WO2006013734A1 - 投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置、および露光方法 Download PDF

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WO2006013734A1
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projection optical
optical element
projection
imaging
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PCT/JP2005/013447
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Yasuhiro Omura
Soichi Owa
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to a projection apparatus suitable for an exposure apparatus used when manufacturing a microdevice such as a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process.
  • the present invention relates to an optical system.
  • a pattern image of a mask (or reticle) is transferred via a projection optical system to a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist,
  • a photosensitive substrate a wafer coated with a photoresist
  • An exposure apparatus that performs projection exposure on a glass plate or the like is used.
  • the resolution (resolution) required for the projection optical system increases more and more as the degree of integration of semiconductor elements and the like increases.
  • the resolution of the projection optical system is represented by k ′ ZNA (k is a process coefficient).
  • the image-side numerical aperture NA is n, where n is the refractive index of the medium (usually gas such as air) between the projection optical system and the photosensitive substrate, and ⁇ is the maximum angle of incidence on the photosensitive substrate. It is expressed as n-sin ⁇ .
  • Patent Document 1 International Publication No. WO2004Z019128 Pamphlet
  • the present invention secures a relatively large effective imaging area while ensuring an effective image-side numerical aperture greater than, for example, 1.4 by interposing a liquid in the optical path to the image plane.
  • An object of the present invention is to provide a projection optical system capable of performing the above.
  • the present invention projects a fine pattern with high accuracy by using a high-resolution projection optical system having an image-side numerical aperture larger than 1.4 while securing a relatively large effective image formation area.
  • An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing exposure.
  • the optical path between the projection optical system and the second surface can be filled with a liquid having a refractive index greater than 1.5.
  • the projection optical system includes a boundary lens capable of contacting the gas on the first surface side and contacting the liquid on the second surface side,
  • the boundary lens has a positive refractive power (positive power), and is formed of an optical material having a refractive index higher than 1.8.
  • the first optical element that is disposed on the most image plane side and is formed of at least one of CaO and MgO.
  • a projection optical system comprising an element is provided.
  • the first optical element disposed closest to the image plane side and adjacent to the object side of the first optical element And a second optical element arranged
  • At least one of the first optical element and the second optical element is formed of at least one material of CaO and MgO.
  • the projection optical system is provided. [0011] In the fourth embodiment of the present invention, in a projection optical system that projects an image of an object on a substrate, the first optical element disposed closest to the image plane side and adjacent to the object side of the first optical element And a second optical element arranged
  • the first optical element is made of CaO or MgO;
  • the second optical element is provided with a projection optical system formed of MgO or CaO.
  • the first optical element disposed closest to the image plane side and adjacent to the object side of the first optical element A second optical element arranged in this manner, and a third optical element arranged adjacent to the object side of the second optical element,
  • the first to third optical elements are an optical element formed of CaO, an optical element formed of MgO, and an optical element formed of quartz glass,
  • the thickness in the optical axis direction of the optical element formed of CaO and the thickness in the optical axis direction of the optical element formed of MgO are determined so as to reduce the influence of intrinsic birefringence of the CaO and MgO.
  • a projection optical system is provided.
  • a projection optical system characterized in that an optical element formed of CaO is provided with a coat containing MgO.
  • a projection optical system characterized in that the optical element formed of MgO is provided with a coat containing CaO.
  • the crystal material containing CaO, CaO, a crystal material containing MgO, and MgO which is arranged closest to the image plane side
  • a projection optical system comprising a first optical element formed of at least one material of a group of crystal materials.
  • a ninth aspect of the present invention in the projection optical system that projects an image of an object on the substrate, A first optical element disposed closest to the image plane side, and a second optical element disposed adjacent to the object side of the first optical element,
  • At least one of the first optical element and the second optical element includes a first crystal material group made of a crystal material containing CaO and CaO, and a second crystal material group made of a crystal material containing MgO and MgO.
  • a projection optical system characterized in that it is made of a material selected from at least one crystal material group.
  • the first optical element arranged closest to the image plane side and adjacent to the object side of the first optical element And a second optical element arranged
  • the first optical element is selected from a first material selected from a first crystal material group consisting of a crystal material containing CaO and CaO, or a second crystal material group consisting of a crystal material containing MgO and MgO. Formed of a second material,
  • the projection optical system is characterized in that the second optical element is formed of a second material selected from the second crystal material group or a first material selected from the first crystal material group. To do.
  • the first optical element disposed closest to the image plane side and adjacent to the object side of the first optical element A second optical element arranged in this manner, and a third optical element arranged adjacent to the object side of the second optical element,
  • the first to third optical elements are optical elements formed of a first material selected from a first crystal material group made of a crystal material containing CaO and CaO, and a first material made of a crystal material containing MgO and MgO.
  • the thickness of the optical element formed of the first material selected from the first crystal material group in the optical axis direction and the light of the optical element formed of the second material selected from the second crystal material group is to reduce the influence of intrinsic birefringence of the first material selected from the first crystal material group and the second material selected from the second crystal material group.
  • the optical element formed of the first material is provided with a coat containing a second material selected from a second crystal material group consisting of a crystal material containing MgO and MgO. I will provide a.
  • the optical element formed of the second material is provided with a coating containing a first material selected from a first crystal material group consisting of CaO and a crystal material containing CaO. Providing shadow optics.
  • the optical path between the imaging optical system and the second surface is filled with a liquid having a refractive index greater than 1.5.
  • the imaging optical system includes a boundary lens that can contact the gas on the first surface side and the liquid on the second surface side,
  • the boundary lens is formed of an optical material having a positive refractive power and a refractive index greater than 1.7.
  • the projection optical system according to the first to thirteenth aspects is provided, and the substrate is exposed via a liquid in an immersion region formed on the image plane side of the projection optical system.
  • an exposure apparatus characterized by the above.
  • the projection optical system according to the first to thirteenth aspects is used to expose the substrate via the liquid in the immersion area formed on the image plane side of the projection optical system. An exposure method is provided.
  • a device characterized by using the exposure apparatus according to the fifteenth aspect A manufacturing method is provided.
  • a liquid having a refractive index greater than 1.5 is interposed in the optical path between the boundary lens and the image surface (second surface), and the image of the boundary lens is provided.
  • the boundary lens is made of an optical material having a refractive index greater than 1.8, corresponding to the high refractive index of the liquid that the side surface contacts.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular still exposure region (that is, an effective exposure region) formed on a wafer and a reference optical axis.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration between a boundary lens and a wafer in each example of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system related to the first example of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing transverse aberration in the first example.
  • FIG. 6 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system related to a second example of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram that shows an exposure apparatus EX according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
  • the projection optical system of the present invention by interposing a liquid having a refractive index greater than 1.5 in the optical path between the boundary lens and the image plane (second surface), for example, from 1.4
  • a large effective image-side numerical aperture (second surface-side numerical aperture) is secured.
  • the refractive index of the liquid as the immersion liquid is set to be large, the curvature of the convex surface on the object side (first surface side) of the boundary lens becomes too large, and the lens surface cannot be designed.
  • a sufficiently large effective image area (on the second surface) can be secured (effective still exposure region in the case of an exposure tool, effective field region if the object surface is on the second surface). Disappear.
  • the boundary lens is an optical material having a refractive index greater than 1.8 corresponding to the height and refractive index of the liquid in contact with the image side (second surface side) surface of the boundary lens. Is formed.
  • an effective image-side numerical aperture (second-surface-side aperture) larger than 1.4 for example, by interposing a liquid in the optical path between the image-surface (second-surface).
  • a relatively large effective imaging area (or effective visual field area) can be ensured.
  • an image-side numerical aperture (second surface-side numerical aperture) larger than, for example, 1.4 is secured while securing a relatively large effective imaging region (or effective visual field region).
  • conditional expression (1) Fb is the focal length of the boundary lens
  • Yi is the maximum image height on the image plane when the second surface is the image plane, and when the second surface is the object plane. Is the maximum height in the object plane.
  • the focal length Fb of the boundary lens becomes too large, and it becomes difficult to secure the required large image-side numerical aperture.
  • the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the focal length Fb of the boundary lens becomes too small, and it becomes difficult to correct aberrations well over the entire required imaging region, which is not preferable. .
  • the lower limit of conditional expression (1) it is preferable to set the lower limit of conditional expression (1) to 0.115.
  • the upper limit value In order to correct aberrations more satisfactorily over the entire required imaging region, it is preferable to set the upper limit value to 0.14.
  • This conditional expression (1) is a three-fold imaging type with one concave reflecting mirror and two optical path bending mirrors as in the embodiments described later.
  • the present invention can also be applied to a catadioptric optical system having a plurality of concave reflecting mirrors as well as a catadioptric optical system and a linear optical axis, and a refractive optical system.
  • a boundary lens having a large refractive index is applied, the boundary lens satisfies the conditional expression (1) regardless of the configuration of the optical system on the incident side of the boundary lens. The effect can be obtained.
  • magnesium oxide can be used as an optical material forming the boundary lens (that is, an optical material having a refractive index greater than 1.8).
  • magnesium oxide is a cubic crystal material and has intrinsic birefringence.
  • acid calcium (CaO) is a crystal material belonging to the cubic system and has intrinsic birefringence, but the sign of birefringence is opposite between acid magnesium and acid calcium.
  • the boundary lens is formed of magnesium oxide
  • at least one light transmission formed of calcium carbonate is used so that the influence of intrinsic birefringence of magnesium oxide can be reduced by an offset effect.
  • the amount of birefringence of acid calcium is substantially larger than the amount of birefringence of acid magnesium. Therefore, in a projection optical system having a reduction magnification as in the present invention, in order to suppress the influence of intrinsic birefringence of calcium oxide, the incident angle range of light is relatively small and the telecentricity is good.
  • the light transmitting member in which the first light transmitting member to the third light transmitting member are formed of acid calcium in order from the object surface (first surface) along the light path. It is preferable to contain.
  • calcium carbonate can also be used as an optical material for forming the boundary lens.
  • the first light is sequentially from the image surface (second surface) along the traveling path of the light beam.
  • the third light transmissive member from the transmissive member includes at least one light transmissive member formed of magnesium oxide and at least one light transmissive member formed of calcium carbonate. It is preferable to satisfy conditional expression (2).
  • conditional expression (2) TM is the sum of the center thicknesses of at least one light transmissive member formed of magnesium oxide, and TC is the sum of the center thicknesses of at least one light transmissive member formed of calcium oxide. is there.
  • the first to third light transmitting members in order from the image plane include a light transmitting member formed of magnesium oxide and a light transmitting member formed of calcium oxide
  • One light-transmitting member formed of magnesium and one light-transmitting member formed of calcium carbonate are bonded together by a technique such as optical contact (optical welding) to form a cemented lens. It is preferable.
  • Optical contact means that the surfaces of two optical members are processed into the same shape with high precision, and these optical members are brought close to each other and bonded to each other by attractive force between molecules without using an adhesive.
  • Technology As described above, since the amount of birefringence of acid calcium is larger than that of acid magnesium, the light transmissive member formed by acid calcium tends to be relatively thin, making it difficult to hold.
  • a crystal material represented by 0.9 can also be used.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the Z-axis is parallel to the reference optical axis AX of the projection optical system PL
  • the Y-axis is parallel to the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the reference optical axis AX
  • the reference optical axis AX is perpendicular to the paper.
  • Each X axis is set perpendicularly to the page of Fig. 1 in the plane.
  • the illustrated exposure apparatus includes an ArF excimer laser light source as the light source 100 for supplying illumination light (exposure light).
  • the light emitted from the light source 100 illuminates the reticle R on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner via the illumination optical system IL.
  • the optical path between the light source 100 and the illumination optical system IL is sealed with a casing (not shown), and the space from the light source 100 to the optical member on the most reticle side in the illumination optical system IL absorbs exposure light.
  • the rate is low V
  • the gas is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, so that it is held in an almost vacuum state.
  • Reticle R is held in parallel with the XY plane on reticle stage RS via reticle holder RH.
  • a pattern to be transferred is formed on the reticle R, and a rectangular (slit-like) pattern region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern region. Is illuminated.
  • the reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle plane (ie, the XY plane) by the action of the drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer RIF using the reticle moving mirror RM. And is configured to be position controlled.
  • the light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the catadioptric projection optical system PL.
  • Wafer W is held parallel to the XY plane on wafer stage WS via wafer table (wafer holder) WT. Then, optically correlate with the rectangular illumination area on the reticle R.
  • a rectangular stationary exposure region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction (ie, effective exposure region: effective imaging region of the projection optical system PL) ) Is formed.
  • the Ueno stage WS can be moved two-dimensionally along the wafer surface (ie, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. It is configured to be measured and position controlled.
  • FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a rectangular still exposure region (that is, an effective exposure region) formed on the wafer and a reference optical axis.
  • a rectangular still exposure region that is, an effective exposure region
  • it is off-axis from the reference optical axis AX in the Y direction within a circular area (image circle) IF having a radius B centered on the reference optical axis AX.
  • a rectangular effective exposure area ER having a desired size is set at a position separated by an amount A.
  • the length in the X direction of the effective exposure region ER is LX
  • the length in the Y direction is LY. Therefore, on the force reticle R, not shown, corresponding to the rectangular effective exposure area ER, the distance from the reference optical axis AX in the Y direction by a distance corresponding to the off-axis amount A corresponds to the effective exposure area ER.
  • a rectangular illumination area (that is, an effective illumination area) having a corresponding size and shape is formed.
  • the projection optical system PL is configured to maintain an airtight state, and the gas inside the projection optical system PL is maintained at a force that is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or almost in a vacuum state.
  • an inert gas such as helium gas or nitrogen
  • a reticle R and a reticle stage RS are arranged in a narrow optical path between the illumination optical system IL and the projection optical system PL.
  • a casing (not shown) that hermetically surrounds the reticle R and the reticle stage RS, etc.
  • the inside is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is kept in a vacuum state.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration between the boundary lens and the wafer in each example of the present embodiment.
  • the boundary lens Lb has a positive refractive power and has a convex surface facing the reticle side.
  • a parallel plane in the optical path between the boundary lens Lb and Ueno, W The optical path between the boundary lens Lb and the parallel plane plate Lp and the optical path between the parallel plane plate Lp and the wafer W is a liquid having a refractive index greater than 1.5. (Medium) Filled with Lm.
  • the illumination area on the reticle R and the static exposure area (that is, the effective exposure area) ER on the wafer W are rectangular shapes extending in the X direction. Therefore, while controlling the position of reticle R and wafer W using the drive system and interferometer (RIF, WIF), etc., reticle stage RS and wafer stage WS are aligned along Y direction, and reticle R and wafer W are eventually aligned.
  • a reticle pattern is scanned and exposed to a shot area (exposure area) having a length.
  • a boundary lens of projection optical system PL from the start to the end of scanning exposure
  • the technique disclosed in International Publication No. WO99Z49504 or the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3 03114 is used. Can do.
  • the liquid adjusted to a predetermined temperature is supplied from the liquid supply device via the supply pipe and the discharge nozzle to the optical path between the boundary lens Lb and the woofer W.
  • the liquid is supplied so as to be filled, and the liquid on the wafer W is recovered by the liquid supply device via the recovery pipe and the inflow nozzle.
  • the wafer holder table is configured in a container shape so that the liquid can be accommodated.
  • B) Position and hold wafer W by vacuum suction.
  • the lens barrel tip of the projection optical system PL reaches the liquid, so that the optical surface on the wafer side of the boundary lens Lb reaches the liquid.
  • the aspherical surface is defined as y in the direction perpendicular to the optical axis, and the optical axis up to the position on the aspherical surface at the tangential force height y at the vertex of the aspherical surface
  • the distance (sag amount) along z is z
  • the vertex radius of curvature is r
  • the cone coefficient is K
  • the ⁇ -th order aspheric coefficient Is expressed by the following formula (a).
  • an aspherical lens surface is marked with an asterisk (*) on the right side of the surface number.
  • the projection optical system PL forms a first image for forming a first intermediate image of the pattern of the reticle R disposed on the object plane (first surface).
  • Second imaging optical system for forming the second intermediate image of the reticle pattern (the first intermediate image and the secondary image of the reticle pattern) based on the optical system G1 and the light having the first intermediate image force Based on G2 and the light of the second intermediate image power, a third image for forming the final image of the reticle pattern (reduced image of the reticle pattern) on the wafer W placed on the image surface (second surface).
  • an imaging optical system G3 is refractive optical systems
  • the second imaging optical system G2 is a catadioptric optical system including a concave reflecting mirror CM.
  • a first planar reflecting mirror (first deflecting mirror) Ml is disposed in the optical path between the first imaging optical system G1 and the second imaging optical system G2, and the second imaging optical system.
  • a second planar reflecting mirror (second deflecting mirror) M2 is disposed in the optical path between G2 and the third imaging optical system G3.
  • the light from the reticle R forms a first intermediate image of the reticle pattern in the vicinity of the first plane reflecting mirror Ml via the first imaging optical system G1.
  • the light from the first intermediate image forms a second intermediate image of the reticle pattern in the vicinity of the second planar reflecting mirror M2 via the second imaging optical system G2.
  • the light from the second intermediate image forms a final image of the reticle pattern on the wafer W via the third imaging optical system G 3.
  • the first imaging optical system G1 and the third imaging optical system G3 have an optical axis AX1 and an optical axis AX3 extending linearly along the vertical direction.
