JP2011049571A - 反射屈折投影光学系、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射屈折投影光学系を構成する光学部材を大型化することなく、大きな開口数を有する液浸法を用いた反射屈折投影光学系に関する。
【解決手段】第１面Ｒ１の像を第２面上に形成する当該反射屈折投影光学系ＰＬ１は、少なくとも６つのミラーＭ１〜Ｍ６を含み、前記第１面Ｒ１の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、前記第２中間像を前記第２面上にリレーする第２結像光学系Ｇ２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体素子などを製造するフォトリソグラフ工程でマスクパターンを感光性基板上に転写するために用いられる液浸法を用いた反射屈折投影光学系、該反射屈折投影光学系を用いた露光装置及び露光方法に関するものである。

半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。

近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基板の製造では、微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像力の高い投影光学系が要求されてきている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化し、且つ投影光学系の開口数を大きくしなければならない。しかしながら、露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐えることができる光学ガラスの種類は限られてくる。例えば、波長が１８０ｎｍ以下になると、実用上使用できる硝材は蛍石だけとなる。

また、大きな開口数を有する投影光学系を屈折光学部材（レンズ、平行平面板等）のみで構成しようとした場合、ペッツバール条件を満足させようとすると、投影光学系を構成する屈折光学部材の大型化、即ち投影光学系の大型化を回避することができない。そこで、反射光学部材のみで、又は、屈折光学部材と反射光学部材とを組み合わせて構成される投影光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、露光光の短波長化に伴い、所望の結像性能を確保しつつ露光に十分な光量を確保することができる透過率を有する硝材は限定されていることから、投影光学系の下面とウエハ表面との間を水又は有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上させる液浸型の露光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ＷＯ ０２／４４７８６号公報 特開平１０−３０３１１４号公報 特開平６−１２４８７３号公報 特開平１０−３０３１１４号公報 特開平１０−１６３０９９号公報 特開平１０−２１４７８３号公報 特表２０００−５０５９５８号公報 特開平６−１８８１６９号公報

しかしながら、上述の反射光学部材のみで構成される投影光学系及び屈折光学部材と反射光学部材とを組み合わせて構成される投影光学系は、開口数を大きくした場合に、反射光学部材に入射する光束と反射光学部材により反射される光束の光路分離が困難となり、反射光学部材の大型化、即ち投影光学系の大型化を回避することができない。

また、製造の簡易化及び光学部材の相互調整の簡易化を図るためには、反射屈折投影光学系を単一光軸で構成することが望ましいが、この場合においても、開口数を大きくした場合には、反射光学部材に入射する光束と反射光学部材により反射される光束の光路分離が困難となり、投影光学系が大型化する。

この発明の課題は、反射屈折投影光学系を構成する光学部材を大型化することなく、大きな開口数を有する液浸法を用いた反射屈折投影光学系、該反射屈折投影光学系を用いた露光装置及び露光方法を提供することである。

請求項１記載の反射屈折投影光学系は、第１面の像を第２面上に形成する反射屈折投影光学系において、少なくとも６つのミラーを含み、前記第１面の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系と、前記第２中間像を前記第２面上にリレーする第２結像光学系とを備えることを特徴とする。

この請求項１記載の反射屈折投影光学系によれば、少なくとも６つのミラーが含まれているため、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、反射屈折投影光学系の全長を長くすることなく、第１中間像及び第２中間像を形成することができ、かつ露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

また、請求項２記載の反射屈折投影光学系は、前記第１結像光学系に含まれる前記少なくとも６つのミラーのうち、前記第１面から射出される光が第２番目に入射するミラーと、前記第１面から射出される光が第４番目に入射するミラーとの間に、前記第１中間像が形成されることを特徴とする。

この請求項２記載の反射屈折投影光学系は、第１面から射出される光が第２番目に入射するミラーと、第１面から射出される光が第４番目に入射するミラーとの間に、第１中間像が形成される。従って、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができ、かつ露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

また、請求項３記載の反射屈折投影光学系は、前記第１結像光学系が透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備え、前記少なくとも６つのミラーは、前記フィールドレンズ群を通過した光を連続して反射するように配置されることを特徴とする。

この請求項３記載の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系が透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備えているため、このフィールドレンズ群によりディストーションなどの補正を行うことができ、また第１面側をテレセントリックにすることができる。また、少なくとも６つのミラーの間の光路中にレンズが配置されないため、各ミラーを保持するための領域を確保することができ、かつ各ミラーの保持を容易に行なうことができる。また、光が各ミラーにより連続して反射されるため、各ミラーを調整することにより、容易にペッツバール条件を満足させることができる。

また、請求項４記載の反射屈折投影光学系は、前記第１結像光学系が透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備え、前記少なくとも６つのミラーのうち、前記第１面から射出される光が第１番目に入射するミラーと、前記第１面から射出される光が第６番目に入射するミラーとの間に、少なくとも１つの負レンズを備えることを特徴とする。

この請求項４記載の反射屈折投影光学系によれば、第１結像光学系が透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備えているため、第１面側をテレセントリックにすることができる。また、第１面から射出される光が第１番目に入射するミラーと、第６番目に入射するミラーとの間に、少なくとも１つの負レンズを備えているため、この負レンズを調整することにより、色収差の補正を容易に行なうことができ、かつペッツバール条件を満足するように容易に調整することができる。

また、請求項５記載の反射屈折投影光学系は、前記第２結像光学系を構成する光学素子が、全て透過型光学素子であり、前記第２面上に前記第１面の縮小像を形成することを特徴とする。

この請求項５記載の反射屈折投影光学系によれば、第２結像光学系を構成する光学素子が全て透過型光学素子であることから光路分離の負荷を伴わない。従って、反射屈折投影光学系の像側の開口数を大きくすることができ、高縮小倍率の縮小像を第２面上に形成することができる。また、コマ収差や球面収差の補正を容易に行なうことができる。

また、請求項６記載の反射屈折投影光学系は、前記第２結像光学系が第１結像光学系から射出される光が通過する順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えることを特徴とする。

