JPWO2006080212A1 - 投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

光学系の内部への浸液の流出を安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる液浸型の投影光学系。本発明の投影光学系では、最も第２面（Ｗ）側に配置された光透過部材（Ｌｐ）と第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体（Ｌｍ１）で満たされ、光透過部材の側面（４１，４２）に光の通過を遮るための遮光膜（３６）が形成されている。第２面と遮光膜との間隔をＤとし、第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、第２面における最大像高をＹｍとするとき、０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７の条件を満足する。

Description

本発明は、投影光学系、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロ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）のパターン像を、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ている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。

そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。

この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている（たとえば特許文献１）。

国際公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレット

上述したような液浸型の投影光学系では、光学系の内部やウェハステージ（感光性基板ステージ）側への浸液の流出を防ぐためのシール部材を、浸液と接する光学部材に隣接して設けることが必要となる。通常、この種のシール部材は、たとえば撥水性のフッ素樹脂のように露光光の照射により劣化し易い材料で形成される。したがって、シール部材は、露光光の照射を直接受けないように光学部材の有効領域（有効な結像光束が通過する領域）よりも外側に配置される。

しかしながら、投影光学系では、たとえば光学面（レンズ面）とウェハ面とマスク面との間の多重反射によるフレア光が存在し、これらのフレア光は光学部材の有効領域の外側にも達する可能性がある。この場合、光照射によるシール部材の劣化が起こり、投影光学系の内部やウェハステージ側への浸液の流出を防ぐことができなくなる。その結果、光学面の反射防止膜の劣化を招き、ひいては投影光学系の結像性能（一般に光学性能）の劣化を招くことになる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学系の内部への浸液の流出を安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる液浸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、光学系の内部や感光性基板ステージ側への浸液の流出を安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系を用いて、微細なパターンを高精度に且つ安定的に投影露光することのできる露光装置および露光方法を提供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面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記光透過部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に、光の通過を遮るための遮光膜が形成されてい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面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記光透過部材の側面に、光の通過を遮るための遮光膜が形成され、
前記第２面と前記遮光膜との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
の条件を満足す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、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記光透過部材の側面の非テーパー部に、光の通過を遮るための遮光膜が形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第４形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面に配置された光透過部材と第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記光透過部材に接触して設けられて、前記光透過部材と前記第２面との間の光路から外部へ前記液体が流出するのを防止するためのシール部材を備え、
前記光透過部材と前記シール部材とが接触した場合における前記光透過部材の透過波面変化量Ｓは、
Ｓ＜７ｍλＲＭＳ
を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。但し、前記光透過部材に対して複数の前記シール部材が準備される場合、前記複数のシール部材の一つが前記光透過部材と接触した場合の前記透過波面変化量をｓとしたとき、前記複数のシール部材についての前記透過波面変化量ｓの標準偏差をＳとする。

本発明の第５形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
前記劣化低減手段は、前記光透過部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第６形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面に形成され、
前記第２面と前記劣化低減手段との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第７形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面の非テーパー部に形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第８形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された光透過部材と、
前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体で満たされ、且つ前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
前記劣化低減手段は、前記光透過部材および前記第２光透過部材の少なくとも一方の部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第９形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された光透過部材と、
前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体で満たされ、且つ前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面の非テーパー部に形成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第１０形態では、前記第１面に設定された所定のパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に投影するための第１形態〜第９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１１形態では、第１０形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを感光性基板に露光する露光工程と、
前記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の製造方法を提供する。

本発明の第１２形態では、第１形態〜第９形態の投影光学系を介して、前記第１面に設定された所定のパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の典型的な形態にしたがう液浸型の投影光学系では、浸液が外部へ流出するのを防止するためのシール部材などの防液手段が設けられ、このシール部材（防液手段）に達するフレア光を遮るように遮光膜が形成されている。その結果、シール部材（防液手段）がフレア光の照射を受けて実質的に劣化することなく、ひいては浸液の流出に起因して投影光学系の結像性能の劣化が実質的に起こることがない。

換言すれば、本発明の投影光学系では、光学系の内部への浸液の流出を安定的に防止して、良好な結像性能を維持することができる。本発明の露光装置および露光方法では、光学系の内部や感光性基板ステージ側への浸液の流出を安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系を用いているので、微細なパターンを高精度に且つ安定的に投影露光することができ、ひいては良好なマイクロデバイスを高精度に且つ安定的に製造することができる。

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投影光学系の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。 本実施形態の投影光学系における横収差を示す図である。 本実施形態にかかる投影光学系の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態においてウェハＷ上の照度が４Ｗ／ｃｍ²のときの、ウェハＷと遮光膜３６との間隔Ｄ（ｍｍ）と液中平行平面板Ｌｐの側面に達するフレア光の照度分布（ｍＷ／ｃｍ²）との関係を示す図である。 境界レンズとウェハとの間の光路中への液中平行平面板の設置を省略した第１変形例の要部構成を概略的に示す図である。 第２変形例にかかる投影光学系の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。 第３変形例にかかる投影光学系の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。 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フローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

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図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷに対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。

本実施形態の露光装置は、図１に示すように、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光からなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒを照明する。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。