  • the optical axis AX 1 and the optical axis AX3 coincide with the reference optical axis AX.
  • the second imaging optical system G2 has an optical axis AX2 that extends linearly along the horizontal direction (perpendicular to the reference optical axis AX).
  • the reticle R, the wafer W, all the optical members constituting the first imaging optical system G1 and all the optical members constituting the third imaging optical system G3 are along a plane perpendicular to the direction of gravity, that is, a horizontal plane.
  • the first plane reflector Ml and the second The plane reflecting mirror M2 has reflecting surfaces set to form an angle of 45 degrees with respect to the reticle surface, and the first planar reflecting mirror Ml and the second planar reflecting mirror M2 are integrated as one optical member. It is structured.
  • the projection optical system PL is substantially telecentric on both the object side and the image side.
  • FIG. 4 is a diagram showing the lens configuration of the projection optical system related to the first example of the present embodiment.
  • the first imaging optical system G 1 includes, in order from the reticle side, a plane parallel plate P1 and a positive meniscus lens L11 having a convex surface facing the reticle side.
  • It consists of a biconvex lens L19 with an aspherical convex surface facing the side and a positive meniscus lens L110 with an aspherical concave surface facing the wafer side!
  • the second imaging optical system G2 also includes a negative meniscus lens L21 having an aspherical concave surface facing the reticle side in the order of the reticle side (ie, incident side) force along the light traveling path, and a reticle. It consists of a negative meniscus lens L22 with a concave surface facing the side and a concave reflector CM with the concave surface facing the reticle side.
  • the third imaging optical system G3 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L31 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L32, a biconvex lens L33, and a positive lens having an aspheric surface facing the wafer side.
  • ArF excimer laser light that is used light (exposure light) is used in the optical path between the boundary lens Lb and the parallel plane plate Lp and in the optical path between the parallel plane plate L p and the wafer W.
  • This type of liquid Lm includes glycenol (CH [OH] CH [OH] CH [OH]) and heptane (C
  • the plano-convex lens as the boundary lens Lb is used.
  • L315 is made of magnesium oxide (MgO) with a refractive index of 2.1 with respect to the light used, and the parallel plane plate Lp has a refractive index of 2.7 with respect to the light used (Ca O)
  • the other light transmitting member is made of quartz (SiO 2) having a refractive index of 1.5603261 with respect to the used light.
  • ⁇ is the center wavelength of the exposure light
  • j8 is the projection magnification (imaging magnification of the entire system)
  • ⁇ A is the image side (wafer side) numerical aperture
  • B is the wafer.
  • A is the off-axis amount of the effective exposure area ER
  • LX is the dimension along the X direction of the effective exposure area ER (long side dimension)
  • LY is the effective exposure area ER
  • the dimensions along the Y direction are shown.
  • the surface number is the reticle surface force that is the object surface (first surface), and the order of the surface of the reticle side force along the path of the light beam to the wafer surface that is the image surface (second surface).
  • r is the radius of curvature of each surface (vertical radius of curvature: mm for aspheric surfaces)
  • d is the on-axis spacing of each surface, that is, the surface spacing (mm)
  • n is the refractive index with respect to the center wavelength. Yes. Note that the surface spacing d changes its sign each time it is reflected.
  • the sign of the surface separation d is negative in the optical path from the reflecting surface of the first flat reflecting mirror M 1 to the concave reflecting mirror CM and the second flat reflecting mirror M2 force in the optical path to the image plane, and the other optical paths.
  • the inside is positive.
  • the radius of curvature of the convex surface toward the reticle side is positive, and the radius of curvature of the concave surface is negative toward the reticle side.
  • the curvature radius of the concave surface is made positive along the traveling path of light toward the incident side (reticle side), and the curvature radius of the convex surface is made negative by directing toward the incident side.
  • the curvature radius of the concave surface is positive by directing toward the reticle side, and the curvature radius of the convex surface is negative by directing toward the reticle side.
  • Table (1) is the same in the following Table (2).
  • the first imaging optical system G 1 includes, in order from the reticle side, a plane parallel plate P1, and a positive meniscus lens L11 having a convex surface facing the reticle side.
  • It consists of a biconvex lens L19 with an aspherical convex surface facing the side and a positive meniscus lens L110 with an aspherical concave surface facing the wafer side!
  • the second imaging optical system G2 includes a negative meniscus lens L21 having an aspheric concave surface facing the reticle side in the order of the reticle side (that is, incident side) force along the light traveling path, and a reticle. It consists of a negative meniscus lens L22 with a concave surface facing the side and a concave reflector CM with the concave surface facing the reticle side.
  • the third imaging optical system G3 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L31 having a concave surface facing the reticle side, a biconvex lens L32, a biconvex lens L33, and a positive lens having an aspheric surface facing the wafer side.
  • the light used (exposure light) is included in the optical path between the boundary lens Lb and the parallel plane plate Lp and the optical path between the parallel plane plate Lp and the wafer W.
  • plano-convex lens L315 and parallel plane plate Lp are used as boundary lens Lb Formed from magnesium oxide (MgO) having a refractive index of 2.1 for light
  • the plane parallel plate P1 in the first imaging optical system G1 has a refractive index of 2.7 for the light used
  • the other light transmitting member is made of quartz (SiO 2) having a refractive index of 1.5603261 with respect to the used light.
  • FIG. 7 is a diagram showing transverse aberration in the second example.
  • Y indicates the image height.
  • NA 1.5
  • ER 26 mm ⁇ 5 mm
  • the aberration is corrected well for excimer laser light with a wavelength of 193.306 nm.
  • a high image-side numerical aperture of 1.5 was secured for an ArF excimer laser beam having a wavelength of 193.306 nm, and an effective exposure area (stationary of 26 mm x 5 mm) (Exposure area) ER can be ensured.
  • a circuit pattern can be scanned and exposed at a high resolution within a rectangular exposure area of 26 mm ⁇ 33 mm.
  • the plane parallel plate Lp is detachably disposed in the optical path between the boundary lens Lb and the wafer W. Therefore, even if the liquid Lm is contaminated by the photoresist or the like applied to the wafer W, a parallel plane plate (generally an optical member having almost no refractive power) that is interchangeably interposed between the boundary lens Lb and the wafer W. ) By the action of Lp, contamination of the image side optical surface of the boundary lens Lb by the contaminated liquid Lm can be effectively prevented.
  • the plane parallel plate Lp is formed of calcium carbonate, and in the second embodiment, the plane parallel plate Lp is formed of magnesium oxide.
  • the present invention is not limited to this, and the parallel plane plate Lp is made of an appropriate optical material such as fluorite (CaF) or quartz.
  • the plane-parallel plate Lp with an optical material having a refractive index higher than the image-side numerical aperture.
  • the plane parallel plate Lp with an optical material having a refractive index higher than that of the adjacent liquid Lm.
  • the boundary lens Lb is formed using magnesium oxide, which is a crystal material belonging to a cubic system, and acid calcium calcium, which is also a crystal material belonging to a cubic system, is used.
  • the plane parallel plate Lp is formed. Then, the intrinsic birefringence of the magnesium oxide forming the boundary lens Lb is offset by the intrinsic birefringence of the calcium oxide forming the plane parallel plate Lp, thereby reducing the influence.
  • the boundary lens Lb and the plane parallel plate Lp are formed using magnesium oxide, and the plane parallel plate P1 is formed using acid calcium. Then, the intrinsic birefringence of magnesium oxide forming the boundary lens Lb and the plane parallel plate Lp is offset by the specific birefringence of calcium oxide forming the plane parallel plate P1, thereby reducing the influence.
  • a boundary lens is formed of a crystal belonging to a cubic system (for example, acid-magnesium or acid-calcium), and the crystal forming the boundary lens is formed.
  • the intrinsic birefringence is canceled by the intrinsic birefringence of a crystal optical element (light transmitting member different from the boundary lens) formed of a crystal belonging to a cubic system (for example, acid calcium or acid magnesium).
  • the crystal optical element is set so that the first crystal axis substantially coincides with the optical axis of the projection optical system by the so-called clocking technique, and the boundary lens of the boundary lens is substantially the optical axis of the projection optical system.
  • the crystal axis orientation of the crystal optical element which is set so as to coincide with each other and different from the first crystal axis, and the crystal axis orientation of the boundary lens different from the second crystal axis are inherent to the crystals belonging to the cubic system.
  • U preferably set to reduce the effects of birefringence.
  • the optical axis of the pair of fluorite lenses and the crystal axis [100] are matched, and the optical axis Rotate a pair of fluorite lenses around 45 degrees relative to each other.
  • the optical axis of the pair of fluorite lenses and the crystal axis [110] are matched and the optical axis is the center. Rotate a pair of fluorite lenses by approximately 90 degrees.
  • the thickness of the boundary lens in the optical axis direction and the thickness of the crystal optical element in the optical axis direction are set so as to reduce the influence of intrinsic birefringence of crystals belonging to the cubic system! It is preferable to speak.
  • acid calcium and acid magnesium have different intrinsic birefringence signs and absolute amounts, so that the combination of acid calcium and acid magnesium is inherent.
  • the thickness of the optical element that is shim force and the thickness of the optical element that is acid-magnesium force are set to the reciprocal of the intrinsic birefringence value of acid calcium and the reciprocal of the intrinsic birefringence value of acid magnesium, respectively. This is because it is preferable to set it so that it is almost proportional.
  • the present invention is applied to the catadioptric projection optical system.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to the refractive projection optical system.
  • the chromatic aberration is favorably corrected by the action of the concave reflecting mirror, for example, and the Petzval condition is easily satisfied.
  • the curvature of field can be corrected satisfactorily and the optical system can be downsized.
  • conditional expression (3) is satisfied in the projection optical system including the three imaging optical systems as in the above-described embodiments.
  • MA is the imaging magnification of the entire projection optical system
  • M3 is the imaging magnification of the third imaging optical system G3.
  • conditional expression (3) When conditional expression (3) is satisfied, the angular range of the light rays incident on the reflecting films of the first planar reflecting mirror Ml and the second planar reflecting mirror M2 can be kept small, and as a result, the phase changes before and after the reflection. A decrease in imaging performance can be kept small.
  • the imaging magnification MA of the entire projection optical system is 1Z4, the imaging magnification M3 of the third imaging optical system G3 is 0.204, and the conditional expression (3 ) Is satisfied.
  • the imaging magnification MA of the entire projection optical system is 1Z4, and the imaging magnification M3 of the third imaging optical system G3 is 0.212, which satisfies the conditional expression (3). ing.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram that shows an exposure apparatus EX according to the second embodiment of the present invention.
  • the exposure apparatus EX has a mask stage MST that can move while supporting the mask M, and a substrate holder PH that holds the substrate P, and the substrate holder PH moves while holding the substrate P. Holds a possible substrate stage PST1 and a measuring instrument that performs measurements related to exposure processing, and moves the measurement stage PST2 that can be moved independently of the substrate stage PST1 and the mask M supported by the mask stage MST as exposure light.
  • a projection optical system PL that projects and exposes the pattern image of the mask M supported on the substrate stage PST1 to the substrate P and a control device CONT that controls the overall operation of the exposure apparatus EX are provided.
  • the control device CONT is connected to a display device DY that displays information related to the exposure process.
  • the exposure apparatus EX of the present embodiment is an immersion exposure apparatus to which an immersion method is applied in order to substantially shorten the exposure wavelength to improve the resolution and substantially increase the depth of focus.
  • the first liquid LQ 1 is formed between the lower surface T1 of the first optical element LS 1 closest to the image plane of the projection optical system PL and the substrate P.
  • the first immersion mechanism 1 is formed so as to fill the first immersion region LR1.
  • the first liquid immersion mechanism 1 includes a first liquid supply mechanism 10 that supplies the first liquid LQ1 between the lower surface T1 of the first optical element LSI and the substrate P, and a first liquid supply mechanism 10 that is supplied by the first liquid supply mechanism 10.
  • a first liquid recovery mechanism 20 that recovers one liquid LQ1.
  • the operation of the first immersion mechanism 1 is controlled by the control device CONT.
  • a part of the first immersion mechanism 1 is formed in the vicinity of the image plane side of the projection optical system PL, specifically, in the vicinity of the optical element LSI at the end of the image plane side of the projection optical system PL.
  • a nozzle member 70 is disposed.
  • the nozzle member 70 is an annular member provided so as to surround the tip of the projection optical system PL above the substrate P (substrate stage PST).
  • the exposure apparatus EX fills a space between the first optical element LSI and the second optical element LS2 close to the image plane of the projection optical system PL after the first optical element LSI with the second liquid LQ2.
  • a second immersion mechanism 2 is provided to form a two-immersion area LR2.
  • the second optical element LS2 is disposed above the first optical element LS1, and the upper surface T2 of the first optical element LSI is disposed so as to face the lower surface T3 of the second optical element LS2.
  • the second liquid immersion mechanism 2 includes a second liquid supply mechanism 30 that supplies the second liquid LQ2 between the first optical element LSI and the second optical element LS2, and a second liquid supply mechanism 30 that supplies the second liquid LQ2.
  • V is equipped with a second liquid recovery mechanism 40 for recovering liquid LQ2.
  • the operation of the second immersion mechanism 2 is controlled by the control device CONT.
  • the exposure apparatus EX in the present embodiment employs a local liquid immersion method in which the first liquid immersion region LR1 is locally formed on a part of the substrate P.
  • the second immersion region LR2 is also locally formed on a part of the upper surface T2 of the first optical element LSI.
  • the exposure apparatus EX uses the first immersion mechanism 1 at least while transferring the pattern image of the mask M onto the substrate P.
  • the first liquid LQ1 is filled between the first optical element LSI and the substrate P arranged on the image plane side to form the first liquid immersion area LR1, and the second liquid immersion mechanism 2 is used.
  • the second liquid LQ2 is filled between the first optical element LSI and the second optical element LS2 to form the second liquid immersion region LR2.
  • the measurement stage PST2 is provided with an observation device 60 capable of observing the respective states of the first immersion region LR1 and the second immersion region LR2.
  • the observation device 60 is installed inside the measurement stage PST2.
  • the mask M and the substrate P are scanned in such a manner that the pattern formed on the mask M is exposed to the substrate P while moving in a different direction (reverse direction) in the scanning direction.
  • a type exposure apparatus so-called scanning stepper
  • the synchronous movement direction (scanning direction) of the mask M and the substrate P in the horizontal plane is the X axis direction
  • the direction orthogonal to the X axis direction is the Y axis direction (non-scanning direction) and the X axis in the horizontal plane.
  • the direction perpendicular to the Y-axis direction and coincident with the optical axis AX of the projection optical system PL is the Z-axis direction.
  • the rotation (tilt) directions around the X, Y, and Z axes are defined as 0 X, ⁇ Y, and ⁇ Z directions, respectively.
  • the illumination optical system IL condenses the exposure light EL that emits the exposure light EL, the optical integrator that equalizes the illuminance of the exposure light EL emitted from the exposure light source, and the exposure light EL of the optical integrator. It has a condenser lens, a relay lens system, and a field stop for setting an illumination area on the mask M by exposure light EL. A predetermined illumination area on the mask M is illuminated with the exposure light EL having a uniform illuminance distribution by the illumination optical system IL.
  • Light source power for exposure Emission exposure light EL includes, for example, ultraviolet light (g-line, h-line, i-line) and KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) emitted from mercury lamp power. UV light), ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), F laser light (wavelength 157 nm), etc.
  • Vacuum ultraviolet light (VUV light) is used.
  • ArF excimer laser light is used.
  • the first liquid LQ1 supplied from the first liquid supply mechanism 10 and As the second liquid LQ2 supplied from the second liquid supply mechanism 30, a liquid having a high refractive index, for example, a liquid having a refractive index of 1.6 or more is used.
  • the first liquid LQ 1 and the second liquid LQ2 are the same liquid.
  • a high refractive index liquid for example, glycerol (CH [OH] CH [OH] CH [OH]), heptane (CH 3), or the like can be used.
  • Water mixed with a child, isopropanol, hexane, decane and the like can also be used.
  • the mask stage MST can move while holding the mask M, and can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, in the XY plane, and slightly in the ⁇ Z direction. It can be rotated.
  • the mask stage MST is driven by a mask stage drive mechanism MSTD that includes a linear motor and the like.
  • the mask stage drive mechanism MSTD is controlled by the controller CONT.
  • a movable mirror 52 is provided on the mask stage MST.
  • a laser interferometer 53 is provided at a position facing the moving mirror 52.
  • the position and rotation angle of the mask M on the mask stage MST in a two-dimensional direction are measured in real time by the laser interferometer 53, and the measurement result is output to the control device CONT.
  • the control device CONT drives the mask stage drive mechanism MSTD based on the measurement result of the laser interferometer 53, thereby positioning the mask M supported by the mask stage MST.
  • the projection optical system PL projects and exposes the pattern of the mask M onto the substrate P at a predetermined projection magnification of 13, and includes a plurality of first optical element LSIs provided at the front end portion on the substrate P side.
  • the plurality of optical elements LS1 to LS7 are supported by a lens barrel PK.
  • the projection optical system PL is a reduction system having a projection magnification j8 of 1Z4, 1/5, or 1Z8, for example.
  • the projection optical system PL may be either an equal magnification system or an enlargement system.
