WO2005078773A1

WO2005078773A1 - 結像光学系、露光装置、および露光方法

Info

Publication number: WO2005078773A1
Application number: PCT/JP2005/001317
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Omura; Ryuichi Inoue; Masahiko Shinkai
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2005-08-25
Also published as: TW200528936A; TWI395069B; JPWO2005078773A1; JP4482891B2

Abstract

　像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘って維持することのできる結像光学系。結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を１とするとき、結像光学系と第２面（Ｗ）との間の光路は１．１よりも大きい屈折率を有する液体（Ｌｍ）で満たされている。結像光学系中の最も第２面側には、第１光学材料により形成されて液体と接する第１光学部材（Ｌｂ１）と第２光学材料により形成された第２光学部材（Ｌｂ２）との接合からなる接合光学部材（Ｌｂ）が配置されている。第１光学部材の厚さをＴＡとし、第２面における最大像高をＩＨとするとき、０．１＜ＴＡ／ＩＨ＜１．１の条件を満足する。

Description

明細書

結像光学系、露光装置、および露光方法

技術分野

[0001] 本発明は、結像光学系、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をフォトリソグラフイエ程で製造する際に使用される露光装置に適した高解像の投影光学系に関するものである。

背景技術

[0002] 半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフイエ程において、マスクほたはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、露光装置の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。

[0003] 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 ΝΑ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 ΖΝΑ &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 (ウェハなど）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-sin Θで表される。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 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、結像光学系としての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技術が知られている。

[0005] 一般に、温度変化による液体の屈折率変動は、空気のような気体の屈折率変動よりも大きい。このため、温度変化による液体の屈折率変動の影響を実質的に受けることなぐ露光時における投影光学系の収差変動を小さく抑えるには、液体層の厚さを大きく設定すること、ひいては投影光学系の像側の作動距離 (最も像側の光学面と像面との距離)を大きく設定することができなレ、。

[0006] 一方、照射される光エネルギーは、投影光学系中において最も像側に配置されて液体に接する境界レンズで比較的大きくなる。その結果、光エネルギーの比較的大きレ、位置に配置された境界レンズを石英により形成すると、体積収縮による局所的屈折率変化すなわちコンパクションが起こり易ぐコンパクションの影響により投影光学系の結像性能が低下する可能性がある。

[0007] そこで、コンパクションによる投影光学系の結像性能の低下を回避するために、極紫外域の光に対しても十分に大きな透過率を有するフッ化物材料、とりわけ均質性に優れた材料が開発されている蛍石を用いて境界レンズを形成することが考えられる。し力ながら、フッ化物は水に溶ける性質があることがわかっており、たとえば蛍石を用いて境界レンズを形成し且つ浸液として純水を用いると、境界レンズの光学面が純水 (浸液)の影響を受けて損傷し易ぐひいては投影光学系の結像性能を長期間に亘つて良好に維持することができない。

[0008] 本発明は、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘つて維持することのできる結像光学系を提供することを目的とする。

[0009] また、本発明は、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を長期間に亘つて維持することのできる結像光学系を用いて、高解像な投影露光を長期間に亘つて安定的に行う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。

課題を解決するための手段

[0010] 前記目的を達成するために、本発明の第 1形態では、第 1面と第 2面とを光学的に共役にする結像光学系において、

前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を 1とするとき、前記結像光学系と前記第 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、前記結像光学系中の最も第 2面側には、第 1光学材料により形成されて前記液体と接する第 1光学部材と第 2光学材料により形成された第 2光学部材との接合力なる接合光学部材が配置され、

前記第 1光学部材の厚さを TAとし、前記第 2面における最大像高を IHとするとき、

0. 1 <TA/IH< 1. 1

の条件を満足することを特徴とする結像光学系を提供する。

[0011] 本発明の第 2形態では、第 1面と第 2面とを光学的に共役にする結像光学系において、

前記結像光学系の光路中の雰囲気の屈折率を 1とするとき、前記結像光学系と前記第 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、

前記結像光学系中の最も第 2面側には、第 1光学材料により形成されて前記液体と接する第 1光学部材と、第 2光学材料により形成された第 2光学部材との接合力なる接合光学部材が配置されていることを特徴とする結像光学系を提供する。