レチクルＲを通過した光は、液浸型の投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の縮小投影倍率でレチクルパターンを形成する。すなわち、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。

図２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投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ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、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の静止露光領域ＥＲが設定されている。ここで、静止露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。

したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、光軸ＡＸを中心として静止露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち静止照明領域）が形成されていることになる。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上においてＸＹ平面に平行に保持され、レチクルステージＲＳＴにはレチクルＲをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。

ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺステージ９上においてＸＹ平面に平行に固定されている。また、Ｚステージ９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１０上に固定されており、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に設けられた移動鏡１２を用いるウェハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。

また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系１４は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行う。

また、主制御系１４は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。更に、主制御系１４は、ウェハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。

露光時には、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージＲＳＴおよびＸＹステージ１０を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。

このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆動系１５およびウェハレーザ干渉計１３などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域および静止照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ１０とを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺ＬＸに等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。

図３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３を参照すると、本実施形態の投影光学系では、レチクルＲ側（物体側）の面が第２液体Ｌｍ２に接し且つウェハＷ側（像側）の面が第１液体Ｌｍ１に接する液中平行平面板（第１光透過部材）Ｌｐが最もウェハ側に配置されている。そして、この液中平行平面板Ｌｐに隣接する第２光透過部材として、レチクルＲ側の面が気体に接し且つウェハＷ側の面が第２液体Ｌｍ２に接する境界レンズＬｂが配置されている。

本実施形態において、１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２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。また、境界レンズＬｂは、レチクルＲ側に凸面を向け且つウェハＷ側に平面を向けた正レンズである。さらに、境界レンズＬｂおよび液中平行平面板Ｌｐはともに、石英により形成されている。これは、境界レンズＬｂや液中平行平面板Ｌｐを蛍石により形成すると、蛍石は水に溶ける性質（可溶性）があるため、投影光学系の結像性能を安定的に維持することが困難になるからである。

また、蛍石では内部の屈折率分布が高周波成分を有することが知られており、この高周波成分を含む屈折率のばらつきがフレアの発生を招く恐れがあり、投影光学系の結像性能を低下させ易い。さらに、蛍石は固有複屈折性を有することが知られており、投影光学系の結像性能を良好に維持するためには、この固有複屈折性の影響を補正する必要がある。したがって、蛍石の可溶性、屈折率分布の高周波成分および固有複屈折性の観点から、境界レンズＬｂや液中平行平面板Ｌｐを石英により形成することが好ましい。

なお、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（Ｌｍ１，Ｌｍ２）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、液体供給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。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。

本実施形態では、図１に示すように、第１給排水機構２１を用いて、液中平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路中において第１液体Ｌｍ１としての純水を循環させている。また、第２給排水機構２２を用いて、境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路中において第２液体Ｌｍ２としての純水を循環させている。このように、浸液としての純水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。

本実施形態において、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Ｃ_n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＋・・・ （ａ）

図４は、本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図４を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）と、液中平行平面板Ｌｐとにより構成されている。

本実施形態では、境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路および液中平行平面板Ｌｐ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（Ｌｍ１，Ｌｍ２）が満たされている。また、すべての光透過部材（Ｐ１，Ｌ１〜Ｌ２２（Ｌｂ），Ｌｐ）が、使用光に対して１．５６０３２６１の屈折率を有する石英（ＳｉＯ₂）により形成されている。

次の表（１）に、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）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Ｙｍ）を、ＬＸは静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは静止露光領域ＥＲ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、面番号はレチクル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、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。

表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．００
Ｂ＝Ｙｍ＝１３．４ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝５．５ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
（レチクル面） 50.000
1 ∞ 8.000 1.5603261 （Ｐ１）
2 ∞ 5.225
3 -1943.233 12.000 1.5603261 （Ｌ１）
4* 191.125 47.012
5 -104.228 42.945 1.5603261 （Ｌ２）
6 -470.767 1.000
7* -542.622 39.860 1.5603261 （Ｌ３）
8 -202.724 1.000
9 -1066.606 49.498 1.5603261 （Ｌ４）
10 -257.416 1.000
11 2900.000 53.600 1.5603261 （Ｌ５）
12 -376.177 1.000
13 254.290 54.884 1.5603261 （Ｌ６）
14 927.490 1.000
15 192.047 50.000 1.5603261 （Ｌ７）
16 405.266 1.000
17 230.501 39.859 1.5603261 （Ｌ８）
18* 322.792 19.156
19 -2992.366 14.004 1.5603261 （Ｌ９）
20 96.198 42.051
21 1075.262 14.000 1.5603261 （Ｌ１０）
22 238.222 39.560
23 -133.879 12.000 1.5603261 （Ｌ１１）
24* 248.570 31.009
25* -309.992 15.000 1.5603261 （Ｌ１２）
26 ∞ 9.148
27* -737.276 51.000 1.5603261 （Ｌ１３）
28 -176.320 1.000
29 1040.000 48.704 1.5603261 （Ｌ１４）
30 -451.186 1.000
31 725.000 48.768 1.5603261 （Ｌ１５）
32 -697.471 3.000
33 503.559 30.048 1.5603261 （Ｌ１６）
34 281.163 111.150
35 724.563 54.923 1.5603261 （Ｌ１７）
36 -564.358 1.000
37 372.647 56.556 1.5603261 （Ｌ１８）
38 -1424.995 1.000
39 196.339 41.207 1.5603261 （Ｌ１９）
40* 498.912 1.000
41 147.694 36.513 1.5603261 （Ｌ２０）
42* 185.195 1.000
43 147.798 52.775 1.5603261 （Ｌ２１）
44 216.307 2.256
45 238.988 26.298 1.5603261 （Ｌ２２：Ｌｂ）
46 ∞ 3.000 1.435876 （Ｌｍ２）
47 ∞ 20.000 1.5603261 （Ｌｐ）
48 ∞ 3.000 1.435876 （Ｌｍ１）
（ウェハ面）

