JP2022030810A - 投影光学系、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の光学性能を維持しながら小型化を実現するのに有利な技術を提供する。【解決手段】凹面鏡と、凸面鏡とを有する投影光学系であって、物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記凹面鏡及び前記凸面鏡が配置され、前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、前記重畳領域の鉛直方向の最大距離をＤＬとし、前記円弧状領域の１つの物点からの光束が前記凹面鏡に入射する有効光束の直径をφとすると、ＤＬ＜φ／２を満たすことを特徴とする投影光学系を提供する。【選択図】図１１

Description

本発明は、投影光学系、露光装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示素子などの製造工程であるリソグラフィ工程に用いられ、原版（マスク又はレチクル）のパターンを、投影光学系を介して、感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど）に転写する。このような露光装置に関する技術として、近年、光軸外の輪帯状良像域（円弧状領域）を用いて、原版のパターンを基板上に等倍で結像する投影光学系が提案されている（特許文献１及び２参照）。

特開２０１９－２８３５２号公報 特開２０１７－２１１４９３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示されているような光学系では、物体面（マスク面）上の１点から発した光束は、凹面鏡で２回反射されることになるが、光学系の光学性能を調整可能にするために凹面鏡を可変鏡とする場合、以下に説明する課題が生じる。

例えば、良像域を形成する円弧半径が小さいと、円弧両端部（左右）から発した光束が凹面鏡で２回反射することで凹面鏡上に形成する２つの有効光束領域（上下）が、円弧周辺部で重畳するため、円弧両端部での可変鏡の面形状補正が困難となる。これは、円弧周辺部に設けられた面形状補正点には、円弧両端部（左右）から光束が同時に入射するため、両端での補正目標が相反する場合、面形状補正が不能となるからである。一方、良像域を形成する円弧半径が大きいと、２つの有効光束領域（上下）が分離するため、円弧両端部での可変鏡の面形状補正が可能となる。但し、この場合、凹面鏡が肥大化するため、凹面鏡の支持精度や振動が像性能に与える影響が、深刻化してしまう。従って、可変鏡の面形状補正精度を維持し、且つ、凹面鏡の小型化（小径化）を実現することが必要となる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、光学系の光学性能を維持しながら小型化を実現するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡とを有する投影光学系であって、物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記凹面鏡及び前記凸面鏡が配置され、前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、前記重畳領域の鉛直方向の最大距離をＤＬとし、前記円弧状領域の１つの物点からの光束が前記凹面鏡に入射する有効光束の直径をφとすると、ＤＬ＜φ／２を満たすことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、光学系の光学性能を維持しながら小型化を実現するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の第１実施例における投影光学系の光路図である。 投影光学系に含まれる凹面鏡の面形状を補正するアクチュエータの配置例を示す図である。 マスク面上の輪帯状露光領域を示す図である。 投影光学系に含まれる凹面鏡上の有効光束領域を模式的に示す図である。 投影光学系に含まれる凹面鏡上の有効光束領域と補正点との位置関係を示す図である。 図１に示す凹面鏡における有効光束領域を示す光学トレース図である。 図１に示す凹面鏡における有効光束領域を模式的に示す図である。 図１に示す凹面鏡における有効光束領域と補正点との位置関係を示す図である。 本発明の第２実施例における投影光学系の光路図である。 図９に示す凹面鏡における有効光束領域を示す光学トレース図である。 図９に示す凹面鏡における有効光束領域を模式的に示す図である。 図９に示す凹面鏡における有効光束領域と補正点との位置関係を示す図である。 本発明の第３実施例における投影光学系の光路図である。 図１３に示す第１凹面鏡における有効光束領域を示す光学トレース図である。 図１３に示す第１凹面鏡における有効光束領域と補正点との位置関係を示す図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

まず、光軸外の輪帯状良像域を用いて、マスクやレチクルなどの原版のパターンを基板上に等倍で結像する投影光学系に関する従来技術において、かかる投影光学系に含まれる凹面鏡を可変鏡とする場合に生じる課題について詳細に説明する。

