JP2004022708A - 結像光学系、照明光学系、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクブラインドとマスクの間隔に対して、最大有効径の小さいレンズにより構成した結像光学系を提供することである。
【解決手段】マスクブラインド１０の拡大像をマスクＭに結像させるリレー結像光学系において、拡大倍率を有する第１結像光学系Ｇ１，Ｇ２と、縮小倍率を有する第２結像光学系Ｇ３，Ｇ４とを有し、マスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１面の像を第２面に結像させる結像光学系、該結像光学系を備えた照明光学系、該照明光学系を備えた露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、例えばフライアイレンズのようなオプティカルインテグレータに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサレンズにより集光された後、レチクル（マスク）と共役な所定面に照野を形成する。この所定面の近傍には、照明視野絞りとしてのレチクルブラインド（マスクブラインド）が配置されている。
【０００３】
従って、所定面に形成された照野からの光束は、照明視野絞りを介して制限された後、リレー結像光学系を介して所定のパターンが形成されたレチクルを重畳的に照明する。こうして、レチクル上には、照明視野絞りの開口部の像が照明領域として形成される。レチクルのパターンを透過した光は、投影光学系を介して感光性基板上に結像する。こうして、感光性基板上には、レチクルのパターンが投影露光（転写）される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の露光装置では、レチクル及び感光性基板が受ける重力の影響が回転対称になるように、投影光学系の光軸を重力方向（鉛直方向）に一致させ、レチクル及び感光性基板を水平方向に支持する構成が一般的である。この場合、照明視野絞りとレチクルとを光学的に共役に結ぶリレー結像光学系（照明視野絞り投影光学系）が、露光装置の最上部に配置されることになる。従って、露光装置が振動の影響を受けにくい構造にするには、リレー結像光学系の小型化および軽量化を図ることが望ましい。
【０００５】
また、近年においては、転写すべきパターンの微細化に伴って露光光の短波長化が進み、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源などが露光光源として用いられ、更には、波長が１５７ｎｍのＦ_２レーザ光源が露光光源として用いられている。また、最近では、露光領域の拡大が要求されており、露光領域を拡大するために走査型露光装置が用いられている。
【０００６】
ここで、露光光源としてＦ_２レーザ光源を用いる走査型露光装置においては、レチクルを保持するレチクルステージを投影光学系に対して相対的に移動させるため、レチクルステージの移動範囲を確保する必要があり、また、レチクルブラインドは、大きな振動源となることから、レチクルブラインドとレチクルとの間隔を広くする必要がある。このようにレチクルブラインドとレチクルとの間隔を広くした場合には、レチクルブラインドとレチクルとを結ぶリレー光学系を構成するレンズの外径を大きくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、露光光源としてＦ_２レーザ光源を用いていることから、Ｆ_２レーザ光に対しても光透過率が高く、かつ均一な透過率を有し、更にレーザ耐性に優れた硝材は限られており、大きな外径を有するレンズを形成するための硝材を確保することが困難である。
【０００８】
本発明の課題は、第１面と第２面の間隔に対して、最大有効径の小さいレンズにより構成した結像光学系、該結像光学系を備えた照明光学系並びに露光装置及び、この露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の結像光学系は、第１面の拡大像を第２面に結像させる結像光学系において、前記第１面と前記第２面との間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の結像光学系は、前記結像光学系が、拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の結像光学系は、前記第１結像光学系が前記第１面と前記中間像との間の光路中に配置され、前記第２結像光学系が前記中間像と前記第２面との間の光路中に配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の結像光学系は、前記結像光学系が、前記第１面側及び前記第２面側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載の結像光学系は、前記第１面には照明視野絞りが配置され、前記第２面にはマスクが配置されることを特徴とする。
【００１４】
この請求項１乃至請求項５記載の結像光学系によれば、第１面と第２面の間隔に対して結像光学系を最大有効径の小さいレンズにより構成することができる。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、結像光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００１５】
また、請求項６記載の照明光学系は、請求項５記載の結像光学系を備え、光源からの光に基づいて、前記照明視野絞りの像を前記マスク上に結像させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７記載の照明光学系は、照明視野絞りの像をマスク上に結像させる照明視野絞り投影光学系を備える照明光学系において、前記照明視野絞り投影光学系は、前記照明視野絞り側の開口数をｎ１、前記マスク側開口数をｎ２、前記照明視野絞りと前記マスクとの光軸に沿った距離をＬ、前記照明視野絞り結像光学系の最大有効径をｄとするとき、Ｌ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄの条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が、前記照明視野絞りと前記マスクとの間の光路中に少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０記載の照明光学系は、前記第１結像光学系が前記照明視野絞りと前記中間像との間の光路中に配置され、前記第２結像光学系が前記中間像と前記マスクとの間の光路中に配置されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１記載の照明光学系は、前記照明視野絞り投影光学系が、前記照明視野絞り側及び前記マスク側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする。
【００２１】
この請求項６乃至請求項１１記載の照明光学系によれば、照明視野絞りとマスクの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成した照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、照明視野絞り投影光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００２２】
また、請求項１２記載の露光装置は、前記マスクを照明する請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系とを備えることを特徴とする。
【００２３】
この請求項１２記載の露光装置によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００２４】