[0012] 本発明の第 3形態では、前記第 1面に設定された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形成するための第 1形態または第 2形態の結像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。

[0013] 本発明の第 4形態では、前記第 1面に設定されたマスクを照明する照明工程と、第

1形態または第 2形態の結像光学系を介して前記マスクに形成された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露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

[0014] 本発明の第 5形態では、所定のパターンを供給する工程と、第 1形態または第 2形態の結像光学系を介し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露光する露光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発明の効果

[0015] 本発明では、第 1面と第 2面とを光学的に共役にする結像光学系において、この結像光学系と第 2面との間の光路中に 1. 1よりも大きい屈折率を有する液体 (浸液)を介在させることにより、結像光学系の第 2面側開口数の増大を図っている。また、最も第 2面側に配置されて液体と接する境界レンズを、たとえば合成石英により形成されて液体と接する第 1光学部材と、たとえば蛍石により形成された第 2光学部材との接合からなる接合光学部材として構成している。この構成により、境界レンズにおけるコンパクシヨンの影響により結像性能が低下するのを抑えるとともに、境界レンズの光学面が浸液 (液体）の影響により損傷して結像性能が低下するのを抑えている。

[0016] こうして、本発明では、第 2面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な第 2面側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘つて維持することのできる結像光学系を実現すること力 Sできる。その結果、本発明の結像光学系を用いる露光装置および露光方法では、高解像な投影露光を長期間に亘つて安定的に行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]典型的な設計にした力 Sう投影光学系において合成石英により形成されて浸液と接する第 1光学部材のコンパクションが投影光学系の結像性能に与える影響を概略的に示す図である。

[図 2]本発明の実施形態に力、かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 3]本実施形態における境界レンズからウェハまでの構成を概略的に示す図である

[図 4]第 1光学部材および第 2光学部材の側面にオーバーコーティングを形成した様子を示す図である。

[図 5]境界レンズが第 2光学部材を介して鏡筒に保持されている様子を示す図である

[図 6]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。

[図 7]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発明を実施するための最良の形態

[0018] 本発明では、結像光学系と、典型的には感光性基板が配置される第 2面との間の光路中に 1. 1よりも大きい屈折率を有する液体を介在させることにより、結像光学系の第 2面側開口数の増大を図っている。ちなみに、 M.Switkes氏および M.Rothschild 氏力 S「SPIE2002 Microlithography」において「Massachusetts Institute of TechnologyJ ίこ発表した「Resolution Enhancement or 157-nm Lithography by Liquid ImmersionJ には、波長 λ力 ¾00nm以下の光に対して所要の透過率を有する液体として、フロリナート（Perfluoropolyethers：米国スリーェム社の商品名）や脱イオン水（Deionized Water)などが候補として挙げられてレ、る。

[0019] また、本発明の結像光学系（投影光学系）において、最も像側 (第 2面側）に配置されて液体 (浸液）と接する境界レンズを、たとえば合成石英 (第 1光学材料）により形成されて液体と接する第 1光学部材と、たとえば蛍石（第 2光学材料）により形成された第 2光学部材との接合力なる接合光学部材として構成している。ここで、第 1光学部材と第 2光学部材とは、たとえばオプティカルコンタクト（光学溶着）により接合される。なお、オプティカルコンタクトとは、 2つの光学部材の表面を同一形状に高精度に加工し、これらの表面を近接させて接着剤を使用することなく分子間の引力により 2 つの光学部材を接着させる技術である。

[0020] また、本発明では、上述の構成に加えて、たとえば合成石英により形成されて液体と接する第 1光学部材が次の条件式（1)を満足する。条件式（1)において、 TAは第 1光学部材の厚さ（光軸に沿った第 1光学部材の寸法)であり、 IHは像面（第 2面）における最大像高である。

0. 1 <ΤΑ/ΙΗ< 1 · 1 (1)

[0021] 図 1は、典型的な設計にした力 Sう投影光学系において合成石英により形成されて浸液と接する第 1光学部材のコンパクションが投影光学系の結像性能に与える影響を概略的に示す図である。図 1において、横軸は条件式（1)に対応して ΤΑΖΙΗであり、縦軸は 5年後に予想される収差悪化量としての波面収差変化量 (m RMS)である。なお、縦軸の単位 m RMSにおいて、 λは光の波長を、 RMS (root mean square)は自乗平均平方根（あるいは平方自乗平均）をそれぞれ示してレ、る。

