JP5360351B2 - 投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、投影光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターンを、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用される。通常の露光装置では、１種類のパターン像を感光性基板上の１つのショット領域（単位露光領域）に形成している。
これに対し、スループットを向上させるために、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成する二重露光方式の露光装置が提案されている（特許文献１を参照）。
特開２０００−２１７４８号公報
特許文献１に開示された二重露光方式の露光装置では、例えば間隔を隔てて配置された２つのマスク上のパターンの像を、感光性基板上の１つのショット領域内に並列的に形成する双頭型の投影光学系が必要である。従来技術では、この種の双頭型投影光学系の構成について、具体的な提案がなされていない。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば間隔を隔てた２つのパターンの像を所定領域内に並列的に形成することのできる双頭型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば間隔を隔てた２つのパターンの像を所定領域内に並列的に形成する双頭型の投影光学系を用いて、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成することのできる二重露光方式の露光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの像側開口数を確保することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像および第２面の像を第３面に形成する投影光学系において、前記第１面の光軸上の点と光学的に共役な第１共役点と前記第１面との間の光路中に配置された第１結像光学系と、前記第２面の光軸上の点と光学的に共役な第２共役点と前記第２面との間の光路中に配置された第２結像光学系と、前記第１共役点および前記第２共役点と前記第３面との間の光路中に配置された第３結像光学系と、前記第１結像光学系からの光を前記第３結像光学系へ導く第１偏向部材と、前記第２結像光学系からの光を前記第３結像光学系へ導く第２偏向部材とを備え、前記第３結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子であり、前記第１共役点は、前記第１結像光学系の最も前記第３面側の面と前記第３結像光学系の最も前記第１面側の面との間に位置し、前記第２共役点は、前記第２結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第２面側の前記面との間に位置し、前記第１偏向部材は、前記第１結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第１面側の前記面との間に配置され、前記第２偏向部材は、前記第２結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第２面側の前記面との間に配置されることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第２形態では、第１面の像を第２面に形成する投影光学系において、前記第１面と該第１面の光軸上の点と光学的に共役な共役点との間の光路中に配置された第１結像光学系と、前記共役点と前記第２面との間の光路中に配置された第２結像光学系と、前記第１結像光学系からの光を前記第２結像光学系へ導く偏向部材とを備え、前記第１結像光学系および前記第２結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子であり、前記共役点は、前記第１結像光学系の最も前記第２面側の面と前記第２結像光学系の最も前記第１面側の面との間に位置し、前記偏向部材は、前記第１結像光学系の最も前記第２面側の前記面と前記第２結像光学系の最も前記第１面側の前記面との間に配置されることを特徴とする投影光学系を提供する。
本発明の第３形態では、前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記パターンの像を前記第３面に設定された感光性基板上に投影するための第１形態の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第４形態では、前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記パターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影するための第２形態の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第５形態では、第３形態または第４形態の露光装置を用いて前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、該露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
本発明の双頭型の投影光学系では、第１結像光学系が第１物体面からの光に基づいて第１偏向部材の位置またはその近傍に第１中間像を形成し、第３結像光学系は第１中間像からの光に基づいて像面上に第１最終像を形成する。一方、第２結像光学系は第１物体面から間隔を隔てた第２物体面からの光に基づいて第２偏向部材の位置またはその近傍に第２中間像を形成し、第３結像光学系は第２中間像からの光に基づいて、像面上において第１最終像と並列する位置に第２最終像を形成する。
本発明の投影光学系では、上述のような２回結像型で双頭型の基本構成を採用しているので、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの像側開口数および有効結像領域を確保することができ、例えば間隔を隔てた２つ物体面上のパターンの像を像面上の所定領域内に並列的に形成することができる。したがって、例えば二重露光方式の露光装置に対して本発明の投影光学系を適用することにより、間隔を隔てた２つのマスク上のパターンの像を投影光学系の有効結像領域内に並列的に形成し、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成することができ、ひいてはデバイスを高スループットで製造することができる。
本発明の投影光学系では、第１結像光学系が第１物体面からの光に基づいて中間像を形成し、第２結像光学系は中間像からの光に基づいて像面上に最終像を形成する。このように、本発明の投影光学系では、２回結像型の基本構成を採用しているので、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの像側開口を確保することができる。光学系の大型化が抑制されることにより、すなわち第１面と第２面との間の距離を短くすることができることにより、この投影光学系では振動を抑制することが可能となる。また、振動が抑制されることにより、この投影光学系では第２面上に形成される像のコントラストの低下を抑制することが可能になる。さらに、本発明の投影光学系では、第１結像光学系および第２結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子が屈折光学素子である。そのため、この投影光学系では、光学系の大型化が抑制されるとともに、製造が容易となる。また、屈折光学素子は、安定した面精度で製造することが可能である。
本発明の実施形態にかかる投影光学系は、例えば２回結像型で双頭型の投影光学系である。具体的には、本発明の実施形態にかかる投影光学系は、第１物体面（第１面）と第１物体面の光軸上の点と光学的に共役な第１共役点との間の光路中に配置された第１結像光学系と、第２物体面（第２面）と第２物体面の光軸上の点と光学的に共役な第２共役点との間の光路中に配置された第２結像光学系と、第１共役点および第２共役点と像面（第３面）との間の光路中に配置された第３結像光学系とを備えている。第１共役点は、第１結像光学系の最も像面側の面と第３結像光学系の最も第１物体面側の面との間に位置している。第２共役点は、第２結像光学系の最も像面側の面と第３結像光学系の最も第２物体面側の面との間に位置している。
また、本発明の実施形態にかかる投影光学系は、第１共役点の近傍に配置されて第１結像光学系からの光を第３結像光学系へ導く第１偏向部材と、第２共役点の近傍に配置されて第２結像光学系からの光を第３結像光学系へ導く第２偏向部材とを備え、第３結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子である。すなわち、第３結像光学系は屈折型の光学系である。第１偏向部材は、第１結像光学系の最も像面側の面と第３結像光学系の最も第１物体面側の面との間に配置される。第２偏向部材は、第２結像光学系の最も像面側の面と第３結像光学系の最も第２物体面側の面との間に配置される。こうして、第１結像光学系は第１物体面からの光に基づいて第１共役点の位置またはその近傍に第１中間像を形成し、第３結像光学系は第１中間像からの光に基づいて像面上に第１最終像を形成する。第２結像光学系は第１物体面から間隔を隔てた第２物体面からの光に基づいて第２共役点の位置またはその近傍に第２中間像を形成し、第３結像光学系は第２中間像からの光に基づいて、像面上において第１最終像と並列する位置に第２最終像を形成する。
本発明の実施形態にかかる投影光学系では、上述のような２回結像型で双頭型の基本構成を採用しているので、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの像側開口数および有効結像領域を確保することができ、例えば間隔を隔てた２つ物体面上のパターンの像を像面上の所定領域内に並列的に形成することができる。したがって、例えば二重露光方式の露光装置に対して本発明の実施形態にかかる投影光学系を適用することにより、例えば間隔を隔てた２つのマスク上のパターンの像を投影光学系の有効結像領域内に並列的に形成し、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成することができる。
本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、縮小倍率を有していてもよい。また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、第１結像光学系および第２結像光学系も、第３結像光学系と同様に、屈折型の光学系であることが好ましい。換言すれば、第１結像光学系および第２結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子であることが好ましい。パワーを有するすべての光学素子が屈折光学素子で構成される屈折型の投影光学系は、リソグラフィ用の投影光学系として従来の露光装置に多用されており、信頼性の観点からも生産性の観点からも露光装置に好適な光学系タイプである。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、第１結像光学系と第２結像光学系とが互いに同じ構成を有することが好ましい。これにより、第３結像光学系の光軸に関して対称的な構成の光学系を得ることができ、光学系の安定性の向上、光学系の構成の簡素化、光学系の製造コストの低下などを図ることができる。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、次の条件式（１）および（２）を満足することができる。条件式（１）および（２）において、β１は第１結像光学系の結像倍率であり、β２は第２結像光学系の結像倍率であり、βは投影光学系の投影倍率である。
