KR20070041609A - 투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 Download PDF

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KR20070041609A
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야스히로 오무라
소이치 오와
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

본 발명에 따르면, 상면과의 사이의 광로 중에 액체를 개재시켜서, 예컨대 1.4보다도 큰 실효적인 상 측 개구수를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있는 투영 광학계, 또한, 제 1 면(R)의 축소상을 제 2 면(W)에 투영하는 투영 광학계를 제공한다. 투영 광학계의 광로 중의 기체의 굴절률을 1로 했을 때, 투영 광학계와 제 2 면 사이의 광로는 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체(Lm)로 채워져 있다. 투영 광학계는, 제 1 면 측이 기체와 접하고, 또한 제 2 면 측이 액체와 접하는 경계 렌즈(Lb)를 구비하고, 경계 렌즈는, 정의 굴절력을 가지며, 1.8보다도 큰 굴절력을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 있다.

Description

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}
본 발명은, 투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 마이크로 디바이스를 포토리소그래피 공정에 의해 제조할 때에 사용되는 노광 장치에 바람직한 투영 광학계에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에 있어서, 마스크(또는 레티클)의 패턴상을, 투영 광학계를 거쳐서, 감광성 기판(포토레지스트가 도포된 웨이퍼, 유리 플레이트 등) 상에 투영 노광하는 노광 장치가 사용되고 있다. 노광 장치에서는, 반도체 소자 등의 집적도가 향상됨에 따라서, 투영 광학계에 요구되는 해상력(해상도)이 점점 높아지고 있다.
그래서, 투영 광학계의 해상력에 대한 요구를 만족하기 위하여, 조명광(노광광)의 파장 λ를 짧게 하는 동시에, 투영 광학계의 상(像) 측 개구수 NA를 크게 할 필요가 있다. 구체적으로는, 투영 광학계의 해상도는, k·λ／NA(k는 프로세스 계수)로 표시된다. 또한, 상 측 개구수 NA는, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 매 질(통상은 공기 등의 기체)의 굴절률을 n이라고 하고, 감광성 기판으로의 최대 입사각을 θ라고 하면, n·sinθ로 표시된다.
이 경우, 최대 입사각 θ을 크게 하는 것에 의해 상 측 개구수의 증대를 도모하고자 하면, 감광성 기판으로의 입사각 및 투영 광학계로부터의 사출각이 커져, 광학면에서의 반사 손실이 증대하여, 큰 실효적인 상 측 개구수를 확보하는 것은 불가능하다. 그래서, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로 중에 굴절률이 높은 액체와 같은 매질을 채우는 것에 의해 상 측 개구수의 증대를 도모하는 액침(液浸) 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1).
(특허문헌 1) 국제 공개 WO 2004／019128호 팜플렛
상기 특허 문헌에 개시된 투영 광학계에서는, 침액(浸液)으로서 순수(純水)를 이용하고, 물체 측의 면이 기체에 접하고 상 측의 면이 순수에 접하는 경계 렌즈로서 석영 렌즈를 이용하고 있다. 그러나, 이 종래의 구성에서는, 예컨대 ArF 엑시머 레이저광을 이용하여 1.3 정도의 상 측 개구수를 확보하는 것이 한계였다.
본 발명은, 상면(像面)과의 사이의 광로 중에 액체를 개재시켜, 예컨대 1.4보다도 큰 실효적인 상 측 개구수를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보하면서, 예컨대 1.4보다도 큰 상 측 개구수를 갖는 고해상의 투영 광학계를 이용하여, 미세한 패턴을 고정밀도로 투영 노광할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 형태에서는, 제 1 면의 축소상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 투영 광학계의 광로 중의 기체의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체로 채워지는 것이 가능하고, 상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면 측이 상기 기체와 접하고, 상기 제 2 면 측이 상기 액체와 접하는 것이 가능한 경계 렌즈를 구비하며, 상기 경계 렌즈는, 정(正;positive)의 굴절력(정의 파워)을 갖고, 1.8보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 기판 상에 물체의 상(像)을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치되고, CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 3 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자의 적어도 한쪽은, CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 4 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1 광학 소자는 CaO 또는 MgO로 형성되며, 상기 제 2 광학 소자는 MgO 또는 CaO로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 5 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자와, 해당 제 2 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 3 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1∼제 3 광학 소자는, CaO로 형성되는 광학 소자와, MgO로 형성되는 광학 소자와, 석영 유리로 형성되는 광학 소자이며, 상기 CaO로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 MgO로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 CaO 및 상기 MgO가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 6 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, CaO로 형성되는 광학 소자를 구비하고, 해당 CaO로 형성되는 광학 소자에는, MgO를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 7 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, MgO로 형성되는 광학 소자를 구비하고, 해당 MgO로 형성되는 광학 소자에는, CaO를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 8 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치되고, CaO, CaO를 포함하는 결정 재료, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 결정 재료군 중 적어도 1개의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 9 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어도 한쪽은, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군, 및 MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군 중 적어도 한쪽의 결정 재료군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 10 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1 광학 소자는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료, 또는 MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되며, 상기 제 2 광학 소자는 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료 또는 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 11 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자와, 해당 제 2 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 3 광학 소자를 구비하고, 상기 제 1∼제 3 광학 소자는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 광학 소자와, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되는 광학 소자와, 석영 유리로 형성되는 광학 소자로서, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 12 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 광학 소자를 구비하고, 해당 제 1 재료로 형성되는 광학 소자에는, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 13 형태에서는, 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되는 광학 소자를 구비하고, 해당 제 2 재료로 형성되는 광학 소자에는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 14 형태에서는, 제 1 면과 제 2 면을 광학적으로 공역으로 하는 결상 광학계에 있어서, 상기 결상 광학계의 광로 중의 기체의 굴절률을 1로 할 때, 상기 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체로 채워지는 것이 가능하고, 상기 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측이 상기 기체와 접하고, 상기 제 2 면 측이 상기 액체와 접하는 것이 가능한 경계 렌즈를 구비하며, 상기 경계 렌즈는, 정의 굴절력을 갖고, 1.7보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 결상 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 15 형태에서는, 제 1 형태∼제 13 형태의 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 상기 기판을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 16 형태에서는, 제 1 형태∼제 13 형태의 투영 광학계를 이용하여, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 상기 기판을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 17 형태에서는, 제 15 형태의 노광 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 투영 광학계에서는, 경계 렌즈와 상면(제 2 면) 사이의 광로 중에 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체를 개재시키는 동시에, 경계 렌즈의 상 측의 면이 접하는 액체의 높은 굴절률에 대응하여, 경계 렌즈를 1.8보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성하고 있다. 그 결과, 본 발명에서는, 상면과의 사이의 광로 중에 액체를 개재시켜, 예컨대 1.4보다도 큰 실효적인 상 측 개구수를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있는 투영 광학계를 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보하면서, 예컨대 1.4보다도 큰 상 측 개구수를 갖는 고해상의 투영 광학계를 거쳐서, 미세한 패턴을 고정밀도로 투영 노광할 수 있으며, 나아가서는 고정밀도로 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 정지 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축과의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 3은 본 실시예의 각 실시예에 있어서의 경계 렌즈와 웨이퍼와의 사이의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 5는 실시예 1에 있어서의 횡수차(橫收差)를 나타내는 도면,
도 6은 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 7은 실시예 2에 있어서의 횡수차를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 노광 장치 EX를 나타내는 개략 구성도,
도 9는 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 10은 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
Lb : 경계 렌즈 Lp : 평행 평면판
Lm : 액체(침액) G1 : 제 1 결상 광학계
G2 : 제 2 결상 광학계 G3 : 제 3 결상 광학계
CM : 오목면 반사 미러 M1, M2 : 평면 반사 미러
Li : 각 렌즈 성분 100 : 광원
IL : 조명 광학계 R : 레티클
RS : 레티클 스테이지 PL : 투영 광학계
W : 웨이퍼 WS : 웨이퍼 스테이지
본 발명의 투영 광학계에서는, 경계 렌즈와 상면(제 2 면) 사이의 광로 중에 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 액체를 개재시킴으로써, 예컨대 1.4보다도 큰 실효적인 상 측 개구수(제 2 면 측 개구수)의 확보를 도모하고 있다. 이 경우, 침액으로서의 액체의 굴절률만을 단순히 크게 설정하면, 경계 렌즈의 물체 측(제 1 면 측)의 볼록면의 곡률이 지나치게 커져 렌즈 설계가 불가능하게 될 뿐만 아니라, 상면 상(제 2 면 상)에 있어서 충분히 큰 유효 결상 영역(노광 장치의 경우에는 유효한 정지 노광 영역, 제 2 면에 물체면이 있는 경우에는 유효 시야 영역)을 확보할 수가 없게 된다.
그래서, 본 발명에서는, 경계 렌즈의 상 측(제 2 면 측)의 면이 접하는 액체의 높은 굴절률에 대응하여, 경계 렌즈를 1.8보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성하고 있다. 그 결과, 본 발명의 투영 광학계에서는, 상면(제 2 면)과의 사이의 광로 중에 액체를 개재시켜, 예컨대 1.4보다도 큰 실효적인 상 측 개구수(제 2 면 측 개구수)를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역(또는 유효 시야 영역)을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는, 비교적 큰 유효 결상 영역(또는 유효 시야 영역)을 확보하면서, 예컨대 1.4보다도 큰 상 측 개구수(제 2 면 측 개구수)를 갖는 고해상의 투영 광학계를 거쳐서, 미세한 패턴을 고정밀도로 투영 노광할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 다음 조건식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 1에 있어서, Fb는 경계 렌즈의 초점 거리이고, Yi는 제 2 면이 상면인 경우에는 상면에 있어서의 최대 상 높이(maximum image height), 제 2 면이 물체면인 경우에는 물체면에 있어서의 최대 물체 높이이다.
