ここで、図４は、投影光学系１００の構成の一例を示す概略断面図である。

投影光学系の光軸ＯＡにおけるレンズの厚さの中心位置Ｐ１と、ウエスト位置Ｐ６との間の距離ＤＷが以下の数式９を満たす範囲では、有効領域が小さく、エネルギー密度が比較的高くなる。

ＤＷ ≦ ＴＴ／１１ ・・・（数式９）
従って、数式９を満たす範囲のレンズは、コンパクションやレアファクションに起因する結像性能の劣化への影響が比較的大きい。そこで、数式９を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとする。更に、数式９を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとする。換言すれば、第１のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、かかる中心位置と最短となるウエスト位置との間の距離ＤＷ１、第２のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置と、ウエスト位置との間の距離ＤＷ２が数式９を満たす。即ち、数式９において、ＤＷを、ＤＷ１、又は、ＤＷ２に置換する。これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

更に、レンズの厚さの中心位置Ｐ１と、ウエスト位置Ｐ６との間の距離ＤＷが以下の数式１０を満たす範囲では、有効領域が更に小さくなるため、エネルギー密度が更に高くなる。

ＤＷ ≦ ＴＴ／２２ ・・・（数式１０）
従って、数式１０を満たす範囲のレンズのうち、少なくとも１つを長期的にコンパクションの性質を有する第１のレンズとし、少なくとも１つを長期的にレアファクションの性質を有する第２のレンズとすることがより好ましい。

なお、図４に示す投影光学系１００は模式的であり、本発明は、凹レンズ及び凸レンズで構成される投影光学系に限定されるものではない。

また、投影光学系１００の物体面ＯＰと光軸ＯＡとの交点の位置Ｐ２と、像面ＩＰと光軸ＯＡとの交点の位置Ｐ３とは、光学的に共役な位置である。そこで、これらの位置を結像共役位置と称すれば、物体面ＯＰの近傍、又は、像面ＩＰの近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置する場合について、以下のように換言することができる。

第１のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置（第１の中心位置）と、かかる中心位置と最短となる結像共役位置との間の距離をＤ１とする。同様に、最短となる結像共役位置と第２のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置（第２の中心位置）との間の距離をＤ２とする。換言すれば、物体面ＯＰと光軸ＯＡとの交点及び像面ＩＰと光軸ＯＡとの交点の交点のうち、第１のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置に近い交点の交点位置との間を距離Ｄ１とする。また、かかる交点位置と第２のレンズの光軸ＯＡにおける厚さの中心位置との間を距離Ｄ２とする。この場合、以下の数式１１及び１２を満たすように、投影光学系１００を構成する。

Ｄ１ ≦ ＴＴ／８ ・・・（数式１１）
Ｄ２ ≦ ＴＴ／８ ・・・（数式１２）
なお、以下の数式１３及び１４を満たすように、投影光学系１００を構成することがより好ましい。

Ｄ１ ≦ ＴＴ／１２ ・・・（数式１３）
Ｄ２ ≦ ＴＴ／１２ ・・・（数式１４）
これにより、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を低減することができる。

また、投影光学系１００を構成する複数のレンズのそれぞれにおいて、レンズ内の照度分布は、レンズが近接しているほど類似している。従って、コンパクションの性質を有する第１のレンズと、レアファクションの性質を有する第２のレンズとを接合することで、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を更に低減することができる。

図５は、投影光学系１００を構成するレンズ１１０の一例を示す概略断面図である。レンズ１１０は、コンパクションの性質を有する第１のレンズ１１２とレアファクションの性質を有する第２のレンズ１１４とが、接合面ＣＳを介して、接合されている。これにより、第１のレンズ１１２における照度分布と第２のレンズ１１４における照度分布との類似性が、投影光学系１００を構成する他のレンズにおける照度分布よりも高くなる。従って、コンパクションによる局所的な屈折率の変化の分布と、レアファクションによる局所的な屈折率の変化との類似性が高まり、コンパクションの影響を、レアファクションの影響によって、より効果的に打ち消すことができる。換言すれば、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を効果的に低減することができる。

なお、図５に示す投影光学系１００を構成するレンズ１１０は模式的であり、第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４は平行平板に限定されない。例えば、第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４は、正の屈折力又は負の屈折力を有するレンズであってもよい。また、接合面ＣＳは平面に限定されず、曲面、階段形状、凹凸形状であってもよい。