５＜｜β１／β｜ （１）
５＜｜β２／β｜ （２）
条件式（１）の下限値を下回ると、第１結像光学系の結像倍率β１が小さくなり過ぎて、コマ収差や球面収差などを悪化させることなくペッツバール和を良好に補正することが困難になり、光学系の径方向の大型化を招くことなく大きな像側開口数を確保し且つ平坦性の良好な像を形成することができなくなるので好ましくない。なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するために、条件式（１）の下限値を５．５に設定することができる。また、条件式（１）の上限値を１５に設定することができる。この上限値を上回ると、像面湾曲を小さく抑えようとすると第１中間像の形成位置の近傍における第１偏向部材が大型化したり、特に第１結像光学系の光路に沿った全長が過大になったりするので好ましくない。
条件式（２）の下限値を下回ると、第２結像光学系の結像倍率β２が小さくなり過ぎて、コマ収差や球面収差などを悪化させることなくペッツバール和を良好に補正することが困難になり、光学系の径方向の大型化を招くことなく大きな像側開口数を確保し且つ平坦性の良好な像を形成することができなくなるので好ましくない。なお、上記効果をさらに良好に発揮するために、条件式（２）の下限値を５．５に設定することができる。また、条件式（２）の上限値を１５に設定することができる。この上限値を上回ると、像面湾曲を小さく抑えようとすると第２中間像の形成位置の近傍における第２偏向部材が大型化したり、特に第２結像光学系の光路に沿った全長が過大になったりするので好ましくない。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、第１結像光学系および第２結像光学系を、光の入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群と、負屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群と、負屈折力の第４レンズ群と、正屈折力の第５レンズ群とによりそれぞれ構成することができる。このように、第１結像光学系および第２結像光学系において正・負・正・負・正の屈折力配置を有する５群構成を採用することにより、特に歪曲収差などの諸収差を発生させることなく、ペッツバール条件を満足させることが可能になる。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系は、第１結像光学系の光路中に配置された第１中間偏向部材と、第２結像光学系の光路中に配置された第２中間偏向部材とをさらに備えることができ、第１偏向部材と第１中間偏向部材との間の光軸上の距離Ｌｉ１および第２偏向部材と第２中間偏向部材との間の光軸上の距離Ｌｉ２を少なくとも１３０ｍｍに設定することができる。この構成により、例えば二重露光方式の露光装置に適用したときに、２つのマスクが機械的に干渉しないように十分な間隔を隔てて配置することが可能になる。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、第１物体面上において光軸を含まない第１有効視野領域と、第２物体面上において光軸を含まない第２有効視野領域とを有し、次の条件式（３）および（４）を満足することができる。条件式（３）および（４）において、ＬＯ１は第１有効視野領域に対応して像面上に形成される第１有効結像領域と光軸との間隔であり、ＬＯ２は第２有効視野領域に対応して像面上に形成される第２有効結像領域と光軸との間隔であり、Ｂは像面での最大像高である。
０．０３＜ＬＯ１／Ｂ＜０．４ （３）
０．０３＜ＬＯ２／Ｂ＜０．４ （４）
条件式（３）の下限値を下回ると、第１結像光学系から第３結像光学系への光線と第２結像光学系から第３結像光学系への光線とを良好に分離するために要求される第１中間像の結像性能が過度に高くなり、第１結像光学系および第３結像光学系の構成が複雑化するので好ましくない。なお、上記効果をさらに良好に発揮するために、条件式（３）の下限値を０．０５に設定することができる。一方、条件式（３）の上限値を上回ると、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの第１有効結像領域を確保することが困難になるので好ましくない。なお、この効果をさらに良好に発揮するために、条件式（３）の上限値を０．３に設定することができる。
条件式（４）の下限値を下回ると、第１結像光学系から第３結像光学系への光線と第２結像光学系から第３結像光学系への光線とを良好に分離するために要求される第２中間像の結像性能が過度に高くなり、第２結像光学系および第３結像光学系の構成が複雑化するので好ましくない。なお、上記効果をさらに良好に発揮するために、条件式（４）の下限値を０．０５に設定することができる。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの第２有効結像領域を確保することが困難になるので好ましくない。なお、上述の効果をさらに良好に発揮するために、条件式（４）の上限値を０．３に設定することができる。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、投影光学系と像面との間の光路を液体で満たすことができる。像側に液浸領域が形成された液浸型の構成を採用することにより、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。
また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系において、第１偏向部材の反射面と第２偏向部材の反射面とが形成する稜線を、第１乃至第３結像光学系の光軸が交差する点上に位置させることができる。より正確には、第１偏向部材が有する平面反射面の仮想的な延長面と第２偏向部材が有する平面反射面の仮想的な延長面とが形成する稜線を、第１結像光学系の射出側の光軸と第２結像光学系の射出側の光軸と第３結像光学系の入射側の光軸とが交差する点上に位置させることができる。この場合、第１偏向部材および第２偏向部材により、第１結像光学系から第３結像光学系への光線と第２結像光学系から第３結像光学系への光線とを良好に分離することが可能になる。また、本発明の実施形態にかかる双頭型の投影光学系では、第１物体面と第２物体面とは同一平面に位置していてもよい。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において互いに直交する方向にＸ軸およびＹ軸を設定している。図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、ＹＺ平面（Ｙ方向に平行で且つＸ方向に垂直な平面）に沿って設定された光軸ＡＸａおよびＡＸｂをそれぞれ有する２つの照明系ＩＬａおよびＩＬｂを備えている。
以下、並列配置された第１照明系ＩＬａと第２照明系ＩＬｂとは互いに同じ構成を有するため、第１照明系ＩＬａに着目して各照明系の構成および作用を説明し、対応する第２照明系の参照符号およびその構成要素の参照符号を括弧内に示す。第１照明系ＩＬａ（第２照明系ＩＬｂ）は、第１光学系２ａ（２ｂ）と、フライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズ）３ａ（３ｂ）と、第２光学系４ａ（４ｂ）とを備えている。
露光光（照明光）を第１照明系ＩＬａ（第２照明系ＩＬｂ）へ供給するための光源１ａ（１ｂ）として、たとえば約１９３ｎｍの波長を有する光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、約２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。光源１ａ（１ｂ）から射出されたほぼ平行光束は、第１光学系２ａ（２ｂ）を介して、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）に入射する。第１光学系２ａ（２ｂ）は、例えば周知の構成を有するビーム送光系（不図示）、偏光状態可変部（不図示）などを有する。ビーム送光系は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ偏光状態可変部へ導くとともに、偏光状態可変部へ入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
偏光状態可変部は、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）に入射する照明光の偏光状態を変化させる機能を有する。具体的に、偏光状態可変部は、光源側から順に、たとえば水晶により形成された１／２波長板と、水晶により形成された偏角プリズムすなわち水晶プリズムと、石英ガラスにより形成された偏角プリズムすなわち石英プリズムとにより構成されている。１／２波長板、水晶プリズムおよび石英プリズムは、光軸ＡＸａ（ＡＸｂ）を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。水晶プリズムは偏光解消作用を有し、石英プリズムは水晶プリズムの偏角作用による光線の曲がりを補正する機能を有する。
偏光状態可変部では、１／２波長板の結晶光学軸の方向および水晶プリズムの結晶光学軸の方向を適宜設定することにより、ビーム送光系から入射した直線偏光の光を振動方向の異なる直線偏光に変換したり、入射した直線偏光の光を非偏光の光に変換したり、入射した直線偏光の光を変換することなくそのまま射出したりする。偏光状態可変部により必要に応じて偏光状態が変換された光束は、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）に入射する。
フライアイレンズ３ａ（３ｂ）に入射した光束は多数の微小レンズ要素により二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズ要素の後側焦点面には小光源がそれぞれ形成される。こうして、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）の後側焦点面には、多数の小光源からなる実質的な面光源が形成される。フライアイレンズ３ａ（３ｂ）からの光束は、第２光学系４ａ（４ｂ）を介して、第１マスクＭａ（第２マスクＭｂ）へ導かれる。
第２光学系４ａ（４ｂ）は、例えば周知の構成を有するコンデンサー光学系（不図示）、マスクブラインド（不図示）、結像光学系（不図示）、光路折曲げ反射鏡４ａａ（４ｂａ）などを有する。この場合、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）からの光束は、コンデンサー光学系を介した後、マスクブラインドを重畳的に照明する。照明視野絞りとしてのマスクブラインドには、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）を構成する各微小レンズ要素の形状に応じた矩形状の照野が形成される。