図２は、特許文献１（特開２０１９－２８３５２号公報）に開示されている投影光学系に含まれる凹面鏡を可変鏡とする場合において、凹面鏡（可変鏡）の面形状を補正するアクチュエータの配置例を示す図である。アクチュエータは、例えば、一対のアクチュエータ要素ａｃ１及びａｃ２で構成される。図２を参照するに、アクチュエータ要素ａｃ１（例えば、磁石）とアクチュエータ要素ａｃ２（例えば、コイル）とで構成（規定）される調整点Ａｃが、凹面鏡の裏面側に、光軸断面内で、円周方向と径方向（動径が延びる方向）に複数配置されている。図２では、調整点Ａｃ（アクチュエータ）は、光軸に対して点対称に配置され、特許文献２（特開２０１７－２１１４９３号公報）に開示されているように、光学収差や面変位量に基づく補正指令値に従って駆動される。これにより、凹面鏡（の反射面）の面形状が補正される（変形する）。

このように、凹面鏡（可変鏡）の裏面におけるアクチュエータによる力の作用点を調整点Ａｃとし、調整点Ａｃを、凹面鏡に規定される光軸と平行な方向に沿って、凹面鏡（裏面と反対側の反射面）に投影して得られる点を補正点と定義する。なお、ここでいう「点」とは、面積を有していない仮想上の点を意味する。

次に、凹面鏡に入射する光束の広がりと補正点（調整点Ａｃ）との位置関係について説明する。図３は、マスク面上の輪帯状露光領域（物体面における光軸外の円弧状領域）を示す図である。特許文献１及び２に開示されている投影光学系の上段には、照明光学系（不図示）が設けられ、かかる照明光学系は、円弧状のスリット（露光スリット）を含む。このようなスリットを介して、照明光学系は、投影光学系が有する光軸外の円弧状領域のみを選択的に照明して、図３に示すように、Ｘ方向に露光幅Ｗを有し、Ｚ方向にスリット幅Ｓｗを有する照明領域（円弧状領域）を形成する。図３において、Ｒは、円弧状領域を形成する最外円弧（外側円弧）ＡＣ１の半径を示し、最外円弧ＡＣ１の中心は、投影光学系の光軸ｏに一致する。また、最外円弧ＡＣ１を－Ｚ方向（走査方向）にスリット幅Ｓｗだけずらした位置に最内円弧（内側円弧）ＡＣ２が存在する。このように、円弧状領域は、最内円弧ＡＣ２と、光軸ｏに対して内側円弧ＡＣ２よりも外側に位置する外側円弧ＡＣ１と、を含む。

このような円弧状領域を形成することによって、マスクと基板とを走査しながら基板を露光する際（走査露光時）に、露光幅全域（Ｘ方向）にわたって均一な積算露光量を得ることが可能となる。なお、均一な積算露光量を得る目的においては、最内円弧ＡＣ２の中心を投影光学系の光軸ｏに一致させ、最内円弧ＡＣ２を＋Ｚ方向にスリット幅Ｓｗだけずらした位置に最外円弧ＡＣ１を形成してもよい。図３において、点Ｃ１は、Ｚ軸上で円弧（最外円弧ＡＣ１）の最高点を示し、点Ｃ２は、Ｚ軸上で円弧（最内円弧ＡＣ２）の最低点を示している。また、点Ｒ１及びＬ１は、円弧状領域内で、Ｚ軸からＸ方向に最も離れた左右の円弧最上点を示し、点Ｒ２及びＬ２は、円弧状領域内で、Ｚ軸からＸ方向に最も離れた左右の円弧最低点を示している。