この請求項６記載の反射屈折投影光学系によれば、第２結像光学系を構成する正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第４レンズ群とが、ペッツバール条件を満足するために有利に機能する。また、反射屈折投影光学系の全長の大型化を回避することができる。

また、請求項７記載の反射屈折投影光学系は、前記少なくとも６つのミラーの中の前記第１面から射出される光が該反射屈折投影光学系の光軸から最も離れた位置に配置されるミラーが凹面形状のミラーであり、前記開口絞りは、前記凹面形状のミラーと前記第２面との間に配置され、前記凹面形状のミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、
０．２＜ Ｍ／Ｌ ＜ ０．７
の条件を満足することを特徴とする。

この請求項７記載の反射屈折投影光学系によれば、Ｍ／Ｌが０．２より大きいことから、反射屈折投影光学系の光軸から最も離れた位置に配置される凹面形状のミラーと、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ／Ｌが０．７より小さいことから、反射屈折投影光学系の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。

また、請求項８記載の反射屈折投影光学系は、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群が少なくとも１つの非球面レンズを有することを特徴とする。

この請求項８記載の反射屈折投影光学系によれば、第２レンズ群及び第４レンズ群を構成する光学素子の少なくとも１つが非球面状のレンズを有するため、収差補正を容易に行なうことができ、かつ反射屈折投影光学系の全長の大型化を回避することができる。従って、物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

また、請求項９記載の反射屈折投影光学系は、前記反射屈折投影光学系に含まれるレンズのうち最も前記第２面側に位置するレンズの前記第１面側のレンズ面は正の屈折力を有し、該最も前記第２面側に位置するレンズと前記第２面との間の光路中に、前記反射屈折投影光学系中の雰囲気の屈折率を１とするとき、１．１よりも大きな屈折率を持つ媒質を介在させることを特徴とする。

この請求項９記載の反射屈折投影光学系によれば、反射屈折投影光学系の最も第２面側に位置するレンズと第２面との間の光路中に１．１よりも大きな屈折率を有する媒質を介在させていることから、媒質中での露光光の波長が、媒質の屈折率をｎとしたとき空気中の１／ｎ倍になるため、解像度を向上させることができる。

また、請求項１０記載の反射屈折投影光学系は、前記反射屈折投影光学系に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸が、実質的に単一直線上に配置され、前記反射屈折投影光学系により前記第２面上に形成される像の領域は、前記光軸を含まない軸外領域であることを特徴とする。

この請求項１０記載の反射屈折投影光学系によれば、反射屈折投影光学系に含まれる全ての光学素子の光軸が実質的に単一直線上に配置されているため、反射屈折投影光学系を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学部材の相対的な調整を容易に行なうことができる。

また、請求項１１記載の反射屈折投影光学系は、前記反射屈折投影光学系が前記第１面の中間像である前記第１中間像と、前記第１中間像の像である前記第２中間像とを前記第１面と前記第２面との間の光路中に形成する３回結像光学系であることを特徴とする。

この請求項１１記載の反射屈折投影光学系によれば、３回結像光学系であることから、第１中間像は第１面の倒立像、第２中間像は第１面の正立像、第２面に形成される像は倒立像となる。従って、反射屈折投影光学系を露光装置に搭載し、第１面と第２面とを走査して露光を行なう場合に、第１面の走査方向と第２面の走査方向を逆方向にすることができ、露光装置全体の重心の変化が小さくなるように容易に調整することができる。また、露光装置全体の重心が変化することにより生じる反射屈折投影光学系の振動を軽減することができ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

また、請求項１２記載の露光装置は、請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系と、前記第１面に配置されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、前記反射屈折投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光することを特徴とする。

この請求項１２記載の露光装置によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を備えているため、微細なパターンを感光性基板上に良好に露光することができる。

また、請求項１３記載の露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を用いて、前記第１面に配置された前記マスクのパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴とする。

この請求項１３記載の露光方法によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を含む露光装置により露光を行なうため、微細なパターンを良好に露光することができる。

この発明の反射屈折投影光学系によれば、少なくとも６つのミラーが含まれているため、解像度を高くするために反射屈折投影光学系の物体側及び像側の開口数を大きくした場合においても、反射屈折投影光学系の全長を長くすることなく、第１中間像及び第２中間像を形成することができる。従って、第１面側に向かう光束と第２面側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。また、少なくとも６つのミラー及び負の屈折力を有する第２レンズ群を備えているため、各ミラーまたは第２レンズ群を構成するレンズ等を調整することにより、ペッツバール条件を容易に満足させることができ、かつ収差の補正を容易に行うことができる。

また、この発明の反射屈折投影光学系によれば、３回結像光学系であることから、第１中間像は第１面の倒立像、第２中間像は第１面の正立像、第２面に形成される像は倒立像となる。従って、この発明の反射屈折投影光学系を露光装置に搭載し、第１面と第２面とを走査して露光を行なう場合に、第１面の走査方向と第２面の走査方向を逆方向にすることができ、露光装置全体の重心の変化が小さくなるように容易に調整することができる。また、露光装置全体の重心の変化を軽減することにより、反射屈折投影光学系の振動を軽減することができ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

また、この発明の露光装置によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を備えているため、微細なパターンを感光性基板上に良好に露光することができる。

また、この発明の露光方法によれば、コンパクトかつ開口数が大きい反射屈折投影光学系を含む露光装置により露光を行なうため、微細なパターンを良好に露光することができる。

第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。 第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。 第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。 第４の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。 実施例にかかるウエハ上の露光領域を示す図である。 実施例１にかかる反射屈折投影光学系のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。 実施例２にかかる反射屈折投影光学系のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。 実施例３にかかる反射屈折投影光学系のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。

以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、物体側（即ちレチクルＲ１側）から順に、第１面に位置するレチクルＲ１の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、レチクルＲ１の第２中間像を第２面に位置するウエハ（図示せず）上にリレーする第２結像光学系Ｇ２とから構成されている。