また、第１のレンズ１１２と第２のレンズ１１４とは、オプティカルコンタクトによって接合されていることが好ましい。オプティカルコンタクトによって接合にすることで、第１のレンズ１１２と第２のレンズ１１４との相対的な位置ズレを低減することが可能となり、位置ズレによる結像性能の劣化を低減することができる。なお、第１のレンズ１１２と第２のレンズ１１４とを接着剤によって接合しても同様の効果を得ることが可能である。

また、レンズ１１０は、図６に示すように、第１のレンズ１１２を通過する光線ＬＬの光線方向に沿った光線長ＬＬ１と、第２のレンズ１１４を通過する光線ＬＬの光線方向に沿った光線長ＬＬ２とが以下の数式１５を満たすように、構成することが好ましい。換言すれば、以下の数式１５を満たすように、第１のレンズ１１２、第２のレンズ１１４及び接合面ＣＳの形状を規定することが好ましい。

δｎ１×ＬＬ１＝−δｎ２×ＬＬ２ ・・・（数式１５）
これにより、コンパクションの影響を、レアファクションの影響によって、より効果的に打ち消すことができる。換言すれば、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を効果的に低減することができる。

なお、数式１５において、δｎ１は、第１のレンズ１１２の光線ＬＬに対する（即ち、光線ＬＬの照射による）不可逆的な屈折率の変化率を示す。δｎ２は、第２のレンズ１１４の光線ＬＬに対する（即ち、光線ＬＬの照射による）不可逆的な屈折率の変化率を示す。

また、投影光学系１００を構成するレンズ１１０（第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４）を通過する光線ＬＬの方向は限定されず、実露光における全ての光線にあてはめることができる。換言すれば、光線ＬＬは、実露光における光線群から任意に選択することが可能である。なお、光線長ＬＬ１及びＬＬ２は、実露光における光線群のそれぞれの光線長の平均値で定義してもよい。第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４のいずれか一方が非球面を有する場合には、かかる非球面の実質的な基準となる球面成分から光線長ＬＬ１及びＬＬ２を選択してもよい。

また、レンズ１１０は、図７に示すように、光軸ＯＡに平行な軸ＰＡの第１のレンズ１１２内の距離ＬＯ１と、軸ＰＡの第２のレンズ１１４内の距離ＬＯ２とが以下の数式１６を満たすように、構成することが好ましい。換言すれば、以下の数式１６を満たすように、第１のレンズ１１２、第２のレンズ１１４及び接合面ＣＳの形状を規定することが好ましい。

δｎ１×ＬＯ１＝−δｎ２×ＬＯ２ ・・・（数式１６）
これにより、コンパクションの影響を、レアファクションの影響によって、より効果的に打ち消すことができる。換言すれば、コンパクション及びレアファクションに起因する結像性能の劣化を効果的に低減することができる。

また、軸ＰＡの位置（軸ＰＡと光軸ＯＡとの相対位置）は図７に示す位置に限定されず、第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４内の任意の位置から選択することができる。なお、距離ＬＯ１及びＬＯ２は、第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４の実露光での被照射部位の距離の平均値で定義されてもよい。第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１４のいずれか一方が非球面を有する場合には、かかる非球面の実質的な基準となる球面成分から距離ＬＯ１及びＬＯ２を選択してもよい。

以下、本発明の一側面としての投影光学系について具体的に説明する。

図８は、特開２００６−１６３３６９号公報の表１を参照して構成された投影光学系１００を示す概略断面図である。図８に示す投影光学系１００は、物体面の近傍、瞳位置の近傍、像面の近傍、ウエスト位置の近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置して構成されている。

まず、図９乃至図１１を参照して、物体面の近傍のレンズについて説明する。図９は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ１の拡大部分断面図である。図１０は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ２の拡大部分断面図である。図１１は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ３及びＰＬ４の拡大部分断面図である。

レンズＰＬ１は、図９に示すように、レンズＰＬ１ａとレンズＰＬ１ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ１ａ及びＰＬ１ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ２は、図１０に示すように、レンズＰＬ２ａとレンズＰＬ２ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ２ａ及びＰＬ２ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ３は、図１１に示すように、レンズＰＬ３ａとレンズＰＬ３ｂとレンズＰＬ３ｃとを接合した接合レンズで構成される。一方、レンズＰＬ４は、接合レンズではなく、通常のレンズで構成される。レンズＰＬ３ａ及びＰＬ３ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。また、レンズＰＬ３ｃ及びレンズＰＬ４のいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。かかる構成によって、レンズＰＬ４における屈折率の変化のレンズ内分布と比較的類似性の高いレンズ内分布をレンズＬＰ３ｃに生じさせることが可能となり、コンパクションの影響を、レアファクションの影響によって、より効果的に打ち消すことができる。