  • the exposure light EL emitted from the illumination optical system IL is incident on the projection optical system PL from the object plane side, passes through the plurality of optical elements LS7 to LS1, and then is emitted from the image plane side of the projection optical system PL, and the substrate. Reach on P. Specifically, the exposure light EL passes through each of the plurality of optical elements LS7 to LS3, then passes through a predetermined region on the upper surface T4 of the second optical element LS2, and passes through a predetermined region on the lower surface T3. 2 Enters the immersion area LR2.
  • the exposure light EL that has passed through the second immersion region LR2 passes through a predetermined region on the upper surface T2 of the first optical element LS1, passes through a predetermined region on the lower surface T1, and then enters the first immersion region LR1.
  • Board P Reach up.
  • the first optical element LSI is a non-refractive parallel plane plate capable of transmitting the exposure light EL, and the lower surface T1 and the upper surface T2 of the first optical element LSI are substantially parallel.
  • the second optical element LS2 has a refractive power (lens action).
  • the first optical element L S1 may have a refractive power (lens action).
  • the substrate stage PST1 has a substrate holder PH that holds the substrate P, and is provided so as to be movable on the base BP on the image plane side of the projection optical system PL.
  • the substrate stage PST is driven by the substrate stage drive mechanism PSTD1.
  • the substrate stage drive mechanism PS TD1 is controlled by the controller CONT.
  • the substrate stage drive mechanism PSTD1 is configured to include, for example, a linear motor, a voice coil motor, etc., and the substrate stage PST1 is moved in the X axis, Y axis, and Z axis directions, and in the 0 X, 0 Y, and 0 Z directions. Each can be moved. Therefore, the substrate stage PST1 can move the substrate P held by the substrate holder PH in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, 0 ⁇ , 0 ⁇ , and 0 ⁇ directions, respectively.
  • a movable mirror 54 is provided on the side surface of the substrate stage PST1.
  • a laser interferometer 55 is provided at a position facing the moving mirror 54.
  • the position and rotation angle of the substrate ⁇ ⁇ on the substrate stage PST1 are measured in real time by the laser interferometer 55, and the measurement result is output to the control device CONT.
  • the controller CONT drives the substrate stage PS by driving the substrate stage PST1 via the substrate stage drive mechanism PSTD1 in the two-dimensional coordinate system defined by the laser interferometer 55 based on the measurement result of the laser interferometer 55.
  • the exposure apparatus ⁇ has an oblique incidence type focus detection system for detecting surface position information on the surface of the substrate ⁇ ⁇ ⁇ as disclosed in, for example, JP-A-8-37149! /
  • the focus detection system detects the position (focus position) in the direction of the axis of the substrate surface relative to the image plane of the projection optical system PL. Further, by obtaining each focus position at each of a plurality of points on the surface of the substrate P, the focus detection system can also obtain the posture of the substrate P in the tilt direction.
  • the control device CONT drives the substrate stage PST1 via the substrate stage drive mechanism PSTD1 based on the detection result of the focus detection system, and the position (focus position) of the substrate P in the Z-axis direction and the 0 X and 0 Y directions Control the position at Then, the surface (exposed surface) of the substrate P is aligned with the image plane formed via the projection optical system PL and the liquid LQ by the autofocus method and the autoleveling method.
  • the focus detection system may detect the surface position of the substrate P outside the liquid immersion region LR1 without passing through the liquid LQ1, and the surface position of the substrate P via the liquid LQ1. It may be used in combination with one that detects.
  • a recess 50 is provided on the substrate stage PST1, and the substrate holder PH is disposed in the recess 50.
  • the upper surface 51 other than the recess 50 on the substrate stage PST1 is a flat surface that is substantially the same height (level) as the surface of the substrate P held by the substrate holder PH.
  • the upper surface 51 of the substrate stage PST1 has liquid repellency with respect to the first liquid LQ1. Since the upper surface 51, which is substantially flush with the surface of the substrate P, is provided around the substrate P, even when the peripheral area of the surface of the substrate P is subjected to immersion exposure, the first surface is located on the image surface side of the projection optical system PL. It is possible to hold the liquid LQ 1 and form the first immersion region LR1 satisfactorily.
  • the measurement stage PST2 is equipped with various measuring instruments that perform measurement related to the exposure processing, and is provided on the image plane side of the projection optical system PL so as to be movable on the base BP.
  • Measurement stage PST2 is driven by measurement stage drive mechanism PSTD2.
  • the measurement stage drive mechanism PSTD2 is controlled by the controller CONT.
  • the control device CONT can move the substrate stage PST1 and the measurement stage PST2 independently of each other on the base BP via the stage drive mechanisms PSTD1 and PSTD2.
  • the measurement stage drive mechanism PSTD2 has the same configuration as the substrate stage drive mechanism PSTD1, and the measurement stage PST2 uses the measurement stage drive mechanism PSTD2 in the same manner as the substrate stage PST1 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • a movable mirror 56 for the laser interferometer 57 is provided on the side surface of the measurement stage PST2.
  • the position and rotation angle of the measurement stage PST2 are measured in real time by the laser interferometer 57, and the controller CONT controls the position of the measurement stage PST2 based on the measurement result of the laser interferometer 57. To do.
  • An opening 64K is formed on the measurement stage PST2 arranged on the image plane side of the projection optical system PL, and a transparent member 64 is arranged in the opening 64K.
  • the transparent member 64 is made of, for example, a glass plate.
  • the upper surface 65 of the transparent member 64 is a flat surface.
  • the upper surface 58 other than the opening 64K on the measurement stage PST2 is also a flat surface.
  • the upper surface 58 of the measurement stage PST2 and the upper surface 65 of the transparent member 64 disposed in the opening 64K are provided so as to be substantially the same height (level), and the upper surface 5 of the measurement stage PST2 is provided. 8 is configured to include the upper surface 65 of the transparent member 64. It is desirable that the upper surface 58 of the measurement stage PST2 and the upper surface 65 of the transparent member 64 are liquid repellent with respect to the liquid LQ.
  • the upper surface 58 of the measurement stage PST2 including the upper surface 65 of the transparent member 64 is provided at a position aligned with the upper surface 51 of the substrate stage PST1 including the surface of the substrate P, and the upper surface of the substrate stage PST1. 51 and the upper surface 58 of the measurement stage PST2 are provided so as to be substantially at the same height.
  • the observation device 60 is arranged in the internal space 66 of the measurement stage PST2.
  • the observation device 60 includes an optical system 61 disposed on the lower side of the transparent member 64, and an image sensor 63 constituted by a CCD or the like.
  • the imaging element 63 can acquire an optical image (image) such as liquid (LQ1, LQ2) or optical element (LS1, LS2) through the transparent member 64 and the optical system 61.
  • the image sensor 63 converts the acquired image into an electrical signal and outputs the signal (image information) to the control device CONT.
  • the observation device 60 has an adjustment mechanism 62 that can adjust the focal position of the optical system 61.
  • the observation device 60 has a visual field capable of observing the entire first liquid immersion area LR1 and the second liquid immersion area LR2.
  • observation device 60 may be arranged inside the measurement stage PST2, but some of the optical elements constituting the optical system 61, for example, some of the optical elements, the imaging element 63, etc. It may be arranged outside the measurement stage PST2. Further, the adjustment mechanism 62 may be omitted.
  • a liquid having a high refractive index for example, a liquid having a refractive index of 1.6 or more.
  • the second optical element LS2 in contact with the second liquid LQ2 among the optical elements in the projection optical system PL is formed of at least one of CaO (acid calcium) and MgO (acid magnesium). Is preferred. To do this
  • a high numerical aperture can be realized under a realizable size. For example, even when using an Ar F excimer laser (wavelength: 193 nm), it is possible to achieve a high numerical aperture of about 1.5 or more.
  • the first optical element LSI arranged closest to the image plane side is in the form of a plane parallel plate having no refractive power.
  • the first optical element LS 1 arranged closest to the image plane is made of at least one of CaO and MgO.
  • a projection optical system for projecting an image of an object onto a substrate through a liquid in an immersion area formed on the image plane side is arranged on the most image plane side, and CaO (acid calcium) and It is preferable to include a first optical element formed of at least one of MgO (magnesium oxide).
  • a projection optical system that projects an image of an object on a substrate via liquid in an immersion area formed on the image plane side includes a first optical element disposed closest to the image plane side, and a first optical element A second optical element disposed adjacent to the object side, and formed of at least one of the first and second optical elements CaO (calcium oxide) and MgO (magnesium oxide).
  • one of the first optical element LSI and the second optical element LS 2 can be formed of CaO (acid calcium) and the other can be formed of MgO (magnesium oxide).
  • the optical path space between the first optical element LSI and the second optical element LS2 does not have to be filled with the second liquid LQ2.
  • CaO (acid calcium) and MgO (magnesium oxide) have intrinsic birefringence at the wavelength of the exposure light EL (eg, 193 nm), but the sign of intrinsic birefringence is CaO (acid calcium). They are opposite to each other in MgO (acid magnesium). Therefore, when one of the optical elements close to the image plane side (substrate P side) of the projection optical system is formed of CaO or MgO, the optical element in the vicinity of the optical element is formed of MgO or CaO. It is preferable to determine the thickness of these optical elements in the optical axis direction so as to reduce the influence of intrinsic birefringence. Here, it is preferable that the crystal directions of these optical elements are aligned. Further, the optical element formed of CaO and the optical element formed of MgO may not be adjacent to each other.
  • the second optical element LS2 is formed of MgO (or CaO)
  • the third optical element LS3 is Considering the case of forming with CaO (or MgO)
  • the intrinsic birefringence of CaO and MgO is the thickness of the second optical element LS2 in the optical axis direction and the thickness of the third optical element LS3 in the optical axis direction. It is preferable that it be determined so as to be approximately proportional to the reciprocal of the value of.
  • the first optical element LSI closest to the image plane side (substrate P side) can be formed of quartz glass.
  • the first optical element LSI When the first optical element LSI has refractive power, the first optical element LSI is formed of Mg0 (or CaO), and the second optical element LS2 is CaO (or MgO).
  • the thickness of the first optical element LSI in the optical axis direction and the thickness of the second optical element LS2 in the optical axis direction are determined so as to be approximately proportional to the reciprocal of the intrinsic birefringence values of CaO and MgO.
  • an optical element is formed from CaO (acid calcium)
  • an antireflection coating containing MgO (acid magnesium) on the optical surface of the optical element.
  • MgO acid magnesium
  • CaO acidic calcium
  • the crystal material may be used.
  • barium fluoride, strontium oxide, barium oxide, or a crystal material containing these as main components may be used.
  • force crystal (SiO crystal) or sapphire using CaO (acid calcium), MgO (acid magnesium) as the acid crystal material is used.
  • ⁇ alumina crystal
  • the numerical aperture ⁇ of the projection optical system may be 0.9 to 1.3.
  • the imaging performance may be deteriorated due to the polarization effect of random polarized light that has been used as exposure light from the past!
  • polarized illumination linearly polarized illumination is performed in line with the longitudinal direction of the line pattern of the mask (reticle) line 'and' space pattern, and from the mask (reticle) pattern, the S-polarized light component ( ⁇ -polarized light component), that is, A lot of diffracted light of polarization direction component along the longitudinal direction of the line pattern It is good to make it come out.
  • the space between the projection optical system PL and the resist coated on the surface of the substrate P is filled with liquid
  • the space between the projection optical system PL and the resist coated on the surface of the substrate P is filled with air (gas).
  • the numerical aperture NA of the projection optical system is 1.0. Even in such a case, high imaging performance can be obtained.
  • the phase shift mask can be further effectively combined with an oblique incident illumination method (particularly a diball illumination method) or the like suitable for the longitudinal direction of the line pattern as disclosed in JP-A-6-188169.
  • an oblique incident illumination method particularly a diball illumination method
  • the combination of the linearly polarized illumination method and the diball illumination method is used when the periodic direction of the line 'and' space pattern is limited to a predetermined direction, or the hole pattern is formed along the predetermined direction. It is effective when it is crowded.
  • the depth of focus (DOF) can be increased by about 150 nm compared to using.
  • ArF excimer laser is used as exposure light
  • projection optical system PL with a reduction magnification of about 1Z4 is used to form a fine line-and-space pattern (for example, a line-and-space of about 25 to 50 nm).
  • the mask M acts as a polarizing plate due to the wave guide effect, and the P-polarized component reduces the contrast.
  • the diffracted light of the S-polarized component (TE-polarized component) is larger than the diffracted light of the (TM-polarized component), and the mask M force is emitted.
  • the numerical aperture NA of the projection optical system PL is as large as 0.9 to 1.3.
  • high resolution performance can be obtained.
  • the P-polarized component may be larger than the S-polarized component (TE-polarized component) due to the Wire Grid effect.
  • ArF excimer laser is used as the exposure light, and the reduction is about 1/4.
  • the diffracted light of the S polarization component (TE polarization component) becomes the P polarization component ( Since the mask M force is emitted more than the diffracted light of the TM polarization component), high resolution performance can be obtained even when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is as large as 0.9 to 1.3. I'll do it.
  • a projection optical system can be obtained by using both the polarization illumination method that linearly polarizes in the tangential direction of the circle centered on the optical axis and the annular illumination method. High imaging performance can be obtained even when the numerical aperture NA is large.
  • a polarization illumination method and an annular illumination method in which a half-tone phase shift mask with a transmittance of 6% (a pattern with a noise pitch of about 63 nm) is linearly polarized in the tangential direction of a circle centered on the optical axis
  • the depth of focus (DOF) is 250 nm rather than using randomly polarized light.
  • progressive focus exposure methods disclosed in, for example, JP-A-4-277612 and JP-A-2001-345245, and multiple wavelengths (for example, two wavelengths) can be used. It is also effective to apply a multi-wavelength exposure method that uses exposure light to obtain the same effect as the progressive focus exposure method.
  • an optical element is attached to the tip of the projection optical system PL, and this lens adjusts optical characteristics of the projection optical system PL, such as aberrations (spherical aberration, coma aberration, etc.). It can be performed.
  • the optical element attached to the tip of the projection optical system PL may be an optical plate used for adjusting the optical characteristics of the projection optical system PL. Alternatively, it may be a plane parallel plate that can transmit exposure light EL.
  • the space between the projection optical system PL and the substrate P is filled with the liquid LQ.
  • a cover glass having parallel plane plate force is attached to the surface of the substrate P. It may be configured to fill liquid LQ in a wet state.
  • the substrate P of the second embodiment is not limited to a semiconductor wafer for manufacturing a semiconductor device, but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin film magnetic head, or a mask used in an exposure apparatus. Alternatively, reticle masters (synthetic quartz, silicon wafers), etc. are applied.
  • the exposure apparatus EX in addition to a step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper) that performs mask exposure by moving the mask M and the substrate P synchronously, a mask is used.
  • the present invention can also be applied to a step-and-repeat projection exposure apparatus (steno) in which the pattern of the mask M is collectively exposed while M and the substrate P are stationary, and the substrate P is sequentially moved stepwise.
  • a reduced image of the first pattern is projected with the first pattern and the substrate P substantially stationary (for example, a refraction type including a reflective element at a 1Z8 reduction magnification). It can also be applied to an exposure apparatus that uses a projection optical system) to perform batch exposure on the substrate P. In this case, after that, with the second pattern and the substrate P almost stationary, a reduced image of the second pattern is collectively exposed on the substrate P by partially overlapping the first pattern using the projection optical system. It can also be applied to a stitch type batch exposure apparatus. In addition, the stitch type exposure apparatus can also be applied to a step 'and' stitch type exposure apparatus in which at least two patterns are partially overlapped and transferred on the substrate P, and the substrate P is sequentially moved.
  • the present invention is also suitable for a twin stage type exposure apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-163099, 10-214783, 2000-505958, and the like. Can be used.
  • a twin stage type exposure apparatus at least a part of the observation device 60 may be provided on each of the two substrate stages holding the substrate, or at least the observation device 60 may be provided only on one substrate stage. Some can be provided.
  • the force measurement stage described in the case where the present invention is applied to the exposure apparatus including the measurement stage and the substrate stage is not provided, but only one substrate stage is provided.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus.
  • an exposure apparatus that locally fills the liquid between the projection optical system PL and the substrate P is employed.
  • the present invention is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-124873.
  • the present invention can also be applied to an immersion exposure apparatus that moves a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in a liquid tank.
  • the type of exposure apparatus EX is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element that exposes a semiconductor element pattern onto a substrate P, but an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, It can be widely applied to an exposure device for manufacturing an imaging device (CCD) or a reticle or mask.
  • CCD imaging device
  • the exposure apparatus EX has various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application as predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy.
  • various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy
  • various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy
  • various electrical systems Adjustments are made to achieve electrical accuracy.
  • Various subsystem powers The assembly process to the exposure equipment includes mechanical connections, electrical circuit wiring connections, and pneumatic circuit piping connections between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. It is desirable to manufacture the exposure apparatus in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.
  • the reticle is illuminated by the illumination device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask using the projection optical system is used as the photosensitive substrate.
  • Microdevices semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin film magnetic heads, etc.
  • Exposure process can be manufactured by exposing to (exposure process).
  • a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied onto the metal film on the one lot of wafers.
  • the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system.
  • the photoresist on the one lot of wafers is developed, and then in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form the pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.
  • a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer.
  • a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • steps 301 to 305 the power for depositing metal on the wafer, applying a resist on the metal film, and performing the steps of exposure, development, and etching.
