WO2005001544A1

WO2005001544A1 - 光学ユニット、結像光学系、結像光学系の収差調整方法、投影光学系、投影光学系の製造方法、露光装置、および露光方法

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Publication number: WO2005001544A1
Application number: PCT/JP2004/008733
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Omura; Youhei Fujishima
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2005-12-26
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Abstract

　物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系に取り付け可能に構成されて、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットである。この光学ユニットは、前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する光学面の像側に配置される光学部材と交換可能に設けられた少なくとも１つの光学部材を備える。そして、前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材を前記少なくとも１つの光学部材に交換することにより、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する前記結像光学系の結像特性の劣化を低減する。

Description

明細書

光学ユニット、結像光学系、結像光学系の収差調整方法、投影光学系、投影光学系の製造方法、露光装置、および露光方法

技術分野

[0001] 本発明は、結像光学系、結像光学系の収差調整方法、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などをフォトリソグラフイエ程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関する。

背景技術

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

[0003] その結果、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光 (露光光 )の波長 λを短くするとともに投影光学系の像側開口数 NAを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、 k' λ ΖΝΑ &はプロセス係数)で表される。また、像側開口数 NAは、投影光学系と感光性基板 (ウェハなど）との間の媒質 (通常は空気などの気体）の屈折率を nとし、感光性基板への最大入射角を Θとすると、 n-sin Θで表される。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] この場合、最大入射角 Θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る技術が知られている。

[0005] 一般に、物体面との間に浸液を介在させる液浸型結像光学系では、物体面との間に気体を介在させる通常の乾燥型結像光学系よりも、焦点深度および解像力が向上する。また、露光装置において液浸型結像光学系 (液浸型投影光学系）を用いる場合、乾燥型結像光学系を用いる場合よりも、レジスト反射率の低下を図ることができる。したがって、特に露光装置の場合、投影光学系を必要に応じて乾燥型と液浸型との間で切り換えることができれば好都合である。し力ながら、従来の結像光学系では、乾燥型と液浸型との間で単純に切り換えを行うと、後述するように球面収差が大きぐ変動する。

[0006] そこで、本発明は、僅かな光学部材の単純な交換操作により収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換え可能にすることを目的とする。また、本発明は、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換え可能な結像光学系を用いて、必要に応じて高解像で良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。また、本発明は、乾燥型と液浸型との間で投影光学系を切り換えることのできる光学ユニット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

[0007] 上述の目的を達成するため、本発明の第 1の態様に力かる結像光学系は、像面に接する浸液層を有する液浸型の結像光学系であって、

前記像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記浸液層との間に、前記浸液層側から順に、第 1媒質からなる第 1媒質層と、前記第 1媒質とは異なる屈折率を有する第 2媒質力なる第 2媒質層と、前記第 1媒質および前記第 2媒質とは異なる屈折率を有する第 3媒質力なる第 3媒質層とを有し、

前記浸液層と前記第 1媒質層との境界面、前記第 1媒質層と前記第 2媒質層との境界面、および前記第 2媒質層と前記第 3媒質層との境界面はそれぞれ平面状に形成されていることを特徴とする。

[0008] 上述の目的を達成するため、本発明の第 2の態様に力かる結像光学系は、像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記像面との間に、屈折率の互いに異なる 4つの媒質層を有する結像光学系であって、

前記 4つの媒質層のうちの互いに隣接する 2つの任意の媒質層の境界面の曲率半径を Rとし、前記結像光学系の最大像高を Ymとし、前記所定の屈折力を有する光学面の曲率半径を Rpとするとき、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003

の条件を満足することを特徴とする。

[0009] 上述の目的を達成するため、本発明の第 3の態様に力かる結像光学系は、像面または物体面に最も近く配置されたレンズと前記像面または前記物体面との間に、屈折率の互いに異なる少なくとも 3つの媒質層を有する結像光学系であって、

前記少なくとも 3つの媒質層はそれぞれ無屈折力であり、

前記少なくとも 3つの媒質層におけるすべての境界面は平面状に形成されていることを特徴とする。

[0010] 上述の目的を達成するため、本発明の第 4の態様に力かる結像光学系の調整方法は、物体の像を形成する結像光学系の調整方法であって、

前記結像光学系の最も像側の最像側光学面と像面との間の媒質層である像側媒質層の媒質を気体と液体との間で変更する像側媒質変更工程と、

前記像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記像側媒質層との間に配置されて第 1媒質力なる第 1媒質層の光軸に沿った厚さと、前記光学面と前記第 1媒質層との間に配置されて前記第 1媒質層とは異なる屈折率を有する第 2 媒質力なる第 2媒質層の光軸に沿った厚さと、前記光学面と前記第 2媒質層との間に配置されて前記第 1媒質および前記第 2媒質とは異なる屈折率を有する第 3媒質層の光軸に沿った厚さとを変更して、像側空間の媒質を変更することに起因して前記結像光学系で発生する球面収差を補正する収差補正工程とを含むことを特徴とする。

[0011] 上述の目的を達成するため、本発明の第 5の態様に力かる結像光学系の調整方法は、物体の像を形成する結像光学系の調整方法において、

前記像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記像側媒質層との間に配置されて第 1媒質からなる第 1媒質層と、前記光学面と前記第 1媒質層との間に配置されて前記第 1媒質層とは異なる屈折率を有する第 2媒質力なる第 2媒質層と、前記光学面と前記第 2媒質層との間に配置されて前記第 1媒質および前記第 2 媒質とは異なる屈折率を有する第 3媒質層との光軸に沿った厚さおよび屈折率のうちの少なくとも一方をそれぞれ変更して、像側空間の媒質を変更することに起因して前記結像光学系で発生する球面収差を補正する収差補正工程とを含み、

前記像側媒質層、前記第 1媒質層、前記第 2媒質層、および前記第 3媒質層のうちの互いに隣接する 2つの任意の媒質層の境界面の曲率半径を Rとし、前記結像光学系の最大像高を Ymとし、前記所定の屈折力を有する光学面の曲率半径を Rpとするとき、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003

の条件を満足することを特徴とする。

[0012] 上述の目的を達成するため、本発明の第 6の態様に力かる露光装置は、マスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記像面に設定された感光性基板上に形成するための第 1乃至第 3の態様の何れかの結像光学系とを備えてレヽることを特徴とする。

[0013] 上述の目的を達成するため、本発明の第 7の態様に力かる露光装置は、マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、第 4の態様の収差調整方法により収差調整された結像光学系を備えていることを特徴とする。

[0014] 上述の目的を達成するため、本発明の第 8の態様に力かる露光装置は、マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、第 5の態様の調整方法により調整された結像光学系を備えていることを特徴とする。

[0015] 上述の目的を達成するため、本発明の第 9の態様に力かる露光方法は、マスクを照明し、第 1乃至第 3の態様の結像光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記像面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする。

[0016] 上述の目的を達成するため、本発明の第 10の態様に力かる露光方法は、第 4の態様の収差調整方法により収差調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする。

[0017] 上述の目的を達成するため、本発明の第 11の態様に力かる露光方法は、第 5の態様の調整方法により調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする。

[0018] 上述の目的を達成するため、本発明の第 12の態様に力る光学ユニットは、物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系に取り付け可能に構成されて、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであって、

前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する光学面の像側に配置される光学部材と交換可能に設けられて、所定の屈折率を有する第 1媒質で形成される第 1光学部材と、

前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材と交換可能に設けられて、前記第 1 光学部材とは異なる屈折率の第 2媒質で形成される第 2光学部材とを備え、前記第 1光学部材の光軸に沿った厚さおよび前記第 1媒質の屈折率のうちの少なくとも一方と、前記第 2光学部材の光軸に沿った厚さおよび前記第 2媒質の屈折率のうちの少なくとも一方とは、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する球面収差を補正するように定められていることを特徴とする。

[0019] 上述の目的を達成するため、本発明の第 13の態様に力かる光学ユニットは、物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系に取り付け可能に構成されて、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであって、

前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材と交換可能に設けられて、前記第 1 光学部材とは異なる屈折率の第 2媒質で形成される第 2光学部材とを備え、前記第 1光学部材の 2つの光学面および前記第 2光学部材の 2つの光学面の曲率半径を Rとし、前記結像光学系の最大像高を Ymとし、前記所定の屈折力を有する光学面の曲率半径を Rpとするとき、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003

の条件を満足することを特徴とする。

[0020] 上述の目的を達成するため、本発明の第 14の態様に力る光学ユニットは、物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系を、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであつて、

前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する光学面の像側に配置される光学部材と交換可能な少なくとも 1つの光学部材を備え、

前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材を前記少なくとも 1つの光学部材に交換することにより、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する前記結像光学系の結像特性の劣化を低減することを特徴とする。

[0021] 上述の目的を達成するため、本発明の第 15の態様に力かる投影光学系は、複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系であって、

前記第 2面の近傍に配置され、前記第 2面側の屈折力がほぼ 0となる第 1光学素子と、

最も前記第 2面側に配置され、屈折力がほぼ 0となる第 2光学素子と

を備え、

前記複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は第 1硝材により形成され前記第 1光学素子及び前記第 2光学素子のうちの一方は前記第 1硝材により形成され、

前記第 1光学素子及び前記第 2光学素子のうちの他方は前記第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成され、

前記第 2面側がテレセントリックであることを特徴とする。

[0022] 上述の目的を達成するため、本発明の第 16の態様に力かる投影光学系は、複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系であって、

前記第 2面の近傍に配置され、前記第 2面側の屈折力がほぼ 0である境界レンズと前記第 2面の近傍に挿入された平面板と

を備え、

前記平面板を除く前記複数の光学素子の全てが第 1硝材により形成され、前記平面板は前記第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成され、前記境界レンズと前記第 2面との間の光路中に介在された液体を気体に交換した場合に、前記境界レンズの厚さ及び前記境界レンズと前記平面板との間隔を調整することにより、前記液体と前記気体との交換の前後における光学特性をほぼ同一に維持し、

[0023] 上述の目的を達成するため、本発明の第 17の態様に力かる投影光学系は、複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系であって、

前記複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は第 1硝材により形成され前記第 2面の近傍に配置されて、前記第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されて前記第 2面側の屈折力がほぼ 0となる光学素子を少なくとも 1つ備え前記第 2面側がテレセントリックであることを特徴とする。

[0024] 上述の目的を達成するため、本発明の第 18の態様にかかる投影光学系の製造方法は、複数の光学素子を備え、波長が 200nm 300nmである露光光を用レ、、第 2 面側にテレセントリックな光束のもとで第 1面の像を前記第 2面上に形成する投影光学系の製造方法であって、

前記複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子を第 1硝材により形成する光学素子形成工程と、

前記第 1硝材により形成されて前記第 2面側の屈折力がほぼ 0となる第 1光学素子を準備する第 1光学素子準備工程と、

前記第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されて屈折力がほぼ 0となる第 2光学素子を準備する第 2光学素子準備工程と、

前記第 2面の近傍に配置される前記第 1光学素子の厚さを調整する第 1厚さ調整工程と、

最も前記第 2面側に配置される前記第 2光学素子の厚さを調整する第 2厚さ調整ェ程とを含み、

前記第 1厚さ調整工程及び前記第 2厚さ調整工程では、前記第 2光学素子と前記第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持するように前記第 1光学素子及び前記第 2光学素子の厚さを調整することを特徴とする。

上述の目的を達成するため、本発明の第 19の態様にかかる投影光学系の製造方法は、複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用い、第 2 面側にテレセントリックな光束のもとで第 1面の像を前記第 2面上に形成する投影光学系の製造方法であって、

第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成された平面板を準備する光学素子準備工程と、

前記平面板を前記第 2面の近傍に挿入する揷入工程と、

最も前記第 2面側に配置され、前記第 1硝材により形成されて前記第 2面側の屈折力がほぼ 0である境界レンズの厚さを調整する厚さ調整工程と、

前記挿入工程において揷入された前記平面板と前記境界レンズとの間隔を調整する間隔調整工程と

を含み、

前記揷入工程において前記平面板を揷入し、前記厚さ調整工程において前記境界レンズの厚さを調整し、前記間隔調整工程において前記平面板と前記境界レンズとの間隔を調整することにより、前記境界レンズと前記第 2面との間の光路中に介在された液体を気体に交換する前後における光学特性をほぼ同一に維持し、