レンズＰＬ１（レンズＰＬ１ａ及びＰＬ１ｂ）、レンズＰＬ２（レンズＰＬ２ａ及びＰＬ２ｂ）、レンズＰＬ３（レンズＰＬ３ａ、ＰＬ３ｂ及びＰＬ３ｃ）及びレンズＰＬ３の数値諸元表（曲率、厚さ、屈折率）を以下の表１に示す。また、表１には、各レンズの距離ＤＦも示している。

図８に示す投影光学系１００は、ＴＴ＝１２４９．３８６ｍｍであり、レンズＰＬ１ａとレンズＰＬ１ｂとは、数式１及び数式２を満たすように構成されている。同様に、レンズＰＬ２ａとレンズＰＬ２ｂ、及び、レンズＰＬ３ａとレンズＰＬ３ｂとは、数式１及び数式２を満たすように構成されている。また、レンズＰＬ３ｃとレンズＰＬ４とは、数式１を満たすように構成されている。

このような構成によって、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。また、数式１を満たすレンズＰＬ３ｃとレンズＰＬ４よりも、数式２を満たすレンズＰＬ１ａとレンズＰＬ１ｂ、レンズＰＬ２ａとレンズＰＬ２ｂ、及び、レンズＰＬ３ａとレンズＰＬ３ｂの方が高いエネルギー密度で照射されるため、より高い効果が得られる。

次に、図１２及び図１３を参照して、瞳位置の近傍のレンズについて説明する。図１２は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ９及びＰＬ１０の拡大部分断面図である。図１３は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ１１の拡大部分断面図である。

レンズＰＬ９及びＰＬ１０は、図１２に示すように、接合レンズではなく、通常のレンズで構成される。レンズＰＬ９及びＰＬ１０のいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ１１は、図１３に示すように、レンズＰＬ１１ａとレンズＰＬ１１ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ１１ａ及びＰＬ１１ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ９、レンズＰＬ１０及びレンズＰＬ１１（レンズＰＬ１１ａ及びＰＬ１１ｂ）の数値諸元表（曲率、厚さ、屈折率）を以下の表２に示す。また、表２には、各レンズの距離ＤＰも示している。

レンズＰＬ９とレンズＰＬ１０とは、数式５を満たすように構成されている。また、レンズＰＬ１１ａとレンズＰＬ１１ｂとは、数式５及び数式６を満たすように構成されている。

このような構成によって、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。また、数式５を満たすレンズＰＬ９とレンズＰＬ１０よりも、数式６を満たすレンズＰＬ１１ａとレンズＰＬ１１ｂの方が高いエネルギー密度で照射されるため、より高い効果が得られる。

次に、図１４乃至図１６を参照して、像面の近傍のレンズについて説明する。図１４は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ１２の拡大部分断面図である。図１５は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ１３の拡大部分断面図である。図１６は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ１４の拡大部分断面図である。

レンズＰＬ１２は、図１４に示すように、レンズＰＬ１２ａとレンズＰＬ１２ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ１２ａ及びＰＬ１２ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ１３は、図１５に示すように、レンズＰＬ１３ａとレンズＰＬ１３ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ１３ａ及びＰＬ１３ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ１４は、図１６に示すように、レンズＰＬ１４ａとレンズＰＬ１４ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ１４ａ及びＰＬ１４ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ１２（レンズＰＬ１２ａ及びＰＬ１２ｂ）、レンズＰＬ１３（レンズＰＬ１３ａ及びＰＬ１３ｂ）及びレンズＰＬ１４（レンズＰＬ１４ａ及びＰＬ１４ｂ）の数値諸元表（曲率、厚さ、屈折率）を以下の表３に示す。また、表３には、各レンズの距離ＤＢも示している。

レンズＰＬ１２ａとレンズＰＬ１２ｂとは、数式３を満たすように構成されている。また、レンズＰＬ１３ａとレンズＰＬ１３ｂ、及び、レンズＰＬ１４ａとレンズＰＬ１４ｂとは、数式３及び数式４を満たすように構成されている。