  • a resist may be applied on the silicon oxide film, and the steps such as exposure, development, and etching may be performed.
  • a liquid crystal display element as a microdevice can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • a predetermined pattern circuit pattern, electrode pattern, etc.
  • a photosensitive substrate such as a glass substrate coated with a resist
  • the exposed substrate is subjected to steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G, A color filter is formed by arranging a set of three B filters in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step 403 is executed.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401, the color filter obtained in the color filter forming step 402, and the like.
  • liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402.
  • Manufactures panels liquid crystal cells.
  • components such as an electric circuit and a backlight for performing display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete the liquid crystal display element.
  • a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • the force using an ArF excimer laser light source is not limited to this, and other suitable light sources such as an F laser light source can also be used.
  • the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus.
  • the present invention is not limited to this and is applied to other general projection optical systems. Can also be applied.

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Abstract

　像面との間の光路中に液体を介在させて例えば１．４よりも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のできる投影光学系。第１面（Ｒ）の縮小像を第２面（Ｗ）に投影する投影光学系。投影光学系の光路中の気体の屈折率を１とするとき、投影光学系と第２面との間の光路は１．５よりも大きい屈折率を有する液体（Ｌｍ）で満たされている。投影光学系は、第１面側が気体と接し且つ第２面側が液体と接する境界レンズ（Ｌｂ）を備え、境界レンズは、正の屈折力を有し、１．８よりも大きい屈折率を有する光学材料により形成されている。

Description

投影光学系、露光装置、および露光方法
技術分野
[0001] 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イエ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。
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ぉ 、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 ヽる。
[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' ZNA(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-sin Θで表され る。
[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 、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)
[0005] 特許文献 1：国際公開第 WO2004Z019128号パンフレット
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] 上記特許文献に開示された投影光学系では、浸液として純水を用い、物体側の面 が気体に接し且つ像側の面が純水に接する境界レンズとして石英レンズを用いてい る。し力しながら、この従来の構成では、たとえば ArFエキシマレーザ光を用いて 1. 3 程度の像側開口数を確保するのが限界であった。
[0007] 本発明は、像面との間の光路中に液体を介在させて例えば 1. 4よりも大きな実効 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のできる 投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、比較的大きな有効結像領 域を確保しつつ例えば 1. 4よりも大きな像側開口数を有する高解像な投影光学系を 用いて、微細なパターンを高精度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。
課題を解決するための手段
[0008] 前記目的を達成するために、本発明の第 1形態では、第 1面の縮小像を第 2面に投 影する投影光学系にお 、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、前記投影光学系と前記 第 2面との間の光路は 1. 5よりも大きい屈折率を有する液体で満たされることが可能 であって、
前記投影光学系は、前記第 1面側が前記気体と接し且つ前記第 2面側が前記液体 と接することが可能な境界レンズを備え、
前記境界レンズは、正の屈折力（正のパワー）を有し、 1. 8よりも大きい屈折率を有 する光学材料により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。
[0009] 本発明の第 2形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置されて、 CaO及び MgOのうち少なくとも一方の材料で形成され た第 1光学素子を備えることを特徴とする投影光学系を提供する。
[0010] 本発明の第 3形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は、 CaO及び MgOのうち 少なくとも一方の材料で形成されることを特徴とする投影光学系を提供する。 [0011] 本発明の第 4形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子は CaO又は MgOで形成され、
前記第 2光学素子は MgO又は CaOで形成されることを特徴とする投影光学系を提 供する。
[0012] 本発明の第 5形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子と、該第 2光学素子の前記物体側に隣接して配置された 第 3光学素子とを備え、
前記第 1〜第 3光学素子は、 CaOで形成される光学素子と、 MgOで形成される光 学素子と、石英ガラスで形成される光学素子とであって、
前記 CaOで形成される光学素子の光軸方向の厚みと前記 MgOで形成される光学 素子の光軸方向の厚みとは、前記 CaO及び前記 MgOが有する固有複屈折の影響 を低減させるように定められていることを特徴とする投影光学系を提供する。
[0013] 本発明の第 6形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、
CaOで形成される光学素子を備え、
該 CaOで形成される光学素子には、 MgOを含むコートが設けられることを特徴とす る投影光学系を提供する。
[0014] 本発明の第 7形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、
MgOで形成される光学素子を備え、
該 MgOで形成される光学素子には、 CaOを含むコートが設けられることを特徴とす る投影光学系を提供する。
[0015] 本発明の第 8形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置されて、 CaO、 CaOを含む結晶材料、 MgO及び MgOを含む結 晶材料カゝらなる結晶材料群のうち少なくとも 1つの材料で形成された第 1光学素子を 備えることを特徴とする投影光学系を提供する。
[0016] 本発明の第 9形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は、 CaO及び CaOを含 む結晶材料からなる第 1結晶材料群、及び MgO及び MgOを含む結晶材料からなる 第 2結晶材料群のうち少なくとも一方の結晶材料群カゝら選択された材料で形成される ことを特徴とする投影光学系を提供する。
[0017] 本発明の第 10形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子は、 CaO及び CaOを含む結晶材料からなる第 1結晶材料群から 選択された第 1材料、又は MgO及び MgOを含む結晶材料カゝらなる第 2結晶材料群 から選択された第 2材料で形成され、
前記第 2光学素子は前記第 2結晶材料群から選択された第 2材料又は前記第 1結 晶材料群カゝら選択された第 1材料で形成されることを特徴とする投影光学系を提供 する。
[0018] 本発明の第 11形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、 最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子と、該第 2光学素子の前記物体側に隣接して配置された 第 3光学素子とを備え、
前記第 1〜第 3光学素子は、 CaO及び CaOを含む結晶材料からなる第 1結晶材料 群から選択された第 1材料で形成される光学素子と、 MgO及び MgOを含む結晶材 料からなる第 2結晶材料群から選択された第 2材料で形成される光学素子と、石英ガ ラスで形成される光学素子とであって、
前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料で形成される光学素子の光軸方 向の厚みと前記第 2結晶材料群から選択された前記第 2材料で形成される光学素子 の光軸方向の厚みとは、前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料及び前記 第 2結晶材料群カゝら選択された前記第 2材料が有する固有複屈折の影響を低減させ るように定められていることを特徴とする投影光学系を提供する。 [0019] 本発明の第 12形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、
CaO及び CaOを含む結晶材料カゝらなる第 1結晶材料群カゝら選択された第 1材料で 形成される光学素子を備え、
該第 1材料で形成される光学素子には、 MgO及び MgOを含む結晶材料からなる 第 2結晶材料群カゝら選択された第 2材料を含むコートが設けられることを特徴とする 投影光学系を提供する。
[0020] 本発明の第 13形態では、基板上に物体の像を投影する投影光学系において、
MgO及び MgOを含む結晶材料カゝらなる第 2結晶材料群カゝら選択された第 2材料 で形成される光学素子を備え、
該第 2材料で形成される光学素子には、 CaO及び CaOを含む結晶材料カゝらなる第 1結晶材料群カゝら選択された第 1材料を含むコートが設けられることを特徴とする投 影光学系を提供する。
[0021] 本発明の第 14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気体の屈折率を 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. 5よりも大きい屈折率を有する液体で満たされることが可能 であって、
前記結像光学系は、前記第 1面側が前記気体と接し且つ前記第 2面側が前記液体 と接することが可能な境界レンズを備え、
前記境界レンズは、正の屈折力を有し、 1. 7よりも大きい屈折率を有する光学材料 により形成されていることを特徴とする結像光学系を提供する。
[0022] 本発明の第 15形態では、第 1形態〜第 13形態の投影光学系を備え、前記投影光 学系の像面側に形成された液浸領域の液体を介して前記基板を露光することを特 徴とする露光装置を提供する。
[0023] 本発明の第 16形態では、第 1形態〜第 13形態の投影光学系を用いて、前記投影 光学系の像面側に形成された液浸領域の液体を介して前記基板を露光することを 特徴とする露光方法を提供する。
[0024] 本発明の第 17形態では、第 15形態の露光装置を用いる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
[0025] 本発明の投影光学系では、境界レンズと像面 (第 2面）との間の光路中に 1. 5よりも 大き!ヽ屈折率を有する液体を介在させるとともに、境界レンズの像側の面が接する液 体の高い屈折率に対応して、境界レンズを 1. 8よりも大きい屈折率を有する光学材 料により形成している。その結果、本発明では、像面との間の光路中に液体を介在さ せて例えば 1. 4よりも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のできる投影光学系を実現することができる。
[0026] したがって、本発明の露光装置および露光方法では、比較的大きな有効結像領域 を確保しつつ例えば 1. 4よりも大きな像側開口数を有する高解像な投影光学系を介 して、微細なパターンを高精度に投影露光することができ、ひいては高精度で良好な マイクロデバイスを製造することができる。 図面の簡単な説明
[0027] [図 1]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 2]ウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域 (すなわち実効露光領域)と基準 光軸との位置関係を示す図である。
[図 3]本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に 示す図である。
[図 4]本実施形態の第 1実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
[図 5]第 1実施例における横収差を示す図である。
[図 6]本実施形態の第 2実施例にカゝかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
[図 7]第 2実施例における横収差を示す図である。
[図 8]本発明の第 2実施形態に係る露光装置 EXを示す概略構成図である。
[図 9]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 10]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 [0028] 本発明の投影光学系では、境界レンズと像面 (第 2面）との間の光路中に 1. 5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、例えば 1. 4よりも大きな実効的な 像側開口数 (第 2面側開口数)の確保を図っている。この場合、浸液としての液体の 屈折率だけを単に大きく設定すると、境界レンズの物体側 (第 1面側)の凸面の曲率 が大きくなり過ぎてレンズ設計が不可能になるだけでなぐ像面上 (第 2面上）におい て十分に大きな有効結像領域 (露光装置の場合には有効な静止露光領域、第 2面 に物体面がある場合には有効視野領域)を確保することができなくなる。
[0029] そこで、本発明では、境界レンズの像側 (第 2面側）の面が接する液体の高 、屈折 率に対応して、境界レンズを 1. 8よりも大きい屈折率を有する光学材料により形成し ている。その結果、本発明の投影光学系では、像面 (第 2面)との間の光路中に液体 を介在させて例えば 1. 4よりも大きな実効的な像側開口数 (第 2面側開口数)を確保 しつつ、比較的大きな有効結像領域 (または有効視野領域)を確保することができる 。また、本発明の露光装置および露光方法では、比較的大きな有効結像領域 (また は有効視野領域)を確保しつつ例えば 1. 4よりも大きな像側開口数 (第 2面側開口数 )を有する高解像な投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に投影露光する ことができる。
[0030] なお、本発明では、次の条件式（1)を満足することが好ましい。条件式（1)におい て、 Fbは境界レンズの焦点距離であり、 Yiは第 2面が像面である場合には像面にお ける最大像高、第 2面が物体面である場合には物体面における最大物高である。
0. l l <Yi/Fb< 0. 15 (1)
[0031] 条件式（1)の下限値を下回ると、境界レンズの焦点距離 Fbが大きくなり過ぎて、所 要の大きな像側開口数を確保することが困難になるので好ましくない。一方、条件式 (1)の上限値を上回ると、境界レンズの焦点距離 Fbが小さくなり過ぎて、所要の結像 領域の全体に亘つて収差を良好に補正することが困難になるので好ましくない。なお 、さらに大きな像側開口数を確保するためには、条件式（1)の下限値を 0. 115に設 定することが好ましい。また、所要の結像領域の全体に亘つて収差をさらに良好に補 正するためには、上限値を 0. 14に設定することが好ましい。この条件式（1)は、後述 する実施形態のような 1つの凹面反射鏡と 2つの光路折り曲げ鏡とを持つ 3回結像型 の反射屈折光学系だけではなぐ複数の凹面反射鏡を持ち 1つの直線状光軸を持 つ反射屈折型光学系や、屈折型光学系であっても適用できる。すなわち、このような 大きな屈折率の境界レンズを適用する場合には、境界レンズよりも入射側の光学系 の構成がどのようなものであっても、境界レンズが条件式（1)を満足すれば、その効 果を得ることができる。
[0032] 本発明では、境界レンズを形成する光学材料 (すなわち 1. 8よりも大きい屈折率を 有する光学材料）として、たとえば酸ィ匕マグネシウム (MgO)を用いることができる。酸 化マグネシウムの屈折率は、 ArFエキシマレーザ光（波長え = 193. 3nm)に対して 2. 1程度である。ここで、酸ィ匕マグネシウムは、立方晶系に属する結晶材料であり、 固有複屈折性を有する。一方、酸ィ匕カルシウム (CaO)も立方晶系に属する結晶材 料であり固有複屈折性を有するが、酸ィ匕マグネシウムと酸ィ匕カルシウムとでは複屈折 量の符号が逆である。
[0033] したがって、境界レンズを酸ィ匕マグネシウムにより形成する場合、酸化マグネシウム の固有複屈折の影響を相殺効果により低減することができるように、酸ィ匕カルシウム により形成された少なくとも 1つの光透過部材を有することが好ましい。ただし、酸ィ匕 カルシウムの複屈折量は、酸ィ匕マグネシウムの複屈折量に比して実質的に大きいこ とが知られている。そこで、本発明のように縮小倍率を有する投影光学系では、酸ィ匕 カルシウムの固有複屈折の影響を小さく抑えるために、光の入射角度範囲が比較的 小さく且つテレセントリック性の良好な位置に、酸ィ匕カルシウムにより形成された光透 過部材を配置することが好ましい。具体的には、光線の進行経路に沿って物体面（ 第 1面)から順に第 1番目の光透過部材から第 3番目の光透過部材が、酸ィ匕カルシゥ ムにより形成された光透過部材を含むことが好ましい。
[0034] また、本発明では、境界レンズを形成する光学材料として、酸ィ匕カルシウムを用いる こともできる。酸化カルシウムの屈折率は、 ArFエキシマレーザ光（波長え = 193. 3 nm)に対して 2. 7程度である。この場合、境界レンズを形成する酸化カルシウムの固 有複屈折の影響を相殺効果により低減することができるように、酸ィ匕マグネシウムによ り形成された少なくとも 1つの光透過部材を有することが好ましい。
[0035] また、本発明では、光線の進行経路に沿って像面 (第 2面)から順に第 1番目の光 透過部材から第 3番目の光透過部材は、酸ィ匕マグネシウムにより形成された少なくと も 1つの光透過部材と、酸ィ匕カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材 とを含み、次の条件式（2)を満足することが好ましい。条件式（2)において、 TMは酸 化マグネシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材の中心厚の和であり、 T Cは酸化カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材の中心厚の和であ る。
0. 05<TC/TM< 0. 43 (2)
[0036] 条件式（2)の下限値を下回ると、酸ィ匕マグネシウムにより形成された光透過部材の 中心厚の和（当該光透過部材の数が 1つの場合にはその中心厚) TMが大きくなり過 ぎて、酸ィ匕マグネシウムの固有複屈折の影響が比較的大きく残るので好ましくな 、。 一方、条件式 (2)の上限値を上回ると、酸ィ匕カルシウムにより形成された光透過部材 の中心厚の和（当該光透過部材の数が 1つの場合にはその中心厚) TCが大きくなり 過ぎて、酸ィ匕カルシウムの固有複屈折の影響が比較的大きく残るので好ましくな 、。 なお、本発明の効果をさらに良好に発揮するには、条件式 (2)の下限値を 0. 08に 設定し、上限値を 0. 4に設定することが好ましい。
[0037] また、像面から順に第 1番目から第 3番目の光透過部材が酸ィ匕マグネシウムにより 形成された光透過部材と酸化カルシウムにより形成された光透過部材とを含む場合 、酸ィ匕マグネシウムにより形成された 1つの光透過部材と酸ィ匕カルシウムにより形成さ れた 1つの光透過部材とが例えばオプティカルコンタクト（光学溶着）のような手法に より貼り合わされて接合レンズを構成していることが好ましい。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。上述したように酸ィ匕カルシウムの複屈折量は酸ィ匕マグネシウムに比して 大きいため、酸ィ匕カルシウムにより形成される光透過部材が比較的薄くなりがちであ り、そのホールドが困難になり易い。し力しながら、接合レンズの形態を採用すること により、酸ィ匕カルシウムにより形成された比較的薄い光透過部材を、酸化マグネシゥ ムにより形成された比較的厚い光透過部材と一体的にホールドすることが容易になる [0038] また、本発明では、境界レンズを形成する光学材料として、 Mg Ca O (0. 8<x< x 1-x