Figure 112007017859898-PCT00001
조건식 1의 하한값을 하회(下回)하면, 경계 렌즈의 초점 거리 Fb가 너무 커져, 소요(所要)의 큰 상 측 개구수를 확보하는 것이 곤란하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 조건식 1의 상한값을 상회(上回)하면, 경계 렌즈의 초점 거리 Fb가 너무 작아져서, 소요의 결상 영역의 전체에 걸쳐 수차를 양호하게 보정하는 것이 곤란하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또, 더 큰 상 측 개구수를 확보하기 위해서는, 조건식 1의 하한값을 0.115로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 소요의 결상 영역의 전체에 걸쳐 수차를 더욱 양호하게 보정하기 위해서는, 상한값을 0.14로 설정하는 것이 바람직하다. 이 조건식 1은, 후술하는 실시예와 같은 1개의 오목면 반사 미러와 2개의 광로 절곡 미러를 갖는 3회 결상형의 반사 굴절 광학계뿐만 아니라, 복수의 오목면 반사 미러를 갖고 1개의 직선 형상 광축을 갖는 반사 굴절형 광학계나, 굴절형 광학계이더라도 적용할 수 있다. 즉, 이러한 큰 굴절률의 경계 렌즈를 적용하는 경우에는, 경계 렌즈보다도 입사 측의 광학계의 구성이 어떠한 것이어도, 경계 렌즈가 조건식 1을 만족하면, 그 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 경계 렌즈를 형성하는 광학 재료(즉, 1.8보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료)로서, 예컨대, 산화마그네슘(MgO)을 이용할 수 있다. 산화마그네슘의 굴절률은 ArF 엑시머 레이저광(파장 λ＝193.3㎚)에 대하여 2.1 정도이다. 여기서, 산화마그네슘은, 입방정계(立方晶系)에 속하는 결정 재료로서, 고유 복굴절성을 갖는다. 한편, 산화칼슘(CaO)도 입방정계에 속하는 결정 재료로서 고유 복굴절성을 갖지만, 산화마그네슘과 산화칼슘에 있어서는 복굴절량의 부호가 반대이다.
따라서, 경계 렌즈를 산화마그네슘에 의해 형성하는 경우, 산화마그네슘의 고유 복굴절의 영향을 상쇄 효과에 의해 저감할 수 있도록, 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 갖는 것이 바람직하다. 단, 산화칼슘의 복굴절량은, 산화마그네슘의 복굴절량에 비해 실질적으로 크다는 것이 알려져 있다. 그래서, 본 발명과 같이 축소 배율을 갖는 투영 광학계에서는, 산화칼슘의 고유 복굴절의 영향을 작게 억제하기 위하여, 광의 입사 각도 범위가 비교적 작고, 또한 텔레센트릭(telecentric)성이 양호한 위치에, 산화칼슘에 의해 형성된 광 투과 부재를 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 광선의 진행 경로를 따라 물체면(제 1 면)에서부터 순서대로 제 1 번째의 광 투과 부재부터 제 3 번째의 광 투과 부재가, 산화칼슘에 의해 형성된 광 투과 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 경계 렌즈를 형성하는 광학 재료로서, 산화칼슘을 이용하는 것도 가능하다. 산화칼슘의 굴절률은, ArF 엑시머 레이저광(파장 λ＝193.3㎚)에 대하여 2.7 정도이다. 이 경우, 경계 렌즈를 형성하는 산화칼슘의 고유 복굴절의 영향을 상쇄 효과에 의해 저감할 수 있도록, 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 광선의 진행 경로를 따라 상면(제 2 면)에서부터 순서대로 제 1 번째의 광 투과 부재부터 제 3 번째의 광 투과 부재는, 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재와, 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 포함하고, 다음 조건식 2를 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 2에 있어서, TM은 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재의 중심 두께의 합이며, TC는 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재의 중심 두께의 합이다.
Figure 112007017859898-PCT00002
조건식 2의 하한값을 하회하면, 산화마그네슘에 의해 형성된 광 투과 부재의 중심 두께의 합(당해 광 투과 부재의 수가 1개인 경우에는 그 중심 두께) TM이 너무 커져, 산화마그네슘의 고유 복굴절의 영향이 비교적 크게 남기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 조건식 2의 상한값을 상회하면, 산화칼슘에 의해 형성된 광 투과 부재의 중심 두께의 합(해당 광 투과 부재의 수가 1개인 경우에는 그 중심 두께) TC가 너무 커져, 산화칼슘의 고유 복굴절의 영향이 비교적 크게 남기 때문에 바람직하지 않다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 조건식 2의 하한값을 0.08로 설정하고, 상한값을 0.4로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상면에서부터 순서대로 제 1 번째부터 제 3 번째의 광 투과 부재가 산화마그네슘에 의해 형성된 광 투과 부재와 산화칼슘에 의해 형성된 광 투과 부재를 포함하는 경우, 산화마그네슘에 의해 형성된 1개의 광 투과 부재와 산화칼슘에 의해 형성된 1개의 광 투과 부재가, 예컨대 옵티컬 콘택트(광학 용착)와 같은 방법에 의해 서로 접합되어 접합 렌즈를 구성하고 있는 것이 바람직하다. 또, 옵티컬 콘택트란, 2개의 광학 부재의 표면을 동일 형상으로 고정밀도로 가공하여, 이들의 표면을 근접시켜 접착제를 사용하지 않고 분자 간의 인력(引力)에 의해 2개의 광학 부재를 접착시키는 기술이다. 전술한 바와 같이 산화칼슘의 복굴절량은 산화마그네슘에 비해 크기 때문에, 산화칼슘에 의해 형성되는 광 투과 부재가 비교적 얇아 지는 경향이 있어, 그 지지(hold)가 곤란하게 되기 쉽다. 그러나, 접합 렌즈의 형태를 채용함으로써, 산화칼슘에 의해 형성된 비교적 얇은 광 투과 부재를, 산화마그네슘에 의해 형성된 비교적 두꺼운 광 투과 부재와 일체적으로 지지하는 것이 용이하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 경계 렌즈를 형성하는 광학 재료로서, MgxCa1 －xO(0.8＜x＜0.9)로 표시되는 결정 재료를 이용하는 것도 가능하다. MgxCa1 － xO로 표시되는 결정 재료에서는, x의 값을 0.8보다 크고 0.9보다 작게 설정함으로써, 사용광에 대하여 1.8보다 큰 굴절률을 확보하는 동시에 고유 복굴절성을 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예를, 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또, 도 1에 있어서, 투영 광학계 PL의 기준 광축 AX에 평행하게 Z축을, 기준 광축 AX에 수직인 면내에 있어서 도 1의 지면에 평행하게 Y축을, 기준 광축 AX에 수직인 면내에 있어서 도 1의 지면에 수직으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도시한 노광 장치는, 조명광(노광광)을 공급하기 위한 광원(100)으로서, ArF 엑시머 레이저 광원을 구비하고 있다. 광원(100)으로부터 사출된 광은, 조명 광학계 IL을 거쳐서, 소정의 패턴이 형성된 레티클 R을 중첩적으로 조명한다. 또, 광원(100)과 조명 광학계 IL 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)으로 밀봉되어 있으며, 광원(100)에서부터 조명 광학계 IL 중의 가장 레티클 측의 광학 부재까지의 공간은, 노광광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치 환되어 있거나, 혹은 대략 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클 R은, 레티클 홀더 RH를 거쳐서, 레티클 스테이지 RS 상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 R에는 전사할 패턴이 형성되어 있으며, 패턴 영역 전체 중 X 방향을 따라서 긴 변을 갖고 Y 방향을 따라서 짧은 변을 갖는 직사각형 형상(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지 RS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하며, 그 위치 좌표는 레티클 이동 미러 RM을 이용한 간섭계 RIF에 의해서 계측되고 위치 제어되도록 구성되어 있다.
레티클 R에 형성된 패턴으로부터의 광은, 반사 굴절형의 투영 광학계 PL을 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼 W 상에 레티클 패턴상을 형성한다. 웨이퍼 W는, 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더) WT를 거쳐, 웨이퍼 스테이지 WS 상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 그리고, 레티클 R 상에서의 직사각형 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼 W 상에서는 X 방향을 따라서 긴 변을 갖고 Y 방향을 따라서 짧은 변을 갖는 직사각형 형상의 정지 노광 영역(즉, 실효 노광 영역:투영 광학계 PL의 유효 결상 영역)에 패턴상이 형성된다. 웨이퍼 스테이지 WS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하며, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동 미러 WM을 이용한 간섭계 WIF에 의해 계측되고 위치 제어되도록 구성되어 있다.
도 2는, 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 정지 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축과의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 각 실시 예에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이 기준 광축 AX를 중심으로 한 반경(半徑) B를 갖는 원 형상의 영역(이미지 서클(image circle)) IF 내에 있어서, 기준 광축 AX로부터 Y 방향으로 축벗어남량 A만큼 떨어진 위치에 소망하는 크기를 갖는 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되어 있다.
여기서, 실효 노광 영역 ER의 X 방향의 길이는 LX이고, 그 Y 방향의 길이는 LY이다. 따라서, 도시를 생략하였지만, 레티클 R 상에서는, 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER에 대응하여, 기준 광축 AX로부터 Y 방향으로 축벗어남량 A에 대응하는 거리만큼 떨어진 위치에 실효 노광 영역 ER에 대응한 크기 및 형상을 갖는 직사각형 형상의 조명 영역(즉, 실효 조명 영역)이 형성되어 있게 된다.
또한, 본 실시예의 노광 장치에서는, 투영 광학계 PL을 구성하는 광학 부재 중 가장 레티클 측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 평행 평면판 P1)와 경계 렌즈 Lb와의 사이에서 투영 광학계 PL의 내부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계 PL의 내부의 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 대략 진공 상태로 유지되어 있다. 또한, 조명 광학계 IL과 투영 광학계 PL 사이의 좁은 광로에는, 레티클 R 및 레티클 스테이지 RS 등이 배치되어 있는데, 레티클 R 및 레티클 스테이지 RS 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 대략 진공 상태로 유지되어 있다.
도 3은, 본 실시예의 각 실시예에 있어서의 경계 렌즈와 웨이퍼 사이의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 경계 렌즈 Lb는, 정의 굴절 력을 갖고, 레티클 측으로 볼록면을 향하고 있다. 또한, 경계 렌즈 Lb와 웨이퍼 W 사이의 광로 중에 평행 평면판 Lp가 삽탈(揷脫;삽입／분리) 자유롭게 배치되고, 경계 렌즈 Lb와 평행 평면판 Lp 사이의 광로 및 평행 평면판 Lp와 웨이퍼 W 사이의 광로는, 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체(매질) Lm으로 채워져 있다.
이렇게 해서, 광원(100)에서부터 웨이퍼 W까지의 광로의 전체에 걸쳐, 노광광이 거의 흡수되지 않는 분위기가 형성되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 레티클 R 상의 조명 영역 및 웨이퍼 W 상의 정지 노광 영역(즉, 실효 노광 영역) ER은, X 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형 형상이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 이용하여 레티클 R 및 웨이퍼 W의 위치 제어를 하면서, Y 방향을 따라서 레티클 스테이지 RS와 웨이퍼 스테이지 WS를, 나아가서는 레티클 R과 웨이퍼 W를 동기적으로 이동(주사)시키는 것에 의해, 웨이퍼 W 상에는 실효 노광 영역 ER의 X 방향 치수 LX와 동등한 폭을 갖고, 웨이퍼 W의 주사량(이동량)에 따른 길이를 갖는 샷(shot) 영역(노광 영역)에 대하여 레티클 패턴이 주사 노광된다.