マスクブラインドの矩形状の開口部（光透過部）を通過した光束は、結像光学系および光路折曲げ反射鏡４ａａ（４ｂａ）を介して、第１マスクＭａ（第２マスクＭｂ）を重畳的に照明する。なお、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）の射出面の近傍には、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）からの光束を制限するための開口絞り（不図示）が配置されている。開口絞りは、フライアイレンズ３ａ（３ｂ）の射出面の近傍、すなわち照明瞳における光強度分布（以下、「瞳強度分布」という）の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。
第１マスクＭａを透過した光束および第２マスクＭｂを透過した光束は、図２に示すように、双頭型の投影光学系ＰＬを介して、ウェハ（感光性基板）Ｗ上に第１マスクＭａのパターン像および第２マスクＭｂのパターン像をそれぞれ形成する。第１及び第２マスクＭａ、Ｍｂはそれぞれ、図２に示されているように、マスクステージＭＳ上に保持されている。マスクステージＭＳは、マスクステージ駆動系ＭＳＤに接続されている。マスクステージ駆動系ＭＳＤは、マスクステージＭＳをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を軸とした回転方向に駆動する。また、ウェハＷは、図２に示されているように、ウェハステージＷＳ上に保持されている。ウェハステージＷＳは、ウェハステージ駆動系ＷＳＤに接続されている。ウェハステージ駆動系ＷＳＤは、ウェハステージＷＳをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向を軸とした回転方向に駆動する。双頭型の投影光学系ＰＬは、Ｘ方向沿って互いに離間した２つの有効視野と、１つの有効結像領域とを有する光学系である。双頭型の投影光学系ＰＬの内部構成については後述する。
本実施形態では、第１照明系ＩＬａが、図３（ａ）の左側に示すように、第１マスクＭａ上においてＹ方向に細長く延びる矩形状の照明領域ＩＲａを形成する。また、第２照明系ＩＬｂは、図３（ａ）の右側に示すように、第２マスクＭｂ上においてＹ方向に細長く延びる矩形状の照明領域ＩＲｂを形成する。第１照明領域ＩＲａおよび第２照明領域ＩＲｂは、たとえば第１照明系ＩＬａの光軸ＡＸａおよび第２照明系ＩＬｂの光軸ＡＸｂを中心としてそれぞれ形成される。
すなわち、第１マスクＭａのパターン領域ＰＡａのうち、第１照明領域ＩＲａに対応するパターンが、第１照明系ＩＬａ中の偏光状態可変部により設定された偏光状態と開口絞りにより設定された瞳強度分布の大きさおよび形状とにより規定される照明条件で照明される。また、Ｘ方向に沿って第１マスクＭａから間隔を隔てた第２マスクＭｂのパターン領域ＰＡｂのうち、第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンが、第２照明系ＩＬｂ中の偏光状態可変部により設定された偏光状態と開口絞りにより設定された瞳強度分布の大きさおよび形状とにより規定される照明条件で照明される。
こうして、図３（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの有効結像領域ＥＲ内においてＹ方向に細長く延びる矩形状の第１領域（第１有効結像領域）ＥＲａには第１照明領域ＩＲａにより照明された第１マスクＭａのパターン像が形成され、有効結像領域ＥＲ内において同じくＹ方向に細長く延びる矩形状の外形形状を有し且つＸ方向に沿って第１領域ＥＲａと並列的に位置する第２領域（第２有効結像領域）ＥＲｂには第２照明領域ＩＲｂにより照明された第２マスクＭｂのパターン像が形成される。さらに詳細には、投影光学系ＰＬを鉛直方向であるＺ方向に沿って真上から見た時に、第１照明系ＩＬａにより形成される第１照明領域ＩＲａと第２照明系ＩＬｂにより形成される第２照明領域ＩＲｂとの間の領域に、第１マスクＭａの第１照明領域ＩＲａのパターン像および第２マスクＭｂの第２照明領域ＩＲｂのパターン像が並列的に形成される。
本実施形態では、投影光学系ＰＬに対して第１マスクＭａ、第２マスクＭｂおよびウェハＷをＸ方向に沿って同じ向きに同期的に移動させつつ、ウェハＷ上の１つのショット領域に、第１マスクＭａのパターンと第２マスクＭｂのパターンとを重ねて走査露光して１つの合成パターンを形成する。そして、投影光学系ＰＬに対してウェハＷをＸＹ平面に沿って二次元的にステップ移動させつつ、上述の重ね走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷ上の各ショット領域に、第１マスクＭａのパターンと第２マスクＭｂのパターンとの合成パターンが逐次形成される。
図４は、本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図４に示すように、基準光軸ＡＸ（ウェハＷ上において光軸ＡＸ３と一致）を中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基準光軸ＡＸから−Ｘ方向に軸外し量ＬＯ１だけ離れた位置に所定の大きさを有する矩形状の第１静止露光領域（第１有効結像領域に対応）ＥＲａが設定され、基準光軸ＡＸから＋Ｘ方向に軸外し量ＬＯ２だけ離れた位置に所定の大きさを有する矩形状の第２静止露光領域（第２有効結像領域に対応）ＥＲｂが設定される。第１静止露光領域ＥＲａと第２静止露光領域ＥＲｂとは、基準光軸ＡＸを通り且つＹ軸に平行な軸線に関して対称である。
静止露光領域ＥＲａ，ＥＲｂのＸ方向の長さはＬＸａ，ＬＸｂ（＝ＬＸａ）であり、そのＹ方向の長さはＬＹａ，ＬＹｂ（＝ＬＹａ）である。したがって、図３（ａ）に示すように、第１マスクＭａ上では、矩形状の第１静止露光領域ＥＲａに対応して、光軸ＡＸ１から−Ｘ方向に軸外し量ＬＯ１に対応する距離だけ離れた位置に第１静止露光領域ＥＲａに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の第１照明領域（第１有効視野領域に対応）ＩＲａが形成される。同様に、第２マスクＭｂ上では、矩形状の第２静止露光領域ＥＲｂに対応して、光軸ＡＸ２から＋Ｘ方向に軸外し量ＬＯ２（＝ＬＯ１）に対応する距離だけ離れた位置に第２静止露光領域ＥＲｂに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の第２照明領域（第２有効視野領域に対応）ＩＲｂが形成される。
図５は、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図５を参照すると、本実施形態にかかる双頭型の投影光学系ＰＬでは、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路が液体Ｌｍで満たされている。本実施形態では、液体Ｌｍとして、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水（脱イオン水）を用いている。ただし、液体Ｌｍとして、Ｈ+，Ｃｓ+，Ｋ+、Ｃｌ-，ＳＯ4 2-，ＰＯ4 2-を入れた水、イソプロパノール，グリセロール、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどを用いることもできる。
投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体回収装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。
図１４は、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術を適用した場合の、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図１４に示すように、ウェハＷはウェハホルダ（不図示）を介してウェハＷのフオーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺステージ１０９上に固定されている。Ｚステージ１０９は投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１１０上に固定されている。
具体的には、その液体Ｌｍは、その液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置等からなる液体供給装置１０５によって、所定の排出ノズル等を介してウェハＷ上に温度制御された状態で供給され、その液体のタンク及び吸引ポンプ等からなる液体回収装置１０６によって、所定の流入ノズル等を介してウェハＷ上から回収される。液体Ｌｍの温度は、例えば本例の投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定されている。そして、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂの先端部をＸ方向に挟むように先端部が細くなった排出ノズル１２１ａ、及び先端部が広くなった２つの流入ノズル１２３ａ，１２３ｂ（図１５参照）が配置されており、排出ノズル１２１ａは供給管１２１を介して液体供給装置１０５に接続され、流入ノズル１２３ａ，１２３ｂは回収管１２３を介して液体回収装置１０６に接続されている。更に、その１対の排出ノズル１２１ａ、及び流入ノズル１２３ａ，１２３ｂをほぼ１８０°回転した配置の１対のノズル、及びその境界レンズＬｂの先端部をＹ方向に挟むように配置された２対の排出ノズル、及び流入ノズルも配置されている。
図１５は、図１４の投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１及びウェハＷと、その先端部Ｌｂ１をＸ方向に挟む２対の排出ノズル及び流入ノズルとの位置関係を示し、この図１５において、先端部Ｌｂ１の＋Ｘ方向側に排出ノズル１２１ａが、−Ｘ方向側に流入ノズル１２３ａ，１２３ｂがそれぞれ配置されている。また、流入ノズル１２３ａ，１２３ｂは先端部Ｌｂ１中心を通りＸ軸に平行な軸に対して扇状に開いた形で配置されている。そして、１対の排出ノズル１２１ａ、及び流入ノズル１２３ａ，１２３ｂをほぼ１８０°回転した配置で別の１対の排出ノズル１２２ａ、及び流入ノズル１２４ａ，１２４ｂが配置され、排出ノズル１２２ａは供給管１２２を介して液体供給装置１０５に接続され、流入ノズル１２４ａ，１２４ｂは回収管１２４を介して液体回収装置１０６に接続されている。
また、図１６は、図１４の投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１と、その先端部Ｌｂ１をＹ方向に挟む２対の排出ノズル及び流入ノズルとの位置関系を示し、この図１６において、先端部Ｌｂ１の＋Ｙ方向側に排出ノズル１２７ａが、−Ｙ方向側に流入ノズル１２９ａ，１２９ｂがそれぞれ配置され、排出ノズル１２７ａは供給管１２７を介して液体供給装置１０５に接続され、流入ノズル１２９ａ，１２９ｂは回収管１２９を介して液体回収装置１０６に接続されている。また、１対の排出ノズル１２７ａ、及び流入ノズル１２９ａ，１２９ｂをほぼ１８０°回転した配置で別の１対の排出ノズル１２８ａ、及び流入ノズル１３０ａ，１３０ｂが配置され、排出ノズル１２８ａは供給管１２８を介して液体供給装置１０５に接続され、流入ノズル１３０ａ，１３０ｂは回収管１３０を介して液体回収装置１０６に接続されている。液体供給装置１０５は、供給管１２１，１２２，１２７，１２８の少なくとも一つを介して境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１とウェハＷとの間に温度制御された液体を供給し、液体回収装置１０６は回収管１２３，１２４，１２９，１３０の少なくとも一つを介してその液体を回収する。
