JP2009145724A - 投影光学系及びそれを有する露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結像性能に優れ、比較的小型な投影光学系を提供する。
【解決手段】第１物体１０１の像を第２物体１０２上に投影する投影光学系１００は、第１物体１０１の第１中間像を形成する第１結像光学系と、第１中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の第２中間像を形成し、凹面鏡ＣＭ２１を有する第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の第３中間像を形成し、凹面鏡ＣＭ３１を有する第３結像光学系Ｇ３と、第３中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の像を第２物体１０２上に形成する第４結像光学系Ｇ４と、第２結像光学系Ｇ２において光路に沿って第３結像光学系Ｇ３に最も近い屈折部材と、第３結像光学系Ｇ３において光路に沿って第２結像光学系Ｇ２に最も近い屈折部材との間に配置され、第２結像光学系Ｇ２からの光束を第３結像光学系Ｇ３に反射する平面ミラーＦＭ１と、を有し、第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４は光軸ＯＡ_２を共有することを特徴とする
【選択図】図１

Description

本発明は、投影光学系及びそれを有する露光装置に関する。

近年、露光装置には、高解像度の要請に加えて結像性能の向上と装置の小型化が益々要求されている。結像性能の向上には、収差の影響を安定して低減し、これらの補正に使用する物体面の投影像形成可能領域（良像範囲）を広く確保する必要がある。また、装置の小型化のためにはレンズやミラーの口径をなるべく小さく抑える必要がある。

これらの要請を満足する一手段として、ミラーとレンズを用いた反射屈折型投影光学系が従来から知られている。ミラーを用いることによって色収差を低減することができる。また、負のペッツバール和を有する凹面鏡を使用することによって像面湾曲を補正すると共にレンズの小型化を図ることができる。従来技術としては、特許文献１乃至５がある。
特開２００５−１０７３６２号公報 特開２００６−１１９２４４号公報 特開２００２−８３７６６号公報 特開２００５−３７８９６号公報 特開２００７−５５５８号公報

しかしながら、ペッツバール和を一枚の凹面鏡で補正することは困難であり、凹面鏡の枚数が一枚であれば他の凹レンズにペッツバール和の補正機能をもたせる必要が生じる。すると、レンズ径の大型化や凹レンズの枚数増加による物像間距離の増加を招き、露光装置の小型化の要請に反する。あるいは、凹レンズのパワーが大きくなって高次収差が増加し、光学系全系での収差補正が困難になる場合もある。

また、投影光学系を複数の結像光学系により構成し、その間を平面ミラーで結合する場合、入射光束の上側光線と下側光線の平面ミラーにおける反射角度差は平面ミラーの枚数と共に増加することになる。すると、投影光学系は平面ミラーの反射膜の角度特性に影響を受けやすい系になる。そして、上側光線と下側光線の透過率差が増幅される結果、光学系の射出瞳内での透過率の分布（瞳透過率分布）が悪化し、線幅（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）均一性が悪化する。

更に、物体面のほぼ真下に像面を配置する構成では物像間距離が増加し、この問題を防止しようとすれば凹レンズのパワーが大きくなって高次収差が増加する。

本発明は、結像性能に優れ、比較的小型な投影光学系及びそれを有する露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての投影光学系は、第１物体の像を第２物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成し、第１の凹面鏡を有する第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成し、第２の凹面鏡を有する第３結像光学系と、前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成するための第４結像光学系と、前記第２結像光学系において光路に沿って前記第３結像光学系に最も近い屈折部材と、前記第３結像光学系において前記光路に沿って前記第２結像光学系に最も近い屈折部材との間に配置され、前記第２結像光学系からの光束を前記第３結像光学系に反射する第１の平面ミラーと、を有し、前記第３結像光学系と前記第４結像光学系は光軸を共有することを特徴とする。

本発明の別の一側面としての露光装置は、原版のパターンを基板に露光する露光装置において、第１物体としての前記原版の前記パターンを第２物体としての前記基板に投影する上述の投影光学系を有することを特徴とする。