또, 투영 광학계 PL에 대하여 웨이퍼 W를 상대 이동시키면서 주사 노광을 하는 스텝 앤드 스캔(step and scan) 방식의 노광 장치에 있어서, 주사 노광의 개시에서부터 종료까지 투영 광학계 PL의 경계 렌즈 Lb와 웨이퍼 W 사이의 광로 중에 액체 Lm을 계속해서 채우기 위해서는, 예컨대 국제 공개 번호 WO 99／49504 호 공보에 개시된 기술이나, 일본 특허 공개 제 1998-303114 호 공보에 개시된 기술 등을 이용할 수 있다.
국제 공개 번호 WO 99／49504 호 공보에 개시된 기술에서는, 액체 공급 장치 로부터 공급관 및 배출 노즐을 거쳐서 소정의 온도로 조정된 액체를 경계 렌즈 Lb와 웨이퍼 W 사이의 광로를 채우도록 공급하고, 액체 공급 장치에 의해 회수관 및 유입 노즐을 거쳐 웨이퍼 W 상으로부터 액체를 회수한다. 한편, 일본 특허 공개 제 1998-303114 호 공보에 개시된 기술에서는, 액체를 수용할 수 있도록 웨이퍼 홀더 테이블을 용기 형상으로 구성하고, 그 내부 바닥부의 중앙에 있어서(액체 중에 있어서) 웨이퍼 W를 진공 흡착에 의해 위치 결정 유지한다. 또한, 투영 광학계 PL의 경통(鏡筒) 선단부가 액체 중에 도달하고, 나아가서는 경계 렌즈 Lb의 웨이퍼 측의 광학면이 액체 중에 도달하도록 구성한다.
본 실시예의 각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접평면으로부터 높이 y에 있어서의 비구면 상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그량)를 z로 하며, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ로 하며, n차 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수식 a로 표시된다. 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 우측에 * 표시를 붙이고 있다.
Figure 112007017859898-PCT00003
또한, 본 실시예의 각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL은, 물체면(제 1 면)에 배치된 레티클 R의 패턴의 제 1 중간상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계 G1과, 제 1 중간상으로부터의 광에 근거하여 레티클 패턴의 제 2 중간상(제 1 중간상 의 상으로서 레티클 패턴의 2차상)을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간상으로부터의 광에 근거하여 상면(제 2 면)에 배치된 웨이퍼 W 상에 레티클 패턴의 최종 상(레티클 패턴의 축소상)을 형성하기 위한 제 3 결상 광학계 G3을 구비하고 있다. 여기서, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3은 모두 굴절 광학계이고, 제 2 결상 광학계 G2는 오목면 반사 미러 CM을 포함하는 반사 굴절 광학계이다.
또한, 제 1 결상 광학계 G1과 제 2 결상 광학계 G2 사이의 광로 중에는 제 1 평면 반사 미러(제 1 편향 미러) M1이 배치되고, 제 2 결상 광학계 G2와 제 3 결상 광학계 G3 사이의 광로 중에는 제 2 평면 반사 미러(제 2 편향 미러) M2가 배치되어 있다. 이렇게 해서, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는, 레티클 R로부터의 광이, 제 1 결상 광학계 G1을 거쳐서, 제 1 평면 반사 미러 M1의 근방에 레티클 패턴의 제 1 중간상을 형성한다. 이어서, 제 1 중간상으로부터의 광이, 제 2 결상 광학계 G2를 거쳐서, 제 2 평면 반사 미러 M2의 근방에 레티클 패턴의 제 2 중간상을 형성한다. 또한, 제 2 중간상으로부터의 광이, 제 3 결상 광학계 G3을 거쳐서, 레티클 패턴의 최종 상을 웨이퍼 W 상에 형성한다.
또한, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3이 연직 방향을 따라서 직선 형상으로 연장되는 광축 AX1 및 광축 AX3을 갖고, 광축 AX1 및 광축 AX3은 기준 광축 AX와 일치하고 있다. 한편, 제 2 결상 광학계 G2는 수평 방향을 따라서 직선 형상으로 연장되는(기준 광축 AX에 수직인) 광축 AX2를 갖는다. 이렇게 해서, 레티클 R, 웨이퍼 W, 제 1 결상 광학계 G1 을 구성하는 모든 광학 부재 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 광학 부재는, 중력 방향과 직교하는 면, 즉 수평면을 따라 서로 평행하게 배치되어 있다. 또한, 제 1 평면 반사 미러 M1 및 제 2 평면 반사 미러 M2는, 레티클면에 대하여 45도의 각도를 이루도록 설정된 반사면을 각각 갖고, 제 1 평면 반사 미러 M1과 제 2 평면 반사 미러 M2는 1개의 광학 부재로서 일체적으로 구성되어 있다. 또한, 각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL은, 물체 측 및 상 측의 쌍방에 대략 텔레센트릭하게 구성되어 있다.
(실시예 1)
도 4는, 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL에 있어서 제 1 결상 광학계 G1은, 레티클 측에서부터 순서대로, 평행 평면판 P1과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정(正) 메니스커스(meniscus) 렌즈 L11과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 웨이퍼 측으로 비구면을 향한 정(正) 렌즈 L13과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클 측으로 오목면을 향한 부(負;negative) 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 양볼록(兩凸) 렌즈 L19와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는, 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)에서부터 순서대로, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 레티클 측으로 오목면을 향한 오목면 반사 미러 CM으로 구성되어 있다. 또한, 제 3 결상 광학계 G3은, 레티클 측에서부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 양볼록 렌즈 L32와, 양볼록 렌즈 L33과, 웨이퍼 측으로 비구면을 향한 정 렌즈 L34와, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목(兩凹) 렌즈 L35와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L36과, 양볼록 렌즈 L37과, 레티클 측으로 비구면을 향한 렌즈 L38과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L39와, 양볼록 렌즈 L310과, 양볼록 렌즈 L311과, 양볼록 렌즈 L312와, 개구 조리개 AS와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L313과, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L314와, 웨이퍼 측으로 평면을 향한 평볼록(平凸) 렌즈 L315(경계 렌즈 Lb)와, 평행 평면판 Lp에 의해 구성되어 있다.
실시예 1에서는, 경계 렌즈 Lb와 평행 평면판 Lp 사이의 광로 및 평행 평면판 Lp와 웨이퍼 W 사이의 광로에, 사용광(노광광)인 ArF 엑시머 레이저광(파장 λ＝193.306㎚)에 대하여 1.64의 굴절률을 갖는 액체 Lm이 채워져 있다. 이러한 종류의 액체 Lm으로서, 글리세놀(CH2[OH]CH[OH]CH2[OH])이나 헵탄(C7H16) 등을 이용할 수 있다. 또한, 실시예 1에서는, 경계 렌즈 Lb로서의 평볼록 렌즈 L315가 사용광 에 대하여 2.1의 굴절률을 갖는 산화마그네슘(MgO)에 의해 형성되고, 평행 평면판 Lp가 사용광에 대하여 2.7의 굴절률을 갖는 산화칼슘(CaO)에 의해 형성되며, 그 밖의 광 투과 부재는 사용광에 대하여 1.5603261의 굴절률을 갖는 석영(SiO2)에 의해 형성되어 있다.
다음 표 1에, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 게시한다. 표 1에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영 배율(전계(全系)의 결상 배율)의 크기를, NA는 상 측(웨이퍼 측) 개구수를, B는 웨이퍼 W 상에서의 이미지 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축벗어남량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수(긴 변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y 방향에 따른 치수(짧은 변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 상면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선이 진행하는 경로에 따른 레티클 측에서부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경:㎜)을, d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다. 또, 면 간격 d는, 반사될 때마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는, 제 1 평면 반사 미러 M1의 반사면에서부터 오목면 반사 미러 CM까지의 광로 중 및 제 2 평면 반사 미러 M2에서부터 상면까지의 광로 중에서는 부(負)로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정(正)으로 하고 있다.
그리고, 제 1 결상 광학계 G1에서는, 레티클 측을 향하여 볼록면의 곡률 반 경을 정으로 하고, 레티클 측을 향하여 오목면(오목 렌즈)의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 제 2 결상 광학계 G2에서는, 광의 진행 왕로를 따라서 입사 측(레티클 측)을 향하여 오목면(오목 렌즈)의 곡률 반경을 정으로 하고, 입사 측을 향하여 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 제 3 결상 광학계 G3에서는, 레티클 측을 향하여 오목면(오목 렌즈)의 곡률 반경을 정으로 하고, 레티클 측을 향하여 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또, 표 1에 있어서의 표기는, 이후의 표 2에 있어서도 마찬가지이다.
Figure 112007017859898-PCT00004
Figure 112007017859898-PCT00005
Figure 112007017859898-PCT00006
Figure 112007017859898-PCT00007
Figure 112007017859898-PCT00008
Figure 112007017859898-PCT00009
도 5는, 실시예 1에 있어서의 횡수차(橫收差)를 나타내는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상(像) 높이를 나타내고 있다. 도 5의 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서는, 매우 큰 상 측 개구수(NA＝1.5) 및 비교적 큰 실효 노광 영역 ER(26㎜×5㎜)을 확보하고 있음에도 불구하고, 파장이 193.306㎚인 엑시머 레이저광에 대하여 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 6은, 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL에 있어서 제 1 결상 광학계 G1은, 레티클 측에서부터 순서대로, 평행 평면판 P1과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L11과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 웨이퍼 측으로 비구면을 향한 정 렌즈 L13과, 레티클 측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클 측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 양볼록 렌즈 L19와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는, 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)에서부터 순서대로, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 레티클 측으로 오목면을 향한 오목면 반사 미러 CM으로 구성되어 있다. 또한, 제 3 결상 광학계 G3은, 레티클 측에서부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 양볼록 렌즈 L32와, 양볼록 렌즈 L33과, 웨이퍼 측으로 비구면을 향한 정 렌즈 L34와, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목 렌즈 L35와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L36과, 양볼록 렌즈 L37과, 레티클 측으로 비구면을 향한 렌즈 L38과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L39와, 양볼록 렌즈 L310과, 양볼록 렌즈 L311과, 양볼록 렌즈 L312와, 개구 조리개 AS와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L313과, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L314와, 웨이퍼 측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈 L315(경계 렌즈 Lb)와, 평행 평면판 Lp에 의해 구성되어 있다.