次に、液体Ｌｍの供給及び回収方法について説明する。図１５において、実線で示す矢印１２５Ａの方向（−Ｘ方向）にウェハＷをステップ移動させる際には、液体供給装置１０５は、供給管１２１、及び排出ノズル１２１ａを介して境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１とウェハＷとの間に液体Ｌｍを供給する。そして、液体回収装置１０６は、回収管１２３及び流入ノズル１２３ａ，１２３ｂを介してウェハＷ上から液体Ｌｍを回収する。このとき、液体ＬｍはウェハＷ上を矢印１２５Ｂの方向（−Ｘ方向）に流れており、ウェハＷと境界レンズＬｂとの間は液体Ｌｍにより安定に満たされる。
一方、２点鎖線で示す矢印１２６Ａの方向（＋Ｘ方向）にウェハＷをステップ移動させる際には、液体供給装置１０５は供給管１２２、及び排出ノズル１２２ａを使用して境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１とウェハＷとの間に液体Ｌｍを供給し、液体回収装置１０６は回収管１２４及び流入ノズル１２４ａ，１２４ｂを使用して液体Ｌｍを回収する。このとき、液体ＬｍはウェハＷ上を矢印１２６Ｂの方向（＋Ｘ方向）に流れており、ウェハＷと境界レンズＬｂとの間は液体Ｌｍにより満たされる。このように、本例の投影露光装置では、Ｘ方向に互いに反転した２対の排出ノズルと流入ノズルとを設けているため、ウェハＷを＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらに移動する場合にも、ウェハＷと境界レンズＬｂとの間を液体Ｌｍにより安定に満たし続けることができる。
また、液体ＬｍがウェハＷ上を流れるため、ウェハＷ上に異物（レジストからの飛散粒子を含む）が付着している場合であっても、その異物を液体Ｌｍにより流し去ることができるという利点がある。また、液体Ｌｍは液体供給装置１０５により所定の温度に調整されているため、ウェハＷ表面の温度調整が行われて、露光の際に生じる熱によるウェハの熱膨張による重ね合わせ精度等の低下を防ぐことができる。従って、ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のアライメントのように、アライメントと露光とに時間差のある場合であっても、ウェハの熱膨張により重ね合わせ精度が低下してしまうことを防ぐことができる。また、本例の投影露光装置では、ウェハＷを移動させる方向と同じ方向に液体Ｌｍが流れているため、異物や熱を吸収した液体を境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１の直下の露光領域上に滞留させることなく回収することができる。
また、ウェハＷをＹ方向にステップ移動させる際にはＹ方向から液体Ｌｍの供給及び回収を行う。即ち、図１６において実線で示す矢印１３１Ａの方向（−Ｘ方向）にウェハをステップ移動させる際には、液体供給装置１０５は供給管１２７、排出ノズル１２７ａを介して液体を供給し、液体回収装置１０６は回収管１２９及び流入ノズル１２９ａ，１２９ｂを使用して液体の回収を行ない、液体は境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１の直下の露光領域上を矢印１３１Ｂの方向（−Ｘ方向）に流れる。また、ウェハを＋Ｙ方向にステップ移動させる際には、供給管１２８、排出ノズル１２８ａ、回収管１３０及び流入ノズル１３０ａ，１３０ｂを使用して液体の供給及び回収が行われ、液体は先端部Ｌｂ１の直下の露光領域上を＋Ｙ方向に流れる。これにより、ウェハＷをＸ方向に移動する場合と同様に、ウェハＷを＋Ｙ方向、又は−Ｙ方向のどちらに移動する場合であっても、ウェハＷと境界レンズＬｂの先端部Ｌｂ１との間を液体Ｌｍにより満たすことができる。なお、Ｘ方向、又はＹ方向から液体Ｌｍの供給及び回収を行うノズルだけでなく、例えば斜めの方向から液体Ｌｍの供給及び回収を行うためのノズルを設けてもよい。
図１７は、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間への液体Ｌｍの供給及び回収の様子を示し、この図１７において、ウェハＷは矢印１２５Ａの方向（−Ｘ方向）に移動しており、排出ノズル１２１ａより供給された液体Ｌｍは、矢印１２５Ｂの方向（−Ｘ方向）に流れ、流入ノズル１２３ａ，１２３ｂにより回収される。
一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。
図１８は、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術を適用した場合の、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図１８に示すように、ウェハＷはその裏面を吸着するホルダテーブルＷＨ上に保持される。このホルダテーブルＷＨの外周部全体には一定の高さで壁部ＨＬＢが設けられ、この壁部ＨＬＢの内側には液体Ｌｍが所定の深さで満たされている。そしてウェハＷは、ホルダテーブルＷＨの内底部の窪み部分に真空吸着される。またホルダテーブルＷＨの内底部の周辺には、ウェハＷの外周を所定の幅で取り囲むような環状の補助プレート部ＨＲＳが設けられている。この補助プレート部ＨＲＳの表面の高さは、ホルダテーブルＷＨ上に吸着された標準的なウェハＷの表面の高さとほぼ一致するように定められている。
ところで図１８に示した通り、本例では投影レンズ系ＰＬの先端部を液体Ｌｍ内に浸けるので、少なくともその先端部は防水加工されて鏡筒内に液体が染み込まないような構造となっている。さて、ホルダテーブルＷＨは、投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸに沿ったＺ方向への並進移動（本例では粗移動と微動）と、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に対する傾斜微動とが可能なように、ＸＹステージ２３４上に取り付けられる。このＸＹステージ２３４はベース定盤２３０上をＸＹ方向に２次元移動し、ホルダテーブルＷＨはＸＹステージ２３４上に３つのＺ方向用のアクチュエータ２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃを介して取り付けられる。各アクチュエータ２３２Ａ，Ｂ，Ｃは、ピエゾ伸縮素子、ボイスコイルモータ、ＤＣモータとリフト・カムの組合わせ機構等で構成される。そして３つのＺアクチュエータを同じ量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨをＺ方向（フォーカス方向）に平行移動させることができ、３つのＺアクチュエータを互いに異なる量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨの傾斜（チルト）方向とその量とが調整できる。
また、ＸＹステージ２３４の２次元移動は、送りネジを回転させるＤＣモータや非接触に推力を発生させるリニアモータ等で構成される駆動モータ２３６によって行われる。この駆動モータ２３６の制御は、ホルダテーブルＷＨの端部に固定された移動鏡ＭＲｗの反射面のＸ方向、Ｙ方向の各位置変化を計測するレーザ干渉計２３３からの計測座標位置を入力するウェハステージ制御器２３５によって行われる。
さて、本例では投影レンズ系ＰＬのワーキングディスタンスが小さく、投影レンズＰＬの先端のレンズ素子とウェハＷとの間の狭い間隔に液体Ｌｍを満たすことから、斜入射光方式のフォーカスセンサーの投光ビームを投影レンズ系ＰＬの投影視野に対応したウェハ面上に斜めに投射することが難しい。このため本例では図１８に示す通り、オフ・アクシス方式（投影レンズ系ＰＬの投影視野内にフォーカス検出点がない方式）のフォーカス・レベリング検出系と、オフ・アクシス方式でウェハＷ上のアライメント用のマークを検出するマーク検出系とを含むフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部周辺に配置する。
そして、主制御器２４０はフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤからのフォーカス信号Ｓｆに基づいて３つのＺアクチュエータ２３２Ａ，Ｂ，Ｃの各々を最適に駆動するための情報をウェハステージ制御器２３５に送出する。これによってウェハステージ制御器２３５は、ウェハＷ上の実際に投影されるべき領域に対するフォーカス調整やチルト調整が行われるように、各Ｚアクチュエータ２３２Ａ，Ｂ，Ｃを制御する。
また主制御器２４０は、フォーカス・アライメントセンサーＦＡＤからのアライメント信号Ｓａに基づいて、第１マスクＭａ（第２マスクＭｂ）とウェハＷとの相対的な位置関係を整合させるためのＸＹステージ２３４の座標位置を管理する。さらに主制御器２４０は、ウェハＷ上の各ショット領域を走査露光する際、第１マスクＭａ（第２マスクＭｂ）とウェハＷとがＹ方向に投影レンズ系ＰＬの投影倍率と等しい速度比で等速移動するように、マスクステージ制御器２２０とウェハステージ制御器２３５とを同期制御する。
ここで、本例による露光装置の特徴であるホルダテーブルＷＨ内の液体Ｌｍの状態について、図１９を参照して説明する。図１９は投影レンズ系ＰＬの先端部からホルダテーブルＷＨまでの部分断面を表す。投影レンズ系ＰＬの鏡筒内の先端には、下面Ｐｅが平面で上面が凸面の正レンズ素子Ｌｂが固定されている。このレンズ素子Ｌｂの下面Ｐｅは、鏡筒金物の先端部の端面と同一面となるように加工（フラッシュサーフェス加工）されており、液体Ｌｍの流れが乱れることを抑えている。さらに投影レンズ系ＰＬの鏡筒先端部で液体Ｌｍ内に浸かる外周角部２１４は、例えば図１９のように大きな曲率で面取り加工されており、液体Ｌｍの流れに対する抵抗を小さくして不要な渦の発生や乱流を抑える。また、ホルダテーブルＷＨの内底部の中央には、ウェハＷの裏面を真空吸着する複数の突出した吸着面２１３が形成されている。この吸着面２１３は、具体的には１ｍｍ程度の高さでウェハＷの径方向に所定のピッチで同心円状に形成された複数の輪帯状ランド部として作られる。そして各輪帯状ランド部の中央に刻設された溝の各々は、テーブルＷＨの内部で真空吸着用の真空源に接続される配管２１２につながっている。ここで本例で使う液体Ｌｍは、入手が容易で取り扱いが簡単な純水を用いることができる。
本実施形態では、給排水機構を用いて、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中において液体Ｌｍを循環させている。このように、浸液としての液体Ｌｍを微小流量で循環させることにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。また、露光光の熱吸収による収差変動を防ぐことができる。
本実施形態の実施例において、投影光学系ＰＬは、後述の図６に示すように、第１結像光学系Ｇ１と、第２結像光学系Ｇ２と、第３結像光学系Ｇ３と、第１平面反射鏡（第１偏向部材）Ｍ１と、第２平面反射鏡（第２偏向部材）Ｍ２とを備えている。第１結像光学系Ｇ１は、第１マスクＭａと第１マスクＭａの光軸（第１結像光学系Ｇ１の入射側の光軸ＡＸ１）上の点と光学的に共役な第１共役点との間の光路中に配置されている。第２結像光学系Ｇ２は、第２マスクＭｂと第２マスクＭｂの光軸（第２結像光学系Ｇ２の入射側の光軸ＡＸ２）上の点と光学的に共役な第２共役点との間の光路中に配置されている。第３結像光学系Ｇ３は、第１共役点および第２共役点とウェハＷとの間の光路中に配置されている。第１平面反射鏡Ｍ１は第１共役点の近傍に配置され、第２平面反射鏡Ｍ２は第２共役点の近傍に配置されている。