本発明によれば、結像性能に優れ、比較的小型な投影光学系及びそれを有する露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての投影光学系１００及び露光装置２００について説明する。ここで、図１は、投影光学系１００の光路図である。同図において、１０１は物体面に配置された第１物体（例えば、レチクル）、１０２は像面に配置された第２物体（例えば、ウエハ）であり、投影光学系１００は、第１物体の像を第２物体上に形成する。投影光学系１００は、光路に沿って物体側から順に、第１結像光学系Ｇ１乃至第４結像光学系Ｇ４を有する４回結像系である。

第１結像光学系Ｇ１は、第１物体１０１の実像である第１中間像を点Ｐ_１に形成し、図１においては、レンズ群（又は屈折部材群）から構成される。

但し、図２に示すように、第１結像光学系Ｇ１をレンズ群Ｌ１１及びＬ１２で構成し、レンズ群Ｌ１１とＬ１２の間に平面ミラー（第２の平面ミラー）ＦＭ２を配置し、第１結像光学系Ｇ１の光軸を折り曲げてもよい。レンズ群Ｌ１１は少なくとも一つ屈折部材を有する屈折系であり、正の屈折力を有する。また、レンズ群Ｌ１１は第１物体１０１に光路に沿って最も近い側に配置される。レンズ群Ｌ１２は、少なくとも一つの屈折部材を有し、正屈折力を有する。また、レンズ群Ｌ１２は、第２物体１０２に光路に沿って最も近い側に配置される。平面ミラーＦＭ２はレンズ群Ｌ１１及びＬ１２の間で、好ましくは、第１結像光学系の瞳近傍に、配置される。

このような構成とすることにより、第１物体１０１と第２物体１０２とを平行な配置とすることができ、装置構成上、特に、ステップアンドスキャン方式の露光装置において、ステージ駆動機構が構成し易いというメリットがある。その場合、第１物体１０１と第２物体１０２は平行に配置されるが、第１結像光学系Ｇ１と第４結像光学系Ｇ４とが一本の直線状の光軸を共有しておらず、それぞれ異なる光軸を有している。このため、物像間距離が長くなるという問題を解決することができる。また、平面ミラーＦＭ２が瞳の近傍にある場合、ある一物点から出射した光束のうち全ての光線の入射角、出射角がほぼ同じになる。このため、反射膜の反射率角度特性を考慮しても、瞳各点の透過率は一様な値となり、瞳透過率分布は悪化しない。なお、本出願において、平面ミラーＦＭ２が「第１結像光学系Ｇ１の瞳に配置されている」という表現は、瞳から多少ずれた状態も含む趣旨である。

第２結像光学系Ｇ２は、第１中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の実像である第２中間像を点Ｐ_２に形成する。第２結像光学系Ｇ２は、レンズ群Ｌ２１と凹面鏡ＣＭ２１（第１の凹面鏡）を有する反射屈折系である。レンズ群Ｌ２１は、少なくとも一つの屈折部材から構成され、正の屈折力を有する。好ましくは、レンズ群Ｌ２１は、少なくとも１枚の凸レンズと少なくとも１枚の凹レンズを含む。これにより、ペッツバール和の補正に有利な構成となる。凹面鏡ＣＭ２１は、第２結像光学系Ｇ２の瞳近傍に配置されて非点収差の発生を回避している。なお、本出願において、凹面鏡ＣＭ２１が「第２結像光学系Ｇ２の瞳に配置されている」という表現は、瞳から多少ずれた状態も含む趣旨である。

第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の実像である第３中間像を点Ｐ_３に形成する。第２結像光学系Ｇ２は、レンズ群Ｌ３１と凹面鏡ＣＭ３１（第２の凹面鏡）を有する反射屈折系である。レンズ群Ｌ３１は、少なくとも一つの屈折部材から構成され、正の屈折力を有する。好ましくは、レンズ群Ｌ３１は、少なくとも１枚の凸レンズと少なくとも１枚の凹レンズを含む。これにより、ペッツバール和の補正に有利な構成となる。凹面鏡ＣＭ３１は、第３結像光学系Ｇ３の瞳近傍に配置されて非点収差の発生を回避している。なお、本出願において、凹面鏡ＣＭ３１が「第３結像光学系Ｇ３の瞳に配置されている」という表現は、瞳から多少ずれた状態も含む趣旨である。