실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 경계 렌즈 Lb와 평행 평면판 Lp 사이의 광로 및 평행 평면판 Lp와 웨이퍼 W 사이의 광로에, 사용광(노광광)인 ArF 엑시머 레이저광(파장 λ＝193.306㎚)에 대하여 1.64의 굴절률을 갖는 액체 Lm이 채워져 있다. 이러한 종류의 액체 Lm으로서, 글리세놀(CH2[OH]CH[OH]CH2[OH])이나 헵탄(C7H16) 등을 이용할 수 있다. 단, 실시예 2에서는, 실시예 1과는 달리, 경계 렌즈 Lb로서의 평볼록 렌즈 L315 및 평행 평면판 Lp가 사용광에 대하여 2.1의 굴절률을 갖는 산화마그네슘(MgO)에 의해 형성되고, 제 1 결상 광학계 G1 중의 평행 평면판 P1이 사용광에 대하여 2.7의 굴절률을 갖는 산화칼슘(CaO)에 의해 형성되며, 그 밖의 광 투과 부재는 사용광에 대하여 1.5603261의 굴절률을 갖는 석영(SiO2)에 의해 형성되어 있다. 다음 표 2에, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 게시한다.
Figure 112007017859898-PCT00010
Figure 112007017859898-PCT00011
Figure 112007017859898-PCT00012
Figure 112007017859898-PCT00013
Figure 112007017859898-PCT00014
Figure 112007017859898-PCT00015
도 7은, 실시예 2에 있어서의 횡수차를 나타내는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상 높이를 나타내고 있다. 도 7의 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 매우 큰 상 측 개구수(NA＝1.5) 및 비교적 큰 실효 노광 영역 ER(26㎜×5㎜)을 확보하고 있음에도 불구하고, 파장이 193.306㎚인 엑시머 레이저광에 대하여 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
이렇게 해서, 각 실시예에서는, 파장이 193.306㎚인 ArF 엑시머 레이저광에 대하여, 1.5의 높은 상 측 개구수를 확보하는 동시에, 26㎜×5㎜의 직사각형 형상의 실효 노광 영역(정지 노광 영역) ER을 확보할 수 있어, 예컨대 26㎜×33㎜의 직사각형 형상의 노광 영역 내에 회로 패턴을 고해상도로 주사 노광할 수 있다.
또한, 각 실시예에서는, 경계 렌즈 Lb와 웨이퍼 W 사이의 광로 중에 평행 평면판 Lp가 삽탈 자유롭게 배치되어 있다. 따라서, 액체 Lm이 웨이퍼 W에 도포된 포토레지스트 등에 의해 오염되더라도, 경계 렌즈 Lb와 웨이퍼 W 사이에 교환 가능하게 개재되는 평행 평면판(일반적으로는, 대략 무굴절력의 광학 부재) Lp의 작용에 의해, 오염된 액체 Lm에 의한 경계 렌즈 Lb의 상 측 광학면의 오염을 유효하게 방지할 수 있다.
또, 실시예 1에서는 산화칼슘에 의해 평행 평면판 Lp를 형성하고, 실시예 2에서는 산화마그네슘에 의해 평행 평면판 Lp를 형성하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 형석(CaF2)이나 석영 등의 적당한 광학 재료를 이용하여 평행 평면판 Lp를 형성하는 것도 가능하다. 단, 높은 상 측 개구수를 달성하기 위해서는, 당해 상 측 개구수보다도 높은 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 평행 평면판 Lp를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 투영 광학계를 구성하는 광학 부재의 대구경화(大口徑化)를 피하기 위해서는, 인접하는 액체 Lm보다도 높은 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 평행 평면판 Lp를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 실시예 1에서는, 입방정계에 속하는 결정 재료인 산화마그네슘을 이용하여 경계 렌즈 Lb를 형성하고, 동일하게 입방정계에 속하는 결정 재료인 산화칼슘을 이용하여 평행 평면판 Lp를 형성하고 있다. 그리고, 경계 렌즈 Lb를 형성하는 산화마그네슘의 고유 복굴절을, 평행 평면판 Lp를 형성하는 산화칼슘의 고유 복굴절로 상쇄하여, 그 영향을 저감시키고 있다. 한편, 실시예 2에서는, 산화마그네슘을 이용하여 경계 렌즈 Lb 및 평행 평면판 Lp를 형성하고, 산화칼슘을 이용하여 평행 평면판 P1을 형성하고 있다. 그리고, 경계 렌즈 Lb 및 평행 평면판 Lp를 형성하는 산화마그네슘의 고유 복굴절을, 평행 평면판 P1을 형성하는 산화칼슘의 고유 복굴절로 상쇄하여, 그 영향을 저감시키고 있다.
일반적으로, 액침형의 투영 광학계에서는, 경계 렌즈를 입방정계에 속하는 결정(예컨대, 산화마그네슘 또는 산화칼슘)으로 형성하고, 경계 렌즈를 형성하는 결정의 고유 복굴절을, 입방정계에 속하는 결정(예컨대, 산화칼슘 또는 산화마그네슘)으로 형성된 결정 광학 소자(경계 렌즈와는 다른 광 투과 부재)의 고유 복굴절로 상쇄하여, 그 영향을 저감시킬 수 있다. 이 경우, 이른바 클로킹의 방법에 의해, 결정 광학 소자는 제 1 결정축이 투영 광학계의 광축에 대략 일치하도록 설정되고, 경계 렌즈는 제 2 결정축이 투영 광학계의 광축에 대략 일치하도록 설정되며, 제 1 결정축과는 다른 결정 광학 소자의 결정축의 방위와, 제 2 결정축과는 다른 경계 렌즈의 결정축의 방위는, 입방정계에 속하는 결정이 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 설정되는 것이 바람직하다.
여기서, 산화칼슘 및 산화마그네슘은, 형석과 마찬가지로 등축정계(等軸晶系)(입방정계)의 결정 재료이며, 형석의 경우와 마찬가지의 클로킹 방법에 의해 고유 복굴절의 영향을 제거(cancel)할 수 있다. 이하, 형석의 경우의 클로킹 방법에 대하여 간단히 설명한다. 제 1 클로킹 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[111](또는 해당 결정축[111]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 60도만큼 상대적으로 회전시킨다.
제 2 클로킹 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[100](또는 해당 결정축[100]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다. 제 3 클로킹 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[110](또는 해당 결정축[110]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 90도만큼 상대적으로 회전시킨다. 또, 한 쌍의 형석 렌즈의 결정축의 방위 관계를 적절히 설정함으로써 형석의 고유 복굴절의 영향을 저감하는 방법의 상세에 대해서는, 예컨대 국제 공개 WO 2003／007045 호(또는 미국 특허 공개 US 2003／0053036 A 호) 공보 등을 참조할 수 있다.
또한, 경계 렌즈의 광축 방향의 두께와 결정 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 입방정계에 속하는 결정이 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 전술한 바와 같이, 예컨대 산화칼슘과 산화마그네슘에서는, 고유 복굴절의 부호 및 절대량이 서로 다르기 때문에, 산화칼슘과 산화마그네슘을 조합하여 고유 복굴절의 영향을 상쇄 효과에 의해 보정하기 위해서는, 산화칼슘으로 이루어지는 광학 소자의 두께 및 산화마그네슘으로 이루어지는 광학 소자의 두께를, 산화칼슘이 갖는 고유 복굴절의 값의 역수(逆數) 및 산화마그네슘이 갖는 고유 복굴절의 값의 역수에 각각 대략 비례하도록 정하는 것이 바람직하기 때문이다.
그런데, 전술한 각 실시예에서는, 반사 굴절형의 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 굴절형의 투영 광학계에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 단, 각 실시예에 나타내는 바와 같이 적어도 1개의 오목면 반사 미러를 구비한 반사 굴절형의 투영 광학계에서는, 예컨대, 오목면 반사 미러의 작용에 의해, 색(色) 수차를 양호하게 보정하는 동시에, 페츠발(Petzval) 조건을 용이하게 만족시켜 상면 만곡을 양호하게 보정할 수 있으며, 또한 광학계의 소형화가 가능하다.
또, 전술한 각 실시예와 같이 3개의 결상 광학계로 이루어지는 투영 광학계에서는, 다음 조건식 3을 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 3에 있어서, MA는 투영 광학계 전체의 결상 배율이며, M3은 제 3 결상 광학계 G3의 결상 배율이다.
Figure 112007017859898-PCT00016
조건식 3을 만족하면, 제 1 평면 반사 미러 M1 및 제 2 평면 반사 미러 M2의 반사막에 입사하는 광선의 각도 범위가 작게 억제되고, 나아가서는 반사 전후의 위상 변화에 기인하는 결상 성능의 저하를 작게 억제할 수 있다.
구체적으로, 실시예 1에서는, 투영 광학계 전체의 결상 배율 MA가 1／4이고, 제 3 결상 광학계 G3의 결상 배율 M3이 0.204로서, 조건식 3을 만족하고 있다. 한편, 실시예 2에서는, 투영 광학계 전체의 결상 배율 MA가 1／4이고, 제 3 결상 광학계 G3의 결상 배율 M3이 0.212로서, 조건식 3을 만족하고 있다.
다음에, 본 발명의 노광 장치의 실시예 2에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 노광 장치 EX를 나타내는 개략 구성도이다. 도 8에 있어서, 노광 장치 EX는, 마스크 M을 지지하여 이동 가능한 마스크 스테이지 MST와, 기판 P를 유지하는 기판 홀더 PH를 갖고, 기판 홀더 PH에 기판 P를 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지 PST1과, 노광 처리에 관한 계측을 하는 계측기를 유지하고, 기판 스테이지 PST1과는 독립적으로 이동 가능한 계측 스테이지 PST2와, 마스크 스테이지 MST에 지지되어 있는 마스크 M을 노광광 EL에 의해 조명하는 조명 광학계 IL과, 노광광 EL에 의해 조명된 마스크 M의 패턴의 상을 기판 스테이지 PST1에 지지되어 있는 기판 P에 투영 노광하는 투영 광학계 PL과, 노광 장치 EX 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 CONT를 구비하고 있다. 제어 장치 CONT에는, 노광 처리에 관한 정보를 표시하는 표시 장치 DY가 접속되어 있다.
본 실시예의 노광 장치 EX는, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시키는 동시에 초점 심도를 실질적으로 확장하기 위하여 액침법을 적용한 액침 노광 장치로서, 투영 광학계 PL을 구성하는 복수의 광학 소자 LS1∼LS7 중, 투영 광학계 PL의 상면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 LS1의 하면 T1과 기판 P와의 사이를 제 1 액체 LQ1로 채워 제 1 액침 영역 LR1을 형성하는 제 1 액침 기구(1)을 구비하고 있다. 제 1 액침 기구(1)는, 제 1 광학 소자 LS1의 하면 T1과 기판 P와의 사이에 제 1 액체 LQ1을 공급하는 제 1 액체 공급 기구(10)와, 제 1 액체 공급 기구(10)에 의해 공급된 제 1 액체 LQ1을 회수하는 제 1 액체 회수 기구(20)를 구비하고 있다. 제 1 액침 기구(1)의 동작은 제어 장치 CONT에 의해 제어된다.