第１結像光学系Ｇ１、第２結像光学系Ｇ２および第３結像光学系Ｇ３はともに屈折型の光学系であり、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２とは互いに同じ構成を有する。第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１，Ｇ２１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２，Ｇ２２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３，Ｇ２３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４，Ｇ２４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ１５，Ｇ２５とによりそれぞれ構成されている。
第１結像光学系Ｇ１の光路中において第３レンズ群Ｇ１３と第４レンズ群Ｇ１４との間には第１中間平面反射鏡（第１中間偏向部材）Ｍ１ｉが配置され、第２結像光学系Ｇ２の光路中において第３レンズ群Ｇ２３と第４レンズ群Ｇ２４との間には第２中間平面反射鏡（第２中間偏向部材）Ｍ２ｉが配置されている。図２に示すように、第１平面反射鏡Ｍ１の反射面の仮想的な延長面と第２平面反射鏡Ｍ２の反射面の仮想的な延長面とが形成する稜線は、第１結像光学系Ｇ１の射出側の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の射出側の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の入射側の光軸ＡＸ３とが交差する点上に位置している。また、投影光学系ＰＬは、物体側および像側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。
実施例にかかる投影光学系ＰＬでは、第１マスクＭａから−Ｚ方向に沿って進む光が、第１結像光学系Ｇ１中のレンズ群Ｇ１１，Ｇ１２およびＧ１３を介した後、第１中間平面反射鏡Ｍ１ｉにより−Ｘ方向に偏向され、第１結像光学系Ｇ１中のレンズ群Ｇ１４およびＧ１５を介して第１平面反射鏡Ｍ１の近傍に第１中間像を形成する。同様に、第２マスクＭｂから−Ｚ方向に沿って進む光は、第２結像光学系Ｇ２中のレンズ群Ｇ２１，Ｇ２２およびＧ２３を介した後、第２中間平面反射鏡Ｍ２ｉにより＋Ｘ方向に偏向され、第２結像光学系Ｇ２中のレンズ群Ｇ２４およびＧ２５を介して第２平面反射鏡Ｍ２の近傍に第２中間像を形成する。第３結像光学系Ｇ３は、第１中間像からの光に基づいてウェハＷ上に最終的な第１縮小像を形成し、第２中間像からの光に基づいてウェハＷ上において第１縮小像と並列する位置に最終的な第２縮小像を形成する。
本実施形態の実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6
＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14＋Ｃ16・ｙ16 （ａ）
［実施例］
図６は、本実施形態の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図６を参照すると、実施例の投影光学系ＰＬにおいて、第１結像光学系Ｇ１の第１レンズ群Ｇ１１は、光の入射側から順に、平行平面板Ｐ１と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３とにより構成されている。第１結像光学系Ｇ１の第２レンズ群Ｇ１２は、光の入射側から順に、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、入射側に非球面形状の凸面を向けたメニスカスレンズＬ２２と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４とにより構成されている。
第１結像光学系Ｇ１の第３レンズ群Ｇ１３は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３１と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、両凸レンズＬ３３と、両凸レンズＬ３４とにより構成されている。第１結像光学系Ｇ１の第４レンズ群Ｇ１４は、光の入射側から順に、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ４１と、両凹レンズＬ４２とにより構成されている。第１結像光学系Ｇ１の第５レンズ群Ｇ１５は、光の入射側から順に、入射側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ５１と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５２と、両凸レンズＬ５３とにより構成されている。第２結像光学系Ｇ２は、第１結像光学系Ｇ１と同じ構成を有するため、その詳細な構成の説明を省略する。
第３結像光学系Ｇ３は、光の入射側から順に、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、入射側側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、入射側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ４と、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ５と、射出側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ６と、射出側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ９と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１０と、両凹レンズＬ１１と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、射出側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、射出側に平面を向けた平凸レンズＬ１７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。実施例においては、正メニスカスレンズＬ１２の内部に近軸の瞳位置があり、この近軸の瞳位置に開口絞りＡＳが配置されている。この近軸の瞳位置とは光軸方向に異なる１つ以上の位置に開口絞りＡＳを配置してもよい。
実施例では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路に、使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４３５８７６の屈折率を有する純水（Ｌｍ）が満たされている。また、すべての光透過部材（Ｐ１，Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１〜Ｌ５３，Ｌ１〜Ｌ１７（Ｌｂ））が、使用光に対して１．５６０３２６１の屈折率を有する石英ガラス（ＳｉＯ2）により形成されている。
次の表（１）に、実施例にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高）を、ＬＸａ，ＬＸｂは静止露光領域ＥＲａ，ＥＲｂのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹａ，ＬＹｂは静止露光領域ＥＲａ，ＥＲｂのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。
また、表（１）の光学部材諸元において、面番号は光の入射側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、φは各面の有効径（直径：ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２とは互いに同じ構成を有するため、表（１）では第２結像光学系Ｇ２に関する光学部材諸元の記載を省略している。また、表（１）の条件式対応値において、Ｌｉ１は平面反射鏡Ｍ１と第１中間平面反射鏡Ｍ１ｉとの間の光軸上の距離を、Ｌｉ２は平面反射鏡Ｍ２と第２中間平面反射鏡Ｍ２ｉとの間の光軸上の距離をそれぞれ表している。
表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ， β＝１／４， ＮＡ＝１．２０， Ｂ＝１４ｍｍ
ＬＸａ＝ＬＸｂ＝２６ｍｍ， ＬＹａ＝ＬＹｂ＝４．２ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ φ ｎ 光学部材
（マスク面） 51.094891
1 ∞ 8.175182 143.7 1.5603261 （Ｐ１）
2 ∞ 6.131387 146.8
3 -1463.73482 24.796927 149.4 1.5603261 （Ｌ１１）
4 -259.24325 13.452150 155.7
5 436.59865 50.376986 166.2 1.5603261 （Ｌ１２）
6 -231.96976 1.021898 167.8
7 124.00336 67.801652 152.2 1.5603261 （Ｌ１３）
8 70.41213 12.424410 103.7
9 121.37143 11.240876 103.6 1.5603261 （Ｌ２１）
10 109.95358 7.194166 99.2
11* 155.60037 11.551309 99.0 1.5603261 （Ｌ２２）
12 182.10414 22.072039 96.5
13 -102.30028 16.036540 96.2 1.5603261 （Ｌ２３）
14 -142.98203 47.451515 104.7
15 -173.58313 11.681685 166.8 1.5603261 （Ｌ２４）
16 -211.21285 22.967573 184.3
17* -121.88701 60.221524 185.5 1.5603261 （Ｌ３１）
18 -128.09592 1.021898 235.9
19 -392.60315 58.818133 295.2 1.5603261 （Ｌ３２）
20 -187.70969 1.021898 305.0
21 606.67782 102.189781 339.6 1.5603261 （Ｌ３３）
22 -3496.83097 1.021898 339.4
23 594.87474 102.189781 337.6 1.5603261 （Ｌ３４）
24 -1185.58201 122.238908 321.1
25 ∞ 91.970803 245.8 （Ｍ１ｉ）
26 -2159.64273 53.674028 195.9 1.5603261 （Ｌ４１）
27* 355.27134 49.112705 177.7
28 -131.25514 11.240876 177.6 1.5603261 （Ｌ４２）
29 676.82273 111.114483 210.0
30* 780.71326 67.136173 376.1 1.5603261 （Ｌ５１）
31 -345.72949 1.021898 372.6
32 -2844.84158 34.580070 387.9 1.5603261 （Ｌ５２）
33 -509.20848 2.043796 388.6
34 1739.83703 31.144748 385.2 1.5603261 （Ｌ５３）
35 -1118.78325 91.970803 384.7
36 ∞ 173.722628 341.7 （Ｍ１）