第４結像光学系Ｇ４は、第３中間像からの光束に基づいて第１物体１０１の実像を第２物体１０２上に形成する。第４結像光学系Ｇ４は、少なくとも一つの屈折部材から構成される屈折系である。第４結像光学系Ｇ４は、最終的な像（最終像）を第２物体１０２上に形成する。

光路に沿って第２結像光学系Ｇ２のレンズ群Ｌ２１と第３結像光学系Ｇ３のレンズ群Ｌ３１との間には平面ミラー（偏向反射鏡、折り曲げミラー）ＦＭ１が配置されている。より詳細には、平面ミラー（第１の平面ミラー）ＦＭ１は、第２の結像光学系Ｇ２において光路に沿って第３の結像光学系Ｇ３に最も近い屈折部材と、第３の結像光学系Ｇ３において光路に沿って第２の結像光学系Ｇ２に最も近い屈折部材との間に配置される。

平面ミラーＦＭ１は、第２結像光学系Ｇ２からの光束を第３結像光学系Ｇ３に反射する。しかし、第３結像光学系Ｇ３から第４結像光学系Ｇ４に至る光束を反射しない。この点で、平面ミラーＦＭ３は特許文献１の図３の平面ミラー（Ｍ１、Ｍ２）と相違する。特許文献１の図３の投影光学系は一枚の平面ミラーを有しているが、その平面ミラーは表裏面を反射面として使用している。これに対して、本実施例の平面ミラーＦＭ１は使用する反射面は一面のみである。そして、平面ミラーＦＭ１は、第３結像光学系Ｇ３から前記第４結像光学系に至る光路から外れた位置に配置されている。また、第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４との間には反射面が配置されていない。この結果、第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４は共通の一本の直線状の光軸ＯＡ_２を共有する。なお、本実施例では、第１物体１０１から第２結像光学系Ｇ２に向かう光軸をＯＡ_１、第３結像光学系Ｇ３から第２物体１０２に向かう光軸ＯＡ_２としている。

平面ミラーＦＭ１は、第１乃至第３中間像の形成点Ｐ_１乃至Ｐ_３の近傍に配置される。点Ｐ_１乃至Ｐ_３では光束が集光しており、これらを平面ミラーＦＭ１の近傍に配置することによって、平面ミラーＦＭ１は、第１結像光学系Ｇ１から第２結像光学系Ｇ２に向かう光束や第３結像光学系Ｇ３から第４結像光学系Ｇ４に向かう光束と干渉しない。なお、本実施例では、平面ミラーＦＭ１は第２中間像の形成点Ｐ_２の光路に沿って前段に配置されているが、後段に配置されてもよい。平面ミラーＦＭ１は結像には寄与しない。本実施例では、光軸ＯＡ_１と光軸ＯＡ_２とは直交し、平面ミラーＦＭ１の光軸ＯＡ_１に対する角度は４５度である。但し、本発明は平面ミラーＦＭ１の折り曲げ角度を限定するものではない。

このように、投影光学系１００は、いくつかの特徴を有する。

まず、投影光学系１００は４回結像系であり、４回結像系は光路長を長く確保して各結像光学系における収差の発生量を低減すると共に収差補正の自由度を増大させることができるため収差補正に効果的である。また、投影光学系１００は、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２、第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４というように、屈折系と反射屈折系の対を連続して配置している。そして、投影光学系１００はこの対を２対以上有することによって、ペッツバール和と軸上色収差の補正を容易にしている。

更に、ペッツバール和の補正が容易ということで、第１結像光学系Ｇ１と第４結像光学系Ｇ４を、ペッツバール和を補正するための凹レンズを多用することなしに構成することができる。このため、レンズの小径化が可能となる。また、単一硝材の場合、色コマ収差、倍率色収差等の非対称色収差の補正が困難になる。これに対して、第１結像光学系Ｇ１と第４結像光学系Ｇ４の２つの屈折系によって、光束の上側光線、下側光線及び主光線の制御を容易にすることで非対称色収差を容易に補正している。更に、投影光学系１００は瞳の中心が遮光されていない軸外光束のみを使って結像する多数回結像光学系である。