前記平面板を除く前記複数の光学素子の全てが第 1硝材により形成されることを特徴とする。

[0026] 上述の目的を達成するため、本発明の第 20の態様に力かる露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置であって、

前記マスクを照明するための照明光学系と、

前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための第 15乃至第 17 の態様の投影光学系と、

を備えることを特徴とする。

[0027] 上述の目的を達成するため、本発明の第 21の態様に力かる露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置であって、

前記マスクを照明するための照明光学系と、

前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための第 18または第 1

9の態様の投影光学系の製造方法により製造された投影光学系と、

を備えることを特徴とする。

[0028] 上述の目的を達成するため、本発明の第 22の態様に力かる露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法であって、

前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成するための第 15乃至第 17 の態様の投影光学系を用いて投影する投影工程と

を含むことを特徴とする。

[0029] 上述の目的を達成するため、本発明の第 23の態様に力かる露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法であって、

前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成するための第 18または第 19 の態様投影光学系の製造方法により製造された投影光学系を用いて投影する投影工程と

を含むことを特徴とする。

発明の効果

[0030] 本発明では、僅かな光学部材の単純な交換操作により、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換えが可能である。液浸型に切り換えた場合、結像光学系の焦点深度および解像力の向上を図ることができる。また、液浸型に切り換えた結像光学系を露光装置および露光方法に用いる場合、レジスト反射率の低下を図ることができる。

[0031] したがって、本発明の露光装置および露光方法では、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換え可能な結像光学系を用いて、必要に応じて高解像で良好な露光を行うことができ、ひレ、ては良好なマイクロデバイスを製造すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1]乾燥型結像光学系の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。

[図 2]図 1に示す乾燥型結像光学系を単に液浸型に切り換えた場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。

[図 3]図 1に示す乾燥型結像光学系を液浸型に切り換える際に平行平面板および気体層の厚さを変更した場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。

[図 4]図 1に示す乾燥型結像光学系を液浸型に切り換える際に平行平面板、気体層および平凸レンズの厚さを変更した場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。

[図 5]図 4に示す液浸型結像光学系と光学的に等価な光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。

[図 6]本発明の第 1の実施形態に力かる結像光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 7]液浸型に設定された本実施形態の投影光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。

園 8]図 7に示す液浸型投影光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。

[図 9]図 8に対応する図であって、本実施形態の乾燥型投影光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。

園 10]本実施形態の液浸型投影光学系における横収差を示す図である。

[図 11]本実施形態の乾燥型投影光学系における横収差を示す図である。

[図 12]本実施形態の液浸型投影光学系を製造する際の手法の一例を示すフローチヤートである。

[図 13]本実施形態の液浸型投影光学系を製造する際に用いられる波面収差測定装置の要部構成を概略的に示す図である。

園 14]第 2の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。

園 15]第 2の実施の形態に力かる投影光学系の一部のレンズ構成を示す図である。園 16]第 3の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。

園 17]第 3の実施の形態に力かる投影光学系の一部のレンズ構成を示す図である。園 18]第 4の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。

園 19]第 4の実施の形態に力かる投影光学系の一部のレンズ構成を示す図である。園 20]第 5の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法を説明するためのフローチヤートである。

園 21]第 5の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系の一部のレンズ構成を示す図である。

園 22]第 5の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系の一部のレンズ構成を示す図である。

園 23]第 6の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法を説明するためのフローチヤートである。

[図 24]第 6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。

園 25]実施例 1にかかる乾燥型の投影光学系のメリジォ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。

園 26]実施例 1にかかる液浸型の投影光学系のメリジォ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 27]実施例 2にかかる乾燥型の投影光学系のタンジェンシャル方向及びサジタノレ方向における横収差を示す横収差図である。

[図 28]実施例 2にかかる液浸型の投影光学系のタンジェンシャル方向及びサジタノレ方向における横収差を示す横収差図である。

[図 29]実施例 3にかかる乾燥型の投影光学系のタンジェンシャル方向及びサジタノレ方向における横収差を示す横収差図である。

[図 30]実施例 3にかかる液浸型の投影光学系のタンジェンシャル方向及びサジタノレ方向における横収差を示す横収差図である。

[図 31]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 32]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

[0033] 図 1は、乾燥型結像光学系の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。図 1に示す乾燥型結像光学系は、像面 I側から順に、平行平面状の気体層 1 、平行平面板 2、平行平面状の気体層 3、および平行平面板 2とは異なる屈折率を有し且つ像面 I側に平面を向け物体面側に凸面 Aを向けた平凸レンズ 4を含んでいる。図 1に示す乾燥型結像光学系では、球面収差が良好に補正されている。なお、図 1 一図 4の球面収差図において、縦軸は像側開口数 NAである。

[0034] 図 2は、図 1に示す乾燥型結像光学系を単に液浸型に切り換えた場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。図 2に示す光学系は、図 1に示す乾燥型結像光学系の像面 Iと平行平面板 2との間の光路を浸液で満たすことにより得られた液浸型結像光学系である。したがって、図 2に示す液浸型結像光学系は、像面 I側から順に、平行平面状の浸液層 5、平行平面板 2、平行平面状の気体層 3、および平凸レンズ 4を含んでいる。その結果、図 2に示す液浸型結像光学系では、焦点位置が位置ずれし、位置ずれした焦点位置にぉレ、て球面収差が発生する。

[0035] 図 3は、図 1に示す乾燥型結像光学系を液浸型に切り換える際に平行平面板および気体層の厚さを変更した場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。図 3に示す光学系は、図 1に示す乾燥型結像光学系の平行平面板 2を厚さの異なる平行平面板 2aに置換するとともに像面 Iと平行平面板 2aとの間の光路を浸液で満たすことにより得られた液浸型結像光学系である。

[0036] したがって、図 3に示す液浸型結像光学系は、像面 I側から順に、平行平面状の浸液層 5、平行平面板 2a、平行平面状の気体層 3a、および平凸レンズ 4を含んでいる。この場合、平行平面板 2aおよび平行平面状の気体層 3aの厚さを調整しているだけであるため、焦点位置の位置ずれが発生しないものの、球面収差を良好に補正することはできず、ある程度の球面収差が残存する。

[0037] 図 4は、図 1に示す乾燥型結像光学系を液浸型に切り換える際に平行平面板、気体層および平凸レンズの厚さを変更した場合の像側要部構成および球面収差図を概略的に示す図である。図 4に示す光学系は、図 1に示す乾燥型結像光学系の平行平面板 2および平凸レンズ 4を厚さの異なる平行平面板 2bおよび平凸レンズ 4aにそれぞれ置換するとともに像面 Iと平行平面板 2bとの間の光路を浸液で満たすことにより得られた液浸型結像光学系である。

[0038] したがって、図 4に示す液浸型結像光学系は、像面 I側から順に、平行平面状の浸液層 5、平行平面板 2b、平行平面状の気体層 3b、および平凸レンズ 4aを含んでいる。この場合、平行平面板 2b、平行平面状の気体層 3bおよび平凸レンズ 4aの厚さをそれぞれ調整しているため、焦点位置の位置ずれが発生することなぐ球面収差も良好に補正される。

[0039] 図 5は、図 4に示す液浸型結像光学系と光学的に等価な光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。図 5に示す液浸型結像光学系では、図 4に示す液浸型結像光学系における平凸レンズ 4aが平凸レンズ 4bと平行平面板 4cとに分割され、気体層 3bが 2つの平行平面状の気体層 3cと 3dとに分割されている。したがって、図 5に示す液浸型結像光学系は、像面 I側から順に、平行平面状の浸液層 5、平行平面板 4c、平行平面状の気体層 3c、平行平面板 2b、平行平面状の気体層 3d、および平凸レンズ 4bを含んでいる。

[0040] ここで、平凸レンズ 4bと平行平面板 4cとは同じ光学材料により形成されている。そして、平行平面板 2bは、平凸レンズ 4bおよび平行平面板 4cとは異なる屈折率を有する光学材料により形成されている。図 5に示す液浸型結像光学系では、平凸レンズ 4aが平凸レンズ 4bと平行平面板 4cとに分割されているが合成の厚さが図 4と同じであるため、収差状態は図 4に示す液浸型結像光学系と変わらない。

[0041] 以上のように、図 4の光学系は、像面 Iに接する浸液層 5 (像側媒質層）を有する液浸型の結像光学系であって、像面 Iに最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面すなわち平凸レンズ 4aの凸面 Aと浸液層 5との間に、浸液層 5側から順に、平行平面板 2b (第 1光学部材)と、平行平面状の気体層 3bと、平凸レンズ 4a (第 2光学部材)とを有する。ここで、平行平面板 2bは第 1媒質としての第 1光学材料（固体)からなる第 1媒質層であり、気体層 3bは、第 1媒質とは異なる屈折率を有する第 2媒質としての気体からなる第 2媒質層であり、平凸レンズ 4aは第 1媒質および第 2媒質とは異なる屈折率を有する第 3媒質としての第 2光学材料 (固体)からなる第 3媒質層である。

[0042] そして、浸液層 5と第 1媒質層である平行平面板 2bとの境界面、第 1媒質層である平行平面板 2bと第 2媒質層である気体層 3bとの境界面、および第 2媒質層である気体層 3bと第 3媒質層である平凸レンズ 4aとの境界面はそれぞれ平面状に形成されている。この場合、上述したように、第 1媒質層である平行平面板 2bの光軸に沿った厚さ、第 2媒質層である気体層 3bの光軸に沿った厚さ、および第 3媒質層である平凸レンズ 4aの光軸に沿った厚さをそれぞれ変更 (調整)することにより、結像光学系と像面 Iとの間の媒質の屈折率が変更されることに起因して結像光学系に生じる球面収差を、結像光学系の他の収差に影響を及ぼすことなく補正することができる。

[0043] こうして、図 4に示すような像側要部構成を有する本発明の結像光学系では、平行平面板 2bおよび平凸レンズ 4aを適当な厚さを有する平行平面板および平凸レンズと置換することにより、すなわち僅かな光学部材の単純な交換操作により、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換えが可能である。液浸型に切り換えた場合、結像光学系の焦点深度および解像力の向上を図ることができる。また、液浸型に切り換えた結像光学系を露光装置および露光方法に用レ、る場合、レジスト反射率の低下を図ることができる。その結果、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換え可能な本発明の結像光学系を用いる露光装置および露光方法では、必要に応じて高解像で良好な露光を行うことができる。

[0044] なお、上述の説明では、浸液層 5と第 1媒質層である平行平面板 2bとの境界面、第

1媒質層である平行平面板 2bと第 2媒質層である気体層 3bとの境界面、および第 2 媒質層である気体層 3bと第 3媒質層である平凸レンズ 4aとの境界面はそれぞれ平面状に形成されている。し力ながら、これに限定されることなぐ別の態様も可能である。すなわち、本発明の別の態様によれば、像面 Iに最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面 Aと像面 Iとの間に、屈折率の互いに異なる 4つの媒質層を有する結像光学系であって、 4つの媒質層のうちの互いに隣接する 2つの任意の媒質層の境界面の曲率が非常に小さい光学系に本発明を適用することができる。

[0045] ただし、 4つの媒質層のうちの互いに隣接する 2つの任意の媒質層の境界面の曲率半径を Rとし、結像光学系の最大像高を Ymとし、所定の屈折力を有する光学面 A の曲率半径を Rpとするとき、 Ym/ I R I < 0. 01 (条件式 1)および Ym/ | Rp | >0. 003 (条件式 2)の条件を満足する必要がある。図 4に示す結像光学系の場合、屈折率の互いに異なる 4つの媒質層は、浸液層 5、平行平面板 2b、気体層 3bおよび平凸レンズ 4aに対応する。したがって、この態様では、平行平面板 2bや平凸レンズ 4 aの平面状の光学面が、条件式 1を満たすような曲率の小さい光学面であってもよい。なお、本発明の効果をさらに良好に達成するには、条件式 1の上限値および条件式 2の下限値を 0. 007に設定することが好ましレ、。この態様では、 4つの媒質層のうちの少なくとも 3つの媒質層において、光軸に沿った厚さをそれぞれ変更することにより、結像光学系の他の収差に影響を及ぼすことなく球面収差を補正することができる。