また、請求項１３記載の露光方法は、請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系を用いて前記マスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光工程とを有することを特徴とする。
【００２５】
この請求項１３記載の露光方法によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている露光装置を用いてマスクの露光を行うことから、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の説明を行う。図１は、本発明の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウエハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。この露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ_２レーザ光源を備えている。
【００２７】
光源１からＹ方向に沿って射出された略平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａ、２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａ、２ｂは、図１において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。また、一対のレンズ２ａ、２ｂのうちの少なくとも一方が、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。従って、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、レンズ２ａとレンズ２ｂとの間隔に応じて図１の紙面内において拡大され、所望の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２８】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した略平行光束は、折り曲げミラーでＺ方向に偏向された後、マイクロフライアイ３に入射する。マイクロフライアイ３は、稠密に且つ縦横に配列された多数の正六角形状の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイは、例えば光透過性の平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。なお、マイクロフライアイ３の微小レンズのそれぞれの形状は、正六角形状に限られることなく、例えば正方形状や長方形状であってもよい。
【００２９】
ここで、マイクロフライアイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイはフライアイレンズと同じである。なお、図１では、図面の明瞭化のために、マイクロフライアイ３を構成する微小レンズの数を実際よりも非常に少なく表している。
【００３０】
従って、マイクロフライアイ３に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源（集光点）が形成される。マイクロフライアイ３の後側焦点面に形成された多数の光源からの光束は、アフォーカルズームレンズ４を介して、輪帯照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）５に入射する。
【００３１】
アフォーカルズームレンズ４は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。また、アフォーカルズームレンズ４は、マイクロフライアイ３の後側焦点面と回折光学素子５の回折面とを光学的に共役に結んでいる。そして、回折光学素子５の回折面上の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ４の倍率に依存して変化する。
【００３２】
一般に、回折光学素子は、光透過性の基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子５は、入射した矩形状の光束を輪帯状（円環状）の光束に変換する。回折光学素子５を介した光束は、ズームレンズ６を介して、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ７に入射する。
【００３３】
ここで、ズームレンズ６の後側焦点面の近傍に、フライアイレンズ７の入射面が位置決めされている。従って、回折光学素子５を介した光束は、ズームレンズ６の後側焦点面に、ひいてはフライアイレンズ７の入射面に、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。この輪帯状の照野の大きさは、ズームレンズ６の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ６は、回折光学素子５とフライアイレンズ７の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。
【００３４】
フライアイレンズ７は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントを稠密に且つ縦横に配列することによって構成されている。なお、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはウエハ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００３５】
従って、フライアイレンズ７に入射した光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面には多数の光源がそれぞれ形成される。こうして、フライアイレンズ７の後側焦点面には、フライアイレンズ７への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８に入射する。
【００３６】
輪帯状の開口部（光透過部）を有する開口絞り８を介した二次光源からの光は、コンデンサ光学系９の集光作用を受けた後、その後側焦点面を重畳的に照明する。こうして、コンデンサ光学系９の後側焦点面には、フライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの形状と相似な矩形状の照野が形成される。このように、マイクロフライアイ３からコンデンサ光学系９は、光源１からの光束に基づいて所定面（コンデンサ光学系９の後側焦点面）に照野を形成するための照野形成手段を構成している。
【００３７】
上述の矩形状の照野が形成される所定面には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０が配置されている。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、リレー結像光学系（照明視野絞り投影光学系）１１の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。こうして、リレー結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００３８】