投影光学系１００は、２枚の凹面鏡ＣＭ２１及びＣＭ３１を有するのでペッツバール和の補正が容易になる。ペッツバール和を補正する機能を凹レンズに持たせる割合が凹面鏡の数が一枚の場合よりも低減するので、レンズ径の大型化や凹レンズの枚数増加を防止して投影光学系１００を小型に構成することができる。また、パワーの強い凹レンズを使用する必要がないので高次収差の増加を防止して収差補正を容易に行うことができる。

投影光学系１００は、一枚のみの平面ミラーＦＭ１又は一面のみの反射面を有している。平面ミラー又は反射面の数が増加すると上側光線と下側光線の透過率差が増幅されて、光学系の射出瞳内での透過率の分布（瞳透過率分布）が悪化し、ＣＤ均一性が悪化するが、本実施例はかかる問題を最小限に抑えている。

また、投影光学系１００は、平面ミラーＦＭ１を使用することによって投影光学系の全ての光学素子が一本の直線状の光軸を共有することを防止している。全ての光学素子が光軸を共有すると物像間距離が増加し易い。この場合、第２物体１０２が第１物体１０１の真下に配置されるなどの構成になり易い。特に、投影光学系が反射屈折系の場合には、ミラーからの反射光が他のミラーの外側を通過することになり、広い良像範囲を確保しづらくなるか、広い良像範囲を確保すれば前記別のミラーの外側を通過する光束がより高くなるために後段のレンズ径が増大する。本実施例の平面ミラーＦＭ１はかかる問題を解決している。

正の屈折力をもつ屈折部材（例えば、凸レンズ）からは正のペッツバール和が生じ、負の屈折力をもつ屈折部材（例えば、凹レンズ）からは負のペッツバール和が生じる。また、正の屈折力をもつ反射部材（例えば、凹面ミラー）からは、負のペッツバール和が生じる。各部材からのペッツバール和の和として表される第１〜第４の各結像光学系のペッツバール和は、以下のようになる。第１結像光学系と第４結像光学系のペッツバール和は正の値となる。これを、第２結像光学系と第３結像光学系の負のペッツバール和で補正（相殺）する。このとき、第１結像光学系のペッツバール和Ｐ１１、第４結像光学系のペッツバール和Ｐ１４は、それぞれ数式１を満足し、第２結像光学系のペッツバール和Ｐ１２、第３結像光学系のペッツバール和Ｐ１３は、数式２を満足することが好ましい。

第１結像光学系Ｇ１の近軸横倍率の絶対値は、０．９倍以上１．７倍以下が好ましく、より好ましくは１．３倍程度である。第１結像光学系Ｇ１の近軸横倍率の絶対値が１．７倍よりも大きいと、第１中間像付近のレンズ径が巨大化し、干渉を避けながらレンズを構成すると全系が巨大化し、コスト上不利になるためである。また、第１結像光学系Ｇ１の近軸横倍率の絶対値が０．９倍よりも小さいと、第１中間像におけるＮＡが大きくなり、干渉を避けてレンズを構成するのが困難になるからである。

第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３の近軸横倍率の積の絶対値は、０．８以上１．２以下が好ましく、より好ましくは１．０である。なぜならば、平面ミラーＦＭ１の周囲での光束の干渉を避けながら、かつ広い画面サイズを確保するために有利だからである。

以下、それについて詳しく説明する。物体面上の任意の点と光軸との、光軸と垂直方向に測った高さを物高と呼ぶ。投影光学系１００にはその構成上、最小となる物高、いわゆる最小物高、と最大となる物高、いわゆる最大物高が存在する。最大物高と最小物高の差が大きくなるほど広い画面サイズを確保することができることは明らかである。最大物高は製作可能な硝子材料やレンズの大きさなどの制約を受け、最小物高は、平面ミラーＦＭ１周りでの光線の干渉条件の制約を受ける。