（非球面データ）
４面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．４８４５２×１０^-7 Ｃ₆＝５．６５９２３×１０^-12
Ｃ₈＝−２．７８６２１×１０^-16 Ｃ₁₀＝２．３７９５２×１０^-20
Ｃ₁₂＝−１．１９７５１×１０^-24 Ｃ₁₄＝１．８２０１６×１０^-28
Ｃ₁₆＝−５．１６７１４×１０^-33

７面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．２７３４２×１０^-8 Ｃ₆＝２．１８８０２×１０^-13
Ｃ₈＝−４．２６９３１×１０^-18 Ｃ₁₀＝４．５５９２６×１０^-22
Ｃ₁₂＝−２．０６８８７×１０^-26 Ｃ₁₄＝１．４６０４１×１０^-30
Ｃ₁₆＝−１．７８４１５×１０^-35

１８面
κ＝０
Ｃ₄＝−１．７９７５２×１０^-8 Ｃ₆＝１．９５２３７×１０^-14
Ｃ₈＝−３．８２８４３×１０^-18 Ｃ₁₀＝−３．８５０７２×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．９６６５２×１０^-26 Ｃ₁₄＝−３．５９９８７×１０^-31
Ｃ₁₆＝７．７２５３０×１０^-37

２４面
κ＝０
Ｃ₄＝１．８６６４１×１０^-8 Ｃ₆＝−２．４８５８９×１０^-12
Ｃ₈＝−３．４００８５×１０^-17 Ｃ₁₀＝１．２０９０１×１０^-20
Ｃ₁₂＝−４．９９７２６×１０^-25 Ｃ₁₄＝−４．１８２５４×１０^-29
Ｃ₁₆＝２．９０４５３×１０^-33

２５面
κ＝０
Ｃ₄＝−４．４２９０８×１０^-8 Ｃ₆＝３．２４４６５×１０^-12
Ｃ₈＝−２．１７９３３×１０^-18 Ｃ₁₀＝３．０９９１４×１０^-21
Ｃ₁₂＝−５．８９７８１×１０^-25 Ｃ₁₄＝１．４４８１２×１０^-28
Ｃ₁₆＝−９．３１８９１×１０^-33

２７面
κ＝０
Ｃ₄＝１．２８４７３×１０^-8 Ｃ₆＝−１．５２１８５×１０^-12
Ｃ₈＝３．２７０２４×１０^-17 Ｃ₁₀＝２．９６３２１×１０^-21
Ｃ₁₂＝−３．１２１４１×１０^-25 Ｃ₁₄＝１．２４０６９×１０^-29
Ｃ₁₆＝−３．６３７５２×１０^-35

４０面
κ＝０
Ｃ₄＝１．３７６４２×１０^-8 Ｃ₆＝７．５２２９４×１０^-14
Ｃ₈＝８．１４７５１×１０^-18 Ｃ₁₀＝−２．３８６６４×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．８９０５２×１０^-26 Ｃ₁₄＝−５．７２８５７×１０^-31
Ｃ₁₆＝１．２４２３５×１０^-35

４２面
κ＝０
Ｃ₄＝−４．６７０３４×１０^-8 Ｃ₆＝−９．９０５８０×１０^-13
Ｃ₈＝−５．１４６３８×１０^-18 Ｃ₁₀＝１．６９８７２×１０^-21
Ｃ₁₂＝−１．０７５３４×１０^-25 Ｃ₁₄＝５．６８１８０×１０^-30
Ｃ₁₆＝−１．５３９０８×１０^-34

図５は、本実施形態の投影光学系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５の収差図から明らかなように、本実施形態では、大きな像側開口数（ＮＡ＝１．００）および比較的大きな静止露光領域ＥＲ（２６ｍｍ×５．５ｍｍ）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。こうして、本実施形態では、波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．００の高い像側開口数を確保するとともに、２６ｍｍ×５．５ｍｍの矩形形状の実効露光領域（静止露光領域）ＥＲ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走査露光することができる。

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（Ｌｍ１，Ｌｍ２）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。また、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液中平行平面板Ｌｐが配置されているので、浸液としての純水がウェハＷに塗布されたフォトレジスト等による汚染を受けても、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する液中平行平面板Ｌｐの作用により、汚染された純水による境界レンズＬｂの像側光学面の汚染を有効に防ぐことができる。