ここでリレー結像光学系１１は、マスクブラインド（第１面）１０の拡大像をマスク（第２面）Ｍ上に結像させる結像光学系であって、マスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成する。このリレー結像光学系１１は、拡大倍率を有する第１結像光学系Ｇ１，Ｇ２と、縮小倍率を有する第２結像光学系Ｇ３，Ｇ４とを備えた光学系、即ち、物体面像高及び像面像高よりも、中間結像部像高の方が高い光学系である。また、リレー結像光学系１１は、第１結像光学系Ｇ１，Ｇ２がマスクブラインド１０と中間像との間の光路中に配置され、第２結像光学系Ｇ３，Ｇ４が中間像とマスクＭとの間に配置されており、マスクブラインド１０側及びマスクＭ側が実質的にテレセントリックに構成されている
更に、リレー結像光学系１１は、マスクブラインド側１０の開口数をｎ１、マスクＭ側開口数をｎ２、マスクブラインド１０とマスクＭの光軸に沿った距離をＬ、リレー結像光学系１１の最大有効径をｄとするとき、Ｌ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄ、の条件を満足する。
【００３９】
なお、この条件式は、次のようにして求められる。両側テレセントリックの光学系（従来の１回結像型のリレー結像光学系）を焦点距離がｆ１、ｆ２の２枚の凸レンズで構成すると、
ｆ１：ｆ２：＝ｎ２：ｎ１
ｌ＝２×（ｆ１＋ｆ２）
ｄ＝２×ｆ１×ｎ１＝２×ｆ２×ｎ２
となる。従って、この式からｆ１、ｆ２を消去することにより、
ｌ×ｎ１×ｎ２　／（ｎ１＋ｎ２）　＝　ｄ
を得ることができる。即ち、従来の１回結像型のリレー結像光学系においては、最大有効径ｄの値がｌ×ｎ１×ｎ２　／（ｎ１＋ｎ２）となることから、２回結像型のリレー結像光学系とすることにより、リレー結像光学系１１の最大有効径を従来の１回結像型のリレー結像光学系よりも小さく、即ち、ｄがＬ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄ、の条件を満足するようにしている。
【００４０】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウエハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウエハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００４１】
この実施の形態によれば、マスクブラインド１０とマスクＭの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成したリレー結像光学系１１を備えている。従って、例えば、Ｆ_２レーザ光等の短波長の光を用いる場合においても、リレー結像光学系１１を構成するレンズの硝材の入手を容易行うことができる。
【００４２】
また、この実施の形態にかかる露光装置は、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。なお、マスクブラインドの振動を最小に抑えるためには、マスクブラインドを保持する架台と、マスクブラインドの下流側の光学系（リレー結像光学系１１、投影光学系ＰＬ）を保持する架台とを別構造にすることが好ましい。このような架台構造は、例えば、ＷＯ９９／６３５８５号公報に開示されている。
【００４３】
なお、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、一括露光が行われ、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウエハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ７の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、走査型の露光装置を用いる場合には、スキャン露光が行われ、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に対して相対移動させながらウエハ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。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ７の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、アフォーカルズームレンズ４の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径（大きさ）および輪帯比（形状）をともに変更することができる。また、ズームレンズ６の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ４の倍率とズームレンズ６の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、輪帯照明用の回折光学素子５を、たとえば４極照明用の回折光学素子や８極照明用の回折光学素子と切り換えることにより、４極照明や８極照明のような変形照明を行うことができる。この場合、回折光学素子５の切換えに連動して、輪帯開口絞り８を、たとえば４極開口絞りや８極開口絞りと切り換えることになる。また、マイクロフライアイ３を照明光路から退避させるとともに輪帯照明用の回折光学素子５を、通常の円形照明用の回折光学素子と切り換えることにより、通常の円形照明を行うこともできる。この場合、回折光学素子５の切換えに連動して、輪帯開口絞り８を、円形開口絞りと切り換えることになる。
【００４６】
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスクを照明し（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、図１に示す実施の形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエ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２のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
先ず、図２のステップ３０１において、１ロットのウエ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ロットのウエ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、図１に示す本実施の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ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光学装置によりマスクを照明し（照明工程）、マスクのパターンをウエハ上に転写する（露光工程）。
【００４８】
その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエハ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、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。
【００４９】
また、図１に示す本実施の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３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３において、パターン形成工程４０１では、実施の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ー工程が実行される。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、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５０】
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本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