37 226.02394 54.982019 281.9 1.5603261 （Ｌ１）
38 1942.61661 1.021898 276.1
39 155.30114 48.885484 235.5 1.5603261 （Ｌ２）
40 402.04803 37.482461 222.3
41 735.15490 11.240876 174.0 1.5603261 （Ｌ３）
42 788.36653 14.842375 162.9
43* -310.92400 11.240876 160.7 1.5603261 （Ｌ４）
44 79.47793 36.825969 123.8
45 -343.47986 11.240876 123.9 1.5603261 （Ｌ５）
46* 134.60961 39.852450 130.1
47 -110.25461 11.240876 131.8 1.5603261 （Ｌ６）
48* 311.22495 12.916879 181.6
49 -908.13971 45.318482 188.0 1.5603261 （Ｌ７）
50* -259.96849 1.834731 233.8
51 -754.45772 77.050464 259.4 1.5603261 （Ｌ８）
52 -175.95131 1.021898 282.9
53 -3103.13791 72.654086 341.7 1.5603261 （Ｌ９）
54 -265.83679 1.021898 348.7
55 281.70867 102.189781 347.8 1.5603261 （Ｌ１０）
56 516.39802 47.023703 312.4
57 -670.17561 11.241419 310.2 1.5603261 （Ｌ１１）
58 363.92030 73.438554 302.8
59 ∞ -2.567047 （ＡＳ）
60 -476.06631 75.452298 307.0 1.5603261 （Ｌ１２）
61 -295.97462 1.021898 330.3
62 293.15804 62.727023 334.0 1.5603261 （Ｌ１３）
63 16539.35648 1.021898 329.7
64 202.58064 53.979809 298.0 1.5603261 （Ｌ１４）
65* 501.39136 1.021898 289.5
66 119.67915 41.514916 221.3 1.5603261 （Ｌ１５）
67* 152.47807 1.021898 201.0
68 103.48438 72.499275 180.1 1.5603261 （Ｌ１６）
69 46.75184 1.021898 79.9
70 42.95688 36.630648 76.3 1.5603261 （Ｌ１７：Ｌｂ）
71 ∞ 6.338758 43.1 1.435876 （Ｌｍ）
（ウェハ面）

（非球面データ）
１１面： κ＝０
Ｃ4＝１．３７３９３×１０-8 Ｃ6＝−７．７８５５９×１０-12
Ｃ8＝１．９８８７５×１０-15 Ｃ10＝−７．９４７５７×１０-18
Ｃ12＝３．９６２８６×１０-21 Ｃ14＝−１．０６４２５×１０-24
Ｃ16＝１．０３２００×１０-28
１７面： κ＝０
Ｃ4＝−２．５９１９４×１０-8 Ｃ6＝８．６６１５７×１０-13
Ｃ8＝１．３７９７０×１０-17 Ｃ10＝５．９３６２７×１０-21
Ｃ12＝６．８５３７５×１０-25 Ｃ14＝−２．９０２６２×１０-29
Ｃ16＝６．１１６６６×１０-33
２７面： κ＝０
Ｃ4＝１．４４８９２×１０-8 Ｃ6＝４．２１９６３×１０-13
Ｃ8＝２．０５５５０×１０-17 Ｃ10＝−７．３６８０４×１０-22
Ｃ12＝１．５４４８８×１０-25 Ｃ14＝−２．８７７２８×１０-30
Ｃ16＝０
３０面： κ＝０
Ｃ4＝−３．５５４６６×１０-9 Ｃ6＝−２．７５４４４×１０-14
Ｃ8＝７．９８１０７×１０-19 Ｃ10＝−１．１２１７８×１０-23
Ｃ12＝１．０２３３５×１０-28 Ｃ14＝−４．８３５１７×１０-34
Ｃ16＝０
４３面： κ＝０
Ｃ4＝−３．９６４１７×１０-8 Ｃ6＝２．３８９４９×１０-11
Ｃ8＝−３．６０９４５×１０-15 Ｃ10＝３．３８１３３×１０-19
Ｃ12＝−１．９５２１４×１０-23 Ｃ14＝５．３４１４１×１０-28
Ｃ16＝０
４６面： κ＝０
Ｃ4＝−３．８６８３８×１０-8 Ｃ6＝１．５２２２８×１０-11
Ｃ8＝−２．６１５２６×１０-15 Ｃ10＝１．５８２２８×１０-19
Ｃ12＝−２．０６９９２×１０-23 Ｃ14＝−９．７５１６９×１０-28
Ｃ16＝０
４８面： κ＝０
Ｃ4＝−１．６８５７８×１０-7 Ｃ6＝１．１６７９１×１０-11
Ｃ8＝−７．９８０２０×１０-16 Ｃ10＝４．５０６２８×１０-20
Ｃ12＝−１．９３８３６×１０-24 Ｃ14＝３．７２１８８×１０-29
Ｃ16＝０
５０面： κ＝０
Ｃ4＝４．１８３９３×１０-8 Ｃ6＝８．９３１５８×１０-13
Ｃ8＝−３．０８９６８×１０-17 Ｃ10＝−５．１８１２５×１０-21
Ｃ12＝２．７９９７２×１０-25 Ｃ14＝−４．０７４２７×１０-30
Ｃ16＝０
６５面： κ＝０
Ｃ4＝−２．４６１１９×１０-9 Ｃ6＝−４．８０９４３×１０-13
Ｃ8＝４．２３４６２×１０-17 Ｃ10＝−１．４４１９２×１０-21
Ｃ12＝２．６４３５８×１０-26 Ｃ14＝−２．０３０６０×１０-31
Ｃ16＝０
６７面： κ＝０
Ｃ4＝７．６５３３０×１０-9 Ｃ6＝４．６０５８８×１０-12
Ｃ8＝−２．３３４７３×１０-16 Ｃ10＝１．９０４７０×１０-20
Ｃ12＝−６．４０６６７×１０-25 Ｃ14＝２．７５３０６×１０-29
Ｃ16＝０

（条件式対応値）
β１＝β２＝−２．４７７， β＝０．２５， ＬＯ１＝ＬＯ２＝１．０ｍｍ
Ｂ＝１４ｍｍ， Ｌｉ１＝Ｌｉ２＝５４５．０１ｍｍ
（１）｜β１／β｜＝９．９０９
（２）｜β２／β｜＝９．９０９
（３）ＬＯ１／Ｂ＝０．０７１４
（４）ＬＯ２／Ｂ＝０．０７１４
図７は、実施例における横収差を示す図である。収差図において、Ｙは像高を示している。図７の収差図から明らかなように、実施例では、非常に大きな像側開口数（ＮＡ＝１．２０）、および一対の静止露光領域ＥＲａ，ＥＲｂ（２６ｍｍ×４．２ｍｍ）を含む比較的大きな静止露光領域ＥＲ（２６ｍｍ×１０．４ｍｍ）を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３０６ｎｍのエキシマレーザ光に対して収差が良好に補正されていることがわかる。
このように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に大きな屈折率を有する純水Ｌｍを介在させることにより、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。すなわち、実施例では、中心波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．２０の高い像側開口数を確保するとともに、一対の矩形状の静止露光領域ＥＲａ，ＥＲｂを確保することができ、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で二重露光することができる。
なお、実施例では、マスクＭａ，Ｍｂのパターン面（物体面）の光軸ＡＸ１，ＡＸ２上の点と光学的に共役な第１共役点および第２共役点がレンズＬ５３とＬ１との間に位置している。すなわち、第１共役点は、第１結像光学系Ｇ１の最もウェハＷ側の面（レンズＬ５３のウェハＷ側の面）と第３結像光学系Ｇ３の最も第１マスクＭａ側の面（レンズＬ１の第１マスクＭａ側の面）との間に位置し、第２共役点は、第２結像光学系Ｇ２の最もウェハＷ側の面（レンズＬ５３のウェハＷ側の面）と第３結像光学系Ｇ３の最も第２マスクＭｂ側の面（レンズＬ１の第２マスクＭｂ側の面）との間に位置している。したがって、第１結像光学系Ｇ１はマスクＭａから第１共役点までの光学系として、第２結像光学系Ｇ２はマスクＭｂから第２共役点までの光学系として、第３結像光学系は第１共役点および第２共役点からウェハＷまでの光学系として明確に定義される。ただし、物体面の光軸上の点と光学的に共役な共役点が光学素子（レンズなど）中に位置する場合、共役点が当該光学素子の入射面に近い（物理長）ときには当該光学素子の物体側に隣接する光学素子までを第１結像光学系または第２結像光学系として定義し、共役点が当該光学素子の射出面に近い（物理長）ときには当該光学素子までを第１結像光学系または第２結像光学系として定義する。
また、第１平面反射鏡Ｍ１は、第１結像光学系Ｇ１の最もウェハ側の面（レンズＬ５３のウェハＷ側の面）と第３結像光学系Ｇ３の最も第１マスクＭａ側の面（レンズＬ１の第１マスクＭａ側の面）との間に配置されている。第２平面反射鏡Ｍ２は、第２結像光学系Ｇ２の最もウェハ側の面（レンズＬ５３のウェハＷ側の面）と第３結像光学系Ｇ３の最も第２マスクＭｂ側の面（レンズＬ１の第２マスクＭｂ側の面）との間に配置されている。
なお、上述の実施形態では、第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２がともに屈折型の光学系であり、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２とが互いに同じ構成を有する。しかしながら、これに限定されることなく、第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２の光学系タイプ（反射型、反射屈折型など）、屈折力配置などについて様々な形態が可能である。また、上述の実施形態では、液浸型の投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、像側に液浸領域が形成されない乾燥型の投影光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。
また、上述の実施形態では、第１平面反射鏡Ｍ１の反射面と第２平面反射鏡Ｍ２の反射面とが形成する稜線が、第１結像光学系Ｇ１の射出側の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の射出側の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の入射側の光軸ＡＸ３とが交差する点上に位置している。しかしながら、これに限定されることなく、第１平面反射鏡Ｍ１の反射面と第２平面反射鏡Ｍ２の反射面とが形成する稜線と、各結像光学系Ｇ１〜Ｇ３の光軸ＡＸ１〜ＡＸ３との位置関係について様々な形態が可能である。
また、上述の実施形態では、第１マスクＭａおよび第２マスクＭｂに形成される矩形状の照明領域ＩＲａ，ＩＲｂの長手方向（Ｙ方向）に平行な平面（ＹＺ平面）に沿って２つの照明系ＩＬａ，ＩＬｂの光軸ＡＸａ，ＡＸｂがそれぞれ設定され、第１マスクＭａと第２マスクＭｂとが照明領域ＩＲａ，ＩＲｂの短手方向（Ｘ方向）に沿って間隔を隔てている。しかしながら、これに限定されることなく、図８（ａ）に示すように、２つの照明系ＩＬａ，ＩＬｂの光軸ＡＸａ，ＡＸｂが設定されているＹＺ平面に沿って短辺を有する矩形状の照明領域ＩＲａ，ＩＲｂがマスクＭａ，Ｍｂにそれぞれ形成され、マスクＭａとＭｂとが照明領域ＩＲａ，ＩＲｂの長手方向（Ｘ方向）に沿って間隔を隔てているようなレイアウトの変形例も可能である。