[0046] また、本発明の別の態様によれば、像面（または物体面） Iに最も近く配置されたレンズ（図 4では平凸レンズ 4a)と像面ほたは物体面) Iとの間に、屈折率の互レヽに異なる少なくとも 3つの媒質層（図 4では液浸層 5、平行平面板 2bおよび気体層 3b)を有する結像光学系であって、少なくとも 3つの媒質層はそれぞれ無屈折力であり、少なくとも 3つの媒質層におけるすべての境界面は平面状に形成されている光学系に本発明を適用することができる。この態様では、少なくとも 3つの媒質層において、光軸に沿った厚さおよび屈折率のうちの少なくとも一方をそれぞれ変更することにより、結像光学系の他の収差に影響を及ぼすことなく球面収差を補正することができる。

[0047] なお、本発明では、屈折率の互いに異なる 2つの任意の媒質間の屈折率差は 0. 0 1以上であることが好ましい。この構成により、球面収差の十分な補正効果を期待すること力 Sできる。また、結像光学系は、像面側にほぼテレセントリックであることが好ましい。この構成により、たとえば露光装置および露光方法に本発明を適用した場合、感光性基板が光軸方向に僅かに位置ずれしても倍率が実質的に変化することなく高精度な露光を行うことができる。

[0048] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図 6は、本発明の第 1の実施形態に力、かる結像光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、露光装置の投影光学系 PLに対して本発明を適用している。図 6において、投影光学系 PLの光軸 AXに平行に Z軸を、光軸 A Xに垂直な面内において図 6の紙面に平行に Y軸を、図 6の紙面に垂直に X軸をそれぞれ設定している。

[0049] 図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源 100として、 ArFェキシマレーザー光源 (発振中心波長 193· 306nm)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を均一に照明する。なお、光源 100と照明光学系 ILとの間の光路はケーシング (不図示）で密封されており、光源 100から照明光学系 IL中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されてレ、る力、、あるいはほぼ真空状態に保持されてレ、る。

[0050] 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レ、る。

[0051] レチクル Rに形成されたパターンからの光は、投影光学系 PLを介して、感光性基板であるウェハ W上にレチクルパターン像を形成する。ウェハ Wは、ウェハテーブル（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）にパターン像が形成される。

[0052] ウェハステージ WSは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわち XY 平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡 WMを用レ、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レ、る。また、図示の露光装置では、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 (具体的にはレンズ L1)と最もウェハ側に配置された光学部材（具体的には平行平面板 P3または P2a)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の内部の気体は窒素で置換されている。

[0053] 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 S、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）の内部に窒素が充填されている。また、投影光学系 PLとウェハ Wとの間の狭い光路には、ウェハ Wおよびウェハステージ WSなどが配置されてレ、るが、ウェハ Wおよびウェハステージ WSなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素が充填されている。このように、光源 100からウェハ Wまでの光路の全体に亘つて、露光光がほとんど吸収されることのなレ、雰囲気が形成されている。

[0054] 上述したように、投影光学系 PLによって規定されるレチクル R上の照明領域およびウェハ W上の実効露光領域は、 Y方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがつて、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の位置制御を行レ、ながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわち Y方向に沿ってレチクルステージ RSとウェハステージ WSとを、ひいてはレチクル Rとゥェハ Wとを Y方向に沿って同期的に移動（走査）させることにより、ウェハ W上には実効露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハ wの走査量 (移動量）に応じた長さを有するショット領域に対してレチクルパターンが走査露光される。

[0055] 図 7は、液浸型に設定された本実施形態の投影光学系のレンズ構成を概略的に示す図である。また、図 8は、図 7に示す液浸型投影光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。図 7および図 8を参照すると、本実施形態にかかる液浸型投影光学系は、レチクル側から順に、平行平面板 P1と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズ L1と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L2と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ L3と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L4と、レチクル側に平面を向けた平凸レンズ L5と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズ L6と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L7と、ゥヱハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ L8と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズ L9と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズ L10と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズ L11と、両凹レンズ L12 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 L13と、両凸レンズ L 14と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズ L15と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L16と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L1 7と、開口絞り ASと、両凹レンズ L18と、両凸レンズ L19と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L20と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L21と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L22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 L23と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L24 と、レチクル側に凸面を向けた平凸レンズ L25と、平行平面板 P2と、平行平面板 P3 とにより構成されている。なお、平行平面板 P3とウェハ Wとの間の光路は、純水からなる浸液により満たされてレ、る。

[0056] 本実施形態において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さを yとし、非球面の頂点における接平面から高さ yにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離 (サグ量）を zとし、頂点曲率半径を rとし、円錐係数を κ:とし、 n次の非球面係数を Cとした

n とき、以下の数式 (a)で表される。以下の表（1)において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に *印を付している。 [0057] z= (yVr) / + (l + κ ) · y²/r² } ^1/2]

+ C -y +C .y +C .y + C .y °

4 6 8 10

+ C -y¹² + C -y¹⁴ (a)

12 14

[0058] また、本実施形態において、液浸投影光学系を構成する光学部材 (レンズ成分および平行平面板）は、石英（Si〇）または蛍石（CaF )により形成されている。具体的

2 2

には、正メニスカスレンズ L24、平凸レンズ L25、および平行平面板 P3が蛍石により形成され、その他の光学部材は石英により形成されている。また、露光光である ArF エキシマレーザー光の発振中心波長は、 193. 306nmであり、この中心波長に対する石英の屈折率（窒素に対する相対屈折率）は 1. 5603261であり、蛍石の屈折率（窒素に対する相対屈折率）は 1. 5014548である。さらに、平行平面板 P3とウェハ W との間に介在する浸液として、露光光に対して 1. 43664の屈折率（窒素に対する相対屈折率）を有する純水を用いている。

[0059] 次の表（1)に、本実施形態に力かる液浸型投影光学系の諸元の値を掲げる。表（1 )において、えは露光光の中心波長を、 βは投影倍率を、 ΝΑは像側（ウェハ側）開口数を、 Ymは最大像高を、 LXは実効露光領域の X方向に沿った寸法 (長辺の寸法 )を、 LYは実効露光領域の Y方向に沿った寸法 (短辺の寸法）をそれぞれ表している。また、面番号はレチクル側からの面の順序を、 rは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径: mm)を、 dは各面の軸上間隔すなわち面間隔 (mm)をそれぞれ示している。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。

[0060] 表（1)

(主要諸元）

λ = 193. 306nm

β =-1/4

NA=0. 85

Ym= 13. 73mm

LX= 26. Omm

LY=8. 8mm

(光学部材諸元） Ι9Ζ8'££ 9£91 Ι£Ζ 92

(sn) 0000' 9969 ·Ζεΐ- 92

00 Γ9 ^ Z

(in) 0000· 2 9l£W6SZ £Ζ

\zwn Ι900^·8ΖΙ ΖΖ

(on) 0000Έ2 26919^61 \Ζ

8οεζ·π ΟΖ

(61) 0000 ΐ8πε· 6ε 61 ooocn ΐ6Ζ0·½6ΐ *8ΐ

(81) 0000"82 S088·6 ί\

9929"9S 00ΐ86'6 ε 9ΐ oooo ε ST οοοο'τ οο η

(91) οοοο'εε εΖ8ΐ8·8ΐ ετ ooocn 19190^62- ζι

οο 11

0000'ΐ εε 99' οε_ 01

( OOOO'IG 6εε ζ·9ΐζι- 6

ΟΟΟΟΊ mi fz- 8

(ει) 99ZF9G 8Ζ6Ι9·Ι0ΖΙ- *

ΟΟΟΟΊ 88ΖΙ9Έε9- 9

(s ) Ζ686· 2 Ζ6ΖΙ6·60Ι- 9

800S ' 0966ΓΖΙΖ *f

(n) ΟΟΟΟ'^Ι ο G

OOOO'S οο Ζ

(Id) 0000'8 οο \

69 0S (面 / ^ ) η ^ 葛爾

££L800/ 00ZdT/13d OS WSIOO/SOOZ OAV

2715L1827817.2861* - _SI_0XXSS60S Ί= O ₈_OXX 00^X6 'Ζ= O

0=

_8Z— OIXS 'l-= ^lD _gz_0XXST^99 'l-= ^l0

01 8

_1Z_0I X 09896 'Z= O „_T 01 X9S6I0 "S-= O

0

_6Z_0XX8e98S "S-= O _gz_0I xe 988 "9= O

C =5.16398X10 C =6.95562X10

8 10

C =-1.28730X10— ²⁵ C =8.75291 X 10— ²⁹

12 14

32面

K =0

C =4.07666X10—8 C =_2.97251X10— ¹³

4 6

C =-7.59007X10— ¹⁸ C =2.17436X10— ²²

8 10

C =3.03501X 10— ²⁸ C =—6.82619 X 10— ³²

12 14

49面

K =0

C =4.32617X10—9 C =1.09511X10— ¹³

4 6

C =—1.83296X10— ¹⁷ C =8.42141 X 10"²²

8 10

C =—2.99717X10— ²⁶ C =7.81708 X 10— ³¹

12 14

(条件式対応値）

R=∞

Ym= 13.73mm

Rp = 2955.5mm

(条件式 l)Ym/ I R I =0

(条件式 2)Ym/ I Rp I =0.0046

[0061] 図 8に示すように、本実施形態の液浸型投影光学系では、ウェハ W側から順に、厚さ 1. Ommの平行平面状の純水層（浸液層）、蛍石により形成された厚さ 20. Omm の平行平面板 P3、厚さ 9. Ommの平行平面状の窒素層（気体層）、石英により形成された厚さ 5.3034mmの平行平面板 P2、厚さ 1.4973mmの平行平面状の窒素層、および蛍石により形成された厚さ 19.7001mmの平凸レンズ L25を含んでいる。本実施形態では、液浸型投影光学系の平凸レンズ L25および平行平面板 P3を平凸レンズ L25aで置換し且つ平行平面板 P2を平行平面板 P2aで置換することにより乾燥型投影光学系が得られる。

[0062] 図 9は、図 8に対応する図であって、本実施形態の乾燥型投影光学系の像側要部構成を概略的に示す図である。図 8と図 9とを比較すると、液浸型から乾燥型への切り換えに際して、蛍石により形成された厚さ 19. 7001mmの平凸レンズ L25と蛍石により形成された厚さ 20. Ommの平行平面板 P3とを、同じく蛍石により形成された厚さ 41. 995mmの平凸レンズ L25aに変更している。また、石英により形成された厚さ 5 . 3034mmの平行平面板 P2を、同じく石英により形成された厚さ 4. Ommの平行平面板 P2aに変更している。

[0063] その結果、本実施形態の乾燥型投影光学系では、ウェハ W側から順に、厚さ 9. 0 mmの平行平面状の窒素層、石英により形成された厚さ 4. Ommの平行平面板 P2a 、厚さ 1. 5mmの平行平面状の窒素層、および蛍石により形成された厚さ 41. 995m mの平凸レンズ L25aを含んでいる。なお、レチクル Rから平凸レンズ L25または L25 aのレチクル側の凸面までの構成は、液浸型と乾燥型とで共通である。次の表（2)に、本実施形態に力かる乾燥型投影光学系の諸元の値を掲げる。ただし、表（2)では、液浸型投影光学系との共通部分の表示を省略している。

[0064] 表（2)

(主要諸元）

λ = 193. 306應

β =-1/4

NA= 0. 85

Ym= I d. 7dmm

LX= 26. Omm

LY= 8. 8mm

(光学部材諸元）

面番号 r d 媒質光学部材

(レチクル面） 50.1769 窒素

1 ∞ 8.0000 石英（P1)

51 298.54379 8.3436 窒素 52 2955.50000 41.9950 蛍石（L25a)

53 ∞ 1.5000 窒素

54 ∞ 4.0000 石英（P2a)

56 ∞ 9.0000 窒素

(ウェハ面）

(条件式対応値）

R=∞

Ym= 13. 73mm

Rp = 2955. 5mm

(条件式 l)YmZ I R I =0

(条件式 2)YmZ I Rp I =0. 0046

[0065] 図 10は、本実施形態の液浸型投影光学系における横収差を示す図である。また、図 11は、本実施形態の乾燥型投影光学系における横収差を示す図である。収差図において、 Yは像高を示している。図 10および図 11の収差図を参照すると、本実施形態では、液浸型においても乾燥型においても球面収差を含む諸収差が良好に補正され、液浸型から乾燥型への切り換えに際して球面収差を含む諸収差の変動が小さいことがわかる。