なお、上述の実施の形態では、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ７を用いているが、これに限定されることなく、内面反射型のロッド状オプティカルインテグレータを用いることもできる。ロッド状オプティカルインテグレータは、石英ガラスや蛍石のような光透過性の光学材料からなる内面反射型のガラスロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロッド状オプティカルインテグレータに入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成される。
図１に示す実施の形態においてフライアイレンズ７に代えてロッド状オプティカルインテグレータを用いる場合、ズームレンズ６とロッド状オプティカルインテグレータの間の光路中に第１光学系を付設するとともに、コンデンサ光学系９に代えて第２光学系を設置する。ここで、第１光学系は、ズームレンズ６の入射瞳とロッド状オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役に配置するとともに、ズームレンズ６の後側焦点面とロッド状オプティカルインテグレータの射出面とを光学的に共役に配置する。また、第２光学系は、ロッド状オプティカルインテグレータの射出面とマスクブラインド１０とを光学的に共役に配置する。
【００５３】
なお、ロッド状オプティカルインテグレータとしては、光学材料の内面での全反射を利用するものには限定されず、中空のロッド状部材の内面で反射を繰り返すものを適用してもよい。
【００５４】
また、上述の実施の形態において、フライアイレンズ７に代えて、光透過性の基板にエッチング処理を施して縮小レンズ群を形成したマイクロフライアイを用いてもよい。このマイクロフライアイは、例えば、特開２００１−１７６７７２号公報、特開２００１−３３８８６１号公報、及び特開２００２−４０３２７号公報などに開示されている。
【００５５】
また、マイクロフライアイ３やフライアイレンズ７に代えて、互いに直行した母線を持つ少なくとも一対のシリンドリカルレンズアレイを適用することも可能である。このようなシリンドリカルレンズアレイは、例えば、特表２０００−５０１５１８号公報に開示されている。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、マイクロフライアイ３を用いたが、これに代えてファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）においてほぼ円形状の光束断面に変換する機能を有する回折光学素子を用いてもよい。
【００５７】
そして、本実施の形態において、マイクロフライアイや回折光学素子、フライアイレンズ、シリンドリカルレンズアレイの材料として露光光に対して光透過性を有する蛍石（ＣａＦ_２）や水晶（Ｓｉ_２Ｏ_３）、フッ素をドープしたドライ石英などを適用することができる。
【００５８】
また、上述の実施の形態では、露光装置における照明光学装置中のリレー結像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く本発明の範囲内において様々な適用例が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
〔第１実施例〕
以下に、第１実施例にかかるリレー結像光学系について説明する。図４は、第１実施例にかかるリレー結像光学系を１つの直線状の光軸に沿って展開した図である。第１実施例のリレー結像光学系は、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００６０】
ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３，Ｌ４とから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、両凸レンズＬ６から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ７，Ｌ８と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、両凸レンズＬ１１とから構成されている。更に、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２により構成されている。なお、開口絞りＡＳは、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズＬ１０と両凸レンズＬ１１との間に配置されている。また、第１実施例のリレー結像光学系を構成する１２枚のレンズは、全てＣａＦ_２から形成されている。
【００６１】
なお、第１実施例においては、光路を折り曲げるための光路偏向鏡を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の光路中、及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の光路中の少なくとも一方に配置することが可能である。また、開口絞りＡＳは省略してもかまわない。この開口絞りＡＳに代えて、この位置を通過する光束径の最大値よりも若干大きな開口径を持つフレア防止用の絞りを配置することも可能である。
【００６２】
次の（表１）に、第１実施例のリレー結像光学系の諸元の値を掲げる。（表１）において、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、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は次の面までの屈折率をそれぞれ示している。なお、（表１）において、曲率半径を示す欄に記載されたＩＮＦＩＮＩＴＹは、その面が平面であることを示している。

以下に、第１実施例にかかるリレー結像光学系における非球面の位置と非球面係数を示す。なお、非球面係数は、以下に示す関数式（数式１）により求められる。この関数式においては、球面からの乖離が、光軸方向へのサグ量ｄｚで表現され、ｄｚは、面内各位置での光軸からの高さｈの関数とされている。
【００６３】
【数１】

【００６４】

〔第２実施例〕
図５は、第２実施例にかかるリレー結像光学系を１つ直線状の光軸に沿って展開した図である。第２実施例のリレー結像光学系は、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、物体側（マスクブラインド１０側）から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
【００６５】
ここで、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３とから構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズＬ４から構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８，物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ９とから構成されている。更に、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ１０により構成されている。なお、開口絞りＡＳは、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８との間に配置されている。また、第２実施例のリレー結像光学系を構成する１０枚のレンズは、全てＣａＦ_２から形成されている。
【００６６】