[0022] また、図 1を得るのに用いた典型的な設計例において、使用光は ArFエキシマレーザ光（λ = 193nm)であり、浸液は純水であり、像側開口数は 1. 0であり、最大像高は 13. 5mmである。図 1を参照すると、条件式（1)の上限値を上回った場合、 5年後に予想される収差悪化量が大きくなりすぎて、長期に亘つて要求される光学性能を満足すること、すなわち良好な結像性能を長期間に亘つて維持することができないこと力わ力、る。

[0023] 一方、条件式（1)の下限値を下回ると、たとえば合成石英により形成されて浸液と接する第 1光学部材の厚さ TAが小さくなりすぎて、オプティカルコンタクトに必要十分な面精度の加工を施すことができなくなってしまう。なお、条件式（1)の上限値を 0 . 7に設定すると、照射エネルギーを大きくしてもコンパクションの影響を抑えて高スループットィ匕および高解像力化を実現することができるのでさらに好ましい。また、条件式（1)の下限値を 0. 14に設定すると、第 1光学部材の加工面精度を向上させることができ、ひいては高解像力化を実現することができるのでさらに好ましい。

[0024] 以上のように、本発明の結像光学系（投影光学系）では、たとえば蛍石により形成された第 2光学部材においてコンパクションは実質的に発生しない。一方、たとえば合成石英により形成されて浸液と接する第 1光学部材ではコンパクションが起こり易い、条件式（1)にしたがって第 1光学部材の厚さ TAが充分に小さく設定されているので、第 1光学部材におけるコンパクションの影響を小さく抑えることができる。その結果、境界レンズにおけるコンパクションの影響により結像光学系（投影光学系）の結像性能が低下するのを抑えることができる。

[0025] ただし、合成石英は光照射により温度が上昇し易ぐ第 1光学部材の熱が液体に伝わると液体の温度が上昇して屈折率が変動し、ひいては結像光学系（投影光学系）の結像性能が低下することになる。し力しながら、本発明では、条件式（1)にしたがつて第 1光学部材の厚さ TAが充分に小さく設定されているので、光照射により第 1光学部材の温度が上昇してもその熱力たとえば熱伝導率の比較的大きい蛍石からなる第 2光学部材を介して鏡筒などへ伝わり易い。その結果、第 1光学部材から液体へ伝わる熱を小さく抑えることができ、ひいては液体の屈折率変動による結像光学系（投影光学系）の結像性能の低下を小さく抑えることができる。

[0026] また、本発明では、たとえば純水に溶け易い蛍石により形成された第 2光学部材と純水のような液体との間に、たとえば純水に実質的に溶けることのない合成石英により形成された第 1光学部材を密着状態で介在させている。したがって、第 2光学部材の光学面が純水の影響を受けて損傷することなぐひいては境界レンズの光学面が純水の影響を受けて損傷することなぐ結像光学系 (投影光学系）の結像性能を長期間に亘つて良好に維持することができる。すなわち、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液による損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘つて維持することのできる結像光学系（投影光学系）を実現することができる。

[0027] なお、本発明では、結像光学系（投影光学系）の第 2面側 (像側）開口数の増大を図るために、第 2光学部材の物体側（第 1面側）の光学面が物体側に凸面を向けていることが好ましい。また、良好なオプティカルコンタクトを実現するために、第 1光学部材と第 2光学部材との接合面は平面状であることが好ましい。また、結像光学系（投影光学系）の解像度 (解像力）の向上を図るために、使用光の波長は 300nm以下であることが好ましい。また、第 2光学部材を形成する第 2光学材料は、コンパクションの発生を回避するために、フッ化物（たとえば蛍石）であることが好ましい。

[0028] また、浸液中に溶け出した感光性材料による影響で第 1光学部材が汚損した際や第 1光学部材が溶出した際にはこの第 1光学部材を交換する必要があるが、本発明の手法では第 1光学部材を交換可能に保持する機構の簡易化を図れる利点があり、この利点は第 1光学部材を形成する第 1光学材料と第 2光学部材を形成する第 2光学材料とが同じ種類の材料であっても存在する。