[0066] なお、上述の説明では、液浸型から乾燥型への切り換えを例にとって本発明を説明している力同様に乾燥型から液浸型への切り換えも可能である。すなわち、平凸レンズ L25aを平凸レンズ L25と平行平面板 P3とに変更するとともに、平行平面板 P2 aを平行平面板 P2に変更することにより、乾燥型から液浸型への切り換えを行うことができる。この場合、乾燥型から液浸型への切り換えに際して球面収差を含む諸収差の変動が小さいことは図 10および図 11の収差図を参照して明らかである。本実施形態では、液浸型においても乾燥型においても、投影光学系 PLはレチクル側およびウェハ側の双方にほぼテレセントリックである。

[0067] 以上のように、本実施形態の投影光学系（結像光学系） PLでは、平凸レンズ L25a と平凸レンズ L25および平行平面板 P3とを交換し且つ平行平面板 P2aと平行平面板 P2とを交換することにより、すなわち僅力、な光学部材の単純な交換操作により、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換えが可能である。その結果、本実施形態の露光装置では、収差状態を実質的に悪化させることなく乾燥型と液浸型との間で切り換え可能な投影光学系 PLを用いて、必要に応じて高解像で良好な露光を行うことができる。

[0068] 次に、図 12および図 13を参照して、表（1)に掲げた液浸型投影光学系の製造方法の一例を説明する。まず、表 (2)に掲げた乾燥型投影光学系の製造を行う (ステツプ 101)。ここで、乾燥型投影光学系の製造にあたっては、たとえば特開 2002—258 131号（およびこれに対応する欧州特許公開第 1359608号)公報を参照することができる。

[0069] 次に、乾燥型投影光学系中の平凸レンズ L25aおよび平行平面板 P2aを乾燥型投影光学系から取り外し、その代わりに、平凸レンズ L25、平行平面板 P3および平行平面板 P2を投影光学系に組み込む (ステップ 102)。

そして、平凸レンズ L25、平行平面板 P3および平行平面板 P2が組み込まれた投影光学系の収差を、図 13に示した波面収差測定装置を用いて計測する (ステップ 1 03)。

[0070] 図 13は、投影光学系 PLの波面収差を計測するフィゾー干渉計方式の波面収差測定機の構成を概略的に示す図である。図 13に示すように、露光光とほぼ同じ波長を有するレーザー光を、ハーフプリズム 60およびフィゾーレンズ 61のフィゾー面 61aを介して、被検光学系としての投影光学系 PLに入射させる。このとき、フィゾー面 61a で反射された光は、いわゆる参照光となり、フィゾーレンズ 61およびハーフプリズム 6 0を介して、 CCDのような撮像素子 62に達する。

[0071] 一方、フィゾー面 61aを透過した光は、いわゆる測定光となり、投影光学系 6を介して射出されて、補正ガラス 64を通過した後に反射球面 63に入射する。

この補正ガラス 64は、測定光の波長に対して高い透過率を有する合成石英または蛍石等の光学材料で形成されている。補正ガラス 64が平行平板状に形成されているのは、以下の 2つの理由による。第 1に、投影光学系の光軸直交面内において補正ガラス 64が横ずれした状態で配置されていても、補正ガラス 64の横ずれ量によつて補正ガラス 64で生ずる収差量が変化しないからである。第 2に、光軸方向の配置位置に応じて補正ガラス 64で生ずる収差が変化しないためである。

[0072] さて、ステップ 102を経た投影光学系は、液浸型投影光学系として用いられるため、投影光学系に対して露光対象の基板が数 mm程度の間隔で離間され、且つ投影光学系と基板との間に液体が供給されている状態で露光転写が行われる。液体が純水である場合には、波長 193nmの光に対しては、純水の屈折率と蛍石で形成された補正ガラス 64の屈折率は同程度である。このため、補正ガラス 64の厚みは数 mm 程度であり、補正ガラス 64の屈折率と液体の屈折率との差を考慮して最適化されている。補正ガラス 64は、投影光学系 PLと反射部材 63との間であれば、配置される位置は制限されない。しかしながら、投影光学系 PLの像面では、測定光の光強度が高くなつて補正ガラス 64の光学損傷が生ずる可能性があるため、投影光学系の像面からずれた位置に補正ガラス 64を配置することが好ましい。

[0073] 反射球面 63で反射された測定光は、補正ガラス 64、投影光学系 PL、フィゾーレンズ 61およびハーフプリズム 60を介して、 CCD62に達する。こうして、参照光と測定光との干渉に基づいて、投影光学系 PLに残存する波面収差が測定される。

このように図 13の波面収差測定装置では、投影光学系の像面側が乾燥状態であつても、補正ガラス 64によって収差を発生させて液浸状態時の収差状態を測定すること力 Sできる。

[0074] 次に、ステップ 103で得られた波面収差の計測結果に基づいて、投影光学系中の一部分のレンズの光軸方向の位置や光軸に対する姿勢、或いはマスクの光軸方向の位置を調整して、投影光学系 PLの収差を調整する（ステップ 104)。これらステップ 103および 104の操作を投影光学系の収差が補正されるまで繰り返すことにより、液浸状態で収差補正された投影光学系を製造することができる。

[0075] なお、上述の実施形態では、投影光学系 PLの内部、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の内部およびウェハ Wおよびゥヱハステージ WSなどを密封包囲するケーシングの内部に窒素が充填されている。しかしながら、これに限定されることなぐ投影光学系 PLの内部および上記ケーシングの内部に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てもよい。 [0076] 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 14は、この発明の第 2の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第 2の実施の形態に力かる投影光学系 PL1は、複数の光学素子 L1一 L24を備えており、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面に位置するマスク Mlのパターン像を第 2面に位置するウェハ W1上に形成する。また、投影光学系 PL1は、像側（即ちウェハ W1側）がテレセントリックとなるように構成されている。

[0077] 投影光学系 PL1は、物体側（即ちマスク Ml側）から露光光が通過する順に、平行平面板 Ll、像側に非球面状に形成された凹面を向けた負メニスカスレンズ L2、像側に平面を向けた平凹レンズ L3、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L4、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L5、両凸レンズ L6、両凸レンズ L7、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L8、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ L9、像側に非球面状に形成された凹面を向けた負メニスカスレンズ L10、両凹レンズ L1 1、像側に平面を向けた平凹レンズ L12、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L13、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L14、物体側に平面を向けた平凸レンズ L15、両凸レンズ L16、開口絞り AS1、両凹レンズ L17、両凸レンズ L18、両凸レンズ L19、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L20、像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 L21、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L22、平行平面板（第 1光学素子) L23、平行平面板（第 2光学素子） L24により構成されてレ、る。

[0078] ここで、レンズ L1一 L23は第 1硝材である石英ガラス（合成石英）により形成され、レンズ L24は第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材である蛍石により形成されている。即ち、投影光学系 PL1を構成する複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は石英ガラスにより形成され、投影光学系 PL1を構成する複数の光学素子のうちの少なくとも 1つは蛍石により形成されている。なお、ウェハ W1の近傍に配置されている平行平面板 L23の像側の面の屈折力は 0である力 S、平行平面板 L23の像側の面の屈折力はほぼ 0であればよい。また、最もウェハ W1側に配置されている平行平面板 L24の屈折力は 0である力平行平面板 L24の屈折力はほぼ 0であればよレ、。 [0079] 図 15 (a)は、平行平面板 L24とウェハ Wlの間に気体を介在させた乾燥型の投影光学系 PL1に含まれる正メニスカスレンズ L22、平行平面板 L23、平行平面板 L24 及びウェハ W1の概略構成を示す図である。図 15 (a)に示す乾燥型の投影光学系 P L1では、球面収差は良好に補正されている。

[0080] 図 15 (b)は、平行平面板 L24を退避させ、平行平面板 L23とウェハ W1との間の光路中に屈折率 1. 1以上である液体 (媒質) E1を介在させた液浸型の投影光学系 PL 1に含まれる正メニスカスレンズ L22、平行平面板 L23及びウェハ Wlの概略構成を示す図である。図 15 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL1においては、正メニスカスレンズ L22と平行平面板 L23との間隔及び平行平面板 L23の厚さを乾燥型の場合と比較して増加させている。また、平行平面板 L24の厚さを平行平面板 L24を露光光の光路から退避させることにより 0にしている。即ち、平行平面板 L24の厚さを乾燥型の場合と比較して減少させている。図 15 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL1では、正メニスカスレンズ L22と平行平面板 L23との間隔及び平行平面板 L23の厚さを調整することにより、球面収差は良好に補正されている。即ち、図 15 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL1の光学特性と図 15 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL1の光学特性とはほぼ同一に維持されている。

[0081] この第 2の実施の形態に力かる投影光学系 PL1によれば、平行平面板 L23の厚さを増加させ、平行平面板 L24の厚さを減少（この実施の形態においては平行平面板 L24を退避させることにより平行平面板 L24の厚さを 0にしている）させ、平行平面板 L23と平行平面板 L24との間隔を調整することにより投影光学系 PL1とウェハ W1との間の気体を液体に切り換えた場合においても投影光学系 PL1の球面収差を悪化させることなぐ切り換え前後における投影光学系 PL1の光学特性をほぼ同一に維持すること力 Sできる。液浸型に切り換えられた投影光学系 PL1においては、焦点深度及び解像力の向上を図ることができる。また、この実施の形態にかかる投影光学系 P L1を露光装置に用いた場合には、レジストの反射率の低下を図ることができる。また、乾燥型に切り換えられた投影光学系 PL1を露光装置に用いた場合には、高いスル一プットで露光を行うことができる。

[0082] なお、この第 2の実施の形態においては、第 1光学素子として平行平面板 L23を備えているが、第 1光学素子としてウェハ Wl側の屈折力がほぼ 0となるレンズを備えるようにしてもよい。また、乾燥型の投影光学系 PL1において、第 1光学素子として石英ガラスにより形成される平行平面板 L23及び第 2光学素子として蛍石により形成される平行平面板 L24を備えているが、蛍石により形成される第 1光学素子及び石英ガラスにより形成される第 2光学素子を備えるようにしてもよい。

[0083] また、図 15 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL1から、図 15 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL1に交換することもできる。この場合には、平行平面板（平面板) L24を最もウェハ W1側またはウェハ W1の近傍に揷入し、平行平面板 L24とウェハ W1の間に気体を介在させる。また、平行平面板 L23の厚さを減少させ、平行平面板 L23と平行平面板 L24との間隔を調整する。この場合にも、平行平面板 L23の厚さを減少させ、平行平面板 L23と平行平面板 L24との間隔を調整することにより、液浸型から乾燥型の投影光学系への交換前後における光学特性をほぼ同一に維持することができる。

[0084] 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 16は、この発明の第 ₃の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第

3の実施の形態に力かる投影光学系 PL2は、複数の光学素子 L31— L57を備えており、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面に位置するマスク M2のパターン像を第 2面に位置するウェハ W2上に形成する。また、投影光学系 PL2は、像側（即ちウェハ W2側）がテレセントリックとなるように構成されている。

[0085] 第 3の実施の形態に力かる投影光学系 PL2は、物体側（即ちマスク M2側）から光線が通過する順に、平行平面板 L31、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L32、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L33、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L34、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L35、両凸レンズ L36、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L37、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L38、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L39、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ L40、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 L41、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L 42、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L43、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L44、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L45、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L46、両凸レンズ L47、開口絞り AS2、両凹レンズ L48、両凸レンズ L49、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L50、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L51、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L52、像側に非球面状に形成された凹面を向けた負メニスカスレンズ L5 3、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L54、物体側に凸面を向けた平凸レンズ L55、平行平面板 (第 1光学素子) L56、平行平面板 (第 2光学素子） L57により構成されている。

[0086] ここで、レンズ L31 L53及び L57は第 1硝材である石英ガラス（合成石英）により形成され、レンズ L54 L56は第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材である蛍石により形成されている。即ち、投影光学系 PL2を構成する複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は石英ガラスにより形成され、投影光学系 PL2を構成する複数の光学素子のうちの少なくとも 1つは蛍石により形成されている。また、ゥェハ W2の近傍に配置されている平行平面板 L56の像側の面の屈折力は 0であるが、平行平面板 L56の像側の面の屈折力はほぼ 0であればよい。また、最もウェハ W2側に配置されている平行平面板 L57の屈折力は 0である力平行平面板 L57の屈折力はほぼ 0であればよい。