図１２は、図２において平面ミラーＦＭ１と光束との関係を説明する光路図である。物高ｈ０の軸外物点から出た光束が第１結像光学系Ｇ１によって結像された第１中間像の形成位置（点Ｐ_１）の光軸ＯＡ_１に垂直に測った高さをｈ１とする。また、物高ｈ０の軸外物点から出た光束が第３結像光学系Ｇ３によって結像された第３中間像の形成位置（点Ｐ_３）の光軸ＯＡ_２に垂直に測った高さをｈ３とする。第１結像光学系Ｇ１から第２結像光学系Ｇ２へ向かう光束が平面ミラーＦＭ１によってケラレない（干渉しない）ためには、ｈ１をある程度、例えば、５ｍｍ以上、確保しなければならない。同様に、第３結像光学系Ｇ３から第４結像光学系Ｇ４へ向かう光束が平面ミラーＦＭ１によってケラレない（干渉しない）ためには、ｈ３をある程度、例えば５ｍｍ以上、確保しなければならない。一方で、物高ｈ０とｈ１、ｈ３は、それぞれが共役な点同士ゆえに比例関係にあるので、ｈ１とｈ３を可能な範囲でできるだけ小さくすることによって、可能な最小物高ｈ０が決定されることになる。

ここで、第２結像系の近軸倍率をβ２、第３結像系の近軸倍率をβ３とすると、ｈ１とｈ３の間には数式３の関係が成立する。

即ち、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３の近軸倍率の積によって、ｈ１とｈ３の大小関係が定まることになる。この関係式を用いて、ｈ１及びｈ３が、例えば、５ｍｍ以上でできるだけ小さくなる条件を計算すると、β２×β３の各値に対してｈ１とｈ３のとる値は、図１３に示すようになる。β２×β３＝１のとき、ｈ１＝ｈ３＝５ｍｍとなり、ｈ１及びｈ３が最も小さくなり、それ以外の値では、β２×β３が１から離れるに従って、ｈ１あるいはｈ３が徐々に大きくなる。即ち、β２×β３＝１の時に最も小さい最小物高を得ることができ、この条件から外れるに従って可能な最小物高が徐々に大きくなる。ここでは干渉制約を例として５ｍｍと置いたが、これ以外の値のときも当然ながら同じ振る舞いを示す。なお、最良の状態から２０％程度大きくなるのを許容するとして、β２×β３は、０．８から１．２が好ましい範囲となる。

図３は、本発明の一側面としての露光装置２００の概略ブロック図である。露光装置２００は、図３に示すように、照明装置２１０と、原版２２０のパターンを基板２３０に投影する上述の投影光学系１００とを有する。

露光装置２００は、ステップアンドスキャン方式で原版２２０に形成されたパターンを基板２３０に露光する投影露光装置である。照明装置２１０は転写用の回路パターンが形成された原版２２０を照明し、光源部２１２と照明光学系２１４とを有する。光源部２１２は、光源としてレーザーを使用する。照明光学系２１４は、原版２２０を均一に照明する。原版２２０は、転写されるべき回路パターン（又は像）が形成されたレチクル（マスク）であり、図示しないステージに支持及び駆動される。原版２２０から発せられた回折光は投影光学系１００を通り基板２３０上に投影される。基板２３０としては、ウエハを用いても、ガラスプレートを用いても良い。基板２３０にはフォトレジストが塗布されている。原版２２０と基板２３０とは共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるため、原版２２０と基板２３０を走査することによりパターンを基板２３０に縮小投影する。

図４は、実施例１の反射屈折型投影光学系１００Ａの光路図である。図４を参照するに、投影光学系１００Ａは、光路に沿って第１物体１０１側から順に、第１結像光学系Ｇ１乃至第４結像光学系Ｇ４を有する。

第１結像光学系Ｇ１は往復光学系を形成しない屈折系であり、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズ群を有する。第２結像光学系Ｇ２は往復光学系を形成する反射屈折系である。第２結像光学系Ｇ２は、往復光学系を形成するレンズ群Ｌ２１と、凹面鏡ＣＭ２１から構成される。また、往復光学系を形成するレンズ群Ｌ２１は、正の屈折力のレンズ群Ｌ２１１と、負の屈折力のレンズ群Ｌ２１２から構成される。第３結像光学系Ｇ３は、往復光学系を形成する反射屈折系である。反射屈折系の第３結像光学系Ｇ３は、往復光学系を形成するレンズ群Ｌ３１と、凹面鏡ＣＭ３１から構成される。また、往復光学系を形成するレンズ群Ｌ３１は、正の屈折力のレンズ群Ｌ３１１と、負の屈折力のレンズ群Ｌ３１２から構成される。第４結像光学系Ｇ３は往復光学系を形成しない屈折系であり、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズ群を有する。