図６は、本実施形態にかかる投影光学系の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。図６を参照すると、液中平行平面板Ｌｐが通常のメカニカルホールド方式を用いて第１支持部材３１により支持されている。一方、境界レンズＬｂは、適当な接着剤を用いて第２支持部材３２により接着支持されている。これは、高開口数を有する液浸型の投影光学系では境界レンズＬｂに入射する光線の全反射を回避するためにマスク側の光学面を曲率半径の小さい凸面形状に形成する必要があり、境界レンズＬｂの外周部の縁厚が非常に薄くなるからである。

また、液中平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路には第１給排水機構２１の給排水ノズル２１ａの先端が向けられ、この給排水ノズル２１ａの作用により液中平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路中を第１液体Ｌｍ１としての純水が循環する。同様に、境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路には第２給排水機構２２の給排水ノズル２２ａの先端が向けられ、この給排水ノズル２２ａの作用により境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路中を第２液体Ｌｍ２としての純水が循環する。

さらに、給排水ノズル２１ａの先端部には、液中平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部やウェハステージＷＳ側）へ純水Ｌｍ１が流出するのを防止するためのシール部材３３が設けられている。シール部材３３は、たとえば撥水性のフッ素樹脂（好ましくは弾性体）により形成されている。また、シール部材３３は、たとえば三角形状の断面を有し、その先端が液中平行平面板Ｌｐの側面の非テーパー部４１に当接している。

ここで、液中平行平面板Ｌｐの側面とは、液中平行平面板Ｌｐの有効領域（有効な結像光束が通過する領域すなわち最外縁の結像光線Ｌｅよりも内側の領域）よりも外側において液中平行平面板Ｌｐのウェハ側の面およびマスク側の面を除く外側面である。また、非テーパー部４１とは、液中平行平面板Ｌｐの側面においてテーパー部４２を除く部分であって、たとえばウェハＷにほぼ平行な面を含む部分である。境界レンズＬｂの側面、境界レンズＬｂの側面のテーパー部４３、および境界レンズＬｂの側面の非テーパー部４４も同様に定義される。

一方、給排水ノズル２２ａの先端部には、境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部やウェハステージＷＳ側）へ純水Ｌｍ２が流出するのを防止するためのシール部材３４が設けられている。シール部材３４はシール部材３３と同様に、たとえば撥水性のフッ素樹脂（好ましくは弾性体）により形成され、三角形状の断面を有し、その先端が境界レンズＬｂの側面の非テーパー部４４に当接している。

前述したように、防液手段としてのシール部材３３および３４は、露光光の照射により劣化し易い材料で形成されている。このため、シール部材（３３，３４）は、フレア光の照射を受けて劣化し易く、ひいては浸液の流出に起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化を招き易い。また、境界レンズＬｂは第２支持部材３２により接着支持されているが、境界レンズＬｂの接着支持領域３５がフレア光の照射を受けると接着作用の劣化が起こり易く、ひいては境界レンズＬｂの位置ずれに起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化を招き易い。

そこで、本実施形態では、液中平行平面板Ｌｐの側面のテーパー部４２から非テーパー部４１に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜３６を形成している。また、液中平行平面板Ｌｐの有効領域よりも外側のマスク側の面に、露光光の通過を遮るための遮光膜３７を形成している。また、境界レンズＬｂの側面のテーパー部４３から非テーパー部４４に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜３８を形成している。ここで、遮光膜３６〜３８は、シール部材３３，３４および接着支持領域３５に達するフレア光を遮るように配置されている。

以上のように、遮光膜（３６〜３８）の作用によりシール部材（３３，３４）および接着支持領域３５に達するフレア光が遮られるので、防液手段としてのシール部材（３３，３４）の劣化や接着支持領域３５の接着作用の劣化が実質的に起こることなく、ひいては浸液の流出や境界レンズＬｂの位置ずれに起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化が実質的に起こることがない。換言すれば、本実施形態にかかる液浸型の投影光学系ＰＬでは、光学系の内部やウェハステージＷＳ側への浸液（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の流出および境界レンズＬｂの位置ずれを安定的に防止して、良好な結像性能を維持することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、光学系の内部やウェハステージＷＳ側への浸液（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の流出および境界レンズＬｂの位置ずれを安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系ＰＬを用いて、マスクＭの微細なパターンをウェハＷに対して高精度に且つ安定的に投影露光することができる。

一般に、遮光膜としては、吸収膜と反射膜が選択可能である。しかしながら、浸液が水である場合、耐水性に富み且つ高反射率特性を有する反射膜の製造は非常に難しい。例えば、アルミニウム膜などは、高反射率特性を有するが、水による酸化が起こるため実用的ではない。したがって、本実施形態では、遮光膜として吸収膜を適用するのが実用的である。ここで、フレア光の照射によるシール部材または接着支持領域の劣化耐性という点では、シール部材または接着支持領域の周りの領域を全て遮光膜で覆うことが望ましい。

その一方で、広範囲に亘って遮光膜を形成すると、遮光膜におけるフレア光の吸熱量が増え、光学部材（レンズ、平行平面板）および浸液の温度上昇を引き起こし、ひいては投影光学系の結像性能が劣化するという問題が発生する。したがって、シール部材または接着支持領域の劣化耐性および光学部材および浸液の温度上昇の影響を考慮した上で、遮光膜の適切な形成範囲を決定する必要がある。