[0029] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図 2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。また、図 3は、本実施形態における境界レンズからウェハまでの構成を概略的に示す図である。なお、図 2において、投影光学系 PLの光軸 AXに平行に Z軸を、光軸 AXに垂直な面内において図 2の紙面に平行に Y軸を、図 2の紙面に垂直に X軸をそれぞれ設定している。

[0030] 図 2を参照すると、本実施形態の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源 100として、たとえば ArFエキシマレーザ光源を備えている。光源 100から射出された光は、照明光学系 ILを介して、所定のパターンが形成されたレチクル Rを重畳的に照明する。なお、光源 100と照明光学系 ILとの間の光路はケーシング (不図示）で密封されており、光源 100から照明光学系 IL中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているカあるいはほぼ真空状態に保持されている。

[0031] レチクル Rは、レチクルホルダ RHを介して、レチクルステージ RS上において XY平面に平行に保持されている。レチクル Rには転写すべきパターンが形成されており、矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージ RSは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわち XY平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡 RMを用いた干渉計 RIFによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。レチクル Rに形成されたパターンからの光は、投影光学系 PLを介して、感光性基板であるウェハ W上にレチクルパターン像を形成する。

[0032] ウェハ Wは、ウェハホルダテーブル WTを介して、ウェハステージ WS上において X Y平面に平行に保持されている。そして、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。ウェハステージ WSは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわち XY平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡 WMを用いた干渉計 WIFによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

[0033] また、本実施形態の露光装置では、投影光学系 PLを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された境界レンズ Lb (図 3を参照）との間で投影光学系 PLの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系 PLの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されている力、、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系 ILと投影光学系 PLとの間の狭い光路には、レチクル Rおよびレチクルステージ RSなどが配置されている力レチクル Rおよびレチクルステージ RSなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されている力あるいはほぼ真空状態に保持されている。

[0034] 図 3を参照すると、本実施形態において、投影光学系 PLの最もウェハ側に配置された境界レンズ Lbとウェハ Wとの間の光路は、 1. 1よりも大きい屈折率を有する液体 Lmで満たされている。浸液である液体 Lmとして、たとえば純水を用いることができる。また、境界レンズ Lbは、合成石英により形成されて液体 Lmと接する第 1光学部材 L blと、蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2とをオプティカルコンタクトにより接合することにより構成されてレ、る。ここで、第 1光学部材 Lblは平行平面板であり、第 2 光学部材 Lb2は、レチクル側に凸面を向けた平凸レンズである。

[0035] なお、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レ、ることができる。国際公開番号 WO99Z49504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ノレを介して所定の温度に調整された液体 Lmを境界レンズ Lbとゥヱハ 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。

[0036] 一方、特開平 10-303114号公報に開示された技術では、液体 Lmを収容することができるようにウェハホルダテーブル WTを容器状に構成し、その内底部の中央におレ、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。

[0037] 上述のように、光源 100からウェハ Wまでの光路の全体に亘つて、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。したがって、駆動系および干渉計 (RIF、 WIF)などを用いて、投影光学系 PLの光軸 AXと直交する平面 (XY平面）内においてウェハ Wを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ.アンド'リピート方式にしたがって、ウェハ Wのショット領域にはレチクル R のパターンが逐次露光される。

[0038] 上述したように、本実施形態では、投影光学系 PLと感光性基板であるウェハ Wとの間の光路中に、純水のような液体 Lmを介在させている。また、投影光学系 PLにおいて、境界レンズ Lbを、合成石英により形成されて液体 Lmと接する第 1光学部材 Lbl と、蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2との接合力もなる接合光学部材として構成している。さらに、第 1光学部材 Lblの厚さ TAは、上述の条件式（1)を満たすように設定されている。

[0039] したがって、本実施形態の投影光学系 PLでは、蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2においてコンパクションは実質的に発生しなレ、。また、合成石英により形成された第 1光学部材 Lblの厚さ TAが充分に小さく設定されているので、第 1光学部材 Lblにおけるコンパクションの影響を小さく抑えることができる。その結果、境界レンズ Lbにおけるコンパクションの影響により投影光学系 PLの結像性能が低下するのを抑えることができる。