0. 9)で表される結晶材料を用いることもできる。 Mg Ca Oで表される結晶材料で
1
は、 Xの値を 0. 8よりも大きく且つ 0. 9よりも小さく設定することにより、使用光に対して 1. 8よりも大きい屈折率を確保するとともに固有複屈折性を小さく抑えることができる
[0039] 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。なお、図 1において、投影光学 系 PLの基準光軸 AXに平行に Z軸を、基準光軸 AXに垂直な面内において図 1の紙 面に平行に Y軸を、基準光軸 AXに垂直な面内において図 1の紙面に垂直に X軸を それぞれ設定している。
[0040] 図示の露光装置は、照明光 (露光光）を供給するための光源 100として、 ArFェキ 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 V、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 、る力 ある 、はほ ぼ真空状態に保持されて ヽる。
[0041] 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、 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 、る。
[0042] レチクル Rに形成されたパターンからの光は、反射屈折型の投影光学系 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。ウェハ Wは、ゥェ ハテーブル（ウェハホルダ） WTを介して、ウェハステージ WS上において XY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 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 (すなわち実効露光領域：投影光学系 PLの有効結像 領域）にパターン像が形成される。ウエノ、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。
[0043] 図 2は、ウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域 (すなわち実効露光領域)と 基準光軸との位置関係を示す図である。本実施形態の各実施例では、図 2に示すよ うに、基準光軸 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、基準光軸 AXから Y方向に軸外し量 Aだけ離れた位置に所望の大きさ を有する矩形状の実効露光領域 ERが設定されて ヽる。
[0044] ここで、実効露光領域 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、図示を省略した力 レチクル R上では、矩形状の実効露光領域 ERに 対応して、基準光軸 AXから Y方向に軸外し量 Aに対応する距離だけ離れた位置に 実効露光領域 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 ち実効照明領域)が形成されていることになる。
[0045] 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 (各実施例では平行平面板 P1)と境界レンズ Lb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。
[0046] 図 3は、本実施形態の各実施例における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的 に示す図である。図 3を参照すると、境界レンズ Lbは、正の屈折力を有し、レチクル 側に凸面を向けている。また、境界レンズ Lbとウエノ、 Wとの間の光路中に平行平面 板 Lpが揷脱自在に配置され、境界レンズ Lbと平行平面板 Lpとの間の光路および平 行平面板 Lpとウェハ Wとの間の光路は、 1. 5よりも大きい屈折率を有する液体 (媒質 ) Lmで満たされている。
[0047] こうして、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。また、上述したように、レチクル R上の照 明領域およびウェハ W上の静止露光領域 (すなわち実効露光領域) ERは、 X方向に 細長く延びる矩形形状である。したがって、駆動系および干渉計 (RIF、 WIF)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 、ながら、 Y方向に沿ってレチクル ステージ RSとウェハステージ WS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上には実効露光領域 ERの X方向寸法 LXに等し V、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ショット領域 (露光 領域）に対してレチクルパターンが走査露光される。
[0048] 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ツ プ'アンド'スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光 学系 PLの境界レンズ Lbとウェハ Wとの間の光路中に液体 Lmを満たし続けるには、 たとえば国際公開番号 WO99Z49504号公報に開示された技術や、特開平 10— 3 03114号公報に開示された技術などを用いることができる。
[0049] 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とゥ 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上力 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ぉ 、て (液体中にぉ 、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。
[0050] 本実施形態の各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さを yとし、非 球面の頂点における接平面力 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 Kとし、 η次の非球面係数 を としたとき、以下の数式 (a)で表される。各実施例において、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!/、る。
[0051] z = (y2/r) { 1 - (1 + K ) -y2/r2}1 2]
+ C -v4+C -y6 + C -y8 + C -y10
4 6 8 10
+ C -y12 + C ·γ14+ · · · (a)
12 14
[0052] また、本実施形態の各実施例において、投影光学系 PLは、物体面 (第 1面）に配 置されたレチクル Rのパターンの第 1中間像を形成するための第 1結像光学系 G1と、 第 1中間像力もの光に基づいてレチクルパターンの第 2中間像 (第 1中間像の像であ つてレチクルパターンの 2次像)を形成するための第 2結像光学系 G2と、第 2中間像 力 の光に基づ 、て像面（第 2面）に配置されたウェハ W上にレチクルパターンの最 終像 (レチクルパターンの縮小像)を形成するための第 3結像光学系 G3とを備えてい る。ここで、第 1結像光学系 G1および第 3結像光学系 G3はともに屈折光学系であり、 第 2結像光学系 G2は凹面反射鏡 CMを含む反射屈折光学系である。
[0053] また、第 1結像光学系 G1と第 2結像光学系 G2との間の光路中には第 1平面反射 鏡 (第 1偏向鏡) Mlが配置され、第 2結像光学系 G2と第 3結像光学系 G3との間の 光路中には第 2平面反射鏡 (第 2偏向鏡) M2が配置されている。こうして、各実施例 の投影光学系 PLでは、レチクル Rからの光が、第 1結像光学系 G1を介して、第 1平 面反射鏡 Mlの近傍にレチクルパターンの第 1中間像を形成する。次いで、第 1中間 像からの光が、第 2結像光学系 G2を介して、第 2平面反射鏡 M2の近傍にレチクル パターンの第 2中間像を形成する。さらに、第 2中間像からの光が、第 3結像光学系 G 3を介して、レチクルパターンの最終像をウェハ W上に形成する。
[0054] また、各実施例の投影光学系 PLでは、第 1結像光学系 G1および第 3結像光学系 G3が鉛直方向に沿って直線状に延びる光軸 AX1および光軸 AX3を有し、光軸 AX 1および光軸 AX3は基準光軸 AXと一致している。一方、第 2結像光学系 G2は水平 方向に沿って直線状に延びる（基準光軸 AXに垂直な)光軸 AX2を有する。こうして 、レチクル R、ウェハ W、第 1結像光学系 G1を構成するすべての光学部材および第 3 結像光学系 G3を構成するすべての光学部材は、重力方向と直交する面すなわち水 平面に沿って互いに平行に配置されている。さらに、第 1平面反射鏡 Mlおよび第 2 平面反射鏡 M2は、レチクル面に対して 45度の角度をなすように設定された反射面 をそれぞれ有し、第 1平面反射鏡 Mlと第 2平面反射鏡 M2とは 1つの光学部材として 一体的に構成されている。また、各実施例において、投影光学系 PLは、物体側およ び像側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。
[0055] [第 1実施例]
図 4は、本実施形態の第 1実施例にカゝ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、第 1実施例にかかる投影光学系 PLにおいて第 1結像光学系 G 1は、レチクル側から順に、平行平面板 P1と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカ スレンズ L11と、レチクル側に凸面を向けた正メ-スカスレンズ L12と、ウェハ側に非 球面を向けた正レンズ L13と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L14と、 レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L15と、レチクル側に凹面を向けた負メ ニスカスレンズ L16と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L 17と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L18と、ウェハ側に非球面形状 の凸面を向けた両凸レンズ 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 L110とにより構成されて!、る。
[0056] また、第 2結像光学系 G2は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側） 力も順に、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L21と、レチク ル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L22と、レチクル側に凹面を向けた凹面反射 鏡 CMとから構成されている。また、第 3結像光学系 G3は、レチクル側から順に、レチ クル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L31と、両凸レンズ L32と、両凸レンズ L33 と、ウェハ側に非球面を向けた正レンズ L34と、レチクル側に非球面形状の凹面を向 けた両凹レンズ L35と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L3 6と、両凸レンズ L37と、レチクル側に非球面を向けたレンズ L38と、レチクル側に非 球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L39と、両凸レンズ L310と、両凸レンズ L311と、両凸レンズ L312と、開口絞り ASと、ウェハ側に非球面形状の凹面を向け た正メ-スカスレンズ L313と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレ ンズ L314と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L315 (境界レンズ Lb)と、平行平 面板 Lpとにより構成されている。 [0057] 第 1実施例では、境界レンズ Lbと平行平面板 Lpとの間の光路および平行平面板 L p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. 64の屈折率を有する液体 Lmが満たされている。この 種の液体 Lmとして、グリセノール（CH [OH]CH[OH]CH [OH])やヘプタン（C
2 2 7
H )等を用いることができる。また、第 1実施例では、境界レンズ Lbとしての平凸レン
16
ズ L315が使用光に対して 2. 1の屈折率を有する酸化マグネシウム（MgO)により形 成され、平行平面板 Lpが使用光に対して 2. 7の屈折率を有する酸化カルシウム (Ca O)により形成され、その他の光透過部材は使用光に対して 1. 5603261の屈折率を 有する石英（SiO )により形成されている。
2
[0058] 次の表（1)に、第 1実施例に力かる投影光学系 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、 j8は投影倍率 (全系の結像倍率)の大きさを、 Ν A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の半径を、 A は実効露光領域 ERの軸外し量を、 LXは実効露光領域 ERの X方向に沿った寸法（ 長辺の寸法)を、 LYは実効露光領域 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。
[0059] また、面番号は物体面 (第 1面)であるレチクル面力 像面 (第 2面)であるウェハ面 への光線の進行する経路に沿ったレチクル側力 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。なお、面間隔 dは、 反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔 dの符号は、第 1平 面反射鏡 M 1の反射面から凹面反射鏡 CMまでの光路中および第 2平面反射鏡 M2 力も像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。
[0060] そして、第 1結像光学系 G1では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、 レチクル側に向力つて凹面の曲率半径を負としている。第 2結像光学系 G2では、光 の進行往路に沿って入射側（レチクル側）に向カゝつて凹面の曲率半径を正とし、入射 側に向力つて凸面の曲率半径を負としている。第 3結像光学系 G3では、レチクル側 に向力つて凹面の曲率半径を正とし、レチクル側に向力つて凸面の曲率半径を負と している。なお、表（1)における表記は、以降の表（2)においても同様である。 纖 O εζ- 90sAV
5 〔〕
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C 622701〇 〇 3. Χ = =1ά 60面
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(1) Yi/Fb = 0. 117
る。図 6を参照すると、第 2実施例にかかる投影光学系 PLにおいて第 1結像光学系 G 1は、レチクル側から順に、平行平面板 P1と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカ スレンズ L11と、レチクル側に凸面を向けた正メ-スカスレンズ L12と、ウェハ側に非 球面を向けた正レンズ L13と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L14と、 レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L15と、レチクル側に凹面を向けた負メ ニスカスレンズ L16と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレンズ L 17と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L18と、ウェハ側に非球面形状 の凸面を向けた両凸レンズ 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 L110とにより構成されて!、る。
[0064] また、第 2結像光学系 G2は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側） 力も順に、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L21と、レチク ル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L22と、レチクル側に凹面を向けた凹面反射 鏡 CMとから構成されている。また、第 3結像光学系 G3は、レチクル側から順に、レチ クル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L31と、両凸レンズ L32と、両凸レンズ L33 と、ウェハ側に非球面を向けた正レンズ L34と、レチクル側に非球面形状の凹面を向 けた両凹レンズ L35と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L3 6と、両凸レンズ L37と、レチクル側に非球面を向けたレンズ L38と、レチクル側に非 球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L39と、両凸レンズ L310と、両凸レンズ L311と、両凸レンズ L312と、開口絞り ASと、ウェハ側に非球面形状の凹面を向け た正メ-スカスレンズ L313と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ-スカスレ ンズ L314と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L315 (境界レンズ Lb)と、平行平 面板 Lpとにより構成されている。
[0065] 第 2実施例では、第 1実施例と同様に、境界レンズ Lbと平行平面板 Lpとの間の光 路および平行平面板 Lpとウェハ Wとの間の光路に、使用光 (露光光)である ArFェキ シマレーザ光（波長え = 193. 306nm)に対して 1. 64の屈折率を有する液体 Lmが 満たされている。この種の液体 Lmとして、グリセノール（CH [OH]CH[OH]CH [O
2 2
H])やヘプタン (C H )等を用いることができる。ただし、第 2実施例では、第 1実施
7 16
例とは異なり、境界レンズ Lbとしての平凸レンズ L315および平行平面板 Lpが使用 光に対して 2. 1の屈折率を有する酸ィ匕マグネシウム (MgO)により形成され、第 1結 像光学系 G1中の平行平面板 P1が使用光に対して 2. 7の屈折率を有する酸化カル シゥム（CaO)により形成され、その他の光透過部材は使用光に対して 1. 5603261 の屈折率を有する石英（SiO )により形成されている。次の表（2)に、第 2実施例にか
2
力る投影光学系 PLの諸元の値を掲げる。
表（2)
(主要諸元）
= 193. 306nm
β = 1/4
ΝΑ= 1. 5
B= 15. 4mm
A= 3mm
LX= 26mm
LY= 5mm
(光学部材諸元）
面番号 r d n 光学部材
(レチクル面） 61.488045
1 oo 8.000000 2.7 (P1)
2 oo 3.000000
3 343.72875 22.736495 1.5603261 (L11)
4 11320.51072 27.609647
5 315.84611 22.906622 1.5603261 (L12)
6 519.35674 152.758756
7 166.25201 67.148030 1.5603261 (L13)
8* -100000.00000 1.803406
9 122.90686 56.899748 1.5603261 (L14)
10 176.71063 72.456273
11 -112.24882 57.183077 1.5603261 (L15) δοεζοτοΐ- 6ε
(εει) ΐ92εο93·ΐ 88692"ZSS- 8ε
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3688^0^9- οο εε 00 8 S ε
(Ι2Ί) Ϊ92ε093·ΐ 00000S ΐ 96TS2"S9Z τε ΐ68098·0 οε Ϊ92ε093·ΐ 696ε·8οε 6Ζ
(PVO) εε 9ε'99ΐ sz
06 οζ'εε- S696S"80S ιζ
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(Ι2Ί) Ϊ92ε093·ΐ 00000S ΐ- *fZ (環） ΖΖ
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(01 Π) Ϊ92ε093·ΐ i6iw ε 0nS9"922 \Z
L lLZ'L£Zl- *02
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(9Π) Ϊ92ε093·ΐ 0 60ΐ- ετ
66I 69 WLLl- z\ z OAV
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〇〇126l〇 C2. Cx =
212l〇 C 9〇 22668l〇 3. Cx x = =1∞l
K〇 = 77310 C2.〇X =
〇〇〇^l 9110 C3.〇 xX =
C
88102. 19 CX =
K〇 = 91
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Ο
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0=
91
9ε- 0IX9SII6 '2= D
κ =0
C =1.36637X10—8 C =—6.02782X10— 13