図４は、投影光学系に含まれる凹面鏡上の有効光束領域を模式的に示す図である。厳密には、図４は、投影光学系の光軸に垂直で凹面鏡の光軸を通る面に光束を投影した図である。図４において、二点鎖線で囲まれた領域は、凹面鏡で１回目に反射する際の有効光束領域ＥＡ１であり、破線で囲まれた領域は、凹面鏡で２回目に反射する際の有効光束領域ＥＡ２である。図４を参照するに、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（Ｒ２を中心とするφｒ）と、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（Ｌ２２を中心とするφｌ２）とが重畳している。ここで、点Ｒ２は、内側円弧ＡＣ２の一端に位置する物点であり、点Ｌ２は、内側円弧ＡＣ２の他端に位置する物点である。同様に、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（Ｌ２を中心とするφｌ）と、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（Ｒ２２を中心とするφｒ２）とが重畳している。

図５は、投影光学系に含まれる凹面鏡上の有効光束領域と補正点（調整点Ａｃ）との位置関係を示す図であって、図２と図４とを重ね合わせた図である。図５を参照するに、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（φｒ）と、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｌ２）とが重畳する重畳領域に、複数の補正点が存在している。同様に、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（φｌ）と、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｒ２）とが重畳する重畳領域に、複数の補正点が存在している。従って、円弧両端部でのフォーカスやディストーションに対する補正目標が相反する場合、円弧左端部と円弧右端部のそれぞれに対して（独立して）十分な面形状の補正を行うことができない。

そこで、本実施形態では、光学系、特に、凹面鏡を可変鏡とする投影光学系において、光学性能（可変鏡の面形状補正精度）を維持しながら小型化（小径化）を実現するのに有利な技術を提供する。具体的には、凹面鏡に形成される上下の有効光束領域が、最小限重畳する量、或いは、乖離する量を設計的に規定する。

＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例における投影光学系１の光路図である。図１において、物体面ＩＭ（マスク面）における点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２は、図３に示す点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２と同じである。点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２から発した光束は、物体面ＩＭの直下、具体的には、物体面ＩＭと凹面鏡Ｍｏとの間に配置された光学部材Ｇ１（第１光学部材）を通過し、平面反射鏡Ｔ１の作用で光路を直角に曲げられ、凹面鏡Ｍｏに入射する。凹面鏡Ｍｏで反射された光束は、光軸Ｏ－Ｏ’の近傍に配置された光学部材Ｇ２を通過して凸面鏡Ｍｔに入射する。凸面鏡Ｍｔは、投影光学系１の絞り面に位置する。凸面鏡Ｍｔで反射された光束は、再度、光学部材Ｇ２を通過して凹面鏡Ｍｏに入射する。凹面鏡Ｍｏで反射された光束は、平面反射鏡Ｔ２の作用で光路を直角に曲げられ、像面Ｐ（基板面）の直上、具体的には、凹面鏡Ｍｏと像面Ｐとの間に配置された光学部材Ｇ３（第２光学部材）を通過して像面Ｐに結像する。

このように、投影光学系１においては、物体面ＩＭにおける光軸外の円弧状領域からの光が、凹面鏡Ｍｏ、凸面鏡Ｍｔ、凹面鏡Ｍｏの順に反射して像面Ｐに等倍で結像するように、凹面鏡Ｍｏ及び凸面鏡Ｍｔが配置されている。また、光学部材Ｇ１及びＧ２は、それぞれ、屈折力を有する屈折光学部材であって、例えば、非球面形状を有するレンズを含む。

図１には、物体面ＩＭにおける点Ｒ２及びＬ２からの光束のうち、凹面鏡Ｍｏにおいて光軸Ｏ－Ｏ’に最も近い点と、光軸Ｏ－Ｏ’との距離Ｄが示されている。なお、投影光学系１は等倍系であるため、投影光学系１の絞り面に位置する凸面鏡Ｍｔに対して、光学系や光路が上下対称となる。従って、光軸Ｏ－Ｏ’からの距離は、上下とも、距離Ｄに等しい。

本実施例における投影光学系１において、結像倍率は等倍であり、開口数（ＮＡ）は０．１３５であり、露光幅は８２０ｍｍである。また、円弧半径は６００ｍｍであり、スリット幅は６０ｍｍである。露光波長としては、３００ｎｍから３６５ｎｍの帯域のＤＵＶ（深紫外）光を用い、これらに対して収差補正を行う。これらを実現するための各光学部材の曲率半径、間隔、硝子部材の光学屈折率、及び、対応する光学部材の参照符号を以下の表１に示す。なお、光学部材の幾つかは非球面で構成されており、非球面形状を定義する式は、以下の式（１）で与えられる。式（１）における各係数の例を以下の表２に示す。