なお、第２実施例においても光路を折り曲げるための光路偏向鏡を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の光路中、及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の光路中の少なくとも一方に配置することが可能である。また、開口絞りＡＳは省略してもかまわない。この開口絞りＡＳに代えて、この位置を通過する光束径の最大値よりも若干大きな開口径を持つフレア防止用の絞りを配置することも可能である。
【００６７】
次の（表２）に、第２実施例のリレー結像光学系の諸元の値を掲げる。（表２）において、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、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は次の面までの屈折率をそれぞれ示している。なお、（表２）において、曲率半径を示す欄に記載されたＩＮＦＩＮＩＴＹは、その面が平面であることを示している。

以下に、第２実施例にかかるリレー結像光学系における非球面の位置と非球面係数を示す。なお、非球面係数は、上述の関数式（数式１）により求められる。

なお、上記数値実施例では、露光光の波長が１５７ｎｍであることから、リレー結像光学系を構成する各レンズを蛍石（ＣａＦ_２）から形成したが、各レンズを形成する光学材料として、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）などを用いることもできる。また、露光光の波長が１９３ｎｍよりも長い場合には、上記光学材料に加えて石英ガラスを用いることができる。
【００６８】
以上の通り、上述の各実施例によれば、最大有効径、ひいては最大外径の小さなレンズだけでリレー結像光学系を構成できるため、光学材料の入手を容易に行うことができる。特に、上記実施例では、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザを露光光として用いており、当該Ｆ_２レーザに対して光透過性を有する光学材料は、外径の大きなものが入手困難な蛍石などを用いざるを得ないので有利である。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の結像光学系によれば、第１面と第２面の間隔に対して結像光学系を最大有効径の小さいレンズにより構成することができる。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、結像光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００７０】
また、この発明の照明光学系によれば、照明視野絞りとマスクの間隔に対して最大有効径の小さいレンズにより構成した照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、例えば、露光光に短波長の光を用いる場合においても、照明視野絞り投影光学系を構成するレンズの硝材の入手を容易に行うことができる。
【００７１】
また、この発明の露光装置によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えている。従って、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【００７２】
また、この発明の露光方法によれば、照明光学系が最大有効径の小さいレンズにより構成され、小型化軽量化が図られた照明視野絞り投影光学系を備えた露光装置を用いてマスクの露光を行うことから、マスクブラインドの振動の影響を最小に抑えた状態でマスクの露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】
この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】
この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】
この発明の第１実施例にかかるリレー結像光学系を示す図である。
【図５】
この発明の第２実施例にかかるリレー結像光学系を示す図である。
【符号の説明】
１０…マスクブラインド、１１…リレー結像光学系、Ｇ１，Ｇ２…第１結像光学系、Ｇ３，Ｇ４…第２結像光学系、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。

Claims (13)

1. 第１面の拡大像を第２面に結像させる結像光学系において、前記第１面と前記第２面との間の光路中において、少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする結像光学系。
2. 前記結像光学系は、拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする請求項１記載の結像光学系。
3. 前記第１結像光学系は、前記第１面と前記中間像との間の光路中に配置され、
   前記第２結像光学系は、前記中間像と前記第２面との間の光路中に配置されることを特徴とする請求項２記載の結像光学系。
4. 前記結像光学系は、前記第１面側及び前記第２面側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の結像光学系。
5. 前記第１面には照明視野絞りが配置され、前記第２面にはマスクが配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の結像光学系。
6. 請求項５記載の結像光学系を備え、
   光源からの光に基づいて、前記照明視野絞りの像を前記マスク上に結像させることを特徴とする照明光学系。
7. 照明視野絞りの像をマスク上に結像させる照明視野絞り投影光学系を備える照明光学系において、
   前記照明視野絞り投影光学系は、前記照明視野絞り側の開口数をｎ１、前記マスク側開口数をｎ２、前記照明視野絞りと前記マスクとの光軸に沿った距離をＬ、前記照明視野絞り結像光学系の最大有効径をｄとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする照明光学系。
   Ｌ×ｎ１×ｎ２／（ｎ１＋ｎ２）＞ｄ
8. 前記照明視野絞り投影光学系は、前記照明視野絞りと前記マスクとの間の光路中に少なくとも１つの中間像を形成することを特徴とする請求項７記載の照明光学系。
9. 前記照明視野絞り投影光学系は、拡大倍率を有する第１結像光学系と、縮小倍率を有する第２結像光学系とを有することを特徴とする請求項８記載の照明光学系。
10. 前記第１結像光学系は、前記照明視野絞りと前記中間像との間の光路中に配置され、前記第２結像光学系は、前記中間像と前記マスクとの間の光路中に配置されることを特徴とする請求項９記載の照明光学系。
11. 前記照明視野絞り投影光学系は、前記照明視野絞り側及び前記マスク側が実質的にテレセントリックに構成されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一項記載の照明光学系。
12. 前記マスクを照明する請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系と、
    前記マスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系と
    を備えることを特徴とする露光装置。
13. 請求項６乃至請求項１１の何れか一項記載の照明光学系を用いて前記マスクを照明する照明工程と、
    前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光工程と
    を有することを特徴とする露光方法。

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