このような構成によって、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。また、数式３を満たすレンズＰＬ１２ａとレンズＰＬ１２ｂよりも、数式４を満たすレンズＰＬ１３ａとレンズＰＬ１３ｂ、及び、レンズＰＬ１４ａとレンズＰＬ１４ｂの方が高いエネルギー密度で照射されるため、より高い効果が得られる。

次に、図１７乃至図１８を参照して、ウエスト位置の近傍のレンズについて説明する。図１７は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ５及びＰＬ６の拡大部分断面図である。図１８は、図８に示す投影光学系１００を構成するレンズＰＬ７及びＰＬ８の拡大部分断面図である。

レンズＰＬ５及びＰＬ６は、図１７に示すように、接合レンズではなく、通常のレンズで構成される。レンズＰＬ５及びＰＬ６のいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ７及びＰＬ８は、図１８に示すように、接合レンズではなく、通常のレンズで構成される。レンズＰＬ７及びＰＬ８のいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ５、レンズＰＬ６、レンズＰＬ７及びレンズＰＬ８の数値諸元表（曲率、厚さ、屈折率）を以下の表４に示す。また、表４には、各レンズの距離ＤＷも示している。

レンズＰＬ５とレンズＰＬ６とは、数式１０を満たすように構成されている。また、レンズＰＬ７とレンズＰＬ８とは、数式９及び数式１０を満たすように構成されている。

このような構成によって、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。また、数式９を満たすレンズＰＬ５とレンズＰＬ６よりも、数式１０を満たすレンズＰＬ７とレンズＰＬ８の方が高いエネルギー密度で照射されるため、より高い効果が得られる。

図１９は、国際公開２００５−０６９０５５号のＴａｂｌｅ３７を参照して構成された投影光学系１００を示す概略断面図である。図１９に示す投影光学系１００は、実像の中間像位置の近傍に、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズを配置して構成されている。

図２０及び図２１を参照して、実像の中間像位置の近傍のレンズについて説明する。図２０は、国際公開２００５−０６９０５５号のＴａｂｌｅ３７におけるＳｕｒｆａｃｅ１８、１９で規定されるレンズＬ２１の拡大部分断面図である。図２１は、国際公開２００５−０６９０５５号のＴａｂｌｅ３７におけるＳｕｒｆａｃｅ２０、２１で規定されるレンズＬ２２の拡大部分断面図である。

レンズＰＬ２１は、図２０に示すように、レンズＰＬ２１ａとレンズＰＬ２１ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ２１ａ及びＰＬ２１ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ２２は、図２１に示すように、レンズＰＬ２２ａとレンズＰＬ２２ｂとを接合した接合レンズで構成される。なお、レンズＰＬ２２ａ及びＰＬ２２ｂのいずれか一方は長期的にコンパクションの性質を有するレンズ（第１のレンズ）であり、他方は長期的にレアファクションの性質を有するレンズ（第２のレンズ）である。

レンズＰＬ２１（レンズＰＬ２１ａ及び２１ｂ）及びレンズＰＬ２２（レンズＰＬ２２ａ及びＰＬ２２ｂ）の数値諸元表（曲率、厚さ、材料）を以下の表５に示す。また、表５には、各レンズの距離ＤＣも示している。なお、表５に示されたレンズ材料ＳＩＬＵＶは、紫外線を使用する用途に適用される水晶ガラスを指している。

レンズＰＬ２１ａとレンズＰＬ２１ｂとは、数式７を満たすように構成されている。また、レンズＰＬ２２ａとレンズＰＬ２２ｂとは、数式７及び数式８を満たすように構成されている。

このような構成によって、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。また、数式７を満たすレンズＰＬ２１ａとレンズＰＬ２１ｂよりも、数式８を満たすレンズＰＬ２２ａとレンズＰＬ２２ｂの方が高いエネルギー密度で照射されるため、より高い効果が得られる。

なお、図１９に示す投影光学系１００の瞳位置や結像共役位置の近傍のレンズについても、紫外線の照射による屈折率の変化が相反する硝材（合成石英ガラス）で構成されたレンズで構成することが可能である。

以下、本発明の一側面としての投影光学系を適用した露光装置について説明する。

図２２は、本発明の一側面としての露光装置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２２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、物体面に配置されたレチクル２２０上のパターンを、像面に配置されたウエハ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。