Ｚ＝ｒｈ^２／（１＋（１－（１＋ｋ）ｒ^２ｈ^２）^１／２）＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０＋Ｅｈ^１２＋Ｆｈ^１４＋Ｇｈ^１６＋Ｈｈ^１８＋Ｊｈ^２０ ・・・（１）
ここで、ｒは、表１における１／Ｒである。

ここで、図６、図７及び図８を用いて、本発明の原理について説明する。図６は、本実施例の投影光学系１において、凹面鏡Ｍｏにおける有効光束領域を示す光学トレース図である。図６を参照するに、図３に示す物体面ＩＭにおける円弧領域内で、Ｘ方向に５点、Ｚ方向に３点、計１５点から発した結像光束が、凹面鏡Ｍｏで円の集合を形成しているのがわかる。図６において、φは、物体面ＩＭ（円弧状領域）の１つの物点から光束の凹面鏡Ｍｏでの有効光束（有効光束領域）の直径であり、Ｄは、かかる有効光束の最もＸ軸に近い点とＸ軸との間の距離（最小近接距離）である。

図７は、本実施例の投影光学系１において、凹面鏡Ｍｏにおける有効光束領域を模式的に示す図である。厳密には、図７は、光軸Ｏ－Ｏ’に垂直で、凹面鏡Ｍｏの光軸を通る面に光束を投影した図である。図１において、平面反射鏡Ｔ１で折り曲げられた光束は、凹面鏡Ｍｏに入射する。本実施例では、物体面ＩＭ及び像面Ｐにおいて、主光線が概ねテレセントリックとなるように設計されているため、物体面ＩＭにおける各点（Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２、Ｌ２）から発した結像光束の各主光線は、光軸Ｏ－Ｏ’に概ね平行に進み、凹面鏡Ｍｏに入射する。従って、凹面鏡Ｍｏには、図３に示す円弧状領域がそのまま投影され、且つ、結像光束の広がりが加算されて、光束有効領域が決定される。図７において、一点鎖線の円弧状領域は、図３に示す物体面ＩＭにおける円弧状領域に等しく、ｒは、各点で広がった光束の半径を示している。具体的には、ｒは、物体面ＩＭから凹面鏡Ｍｏに至る光学距離と結像光束の開口数（ＮＡ）との積に概ね等しい。図７において、円弧のそり量Ａｎは、以下の式（２）で定義される。

Ａｎ＝Ｒ－√（Ｒ×Ｒ－（Ｗ／２）×（Ｗ／２）） ・・・（２）
従って、凹面鏡Ｍｏにおける有効光束領域は、図７に二点鎖線で示されているが、そのＺ方向への広がり幅は、これまでに定義した数値を用いて、Ｓｗ＋２ｒ＋Ａｎで表される。また、有効光束領域のＸ方向への広がり幅は、Ｗ＋２ｒで表される。

本実施例では、有効光束領域内において、Ｘ軸に最も近い点Ｍ及びＨに着目し、点Ｍ及びＨのそれぞれとＸ軸との間の距離Ｄを規定する。点Ｍ及びＨは、図３において、物体面ＩＭにおける点Ｒ２及びＬ２から発した光束のうち、最も光軸に近い点である。ここで、光軸ｏに対して上半円内の円群は、物体面ＩＭから発して凹面鏡Ｍｏで１回目に反射される光束群、即ち、有効光束領域ＥＡ１である。また、光軸ｏに対して下半円内の円群は、物体面ＩＭから発して凹面鏡Ｍｏで２回目に反射される光束群、即ち、有効光束領域ＥＡ２である。本実施例では、投影光学系１は等倍系であるため、有効光束領域ＥＡ１と有効光束領域ＥＡ２とは、光軸ｏに対して、点対称な配置になっている。なお、図７には、図１に示す距離Ｄも図示されている。