또한, 투영 광학계 PL의 상면 측 근방, 구체적으로는 투영 광학계 PL의 상면 측 단부의 광학 소자 LS1의 근방에는, 제 1 액침 기구(1)의 일부를 구성하는 노즐 부재(70)가 배치되어 있다. 노즐 부재(70)는, 기판 P(기판 스테이지 PST)의 상방(上方)에 있어서 투영 광학계 PL의 선단부의 둘레를 둘러싸도록 마련된 환상(環狀) 부재이다.
또한, 노광 장치 EX는, 제 1 광학 소자 LS1과, 제 1 광학 소자 LS1에 이어서 투영 광학계 PL의 상면에 가까운 제 2 광학 소자 LS2와의 사이를 제 2 액체 LQ2로 채워 제 2 액침 영역 LR2를 형성하는 제 2 액침 기구(2)를 구비하고 있다. 제 2 광학 소자 LS2는 제 1 광학 소자 LS1의 상방에 배치되어 있고, 제 1 광학 소자 LS1의 상면 T2는, 제 2 광학 소자 LS2의 하면 T3과 대향하도록 배치되어 있다. 제 2 액침 기구(2)는, 제 1 광학 소자 LS1과 제 2 광학 소자 LS2 사이에 제 2 액체 LQ2를 공급하는 제 2 액체 공급 기구(30)와, 제 2 액체 공급 기구(30)에 의해 공급된 제 2 액체 LQ2를 회수하는 제 2 액체 회수 기구(40)를 구비하고 있다. 제 2 액침 기구(2)의 동작은 제어 장치 CONT에 의해 제어된다.
본 실시예에 있어서의 노광 장치 EX는, 제 1 액침 영역 LR1을 기판 P 상의 일부에 국소적으로 형성하는 국소 액침 방식을 채용하고 있다. 또한, 노광 장치 EX는, 제 2 액침 영역 LR2도, 제 1 광학 소자 LS1의 상면 T2의 일부에 국소적으로 형성한다. 노광 장치 EX는, 적어도 마스크 M의 패턴상을 기판 P 상에 전사하고 있는 동안, 제 1 액침 기구(1)를 사용하여, 제 1 광학 소자 LS1과 그 상면 측에 배치된 기판 P와의 사이에 제 1 액체 LQ1을 채워 제 1 액침 영역 LR1을 형성하는 동시에, 제 2 액침 기구(2)를 사용하여, 제 1 광학 소자 LS1과 제 2 광학 소자 LS2 사이에 제 2 액체 LQ2를 채워 제 2 액침 영역 LR2를 형성한다.
또한, 계측 스테이지 PST2에는, 제 1 액침 영역 LR1 및 제 2 액침 영역 LR2의 각각의 상태를 관찰할 수 있는 관찰 장치(60)가 마련되어 있다. 관찰 장치(60)는 계측 스테이지 PST2의 내부에 마련되어 있다.
본 실시예에서는, 노광 장치 EX로서 마스크 M과 기판 P를 주사 방향에 있어서의 서로 다른 방향(역방향)으로 동기 이동하면서 마스크 M에 형성된 패턴을 기판 P에 노광하는 주사형 노광 장치(이른바, 스캐닝 스테퍼)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 수평면 내에 있어서 마스크 M과 기판 P의 동기 이동 방향(주사 방향)을 X축 방향, 수평면 내에 있어서 X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향(비주사 방향), X축 및 Y축 방향에 수직이고 투영 광학계 PL의 광축 AX와 일치하는 방향을 Z축 방향으로 한다. 또한, X축, Y축, 및 Z축 둘레의 회전(경사) 방향을 각각, θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. 또, 여기서 말하는 「기판」은 반도체 웨이퍼 상에 레지스트를 도포한 것을 포함하며, 「마스크」는 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.
조명 광학계 IL은, 노광광 EL을 사출하는 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 노광광 EL의 조도(照度)를 균일화하는 광학 적분기, 광학 적분기로부터의 노광광 EL을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 및 노광광 EL에 의한 마스크 M 상의 조명 영역을 설정하는 시야 조리개 등을 갖고 있다. 마스크 M 상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계 IL에 의해 균일한 조도 분포의 노광광 EL로 조명된다. 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광 EL로서는, 예컨대 수은 램프로부터 사출되는 자외(紫外) 영역의 휘선(輝線)(g선, h선, i선) 및 KrF 엑시머 레이저광(파장 248㎚) 등의 원자외광(DUV광)이나, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚) 및 F2 레이저광(파장 157㎚) 등의 진공 자외광(VUV광) 등이 이용된다. 본 실시예에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광이 이용된다.
본 실시예에 있어서는, 제 1 액체 공급 기구(10)로부터 공급되는 제 1 액체 LQ1, 및 제 2 액체 공급 기구(30)로부터 공급되는 제 2 액체 LQ2로서, 굴절률이 높은 액체, 예컨대, 굴절률이 1.6 이상인 액체가 이용된다. 본 실시예에 있어서는, 제 1 액체 LQ1과 제 2 액체 LQ2는 동일한 액체이다. 이러한 고굴절률 액체로서, 예컨대, 글리세롤(CH2[OH]CH[OH]CH2[OH])나 헵탄(C7H16) 등을 이용하는 것이 가능하다. 또한, H＋, Cs－, K＋, Cl－, SO4 2 －, PO4 2 －를 넣은 물, 알루미늄 산화물의 미립자를 혼합한 물, 이소프로파놀, 헥산, 데칸 등을 이용하는 것도 가능하다.
마스크 스테이지 MST는, 마스크 M을 유지하여 이동 가능하고, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 이차원 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소 회전 가능하다. 마스크 스테이지 MST는 리니어 모터 등을 포함하여 구성되는 마스크 스테이지 구동 장치 MSTD에 의해 구동된다. 마스크 스테이지 구동 장치 MSTD는 제어 장치 CONT에 의해 제어된다. 마스크 스테이지 MST 상에는 이동 미러(52)가 마련되어 있다. 또한, 이동 미러(52)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(53)가 마련되어 있다. 마스크 스테이지 MST 상의 마스크 M의 이차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계(53)에 의해 실시간으로 계측되며, 계측 결과는 제어 장치 CONT에 출력된다. 제어 장치 CONT는 레이저 간섭계(53)의 계측 결과에 근거하여 마스크 스테이지 구동 장치 MSTD를 구동하는 것에 의해 마스크 스테이지 MST에 지지되어 있는 마스크 M의 위치 결정을 한다.
투영 광학계 PL은, 마스크 M의 패턴을 소정의 투영 배율 β로 기판 P에 투영 노광하는 것으로서, 기판 P 측의 선단부에 마련된 제 1 광학 소자 LS1을 포함하는 복수의 광학 소자 LS1∼LS7로 구성되어 있고, 이들 복수의 광학 소자 LS1∼LS7은 경통 PK에 의해 지지되어 있다. 본 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL은, 투영 배율 β가 예컨대 1／4, 1／5, 혹은 1／8의 축소계이다. 또, 투영 광학계 PL은 등배계 및 확대계 중 어느 것이어도 좋다. 조명 광학계 IL로부터 사출된 노광광 EL은, 투영 광학계 PL에 물체면 측으로부터 입사하여, 복수의 광학 소자 LS7∼LS1을 통과한 후, 투영 광학계 PL의 상면 측으로부터 사출되어, 기판 P 상에 도달한다. 구체적으로는, 노광광 EL은, 복수의 광학 소자 LS7∼LS3의 각각을 통과한 후, 제 2 광학 소자 LS2의 상면 T4의 소정 영역을 통과하고, 하면 T3의 소정 영역을 통과한 후, 제 2 액침 영역 LR2에 입사한다. 제 2 액침 영역 LR2를 통과한 노광광 EL은, 제 1 광학 소자 LS1의 상면 T2의 소정 영역을 통과한 후, 하면 T1의 소정 영역을 통과하여, 제 1 액침 영역 LR1에 입사한 후, 기판 P 상에 도달한다.
본 실시예에 있어서는, 제 1 광학 소자 LS1은 노광광 EL을 투과할 수 있는 무굴절력의 평행 평면판으로서, 제 1 광학 소자 LS1의 하면 T1과 상면 T2는 대략 평행하다. 한편, 제 2 광학 소자 LS2는 굴절력(렌즈 작용)을 갖고 있다. 또, 제 1 광학 소자 LS1이 굴절력(렌즈 작용)을 갖고 있어도 좋다.
기판 스테이지 PST1은, 기판 P를 유지하는 기판 홀더 PH를 갖고 있고, 투영 광학계 PL의 상면 측에 있어서, 베이스 BP 상에서 이동 가능하게 마련되어 있다. 기판 스테이지 PST는 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1은 제어 장치 CONT에 의해 제어된다. 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1은, 예컨대 리니어 모터나 보이스 코일 모터 등을 포함하여 구성되어 있으며, 기판 스테이지 PST1을 X축, Y축, 및 Z축 방향, θX, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동 가능하다. 따라서, 기판 스테이지 PST1은, 기판 홀더 PH에 유지되어 있는 기판 P를 X축, Y축, 및 Z축 방향, 0 X, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동 가능하다.
기판 스테이지 PST1의 측면에는 이동 미러(54)가 마련되어 있다. 또한, 이동 미러(54)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(55)가 마련되어 있다. 기판 스테이지 PST1 상의 기판 P의 이차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계(55)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 CONT에 출력된다. 제어 장치 CONT는 레이저 간섭계(55)의 계측 결과에 근거하여, 레이저 간섭계(55)에 의해 규정되는 이차원 좌표계 내에서, 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1을 거쳐 기판 스테이지 PST1을 구동함으로써 기판 스테이지 PST1에 지지되어 있는 기판 P의 X축 방향 및 Y축 방향에서의 위치 결정을 한다.
또한, 노광 장치 EX는, 예컨대 일본 특허 공개 제 1996-37149 호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 기판 P 표면의 면 위치 정보를 검출하는 사입사(斜入射) 방식의 포커스 검출계를 갖고 있다. 포커스 검출계는, 투영 광학계 PL의 상면에 대한 기판 P 표면의 Z축 방향에 있어서의 위치(포커스 위치)를 검출한다. 또한, 기판 P의 표면에 있어서의 복수의 각 점에서의 각 포커스 위치를 구하는 것에 의해, 포커스 검출계는 기판 P의 경사 방향의 자세를 구하는 것도 가능하다. 제어 장치 CONT는, 포커스 검출계의 검출 결과에 근거하여, 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1을 거쳐서 기판 스테이지 PST1을 구동하고, 기판 P의 Z축 방향에 있어서의 위치(포커스 위치) 및, θX, θY 방향에 있어서의 위치를 제어하여, 기판 P의 표면(노광면)을 오토포커스 방식 및 오토레벨링 방식으로 투영 광학계 PL 및 액체 LQ을 거쳐 형성되는 상면에 맞춰 넣는다.