[0040] また、本実施形態では、純水に溶け易い蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2と純水からなる液体 Lmとの間に、純水に溶けることのない合成石英により形成された第 1光学部材 Lblを密着状態で介在させている。したがって、第 2光学部材 Lb2の光学面が純水の影響を受けて損傷することなぐひいては境界レンズ Lbの光学面が純水の影響を受けて損傷することなぐ投影光学系 PLの結像性能を長期間に亘つて良好に維持することができる。

[0041] 以上のように、本実施形態の投影光学系 PLでは、像面であるウェハ Wとの間の光路中に液体 Lmを介在させて大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、コンパクションの影響や浸液 Lmによる損傷を実質的に受けることなく良好な結像性能を長期間に亘つて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、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ良好な結像性能を長期間に亘つて維持することのできる投影光学系 PLを用いて、高解像な投影露光を長期間に亘つて安定的に行うこと力 Sできる。

[0042] また、本実施形態の投影光学系 PLでは、第 2光学部材 Lb2がレチクル側に凸面を向けた平凸レンズとして構成され、第 2光学部材 Lb2のレチクル側の光学面がレチクル側に凸面を向けているので、像側開口数の増大を図ることができる。また、第 1光学部材 Lblが平行平面板として構成され且つ第 2光学部材 Lb2がウェハ側に平面を向けた平凸レンズとして構成されているので、第 1光学部材 Lblと第 2光学部材 Lb2 との接合面が平面状になり、良好なオプティカルコンタクトを実現することができる。

[0043] ところで、毛細管現象により第 1光学部材 Lblと第 2光学部材 Lb2との接合面へ液体 Lmが浸入すると、オプティカルコンタクトにより接合された第 1光学部材 Lblと第 2 光学部材 Lb2とが剥離 (離間）してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、図 4に示すように、第 1光学部材 Lblと第 2光学部材 Lb2との接合面への液体 Lmの浸入を防止するための液体浸入防止手段として、たとえばオーバーコーティング 41を第 1光学部材 Lblおよび第 2光学部材 Lb2の側面に形成することが好ましい。

[0044] また、投影光学系 PLを構成する各光学部材 (レンズなど）は十分な強度で保持される必要があり、したがって保持される各光学部材は十分に大きな厚さを有する必要がある。さらに、露光時に光エネルギーが各光学部材内で微量ながら吸収されて熱に変わるが、熱伝導率の高い光学材料により形成された光学部材が鏡筒に接していれば、鏡筒への熱伝導により光学部材の温度上昇が緩和され、ひいては液体への熱伝導を小さく抑えることができる。

[0045] 以上の 2つの観点から、本実施形態では、図 5に示すように、十分に大きな厚さを有し且つ熱伝導率の比較的高い蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2を介して境界レンズ (接合光学部材) Lbが鏡筒 51に保持されていることが望ましい。また、この構成により、境界レンズ Lbが鏡筒 51に保持された状態で、ウェハ W側に配置されてレジストからの汚染を受け易い第 1光学部材 Lblを容易に交換することも可能になる

[0046] なお、前述したように、フッ化物は水に溶解するため、蛍石により形成された第 2光学部材 Lb2まで水が浸入するのを防ぐ必要がある。本実施形態では、第 1光学部材 Lblの側面と鏡筒 51の内側面とが十分に近接するように配置し、互いに対向する第 1光学部材 Lb 1の側面および鏡筒 51の内側面に撥水性処理を施す（たとえば撥水コーティング 52を形成する）ことにより、第 2光学部材 Lb2まで純水が浸入するのを防ぐことができる。あるいは、図 5に示すように、第 1光学部材 Lblの側面と対向する鏡筒 51の内側面との間に純水（液体）の浸入を防止するための防水素子として、たとえば Oリング 53を設けることにより、第 2光学部材 Lb2まで純水が浸入するのを防ぐことができる。