第１結像光学系Ｇ１は、正の屈折力を有するレンズ群（フィールドレンズ群）Ｇ１１、後述する６枚の反射ミラーＭ１〜Ｍ６により構成されている。レンズ群Ｇ１１は、ディストーション等を補正するとともに、レチクルＲ１側をテレセントリックとするために機能する。また、レンズ群Ｇ１１の機能により、レチクルＲ１が光軸ＡＸ１方向に所望の位置からずれて配置された場合においても、レチクルＲ１の像の大きさが変化しないため、反射屈折投影光学系ＰＬ１の性能を高く保つことができる。

また、第２結像光学系Ｇ２は、全て透過型光学素子により構成されており、正の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群）Ｇ２１、負の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｇ２２、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｇ２３、開口絞りＡＳ１、正の屈折力を有するレンズ群（第４レンズ群）Ｇ２４により構成されている。第２結像光学系Ｇ２は、全て透過型光学素子により構成されていることから光路分離の負荷を伴わないため、反射屈折投影光学系ＰＬ１の像側の開口数を大きくすることができ、高縮小倍率の縮小像を第２面に位置するウエハ上に形成することができる。レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４は、ペッツバール条件を満足するために有利に機能する。また、レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２４の構成により、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長の大型化を回避することができる。また、レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２３により、コマ収差等の諸収差の補正を行なうことができる。

ここで、レンズ群Ｇ１１は、物体側（レチクルＲ１側）からの光線が通過する順に、平行平面板Ｌ１、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３、両凸レンズＬ４により構成されている。両凸レンズＬ４を通過した光束は、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた凹面反射ミラーＭ１、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラーＭ２、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ３により反射され、第１中間像を形成する。反射ミラーＭ３により反射された光束は、ウエハ側に凸面を向けた凸面反射ミラーＭ４、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた凹面反射ミラーＭ５、ウエハ側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ６により反射される。

ここで、光束がレンズを介さずに反射ミラーＭ１〜Ｍ６により連続して反射されるため、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６を調整することによりペッツバール条件を容易に満足させることができる。また、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６を保持するための領域を確保することができ、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の保持を容易に行うことができる。また、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６の曲率半径を変更することにより、像面湾曲の補正を容易に行うことができる。また、反射ミラーＭ６により反射された光束は、第２中間像を形成する。

この場合において、光軸ＡＸ１から最も離れた位置に凹面反射ミラーＭ３が配置されており、この凹面反射ミラーＭ３により光束を集光させることができるため、各反射ミラーＭ１〜Ｍ６間にレンズを介在させることなく、光束を反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１から大きく離すことができ、光束の干渉を回避することができる。また、光束が４つの反射ミラーＭ３〜Ｍ６により連続して反射されることにより、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長の大型化を回避することができる。

レンズ群Ｇ２１は、光線が通過する順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ６、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８、物体側に非球面状に形成された凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９により構成されている。また、レンズ群Ｇ２２は、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズＬ１０により構成されている。また、レンズ群Ｇ２３は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された平面を向けた平凸レンズＬ１１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２、両凸レンズＬ１３、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４、両凸レンズＬ１５により構成されている。

また、レンズ群Ｇ２４は、両凸レンズＬ１６、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１７、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ２０により構成されている。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ１は、反射ミラーＭ３と開口絞りＡＳ１との光軸ＡＸ１上における距離をＭ、レチクルＲ１とウエハとの距離をＬとしたとき、０．２＜Ｍ／Ｌ＜０．７の条件を満足するように構成されている。Ｍ／Ｌが下限を超えた場合には、各諸収差、特にコマ収差を補正するために欠くことができないレンズ群Ｇ２１〜Ｇ２３を構成する各レンズＬ５〜Ｌ１５を正確な位置に配置し保持することが困難となる。即ち、Ｍ／Ｌが下限を満足することにより、凹面反射ミラーＭ３と、レンズ群Ｇ２１〜Ｇ２３との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ／Ｌが上限を満足することにより、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。各レンズＬ５〜Ｌ１５をより正確に配置し保持し、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長の大型化を確実に回避するためには、０．２５＜Ｍ／Ｌ＜０．６の条件を満足するように構成されていることが更に好ましい。

また、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、露光装置に用いられる際に、平凸レンズＬ２０とウエハとの間の光路中に、反射屈折投影光学系ＰＬ１中の雰囲気の屈折率を１としたとき、屈折率が約１．４である純水（脱イオン水）を介在させる。従って、純水中での露光光の波長が約０．７１（１／１．４）倍となるため、解像度を向上させることができる。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ１に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸ＡＸ１が、実質的に単一直線上に配置され、反射屈折投影光学系ＰＬ１によりウエハ上に形成される像の領域は、光軸ＡＸ１を含まない軸外領域である。従って、反射屈折投影光学系ＰＬ１を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学素子の相対的な調整を容易に行うことができる。

この第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１によれば、６つの反射ミラーＭ１〜Ｍ６が含まれているため、解像度を高くするために反射屈折投影光学系ＰＬ１のレチクルＲ１側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、反射屈折投影光学系ＰＬ１の全長を長くすることなく、第１中間像及び第２中間像を形成することができる。従って、レチクルＲ１側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。

また、この第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１によれば、第１中間像及び第２中間像を形成する３回結像光学系であることから、第１中間像はレチクルＲ１の倒立像、第２中間像はレチクルＲ１の正立像、ウエハ上に形成される像は倒立像となる。従って、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１を露光装置に搭載し、レチクルＲ１とウエハとを走査して露光を行う場合に、レチクルＲ１の走査方向とウエハの走査方向を逆方向にすることができ、露光装置全体の重心の変化を小さくするように容易に調整することができる。また、露光装置全体の重心が変化することにより生じる反射屈折投影光学系ＰＬ１の振動を軽減することができ、反射屈折投影光学系ＰＬ１で良好な結像性能を得ることができる。

なお、この第１の実施の形態においては、反射ミラーＭ３と反射ミラーＭ４との間に第１中間像が形成されているが、反射ミラーＭ２と反射ミラーＭ４との間の何れかの光路中に第１中間像が形成されればよい。