図６に示す円の集合領域は、図７に示す二点鎖線で囲まれた領域（有効光束領域ＥＡ１及びＥＡ２）に対応している。また、図６及び図７では、距離Ｄが正の数として示されており、上下の光束が十分に乖離した状態であることがわかる。本実施例において、凹面鏡Ｍｏにおける１点あたりの有効光束の直径（φ＝２ｒ）は、６４５ｍｍであり、距離Ｄは、＋５７ｍｍである。

図８は、本実施例における有効光束領域と補正点（調整点Ａｃ）との位置関係を示す図であって、図２と図７とを重ね合わせた図である。図８を参照するに、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡Ｍｏで１回目に反射する光束（φｒ）と、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｌ２）とが乖離している。換言すれば、点Ｒ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第１有効光束領域（φｒ）と、点Ｌ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第２有効光束領域（φｌ２）とが乖離している。同様に、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（φｌ）と、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｒ２）とが乖離している。換言すれば、点Ｌ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第１有効光束領域（φｌ）と、点Ｒ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第２有効光束領域（φｒ２）とが乖離している。また、本実施例では、各光束内、即ち、第１有効光束領域及び第２有効光束領域のそれぞれにおいて、円周方向や径方向に、１６点の補正点が存在している。従って、円弧両端部でのフォーカスやディストーションに対する補正目標が相反する場合でも、円弧左端部と円弧右端部のそれぞれに対して（独立して）十分な面形状の補正を行うことができる。

一方、距離Ｄを必要以上に大きくしてしまうと、円弧半径が大きくなるため、凹面鏡Ｍｏが肥大化するという問題が発生する。かかる問題を回避するために、本実施例では、凹面鏡Ｍｏにおける上下の有効光束領域の円弧両端部での重畳（即ち、第１有効光束領域（φｒ、φｌ）と第２有効光束領域（φｌ２、φｒ２）との重畳）を許容する。これは、このような重畳領域に存在する補正点の数が、各光束内に存在する補正点の数よりも十分に少なければ、最終的な面形状の補正精度への影響度が小さくなるからである。従って、距離Ｄには、上限値と下限値とが存在する。本発明者は、距離Ｄの範囲を鋭意検討し、以下の式（３）に示すように定める。

（－φ×（１／２））＜Ｄ＜（＋φ×（１／２）） ・・・（３）
式（３）は、各光束内の中心光線（主光線）が重畳領域に入射しない（入り込まない）ための条件である。主光線を含む光束の半分の情報があれば、光束全体で発生するディストーション、フォーカス、非点収差などの光学性能を概ね推定することが可能であり、それに基づいて、補正目標（補正すべき面形状）を求めることができる。

＜第２実施例＞
図９は、本発明の第２実施例における投影光学系２の光路図である。投影光学系２の基本的な構成（物体面ＩＭから像面Ｐまでの光束の経路や光学部材）は、図１に示す投影光学系１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。但し、投影光学系２は、距離Ｄが負の数である点で投影光学系１と異なる。

本実施例における投影光学系２において、結像倍率は等倍であり、開口数（ＮＡ）は０．１３５であり、露光幅は８２０ｍｍである。また、円弧半径は５００ｍｍであり、スリット幅は６０ｍｍである。露光波長としては、３００ｎｍから３６５ｎｍの帯域のＤＵＶ光を用い、これらに対して収差補正を行う。これらを実現するための各光学部材の曲率半径、間隔、硝子部材の光学屈折率、及び、対応する光学部材の参照符号を以下の表３に示す。なお、光学部材の幾つかは非球面で構成されており、非球面形状を定義する式は、式（１）で与えられる。式（１）における各係数の例を以下の表４に示す。