ウエハ２４０は、レチクル２２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ２４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。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、上述したように、コンパクションによる結像性能への影響が、レアファクションによる結像性能への影響によって打ち消され、長期的に安定した結像性能を得ることができる。換言すれば、投影光学系１００は、露光装置２００の露光性能を長期にわたって保証することができる。従って、露光装置２００は、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。かかるデバイスは、露光装置２００を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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の一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系を構成するレンズの一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系を構成するレンズの一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系を構成するレンズの一例を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系の具体的な構成の一例を示す概略断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図８に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 本発明の一側面としての投影光学系の具体的な構成の一例を示す概略断面図である。 図１９に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 図１９に示す投影光学系を構成するレンズの拡大部分断面図である。 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。

符号の説明

１００ 投影光学系
ＯＰ 物体面（レチクル面）
ＩＰ 像面（ウエハ面）
ＯＡ 光軸
１１０ レンズ
１１２ 第１のレンズ
１１４ 第２のレンズ
ＰＬ１乃至ＰＬ１４ レンズ
ＰＬ２１及びＰＬ２２ レンズ
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２１２ 光源部
２１４ 照明光学系
２２０ レチクル
２２５ レチクルステージ
２４０ ウエハ
２４５ ウエハステージ
２５０ 測距装置
２６０ ステージ制御部
２７０ 液体供給部
２８０ 液浸制御部
２９０ 液体回収部

Claims (15)

1. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、
   前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、
   を有し、
   前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、
   前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の交点及び前記第２の交点のうち前記第１の中心位置に近い交点の交点位置との間の距離Ｄ１は、
   Ｄ１ ≦ ＴＴ／８
   を満たし、
   前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記交点位置との間の距離Ｄ２は、
   Ｄ２ ≦ ＴＴ／８
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
2. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、
   前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、
   を有し、
   前記物体面と前記像面との間に少なくとも１つの中間像を形成し、
   前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、
   前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる中間像位置との間の距離ＤＣ１は、
   ＤＣ１ ≦ ＴＴ／６
   を満たし、
   前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記中間像位置との距離ＤＣ２は、
   ＤＣ２ ≦ ＴＴ／６
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
3. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、
   前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、
   を有し、
   前記物体面と前記像面との間に少なくとも１つの瞳を有し、
   前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、
   前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる瞳位置との間の距離ＤＰ１は、
   ＤＰ１ ≦ ＴＴ／８
   を満たし、
   前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記瞳位置との距離ＤＰ２は、
   ＤＰ２ ≦ ＴＴ／８
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
4. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、
   前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、
   を有し、
   前記物体面と前記投影光学系の光軸との交点である第１の交点と、前記像面と前記投影光学系の光軸との交点である第２の交点との間の距離をＴＴとした場合に、
   前記第１のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第１の中心位置と、前記第１の中心位置と最短となる前記投影光学系のウエスト位置との間の距離ＤＷ１は、
   ＤＷ１ ≦ ＴＴ／１１
   を満たし、
   前記第２のレンズの前記投影光学系の光軸における厚さの中心位置である第２の中心位置と、前記ウエスト位置との間の距離ＤＷ２は、
   ＤＷ２ ≦ ＴＴ／１１
   を満たし、
   前記ウエスト位置は、前記投影光学系を構成する複数のレンズのレンズ面のうち最軸外主光線と前記投影光学系の光軸との距離が最大となるレンズ面と前記投影光学系の瞳との間において、有効領域が最小となるレンズ面の前記投影光学系の光軸との交点の位置であることを特徴とする投影光学系。
5. 物体面のパターンを像面に投影する投影光学系であって、
   紫外線の照射により屈折率が不可逆的に上昇する第１のレンズと、
   前記紫外線の照射により屈折率が不可逆的に低下する第２のレンズと、
   を有し、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズとが接合されていることを特徴とする投影光学系。
6. 前記第２のレンズは、前記第１のレンズの主成分を含む硝材で構成されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
7. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとが隣接していることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
8. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとが接合されていることを特徴とする請求項７に記載の投影光学系。
9. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、合成石英ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
10. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方はＯＨ基を含み、
    前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、互いに異なるＯＨ基濃度を有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
11. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方は水素分子を含み、
    前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、互いに異なる水素分子濃度を有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
12. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、オプティカルコンタクトによって接合されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の投影光学系。
13. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の投影光学系。
14. 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を基板に投影する請求項１乃至１３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。
15. 請求項１４に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の製造方法。

Images