[0087] 図 17 (a)は、平行平面板 L57とウェハ W2の間に気体を介在させた乾燥型の投影光学系 PL2に含まれる平凸レンズ L55、平行平面板 L56、平行平面板 L57及びゥェハ W2の概略構成を示す図である。図 17 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL2では、球面収差は良好に補正されてレ、る。

[0088] 図 17 (b)は、平行平面板 L57とウェハ W2との間の光路中に屈折率 1. 1以上である液体 (媒質) E2を介在させた液浸型の投影光学系 PL2に含まれる平凸レンズ L55 、平行平面板 L56、平行平面板 L57及びウェハ W2の概略構成を示す図である。図 17 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL2においては、平行平面板 L56の厚さを乾燥型の場合と比較して減少させている。また、平行平面板 L57の厚さを乾燥型の場合と比較して増加させている。図 17 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL2では、平行平面板 L56の厚さを減少させ、平行平面板 L57の厚さを増加させることにより、球面収差は良好に補正されている。即ち、図 17 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL2の光学特性と図 17 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL2の光学特性とはほぼ同一に維持されている。

[0089] この第 3の実施の形態に力かる投影光学系 PL2によれば、平行平面板 L56の厚さを減少させ、平行平面板 L57の厚さを増加させることにより投影光学系 PL2とウェハ W2との間の媒質の切り換えが行われた場合においても投影光学系 PL2の球面収差を悪化させることなぐ切り換え前後における投影光学系 PL2の光学特性をほぼ同一に維持することができる。液浸型に切り換えられた投影光学系 PL2においては、焦点深度及び解像力の向上を図ることができる。また、この実施の形態にかかる投影光学系 PL2を露光装置に用いた場合には、レジストの反射率の低下を図ることができる。また、乾燥型に切り換えられた投影光学系 PL2を露光装置に用いた場合には、高いスループットで露光を行うことができる。

[0090] また、この第 3の実施の形態に力かる投影光学系 PL2によれば、最もウェハ W2側に配置されている光学素子が石英ガラスにより形成されている平行平面板 L57であるため、液浸型の投影光学系 PL2に交換した場合においても、液体 E2により平行平面板 L57が侵食されるのを防止することができる。

[0091] なお、この第 3の実施の形態においては、第 1光学素子として平行平面板 L56を備えているが、第 1光学素子としてウェハ W2側の屈折力がほぼ 0となるレンズを備えるようにしてもよい。また、投影光学系 PL2において、第 1光学素子として蛍石により形成される平行平面板 L56及び第 2光学素子として石英ガラスにより形成される平行平面板 L57を備えているが、石英ガラスにより形成される第 1光学素子及び蛍石により形成される第 2光学素子を備えるようにしてもょレ、。

[0092] また、図 17 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL2から、図 17 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL2に交換することもできる。この場合には、平行平面板 L56の厚さを増加させ、平行平面板 L57の厚さを減少させ、平行平面板 L57とウェハ W2の間に気体を介在させる。この場合にも、平行平面板 L56の厚さを増加させ、平行平面板 L57の厚さを減少させることにより、液浸型から乾燥型の投影光学系への交換前後における光学特性をほぼ同一に維持することができる。 [0093] 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 18は、この発明の第 4の実施の形態に力かる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第 4の実施の形態に力かる投影光学系 PL3は、複数の光学素子 L61— L86を備えており、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面に位置するマスク M3のパターン像を第 2面に位置するウェハ W3上に形成する。また、投影光学系 PL3は、像側（即ちウェハ W3側）がテレセントリックとなるように構成されている。

[0094] 第 4の実施の形態に力かる投影光学系 PL3は、物体側（即ちマスク M3側）から光線が通過する順に、平行平面板 L61、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L62、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L63、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ L64、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L65、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、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L68、物体側に凸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負メニスカスレンズ L70、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 L71、物体側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L 72、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L73、像側に非球面状に形成された凹面を向けた平凹レンズ L74、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L75、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L76、両凸レンズ L77、開口絞り AS3、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ L78、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ L79、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L80、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L81、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ L82、像側に非球面状に形成された凹面を向けた負メニスカスレンズ L83、像側に非球面状に形成された凹面を向けた両凹レンズ L84、物体側に凸面を向けた平凸レンズ (第 1 光学素子) L85、平行平面板（第 2光学素子) L86により構成されてレ、る。

[0095] ここで、レンズ L61 レンズ L85は第 1硝材である石英ガラス（合成石英）により形成され、レンズ L86は第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材である蛍石により形成されている。即ち、投影光学系 PL3を構成する複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は石英ガラスにより形成され、投影光学系 PL3を構成する複数の光学素子のうちの少なくとも 1つは蛍石により形成されている。なお、ウェハ W3の近傍に配置されている平凸レンズ L85の像側の面の屈折力は 0である力平凸レンズ L85 の像側の面の屈折力はほぼ 0であればよい。また、最もウェハ W3側に配置されている平行平面板 L86の屈折力は 0である力平行平面板 L86の屈折力はほぼ 0であればよい。

[0096] 図 19 (a)は、平行平面板 L86とウェハ W3の間に気体を介在させた乾燥型の投影光学系 PL3に含まれる平凸レンズ L85、平行平面板 L86及びウェハ W3の概略構成を示す図である。図 19 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL3では、球面収差は良好に補正されている。

[0097] 図 19 (b)は、蛍石により形成された平行平面板 L86から石英ガラスにより形成された平行平面板 L86 'に交換し、平行平面板 L86 'とウェハ W3との間の光路中に屈折率 1. 1以上である液体 (媒質) E3を介在させた液浸型の投影光学系 PL3に含まれる平凸レンズ L85、平行平面板 L86 '及びウェハ W3の概略構成を示す図である。図 1 9 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL3においては、平行平面板 L86 'の厚さを乾燥型の投影光学系 PL3が備える平行平面板 L86と比較して減少させている。また、平凸レンズ L85と平行平面板 L86 'との間隔を、乾燥型の投影光学系 PL3が備える平凸レンズ L85と平行平面板 L86との間隔と比較して増加させている。図 19 (b)に示す液浸型の場合における投影光学系 PL3では、平行平面板 L86 'の厚さを増加させ、平凸レンズ L85と平行平面板 L86 'との間隔を調整することにより、球面収差は良好に補正されている。即ち、図 19 (a)に示す乾燥型の投影光学系 PL3の光学特性と図 19 (b)に示す液浸型の投影光学系 PL3の光学特性とはほぼ同一に維持されている。

[0098] この第 4の実施の形態にかかる投影光学系 PL3によれば、蛍石により形成された平行平面板 L86を石英ガラスにより形成された平行平面板 L86 'に交換し、平凸レンズ L85と平行平面板 L86 'との間隔を調整することにより投影光学系 PL3とウェハ W3との間の気体を液体に切り換えた場合においても投影光学系 PL3の球面収差を悪化させることなぐ切り換え前後における投影光学系 PL3の光学特性をほぼ同一に維持すること力 Sできる。液浸型に切り換えられた投影光学系 PL3においては、焦点深度及び解像力の向上を図ることができる。また、この実施の形態にかかる投影光学系 P L3を露光装置に用いた場合には、レジストの反射率の低下を図ることができる。また、乾燥型に切り換えられた投影光学系 PL3を露光装置に用いた場合には、高いスル一プットで露光を行うことができる。

[0099] また、この第 4の実施の形態に力かる投影光学系 PL3によれば、液浸型の投影光学系 PL3に交換した場合において、最もウェハ W3側に配置された蛍石により形成された平行平面板 L86から石英ガラスにより形成された平行平面板 L86 'に交換するため、液体 E3により平行平面板 L86 'が侵食されるのを防止することができる。

[0100] なお、この第 4の実施の形態においては、第 1光学素子として平凸レンズ L85を備えているが、第 1光学素子としてウェハ W3側の屈折力がほぼ 0となる光学素子、例えば平行平面板を備えるようにしてもよい。また、乾燥型の投影光学系 PL3において、第 1光学素子として石英ガラスにより形成される平凸レンズ L85及び第 2光学素子として蛍石により形成される平行平面板 L86を備えているが、蛍石により形成される第 1光学素子及び石英ガラスにより構成される第 2光学素子を備えるようにしてもよい。

[0101] 上述の通り、第 2乃至第 4の実施の形態にかかる投影光学系では、第 2面側の屈折力がほぼ 0となるレンズまたは平行平面板により構成されている第 1光学素子と、屈折力がほぼ 0となる第 2光学素子とを備えており、第 1光学素子及び第 2光学素子のうちの一方は第 1硝材により形成されており、他方は第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されている。従って、最も第 2面側に配置される第 2光学素子と第 2面との間を屈折率の異なる気体や液体に切り換えた場合においても、第 1光学素子及び第 2光学素子の厚さを調整することにより、切り換え前後における投影光学系の光学特性をほぼ同一に維持することができる。また、第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されている光学素子を露光光のエネルギーが集中する位置に配置した場合には、強エネルギーによる光学素子の破損及び投影光学系の光学特性の劣化を防止することができる。

[0102] そして、第 2乃至第 4の実施の形態に力かる投影光学系では、第 2光学素子が第 1 硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されているため、最も第 2面に配置される光学素子と第 2面との間を気体力液体に切り換えた場合においても、第 1 光学素子の厚さを増加させ、第 2光学素子の厚さを減少させることにより、切り換え前後における投影光学系の光学特性をほぼ同一に維持することができる。また、第 2光学素子を露光光のエネルギーが集中する位置に配置した場合には、強エネルギーによる第 2光学素子の破損及び投影光学系の光学特性の劣化を防止することができる。

[0103] また、第 2乃至第 4の実施の形態にかかる投影光学系では、第 1光学素子の厚さを増加させ、且つ第 2光学素子の厚さを減少させるという小改造により、第 2光学素子と第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる。

[0104] また、第 2乃至第 4の実施の形態にかかる投影光学系では、第 2面側の屈折力がほぼ 0となる第 1硝材により形成された境界レンズを備えており、屈折力がほぼ 0となる第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成された平面板が第 2面近傍に揷入されている。従って、境界レンズと第 2面との間の光路中に介在させた液体を気体に交換した場合においても、境界レンズの厚さ及び境界レンズと挿入した平面板との間隔を調整するという小改造により、前記液体と前記気体との交換の前後における投影光学系の光学特性をほぼ同一に維持することができる。

[0105] また、第 2乃至第 4の実施の形態にかかる投影光学系では、複数の光学素子を備え、複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は第 1硝材により形成され、第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されて第 2面側の屈折力がほぼ 0となる光学素子を少なくとも 1つ備えている。従って、第 2硝材により形成されている光学素子を露光光のエネルギーが集中する位置に配置した場合には、強エネルギ一による光学素子の破損及び投影光学系の光学特性の劣化を防止することができる。

[0106] 次に、図面を参照して、この発明の第 5の実施の形態について説明する。図 20は、第 5の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法を示すフローチャートである。まず、投影光学系を構成する複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子を合成石英（第 1硝材）により形成する (ステップ S200)。次に、合成石英により形成されて像面 (第 2面)側の屈折力が 0となる平凸レンズ (第 1光学素子)を準備する (ステツプ S201)。ここで、ステップ S201において準備される平凸レンズは屈折力がほぼ 0であればよい。そして、ステップ S 201において準備された平凸レンズを像面の近傍に配置する (ステップ S202)。次に、合成石英よりも低い屈折率を有する蛍石（第 2 硝材）により形成されて屈折力が 0となる平行平面板 (第 2光学素子)を準備する (ステツプ S203)。ここで、ステップ S203において準備される平行平面板は屈折力がほぼ 0であればよい。そして、ステップ S203において準備された平行平面板を最も像面側に配置する (ステップ S 204)。

[0107] 図 21 (a)は、ステップ S200 ステップ S204の工程により製造された投影光学系のうちステップ S202において配置された平凸レンズ L90、ステップ S204において配置された平行平面板 L91の概略構成を示す図である。図 21 (a)に示すように、平凸レンズ L90は像面 Wの近傍に配置され、平行平面板 L91は最も像面 W側に配置されている。この実施の形態において製造された投影光学系は、平行平面板 L91と像面 Wとの間に気体を介在させた場合には、波長が 200nm 300nmである露光光を用いて、像面 W側にテレセントリックな光束のもとで図示しない物体（第 1面）の像を像面 Wに形成するように構成されてレ、る。