次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、この発明の第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、物体側（即ちレチクルＲ２側）から順に、第１面に位置するレチクルＲ２の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系Ｇ３と、レチクルＲ２の第２中間像を第２面に位置するウエハ（図示せず）上にリレーする第２結像光学系Ｇ４とから構成されている。

第１結像光学系Ｇ３は、正の屈折力を有するレンズ群（フィールドレンズ群）Ｇ３１、後述するレンズＬ２５及び６枚の反射ミラーＭ１１〜Ｍ１６により構成されている。レンズ群Ｇ３１は、ディストーション等を補正するとともに、レチクルＲ２側をテレセントリックとするために機能する。また、レンズ群Ｇ３１の機能により、レチクルＲ２が光軸方向に所望の位置からずれて配置された場合においても、レチクルＲ２の像の大きさが変化しないため、反射屈折投影光学系ＰＬ２の性能を高く保つことができる。

また、第２結像光学系Ｇ４は、全て透過型光学素子により構成されており、正の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群）Ｇ４１、負の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｇ４２、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｇ４３、開口絞りＡＳ２、正の屈折力を有するレンズ群（第４レンズ群）Ｇ４４により構成されている。第２結像光学系Ｇ４は、全て透過型光学素子により構成されていることから光路分離の負荷を伴わないため、反射屈折投影光学系ＰＬ２の像側の開口数を大きくすることができ、高縮小倍率の縮小像を第２面に位置するウエハ上に形成することができる。レンズ群Ｇ４１〜Ｇ４４は、ペッツバール条件を満足するために有利に機能する。また、レンズ群Ｇ４１〜Ｇ４４の構成により、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長の大型化を回避することができる。また、レンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３により、コマ収差等の諸収差の補正を行なうことができる。

ここで、レンズ群Ｇ３１は、物体側（レチクルＲ２側）からの光線が通過する順に、平行平面板Ｌ２１、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２、両凸レンズＬ２３、両凸レンズＬ２４により構成されている。両凸レンズＬ２４を通過した光束は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ２５を通過し、物体側に非球面状に形成された凹面をむけた凹面反射ミラーＭ１１により反射され、再び負メニスカスレンズＬ２５を通過する。負メニスカスレンズＬ２５を通過した光束は、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラーＭ１２により反射されて、第１中間像を形成する。反射ミラーＭ１２により反射された光束は、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ１３、ウエハ側に凸面を向けた凸面反射ミラーＭ１４、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた凹面反射ミラーＭ１５、ウエハ側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ１６により反射される。ここで、負メニスカスレンズＬ２５を調整することにより、色収差の補正を容易に行うことができ、かつペッツバール条件を容易に満足させることができる。また、各反射ミラーＭ１１〜Ｍ１６の曲率半径を変更することにより、像面湾曲の補正を容易に行うことができる。また、反射ミラーＭ１６により反射された光束は、第２中間像を形成する。

この場合において、光軸ＡＸ２から最も離れた位置に凹面反射ミラーＭ１３が配置されており、この凹面反射ミラーＭ１３により光束を集光させることができるため、４つの反射ミラーＭ１３〜Ｍ１６間にレンズを介在させことなく、光束を反射屈折投影光学系ＰＬ２の光軸ＡＸ２から大きく離すことができ、光束の干渉を回避することができる。また、光束が４つの反射ミラーＭ１３〜Ｍ１６により連続して反射させることにより、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長の大型化を回避することができる。

レンズ群Ｇ４１は、光線が通過する順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２６、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２７、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２８、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２９、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３０により構成されている。

また、レンズ群Ｇ４２は、ウエハ側を非球面状に形成された両凹レンズＬ３１により構成されている。また、レンズ群Ｇ４３は、光線が通過する順に、物体側を非球面状に形成された両凸レンズＬ３２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３３、両凸レンズＬ３４、両凸レンズＬ３５、両凸レンズＬ３６により構成されている。また、レンズ群Ｇ４４は、両凸レンズＬ３７、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３８、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３９、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４０、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ４１により構成されている。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ２は、反射ミラーＭ１３と開口絞りＡＳ２との光軸ＡＸ２上における距離をＭ２、レチクルＲ２とウエハとの距離をＬ２としたとき、０．２＜Ｍ２／Ｌ２＜０．７の条件を満足するように構成されている。Ｍ２／Ｌ２が下限を超えた場合には、各諸収差、特にコマ収差を補正するために欠くことができないレンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３を構成する各レンズＬ２６〜Ｌ３６を正確な位置に配置し保持することが困難となる。即ち、Ｍ２／Ｌ２が下限を満足することにより、凹面反射ミラーＭ１３と、レンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ２／Ｌ２が上限を満足することにより、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。各レンズＬ２６〜Ｌ３６をより正確な位置に配置し保持し、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長の大型化を確実に回避するためには、０．２５＜Ｍ２／Ｌ２＜０．６の条件を満足するように構成されていることが更に好ましい。

また、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、露光装置に用いられる際に、平凸レンズＬ４１とウエハとの間の光路中に、反射屈折投影光学系ＰＬ２中の雰囲気の屈折率を１としたとき、屈折率が約１．４である純水（脱イオン水）を介在させる。従って、純水中での露光光の波長が約０．７１（１／１．４）倍となるため、解像度を向上させることができる。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ２に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸ＡＸ２が、実質的に単一直線上に配置され、反射屈折投影光学系ＰＬ２によりウエハ上に形成される像の領域は、光軸ＡＸ２を含まない軸外領域である。従って、反射屈折投影光学系ＰＬ２を製造する製造難易度を軽減することができ、各光学素子の相対的な調整を容易に行うことができる。

この第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２によれば、６つの反射ミラーＭ１１〜Ｍ１６が含まれているため、解像度を高くするために反射屈折投影光学系ＰＬ２のレチクルＲ２側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、反射屈折投影光学系ＰＬ２の全長を長くすることなく、第１中間像及び第２中間像を形成することができる。従って、レチクルＲ２側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。