図１０は、本実施例の投影光学系２において、凹面鏡Ｍｏにおける有効光束領域を示す光学トレース図であって、図６に対応する。図１０を参照するに、円弧周縁部（図３における点Ｒ２及びＬ２）から発した光束は、凹面鏡Ｍｏにおいて、Ｘ軸よりも下の領域に広がっているため、距離Ｄが負となる。これは、本実施例では、円弧半径が５００ｍｍであり、第１実施例（６００ｍｍ）よりも小さいからである。本実施例において、凹面鏡Ｍｏにおける１点あたりの有効光束の直径（φ＝２ｒ）は、６４８ｍｍであり、距離Ｄは、－１００ｍｍである。

図１１は、本実施例の投影光学系２において、凹面鏡Ｍｏにおける有効光束領域を模式的に示す図であって、図７に対応する。図１１を参照するに、上下の有効光束領域が重畳している重畳領域が存在していることがわかる。

図１２は、本実施例における有効光束領域と補正点（調整点Ａｃ）との位置関係を示す図であって、図２と図１１とを重ね合わせた図である。図１２を参照するに、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡Ｍｏで１回目に反射する光束（φｒ）と、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｌ２）とが重畳している。換言すれば、点Ｒ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第１有効光束領域（φｒ）と、点Ｌ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第２有効光束領域（φｌ２）とが重畳する重畳領域が存在する。同様に、円弧左端部の点Ｌ２から発して凹面鏡で１回目に反射する光束（φｌ）と、円弧右端部の点Ｒ２から発して凹面鏡で２回目に反射する光束（φｒ２）とが重畳している。換言すれば、点Ｌ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第１有効光束領域（φｌ）と、点Ｒ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第２有効光束領域（φｒ２）とが重畳する重畳領域が存在する。

このような第１有効光束領域と第２有効光束領域との重畳領域には、複数の補正点、本実施例では、３点の補正点が存在する。但し、各光束内、即ち、第１有効光束領域及び第２有効光束領域のそれぞれにおいて、円周方向や径方向に、１６点の補正点が存在している。従って、円弧両端部でのフォーカスやディストーションに対する補正目標が相反する場合でも、重畳領域に存在する３点の補正点を補正対象から除外し、残りの１２点の補正点で補間などして面形状を補正すれば、十分な補正精度が得られる。具体的には、本発明者は、重畳領域に存在する補正点の数が、各光束内、即ち、第１有効光束領域又は第２有効光束領域に存在する数の５０％未満であればよいことを見出した。このような条件を満たすことで、光束全体で発生するディストーション、フォーカス、非点収差などの光学性能を概ね推定することが可能であり、それに基づいて、補正目標（補正すべき面形状）を求めることができる。

更に、凹面鏡Ｍｏにおける上下の有効光束領域の重畳の度合い（重畳度）に関して、許容値を以下のように規定する。図３に示すように、実際の走査露光時には、積算露光量を確保するために、スリット幅Ｓｗが存在する。上述したように、図３や図１１に示す点Ｒ２及びＬ２は、円弧状領域内で、最内円弧ＡＣ２（円弧周縁部）の最低点である。図１２に示すように、これらの点において、上下の光束が重畳していても、最外円弧ＡＣ１の点Ｒ１及びＬ１（最高点）から発した光束に関しては、凹面鏡Ｍｏにおいて、上下の光束が乖離し、それらの重畳度が小さくなる傾向にある。露光性能を決定するのは、円弧状領域（スリット）で走査露光された後の走査積分像である。従って、円弧状領域の下部で上下の光束が重畳し、そこでの面形状補正が不十分であっても、円弧状領域の上部において、上下の光束が所定量乖離していれば、像面Ｐに最終的に形成される走査積分像は、許容可能な良像となる。