本実施例では、第１結像光学系中に平面ミラーＦＭ２を含み、これにより第１物体（レチクル）と第２物体（ウエハ）が対向している。

投影光学系１００は、光学系全体としてペッツバール項の和がゼロ又はゼロ近傍となるように、ミラー形状、レンズパワーを決定するのが好ましい。非球面のミラー及びレンズの形状は、数式４に示す一般的な非球面の式で表現される。

数式４において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数である。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。

表１に、このレンズ構成における、各面の曲率半径、面間隔、材質などの数値データを示す。また、表２に、このレンズ構成に含まれる非球面について、その係数データを示す。

このレンズ構成の仕様は次の通りである。最終レンズと第２物体（ウエハ）との間に純水を満たした液浸露光装置の投影光学系であり、ＮＡは１．３５である。最終レンズとウエハとの距離（作動距離）は、２ｍｍである。露光光源はＡｒＦエキシマレーザを想定しており、露光波長は１９３ｎｍである。投影倍率は、１／４倍である。物像間距離（光路長ではなく、実際の距離）は、１７０５ｍｍである。この実施例では合成石英を硝材として使用しており、合成石英（表１ではｓｉｏ２と表記）の波長１９３ｎｍにおける屈折率は、１．５６０２９であり、純水（表中、ｗａｔｅｒと表記）の波長１９３ｎｍにおける屈折率は、１．４３６６９である。

本実施例の光学性能を示す収差図を図５に示す。図５（ａ）は球面収差、像面湾曲、ディストーションを示し、図５（ｂ）は最小物点から最大物点までの間の５物点における波面収差を示している。また、本実施例における波面収差ＲＭＳは、使用領域全てにわたって０．００７λ以下を達成しており、良好な収差補正がなされている。また、本実施例における各部分系の近軸倍率は、第１結像光学系が−１．３９７であり、第２結像光学系Ｇ２が−０．９９７であり、第３結像光学系Ｇ３が−１．０１８であり、第４結像光学系Ｇ４が−０．１７６である。第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３の近軸倍率の積は１．０１５であり、０．８〜１．２の範囲内に入っている。

本実施例では、第１物体面（レチクル面）における高さで１２．５ｍｍから６８．５ｍｍまでの物点について、光路の干渉がなく、かつ良好な収差補正がなされている。従って、図６（ａ）に示すように、第２物体面（ウエハ面）上において、２６ｍｍ×８ｍｍの長方形領域を露光に使用することができている。また、図６（ｂ）に示すように、長方形の対応する２辺を円弧形状にすることにより、更に、広い２６ｍｍ×１１ｍｍの領域を露光に使用するようにしてもよい。

また、本実施例は、第４結像光学系Ｇ４中に開口絞りを備えており（表１中の７５面）、これによりＮＡの制御などを行う。もちろん、開口絞りは１枚に限定されることはなく、第４結像光学系Ｇ４中に複数枚設けても構わないし、他の、第１〜第３結像光学系中に設けても構わない。

本実施例は、負の屈折力を有するレンズ群Ｌ２１２を第２結像光学系Ｇ２の凹面鏡ＣＭ２１の直前に配置し、更に、負の屈折力を有するレンズ群Ｌ３１２を第３結像光学系Ｇ３の凹面鏡ＣＭ３１の直前に配置している。これにより、光学系の大型化を招くことなく、軸上色収差を効率良く補正している。また、第２結像光学系Ｇ２に正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２１１を配置し、第１中間像から第２結像光学系Ｇ２に導かれる光束と、第２結像光学系Ｇ２で形成される第２中間像から第３結像光学系Ｇ３に導かれる光束が過度に広がるのを防止している。これにより、光学系の小型化を図ることができる。また、第３結像光学系Ｇ３に正の屈折力を有するレンズ群Ｌ３１１を配置し、第２中間像から第３結像光学系Ｇ３に導かれる光束と、第３結像光学系から第４結像光学系に導かれる光束が過渡に広がるのを防止している。これにより、光学系の小型化を図ることができる。