また、この第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系によれば、第１中間像及び第２中間像を形成する３回結像光学系であることから、第１中間像はレチクルＲ２の倒立像、第２中間像はレチクルＲ２の正立像、ウエハ上に形成される像は倒立像となる。従って、この反射屈折投影光学系ＰＬ２を露光装置に搭載し、レチクルＲ２とウエハとを走査して露光を行う場合に、レチクルＲ２の走査方向とウエハの走査方向を逆方向にすることができ、露光装置全体の重心の変化が小さくなるように容易に調整することができる。また、露光装置全体の重心が変化することにより生じる反射屈折投影光学系ＰＬ２の振動を軽減することができ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

なお、この第２の実施の形態においては、反射ミラーＭ１２と反射ミラーＭ１３との間に第１中間像が形成されているが、反射ミラーＭ１２と反射ミラーＭ１４との間の何れかの光路中に第１中間像が形成されればよい。

次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、この発明の第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成を示す図である。第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３は、物体側（即ちレチクルＲ３側）から順に、第１面に位置するレチクルＲ３の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系Ｇ５と、レチクルＲ３の第２中間像を第２面に位置するウエハ（図示せず）上にリレーする第２結像光学系Ｇ６とから構成されている。

第１結像光学系Ｇ５は、正の屈折力を有するレンズ群（フィールドレンズ群）Ｇ５１、後述する６枚の反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６により構成されている。レンズ群Ｇ５１は、ディストーション等を補正するとともに、レチクルＲ２側をテレセントリックとするために機能する。また、レンズ群Ｇ５１の機能により、レチクルＲ３が光軸ＡＸ３方向に所望の位置からずれて配置された場合においても、レチクルＲ３の像の大きさが変化しないため、反射屈折投影光学系ＰＬ３の性能を高く保つことができる。

また、第２結像光学系Ｇ６は、全て透過型光学素子により構成されており、正の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群）Ｇ６１、負の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｇ６２、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｇ６３、開口絞りＡＳ３、正の屈折力を有するレンズ群（第４レンズ群）Ｇ６４により構成されている。第２結像光学系Ｇ６は、全て透過型光学素子により構成されていることから光路分離の負荷を伴わないため、反射屈折投影光学系ＰＬ３の像側の開口数を大きくすることができ、高縮小倍率の縮小像を第２面に位置するウエハ上に形成することができる。レンズ群Ｇ６１〜Ｇ６４は、ペッツバール条件を満足するために有利に機能する。また、レンズ群Ｇ６１〜Ｇ６４の構成により、反射屈折投影光学系ＰＬ３の全長の大型化を回避することができる。また、レンズ群Ｇ６１〜Ｇ６３により、コマ収差等の諸収差の補正を行うことができる。

ここで、レンズ群Ｇ５１は、物体側（レチクルＲ３側）からの光線が通過する順に、平行平面板Ｌ５１、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５２、両凸レンズＬ５３、両凸レンズＬ５４により構成されている。両凸レンズＬ５４を通過した光束は、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた凹面反射ミラーＭ２１、ウエハ側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラーＭ２２、物体側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ２３により反射され、第１中間像を形成する。反射ミラーＭ２３により反射された光束は、ウエハ側に凸面を向けた凸面反射ミラーＭ２４、物体側に非球面状に形成された凸面を向けた凸面反射ミラーＭ２５、ウエハ側に凹面を向けた凹面反射ミラーＭ２６により反射される。

ここで、光束がレンズを介さずに反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６により連続して反射されるため、各反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６を調整することによりペッツパール条件を容易に満足させることができる。また、各反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６を保持するための領域を確保することができ、各反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６の曲率半径を変更することにより、像面湾曲の補正を容易に行うことができる。また、反射ミラーＭ２６により反射された光束は、第２中間像を形成する。

この場合において、光軸ＡＸ３から最も離れた位置に凹面反射ミラーＭ２３が配置されており、この凹面反射ミラーＭ２３により光束を集光させることができるため、各反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６間にレンズを介在させることなく、光束を反射屈折投影光学系ＰＬ３の光軸ＡＸ３から大きく離すことができ、光束の干渉を回避することができる。また、光束が４つの反射ミラーＭ２３〜Ｍ２６により連続して反射されることにより、反射屈折投影光学系ＰＬ３の全長の大型化を回避することができる。

レンズ群Ｇ６１は、光線が通過する順に、両凸レンズＬ５５、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５６、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５７、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５８、物体側に非球面形状に形成された凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５９より構成されている。また、レンズ群Ｇ６２は、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズＬ６０により構成されている。また、レンズ群Ｇ６３は、光線が通過する順に、物体側に非球面状に形成された凸面を向けた両凸レンズＬ６１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６２、両凸レンズＬ６３、両凸レンズＬ６４、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ６５により構成されている。

また、レンズ群Ｇ６４は、光線が通過する順に、両凸レンズＬ６６、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６７、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ６８、ウエハ側に非球面状に形成された凹面を向けた正メニスカスレンズＬ６９、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ７０により構成されている。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ３は、反射ミラーＭ２３と開口絞りＡＳ３との光軸ＡＸ３上における距離をＭ３、レチクルＲ３とウエハとの距離をＬ３としたとき、０．２＜Ｍ３／Ｌ３＜０．７の条件を満足するように構成されている。Ｍ３／Ｌ３が下限を超えた場合には、各諸収差、特にコマ収差を補正するために欠くことができないレンズ群Ｇ６１〜Ｇ６３を構成する各レンズＬ５５〜Ｌ６５を正確な位置に配置し保持することが困難となる。即ち、Ｍ３／Ｌ３が下限を満足することにより、凹面反射ミラーＭ２３と、レンズ群Ｇ６１〜Ｇ６３との機械的干渉を回避することができる。また、Ｍ３／Ｌ３が上限を満足することにより、反射屈折投影光学系ＰＬ３の全長の伸長化及び大型化を回避することができる。各レンズＬ５５〜Ｌ７０をより正確な位置に配置し保持し、反射屈折投影光学系ＰＬ３の全長の大型化を確実に回避するためには、０．２５＜Ｍ３／Ｌ３＜０．６の条件を満足するように構成されていることが更に好ましい。