本実施形態では、遮光膜（特にウェハＷに最も近い遮光膜３６）を適切な範囲に形成するために、次の条件式（１）を満足している。条件式（１）において、ＤはウェハＷと遮光膜３６との間隔であり、θはウェハＷに達する結像光線の最大入射角であり、ＹｍはウェハＷにおける最大像高である。
０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７ （１）

条件式（１）の下限値を下回ると、間隔Ｄが小さくなり、ウェハＷ面での反射により遮光膜３６に達するフレア光の光量が大きくなり過ぎる。その結果、遮光膜３６の吸熱量が増え、液中平行平面板Ｌｐおよび浸液（Ｌｍ１）の温度上昇により投影光学系ＰＬの結像性能が劣化してしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、間隔Ｄが大きくなり、遮光膜３６の形成範囲が狭くなり過ぎる。その結果、シール部材（３３，３４）の劣化や接着作用の劣化を十分に抑えることができなくなり、投影光学系ＰＬの結像性能が劣化してしまう。

なお、上述の効果をさらに良好に発揮するためには、条件式（１）の下限値を０．３５に設定し、上限値を１．４に設定することが好ましい。実際に、本実施形態では、以下に述べる理由に基づいて間隔Ｄを７ｍｍに設定している。また、最大入射角θが約４４．１度であり、最大像高Ｙｍが１３．４ｍｍである。したがって、条件式（１）の対応値はＤ／Ｙ×tanθ＝７／１３．４×０．９７＝０．５０７となり、条件式（１）を満足している。

図７は、本実施形態においてウェハＷ上の照度が４Ｗ／ｃｍ²のときの、ウェハＷと遮光膜３６との間隔Ｄ（ｍｍ）と液中平行平面板Ｌｐの側面に達するフレア光の照度分布（ｍＷ／ｃｍ²）との関係を示す図である。なお、ウェハ照度４Ｗ／ｃｍ²は、本実施形態にかかる露光装置のスペックにおいて想定される最大照度である。図７を参照すると、投影光学系ＰＬの結像性能を良好に維持するには、Ｄ＝６ｍｍ〜７ｍｍ程度が閾値となることがわかる。こうして、本実施形態では、液中平行平面板Ｌｐの側面のテーパー部４２から非テーパー部４１に亘って形成された遮光膜３６とウェハＷとの間隔Ｄを、液中平行平面板Ｌｐの側面に達するフレア光の照度分布を参照してＤ＝７ｍｍに決定している。

また、本実施形態では、次の条件式（２）を満足している。条件式（２）において、Ｓは、液中平行平面板Ｌｐまたは境界レンズＬｂとシール部材３３または３４とが接触した場合における液中平行平面板Ｌｐまたは境界レンズＬｂの透過波面変化量である。また、透過波面変化量Ｓの単位ｍλＲＭＳにおいて、ｍλは光の波長λの１／１０００を、ＲＭＳ（root mean square）は自乗平均平方根（あるいは平方自乗平均）をそれぞれ示している。
Ｓ＜７ｍλＲＭＳ （２）

条件式（２）は、投影光学系ＰＬの内部やウェハステージＷＳ側へ浸液が漏れるのを防ぐためのシール部材３３または３４の取り付け公差を規定している。ここで、光透過部材としての液中平行平面板Ｌｐまたは境界レンズＬｂにシール部材３３または３４が接触したときには、シール部材（３３，３４）による応力に起因して光透過部材（Ｌｐ，Ｌｂ）の光学面に面変形が生じ、光透過部材（Ｌｐ，Ｌｂ）に透過波面収差が発生する。ここで、シール部材（３３，３４）による応力に起因する透過波面収差は、投影光学系ＰＬを構成する光学部材（レンズなど）の位置・姿勢の調整や光学面（レンズ面など）の非球面追加工の手法により補正することが可能である。

しかしながら、シール部材（３３，３４）による応力に起因して光透過部材（Ｌｐ，Ｌｂ）に過大な透過波面収差が発生する場合には良好に補正することが困難になる。条件式（２）を満足するようにシール部材（３３，３４）の取り付け公差を規定することにより、シール部材（３３，３４）による応力に起因する透過波面収差を上記手法で補正できる範囲まで小さくすることが可能である。

また、シール部材（３３，３４）の交換を考慮した場合にも、上記条件式（２）の範囲を満足することにより、シール部材（３３，３４）の交換前後に亘って投影光学系ＰＬの透過波面収差を良好に抑えることができる。なお、上述の効果をさらに良好に発揮するには、Ｓ＜５ｍλＲＭＳを満足することが好ましい。また、光透過部材に対して複数のシール部材が準備される場合、複数のシール部材の一つが光透過部材と接触した場合の透過波面変化量をｓとしたとき、複数のシール部材についての透過波面変化量ｓの標準偏差を上記透過波面変化量Ｓとする。

なお、上述の実施形態では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液中平行平面板Ｌｐを配置しているが、これに限定されることなく、図８の第１変形例に示すように液中平行平面板Ｌｐの設置を省略した構成も可能である。図８の第１変形例では、境界レンズＬｂが、適当な接着剤を用いて支持部材５１により接着支持されている。また、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路には図示を省略した給排水機構の給排水ノズル２３ａの先端が向けられ、この給排水ノズル２３ａの作用により境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中を純水（浸液）Ｌｍが循環する。