図７は、平面ミラーＦＭ１と光路との干渉を避ける図４とは異なる構成を有する投影光学系１００Ｂの光路図である。露光に使用する物体高が両者で異なっており、従って、平面ミラーＦＭ１の配置に違いが見られる。図４と図７の構成のいずれかが、鏡筒構成の容易さや反射膜設計上の条件など、総合的な条件に鑑みて決定される。

図８は、実施例２の反射屈折型投影光学系１００Ｃの光路図である。このレンズ構成の仕様は次の通りである。実施例１と同様に液浸露光装置の投影光学系であり、ＮＡは１．３５であり、作動距離は２ｍｍであり、露光波長は１９３ｎｍである。また、投影倍率は１／４倍であり、物像間距離は１７０５ｍｍであり、材質の屈折率は実施例１と同じであり、収差補正されている物高の範囲も実施例１と同じである。

表３に、このレンズ構成における、各面の曲率半径、面間隔、材質などの数値データを示す。また、表４に、このレンズ構成に含まれる非球面について、その係数データを示す。なお、非球面の面形状の定義は実施例１と同様である。

本実施例でも、第１結像光学系Ｇ１の瞳近傍に平面ミラーＦＭ２を含み、これにより第１物体（レチクル）と第２物体（ウエハ）が対向している。

本実施例の光学性能を示す収差図を図９に示す。図９（ａ）は球面収差、像面湾曲、ディストーションを示し、図９（ｂ）は最小物点から最大物点までの間の５物点における波面収差を示している。また、本実施例における波面収差ＲＭＳは、使用領域全てにわたって０．００５λ以下を達成しており、第２結像光学系Ｇ２中に非球面レンズを１枚追加することにより、実施例１よりも更に良好な収差補正がなされている。

また、本実施例における各部分系の近軸倍率は、第１結像光学系Ｇ１が−１．３２２であり、第２結像光学系Ｇ２が−０．９９２であり、第３結像光学系Ｇ３が−１．０２７であり、第４結像光学系Ｇ４が、−０．１８６である。第２結像光学系と第３結像光学系の近軸倍率の積は１．０１９であり、０．８〜１．２の範囲内に入っている。

図１０は、実施例３の反射屈折型投影光学系１００Ｄの光路図である。このレンズ構成の仕様は次の通りである。実施例１と同様に液浸露光装置の投影光学系であり、ＮＡは１．３５であり、作動距離は２ｍｍであり、露光波長は１９３ｎｍである。また、投影倍率は１／４倍であり、材質の屈折率は実施例１に同じであり、収差補正されている物高の範囲も実施例１と同じである。

表５に、このレンズ構成における、各面の曲率半径、面間隔、材質などの数値データを示す。また、表６に、このレンズ構成に含まれる非球面について、その係数データを示す。なお、非球面の面形状の定義は実施例１と同様である。

投影光学系１００Ｄは、第１結像光学系Ｇ１中に平面ミラーＦＭ２を配置せず、ストレートな構成としている。これにより、第１物体（レチクル）と第２物体（ウエハ）は対向せずに直交している。露光装置を、ウエハステージが地面と平行になるように構成したとすると、この投影光学系の高さは、第２物体面（ウエハ面）から第３結像光学系中の凸面反射鏡までの距離で決まり、その値は１３７０ｍｍとなる。即ち、他の実施例に比べて、露光装置の高さを低く抑えられるという有利な点がある。

また、第１結像光学系Ｇ１がストレートな構成となったことで、第１結像光学系Ｇ１中に開口絞りを設けやすいという特徴もある。第１結像光学系Ｇ１中のみに絞りを設けてＮＡを制御してもよいし、第４結像光学系Ｇ４中の開口絞りと連動させてより高精度にＮＡを制御してもよい。