また、この実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３は、露光装置に用いられる際に、平凸レンズＬ７０とウエハとの間の光路中に、反射屈折投影光学系ＰＬ３中の雰囲気の屈折率を１としたとき、屈折率が約１．４である純水（脱イオン水）を介在させる。従って、純水中での露光光の波長が約０．７１（１／１．４）倍となるため、解像度を向上させることができる。

また、反射屈折投影光学系ＰＬ３に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸ＡＸ３が実質的に単一直線上に配置され、反射屈折投影光学系ＰＬ３によりウエハ上に形成される像の領域は、光軸ＡＸ３を含まない軸外領域である。従って、反射屈折投影光学系ＰＬ３を製造する際に製造難易度を軽減することができ、各光学素子の相対的な調整を容易に行うことができる。

この第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３によれば、６つの反射ミラーＭ２１〜Ｍ２６が含まれているため、解像度を高くするために反射屈折投影光学系ＰＬ３のレチクルＲ３側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、反射屈折投影光学系ＰＬ３の全長を長くすることなく、レチクルＲ３側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。

また、この第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３によれば、第１中間像及び第２中間像を形成する３回結像光学系であることから、第１中間像はレチクルＲ３の倒立像、第２中間像はレチクルＲ３の正立像、ウエハ上に形成される像は倒立像となる。従って、この反射屈折投影光学系ＰＬ３を露光装置に搭載し、レチクルＲ３とウエハとを走査して露光を行う場合に、レチクルＲ３の走査方向とウエハの走査方向を逆方向とすることができ、露光装置全体の重心の変化が小さくなるように容易に調整することができる。また、露光装置全体の重心が変化することにより生じる反射屈折投影光学系ＰＬ３の振動を軽減することができ、露光領域内全域で良好な結像性能を得ることができる。

なお、この第３の実施の形態においては、反射ミラーＭ２３と反射ミラーＭ２４との間に第１中間像が形成されているが、反射ミラーＭ２２と反射ミラーＭ２４との間の何れかの光路中に第１中間像が形成されればよい。

また、上述の各実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ３においては、最もウエハ側に位置するレンズとウエハとの間に純水（脱イオン水）を介在させたが、反射屈折投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ３中の雰囲気の屈折率を１としたとき、１．１より大きい屈折率を有する他の媒質を介在させてもよい。

次に、図面を参照して、この発明の第４の実施の形態について説明する。図４は、この発明の第４の実施の形態にかかるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の概略構成を示す図である。また、以下の説明においては、図４中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

この第４の実施の形態にかかる投影露光装置は、図４に示すように、露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光よりなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒに設けられたパターンを照明する。ここで、レチクルＲを照明する照明領域は、照明光学系１の光軸を含まない円弧領域である。従って、レチクルＲを通過する光束が遮蔽領域に遮蔽されることなく、レチクルＲ側に向かう光束とウエハ（感光性基板）Ｗ側に向かう光束の光路分離に好適である。レチクルＲを通過した光は、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２または第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３により構成される投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の露光領域に所定の投影倍率β（例えば、βは１／４，１／５等）で縮小投影露光する。

なお、露光光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）や水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用してもよい。

また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴにはＸ方向、Ｙ方向及び回転方向にレチクルＲを微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルレーザ干渉計（図示せず）によってＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置をリアルタイムに計測され、且つ制御されている。

また、ウエハＷはウエハホルダ（図示せず）を介してＺステージ９上に固定されている。また、Ｚステージ９は、投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１０上に固定されており、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に位置する移動鏡１２を用いたウエハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置をリアルタイムに計測され、且つ制御されている。また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向を制御する。

この投影露光装置に備えられている主制御系１４は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行なう。

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

露光時には、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ１０を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウエハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウエハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。

この投影露光装置においては、露光波長を実質的に短くし、且つ解像度を向上させるために液浸法が適用されている。ここで、液侵法を適用した液浸型の露光装置においては、少なくともレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に転写している間は、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬとの間に所定の媒質７が満たされている。投影光学系ＰＬは、投影光学系ＰＬを構成する石英または蛍石により形成された複数の光学素子を収納する鏡筒３を備えている。この投影光学系ＰＬにおいては、最もウエハＷ側に位置する光学素子４のレチクルＲ側の面は、正の屈折力を有するように構成されている。なお、液体７としては、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水（脱イオン水）が使用されている。

この第４の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に露光光に対して屈折率が約１．４の純水（脱イオン水）を介在させているため、ウエハ側の実効的開口数を１．０以上に高めることができ、解像度を高くすることができる。また、この第４の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２または第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３により構成される投影光学系ＰＬを備えているため、レチクル側及びウエハ側の開口数を大きくした場合においても、投影光学系ＰＬ内においてレチクル側に向かう光束とウエハ側に向かう光束との光路分離を容易かつ確実に行うことができる。従って、露光領域全域で良好な結像性能を得ることができ、微細なパターンを良好に露光することができる。

なお、この第４の実施の形態にかかる投影露光装置においては、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光を用いているため、液浸露光用の液体として純水（脱イオン水）が供給される。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板（ウエハ）Ｗ上のフォトレジストや光学素子（レンズ）等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、ウエハＷの表面及び投影光学系ＰＬの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。

波長が１９３ｎｍ程度の露光光に対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４といわれている。露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、基板上では１／ｎ、即ち約１３４ｎｍに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、即ち約１．４４倍に拡大される。

また、液体としては、露光光に対して屈折率が１．１より大きい他の媒質を使用することも可能である。この場合において、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬやウエハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いるとよい。

また、露光光としてＦ_２レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。

また、この第４の実施の形態においては、投影光学系ＰＬとウエハ（基板）Ｗとの間を局所的に液体で満たす露光装置を採用しているが、上記特許文献３に開示されてい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や、上記特許文献４に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。

また、本発明は、上記特許文献５、上記特許文献６、上記特許文献７等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