図８に示すレイアウトの変形例では、図８（ｂ）に示すように、有効結像領域ＥＲ内においてＸ方向に細長く延びる矩形状の第１領域ＥＲａには第１照明領域ＩＲａにより照明された第１マスクＭａのパターン像が形成され、有効結像領域ＥＲ内において同じくＸ方向に細長く延びる矩形状の外形形状を有し且つ第１領域ＥＲａとＹ方向に並んで位置する第２領域ＥＲｂには第２照明領域ＩＲｂにより照明された第２マスクＭｂのパターン像が形成される。この場合、投影光学系に対して第１マスクＭａ、第２マスクＭｂおよびウェハＷをＹ方向に沿って同期的に移動させつつ、ウェハＷ上の１つのショット領域に、第１マスクＭａのパターンと第２マスクＭｂのパターンとを重ねて走査露光して１つの合成パターンを形成する。
また、上述の実施形態では、矩形状の第１照明領域ＩＲａおよび第２照明領域ＩＲｂが、第１照明系ＩＬａの光軸ＡＸａおよび第２照明系ＩＬｂの光軸ＡＸｂを中心としてそれぞれ形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、照明領域ＩＲａ，ＩＲｂの外形形状、光軸ＡＸａ，光軸ＡＸｂに対する照明領域ＩＲａ，ＩＲｂの位置関係などについては様々な形態が可能である。
また、上述の実施形態では、第１照明系ＩＬａの光軸ＡＸａおよび第２照明系ＩＬｂの光軸ＡＸｂは、それぞれ第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１および第２結像光学系の光軸ＡＸ２とは非共軸であるが、第１照明系ＩＬａの光軸ＡＸａおよび第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１が共軸であると共に、第２照明系ＩＬｂの光軸ＡＸｂおよび第２結像光学系の光軸ＡＸ２が共軸であっても良い。
また、上述の実施形態では、第３結像光学系Ｇ３中に開口絞りＡＳを配置しているが、その代わりに、或いはそれに加えて、第１結像光学系Ｇ１中および第２結像光学系Ｇ２中に開口絞りＡＳを配置してもよい。なお、開口絞りＡＳは、開口径が可変な可変開口絞りとすることができる。このとき、第１結像光学系Ｇ１中の可変開口絞りの開口径と、第２結像光学系Ｇ２中の可変開口絞りの開口径とは異なる大きさであってもよい。また、第１結像光学系Ｇ１中および第２結像光学系Ｇ２中の瞳面に、瞳面を通過する光束の位置に応じてその光束を変調する光変調器（いわゆる瞳フィルタ）を配置してもよい。変調の種類としては、振幅変調、位相変調、偏光変調などがある。
また、上述の実施形態では、ウェハ上の同一レイヤに、たとえば周期的パターンと孤立的パターンとが混じったパターンを露光するような場合に、マスクパターンを周期的パターンに対応する第１のパターンと、孤立的パターンに対応する第２のパターンとに分けて、第１のパターンを第１マスクＭａに形成し、第２のパターンを第２マスクＭｂに形成することができる。そして、これら第１および第２照明系ＩＬａ，ＩＬｂによる照明条件（第１マスクＭａを介した光による露光条件と第２マスクＭｂを介した光による露光条件）を最適化させて二重露光することができる。
また、第１マスクＭａにピッチ方向がＸ方向に沿った周期的パターンを設け、第２マスクＭｂにピッチ方向がＹ方向に沿った周期的パターンを設け、これらのパターンをウェハ上の同一レイヤに二重露光することもできる。このときには、第１マスクＭａを照明する照明条件として、第１マスクＭａのパターン面（或いはウェハ面）に対してＳ偏光で第１マスクＭａ上の周期的パターンのピッチ方向に沿ったダイポール照明とし、第２マスクＭｂを照明する照明条件として、第２マスクＭｂのパターン面（或いはウェハ面）に対してＳ偏光で第２マスクＭｂ上の周期的パターンのピッチ方向に沿ったダイポール照明とすることができる。
また、第１マスクＭａのパターン像が形成される面と第２マスクＭｂとのパターン像が形成される面とを光軸（第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３）方向に異ならせて、累進焦点露光法を行うこともできる。このとき、各パターン像が形成される面とウェハ面とは平行であっても傾いていても良い。また、第１マスクＭａを照明する照明光の波長と第２マスクＭｂを照明する照明光の波長とは異なっていてもよい。たとえば、第１マスクＭａを照明する照明光の波長と第２マスクＭｂを照明する照明光の波長とを若干異ならせて、上記の累進焦点露光法と同様の効果を得る多波長露光法を行うこともできる。
また、上述のように、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３を通過した光による露光条件と、第２結像光学系Ｇ２および第３結像光学系Ｇ３を通過した光による露光条件とが異なる場合には、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３の合成光学系の結像性能と、第２結像光学系Ｇ２および第３結像光学系Ｇ３の合成光学系の結像性能とが異なる場合がある。たとえば、第１結像光学系Ｇ１内の１以上の光学素子の位置・姿勢を変更可能とし、第２結像光学系Ｇ２内の１以上の光学素子の位置・姿勢を変更可能として、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３の合成光学系の結像性能と、第２結像光学系Ｇ２および第３結像光学系Ｇ３の合成光学系の結像性能とを制御することができる。この構成において、第３結像光学系Ｇ３内の光学素子の位置・姿勢を変更可能としてもよい。
また、上述の実施形態では、感光性基板上の１つのショット領域に、第１パターンと第２パターンとを重ねて走査露光することにより１つの合成パターンを形成している。しかしながら、これに限定されることなく、第１パターンを感光性基板上の第１ショット領域に走査露光または一括露光し、第２パターンを感光性基板上の第２ショット領域に走査露光または一括露光することもできる。
また、上述の実施形態では、第１マスクの第１照明領域のパターン像と第２マスクの第２照明領域のパターン像とが感光性基板上において並列的に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、第１マスクの第１照明領域のパターン像と第２マスクの第２照明領域のパターン像とを合致させて感光性基板上に形成する投影光学系を用いて、感光性基板上の１つのショット領域に、第１パターンと第２パターンとを重ねて走査露光または一括露光することにより１つの合成パターンを形成することもできる。
また、上述の実施形態では、第１マスク上のパターンの像と第２マスク上のパターンの像とが感光性基板上に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、１つの共通マスク上において間隔を隔てた第１パターンの像と第２パターンの像とを感光性基板上に形成する投影光学系を用いて、感光性基板上の１つのショット領域に、第１パターンと第２パターンとを重ねて走査露光または一括露光することにより１つの合成パターンを形成することもできる。
また、上述の実施形態では、双頭型の投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、１つの物体面（第１面）の像を像面（第２面）に形成する通常の単頭型投影光学系に対しても同様に本発明を適用することができる。具体的に、本発明にかかる単頭型の投影光学系は、物体面とこの物体面の光軸上の点と光学的に共役な共役点との間の光路中に配置された第１結像光学系と、上記共役点と像面との間の光路中に配置された第２結像光学系と、上記共役点の近傍に配置されて第１結像光学系からの光を第２結像光学系へ導く偏向部材とを備え、第１結像光学系および第２結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子である。
また、上述の実施形態では、第１結像光学系Ｇ１の光路中において第３レンズ群Ｇ１３と第４レンズ群Ｇ１４との間に第１中間平面反射鏡Ｍ１ｉが配置され、第２結像光学系Ｇ２の光路中において第３レンズ群Ｇ２３と第４レンズ群Ｇ２４との間には第２中間平面反射鏡Ｍ２ｉが配置されている。しかしながら、図１１に示すように、第１及び第２中間平面反射鏡Ｍ１ｉ，Ｍ２ｉが結像光学系Ｇ１、Ｇ２の光路中に配置されていなくてもよい。この場合、投影光学系ＰＬでは、第１マスクＭａから−Ｘ方向に沿って光が進み、第１結像光学系Ｇ１中のレンズ群Ｇ１１〜Ｇ１５を介した後、第１平面反射鏡Ｍ１の近傍に第１中間像を形成する。同様に、第２マスクＭｂから＋Ｘ方向に沿って光が進み、第２結像光学系Ｇ２中のレンズ群Ｇ２１〜Ｇ２５を介した後、第２平面反射鏡Ｍ２の近傍に第２中間像を形成する。
さらに具体的には、本発明にかかる単頭型の投影光学系は、図１２に示すように、例えば上述の実施形態における第１結像光学系Ｇ１と第１平面反射鏡（上述の偏向部材に対応）Ｍ１と第３結像光学系（上述の第２結像光学系に対応）Ｇ３とにより構成される。この場合、前述した理由と同様の理由により、条件式（１）および（３）を満足すること、第１結像光学系が正・負・正・負・正の屈折力配置を有すること、第１結像光学系の光路中に配置された中間偏向部材と偏向部材との間の光軸上の距離が少なくとも１３０ｍｍであること、投影光学系と像面との間の光路が液体で満たされていることが好ましい。また、この場合、第１マスクＭａとウェハ面とが互いに平行であってもよい。
また、図１２に示す投影光学系では、第１結像光学系Ｇ１の光路中において第３レンズ群Ｇ１３と第４レンズ群Ｇ１４との間に第１中間平面反射鏡Ｍｌｉが配置されている。しかしながら、図１３に示すように、第１中間平面反射鏡Ｍ１ｉが結像光学系Ｇ１の光路中に配置されていなくてもよい。この場合、投影光学系ＰＬでは、第１マスクＭａから−Ｘ方向に沿って光が進み、第１結像光学系Ｇ１中のレンズ群Ｇ１１〜Ｇ１５を介した後、第１平面反射鏡Ｍ１の近傍に第１中間像を形成する。
図１２に示した投影光学系及び図１３に示した投影光学系の何れも、２回結像型の基本構成を採用しているので、光学系の大型化を招くことなく所要の大きさの像側開口を確保することができる。また、このように光学系の大型化が抑制され、第１マスクＭａとウェハＷとの間の距離を短くすることができることにより、図１２に示した投影光学系及び図１３に示した投影光学系においては、振動を抑制することが可能となる。また、振動が抑制されることにより、ウェハＷ上に形成される像のコントラストの低下を抑制することが可能になる。さらに、図１２に示した投影光学系及び図１３に示した投影光学系では、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系（上述の第２結像光学系に対応）Ｇ３においてパワーを有するすべての光学素子が屈折光学素子である。そのため、図１２に示した投影光学系及び図１３に示した投影光学系では、光学系の大型化が抑制されるとともに、製造が容易となる。また、屈折光学素子であるため、安定した面精度で製造することが可能である。
また、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の適当な双頭型または単頭型の投影光学系に対して本発明を適用することができる。また、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成するパターン形成装置を用いることができる。このようなパターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）などの空間光変調器を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開平８−３１３８４２号公報、特開２００４−３０４１３５号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェ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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。また、上記実施形態の各構成要素等は、いずれの組み合わせ等も可能とすることができる。