さらに、給排水ノズル２３ａの先端部には、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部やウェハステージＷＳ側）へ純水Ｌｍが流出するのを防止するためのシール部材５２が設けられている。シール部材５２は、たとえば撥水性のフッ素樹脂（好ましくは弾性体）により形成され、三角形状の断面を有し、その先端が境界レンズＬｂの側面の非テーパー部６１に当接している。さらに、境界レンズＬｂの側面のテーパー部６２から非テーパー部６１に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜５３が形成されている。ここで、遮光膜５３は、シール部材５２および接着支持領域５４に達するフレア光を遮るように配置されている。

こうして、図８の第１変形例においても、遮光膜５３の作用によりシール部材５２および接着支持領域５４に達するフレア光が遮られるので、シール部材５２の劣化や接着支持領域５４の接着作用の劣化が実質的に起こることなく、ひいては浸液の流出や境界レンズＬｂの位置ずれに起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化が実質的に起こることがない。なお、図８の第１変形例においても、遮光膜５３を適切な範囲に形成するために条件式（１）を満足すること、およびシール部材５２による応力に起因して境界レンズＬｂに発生する透過波面収差を小さく抑えるために条件式（２）を満足することが好ましい。

また、上述の実施形態では、液中平行平面板Ｌｐがメカニカルホールド方式を用いて第１支持部材３１により支持されているが、これに限定されることなく、適当な接着剤を用いて液中平行平面板Ｌｐを接着支持することもできる。この場合、液中平行平面板Ｌｐの接着支持領域に達するフレア光を遮るように、必要に応じて遮光膜を追加形成することが好ましい。

また、上述の実施形態および変形例では、境界レンズＬｂの側面のテーパー部（４３，６２）から非テーパー部（４４，６１）に亘って遮光膜（３８，５３）を形成している。また、液中平行平面板Ｌｐの側面のテーパー部４２から非テーパー部４１に亘って遮光膜３６を形成し、液中平行平面板Ｌｐの有効領域よりも外側のマスク側の面に遮光膜３７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、遮光膜の形成位置および形成範囲については様々な変形例が可能である。一般的には、境界レンズＬｂや液中平行平面板Ｌｐにおいて、その有効領域よりも外側のマスク側の面、ウェハ側の面および側面のうちの少なくとも一方の面の適切な位置および適切な範囲に遮光膜を形成すれば良い。

また、上述の実施形態および変形例では、投影光学系ＰＬの内部への純水Ｌｍ１の進入を防止するための防液手段として、シール部材（３３，３４，５２）を設けているが、これらのシール部材（３３，３４，５２）の代わりに、あるいはこれらのシール部材（３３，３４，５２）に加えて、境界レンズＬｂや液中平行平面板Ｌｐに撥水機能性膜を設けても良い。

以下、図９を参照して、投影光学系ＰＬの内部への純水Ｌｍ１の進入を防止するための防液手段として撥水機能性膜を設け、当該防液手段の劣化を低減する劣化低減手段として遮光膜を設けた第２変形例について説明する。

図９は、第２変形例にかかる投影光学系の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。なお、図９において、図６に示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付してある。図９において、上述した図６の実施形態と異なる構成は、液中平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部）へ浸液Ｌｍ１が流出するのを防止するために、給排水ノズル２１ａと液中平行平面板Ｌｐの側面（テーパー面）との間を微小間隔とし、液中平行平面板Ｌｐの側面（テーパー部４２）に撥水機能性膜７１を設けた点と、境界レンズＬｂと液中平行平面板Ｌｐとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部）へ浸液Ｌｍ２が流出するのを防止するために、給排水ノズル２２ａと境界レンズＬｂとの間を微小間隔とし、境界レンズＬｂの側面（テーパー部４３）に撥水機能性膜７２を設けた点である。

この撥水機能性膜７１により、浸液Ｌｍ１が給排水ノズル２１ａの傾斜面と液中平行平面板Ｌｐの側面との間を通って第１支持部材３１に到達することを防ぐことができる。そして、撥水機能性膜７２により、浸液Ｌｍ２が給排水ノズル２２ａ斜面と液中平行平面板Ｌｐの側面との間を通って第２支持部材３２に到達することを防ぐことができる。ここで、撥水機能性膜７１，７２はテーパー部４２，４３だけではなく、テーパー部４２に隣接する非テーパー部や、テーパー部４３に隣接する非テーパー部にも形成されている。

ここで、これらの撥水機能性膜７１，７２は、露光光の照射により劣化して撥水機能が失われ易いため、この第２変形例では、防液手段としての撥水機能性膜７１，７２へ達する露光光を遮光して、これらの撥水機能性膜７１，７２の劣化を防ぐために、液中平行平面板Ｌｐの側面のテーパー部４２から非テーパー部４１に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜３６を形成し、且つ液中平行平面板Ｌｐの有効領域よりも外側のマスク側の面に、露光光の通過を遮るための遮光膜３７を形成している。また、境界レンズＬｂの側面のテーパー部４３から非テーパー部４４に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜３８を形成している。