4 6
C =1.47586X10— 17 C =—4.85443 X 10— 22
8 10
C =— 7.16685X10—27 C =6.60114 X 10— 32
12 14
C =3.92846X10— 35
16
60面
K =0
C =-2.75070X10—8 C =1.72882X10— 12
4 6
C =-8.71586X10— 17 C =3.77295X10— 22
8 10
C =3.87257X10—26 C = 1.18131 X 10— 29
12 14
C =— 1.40804X10— 33 C =6.18364 X 10— 38
16 18
C =— 1.06817X10—42
20
62面
K =0
C =— 1.29877X10—7 C =— 1.63482X10— 11
4 6
C =5.14480X10— 16 C =— 2.06381 X 10— 19
8 10
C =1.18222X10—24 C =— 7.07065 X 10— 29
12 14
C =-1.26067 X10"30 C =2.97954 X 10— 34
16 18
C =— 2.90634X10— 38
20
(条件式対応値）
Yi=15.4mm
Fb = 130.222mm
(l)Yi/Fb = 0.118
図 7は、第 2実施例における横収差を示す図である。収差図において、 Yは像高を 示している。図 7の収差図から明らかなように、第 2実施例においても第 1実施例と同 様に、非常に大きな像側開口数 (NA=1.5)および比較的大きな実効露光領域 ER (26mm X 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 一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。 [0068] こうして、各実施例では、波長が 193. 306nmの ArFエキシマレーザ光に対して、 1. 5の高い像側開口数を確保するとともに、 26mm X 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 X 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。
[0069] また、各実施例では、境界レンズ Lbとゥヱハ Wとの間の光路中に平行平面板 Lpが 揷脱自在に配置されている。したがって、液体 Lm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とゥヱハ Wとの間に交換可能に介在する 平行平面板 (一般にはほぼ無屈折力の光学部材) Lpの作用により、汚染された液体 Lm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。
[0070] なお、第 1実施例では酸ィ匕カルシウムにより平行平面板 Lpを形成し、第 2実施例で は酸ィ匕マグネシウムにより平行平面板 Lp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、蛍石 (CaF )や石英などの適当な光学材料を用いて平行平面板 Lpを
2
形成することもできる。ただし、高い像側開口数を達成するためには、当該像側開口 数よりも高い屈折率を有する光学材料により平行平面板 Lpを形成することが好まし い。また、投影光学系を構成する光学部材の大口径ィ匕を避けるためには、隣接する 液体 Lmよりも高い屈折率を有する光学材料により平行平面板 Lpを形成することが 好ましい。
[0071] また、第 1実施例では、立方晶系に属する結晶材料である酸ィ匕マグネシウムを用い て境界レンズ Lbを形成し、同じく立方晶系に属する結晶材料である酸ィ匕カルシウム を用いて平行平面板 Lpを形成している。そして、境界レンズ Lbを形成する酸化マグ ネシゥムの固有複屈折を、平行平面板 Lpを形成する酸化カルシウムの固有複屈折 で相殺して、その影響を低減している。一方、第 2実施例では、酸ィ匕マグネシウムを 用いて境界レンズ Lbおよび平行平面板 Lpを形成し、酸ィ匕カルシウムを用いて平行 平面板 P1を形成している。そして、境界レンズ Lbおよび平行平面板 Lpを形成する 酸化マグネシウムの固有複屈折を、平行平面板 P1を形成する酸化カルシウムの固 有複屈折で相殺して、その影響を低減している。
[0072] 一般に、液浸型の投影光学系では、境界レンズを立方晶系に属する結晶（たとえ ば酸ィ匕マグネシウムまたは酸ィ匕カルシウム)で形成し、境界レンズを形成する結晶の 固有複屈折を、立方晶系に属する結晶（たとえば酸ィ匕カルシウムまたは酸ィ匕マグネ シゥム)で形成された結晶光学素子 (境界レンズとは異なる光透過部材)の固有複屈 折で相殺して、その影響を低減することができる。この場合、いわゆるクロッキングの 手法により、結晶光学素子は第 1結晶軸が投影光学系の光軸にほぼ一致するように 設定され、境界レンズは第 2結晶軸が投影光学系の光軸にほぼ一致するように設定 され、第 1結晶軸とは異なる結晶光学素子の結晶軸の方位と、第 2結晶軸とは異なる 境界レンズの結晶軸の方位とは、立方晶系に属する結晶が有する固有複屈折の影 響を低減するように設定されることが好ま U、。
[0073] ここで、酸ィ匕カルシウムおよび酸ィ匕マグネシウムは、蛍石と同様に等軸晶系（立方 晶系）の結晶材料であり、蛍石の場合と同様のクロッキング手法により固有複屈折の 影響をキャンセルすることができる。以下、蛍石の場合のクロッキング手法について簡 単に説明する。第 1のクロッキング手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸 [11 1] (または該結晶軸 [111]と光学的に等価な結晶軸)とを一致させ、且つ光軸を中 心として一対の蛍石レンズを約 60度だけ相対的に回転させる。
[0074] 第 2のクロッキング手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸 [100] (または該 結晶軸 [100]と光学的に等価な結晶軸)とを一致させ、且つ光軸を中心として一対 の蛍石レンズを約 45度だけ相対的に回転させる。第 3のクロッキング手法では、一対 の蛍石レンズの光軸と結晶軸 [110] (または該結晶軸 [110]と光学的に等価な結晶 軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約 90度だけ相対的に 回転させる。なお、一対の蛍石レンズの結晶軸の方位関係を適宜設定することにより 蛍石の固有複屈折の影響を低減する手法の詳細については、たとえば国際公開第 WO2003Z007045号（または米国特許公開 US2003Z0053036A号）公報など を参照することができる。
[0075] また、境界レンズの光軸方向の厚みと結晶光学素子の光軸方向の厚みとは、立方 晶系に属する結晶が有する固有複屈折の影響を低減するように設定されて！ヽること が好ましい。これは、前述したように、たとえば酸ィ匕カルシウムと酸ィ匕マグネシウムとで は、固有複屈折の符号および絶対量が異なるので、酸ィ匕カルシウムと酸ィ匕マグネシ ゥムとを組み合わせて固有複屈折の影響を相殺効果により補正するには、酸ィ匕カル シゥム力 なる光学素子の厚みおよび酸ィ匕マグネシウム力 なる光学素子の厚みを、 酸ィ匕カルシウムが有する固有複屈折の値の逆数および酸ィ匕マグネシウムが有する固 有複屈折の値の逆数にそれぞれほぼ比例するように定めることが好ましいからである
[0076] ところで、上述の各実施例では、反射屈折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ぐ屈折型の投影光学系に対しても本発明を適 用することができる。ただし、各実施例に示すように少なくとも 1つの凹面反射鏡を備 えた反射屈折型の投影光学系では、たとえば凹面反射鏡の作用により、色収差を良 好に補正するとともに、ペッツバール条件を容易に満足して像面湾曲を良好に補正 することができ、し力も光学系の小型化が可能である。
[0077] なお、上述の各実施例のように 3つの結像光学系からなる投影光学系では、次の 条件式 (3)を満足することが好ましい。条件式 (3)において、 MAは投影光学系全体 の結像倍率であり、 M3は第 3結像光学系 G3の結像倍率である。
0. 5< I M3/MA I < 1 (3)
[0078] 条件式 (3)を満足すると、第 1平面反射鏡 Mlおよび第 2平面反射鏡 M2の反射膜 に入射する光線の角度範囲が小さく抑えられ、ひいては反射前後の位相変化に起 因する結像性能の低下を小さく抑えることができる。
[0079] 具体的に、第 1実施例では、投影光学系全体の結像倍率 MAが 1Z4であり、第 3 結像光学系 G3の結像倍率 M3が 0. 204であり、条件式（3)を満足している。一方、 第 2実施例では、投影光学系全体の結像倍率 MAが 1Z4であり、第 3結像光学系 G 3の結像倍率 M3が 0. 212であり、条件式（3)を満足している。
[0080] 次に、本発明の露光装置の第 2実施形態について図面を参照しながら説明する。
図 8は本発明の第 2実施形態に係る露光装置 EXを示す概略構成図である。図 8〖こ おいて、露光装置 EXは、マスク Mを支持して移動可能なマスクステージ MSTと、基 板 Pを保持する基板ホルダ PHを有し、基板ホルダ PHに基板 Pを保持して移動可能 な基板ステージ PST1と、露光処理に関する計測を行う計測器を保持し、基板ステー ジ PST1とは独立して移動可能な計測ステージ PST2と、マスクステージ MSTに支 持されているマスク Mを露光光 ELで照明する照明光学系 ILと、露光光 ELで照明さ れたマスク Mのパターンの像を基板ステージ PST1に支持されて 、る基板 Pに投影 露光する投影光学系 PLと、露光装置 EX全体の動作を統括制御する制御装置 CO NTとを備えている。制御装置 CONTには、露光処理に関する情報を表示する表示 装置 DYが接続されている。
[0081] 本実施形態の露光装置 EXは、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとと もに焦点深度を実質的に広くするために液浸法を適用した液浸露光装置であって、 投影光学系 PLを構成する複数の光学素子 LS1〜LS7のうち、投影光学系 PLの像 面に最も近い第 1光学素子 LS 1の下面 T1と基板 Pとの間を第 1液体 LQ 1で満たして 第 1液浸領域 LR1を形成する第 1液浸機構 1を備えている。第 1液浸機構 1は、第 1 光学素子 LSIの下面 T1と基板 Pとの間に第 1液体 LQ1を供給する第 1液体供給機 構 10と、第 1液体供給機構 10で供給された第 1液体 LQ1を回収する第 1液体回収 機構 20とを備えている。第 1液浸機構 1の動作は制御装置 CONTにより制御される。
[0082] また、投影光学系 PLの像面側近傍、具体的には投影光学系 PLの像面側端部の 光学素子 LSIの近傍には、第 1液浸機構 1の一部を構成するノズル部材 70が配置さ れている。ノズル部材 70は、基板 P (基板ステージ PST)の上方において投影光学系 PLの先端部の周りを囲むように設けられた環状部材である。
[0083] また、露光装置 EXは、第 1光学素子 LSIと、第 1光学素子 LSIに次いで投影光学 系 PLの像面に近い第 2光学素子 LS2との間を第 2液体 LQ2で満たして第 2液浸領 域 LR2を形成する第 2液浸機構 2を備えている。第 2光学素子 LS2は第 1光学素子 L S1の上方に配置されており、第 1光学素子 LSIの上面 T2は、第 2光学素子 LS2の 下面 T3と対向するように配置されている。第 2液浸機構 2は、第 1光学素子 LSIと第 2光学素子 LS2との間に第 2液体 LQ2を供給する第 2液体供給機構 30と、第 2液体 供給機構 30で供給された第 2液体 LQ2を回収する第 2液体回収機構 40とを備えて V、る。第 2液浸機構 2の動作は制御装置 CONTにより制御される。
[0084] 本実施形態における露光装置 EXは、第 1液浸領域 LR1を基板 P上の一部に局所 的に形成する局所液浸方式を採用している。また、露光装置 EXは、第 2液浸領域 L R2も、第 1光学素子 LSIの上面 T2の一部に局所的に形成する。露光装置 EXは、 少なくともマスク Mのパターン像を基板 P上に転写している間、第 1液浸機構 1を使つ て、第 1光学素子 LSIとその像面側に配置された基板 Pとの間に第 1液体 LQ1を満 たして第 1液浸領域 LR1を形成するとともに、第 2液浸機構 2を使って、第 1光学素子 LSIと第 2光学素子 LS2との間に第 2液体 LQ2を満たして第 2液浸領域 LR2を形成 する。
[0085] また、計測ステージ PST2には、第 1液浸領域 LR1及び第 2液浸領域 LR2のそれ ぞれの状態を観察可能な観察装置 60が設けられて 、る。観察装置 60は計測ステー ジ PST2の内部に設けられて!/、る。
[0086] 本実施形態では、露光装置 EXとしてマスク Mと基板 Pとを走査方向における互 、 に異なる向き (逆方向）に同期移動しつつマスク Mに形成されたパターンを基板 Pに 露光する走査型露光装置 (所謂スキャニングステツパ）を使用する場合を例にして説 明する。以下の説明において、水平面内においてマスク Mと基板 Pとの同期移動方 向（走査方向）を X軸方向、水平面内において X軸方向と直交する方向を Y軸方向（ 非走査方向）、 X軸及び Y軸方向に垂直で投影光学系 PLの光軸 AXと一致する方向 を Z軸方向とする。また、 X軸、 Y軸、及び Z軸まわりの回転 (傾斜)方向をそれぞれ、 0 X、 Θ Y,及び Θ Z方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウェハ上にレジス トを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形 成されたレチクルを含む。
[0087] 照明光学系 ILは、露光光 ELを射出する露光用光源、露光用光源から射出された 露光光 ELの照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレ 一タカ の露光光 ELを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、及び露光光 EL によるマスク M上の照明領域を設定する視野絞り等を有して 、る。マスク M上の所定 の照明領域は照明光学系 ILにより均一な照度分布の露光光 ELで照明される。露光 用光源力 射出される露光光 ELとしては、例えば水銀ランプ力 射出される紫外域 の輝線 (g線、 h線、 i線)及び KrFエキシマレーザ光 (波長 248nm)等の遠紫外光 (D UV光）や、 ArFエキシマレーザ光（波長 193nm)及び Fレーザ光（波長 157nm)等
2
の真空紫外光 (VUV光)などが用いられる。本実施形態にぉ 、ては ArFエキシマレ 一ザ光が用いられる。
[0088] 本実施形態においては、第 1液体供給機構 10から供給される第 1液体 LQ1、及び 第 2液体供給機構 30から供給される第 2液体 LQ2として、屈折率が高い液体、たと えば屈折率が 1. 6以上の液体が用いられる。本実施形態においては、第 1液体 LQ 1と第 2液体 LQ2とは同一の液体である。このような高屈折率液体として、たとえばグ リセロール（CH [OH]CH[OH]CH [OH])やヘプタン（C H )等を用いることがで
2 2 7 16
きる。また、 H+, Cs— , K+、 CI", SO 2—, PO 2を入れた水、アルミニウム酸化物の微粒
4 4
子を混ぜた水、イソプロパノール、へキサン、デカンなどを用いることもできる。
[0089] マスクステージ MSTは、マスク Mを保持して移動可能であって、投影光学系 PLの 光軸 AXに垂直な平面内、すなわち XY平面内で 2次元移動可能及び θ Z方向に微 小回転可能である。マスクステージ MSTはリニアモータ等を含んで構成されるマスク ステージ駆動機構 MSTDにより駆動される。マスクステージ駆動機構 MSTDは制御 装置 CONTにより制御される。マスクステージ MST上には移動鏡 52が設けられて!/ヽ る。また、移動鏡 52に対向する位置にはレーザ干渉計 53が設けられている。マスク ステージ MST上のマスク Mの 2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計 53に よりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置 CONTに出力される。制御装置 C ONTはレーザ干渉計 53の計測結果に基づいてマスクステージ駆動機構 MSTDを 駆動することでマスクステージ MSTに支持されているマスク Mの位置決めを行う。
[0090] 投影光学系 PLは、マスク Mのパターンを所定の投影倍率 13で基板 Pに投影露光 するものであって、基板 P側の先端部に設けられた第 1光学素子 LSIを含む複数の 光学素子 LS1〜LS7で構成されており、これら複数の光学素子 LS1〜LS7は鏡筒 P Kで支持されている。本実施形態において、投影光学系 PLは、投影倍率 j8が例え ば 1Z4、 1/5,あるいは 1Z8の縮小系である。なお、投影光学系 PLは等倍系及び 拡大系のいずれでもよい。照明光学系 ILより射出された露光光 ELは、投影光学系 P Lに物体面側より入射し、複数の光学素子 LS7〜LS1を通過した後、投影光学系 P Lの像面側より射出され、基板 P上に到達する。具体的には、露光光 ELは、複数の 光学素子 LS7〜LS3のそれぞれを通過した後、第 2光学素子 LS2の上面 T4の所定 領域を通過し、下面 T3の所定領域を通過した後、第 2液浸領域 LR2に入射する。第 2液浸領域 LR2を通過した露光光 ELは、第 1光学素子 LS 1の上面 T2の所定領域を 通過した後、下面 T1の所定領域を通過し、第 1液浸領域 LR1に入射した後、基板 P 上に到達する。
[0091] 本実施形態においては、第 1光学素子 LSIは露光光 ELを透過可能な無屈折力の 平行平面板であって、第 1光学素子 LSIの下面 T1と上面 T2とはほぼ平行である。 一方、第 2光学素子 LS2は屈折力（レンズ作用）を有している。なお、第 1光学素子 L S1が屈折力（レンズ作用）を有していてもよい。
[0092] 基板ステージ PST1は、基板 Pを保持する基板ホルダ PHを有しており、投影光学 系 PLの像面側において、ベース BP上で移動可能に設けられている。基板ステージ PSTは基板ステージ駆動機構 PSTD1により駆動される。基板ステージ駆動機構 PS TD1は制御装置 CONTにより制御される。基板ステージ駆動機構 PSTD1は、例え ばリニアモータやボイスコイルモータ等を含んで構成されており、基板ステージ PST1 を X軸、 Y軸、及び Z軸方向、 0 X、 0 Y、及び 0 Z方向のそれぞれに移動可能である 。したがって、基板ステージ PST1は、基板ホルダ PHに保持されている基板 Pを X軸 、Y軸、及び Z軸方向、 0 Χ、 0 Υ、及び 0 Ζ方向のそれぞれに移動可能である。
[0093] 基板ステージ PST1の側面には移動鏡 54が設けられている。また、移動鏡 54に対 向する位置にはレーザ干渉計 55が設けられている。基板ステージ PST1上の基板 Ρ の 2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計 55によりリアルタイムで計測され、 計測結果は制御装置 CONTに出力される。制御装置 CONTはレーザ干渉計 55の 計測結果に基づいて、レーザ干渉計 55で規定される 2次元座標系内で、基板ステー ジ駆動機構 PSTD1を介して基板ステージ PST1を駆動することで基板ステージ PS T1に支持されている基板 Ρの X軸方向及び Υ軸方向における位置決めを行う。
[0094] また、露光装置 ΕΧは、例えば特開平 8— 37149号公報に開示されているような、 基板 Ρ表面の面位置情報を検出する斜入射方式のフォーカス検出系を有して!/、る。 フォーカス検出系は、投影光学系 PLの像面に対する基板 Ρ表面の Ζ軸方向におけ る位置 (フォーカス位置）を検出する。また、基板 Pの表面における複数の各点での 各フォーカス位置を求めることにより、フォーカス検出系は基板 Pの傾斜方向の姿勢 を求めることもできる。制御装置 CONTは、フォーカス検出系の検出結果に基づいて 、基板ステージ駆動機構 PSTD1を介して基板ステージ PST1を駆動し、基板 Pの Z 軸方向における位置（フォーカス位置)及び、 0 X、 0 Y方向における位置を制御し て、基板 Pの表面 (露光面）をオートフォーカス方式及びオートレべリング方式で投影 光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面に合わせ込む。
[0095] なお、フォーカス検出系は液浸領域 LR1の外側で液体 LQ1を介さずに基板 Pの表 面位置を検出するものであってもよ 、し、液体 LQ1を介して基板 Pの表面位置を検 出するものとの併用であってよい。
[0096] 基板ステージ PST1上には凹部 50が設けられており、基板ホルダ PHは凹部 50に 配置されている。そして、基板ステージ PST1上のうち凹部 50以外の上面 51は、基 板ホルダ PHに保持された基板 Pの表面とほぼ同じ高さ（面一）になるような平坦面と なっている。基板ステージ PST1の上面 51は第 1液体 LQ1に対して撥液性を有して いる。基板 Pの周囲に基板 P表面とほぼ面一の上面 51を設けたので、基板 Pの表面 の周縁領域を液浸露光するときにお 、ても、投影光学系 PLの像面側に第 1液体 LQ 1を保持して第 1液浸領域 LR1を良好に形成することができる。
[0097] 計測ステージ PST2は、露光処理に関する計測を行う各種計測器を搭載しており、 投影光学系 PLの像面側において、ベース BP上で移動可能に設けられている。計測 ステージ PST2は計測ステージ駆動機構 PSTD2により駆動される。計測ステージ駆 動機構 PSTD2は制御装置 CONTにより制御される。そして、制御装置 CONTは、 ステージ駆動機構 PSTD1、 PSTD2のそれぞれを介して、基板ステージ PST1及び 計測ステージ PST2のそれぞれをベース BP上で互いに独立して移動可能である。 計測ステージ駆動機構 PSTD2は基板ステージ駆動機構 PSTD1と同等の構成を有 し、計測ステージ PST2は、計測ステージ駆動機構 PSTD2によって、基板ステージ PST1と同様に、 X軸、 Y軸、及び Z軸方向、 0 X、 0 Y、及び 0 Z方向のそれぞれに 移動可能である。また、計測ステージ PST2の側面には、レーザ干渉計 57用の移動 鏡 56が設けられている。計測ステージ PST2の 2次元方向の位置、及び回転角はレ 一ザ干渉計 57によりリアルタイムで計測され、制御装置 CONTはレーザ干渉計 57の 計測結果に基づ 、て、計測ステージ PST2の位置を制御する。