本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。 本実施形態にかかる双頭型の投影光学系と２つのマスクとの位置関係を概略的に示す図である。 （ａ）は第１マスクおよび第２マスクにそれぞれ形成される矩形状の照明領域を、（ｂ）は投影光学系を介して形成される第１マスクのパターン像および第２マスクのパターン像を示す図である。 本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と基準光軸との位置関係を示す図である。 本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。 本実施形態の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 実施例の投影光学系における横収差を示す図である。 （ａ）は本実施形態と異なるレイアウトの変形例における一対の矩形状の照明領域を、（ｂ）はこの変形例において投影光学系を介して形成される一対のパターン像を示す図である。 半導体デバイスを得る手法のフローチャートである。 液晶表示素子を得る手法のフローチャートである。 本実施形態の実施例の変形例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 本実施形態の実施例の変形例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 本実施形態の実施例の変形例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 本実施形態の例における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。 図１４の投影光学系の境界レンズの先端部と排出ノズル及び流入ノズルとの位置関係を示す図である。 図１４の投影光学系の境界レンズの先端部と、液体の供給及び回収を行う排出ノズル及び流入ノズルとの位置関係を示す図である。 図１４の境界レンズとウェハとの間への液体の供給及び回収の様子を示す要部の拡大図である。 本実施形態の例における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。 図１８中の投影レンズ系付近の詳細な構成を示す部分断面図である。
符号の説明
１ａ，１ｂ 光源
２ａ，２ｂ 第１光学系
３ａ，３ｂ フライアイレンズ
４ａ，４ｂ 第２光学系
ＩＬａ，ＩＬｂ 照明系
Ｍａ，Ｍｂ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (16)

  1. 第１面の縮小像および第２面の縮小像を第３面に形成する投影光学系において、
    前記第１面の光軸上の点と光学的に共役な第１共役点と前記第１面との間の光路中に配置された第１結像光学系と、
    前記第２面の光軸上の点と光学的に共役な第２共役点と前記第２面との間の光路中に配置された第２結像光学系と、
    前記第１共役点および前記第２共役点と前記第３面との間の光路中に配置された第３結像光学系と、
    前記第１結像光学系からの光を前記第３結像光学系へ導く第１偏向部材と、
    前記第２結像光学系からの光を前記第３結像光学系へ導く第２偏向部材とを備え、
    前記第１乃至第３結像光学系においてパワーを有するすべての光学素子は屈折光学素子であり、
    前記第１共役点は、前記第１結像光学系の最も前記第３面側の面と前記第３結像光学系の最も前記第１面側の面との間に位置し、
    前記第２共役点は、前記第２結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第２面側の前記面との間に位置し、
    前記第１偏向部材は、前記第１結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第１面側の前記面との間の前記第１共役点の近傍に配置され、
    前記第２偏向部材は、前記第２結像光学系の最も前記第３面側の前記面と前記第３結像光学系の最も前記第２面側の前記面との間の前記第２共役点の近傍に配置され、
    前記第１結像光学系と前記第２結像光学系とは互いに同じ光学構成を有し、
    前記第１結像光学系の結像倍率β１とし、前記第２結像光学系の結像倍率β２とし、前記投影光学系の投影倍率をβとするとき、
    ５＜｜β１／β｜
    ５＜｜β２／β｜
    の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
  2. 前記第１偏向部材の反射面と前記第２偏向部材の反射面とが形成する稜線は、前記第１乃至第３結像光学系の光軸が交差する点上に位置することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
  3. 前記第１面上において前記光軸を含まない第１有効視野領域と、前記第２面上において前記光軸を含まない第２有効視野領域とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
  4. 前記第１結像光学系および前記第２結像光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  5. 前記第１面上において前記光軸を含まない第１有効視野領域と、前記第２面上において前記光軸を含まない第２有効視野領域とを有し、前記第１有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第１有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ１とし、前記第２有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第２有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ２とし、前記第３面での最大像高をＢとするとき、
    ０．０３＜ＬＯ１／Ｂ＜０．４
    ０．０３＜ＬＯ２／Ｂ＜０．４
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  6. 前記第１面上において前記光軸を含まない第１有効視野領域と、前記第２面上において前記光軸を含まない第２有効視野領域とを有し、前記第１有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第１有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ１とし、前記第２有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第２有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ２とし、前記第３面での最大像高をＢとするとき、
    ０．０５＜ＬＯ１／Ｂ＜０．４
    ０．０５＜ＬＯ２／Ｂ＜０．４
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  7. 前記第１面上において前記光軸を含まない第１有効視野領域と、前記第２面上において前記光軸を含まない第２有効視野領域とを有し、前記第１有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第１有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ１とし、前記第２有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第２有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ２とし、前記第３面での最大像高をＢとするとき、
    ０．０３＜ＬＯ１／Ｂ＜０．３
    ０．０３＜ＬＯ２／Ｂ＜０．３
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  8. 前記第１面上において前記光軸を含まない第１有効視野領域と、前記第２面上において前記光軸を含まない第２有効視野領域とを有し、前記第１有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第１有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ１とし、前記第２有効視野領域に対応して前記第３面上に形成される第２有効結像領域と前記光軸との間隔をＬＯ２とし、前記第３面での最大像高をＢとするとき、
    ０．０５＜ＬＯ１／Ｂ＜０．３
    ０．０５＜ＬＯ２／Ｂ＜０．３
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  9. 前記第１結像光学系の光路中に配置された第１中間偏向部材と、前記第２結像光学系の光路中に配置された第２中間偏向部材とをさらに備え、
    前記第１偏向部材と前記第１中間偏向部材との間の光軸上の距離および前記第２偏向部材と前記第２中間偏向部材との間の光軸上の距離は少なくとも１３０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影光学系。
  10. 前記第１結像光学系の結像倍率β１とし、前記第２結像光学系の結像倍率β２とし、前記投影光学系の投影倍率をβとするとき、
    ５．５＜｜β１／β｜
    ５．５＜｜β２／β｜
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影光学系。
  11. 前記第１結像光学系の結像倍率β１とし、前記第２結像光学系の結像倍率β２とし、前記投影光学系の投影倍率をβとするとき、
    ５＜｜β１／β｜＜１５
    ５＜｜β２／β｜＜１５
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影光学系。
  12. 前記第１結像光学系の結像倍率β１とし、前記第２結像光学系の結像倍率β２とし、前記投影光学系の投影倍率をβとするとき、
    ５．５＜｜β１／β｜＜１５
    ５．５＜｜β２／β｜＜１５
    の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影光学系。
  13. 前記投影光学系と前記第３面との間の光路を液体で満たした状態で使用されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の投影光学系。
  14. 前記第１面と前記第２面とは同一平面に位置することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の投影光学系。
  15. 前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記パターンの像を前記第３面に設定された感光性基板上に投影するための請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
  16. 請求項１５に記載の露光装置を用いて前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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