[0108] 次に、ステップ S202において像面 Wの近傍に配置された平凸レンズ L90の厚さを調整する（ステップ S205)。具体的には、平凸レンズの厚さを増加させることにより調整を行う。次に、ステップ S204において最も像面 W側に配置された平行平面板 L91 の厚さを調整する（ステップ S206)。具体的には、平行平面板 L91の厚さを減少させることにより調整を行う。

[0109] 図 21 (b)は、ステップ S200—ステップ S206の工程により製造された投影光学系のうちステップ S205において厚さを調整された平凸レンズ L90、ステップ S207におレヽて厚さを調整された平行平面板 L91の概略構成を示す図である。図 21 (b)に示すように平行平面板 L91と像面 Wとの間の光路中に屈折率 1. 1以上の純水等の媒質 E1 0を介在させた場合において、ステップ S205において平凸レンズ L90の厚さを増加させる調整を行い、ステップ S206において平行平面板 L91の厚さを減少させる調整を行うことにより、媒質 E10を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる。

[0110] この第 5の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法によれば、平凸レンズ L90 の厚さを増加させ、且つ平行平面板 L91の厚さを減少させるという簡便な方法により、平行平面板 L91と像面との間の光路中に媒質 E10を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる。また、乾燥型の投影光学系を、投影光学系の光学特性を維持した状態で容易に液浸型の投影光学系に交換することができる。

[0111] なお、この第 5の実施の形態においては、第 1光学素子として平凸レンズ L90を準備したが、合成石英により形成されて像面側の屈折力がほぼ 0となる光学素子、例えば平行平面板を準備してもよい。

[0112] また、媒質 E10が蛍石を侵食させ易い媒質である場合には、蛍石により形成されてレ、る平行平面板 L91と媒質 E10とが接触するのは好ましくない。この場合には、ステップ S200 ステップ S204の工程において乾燥型の投影光学系を製造した後、ステップ S204において最も像面 W側に配置された平行平面板 L91を露光光の光路から退避させる（退避工程)。平行平面板 L91を退避させることにより平行平面板 L91の厚さを 0にする。次に、ステップ S202において像面 Wの近傍に配置された平凸レンズ L90の厚さを調整する。具体的には、平凸レンズの厚さを増加させることにより調整を行う。

[0113] 図 22は、ステップ S200—ステップ S204の工程により製造された投影光学系から平行平面板 L91を退避させ、厚さの調整を行った平凸レンズ L90の概略構成を示す図である。図 22に示すように平凸レンズ L90と像面 Wとの間の光路中に屈折率 1. 1 以上の純水等の媒質 E10を介在させた場合において、平行平面板 L91を退避させ、平凸レンズ L90の厚さを増加させる調整を行うことにより、媒質 E10を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる。

[0114] また、この第 5の実施の形態においては、乾燥型に最適な投影光学系を製造した後、乾燥型における光学特性を維持した状態で投影光学系と像面との間に純水等の媒質 E10を介在させて用いる液浸型に最適な投影光学系を製造しているが、液浸型に最適な投影光学系を製造した後、液浸型における光学特性を維持した状態で投影光学系と像面との間に介在されている屈折率 1. 1以上の媒質を気体に交換して、乾燥型に最適な投影光学系を製造しても良い。この場合には、製造された液浸型の投影光学系が蛍石により形成された平行平面板 L91を備える場合には、石英ガラスにより形成された平凸レンズ 90の厚さを減少させ、蛍石により形成された平行平面板 L91の厚さを増加させる調整を行う。一方、製造された液浸型の投影光学系が蛍石により形成された平行平面板 L91を備えていない場合には、蛍石により形成された平行平面板 L91を準備し投影光学系に挿入する。次に、石英ガラスにより形成された平凸レンズ 90の厚さを減少させる調整を行う。

[0115] 次に、図面を参照して、この発明の第 6の実施の形態について説明する。図 23は、第 6の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法を示すフローチャートである。まず、全てが合成石英 (第 1硝材）により形成される複数の光学素子を備え、波長が 200nm 300nmである露光光を用レ、、像面（第 2面）側にテレセントリックな光束のもとで物体側のパターン像を像面上に形成する投影光学系を準備する (ステップ S 3 00)。ここで、ステップ S300において準備された投影光学系では、投影光学系と像面とに間に液体を介在させた場合に、球面収差は良好に補正されている。

[0116] 次に、合成石英よりも低い屈折率を有する蛍石（第 2硝材）により形成されて屈折力力 SOである平面板を準備する（ステップ S 301)。ここで、ステップ S301において準備される平面板は屈折力がほぼ 0であればよレ、。次に、ステップ S 300において準備された投影光学系の像面の近傍に、ステップ S301において準備された平面板を挿入する（ステップ S 302)。

[0117] 次に、ステップ S300において準備された投影光学系に備えられ、最も像面側に配置されている境界レンズの厚さの調整を行う（ステップ S303)。ここで、境界レンズは石英ガラスにより形成されており像側の面の屈折力力 Soである力 S、境界レンズの像側の面の屈折力はほぼ 0であればよい。ステップ S303における境界レンズの厚さの調整は、具体的には、境界レンズの厚さを減少させることにより行う。次に、ステップ S 3 02において揷入された平面板と境界レンズとの間隔を調整する (ステップ S304)。

[0118] この第 6の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法によれば、ステップ S302いおいて平面板を揷入し、ステップ S 303において境界レンズの厚さを減少させる調整を行レ、、ステップ S 304において平面板と境界レンズとの間隔を調整するという簡便な方法により、ステップ S304において境界レンズと像面との間の光路中に介在された液体を気体に交換した場合においても、交換する前後における光学特性をほぼ同一に維持することができる。また、液浸型の投影光学系を、投影光学系の光学特性を維持した状態で容易に乾燥型の投影光学系に交換することができる。

[0119] なお、この第 6の実施の形態においては、ステップ S302において境界レンズの厚さの調整を行い、ステップ S303において平面板と境界レンズとの間隔の調整を行っている力平面板と境界レンズとの間隔の調整を行い、境界レンズの厚さの調整を行つても良い。また、境界レンズの厚さの調整と、平面板と境界レンズとの間隔の調整を交互に行なってもよレ、。

[0120] また、この第 6の実施の形態においては、液浸型の投影光学系が備える境界レンズの厚さを調整することにより乾燥型の投影光学系に交換しているが、交換用境界レンズを準備して液浸型の投影光学系が備える境界レンズ力準備された交換用境界レンズへ交換することにより、乾燥型の投影光学系に交換してもよい。即ち、ステップ S 301において、平面板及び交換用境界レンズを準備する（交換用境界レンズ準備ェ程)。ここで、交換用境界レンズは石英ガラスにより形成されており、その像側の面の屈折力はほぼ 0であり、液浸型の投影光学系が備える境界レンズの厚さと比較して薄い厚さを有する。次に、ステップ S303において、液浸型の投影光学系が備える境界レンズを、交換用境界レンズ準備工程において準備された交換用境界レンズに交換する。

[0121] 上述の通り、第 5及び第 6の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法では、第 1 光学素子及び第 2光学素子の厚さを調整するという簡便な方法により、最も第 2面側に配置される第 2光学素子と第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる。また、第 2硝材により形成されている第 2光学素子を露光光のエネルギーが集中する位置に配置した場合には、強エネルギーによる光学素子の破損及び製造された投影光学系の光学特性の劣化を防止することができる。

[0122] また、第 5及び第 6の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法では、第 1光学素子の厚さを増加させ、且つ第 2光学素子の厚さを減少させる（第 2光学素子を露光光の光路中から退避させ第 2光学素子の厚さを 0にすることを含む）という簡便な方法により、第 2光学素子と第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持することができる

[0123] また、第 5及び第 6の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法では、揷入工程において前記平面板を揷入し、厚さ調整工程において境界レンズの厚さを減少させる調整を行い、間隔調整工程において平面板と境界レンズとの間隔を調整するという簡便な方法により、境界レンズと第 2面との間の光路中に介在された液体を気体に交換する前後における光学特性をほぼ同一に維持することができる。

[0124] 次に、図面を参照して、この発明の第 7の実施の形態について説明する。図 24は、この発明の第 7の実施の形態に力、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 24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軸がウェハ Wに対して平行となるよう設定され、 Z軸がウェハ Wに対して直交する方向に設定されている。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。

[0125] この第 7の実施の形態に力かる投影露光装置は、図 24に示すように、露光光源である KrF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 248nm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。レチクル Rを通過した光は、第 2の実施の形態に力、かる投影光学系 PL1、第 3の実施の形態にか力、る投影光学系 PL2、第 4の実施の形態に力、かる投影光学系 PL3、第 5の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系または第 6の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系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ェハ W上の露光領域に所定の投影倍率（例えば、は 1/4, 1/5等）で縮小投影露光する。

[0126] 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。

[0127] ウェハ Wはウェハホルダ（図示せず）を介して Zステージ 9上に固定されてレ、る。また、 Zステージ 9は、投影光学系 PLの像面と実質的に平行な XY平面に沿って移動する XYステージ 10上に固定されており、ウェハ Wのフォーカス位置（Z方向の位置）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を用いたウェハレーザ干渉計 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、ウェハ Wの X方向、 Y方向及び回転方向を制御する。

[0128] 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。

[0129] また、主制御系 14は、オートフォーカス方式及びオートレべリング方式によりウェハ W上の表面を投影光学系 PLの像面に合わせ込むため、ウェハ Wのフォーカス位置 (Z方向の位置）及び傾斜角の調整を行なう。即ち、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系 15により Zステージ 9を駆動させることによりウェハ Wのフォーカス位置及び傾斜角の調整を行なう。更に、主制御系 14は、ウェハレーザ干渉計 13により計測された計測値に基づいてウェハ Wの X方向、 Y方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系 15により XYステージ 10 を駆動させることによりウェハ Wの X方向、 Y方向及び回転方向の位置調整を行なう

[0130] 露光時には、主制御系 14は、レチクルステージ RSTに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、投影光学系 PLの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージ RST及び XYステージ 10を駆動させつつ、レチクル Rのパターン像をウェハ W上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系 14は、ウェハステージ駆動系 15に制御信号を送信し、ゥェハステージ駆動系 15により XYステージ 10を駆動させることによりウェハ W上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。このように、ステップ'アンド'スキヤン方式によりレチクル Rのパターン像をウェハ W上に走查露光する動作を繰り返す。

[0131] この投影露光装置は、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型の露光装置に交換可能に構成されている。ここで、液浸型の露光装置に交換した場合には、図 24に示すように、ウェハ 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、かつ合成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を備える投影光学系 PLを構成する光学素子の調整が行われる。即ち、乾燥型の投影光学系 PLから液浸型の投影光学系 PLに調整される。ここで、投影光学系 PLを構成する光学素子の調整では、上述の第 1一第 4の実施の形態にか力る投影光学系または第 4及び第 6の実施の形態に力かる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系を構成する光学素子の厚さ等の調整と同様の調整が行われる。この投影光学系 PLにおいては、最もウェハ 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

[0132] この第 7の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、第 2乃至第 4のいずれか 1 つの実施の形態に力かる投影光学系または第 5若しくは第 6の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法により製造された投影光学系を備えているため、必要に応じて投影光学系 PLとウェハ Wとの間に気体を介在させる乾燥型の露光装置と投影光学系 PLとウェハ Wとの間に液体を介在させる液浸型の露光装置とを切り換えて使い分けることができる。従って、液浸型の投影光学系 PLに切り換えた場合には、レチクル Rのパターンが微細であってもレチクル Rのパターン像を高解像力によりウェハ W 上に良好に露光することができる。また、乾燥型の投影光学系 PLに切り換えた場合には、レチクル Rのパターン像をウェハ W上に高いスループットで良好に露光することができる。また、投影光学系 PLの最もウェハ W側に配置されている光学素子 4とゥェハ Wとの間に屈折率が 1. 1以上の媒質 7を介在させた状態で露光を行った場合においても、その場合における光学特性と光学素子 4とウェハ Wとの間に気体を介在させた状態での光学特性とをほぼ同一に維持することができ、レチクル Rのパターン像をウェハ W上に良好に露光することができる。