[0047] また、第 1光学部材 Lblの側面と鏡筒 51の内側面とへの撥水性処理に加えて、第 2光学部材 Lb2の側面にも撥水性処理（たとえば撥水コーティング）を施してもょレ、。また、第 1光学部材 Lblの側面と対向する鏡筒 51の内側面との間に防水素子（たとえば Oリング 53)を設ける手法と併せて、図 4に示したような第 1光学部材 Lblおよび第 2光学部材 Lb2の側面に液体浸入防止手段としてのオーバーコーティングを施す手法を適用してもよい。また、第 1光学部材 Lblの側面と鏡筒 51の内側面とへ撥水性処理を施す手法と併せて、図 4に示したような第 1光学部材 Lblおよび第 2光学部材 Lb2の側面に液体浸入防止手段としてのオーバーコーティングを施す手法を適用してもよい。

[0048] なお、上述の実施形態では、第 1光学部材 Lblと第 2光学部材 Lb2とをォプティカルコンタクトにより接合しているが、これに限定されることなぐ他の適当な手法を用いて第 1光学部材 Lblと第 2光学部材 Lb2とを接合することもできる。また、上述の実施形態では、浸液として純水を用いている力これに限定されることなぐ光の波長に応じて他の適当な液体を用いることができる。

[0049] また、上述の実施形態では、第 1光学部材 Lblが合成石英により形成され、第 2光学部材 Lb2が蛍石により形成されている。し力ながら、これに限定されることなぐたとえば浸液に実質的に溶けない性質を有する適当な光学材料を用いて第 1光学部材 Lblを形成することもできる。また、たとえばコンパクションが実質的に発生しない性質を有する適当な光学材料、たとえば蛍石以外の適当なフッ化物材料 (たとえばフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化ストロンチゥムなど）を用いて第 2光学部材 Lb2を形成することもできる。

[0050] また、上述の実施形態では、第 1光学部材 Lblを平行平面板として構成し、第 2光学部材 Lb2をレチクル側に凸面を向けた平凸レンズとして構成している。しかしながら、これに限定されることなぐ第 1光学部材 Lblおよび第 2光学部材 Lb2の形状について様々な変形例が可能である。また、上述の実施形態では、 1つの第 1光学部材 Lblを設けた構成としているが、第 1光学部材 Lblの数は 1つには限定されない。

[0051] 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 6のフローチャートを参照して説明する。

[0052] 先ず、図 6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。

[0053] 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力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

[0054] 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 7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 7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、所謂光リソグラフイエ程が実行される。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。

[0055] 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本のストライブ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。

[0056] 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。

[0057] 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力 S、これに限定されることなく、たとえば KrFエキシマレーザ光源や Fレーザ光源などの他の適当な光源を用いることもできる。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ぐ他の一般的な投影光学系や他の一般的な結像光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では投影光学系の倍率を縮小倍率としているが、他の一般的な結像光学系に適用する場合には、拡大倍率や等倍であっても良い。

[0058] なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数 NAが 0. 9 一 1. 5になることもある。このように投影光学系の開口数 NAが大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク（レチタノレ）のライン 'アンド'スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク（レチクル）のパターンからは、 S偏光成分 (ラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分）の回折光が多く射出されるようにするとよい。

[0059] 上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターンほたは位相パターン '減光パターン）を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、これらのマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いても良い。このような電子マスクは、例えば米国特許第 6， 778, 257号公報に開示されている。ここでは、この米国特許第 6, 778, 257号公報を参照として援用する。なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。

符号の説明

[0060] Lb 境界レンズ

Lbl 第 1光学部材

Lb2 第 2光学部材

Lm 液体（純水：浸液）

41 オーバーコーティング

51 鏡筒

52 撥水コーティング

53 Oリング

100 レーザ光源

IL 照明光学系

R レチクノレ

RS レチクルステージ

PL 投影光学系

W ウェハ

WS ウェハステージ

Claims

請求の範囲

[1] 第 1面と第 2面とを光学的に共役にする結像光学系において、

前記結像光学系中の最も第 2面側には、第 1光学材料により形成されて前記液体と接する第 1光学部材と第 2光学材料により形成された第 2光学部材との接合力なる接合光学部材が配置され、

0. 1く TA/IHく 1 · 1

の条件を満足することを特徴とする結像光学系。

[2] 前記第 1光学部材と前記第 2光学部材とは、オプティカルコンタクトにより接合されていることを特徴とする請求項 1に記載の結像光学系。

[3] 前記第 2光学部材の前記第 1面側の光学面は、前記第 1面側に凸面を向けていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の結像光学系。