또, 포커스 검출계는 액침 영역 LR1의 외측에서 액체 LQ1을 거치지 않고 기판 P의 표면 위치를 검출하는 것이어도 좋고, 액체 LQ1을 거쳐서 기판 P의 표면 위치를 검출하는 것과의 병용으로 하여도 좋다.
기판 스테이지 PST1 상에는 오목부(50)가 마련되고 있고, 기판 홀더 PH는 오목부(50)에 배치되어 있다. 그리고, 기판 스테이지 PST1 상 중의 오목부(50) 이외의 상면(51)은, 기판 홀더 PH에 유지된 기판 P의 표면과 대략 동일한 높이(면일(面一))로 되는 평탄면으로 되어 있다. 기판 스테이지 PST1의 상면(51)은 제 1 액체 LQ1에 대하여 발액성(撥液性)을 갖고 있다. 기판 P의 주위에 기판 P 표면과 대략 면일의 상면(51)을 마련하였기 때문에, 기판 P의 표면의 주연(周緣) 영역을 액침 노광할 때에 있어서도, 투영 광학계 PL의 상면 측에 제 1 액체 LQ1을 유지하여 제 1 액침 영역 LR1을 양호하게 형성할 수 있다.
계측 스테이지 PST2는, 노광 처리에 관한 계측을 하는 각종 계측기를 탑재하고 있으며, 투영 광학계 PL의 상면 측에 있어서, 베이스 BP 상에서 이동 가능하게 마련되어 있다. 계측 스테이지 PST2는 계측 스테이지 구동 장치 PSTD2에 의해 구동된다. 계측 스테이지 구동 장치 PSTD2는 제어 장치 CONT에 의해 제어된다. 그리고, 제어 장치 CONT는, 스테이지 구동 장치 PSTD1, PSTD2의 각각을 거쳐서, 기판 스테이지 PST1 및 계측 스테이지 PST2의 각각을 베이스 BP 상에서 서로 독립적으로 이동시킬 수 있다. 계측 스테이지 구동 장치 PSTD2는 기판 스테이지 구동 장치 PSTD1과 동등한 구성을 갖고, 계측 스테이지 PST2는, 계측 스테이지 구동 장치 PSTD2에 의해서, 기판 스테이지 PST1과 마찬가지로, X축, Y축, 및 Z축 방향, θX, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동 가능하다. 또한, 계측 스테이지 PST2의 측면에는, 레이저 간섭계(57)용의 이동 미러(56)가 마련되어 있다. 계측 스테이지 PST2의 이차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계(57)에 의해 실시간으로 계측되고, 제어 장치 CONT는 레이저 간섭계(57)의 계측 결과에 근거하여, 계측 스테이지 PST2의 위치를 제어한다.
투영 광학계 PL의 상면 측에 배치되어 있는 계측 스테이지 PST2 상에는 개구부(64K)가 형성되어 있고, 그 개구부(64K)에는 투명 부재(64)가 배치되어 있다. 투명 부재(64)는, 예컨대 유리판에 의해서 구성되어 있다. 투명 부재(64)의 상면(上面)(65)은 평탄면이다. 또한, 계측 스테이지 PST2 상 중의 개구부(64K) 이외의 상면(58)도 평탄면이다. 그리고, 계측 스테이지 PST2의 상면(58)과, 개구부(64K)에 배치된 투명 부재(64)의 상면(65)은 대략 동일한 높이(면일)로 되도록 마련되어 있으며, 계측 스테이지 PST2의 상면(58)은 투명 부재(64)의 상면(65)을 포함한 구성으로 되어 있다. 또, 계측 스테이지 PST2의 상면(58)이나 투명 부재(64)의 상면(65)은 액체 LQ에 대하여 발액성인 것이 바람직하다.
또한, 투명 부재(64)의 상면(65)을 포함하는 계측 스테이지 PST2의 상면(58)은, 기판 P의 표면을 포함하는 기판 스테이지 PST1의 상면(51)에 나란한 위치에 마련되어 있고, 기판 스테이지 PST1의 상면(51)과 계측 스테이지 PST2의 상면(58)은 대략 동일한 높이 위치로 되도록 마련되어 있다.
계측 스테이지 PST2에는, 개구부(64K)에 접속하는 내부 공간(66)이 형성되어 있다. 그리고, 계측 스테이지 PST2의 내부 공간(66)에는 관찰 장치(60)가 배치되어 있다. 관찰 장치(60)는, 투명 부재(64)의 하측에 배치된 광학계(61)와, CCD 등에 의해서 구성되어 있는 촬상 소자(63)를 구비하고 있다. 촬상 소자(63)는, 액체(LQ1, LQ2)나 광학 소자(LS1, LS2) 등의 광학상(화상)을 투명 부재(64) 및 광학계(61)를 거쳐서 취득 가능하다. 촬상 소자(63)는 취득한 화상을 전기 신호로 변환하여, 그 신호(화상 정보)를 제어 장치 CONT에 출력한다. 또한, 관찰 장치(60)는, 광학계(61)의 초점 위치를 조정할 수 있는 조정 기구(62)를 갖고 있다. 또한, 관찰 장치(60)는, 제 1 액침 영역 LR1 및 제 2 액침 영역 LR2의 전체를 관찰할 수 있는 시야를 갖고 있다.
또, 관찰 장치(60)의 전부가 계측 스테이지 PST2의 내부에 배치되어 있어도 좋지만, 예컨대 광학계(61)를 구성하는 복수의 광학 소자 중 일부의 광학 소자나 촬상 소자(63) 등이 계측 스테이지 PST2의 외측에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 조정 기구(62)가 생략된 구성이어도 좋다.
또, 액침법에 있어서 개구수를 높이기 위해서는, 굴절률이 높은 액체, 예컨대 굴절률이 1.6 이상인 액체를 이용하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계 PL의 크기(직경)를 억제하기 위하여, 투영 광학계의 일부의 렌즈(특히 상면에 가까운 렌즈)를 고굴절률의 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 투영 광학계 PL 중의 광학 소자 중 제 2 액체 LQ2에 접하는 제 2 광학 소자 LS2를, CaO(산화칼슘) 및 MgO(산화마그네슘) 중 적어도 한쪽의 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 실현 가능한 사이즈를 바탕으로, 높은 개구수를 실현할 수 있다. 예컨대, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용한 경우에도, 1.5 정도, 혹은 그 이상의 높은 개구수를 실현하는 것이 가능하게 된다.
전술한 실시예 2에서는, 가장 상면 측(기판 P측)에 배치되는 제 1 광학 소자 LS1이 굴절력을 갖지 않는 평행 평면판의 형태이지만, 이 제 1 광학 소자 LS1이 굴절력을 갖는 경우에는, 이 가장 상면 측에 배치되는 제 1 광학 소자 LS1을 CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계가, 가장 상면 측에 배치되어 CaO(산화칼슘) 및 MgO(산화마그네슘) 중 적어도 한쪽의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계가, 가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 제 1 광학 소자의 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자 중의 적어도 한쪽이, CaO(산화칼슘) 및 MgO(산화마그네슘) 중 적어도 한쪽의 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 제 1 광학 소자 LS1 및 제 2 광학 소자 LS2의 한쪽을 CaO(산화칼슘)으로 형성하고, 다른쪽(타면)을 MgO(산화마그네슘)로 형성할 수 있다.
또, 제 1 광학 소자 LS1이 굴절력을 갖는 경우, 제 1 광학 소자 LS1과 제 2 광학 소자 LS2 사이의 광로 공간은 제 2 액체 LQ2로 채우지 않아도 좋다.
또한, CaO(산화칼슘) 및 MgO(산화마그네슘)은 노광광 EL의 파장(예컨대 193㎚)에 있어서 고유 복굴절을 갖지만, 고유 복굴절의 부호는 CaO(산화칼슘)과 MgO(산화마그네슘)에 있어서 서로 반대 방향이다. 따라서, 투영 광학계의 상면 측(기판 P 측)에 가까운 광학 소자 중의 하나를 CaO 또는 MgO로 형성한 경우, 당해 광학 소자의 근방의 광학 소자를 MgO 또는 CaO로 형성하여, 이들 광학 소자의 광축 방향의 두께를 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정하는 것이 바람직하다. 여기서, 이들 광학 소자의 결정 방향이 가지런한 것이 바람직하다. 또한, CaO로 형성된 광학 소자와 MgO로 형성된 광학 소자가 서로 이웃하고 있지 않아도 좋다.
예컨대, 제 2 광학 소자 LS2를 MgO(또는 CaO)로 형성하고, 또한 제 3 광학 소자 LS3을 CaO(또는 M9 O)로 형성한 경우를 생각해 보면, 이들 제 2 광학 소자 LS2의 광축 방향의 두께와 제 3 광학 소자 LS3의 광축 방향의 두께를, CaO 및 MgO가 갖는 고유 복굴절의 값의 역수에 대략 비례하도록 정하는 것이 바람직하다. 전술한 경우, 가장 상면 측(기판 P 측)의 제 1 광학 소자 LS1을 석영 유리로 형성할 수 있다.
또한, 제 1 광학 소자 LS1이 굴절력을 갖고 있는 경우에는, 제 1 광학 소자 LS1을 MgO(또는 CaO)로 형성하고, 또한 제 2 광학 소자 LS2를 CaO(또는 MgO)로 형성하며, 제 1 광학 소자 LS1의 광축 방향의 두께와 제 2 광학 소자 LS2의 광축 방향의 두께를, CaO 및 MgO가 갖는 고유 복굴절의 값의 역수에 대략 비례하도록 정하는 것으로 하여도 좋다.
그런데, CaO(산화칼슘)로 광학 소자를 형성하는 경우에는, 당해 광학 소자의 광학면 상에 MgO(산화마그네슘)를 포함하는 반사 방지 코팅을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, MgO(산화마그네슘)로 광학 소자를 형성하는 경우에는, 당해 광학 소자의 광학면 상에 CaO(산화칼슘)를 포함하는 반사 방지 코팅을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 실시예 1 및 실시예 2에 있어서, CaO(산화칼슘)에 별도의 재료를 첨가한 결정 재료나, MgO(산화마그네슘)에 별도의 재료를 첨가한 결정 재료를 이용하여도 좋다. 또한, 불화바륨, 산화스트론튬, 산화바륨, 혹은 이들을 주성분으로 하는 결정 재료를 이용하여도 좋다. 전술한 실시예 1 및 실시예 2에서는, 산화물 결정 재료로서, CaO(산화칼슘)나, MgO(산화마그네슘)를 이용하고 있지만, 수정(SiO2 결정)이나 사파이어(α 알루미나 결정)를 이용하여도 좋다.