[0133] なお、この第 7の実施の形態においては、液体として純水を用いている力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ぐ投影光学系 PLやウェハ 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レ、。

[0134] 上述の各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つて、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 31のフローチャートを参照して説明する。

[0135] 先ず、図 31のステップ 401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 402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 403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 404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 405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。

[0136] 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 401—ステップ 405では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っている力これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない

[0137] 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 32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 32において、パターン形成工程 501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ェ程によって、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 502へ移行する。

[0138] 次に、カラーフィルター形成工程 502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 502の後に、セル組み立て工程 503が実行される。セル組み立て工程 503では、パターン形成工程 501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 502にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル (液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程 503では、例えば、パターン形成工程 501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 502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。

[0139] その後、モジュール組み立て工程 504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。 [0140] なお、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結像光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、 KrFまたは ArFエキシマレ一ザ一光源を用いているが、これに限定されることなぐ所定の波長光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。

[0141] また、上述の実施形態では、マスクおよび基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するステップ 'ァンド'スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。し力、しながら、これに限定されることなぐマスクと基板とを静止させた状態でマスクのパターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するステップ 'アンド'リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。

[0142] [実施例 1]

実施例 1にかかる投影光学系のレンズ構成は、図 14に示す第 2の実施の形態にか力る投影光学系 PL1のレンズ構成と同一であるため、実施例 1にかかる投影光学系の説明には、第 2の実施の形態に力かる投影光学系 PL1の説明で用いた符号を用いる。

[0143] 実施例 1にかかる投影光学系 PL1の諸元の値を示す。この諸元においては、 NA は開口数を示している。また、この諸元においては、石英ガラス、蛍石及び純水の屈折率は投影光学系 PL1中の雰囲気に対する相対屈折率を示している。表 3に、平行平面板 L24とウェハ W1との間に気体を介在させた乾燥型の投影光学系 PL1の光学部材諸元を示す。表 3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。

[0144] また、実施例 1にかかる投影光学系 PL1に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズの非球面係数を表 4に示す。表 4の非球面係数においては、第 1カラムの非球面番号は表 3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 Eの非球面係数、第 4カラムは 4次 Aと 14次 Fの非球面係数、第 5カラムは 6次 Bと 16次 Gの非球面係数、第 6力ラムは 8次 Cと 18次 Hの非球面係数、第 7カラムは 10次 Dとの非球面係数をそれぞれ示している。

[0145] 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投影光学系 PL1 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、 m 次の非球面係数を Cmとしたとき、以下の数式 (b)で表される。

[0146] z = (yVr) / [ 1 + { 1_ ( 1 + K) · y²/r² } ^1/2]

+ A-y⁴ + B -y⁶ + C -y⁸ + D-y¹⁰ + E-y¹² + F-y¹⁴

+ G'y¹⁶ + H._y ¹⁸+J.y^2Q (b)

[0147] (諸元）

像側 NA: 0. 8

倍率：1/4

露光領域:最大像高 13. 7mm

中心波長： 248. 4nm

石英ガラス屈折率： 1. 50839

蛍石屈折率： 1. 46788

純水屈折率： 1. 396

[0148] [表 3]

(表 3)

(表 4 )

[0150] 図 25は、乾燥型の投影光学系 PL1のメリジォ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 25において、 Yは像高を示し、実線は波長 248. 4000nmにおける横収差をそれぞれ示している。図 25の横収差図に示すように、乾燥型の投影光学系 PL1では、収差がバランス良く補正されている。

[0151] 一方、平行平面板 L24を退避させ、正メニスカスレンズ L22の像側の面と平行平面板 L23の物体側の面との間隔、平行平面板 L23の厚さを変更し、ウェハ W1との間に純水を介在させた液浸型の投影光学系 PL1の光学部材諸元を表 5に示す。なお、面番号 1一 44については表 3に示す面番号 1一 44の光学部材諸元と同一であるため、表示を省略する。

[0152] [表 5]

(表 5 )

図 26は、液浸型の投影光学系 PL1のメリジォ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 26において、 Yは像高を示し、実線は波長 248. 4000nmにおける横収差をそれぞれ示している。図 26の横収差図に示すように、液浸型の投影光学系 PL1では、収差がバランス良く補正されている。 [0154] 実施例 1によれば、平行平面板 L24を退避させ、正メニスカスレンズ L22の像側の面と平行平面板 L23の物体側の面との間隔、平行平面板 L23の厚さを変更することにより、乾燥型の投影光学系 PL1の光学特性と液浸型の投影光学系 PL1の光学特性は、ほぼ同一に維持されている。

[0155] [実施例 2]

実施例 2にかかる投影光学系のレンズ構成は、図 16に示す第 3の実施の形態にか力、る投影光学系 PL2のレンズ構成と同一であるため、実施例 2にかかる投影光学系の説明には、第 3の実施の形態に力、かる投影光学系 PL2の説明で用いた符号を用いる。

[0156] 実施例 2にかかる投影光学系 PL2の諸元を示す。この諸元においては、 NAは開口数を示している。また、この諸元においては、石英ガラス、蛍石及び純水の屈折率は投影光学系 PL2中の雰囲気に対する相対屈折率を示している。また、実施例 2に力かる投影光学系 PL2の光学部材諸元を表 6に示す。また、実施例 2にかかる投影光学系 PL2に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズの非球面係数を表 7 に示す。表 6に示す光学部材諸元の各カラムの定義及び表 7に示す非球面係数の定義は、実施例 1にかかる表 3及び表 4と同一であるため、実施例 1にかかる投影光学系 PL 1の説明で用いたのと同一の符号を用レ、て説明を行う。

[0157] (諸元）

像側 NA: 0. 8

倍率：1/4

露光領域:最大像高 21. lmm

中心波長： 248. 4nm

石英ガラス屈折率： 1. 50839

蛍石屈折率： 1. 46788

純水屈折率： 1. 396

[0158] [表 6] (表 6)

[0159] [表 7]

(表 7 )

[0160] 図 27は、乾燥型の投影光学系 PL2のタンジェンシャ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 27において、 Yは像高を示し、実線は波長 24 8. 4000nmにおける横収差を示している。図 27に示すように、投影光学系 PL2では、収差がバランス良く補正されている。

[0161] 一方、平行平面板 L56の厚さ及び平行平面板 L57の厚さを変更し、平行平面板 L 57とウェハ W2との間に水を介在させた液浸型の投影光学系 PL2の光学部材諸元を表 8に示す。なお、面番号 1一 51については表 6に示す面番号 1一 51の光学部材諸元と同一であるため、表示を省略する。

[0162] [表 8]

(表 8 )

図 28は、液浸型の投影光学系 PL2のタンジヱンシャ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 28において、 Yは像高を示し、実線は波長 24 8. 4000nmにおける横収差をそれぞれ示している。図 28の横収差図に示すように、液浸型の投影光学系 PL2では、収差がバランス良く補正されてレ、る。

[0164] 実施例 2によれば、平行平面板 L56の厚さ及び平行平面板 L57の厚さを変更することにより、乾燥型の投影光学系 PL2の光学特性と液浸型の投影光学系 PL2の光学特性は、ほぼ同一に維持されている。

[0165] [実施例 3]

実施例 3にかかる投影光学系のレンズ構成は、図 18に示す第 4の実施の形態にか力、る投影光学系 PL3のレンズ構成と同一であるため、実施例 3にかかる投影光学系の説明には、第 4の実施の形態に力、かる投影光学系 PL3の説明で用いた符号を用いる。

[0166] 実施例 3にかかる投影光学系 PL3の諸元の値を示す。この諸元においては、 NA は開口数を示している。また、この諸元においては、石英ガラス、蛍石及び純水の屈折率は投影光学系 PL3中の雰囲気に対する相対屈折率を示している。また、実施例 3にかかる投影光学系 PL3の光学部材諸元を表 9に示す。また、実施例 3にかかる投影光学系 PL3に用いられている非球面状のレンズ面を持つレンズの非球面係数を表 10に示す。表 9に示す光学部材諸元の各カラムの定義及び表 10に示す非球面係数の定義は、実施例 1にかかる表 3及び表 4と同一であるため、実施例 1にかかる投影光学系 PL1の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。

[0167] (諸元）

像側 NA: 0. 8

倍率：1/4

露光領域:最大像高 21. lmm

中心波長： 248. 4nm

石英ガラス屈折率： 1. 50839

蛍石屈折率： 1. 46788

純水屈折率： 1. 396

[0168] [表 9] (表 9)

[0169] [表 10]

(表 1 0 )

[0170] 図 29は、平行平面板 L86とウェハ W3との間に気体を介在させる乾燥型の投影光学系 PL3のタンジェンシャ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 29において、 Yは像高を示し、実線は波長 248. 4000nmにおける横収差を示している。図 29に示すように、乾燥型の投影光学系 PL3は、収差がバランス良く補正されている。

[0171] 一方、平行平面板 L86を平行平面板 L86 'に交換し、平行平面板 L86 'とウェハ W 3との間に水を介在させた液浸型の投影光学系 PL3の光学部材諸元を表 11に示す。なお、面番号 1〜50については表 9に示す面番号 1〜50の光学部材諸元と同一であるため、表示を省略する。

[0172] [表 11]

(表 1 1 )

図 30は、液浸型の投影光学系 PL3のタンジェンシャル方向及びサジタル方向にお

差換え用紙（規則 26) ける横収差を示す横収差図である。図 30において、 Yは像高を示し、実線は波長 24

8. 4000nmにおける横収差を示している。図 30に示すように、液浸型の投影光学系 PL3は、収差がバランス良く補正されている。

[0174] 実施例 3によれば、平行平面板 L86を平行平面板 L86 'に交換することにより、乾燥型の投影光学系 PL3の光学特性と液浸型の投影光学系 PL3の光学特性は、ほぼ同一に維持されている。

符号の説明

[0175] 100 レーザー光源

IL 照明光学系

R レチクル

RS レチクルステージ

PL 投影光学系

W ウェハ

WS ウェハステージ

Li レンズ成分

Pi 平行平面板

AS 開口絞り

Claims

請求の範囲

[1] 像面に接する浸液層を有する液浸型の結像光学系において、

前記浸液層と前記第 1媒質層との境界面、前記第 1媒質層と前記第 2媒質層との境界面、および前記第 2媒質層と前記第 3媒質層との境界面はそれぞれ平面状に形成されてレ、ることを特徴とする結像光学系。

[2] 前記第 1媒質および前記第 3媒質は固体であり、前記第 2媒質は気体であることを特徴とする請求項 1に記載の結像光学系。

[3] 前記第 1媒質および前記第 3媒質のうちの一方は石英であり、前記第 1媒質および前記第 3媒質のうちの他方は蛍石であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の結像光学系。

[4] 像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記像面との間に、屈折率の互いに異なる 4つの媒質層を有する結像光学系であって、

前記 4つの媒質層のうちの互いに P 接する 2つの任意の媒質層の境界面の曲率半径を Rとし、前記結像光学系の最大像高を Ymとし、前記所定の屈折力を有する光学面の曲率半径を Rpとするとき、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003

の条件を満足することを特徴とする結像光学系。

[5] 像面または物体面に最も近く配置されたレンズと前記像面または前記物体面との間に、屈折率の互いに異なる少なくとも 3つの媒質層を有する結像光学系であって、前記少なくとも 3つの媒質層はそれぞれ無屈折力であり、

前記少なくとも 3つの媒質層におけるすべての境界面は平面状に形成されていることを特徴とする結像光学系。

[6] 屈折率の互いに異なる 2つの任意の媒質間の屈折率差は 0. 01以上であることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれ力 1項に記載の結像光学系。

[7] 前記結像光学系は、前記像面側にほぼテレセントリックであることを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の結像光学系。

[8] 請求項 1乃至 3のいずれ力 4項に記載の結像光学系の収差調整方法であって、前記第 1媒質層の光軸に沿った厚さ、前記第 2媒質層の光軸に沿った厚さ、および前記第 3媒質層の光軸に沿った厚さをそれぞれ変更することにより、前記結像光学系と前記像面との間の媒質の屈折率が変更されることに起因して前記結像光学系に生じる球面収差を補正することを特徴とする収差調整方法。

[9] 請求項 4に記載の結像光学系の収差調整方法であって、

前記 4つの媒質層のうちの少なくとも 3つの媒質層において、光軸に沿った厚さをそれぞれ変更することにより、前記結像光学系の球面収差を補正することを特徴とする収差調整方法。