以上の通り、遮光膜（３６〜３８）の作用により撥水機能性膜（７１，７２）に達するフレア光が遮られるので、防液手段としての撥水機能性膜（７１，７２）の劣化が実質的に起こることなく、ひいては浸液の流出に起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化が実質的に起こることがない。換言すれば、第２変形例にかかる液浸型の投影光学系ＰＬでは、光学系の内部やウェハステージＷＳ側への浸液（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の流出を安定的に防止して、良好な結像性能を維持することができる。したがって、第２変形例の露光装置では、光学系の内部やウェハステージＷＳ側への浸液（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の流出および境界レンズＬｂの位置ずれを安定的に防止して良好な結像性能を維持することのできる高解像な液浸投影光学系ＰＬを用いて、マスクＭの微細なパターンをウェハＷに対して高精度に且つ安定的に投影露光することができる。なお、この第２変形例にかかる遮光膜は、上記条件式（１）を満足するように形成されており、投影光学系ＰＬの結像性能の劣化を防止している。

上述の第２変形例では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液中平行平面板Ｌｐを配置しているが、これに限定されることなく、図１０の第３変形例に示すように液中平行平面板Ｌｐの設置を省略した構成も可能である。なお、図１０において、図８に示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を伏してある。図１０において、上述した図８の実施形態と異なる構成は、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路から外部（投影光学系ＰＬの内部）へ液体Ｌｍが流出するのを防止するために、給排水ノズル２３ａと境界レンズＬｂとの間を微小間隔とし、境界レンズＬｂの側面（テーパー部６２および非テーパー部６１）に撥水機能性膜７３を設けた点である。そして、第３変形例においても、境界レンズＬｂの側面のテーパー部６２から非テーパー部６１に亘って、露光光の通過を遮るための遮光膜５３が形成されている。ここで、遮光膜５３は、撥水機能性膜７３に達するフレア光を遮るように配置されている。

こうして、図１０の第３変形例においても、遮光膜５３の作用により撥水機能性膜７３に達するフレア光が遮られるので、撥水機能性膜７３の劣化が実質的に起こることなく、ひいては浸液の流出に起因して投影光学系ＰＬの結像性能の劣化が実質的に起こることがない。なお、図１０の第３変形例においても、遮光膜５３を適切な範囲に形成するために条件式（１）を満足することが好ましい。

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）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１１のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１１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１２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１２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ー工程によって、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。

なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＦ₂ レーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。ただし、露光光としてＦ₂レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いることになる。

また、上述の実施形態では、露光装置に搭載される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、他の一般的な液浸型の投影光学系に対して本発明を適用することもできる。

なお、上述の実施形態では、境界レンズＬｂおよび液中平行平面板Ｌｐを石英で形成したが、境界レンズＬｂおよび液中平行平面板Ｌｐを形成する材料としては石英には限定されず、たとえば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムなどの結晶材料を用いてもよい。

また、上述の実施形態では、第１液体および第２液体として純水を用いたが、第１および第２液体としては純水には限定されず、たとえば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ができる。

符号の説明

Ｒ レチクル
ＲＳＴ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｌｂ 境界レンズ
Ｌｐ 液中平行平面板
Ｌｍ１，Ｌｍ２ 純水（液体）
Ｗ ウェハ
１ 照明光学系
９ Ｚステージ
１０ ＸＹステージ
１２ 移動鏡
１３ ウェハレーザ干渉計
１４ 主制御系
１５ ウェハステージ駆動系
２１ 第１給排水機構
２２ 第２給排水機構

Claims (32)

1. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
   前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
   前記光透過部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に、光の通過を遮るための遮光膜が形成されていることを特徴とする投影光学系。
2. 前記遮光膜は、前記少なくとも一方の面において、結像光束が通過する有効領域よりも外側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
   前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
   前記光透過部材の側面に、光の通過を遮るための遮光膜が形成され、
   前記第２面と前記遮光膜との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
   ０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
   の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
4. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
   前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
   前記光透過部材の側面の非テーパー部に、光の通過を遮るための遮光膜が形成されていることを特徴とする投影光学系。
5. 前記非テーパー部は、前記第２面にほぼ平行な面を含むことを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
6. 前記第２面と前記遮光膜との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
   ０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
   の条件を満足することを特徴とする請求項４または５に記載の投影光学系。
7. 前記光透過部材と前記第２面との間の光路から外部へ前記液体が流出するのを防止するためのシール部材をさらに備え、
   前記遮光膜は、前記シール部材に達する光を遮るように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
8. 前記シール部材は前記光透過部材に接触しており、
   前記光透過部材と前記シール部材とが接触した場合における前記光透過部材の透過波面変化量Ｓは、
   Ｓ＜７ｍλＲＭＳ
   を満足することを特徴とする請求項７に記載の投影光学系。
   但し、前記光透過部材に対して複数の前記シール部材が準備される場合、前記複数のシール部材の一つが前記光透過部材と接触した場合の前記透過波面変化量をｓとしたとき、前記複数のシール部材についての前記透過波面変化量ｓの標準偏差をＳとする。
9. 前記光透過部材は、所定の支持部材により接着支持され、
   前記遮光膜は、前記光透過部材の接着支持領域に達する光を遮るように配置されてい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. 前記光透過部材の前記遮光膜上には、撥水機能性膜が形成されてい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. 前記光透過部材は、石英により形成された平行平面板または正レンズであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投影光学系。
12. 前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材をさらに備え、
    前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
    前記第２光透過部材の第１面側の面、第２面側の面および側面のうちの少なくとも一方の面に、光の通過を遮るための第２遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の投影光学系。
13. 前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路から外部へ前記第２液体が流出するのを防止するための第２シール部材をさらに備え、
    前記第２遮光膜は、前記第２シール部材に達する光を遮るように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の投影光学系。
14. 前記第２シール部材は前記光透過部材および前記第２光透過部材のうちの少なくとも一方に接触しており、
    前記光透過部材および前記第２光透過部材のうちの少なくとも一方と前記第２シール部材とが接触した場合における前記光透過部材または前記第２光透過部材の透過波面変化量Ｓは、
    Ｓ＜７ｍλＲＭＳ
    を満足することを特徴とする請求項１３に記載の投影光学系。
    但し、前記光透過部材または前記第２光透過部材に対して複数の前記第２シール部材が準備される場合、前記複数の第２シール部材の一つが前記光透過部材または前記第２光透過部材と接触した場合の前記透過波面変化量をｓとしたとき、前記複数の第２シール部材についての前記透過波面変化量ｓの標準偏差をＳとする。
15. 前記第２光透過部材は、所定の支持部材により接着支持され、
    前記第２遮光膜は、前記第２光透過部材の接着支持領域に達する光を遮るように配置されていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の投影光学系。
16. 前記第２光透過部材は、石英により形成された正レンズであることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の投影光学系。
17. 前記第２光透過部材の前記遮光膜上には、撥水機能性膜が形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の投影光学系。
18. 前記第１液体と前記第２液体とは同じ液体であることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の投影光学系。
19. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面に配置された光透過部材と第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
    前記光透過部材に接触して設けられて、前記光透過部材と前記第２面との間の光路から外部へ前記液体が流出するのを防止するためのシール部材を備え、
    前記光透過部材と前記シール部材とが接触した場合における前記光透過部材の透過波面変化量Ｓは、
    Ｓ＜７ｍλＲＭＳ
    を満足することを特徴とする投影光学系。
    但し、前記光透過部材に対して複数の前記シール部材が準備される場合、前記複数のシール部材の一つが前記光透過部材と接触した場合の前記透過波面変化量をｓとしたとき、前記複数のシール部材についての前記透過波面変化量ｓの標準偏差をＳとする。
20. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
    前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
    前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
    前記劣化低減手段は、前記光透過部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする投影光学系。
21. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
    前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
    前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
    前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面に形成され、
    前記第２面と前記劣化低減手段との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
    ０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
    の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
22. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、最も第２面側に配置された光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体で満たされ、
    前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
    前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
    前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面の非テーパー部に形成されていることを特徴とする投影光学系。
23. 前記非テーパー部は、前記第２面にほぼ平行な面を含むことを特徴とする請求項２２に記載の投影光学系。
24. 前記第２面と前記劣化低減手段との間隔をＤとし、前記第２面に達する結像光線の最大入射角をθとし、前記第２面における最大像高をＹｍとするとき、
    ０．２５＜Ｄ／Ｙｍ×tanθ＜１．７
    の条件を満足することを特徴とする請求項２２または２３に記載の投影光学系。
25. 前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材をさらに備え、
    前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
    前記劣化低減手段は、前記第２光透過部材の第１面側の面、第２面側の面および側面のうちの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする請求項２０乃至２４のいずれか１項に記載の投影光学系。
26. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    最も第２面側に配置された光透過部材と、
    前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体で満たされ、且つ前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
    前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
    前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
    前記劣化低減手段は、前記光透過部材および前記第２光透過部材の少なくとも一方の部材の第１面側の面および第２面側の面のうちの少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする投影光学系。
27. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
    最も第２面側に配置された光透過部材と、
    前記光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
    前記投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、前記光透過部材と前記第２面との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体で満たされ、且つ前記光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する第２液体で満たされ、
    前記投影光学系の内部への前記液体の進入を防止するための防液手段と、
    前記防液手段の劣化を低減するための劣化低減手段とを備え、
    前記劣化低減手段は、前記光透過部材の側面の非テーパー部に形成されていることを特徴とする投影光学系。
28. 前記防液手段は、前記光透過部材と前記第２面との間の光路から外部へ前記液体が流出するのを防止するためのシール部材を備えていることを特徴とする請求項２０乃至２７のいずれか１項に記載の投影光学系。
29. 前記防液手段は、前記光透過部材の遮光膜上に形成された撥水機能性膜を有することを特徴とする請求項２０乃至２８のいずれか１項に記載の投影光学系。
30. 前記第１面に設定された所定のパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板に投影するための請求項１乃至２９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。
31. 請求項３０に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを感光性基板に露光する露光工程と、
    前記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の製造方法。
32. 請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の投影光学系を介して、前記第１面に設定された所定のパターンを前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。

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