또, 전술한 바와 같이 액침법을 이용한 경우에는, 투영 광학계의 개구수 NA가 0.9∼1.3으로 되는 경우도 있다. 이와 같이 투영 광학계의 개구수 NA가 커지는 경우에는, 종래부터 노광광으로서 이용되고 있는 랜덤 편광광에서는 편광 효과에 의해 결상 성능이 악화되는 경우도 있으므로, 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 마스크(레티클)의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴의 라인 패턴의 긴 쪽 방향에 맞춘 직선 편광 조명을 실시하여, 마스크(레티클)의 패턴으로부터는, S 편광 성분(TE 편광 성분), 즉 라인 패턴의 긴 쪽 방향에 따른 편광 방향 성분의 회절광이 많이 사출되도록 하면 된다. 투영 광학계 PL과 기판 P 표면에 도포된 레지스트와의 사이가 액체로 채워져 있는 경우, 투영 광학계 PL과 기판 P 표면에 도포된 레지스트와의 사이가 공기(기체)로 채워져 있는 경우에 비해서, 콘트라스트의 향상에 기여하는 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광의 레지스트 표면에서의 투과율이 높아지기 때문에, 투영 광학계의 개구수 NA가 1.0을 초과하는 것과 같은 경우에도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 위상 시프트 마스크나 일본 특허 공개 제 1994-188169 호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 라인 패턴의 긴 쪽 방향에 맞춘 사입사 조명법(특히 다이볼 조명법) 등을 적절히 조합하면 더욱 효과적이다. 특히, 직선 편광 조명법과 다이볼 조명법과의 조합은, 라인 앤드 스페이스 패턴의 주기 방향이 소정의 한 방향으로 한정되어 있는 경우나, 소정의 한 방향을 따라 홀 패턴이 밀집되어 있는 경우에 유효하다. 예컨대, 투과율 6％의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(하프 피치 45㎚ 정도의 패턴)를, 직선 편광 조명법과 다이볼 조명법을 병용하여 조명하는 경우, 조명계의 동공면에 있어서 다이볼을 형성하는 2 광속의 외접원에 의해 규정되는 조명 σ를 0.95, 그 동공면에 있어서의 각 광속의 반경을 0.125σ, 투영 광학계 PL의 개구수를 NA＝1.2로 하면, 랜덤 편광광을 이용하는 것보다도, 초점 심도(DOF)를 150㎚ 정도 증가시킬 수 있다.
또한, 직선 편광 조명과 소(小)σ 조명법(조명계의 개구수 NAi와 투영 광학계의 개구수 NAp와의 비를 나타내는 σ값이 0.4 이하로 되는 조명법)과의 조합도 유효하다.
또한, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1／4 정도의 축소 배율의 투영 광학계 PL을 사용하여, 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴(예컨대 25∼50㎚ 정도의 라인 앤드 스페이스)을 기판 P 상에 노광하는 것과 같은 경우, 마스크 M의 구조(예컨대 패턴의 미세도나 크롬의 두께)에 따라서는, 웨이브 가이드(Wave guide) 효과에 의해 마스크 M이 편광판으로서 작용하여, 계조를 저하시키는 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 많이 마스크 M으로부터 사출되게 된다. 이 경우, 전술한 직선 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하지만, 랜덤 편광광으로 마스크 M을 조명하더라도, 투영 광학계 PL의 개구수 NA가 0.9∼1.3과 같이 큰 경우에도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크 M 상의 극미세한 라인 앤드 스페이스 패턴을 기판 P 상에 노광하는 것과 같은 경우, 와이어 그리드(Wire Grid) 효과에 의해 P 편광 성분(TM 편광 성분)이 S 편광 성분(TE 편광 성분)보다도 커질 가능성도 있지만, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1／4 정도의 축소 배율의 투영 광학계 PL을 사용하여, 25㎚보다 큰 라인 앤드 스페이스 패턴을 기판 P 상에 노광하는 것과 같은 경우에는, S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다도 많이 마스크 M으로부터 사출되기 때문에, 투영 광학계 PL의 개구수 NA가 0.9∼1.3과 같이 큰 경우에도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크(레티클)의 라인 패턴의 긴 쪽 방향에 맞춘 직선 편광 조명(S 편광 조명)뿐만 아니라, 일본 특허 공개 제 1994-53120 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 광축을 중심으로 한 원의 접선(둘레) 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 사입사 조명법과의 조합도 효과적이다. 특히, 마스크(레티클)의 패턴이 소정의 한 방향으로 연장되는 라인 패턴뿐만 아니라, 복수의 서로 다른 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재(주기 방향이 서로 다른 라인 앤드 스페이스 패턴이 혼재)하는 경우에는, 동일하게 일본 특허 공개 제 1994-53120 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 윤대(輪帶) 조명법을 병용함으로써, 투영 광학계의 개구수 NA가 큰 경우에도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다. 예컨대, 투과율 6％의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(하프 피치 63㎚ 정도의 패턴)를, 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 윤대 조명법(윤대비 3／4)을 병용하여 조명하는 경우, 조명 σ를 0.95, 투영 광학계 PL의 개구수를 NA＝1.00으로 하면, 랜덤 편광광을 이용하는 것보다도, 초점 심도(DOF)를 250㎚ 정도 증가시킬 수 있고, 하프 피치 55㎚ 정도의 패턴으로 투영 광학계의 개구수 NA＝1.2에서는, 초점 심도를 100㎚ 정도 증가시킬 수 있다.
또한, 전술한 각종 조명법에 부가하여, 예컨대 일본 특허 공개 제 1992-277612 호 공보나 일본 특허 공개 제 2001-345245 호 공보에 개시되어 있는 누진 초점 노광법이나, 다파장(예컨대, 2 파장)의 노광광을 이용하여 누진 초점 노광법과 마찬가지의 효과를 얻는 다파장 노광법을 적용하는 것도 유효하다.
본 실시예에서는, 투영 광학계 PL의 선단에 광학 소자가 장착되어 있고, 이 렌즈에 의해 투영 광학계 PL의 광학 특성, 예컨대 수차(구면 수차, 코마 수차 등)의 조정을 수행할 수 있다. 또, 투영 광학계 PL의 선단에 장착하는 광학 소자로서는, 투영 광학계 PL의 광학 특성의 조정에 이용하는 광학 플레이트이더라도 좋다. 혹은 노광광 EL을 투과 가능한 평행 평면판이어도 좋다.
또, 액체 LQ의 흐름에 의해 발생하는 투영 광학계 PL의 선단의 광학 소자와 기판 P 사이의 압력이 큰 경우에는, 그 광학 소자를 교환할 수 있게 하는 것이 아니라, 그 압력에 의해 광학 소자가 움직이지 않도록 견고하게 고정하여도 좋다.
또, 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL과 기판 P 표면 사이는 액체 LQ로 채워져 있는 구성이지만, 예컨대 기판 P의 표면에 평행 평면판으로 이루어지는 커버 유리를 장착한 상태에서 액체 LQ를 채우는 구성이어도 좋다.
또, 상기 실시예 2의 기판 P로서는, 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 디스플레이 장치용의 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용의 세라믹 웨이퍼, 혹은 노광 장치에서 이용되는 마스크 또는 레티클의 원판(합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.
노광 장치 EX로서는, 마스크 M과 기판 P를 동기 이동하여 마스크 M의 패턴을 주사 노광하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광 장치(스캐닝 스테퍼) 외에, 마스크 M과 기판 P를 정지한 상태에서 마스크 M의 패턴을 일괄 노광하고, 기판 P를 순차적으로 스텝 이동시키는 스텝 앤드 리피트(step and repeat) 방식의 투영 노광 장치(스테퍼)에도 적용할 수 있다.
또한, 노광 장치 EX로서는, 제 1 패턴과 기판 P를 대략 정지한 상태에서 제 1 패턴의 축소상을 투영 광학계(예컨대 1／8 축소 배율로 반사 소자를 포함하지 않은 굴절형 투영 광학계)를 이용하여 기판 P 상에 일괄 노광하는 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 또한 그 후에, 제 2 패턴과 기판 P를 대략 정지한 상태에서 제 2 패턴의 축소상을 그 투영 광학계를 이용하여, 제 1 패턴과 부분적으로 중첩하여 기판 P 상에 일괄 노광하는 스티치 방식의 일괄 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 스티치 방식의 노광 장치로서는, 기판 P 상에서 적어도 2개의 패턴을 부분적으로 겹쳐서 전사하여, 기판 P를 순차적으로 이동시키는 스텝 앤드 스티치(step and stitch) 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 일본 특허 공개 제 1998-163099 호 공보, 일본 특허 공개 제 1998-214783 호 공보, 특허 공표 제 2000-505958 호 공보 등에 개시되어 있는 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형의 노광 장치의 경우에는, 기판을 유지하는 2개의 기판 스테이지의 각각에 관찰 장치(60)의 적어도 일부를 마련하여도 좋고, 한쪽의 기판 스테이지에만 관찰 장치(60)의 적어도 일부를 마련하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 실시예에 있어서는, 계측 스테이지와 기판 스테이지를 구비한 노광 장치에 본 발명을 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 계측 스테이지를 구비하지 않고, 1개의 기판 스테이지만을 구비한 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서는, 투영 광학계 PL과 기판 P 사이에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 본 발명은, 일본 특허 공개 제 1994-124873 호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽) 안에서 이동시키는 액침 노광 장치에도 적용 가능하다.
노광 장치 EX의 종류로서는, 기판 P에 반도체 소자 패턴을 노광하는 반도체 소자 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 또는 디스플레이 제조용의 노광 장치나, 박막 자기 헤드, 촬상 소자(CCD) 혹은 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 2의 노광 장치 EX는, 본원 특허 청구 범위에 예시된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위하여, 이 조립 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정은, 각종 서브시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정 전(前)에, 각 서브 시스템 각각의 조립 공정이 있음은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치에의 조립 공정이 종료하면, 종합 조정이 행해져서, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린 룸에서 실행하는 것이 바람직하다.
전술한 실시예의 노광 장치에서는, 조명 장치에 의해서 레티클(마스크)를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대해 도 9의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 9의 단계 301에 있어서, 1 롯트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐서, 그 1 롯트의 웨이퍼 상의 각 샷 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실시함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 샷 영역에 형성된다.