[10] 請求項 5に記載の結像光学系の収差調整方法であって、

前記少なくとも 3つの媒質層において、光軸に沿った厚さおよび屈折率のうちの少なくとも一方をそれぞれ変更することにより、前記結像光学系の球面収差を補正することを特徴とする収差調整方法。

[11] 屈折率の互いに異なる 2つの任意の媒質間の屈折率差は 0. 01以上であることを特徴とする請求項 8乃至 10のいずれ力 1項に記載の収差調整方法。

[12] 前記結像光学系は、前記像面側にほぼテレセントリックであることを特徴とする請求項 8乃至 11のレ、ずれか 1項に記載の収差調整方法。

[13] 物体の像を形成する結像光学系の調整方法において、

前記像面に最も近く配置された所定の屈折力を有する光学面と前記像側媒質層との間に配置されて第 1媒質力なる第 1媒質層の光軸に沿った厚さと、前記光学面と前記第 1媒質層との間に配置されて前記第 1媒質層とは異なる屈折率を有する第 2 媒質力なる第 2媒質層の光軸に沿った厚さと、前記光学面と前記第 2媒質層との間に配置されて前記第 1媒質および前記第 2媒質とは異なる屈折率を有する第 3媒質層の光軸に沿った厚さとを変更して、像側空間の媒質を変更することに起因して前記結像光学系で発生する球面収差を補正する収差補正工程とを含むことを特徴とする結像光学系の調整方法。

[14] 前記第 1媒質および前記第 3媒質は固体であり、前記第 2媒質は気体であることを特徴とする請求項 13に記載の結像光学系の調整方法。

[15] 前記第 1媒質および前記第 3媒質のうちの一方は石英であり、前記第 1媒質および前記第 3媒質のうちの他方は蛍石であることを特徴とする請求項 13または 14に記載の結像光学系の調整方法。

[16] 前記像側媒質層と前記第 1媒質層との境界面、前記第 1媒質層と前記第 2媒質層との境界面、および前記第 2媒質層と前記第 3媒質層との境界面はそれぞれ平面状に形成されていることを特徴とする請求項 13乃至 15の何れか一項に記載の結像光学系の調整方法。

[17] 物体の像を形成する結像光学系の調整方法において、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003 の条件を満足することを特徴とする結像光学系の調整方法。

[18] 屈折率の互いに異なる 2つの任意の媒質間の屈折率差は 0. 01以上であることを特徴とする請求項 13乃至 17の何れか一項に記載の結像光学系の調整方法。

[19] 前記結像光学系は、前記像面側にほぼテレセントリックであることを特徴とする請求項 13乃至 18の何れか一項に記載の結像光学系の調整方法。

[20] マスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記像面に設定された感光性基板上に形成するための請求項 1乃至 7のいずれ力 4項に記載の結像光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。

[21] マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、請求項 8 乃至 12のいずれか 1項に記載の収差調整方法により収差調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。

[22] マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、請求項 13 乃至 _{1 9}のいずれ力 4項に記載の調整方法により調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。

[23] 前記結像光学系は、前記像面に接する浸液層を有する液浸型の光学系であることを特徴とする請求項 20乃至 22の何れか一項に記載の露光装置。

[24] マスクを照明し、請求項 1乃至 7のいずれ力 1項に記載の結像光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記像面に設定された感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。

[25] 請求項 8乃至 12のいずれか 1項に記載の収差調整方法により収差調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。

[26] 請求項 13乃至 19のいずれ力 4項に記載の調整方法により調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。

[27] 物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系に取り付け可能に構成されて、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであって、前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する光学面の像側に配置される光学部材と交換可能に設けられて、所定の屈折率を有する第 1媒質で形成される第 1光学部材と、

前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材と交換可能に設けられて、前記第 1 光学部材とは異なる屈折率の第 2媒質で形成される第 2光学部材とを備え、前記第 1光学部材の光軸に沿った厚さおよび前記第 1媒質の屈折率のうちの少なくとも一方と、前記第 2光学部材の光軸に沿った厚さおよび前記第 2媒質の屈折率のうちの少なくとも一方とは、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する球面収差を補正するように定められていることを特徴とする光学ユニット。

[28] 前記第 1光学部材および前記第 2光学部材のうちの一方は石英で形成され、他方は蛍石で形成されることを特徴とする請求項 27に記載の光学ユニット。

[29] 前記第 1および前記第 2媒質間の屈折率差は 0. 01以上であることを特徴とする請求項 27または 28に記載の光学ユニット。

[30] 物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系に取り付け可能に構成されて、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであって、

Ym/ I R I < 0. 01

Ym/ I Rp I > 0. 003

の条件を満足することを特徴とする光学ユニット。

[31] 前記第 1光学部材は前記第 2光学部材の像側に配置され、

前記第 1光学部材の光軸に沿った厚さ、前記第 2光学部材の光軸に沿った厚さ、前記第 1光学部材と前記第 2光学部材との間隔、および前記第 1光学部材と前記像との間隔のうち、少なくとも 3つは、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する球面収差を補正するように定められていることを特徴とする請求項 30に記載の光学ユニット。

[32] 物体の像を気体を介して形成する乾燥型の結像光学系を、前記物体の像を液体を介して形成する液浸型の結像光学系に変更するための液浸変更用の光学ユニットであって、

前記乾燥型の結像光学系中の前記光学部材を前記少なくとも 1つの光学部材に交換することにより、前記結像光学系の像側の媒質の種類が気体から液体に変更されることに起因して発生する前記結像光学系の結像特性の劣化を低減することを特徴とする光学ユニット。

[33] 前記結像光学系の結像特性は球面収差を含むことを特徴とする請求項 32に記載の光学ユニット。

[34] 前記少なくとも 1つの光学部材は、平行平面板を備えていることを特徴とする請求項

32または 33に記載の光学ユニット。

[35] 前記少なくとも 1つの光学部材は、互いに異なる屈折率を有する少なくとも 2つの光学部材を備えていることを特徴とする請求項 32乃至 34のいずれ力 4項に記載の光学ユニット。

[36] 前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する前記光学面を有する光学部材の屈折率と、前記少なくとも 1つの光学部材の屈折率とは、互いに異なることを特徴とする請求項 32乃至 35のいずれか 1項に記載の光学ユニット。

[37] 前記乾燥型の結像光学系中の屈折力を有する光学面のうちの最も像側に配置される所定の屈折力を有する光学面の像側に配置される前記光学部材は、平行平面板を備えていることを特徴とする請求項 32乃至 36のいずれか 1項に記載の光学ュニッ卜。

[38] 複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系におレ、て、

最も前記第 2面側に配置され、屈折力がほぼ 0となる第 2光学素子とを備え、前記複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は第 1硝材により形成され前記第 1光学素子及び前記第 2光学素子のうちの一方は前記第 1硝材により形成され、

前記第 2面側がテレセントリックであることを特徴とする投影光学系。

[39] 前記第 1光学素子は、レンズまたは平行平面板であることを特徴とする請求項 38に記載の投影光学系。

[40] 前記第 2光学素子は、前記第 2硝材により形成されることを特徴とする請求項 38または 39に記載の投影光学系。

[41] 前記第 2光学素子と前記第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持するために、前記第 1光学素子の厚さを増加させ、且つ前記第 2光学素子の厚さを減少させることを特徴とする請求項 38乃至 40のいずれか 1項に記載の投影光学系。

[42] 前記第 2光学素子の厚さの減少は、前記第 2光学素子を前記露光光の光路から退避させることにより前記第 2光学素子の厚さを 0にすることを含むことを特徴とする請求項 41に記載の投影光学系。

[43] 複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系におレ、て、前記第 2面の近傍に配置され、前記第 2面側の屈折力がほぼ 0である境界レンズと前記第 2面の近傍に挿入された平面板とを備え、

[44] 複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用いて第 1面の像を第 2面上に形成する投影光学系におレ、て、

前記複数の光学素子のうちの 80%以上の数の光学素子は第 1硝材により形成され前記第 2面の近傍に配置されて、前記第 1硝材よりも低い屈折率を有する第 2硝材により形成されて前記第 2面側の屈折力がほぼ 0となる光学素子を少なくとも 1つ備え前記第 2面側がテレセントリックであることを特徴とする投影光学系。

[45] 前記第 1硝材は合成石英であり、前記第 2硝材は蛍石であることを特徴とする請求項

38乃至 44のレ、ずれか 1項に記載の投影光学系。

[46] 複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用レ、、第 2面側にテレセントリックな光束のもとで第 1面の像を前記第 2面上に形成する投影光学系の製造方法において、

前記第 1厚さ調整工程及び前記第 2厚さ調整工程では、前記第 2光学素子と前記第 2面との間の光路中に屈折率 1. 1以上の媒質を介在させた後における光学特性を介在させる前の光学特性とほぼ同一に維持するように前記第 1光学素子及び前記第 2光学素子の厚さを調整することを特徴とする投影光学系の製造方法。

[47] 前記第 1厚さ調整工程では前記第 1光学素子の厚さを増加させ、前記第 2厚さ調整工程では前記第 2光学素子の厚さを減少させることを特徴とする請求項 46に記載の投影光学系の製造方法。

[48] 前記第 2厚さ調整工程は、前記第 2光学素子を前記露光光の光路中から退避させることにより、前記第 2光学素子の厚さを 0にする退避工程を更に含むことを特徴とする請求項 46または 47に記載の投影光学系の製造方法。

[49] 複数の光学素子を備え、波長が 200nm— 300nmである露光光を用レ、、第 2面側にテレセントリックな光束のもとで第 1面の像を前記第 2面上に形成する投影光学系の製造方法において、

前記平面板を前記第 2面の近傍に挿入する挿入工程と、

前記挿入工程において揷入された前記平面板と前記境界レンズとの間隔を調整する間隔調整工程とを含み、

前記揷入工程において前記平面板を揷入し、前記厚さ調整工程において前記境界レンズの厚さを調整し、前記間隔調整工程において前記平面板と前記境界レンズとの間隔を調整することにより、前記境界レンズと前記第 2面との間の光路中に介在された液体を気体に交換する前後における光学特性をほぼ同一に維持し、前記平面板を除く前記複数の光学素子の全てが第 1硝材により形成されることを特徴とする投影光学系の製造方法。

[50] 前記光学素子準備工程は、前記境界レンズと比較して薄い厚さを有し、前記第 1硝材により形成されて前記第 2面側の屈折力がほぼ 0である交換用境界レンズを準備する交換用境界レンズ準備工程を更に含み、

前記厚さ調整工程は、前記境界レンズから前記交換用境界レンズ準備工程において準備された前記交換用境界レンズへ交換する交換工程を更に含むことを特徴とする請求項 49に記載の投影光学系の製造方法。

[51] 前記第 1硝材は合成石英であり、前記第 2硝材は蛍石であることを特徴とする請求項

46乃至 50のいずれ力 4項に記載の投影光学系の製造方法。

[52] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置にぉレ、て、

前記マスクを照明するための照明光学系と、

前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための請求項 38乃至 4 5のいずれか 1項に記載の投影光学系と、

を備えることを特徴とする露光装置。

[53] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置にぉレ、て、

前記マスクを照明するための照明光学系と、

前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための請求項 46乃至 5 1のいずれ力 1項に記載の投影光学系の製造方法により製造された投影光学系と、を備えることを特徴とする露光装置。

[54] 前記投影光学系の最も前記感光性基板側の面と前記感光性基板との間に屈折率が 1. 1以上の媒質を介在させた状態で前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成することを特徴とする請求項 52または 53に記載の露光装置。

[55] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法にぉレ、て、

前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成するための請求項 38乃至 4 5のいずれ力、 1項に記載の投影光学系を用いて投影する投影工程とを含むことを特徴とする露光方法。

[56] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法にぉレ、て、

前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成するための請求項 46乃至 5

1のいずれ力、 1項に記載の投影光学系の製造方法により製造された投影光学系を用レ、て投影する投影工程とを含むことを特徴とする露光方法。

[57] 前記投影工程では、前記投影光学系の最も感光性基板側の面と前記感光性基板との間に屈折率が 1. 1以上の媒質を介在させた状態で前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成することを特徴とする請求項 55または 56に記載の露光方法。