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ＰＬの開口数（ＮＡ）が０．９〜１．３になることもある。このように投影光学系ＰＬの開口数（ＮＡ）が大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、レチクル（マスク）Ｒ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、レチクル（マスク）Ｒのパターンからは、Ｓ偏光成分（ラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分）の回折光が多く射出されるようにするとよい。投影光学系ＰＬとウエハＷ表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系ＰＬとウエハＷ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ＰＬの開口数（ＮＡ）が１．０を超えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。また、位相シフトマスクや上記特許文献８に開示されているようなラインパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法（特にダイポール照明法）などを適宜組み合わせるとより効果的である。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系１によってレチクルＲを照明し（照明工程）、この発明の第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２または第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３を用いてレチクルＲに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗ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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのプレート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５のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図５のステップ３０１において、１ロットのプレート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ロットのプレート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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（マスク）Ｒ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのプレート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ロットのプレート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ロットのプレート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、各プレート上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、大きな開口数を有する反射屈折投影光学系を備えた露光装置を用いて露光を行なっているため、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、プレート上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、プレート上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、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６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６において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタ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を形成する。そして、カラーフィルタ形成工程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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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、大きな開口数を有する反射屈折投影光学系を備えた露光装置を用いて露光しているため、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。

実施例１にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成は、図１に示す第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１のレンズ構成と同一であるため、実施例１にかかる反射屈折投影光学系の説明には、第１の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の説明で用いた符号を用いる。

実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の諸元の値を示す。この諸元においては、図７に示すように、Ａは反射屈折投影光学系ＰＬ１を構成する光学素子により露光光が遮光されている部分の反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１を中心とする半径、Ｂは最大像高の反射屈折投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１を中心とする半径、Ｈは実効露光領域のＸ方向に沿った長さ、Ｃは実効露光領域のＹ方向に沿った長さをそれぞれ示している。また、この諸元においては、ＮＡは開口数、ｄは面間隔、ｎは屈折率、λは中心波長をそれぞれ示している。更に、この諸元においては、Ｍは凹面反射ミラーＭ３と不図示のウエハとの光軸ＡＸ１上距離、ＬはレチクルＲ１とウエハとの距離をそれぞれ示している。

また、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の光学部材諸元を表１に示す。表１の光学部材諸元においては、第１カラムの面番号は物体側からの光線進行方向に沿った面の順序、第２カラムは各面の曲率半径（ｍｍ）、第３カラムは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）、第４カラムは光学部材の硝材をそれぞれ示している。

また、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズ及び反射ミラーの非球面係数を表２に示す。表２の非球面係数においては、第１カラムの非球面番号は表１の光学部材諸元における面番号と対応している。第２カラムは各非球面の曲率（１／ｍｍ）、第３カラムは円錐係数ｋと１２次の非球面係数、第４カラムは４次と１４次の非球面係数、第５カラムは６次と１６次の非球面係数、第６カラムは８次と１８次の非球面係数、第７カラムは１０次と２０次の非球面係数をそれぞれ示している。

なお、実施例１において、非球面は、光軸ＡＸ１に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸ＡＸ１に沿った距離（サグ量）をｘとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をｋとし、ｍ次の非球面係数をｃｍとしたとき、以下の数式１で表される。

（諸元）
像側ＮＡ： １．２０
露光エリア：A＝１４ｍｍ B＝１８ｍｍ
H＝ ２６．０ｍｍ C＝４ｍｍ
結像倍率： １／４ 倍
中心波長： １９３．３０６ｎｍ
石英屈折率：１．５６０３２６１
蛍石屈折率：１．５０１４５４８
液体１屈折率：１．４３６６４
石英分散（ｄｎ／ｄλ）： −１．５９１×１０^−６／ｐｍ
蛍石分散（ｄｎ／ｄλ）： −０．９８０×１０^−６／ｐｍ
純水（脱イオン水）分散（ｄｎ／ｄλ）： −２．６×１０^−６／ｐｍ
条件式の対応値 Ｍ＝５２４．４９ｍｍ Ｌ＝１４００ｍｍ

図８は、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。図８において、Ｙは像高を示し、破線は波長１９３．３０６３ｎｍ、実線は波長１９３．３０６０ｎｍ、一点鎖線は波長１９３．３０５７ｎｍにおける横収差をそれぞれ示している。図８の横収差図に示すように、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１は、大きな開口数を有し、かつ大型の光学素子を備えていないにもかかわらず露光領域の全てにおいて、収差がバランス良く補正されている。

実施例２にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成は、図２に示す第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２のレンズ構成と同一であるため、実施例２にかかる反射屈折投影光学系の説明には、第２の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の説明で用いた符号を用いる。

実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の諸元を示す。また、実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２の光学部材諸元を表３に示す。また、実施例２にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズ及び反射ミラーの非球面係数を表４に示す。この諸元、光学部材諸元及び非球面係数においては、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。

（諸元）
像側ＮＡ： １．２０
露光エリア： A＝１３ｍｍ B＝１７ｍｍ
H＝ ２６．０ｍｍ C＝４ｍｍ
結像倍率： １／４ 倍
中心波長： １９３．３０６ｎｍ
石英屈折率：１．５６０３２６１
蛍石屈折率：１．５０１４５４８
液体１屈折率：１．４３６６４
石英分散（ｄｎ／ｄλ）： −１．５９１×１０^−６／ｐｍ
蛍石分散（ｄｎ／ｄλ）： −０．９８０×１０^−６／ｐｍ
純水（脱イオン水）分散（ｄｎ／ｄλ）： −２．６×１０^−６／ｐｍ
条件式の対応値 Ｍ＝４８２．１４ｍｍ Ｌ＝１４００ｍｍ

図９は、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。図９において、Ｙは像高を示し、破線は波長１９３．３０６３ｎｍ、実線は波長１９３．３０６０ｎｍ、一点鎖線は波長１９３．３０５７ｎｍをそれぞれ示している。図９の横収差図に示すように、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ２は、大きな開口数を有し、かつ大型の光学素子を備えていないにもかかわらず露光領域の全てにおいて、収差がバランス良く補正されている。