本実施例の光学性能を示す収差図を図１１に示す。図１１（ａ）は球面収差、像面湾曲、ディストーションを示し、図１１（ｂ）には、最小物点から最大物点までの間の５物点における波面収差を示している。また、本実施例における波面収差ＲＭＳは、使用領域全てにわたって０．００５λ以下を達成しており、実施例１よりも更に良好な収差補正がなされている。

また、本実施例における各部分系の近軸倍率は、第１結像光学系が−１．３９８であり、第２結像光学系が−０．９９３であり、第３結像光学系が−１．０２２であり、第４結像光学系が、−０．１７６である。第２結像光学系と第３結像光学系の近軸倍率の積は１．０１５であり、０．８〜１．２の範囲内に入っている。

以下、図１４及び図１５を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する行程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１５は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、結像性能の優れた投影光学系を使用して、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、反射屈折型投影光学系は、液浸露光装置でなくても適用することができる。また、ＬｕＡＧなどの高屈折材料を用いた更に高ＮＡの投影光学系にも適用することができる。

本発明の一側面としての投影光学系の光路図である。 図１に示す投影光学系の変形例の光路図である。 本発明の一側面としての投影光学系を有する露光装置の光路図である。 実施例１の投影光学系の光路図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４に示す投影光学系の収差図である。 図６（ａ）は、図４に示す投影光学系の物体面の投影像形成可能領域（良像領域）と光軸との関係を示す平面図である。図６（ｂ）は、図４に示す投影光学系の物体面の投影像形成可能領域（良像領域）と光軸との別の関係を示す平面図である。 図４に示す投影光学系の変形例の光路図である。 実施例２の投影光学系の光路図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示す投影光学系の収差図である。 実施例３の投影光学系の光路図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、図１０に示す投影光学系の収差図である。 図２に示す平面ミラーと光束との干渉状態を説明するための光路図である。 図１２に示す中間像形成位置の光軸からの高さと近軸倍率との関係を示すグラフである。 図３に示す露光装置を使用したデバイス製造方法のフローチャートである。 図１４に示すステップ４の詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

ＦＭ１ （第１の）平面ミラー
ＦＭ２ （第２の）平面ミラー
Ｇ１ 第１結像光学系
Ｇ２ 第２結像光学系
Ｇ３ 第３結像光学系
Ｇ４ 第４結像光学系
ＯＡ_１、ＯＡ_２ 光軸
１０１ 第１物体
１０２ 第２物体
１００乃至１００Ｄ 投影光学系
２００ 露光装置

Claims (10)

1. 第１物体の像を第２物体上に投影する投影光学系において、
   前記第１物体の第１中間像を形成する第１結像光学系と、
   前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成し、第１の凹面鏡を有する第２結像光学系と、
   前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成し、第２の凹面鏡を有する第３結像光学系と、
   前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成する第４結像光学系と、
   前記第２結像光学系において光路に沿って前記第３結像光学系に最も近い屈折部材と、前記第３結像光学系において前記光路に沿って前記第２結像光学系に最も近い屈折部材との間に配置され、前記第２結像光学系からの光束を前記第３結像光学系に反射する第１の平面ミラーと、を備え、
   前記第３結像光学系と前記第４結像光学系は光軸を共有することを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１結像光学系と前記第４結像光学系とは屈折系であり、前記第２結像光学系と前記第３結像光学系とは反射屈折系であることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
3. 第１及び第４結像光学系はそれぞれ正のペッツバール和を有し、第２及び第３結像光学系はそれぞれ負のペッツバール和を有することを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学系。
4. 前記第１結像光学系の近軸横倍率の絶対値は、０．９倍以上かつ１．７倍以下の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の投影光学系。
5. 前記第２結像光学系の近軸倍率と前記第３結像光学系の近軸倍率の積の絶対値は、０．８以上かつ１．２以下の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の投影光学系。
6. 前記第１の凹面鏡は前記第２結像光学系の瞳に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の投影光学系。
7. 前記第１結像光学系の瞳に配置された第２の平面ミラーを備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の投影光学系。
8. 前記第１物体と前記第２物体は平行に配置され、前記第１結像光学系と前記第４結像光学系とはそれぞれ異なる光軸を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の投影光学系。
9. 原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
   第１物体としての前記原版の前記パターンを第２物体としての前記基板に投影する請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を利用して基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。