[0098] 投影光学系 PLの像面側に配置されて 、る計測ステージ PST2上には開口部 64K が形成されており、その開口部 64Kには透明部材 64が配置されている。透明部材 6 4は例えばガラス板によって構成されている。透明部材 64の上面 65は平坦面である 。また、計測ステージ PST2上のうち開口部 64K以外の上面 58も平坦面である。そし て、計測ステージ PST2の上面 58と、開口部 64Kに配置された透明部材 64の上面 6 5とはほぼ同じ高さ（面一）になるように設けられており、計測ステージ PST2の上面 5 8は透明部材 64の上面 65を含んだ構成となっている。なお、計測ステージ PST2の 上面 58や透明部材 64の上面 65は液体 LQに対して撥液性であることが望ましい。
[0099] また、透明部材 64の上面 65を含む計測ステージ PST2の上面 58は、基板 Pの表 面を含む基板ステージ PST1の上面 51に並んだ位置に設けられており、基板ステー ジ PST1の上面 51と計測ステージ PST2の上面 58とは、ほぼ同じ高さ位置となるよう に設けられている。
[0100] 計測ステージ PST2には、開口部 64Kに接続する内部空間 66が形成されている。
そして、計測ステージ PST2の内部空間 66には観察装置 60が配置されている。観察 装置 60は、透明部材 64の下側に配置された光学系 61と、 CCD等によって構成され ている撮像素子 63とを備えている。撮像素子 63は、液体 (LQ1、 LQ2)や光学素子（ LS1、LS2)などの光学像 (画像)を透明部材 64及び光学系 61を介して取得可能で ある。撮像素子 63は取得した画像を電気信号に変換し、その信号 (画像情報)を制 御装置 CONTに出力する。また、観察装置 60は、光学系 61の焦点位置を調整可能 な調整機構 62を有している。また、観察装置 60は、第 1液浸領域 LR1及び第 2液浸 領域 LR2の全体を観察可能な視野を有して 、る。
[0101] なお、観察装置 60の全部が計測ステージ PST2の内部に配置されていてもよいが 、例えば光学系 61を構成する複数の光学素子のうち一部の光学素子や撮像素子 6 3等が計測ステージ PST2の外側に配置されていてもよい。また、調整機構 62が省 略された構成であってもよ 、。
[0102] なお、液浸法において開口数を上げるためには、屈折率が高い液体、例えば屈折 率が 1. 6以上の液体を用いることが考えられる。この場合、投影光学系 PLの大きさ（ 径)を抑えるために、投影光学系の一部のレンズ (特に像面に近いレンズ)を高屈折 率の材料で形成することが望ましい。例えば、投影光学系 PL中の光学素子のうち第 2液体 LQ2に接する第 2光学素子 LS2を、 CaO (酸ィ匕カルシウム)及び MgO (酸ィ匕 マグネシウム）のうち少なくとも一方の材料で形成することのが好ましい。こうすること により、実現可能なサイズのもとで、高い開口数を実現することができる。たとえば Ar Fエキシマレーザ (波長 193nm)を用いた場合にも、 1. 5程度、あるいはそれ以上の 高い開口数を実現することが可能となる。
[0103] 上述の第 2実施形態では、最も像面側 (基板 P側）に配置される第 1光学素子 LSI が屈折力を有しない平行平面板の形態であるが、この第 1光学素子 LSIが屈折力を 有する場合には、この最も像面側に配置される第 1光学素子 LS 1を CaO及び MgO のうち少なくとも一方の材料で形成することが好ましい。
[0104] すなわち、像面側に形成された液浸領域の液体を介して基板上に物体の像を投影 する投影光学系が、最も像面側に配置されて CaO (酸ィ匕カルシウム)及び MgO (酸 化マグネシウム)のうち少なくとも一方の材料で形成された第 1光学素子を備えること が好ましい。また、像面側に形成された液浸領域の液体を介して基板上に物体の像 を投影する投影光学系が、最も像面側に配置された第 1光学素子と、第 1光学素子 の物体側に隣接して配置された第 2光学素子とを備え、第 1光学素子と第 2光学素子 との少なくとも一方力 CaO (酸化カルシウム）及び MgO (酸化マグネシウム）のうち 少なくとも一方の材料で形成されることが好ましい。例えば、第 1光学素子 LSI及び 第 2光学素子 LS 2の一方を CaO (酸ィ匕カルシウム）で形成し、他方を MgO (酸化マグ ネシゥム)で形成することができる。
[0105] なお、第 1光学素子 LSIが屈折力を有する場合、第 1光学素子 LSIと第 2光学素 子 LS2との間の光路空間は第 2液体 LQ2で満たさなくてもよい。
[0106] また、 CaO (酸ィ匕カルシウム)及び MgO (酸化マグネシウム）は露光光 ELの波長（ 例えば 193nm)において固有複屈折を有するが、固有複屈折の符号は CaO (酸ィ匕 カルシウム）と MgO (酸ィ匕マグネシウム）とで互いに逆向きである。従って、投影光学 系の像面側（基板 P側）に近い光学素子のうちの 1つを CaO又は MgOで形成した場 合、当該光学素子の近傍の光学素子を MgO又は CaOで形成して、これらの光学素 子の光軸方向の厚みを固有複屈折の影響を低減させるように定めることが好ま 、。 ここで、これらの光学素子の結晶方向がそろっていることが好ましい。また、 CaOで形 成された光学素子と MgOで形成された光学素子とが隣り合っていなくてもよい。
[0107] 例えば第 2光学素子 LS2を MgO (又は CaO)で形成し、且つ第 3光学素子 LS3を CaO (又は MgO)で形成した場合を考えると、これらの第 2光学素子 LS2の光軸方 向の厚みと第 3光学素子 LS3の光軸方向の厚みとを、 CaO及び MgOが有する固有 複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定めることが好ましい。上述の場合、最も像 面側 (基板 P側）の第 1光学素子 LSIを石英ガラスで形成することができる。
[0108] また、第 1光学素子 LSIが屈折力を有している場合には、第 1光学素子 LSIを Mg 0 (又は CaO)で形成し、且つ第 2光学素子 LS2を CaO (又は MgO)で形成し、第 1 光学素子 LSIの光軸方向の厚みと第 2光学素子 LS2の光軸方向の厚みとを、 CaO 及び MgOが有する固有複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定めるようにしても よい。
[0109] さて、 CaO (酸ィ匕カルシウム)で光学素子を形成する場合には、当該光学素子の光 学面上に MgO (酸ィ匕マグネシウム）を含む反射防止コートを形成することが好ましい 。また、 MgO (酸ィ匕マグネシウム)で光学素子を形成する場合には、当該光学素子の 光学面上に CaO (酸ィ匕カルシウム）を含む反射防止コートを形成することが好ま ヽ
[0110] また、上述の第 1実施形態および第 2実施形態において、 CaO (酸ィ匕カルシウム） に別の材料を添加した結晶材料や、 MgO (酸ィ匕マグネシウム）に別の材料を添カロし た結晶材料を用いてもよい。また、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、 あるいはこれらを主成分とする結晶材料を用いてもよい。上述の第 1実施形態および 第 2実施形態では、酸ィ匕物結晶材料として、 CaO (酸ィ匕カルシウム)や、 MgO (酸ィ匕 マグネシウム）を用いている力 水晶（SiO結晶）やサファイア（αアルミナ結晶）を用
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いてもよい。
[0111] 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 ΝΑが 0. 9 〜1. 3になることもある。このように投影光学系の開口数 ΝΑ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!/、るランダム偏光光では偏光効果によって結像性 能が悪ィ匕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 チクル）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 (ΤΕ偏光成 分)、すなわち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。投影光学系 PLと基板 P表面に塗布されたレジストとの間が 液体で満たされて ヽる場合、投影光学系 PLと基板 P表面に塗布されたレジストとの 間が空気 (気体)で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与する S偏 光成分 (TE偏光成分)の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光 学系の開口数 NAが 1. 0を越えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。
[0112] また、位相シフトマスクゃ特開平 6— 188169号公報に開示されているようなライン ノターンの長手方向に合わせた斜入射照明法 (特にダイボール照明法)等を適宜組 み合わせると更に効果的である。特に、直線偏光照明法とダイボール照明法との組 み合わせは、ライン 'アンド'スペースパターンの周期方向が所定の一方向に限られ て 、る場合や、所定の一方向に沿ってホールパターンが密集して 、る場合に有効で ある。例えば、透過率 6%のハーフトーン型の位相シフトマスク（ノヽーフピッチ 45nm 程度のパターン)を、直線偏光照明法とダイボール照明法とを併用して照明する場合 、照明系の瞳面においてダイボールを形成する二光束の外接円で規定される照明 σを 0. 95、その瞳面における各光束の半径を 0. 125 σ、投影光学系 PLの開口数 を NA= 1. 2とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度 (DOF)を 150nm程 度増カロさせることができる。
[0113] また、直線偏光照明と小 σ照明法 (照明系の開口数 NAiと投影光学系の開口数 Ν Apとの比を示す σ値が 0. 4以下となる照明法）との組み合わせも有効である。
[0114] また、例えば ArFエキシマレーザを露光光とし、 1Z4程度の縮小倍率の投影光学 系 PLを使って、微細なライン ·アンド'スペースパターン（例えば 25〜50nm程度のラ イン 'アンド'スペース）を基板 P上に露光するような場合、マスク Mの構造 (例えばパ ターンの微細度やクロムの厚み）によっては、 Wave guide効果によりマスク Mが偏光 板として作用し、コントラストを低下させる P偏光成分 (TM偏光成分)の回折光より S 偏光成分 (TE偏光成分)の回折光が多くマスク M力も射出されるようになる。この場 合、上述の直線偏光照明を用いることが望ましいが、ランダム偏光光でマスク Mを照 明しても、投影光学系 PLの開口数 NAが 0. 9〜1. 3のように大きい場合でも高い解 像性能を得ることができる。
[0115] また、マスク M上の極微細なライン 'アンド'スペースパターンを基板 P上に露光する ような場合、 Wire Grid効果により P偏光成分 (TM偏光成分）が S偏光成分 (TE偏光 成分)よりも大きくなる可能性もあるが、例えば ArFエキシマレーザを露光光とし、 1/ 4程度の縮小倍率の投影光学系 PLを使って、 25nmより大きいライン 'アンド'スぺー スパターンを基板 P上に露光するような場合には、 S偏光成分 (TE偏光成分)の回折 光が P偏光成分 (TM偏光成分)の回折光よりも多くマスク M力 射出されるので、投 影光学系 PLの開口数 NAが 0. 9〜1. 3のように大きい場合でも高い解像性能を得 ることがでさる。
[0116] 更に、マスク（レチクル)のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明（S 偏光照明）だけでなぐ特開平 6— 53120号公報に開示されているように、光軸を中 心とした円の接線 (周）方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合 わせも効果的である。特に、マスク（レチクル)のパターンが所定の一方向に延びるラ インパターンだけでなぐ複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在 (周期方 向が異なるライン 'アンド'スペースパターンが混在)する場合には、同じく特開平 6— 53120号公報に開示されて 、るように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光 する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数 NA が大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。例えば、透過率 6%のハーフト ーン型の位相シフトマスク（ノヽーフピッチ 63nm程度のパターン）を、光軸を中心とし た円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法 (輪帯比 3Z4)とを併用し て照明する場合、照明 σを 0. 95、投影光学系 PLの開口数を ΝΑ= 1. 00とすると、 ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度 (DOF)を 250nm程度増加させることがで き、ハーフピッチ 55nm程度のパターンで投影光学系の開口数 NA= 1. 2では、焦 点深度を lOOnm程度増カロさせることができる。
[0117] 更に、上述の各種照明法に加えて、例えば特開平 4— 277612号公報ゃ特開 200 1— 345245号公報に開示されている累進焦点露光法や、多波長（例えば二波長） の露光光を用いて累進焦点露光法と同様の効果を得る多波長露光法を適用するこ とも有効である。
[0118] 本実施形態では、投影光学系 PLの先端に光学素子が取り付けられており、このレ ンズにより投影光学系 PLの光学特性、例えば収差 (球面収差、コマ収差等)の調整 を行うことができる。なお、投影光学系 PLの先端に取り付ける光学素子としては、投 影光学系 PLの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光 光 ELを透過可能な平行平面板であってもよ ヽ。
[0119] なお、液体 LQの流れによって生じる投影光学系 PLの先端の光学素子と基板 Pと の間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなぐその圧 力によって光学素子が動かな 、ように堅固に固定してもよ 、。
[0120] なお、本実施形態では、投影光学系 PLと基板 P表面との間は液体 LQで満たされ ている構成であるが、例えば基板 Pの表面に平行平面板力もなるカバーガラスを取り 付けた状態で液体 LQを満たす構成であってもよ ヽ。
[0121] なお、上記第 2実施形態の基板 Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウェハ のみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミック ウェハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版 (合成石英、シリ コンウェハ）等が適用される。
[0122] 露光装置 EXとしては、マスク Mと基板 Pとを同期移動してマスク Mのパターンを走 查露光するステップ ·アンド'スキャン方式の走査型露光装置 (スキャニングステツパ） の他に、マスク Mと基板 Pとを静止した状態でマスク Mのパターンを一括露光し、基 板 Pを順次ステップ移動させるステップ ·アンド ·リピート方式の投影露光装置 (ステツ ノ ）にも適用することができる。
[0123] また、露光装置 EXとしては、第 1パターンと基板 Pとをほぼ静止した状態で第 1バタ ーンの縮小像を投影光学系 (例えば 1Z8縮小倍率で反射素子を含まな 、屈折型投 影光学系）を用 、て基板 P上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この 場合、更にその後に、第 2パターンと基板 Pとをほぼ静止した状態で第 2パターンの 縮小像をその投影光学系を用いて、第 1パターンと部分的に重ねて基板 P上に一括 露光するスティツチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、ステイッチ方式の露 光装置としては、基板 P上で少なくとも 2つのパターンを部分的に重ねて転写し、基 板 Pを順次移動させるステップ 'アンド'ステイッチ方式の露光装置にも適用できる。
[0124] また、本発明は、特開平 10— 163099号公報、特開平 10— 214783号公報、特表 2000— 505958号公報などに開示されているツインステージ型の露光装置にも適 用できる。ツインステージ型の露光装置の場合は、基板を保持する二つの基板ステ ージのそれぞれに観察装置 60の少なくとも一部を設けてもよいし、一方の基板ステ ージのみに観察装置 60の少なくとも一部を設けることもできる。
[0125] また、上述の実施形態においては、計測ステージと基板ステージとを備えた露光装 置に本発明を適用した場合について説明した力 計測ステージを備えずに、一つの 基板ステージのみを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。
[0126] また、上述の実施形態においては、投影光学系 PLと基板 Pとの間に局所的に液体 を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平 6— 124873号公報に開示 されて ヽるような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸 露光装置にも適用可能である。
[0127] 露光装置 EXの種類としては、基板 Pに半導体素子パターンを露光する半導体素 子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の 露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子 (CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを 製造するための露光装置などにも広く適用できる。
[0128] 以上のように、第 2実施形態の露光装置 EXは、本願特許請求の範囲に挙げられた 各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的 精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、 この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調 整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系につい ては電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステム力 露光装置 への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接 続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステム力 露光装置への組 み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない 。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ 、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およ びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
[0129] 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 9のフロー チャートを参照して説明する。
[0130] 先ず、図 9のステップ 301において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次の ステップ 302において、その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布され る。その後、ステップ 303において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパ ターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順 次露光転写される。その後、ステップ 304において、その 1ロットのウェハ上のフォトレ ジストの現像が行われた後、ステップ 305において、その 1ロットのウェハ上でレジスト パターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する 回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
[0131] 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ィ匕膜を形成後、そのシリコンの酸ィ匕膜上にレジストを 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
[0132] また、本実施形態の露光装置では、プレート (ガラス基板)上に所定のパターン（回 路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶 表示素子を得ることもできる。以下、図 10のフローチャートを参照して、このときの手 法の一例につき説明する。図 10において、パターン形成工程 401では、本実施形態 の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板 (レジストが塗布されたガラス基 板等）に転写露光する、所謂光リソグラフ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一形 成工程 402へ移行する。
[0133] 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。
[0134] 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。
[0135] 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 これに限定 されることなく、たとえば F 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。
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さらに、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に対して本発 明を適用することもできる。
符号の説明
[0136] Lb 境界レンズ
Lp 平行平面板
Lm 液体（浸液）
G1 第 1結像光学系
G2 第 2結像光学系 G3 第 3結像光学系
CM 凹面反射鏡
Ml, M2 平面反射鏡