実施例３にかかる反射屈折投影光学系のレンズ構成は、図３に示す第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３のレンズ構成と同一であるため、実施例３にかかる反射屈折投影光学系の説明には、第３の実施の形態にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３の説明で用いた符号を用いる。

実施例３にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３の諸元の値を示す。また、実施例３にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３の光学部材諸元を表５に示す。また、実施例３にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズ及び反射ミラーの非球面係数を表６に示す。この諸元、光学部材諸元及び非球面係数においては、実施例１にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ１の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。

（諸元）
像側ＮＡ： １．２０
露光エリア： A＝１３ｍｍ B＝１７ｍｍ
H＝ ２６．０ｍｍ C＝４ｍｍ
結像倍率： １／５ 倍
中心波長： １９３．３０６ｎｍ
石英屈折率：１．５６０３２６１
蛍石屈折率：１．５０１４５４８
液体１屈折率：１．４３６６４
石英分散（ｄｎ／ｄλ）： −１．５９１×１０^−６／ｐｍ
蛍石分散（ｄｎ／ｄλ）： −０．９８０×１０^−６／ｐｍ
純水（脱イオン水）分散（ｄｎ／ｄλ）： −２．６×１０^−６／ｐｍ
条件式 Ｍ＝５０８．８６ｍｍ Ｌ＝１４００ｍｍ

図１０は、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３のメリジオナル方向及びサジタル方向における横収差を示す横収差図である。図１０において、Ｙは像高を示し、破線は波長１９３．３０６３ｎｍ、実線は波長１９３．３０６０ｎｍ、一点鎖線は波長１９３．３０５７ｎｍをそれぞれ示している。図１０の横収差図に示すように、本実施例にかかる反射屈折投影光学系ＰＬ３は、大きな開口数を有し、かつ大型の光学素子を備えていないにもかかわらず露光領域の全てにおいて、収差がバランス良く補正されている。

ＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３…反射屈折投影光学系、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…レチクル、Ｇ１，Ｇ３，Ｇ５…第１結像光学系、Ｇ２，Ｇ４，Ｇ６…第２結像光学系、Ｇ１１，Ｇ２１〜Ｇ２３，Ｇ３１，Ｇ４１〜Ｇ４３，Ｇ５１，Ｇ６１〜Ｇ６３…レンズ群、Ｌ１〜Ｌ２０，Ｌ２１〜Ｌ４１，Ｌ５１〜Ｌ７０…レンズ、Ｍ１〜Ｍ６，Ｍ１１〜Ｍ１６，Ｍ２１〜Ｍ２６…反射ミラー、１…照明光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、９…Ｚステージ、１０…ＸＹステージ、１３…ウエハレーザ干渉計、１４…主制御系、１５…ウエハステージ駆動系。

Claims (13)

1. 第１面の像を第２面上に形成する反射屈折投影光学系において、
   少なくとも６つのミラーを含み、前記第１面の第１中間像及び第２中間像を形成する第１結像光学系と、
   前記第２中間像を前記第２面上にリレーする第２結像光学系と
   を備えることを特徴とする反射屈折投影光学系。
2. 前記第１結像光学系に含まれる前記少なくとも６つのミラーのうち、前記第１面から射出される光が第２番目に入射するミラーと、前記第１面から射出される光が第４番目に入射するミラーとの間に、前記第１中間像が形成されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折投影光学系。
3. 前記第１結像光学系は、透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備え、
   前記少なくとも６つのミラーは、前記フィールドレンズ群を通過した光を連続して反射するように配置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の反射屈折投影光学系。
4. 前記第１結像光学系は、透過型光学素子から構成される正の屈折力を有するフィールドレンズ群を備え、
   前記少なくとも６つのミラーのうち、前記第１面から射出される光が第１番目に入射するミラーと、前記第１面から射出される光が第６番目に入射するミラーとの間に、少なくとも１つの負レンズを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の反射屈折投影光学系。
5. 前記第２結像光学系を構成する光学素子は、全て透過型光学素子であり、前記第２面上に前記第１面の縮小像を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
6. 前記第２結像光学系は、第１結像光学系から射出される光が通過する順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
7. 前記少なくとも６つのミラーの中の前記第１面から射出される光が該反射屈折投影光学系の光軸から最も離れた位置に配置されるミラーは、凹面形状のミラーであり、
   前記開口絞りは、前記凹面形状のミラーと前記第２面との間に配置され、前記凹面形状のミラーと前記第２面との光軸上距離をＭ、前記第１面と前記第２面との距離をＬとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項６記載の反射屈折投影光学系。
   ０．２＜ Ｍ／Ｌ ＜ ０．７
8. 前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は、少なくとも１つの非球面レンズを有することを特徴とする請求項６または請求項７記載の反射屈折投影光学系。
9. 前記反射屈折投影光学系に含まれるレンズのうち最も前記第２面側に位置するレンズの前記第１面側のレンズ面は正の屈折力を有し、
   該最も前記第２面側に位置するレンズと前記第２面との間の光路中に、前記反射屈折投影光学系中の雰囲気の屈折率を１とするとき、１．１よりも大きな屈折率を持つ媒質を介在させることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
10. 前記反射屈折投影光学系に含まれて所定の屈折力を有する全ての光学素子の光軸は、実質的に単一直線上に配置され、
    前記反射屈折投影光学系により前記第２面上に形成される像の領域は、前記光軸を含まない軸外領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
11. 前記反射屈折投影光学系は、前記第１面の中間像である前記第１中間像と、前記第１中間像の像である前記第２中間像とを前記第１面と前記第２面との間の光路中に形成する３回結像光学系であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系と、
    前記第１面に配置されたマスクを照明するための照明光学系とを備え、
    前記反射屈折投影光学系を介して前記マスク上に形成されたパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
13. 所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明工程と、
    請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の反射屈折投影光学系を用いて、前記第１面に配置された前記マスクのパターンを前記第２面に配置された感光性基板に露光する露光工程と
    を含むことを特徴とする露光方法。

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