[4] 前記第 1光学部材と前記第 2光学部材との接合面は平面状であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の結像光学系。

[5] 使用光の波長は 300nm以下であり、

前記第 2光学材料はフッ化物であることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ力 4項に記載の結像光学系。

[6] 前記第 1光学材料は合成石英であり、

前記第 2光学材料は蛍石であり、

前記液体は純水であることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれ力、 1項に記載の結像光学系。

[7] 前記第 1光学部材および前記第 2光学部材の側面に設けられて、前記第 1光学部材と前記第 2光学部材との接合面への前記液体の浸入を防止するための液体浸入防止手段を備えていることを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれ力 1項に記載の結像光学系。

[8] 前記接合光学部材は、前記第 2光学部材を介して鏡筒に保持されていることを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれ力 1項に記載の結像光学系。

[9] 前記第 1光学部材の側面と前記鏡筒の内側面とが近接して配置され、互いに対向する前記側面および前記内側面には撥水性処理が施されていることを特徴とする請求項 8に記載の結像光学系。

[10] 前記第 1光学部材の側面と対向する前記鏡筒の内側面との間には、前記液体の浸入を防止するための防水素子が設けられていることを特徴とする請求項 8に記載の結像光学系。

[11] 第 1面と第 2面とを光学的に共役にする結像光学系において、

前記結像光学系中の最も第 2面側には、第 1光学材料により形成されて前記液体と接する第 1光学部材と、第 2光学材料により形成された第 2光学部材との接合力なる接合光学部材が配置されていることを特徴とする結像光学系。

[12] 前記第 2光学部材は、前記液体に接しないことを特徴とする請求項 11に記載の結像光学系。

[13] 前記第 1光学部材および前記第 2光学部材の側面に設けられて、前記第 1光学部材と前記第 2光学部材との接合面への前記液体の浸入を防止するための液体浸入防止手段を備えていることを特徴とする請求項 12に記載の結像光学系。

[14] 前記接合光学部材は、前記第 2光学部材を介して鏡筒に保持されていることを特徴とする請求項 11乃至 13のいずれ力 1項に記載の結像光学系。

[15] 前記第 1光学部材の側面と前記鏡筒の内側面とが近接して配置され、互いに対向する前記側面および前記内側面には撥水性処理が施されていることを特徴とする請求項 14に記載の結像光学系。

[16] 前記第 1光学部材の側面と対向する前記鏡筒の内側面との間には、前記液体の浸入を防止するための防水素子が設けられていることを特徴とする請求項 14に記載の結像光学系。

[17] 前記第 2光学材料は、前記第 1光学材料とは異なる種類の材料であることを特徴とする請求項 1乃至 16のいずれ力、 1項に記載の結像光学系。

[18] 前記第 1光学部材と前記第 2光学部材とは、オプティカルコンタクトにより接合されてレ、ることを特徴とする請求項 11乃至 17のいずれ力 1項に記載の結像光学系。

[19] 前記第 2光学部材の前記第 1面側の光学面は、前記第 1面側に凸面を向けていることを特徴とする請求項 11乃至 18のいずれか 1項に記載の結像光学系。

[20] 前記第 1光学部材と前記第 2光学部材との接合面は平面状であることを特徴とする請求項 11乃至 19のレ、ずれか 1項に記載の投影光学系。

[21] 前記第 1光学部材の厚さを TAとし、前記第 2面における最大像高を IHとするとき、

0. 1 <TA/IH< 1. 1

の条件を満足することを特徴とする請求項 11乃至 20のいずれ力 4項に記載の結像光学系。

[22] 前記光学系は、前記第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系であることを特徴とする請求項 1乃至 21のいずれ力、 1項に記載の結像光学系。

[23] 前記第 1面に設定された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形成するための請求項 1乃至 22のいずれ力 1項に記載の結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。

[24] 前記第 1面に設定されたマスクを照明するための照明系をさらに備えていることを特徴とする請求項 23に記載の露光装置。

[25] 前記第 1面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求項 1乃至 22のいずれか

1項に記載の結像光学系を介して前記マスクに形成された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露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。

[26] 所定のパターンを供給する工程と、請求項 1乃至 22のいずれ力 4項に記載の結像光学系を介し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露光する露光工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。