Li 各レンズ成分
100 光源
IL 照明光学系
R レチクノレ
RS レチクノレステージ
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面の縮小像を第 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、前記投影光学系と前記 第 2面との間の光路は 1. 5よりも大きい屈折率を有する液体で満たされることが可能 であって、
前記投影光学系は、前記第 1面側が前記気体と接し且つ前記第 2面側が前記液体 と接することが可能な境界レンズを備え、
前記境界レンズは、正の屈折力を有し、 1. 8よりも大きい屈折率を有する光学材料 により形成されて!ヽることを特徴とする投影光学系。
[2] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高を Yiとするとき、
0. 11く YiZFbく 0. 15
の条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の投影光学系。
[3] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高を Yiとするとき、
0. 115く YiZFbく 0. 15
の条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の投影光学系。
[4] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高を Yiとするとき、
0. 115く YiZFbく 0. 14
の条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の投影光学系。
[5] 前記境界レンズは、酸ィ匕マグネシウムにより形成されていることを特徴とする請求項 1 乃至 4の 、ずれか 1項に記載の投影光学系。
[6] 前記投影光学系は、酸ィ匕カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材を 有することを特徴とする請求項 5に記載の投影光学系。
[7] 光線の進行経路に沿って前記第 1面力 順に第 1番目の光透過部材から第 3番目の 光透過部材は、前記酸ィ匕カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材を 含むことを特徴とする請求項 6に記載の投影光学系。
[8] 前記境界レンズは、酸ィ匕カルシウムにより形成されていることを特徴とする請求項 1乃 至 4の 、ずれか 1項に記載の投影光学系。
[9] 前記投影光学系は、酸ィ匕マグネシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材 を有することを特徴とする請求項 8に記載の投影光学系。
[10] 光線の進行経路に沿って前記第 2面力 順に第 1番目の光透過部材から第 3番目の 光透過部材は、酸ィ匕マグネシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材と、酸 化カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材とを含み、
前記酸ィ匕マグネシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材の中心厚の和 を TMとし、前記酸ィ匕カルシウムにより形成された少なくとも 1つの光透過部材の中心 厚の和を TCとするとき、
0. 05<TC/TM< 0. 43
の条件を満足することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項に記載の投影光 学系。
[11] 前記酸ィ匕マグネシウムにより形成された 1つの光透過部材と前記酸ィ匕カルシウムによ り形成された 1つの光透過部材とは接合レンズを構成していることを特徴とする請求 項 10に記載の投影光学系。
[12] 前記境界レンズは、 Mg Ca 0 (0. 8<x< 0. 9)で表される結晶材料により形成さ
1
れていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項に記載の投影光学系。
[13] 前記境界レンズと前記第 2面との間の光路中に配置されて、ほぼ無屈折力を有する 光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項 1乃至 12のいずれか 1項に記載 の投影光学系。
[14] 前記ほぼ無屈折力の光学部材は、隣接する液体よりも高い屈折率を有していること を特徴とする請求項 13に記載の投影光学系。
[15] 前記ほぼ無屈折力の光学部材は、酸ィ匕カルシウム、酸化マグネシウム、蛍石、または 石英により形成されていることを特徴とする請求項 13または 14に記載の投影光学系
[16] 立方晶系に属する結晶で形成された結晶光学素子をさらに備え、前記境界レンズは 立方晶系に属する結晶で形成され、
前記結晶光学素子は、第 1結晶軸が前記投影光学系の光軸にほぼ一致するように 設定され、
前記境界レンズは、第 2結晶軸が前記投影光学系の光軸にほぼ一致するように設 定され、
前記第 1結晶軸とは異なる前記結晶光学素子の結晶軸の方位と、前記第 2結晶軸 とは異なる前記境界レンズの結晶軸の方位とは、前記立方晶系に属する結晶が有す る固有複屈折の影響を低減するように設定されて ヽることを特徴とする請求項 1乃至 15のいずれか 1項に記載の投影光学系。
[17] 前記境界レンズは酸ィ匕マグネシウムまたは酸ィ匕カルシウムにより形成され、
前記結晶光学素子は酸ィ匕カルシウムまたは酸ィ匕マグネシウムにより形成されている ことを特徴とする請求項 16に記載の投影光学系。
[18] 前記境界レンズの光軸方向の厚みと前記結晶光学素子の光軸方向の厚みとは、前 記立方晶系に属する結晶が有する固有複屈折の影響を低減するように設定されて いることを特徴とする請求項 16または 17に記載の投影光学系。
[19] 前記投影光学系は、少なくとも 1つの凹面反射鏡を備えていることを特徴とする請求 項 1乃至 18のいずれか 1項に記載の投影光学系。
[20] 前記投影光学系は、
前記第 1面力 の光に基づいて第 1中間像を形成するための屈折型の第 1結像光 学系と、
前記少なくとも 1つの凹面反射鏡を含み、前記第 1中間像力 の光に基づいて第 2 中間像を形成するための第 2結像光学系と、
前記第 2中間像からの光に基づいて前記縮小像を前記第 2面上に形成するための 屈折型の第 3結像光学系と、
前記第 1結像光学系と前記第 2結像光学系との間の光路中に配置された第 1偏向 鏡と、
前記第 2結像光学系と前記第 3結像光学系との間の光路中に配置された第 2偏向 鏡とを備えていることを特徴とする請求項 19に記載の投影光学系。
[21] 前記投影光学系全体の結像倍率を MAとし、前記第 3結像光学系の結像倍率を M3 とするとさ、
0. 5< I M3/MA I < 1
の条件を満足することを特徴とする請求項 20に記載の投影光学系。
[22] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置されて、 CaO及び MgOのうち少なくとも一方の材料で形成され た第 1光学素子を備えることを特徴とする投影光学系。
[23] 前記投影光学系は、前記第 1光学素子の前記物体側に隣接して配置されて、 CaO 及び MgOのうち少なくとも一方の材料で形成された第 2光学素子をさらに備えること を特徴とする請求項 22に記載の投影光学系。
[24] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置され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] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は、 CaO及び MgOのうち 少なくとも一方の材料で形成されることを特徴とする投影光学系。
[26] 前記投影光学系の前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は CaO で形成され、該 CaOで形成される光学素子には、 MgOを含むコートが設けられるこ とを特徴とする請求項 23乃至 25のいずれか 1項に記載の投影光学系。
[27] 前記投影光学系の前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は MgO で形成され、該 MgOで形成される光学素子には、 CaOを含むコートが設けられるこ とを特徴とする請求項 23乃至 26のいずれか 1項に記載の投影光学系。
[28] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 25乃至 27のいずれか 1項に記 載の投影光学系。
[29] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子は CaO又は MgOで形成され、
前記第 2光学素子は MgO又は CaOで形成されることを特徴とする投影光学系。
[30] 前記第 1光学素子の光軸方向の厚みと前記第 2光学素子の光軸方向の厚みとは、 前記 CaO及び前記 MgOが有する固有複屈折の影響を低減させるように定められて いることを特徴とする請求項 29に記載の投影光学系。
[31] 前記第 1光学素子の光軸方向の厚みと前記第 2光学素子の光軸方向の厚みとは、 前記 CaO及び前記 MgOが有する固有複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定 められていることを特徴とする請求項 30に記載の投影光学系。
[32] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 29乃至 31のいずれか 1項に記 載の投影光学系。
[33] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子と、該第 2光学素子の前記物体側に隣接して配置された 第 3光学素子とを備え、
前記第 1〜第 3光学素子は、 CaOで形成される光学素子と、 MgOで形成される光 学素子と、石英ガラスで形成される光学素子とであって、
前記 CaOで形成される光学素子の光軸方向の厚みと前記 MgOで形成される光学 素子の光軸方向の厚みとは、前記 CaO及び前記 MgOが有する固有複屈折の影響 を低減させるように定められて ヽることを特徴とする投影光学系。
[34] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 33に記載の投影光学系。
[35] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
CaOで形成される光学素子を備え、
該 CaOで形成される光学素子には、 MgOを含むコートが設けられることを特徴とす る投影光学系。
[36] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 35に記載の投影光学系。
[37] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
MgOで形成される光学素子を備え、 該 MgOで形成される光学素子には、 CaOを含むコートが設けられることを特徴とす る投影光学系。
[38] 前記 MgOで形成される光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸 領域の液体に接することが可能に配置されることを特徴とする請求項 37に記載の投 影光学系。
[39] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置されて、 CaO、 CaOを含む結晶材料、 MgO及び MgOを含む結 晶材料カゝらなる結晶材料群のうち少なくとも 1つの材料で形成された第 1光学素子を 備えることを特徴とする投影光学系。
[40] 前記投影光学系は、前記第 1光学素子の前記物体側に隣接して配置されて、 MgO 及び MgOを含む結晶材料カゝらなる結晶材料群のうち少なくとも 1つの材料で形成さ れた第 2光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項 39に記載の投影光学系。
[41] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 39または 40に記載の投影光学 系。
[42] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は、 CaO及び CaOを含 む結晶材料からなる第 1結晶材料群、及び MgO及び MgOを含む結晶材料からなる 第 2結晶材料群のうち少なくとも一方の結晶材料群カゝら選択された材料で形成される ことを特徴とする投影光学系。
[43] 前記投影光学系の前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は前記 第 1結晶材料群から選択された第 1材料で形成され、前記第 1結晶材料群から選択 された前記第 1材料で形成される光学素子には、前記第 2結晶材料群から選択され た第 2材料を含むコートが設けられることを特徴とする請求項 42に記載の投影光学 系。
[44] 前記投影光学系の前記第 1光学素子と前記第 2光学素子との少なくとも一方は前記 第 2結晶材料群から選択された前記第 2材料で形成され、前記第 2結晶材料群から 選択された第 2材料で形成される光学素子には、前記第 1結晶材料群から選択され た前記第 1材料を含むコートが設けられることを特徴とする請求項 42または 43に記 載の投影光学系。
[45] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 42乃至 44のいずれか 1項に記 載の投影光学系。
[46] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子とを備え、
前記第 1光学素子は、 CaO及び CaOを含む結晶材料からなる第 1結晶材料群から 選択された第 1材料、又は MgO及び MgOを含む結晶材料カゝらなる第 2結晶材料群 から選択された第 2材料で形成され、
前記第 2光学素子は前記第 2結晶材料群から選択された第 2材料又は前記第 1結 晶材料群から選択された第 1材料で形成されることを特徴とする投影光学系。
[47] 前記第 1光学素子の光軸方向の厚みと前記第 2光学素子の光軸方向の厚みとは、 前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料及び前記第 2結晶材料群から選択 された前記第 2材料が有する固有複屈折の影響を低減させるように定められて ヽるこ とを特徴とする請求項 46に記載の投影光学系。
[48] 前記第 1光学素子の光軸方向の厚みと前記第 2光学素子の光軸方向の厚みとは、 前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料及び前記第 2結晶材料群から選択 された前記第 2材料が有する固有複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定められ ていることを特徴とする請求項 47に記載の投影光学系。
[49] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 46乃至 48のいずれか 1項に記 載の投影光学系。
[50] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
最も像面側に配置された第 1光学素子と、該第 1光学素子の前記物体側に隣接し て配置された第 2光学素子と、該第 2光学素子の前記物体側に隣接して配置された 第 3光学素子とを備え、
前記第 1〜第 3光学素子は、 CaO及び CaOを含む結晶材料からなる第 1結晶材料 群から選択された第 1材料で形成される光学素子と、 MgO及び MgOを含む結晶材 料からなる第 2結晶材料群から選択された第 2材料で形成される光学素子と、石英ガ ラスで形成される光学素子とであって、
前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料で形成される光学素子の光軸方 向の厚みと前記第 2結晶材料群から選択された前記第 2材料で形成される光学素子 の光軸方向の厚みとは、前記第 1結晶材料群から選択された前記第 1材料及び前記 第 2結晶材料群カゝら選択された前記第 2材料が有する固有複屈折の影響を低減させ るように定められて 、ることを特徴とする投影光学系。
[51] 前記第 1光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体に接 することが可能に配置されることを特徴とする請求項 50に記載の投影光学系。
[52] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
CaO及び CaOを含む結晶材料カゝらなる第 1結晶材料群カゝら選択された第 1材料で 形成される光学素子を備え、
該第 1材料で形成される光学素子には、 MgO及び MgOを含む結晶材料からなる 第 2結晶材料群カゝら選択された第 2材料を含むコートが設けられることを特徴とする 投影光学系。
[53] 前記投影光学系中の最も像面側の光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成さ れた液浸領域の液体に接することが可能に配置されることを特徴とする請求項 52に 記載の投影光学系。
[54] 基板上に物体の像を投影する投影光学系にお ヽて、
MgO及び MgOを含む結晶材料カゝらなる第 2結晶材料群カゝら選択された第 2材料 で形成される光学素子を備え、
該第 2材料で形成される光学素子には、 CaO及び CaOを含む結晶材料カゝらなる第 1結晶材料群カゝら選択された第 1材料を含むコートが設けられることを特徴とする投 影光学系。
[55] 前記投影光学系中の最も像面側の光学素子は、前記投影光学系の像面側に形成さ れた液浸領域の液体に接することが可能に配置されることを特徴とする請求項 54〖こ 記載の投影光学系。
[56] 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気体の屈折率を 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. 5よりも大きい屈折率を有する液体で満たされることが可能 であって、
前記結像光学系は、前記第 1面側が前記気体と接し且つ前記第 2面側が前記液体 と接することが可能な境界レンズを備え、
前記境界レンズは、正の屈折力を有し、 1. 7よりも大きい屈折率を有する光学材料 により形成されて 、ることを特徴とする結像光学系。
[57] 前記境界レンズは、立方晶系の酸化物結晶材料により形成されることを特徴とする請 求項 56に記載の結像光学系。
[58] 前記酸化物結晶材料は、 CaO、 CaOを含む結晶材料、 MgO、及び MgOを含む結 晶材料力もなる結晶材料群力も選択されることを特徴とする請求項 57に記載の結像 光学系。
[59] 前記境界レンズは、結晶方位く 100 >が光軸とほぼ平行になるように配置されること を特徴とする請求項 57または 58に記載の結像光学系。
[60] 前記境界レンズは、結晶方位く 111 >が光軸とほぼ平行になるように配置されること を特徴とする請求項 57または 58に記載の結像光学系。
[61] 前記第 2面側の開口数 NAは 1. 3を超えることを特徴とする請求項 56乃至 60のいず れか 1項に記載の結像光学系。
[62] 前記第 1面の縮小像を前記第 2面上に形成することを特徴とする請求項 56乃至 61 の！、ずれか 1項に記載の結像光学系。
[63] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高または最大物高 を Yiとするとき、
0. 11く YiZFbく 0. 15
の条件を満足することを特徴とする請求項 56乃至 62のいずれ力 1項に記載の結像 光学系。
[64] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高または最大物高 を Yiとするとき、
0. 115く YiZFbく 0. 15
の条件を満足することを特徴とする請求項 56乃至 62のいずれ力 1項に記載の結像 光学系。
[65] 前記境界レンズの焦点距離を Fbとし、前記第 2面における最大像高または最大物高 を Yiとするとき、
0. 115く YiZFbく 0. 14
の条件を満足することを特徴とする請求項 56乃至 62のいずれ力 1項に記載の結像 光学系。
[66] 前記結像光学系は、
前記第 1面と前記第 2面との間に配置される屈折型の第 1結像光学系と、 少なくとも 1つの凹面反射鏡を含み、前記第 1結像光学系と前記第 2面との間に配 置される第 2結像光学系と、
前記第 2結像光学系と前記第 2面との間に配置される屈折型の第 3結像光学系とを 備え、
前記第 1結像光学系と前記第 2結像光学系との間の光路中、および前記第 2結像 光学系と前記第 3結像光学系との間の光路中には、それぞれ中間像が形成されるこ とを特徴とする請求項 56乃至 65のいずれか 1項に記載の結像光学系。
[67] 前記結像光学系全体の結像倍率を MAとし、前記第 3結像光学系の結像倍率を M3 とするとさ、
0. 5< I M3/MA I < 1
の条件を満足することを特徴とする請求項 66に記載の結像光学系。
[68] 前記第 1結像光学系と前記第 2結像光学系との間の光路中に配置された第 1偏向鏡 と、
前記第 2結像光学系と前記第 3結像光学系との間の光路中に配置された第 2偏向 鏡とを備えていることを特徴とする請求項 66または 67に記載の結像光学系。
[69] 前記それぞれの中間像は、前記第 1偏向鏡の前記凹面反射鏡側の光路と、前記第 2 偏向鏡の前記凹面反射鏡側の光路とに形成されることを特徴とする請求項 68に記 載の結像光学系。
[70] 前記液体は、使用波長において 1. 6以上の屈折率を有することを特徴とする請求項 1乃至 21、請求項 24、請求項 26乃至 28、請求項 32、請求項 34、請求項 36、請求 項 38、請求項 41、請求項 45、請求項 49、請求項 51、請求項 53、および請求項 55 乃至 69の!、ずれか 1項に記載の光学系。
[71] 前記投影光学系は、像面側に形成された液浸領域の液体を介して基板上に物体の 像を投影することを特徴とする請求項 1乃至 55のいずれか 1項に記載の投影光学系
[72] 請求項 1乃至 55のいずれか 1項に記載の投影光学系を備え、前記投影光学系の像 面側に形成された液浸領域の液体を介して前記基板を露光することを特徴とする露 光装置。
[73] 請求項 1乃至 55のいずれか 1項に記載の投影光学系を用いて、前記投影光学系の 像面側に形成された液浸領域の液体を介して前記基板を露光することを特徴とする 露光方法。
[74] 請求項 72に記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
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