그 후, 더 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실시함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 전술한 반도체 디바이스 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 스루풋 좋게 얻을 수 있다. 또, 단계 301∼단계 305에서는, 웨이퍼 상에 금속을 증착하고, 그 금속막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 행하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼 상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 행하여도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시예의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판) 상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 10의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 10에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 이른바 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판 상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 돗트의 조(組)가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조가 복수 수평 주사선 방향으로 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402) 후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다.
셀 조립 공정(403)에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 그 후, 모듈 조립 공정(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 전술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또, 전술한 실시예에서는, ArF 엑시머 레이저 광원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, F2 레이저 광원과 같은 다른 적당한 광원을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 전술한 실시예에서는, 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 일반적인 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

Claims (74)

  1. 제 1 면의 축소상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로 중의 기체의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체로 채워지는 것이 가능하고,
    상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면 측이 상기 기체와 접하고, 상기 제 2 면 측이 상기 액체와 접하는 것이 가능한 경계 렌즈를 구비하며,
    상기 경계 렌즈는, 정(正)의 굴절력을 갖고, 1.8보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상(像) 높이를 Yi라고 할 때,
    0.11＜Yi／Fb＜0.15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상 높이를 Yi라고 할 때,
    0.115＜Yi／Fb＜0.15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상 높이를 Yi라고 할 때,
    0.115＜Yi／Fb＜0.14
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, 산화마그네슘에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 갖는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    광선의 진행 경로를 따라 상기 제 1 면에서부터 순서대로 제 1 번째의 광 투과 부재부터 제 3 번째의 광 투과 부재는, 상기 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, 산화칼슘에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 갖는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광선의 진행 경로를 따라 상기 제 2 면에서부터 순서대로 제 1 번째의 광 투과 부재부터 제 3 번째의 광 투과 부재는, 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재와, 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재를 포함하고,
    상기 산화마그네슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재의 중심 두께의 합을 TM이라고 하고, 상기 산화칼슘에 의해 형성된 적어도 1개의 광 투과 부재의 중심 두께의 합을 TC라고 할 때,
    0.05＜TC／TM＜0.43
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 산화마그네슘에 의해 형성된 1개의 광 투과 부재와 상기 산화칼슘에 의 해 형성된 1개의 광 투과 부재는 접합 렌즈를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, MgxCa1 －xO(0.8＜x＜0.9)로 표시되는 결정 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고, 대략 무굴절력을 갖는 광학 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 대략 무굴절력의 광학 부재는, 인접하는 액체보다도 높은 굴절률을 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 대략 무굴절력의 광학 부재는, 산화칼슘, 산화마그네슘, 형석, 또는 석영에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입방정계에 속하는 결정으로 형성된 결정 광학 소자를 더 구비하고, 상기 경계 렌즈는 입방정계에 속하는 결정으로 형성되며,
    상기 결정 광학 소자는, 제 1 결정축이 상기 투영 광학계의 광축에 대략 일치하도록 설정되고,
    상기 경계 렌즈는, 제 2 결정축이 상기 투영 광학계의 광축에 대략 일치하도록 설정되며,
    상기 제 1 결정축과는 다른 상기 결정 광학 소자의 결정축의 방위와, 상기 제 2 결정축과는 다른 상기 경계 렌즈의 결정축의 방위는, 상기 입방정계에 속하는 결정이 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감하도록 설정되어 있는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는 산화마그네슘 또는 산화칼슘에 의해 형성되고,
    상기 결정 광학 소자는 산화칼슘 또는 산화마그네슘에 의해 형성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 광축 방향의 두께와 상기 결정 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 입방정계에 속하는 결정이 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 적어도 1개의 오목면 반사 미러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는,
    상기 제 1 면으로부터의 광에 근거하여 제 1 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
    상기 적어도 1개의 오목면 반사 미러를 포함하고, 상기 제 1 중간상으로부터의 광에 근거하여 제 2 중간상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와,
    상기 제 2 중간상으로부터의 광에 근거하여 상기 축소상을 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 굴절형의 제 3 결상 광학계와,
    상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와,
    상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 광학계 전체의 결상 배율을 MA라고 하고, 상기 제 3 결상 광학계의 결상 배율을 M3이라고 할 때,
    0.5＜｜M3／MA｜＜1
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  22. 기판 상에 물체의 상(像)을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치되고, CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치되고, CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성된 제 2 광학 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  25. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어도 한쪽은, CaO 및 MgO 중 적어도 한쪽의 재료로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자의 적어도 한쪽은 CaO로 형성되고, 해당 CaO로 형성되는 광학 소자에는, MgO를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어 도 한쪽은 MgO로 형성되고, 해당 MgO로 형성되는 광학 소자에는, CaO를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  28. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  29. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1 광학 소자는 CaO 또는 MgO로 형성되고,
    상기 제 2 광학 소자는 MgO 또는 CaO로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 CaO 및 상기 MgO가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 CaO 및 상기 MgO가 갖는 고유 복굴절의 값의 역수(逆數)에 대략 비례하도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  33. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자와, 해당 제 2 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 3 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1∼제 3 광학 소자는, CaO로 형성되는 광학 소자와, MgO로 형성되는 광학 소자와, 석영 유리로 형성되는 광학 소자이며,
    상기 CaO로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 MgO로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 CaO 및 상기 MgO가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  35. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    CaO로 형성되는 광학 소자를 구비하고,
    해당 CaO로 형성되는 광학 소자에는, MgO를 포함하는 코팅이 마련되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  37. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    MgO로 형성되는 광학 소자를 구비하고,
    해당 MgO로 형성되는 광학 소자에는, CaO를 포함하는 코팅이 마련되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 MgO로 형성되는 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  39. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치되고, CaO, CaO를 포함하는 결정 재료, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 결정 재료군 중 적어도 1개의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치되고, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 결정 재료군 중 적어도 1개의 재료로 형성된 제 2 광학 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  42. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어도 한쪽은, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군, 및 MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군 중 적어도 한쪽의 결정 재료군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어도 한쪽은 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되고, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료로 형성되는 광학 소자에는, 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  44. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중 적어도 한쪽은 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료로 형성되고, 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되는 광학 소자에는, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  45. 제 42 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  46. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1 광학 소자는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료, 또는 MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되며,
    상기 제 2 광학 소자는 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료 또는 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료가 갖는 고유 복굴절의 값의 역수에 대략 비례하도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  49. 제 46 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  50. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    가장 상면 측에 배치된 제 1 광학 소자와, 해당 제 1 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자와, 해당 제 2 광학 소자의 상기 물체 측에 인접하여 배치된 제 3 광학 소자를 구비하고,
    상기 제 1∼제 3 광학 소자는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 광학 소자와, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택되는 제 2 재료로 형성되는 광학 소자와, 석영 유리로 형성되는 광학 소자이며,
    상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께와 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료로 형성되는 광학 소자의 광축 방향의 두께는, 상기 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 상기 제 2 재료가 갖는 고유 복굴절의 영향을 저감시키도록 정해져 있는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  52. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료로 형성되는 광학 소자를 구비하고,
    해당 제 1 재료로 형성되는 광학 소자에는, MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 투영 광학계 중의 가장 상면 측의 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  54. 기판 상에 물체의 상을 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    MgO 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 2 결정 재료군으로부터 선택된 제 2 재료로 형성되는 광학 소자를 구비하고,
    해당 제 2 재료로 형성되는 광학 소자에는, CaO 및 CaO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 제 1 결정 재료군으로부터 선택된 제 1 재료를 포함하는 코팅이 마련되는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 투영 광학계 중의 가장 상면 측의 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체에 접하는 것이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  56. 제 1 면과 제 2 면을 광학적으로 공역으로 하는 결상 광학계에 있어서,
    상기 결상 광학계의 광로 중의 기체의 굴절률을 1로 할 때, 상기 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.5보다도 큰 굴절률을 갖는 액체로 채워지는 것이 가능하고,
    상기 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측이 상기 기체와 접하고, 상기 제 2 면 측이 상기 액체와 접하는 것이 가능한 경계 렌즈를 구비하며,
    상기 경계 렌즈는 정의 굴절력을 갖고, 1.7보다도 큰 굴절률을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 결상 광학계.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, 입방정계의 산화물 결정 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 산화물 결정 재료는, CaO, CaO를 포함하는 결정 재료, MgO, 및 MgO를 포함하는 결정 재료로 이루어지는 결정 재료군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  59. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, 결정 방위＜100＞이 광축과 대략 평행하게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  60. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈는, 결정 방위＜111＞이 광축과 대략 평행하게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  61. 제 56 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 면 측의 개구수 NA는 1.3을 초과하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  62. 제 56 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 축소상을 상기 제 2 면 상에 형성하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  63. 제 56 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상 높이 또는 최대 물체 높이를 Yi라고 할 때,
    0.11＜Yi／Fb＜0.15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  64. 제 56 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상 높이 또는 최대 물체 높이를 Yi라고 할 때,
    0.115＜Yi／Fb＜0.15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  65. 제 56 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계 렌즈의 초점 거리를 Fb라고 하고, 상기 제 2 면에 있어서의 최대 상 높이 또는 최대 물체 높이를 Yi라고 할 때,
    0.115＜Yi／Fb＜0.14
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  66. 제 56 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 배치되는 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
    적어도 1개의 오목면 반사 미러를 포함하고, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이에 배치되는 제 2 결상 광학계와,
    상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이에 배치되는 굴절형의 제 3 결상 광학계를 구비하고,
    상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중, 및 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에는, 각각 중간상이 형성되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 결상 광학계 전체의 결상 배율을 MA라고 하고, 상기 제 3 결상 광학계의 결상 배율을 M3이라고 할 때,
    0.5＜｜M3／MA｜＜1
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  68. 제 66 항 또는 제 67 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와,
    상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 각각의 중간상은, 상기 제 1 편향 미러의 상기 오목면 반사 미러 측의 광로와, 상기 제 2 편향 미러의 상기 오목면 반사 미러 측의 광로에 형성되는 것을 특징으로 하는
    결상 광학계.
  70. 제 1 항 내지 제 21 항, 제 24 항, 제 26 항 내지 제 28 항, 제 32 항, 제 34 항, 제 36 항, 제 38 항, 제 41 항, 제 45 항, 제 49 항, 제 51 항, 제 53 항 및 제 55 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는, 사용 파장에 있어서 1.6 이상의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는
    광학계.
  71. 제 1 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 기판 상에 물체의 상을 투영하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  72. 청구항 1 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 상기 기판을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  73. 청구항 1 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 이용하여, 상기 투영 광학계의 상면 측에 형성된 액침 영역의 액체를 거쳐서 상기 기판을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  74. 청구항 72에 기재된 노광 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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