具体的には、凹面鏡Ｍｏにおける上下の有効光束領域の各重畳領域と補正点との関係が以下の２つの条件を満たせばよい。１つ目の条件は、点Ｒ２又はＬ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第１有効光束領域（φｒ、φｌ）と、点Ｌ２又はＲ２からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第２有効光束領域（φｌ２、φｒ２）との重畳領域に関する。第１有効光束領域（φｒ、φｌ）と第２有効光束領域（φｌ２、φｒ２）との重畳領域に存在する補正点の数を、第１有効光束領域又は第２有効光束領域に存在する数の７０％未満とする。２つ目の条件は、点Ｒ１又はＬ１からの光束が凹面鏡Ｍｏに１回目に入射する領域である第３有効光束領域と、点Ｌ１又はＲ１からの光束が凹面鏡Ｍｏに２回目に入射する領域である第４有効光束領域との重畳領域に関する。第３有効光束領域と第４有効光束領域との重畳領域に存在する補正点の数を、第３有効光束領域又は第４有効光束領域に存在する数の３０％未満とする。これは、走査積分像を形成する光束全体の平均値として５０％以上が重畳領域外にあれば、ディストーション、フォーカス、非点収差などの光学性能を概ね推定することが可能であり、それに基づいて、補正目標（補正すべき面形状）を求めることができるからである。

なお、式（３）に関して、第１有効光束領域（φｒ、φｌ）と第２有効光束領域（φｌ２、φｒ２）との重畳の度合いを許容する範囲は、以下に説明するように規定することもできる。例えば、図１１に示すように、第１有効光束領域（φｒ、φｌ）と第２有効光束領域（φｌ２、φｒ２）との重畳領域の鉛直方向（Ｚ方向（物体面ＩＭ及び像面Ｐに垂直な方向））の最大距離をＤＬとすると、ＤＬ＜φ／２を満たせばよい。なお、最大距離ＤＬは、点Ｍ及びＨのそれぞれとＸ軸との間の距離Ｄを用いれば、２Ｄと表すことができる（即ち、ＤＬ＝２Ｄ）。

＜第３実施例＞
図１３は、本発明の第３実施例における投影光学系３の光路図である。投影光学系３の基本的な構成は、特開２０１８－６３４０６号公報に開示されているため、ここでの詳細な説明は省略する。図１３において、物体面ＩＭにおける点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２は、図３に示す点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２と同じである。

投影光学系３において、点Ｃ１、Ｃ２、Ｒ２及びＬ２から発した光束は、物体面ＩＭの直下に配置された光学部材群Ｇｍを通過し、平面反射鏡Ｔ１の作用で光路を直角に曲げられ、第１凹面鏡Ｍｏ１に入射する。第１凹面鏡Ｍｏ１で反射された光束は、凸面鏡Ｍｏ２に入射する。凸面鏡Ｍｏ２で反射された光束は、光軸Ｏ－Ｏ’の近傍に配置された光学部材Ｇ２を通過して第２凹面鏡Ｍｏ３に入射する。第２凹面鏡Ｍｏ３は、投影光学系３の絞り面に位置する。第２凹面鏡Ｍｏ３で反射された光束は、再度、光学部材Ｇ２を通過して凸面鏡Ｍｏ２に入射する。凸面鏡Ｍｏ２で反射された光束は、再度、第１凹面鏡Ｍｏ１で反射され、平面反射鏡Ｔ２の作用で光路を直角に曲げられ、像面Ｐの直上に配置された光学部材群Ｇｐを通過して像面Ｐに結像する。

このように、投影光学系３においては、物体面ＩＭにおける光軸外の円弧状領域からの光が、第１凹面鏡Ｍｏ１、凸面鏡Ｍｏ２、第２凹面鏡Ｍｏ、凸面鏡Ｍｏ２、第１凹面鏡Ｍｏ１の順に反射して像面Ｐに等倍で結像する。また、光学部材群Ｇｍ及びＧｐは、それぞれ、屈折力を有する屈折光学部材を含み、例えば、非球面形状を有するレンズを含む。

図１３には、物体面ＩＭにおける点Ｒ２及びＬ２からの光束のうち、第１凹面鏡Ｍｏ１において光軸Ｏ－Ｏ’に最も近い点と、光軸Ｏ－Ｏ’との距離Ｄが示されている。なお、投影光学系３は等倍系であるため、投影光学系３の絞り面に位置する第２凹面鏡Ｍｏ３に対して、光学系や光路が上下対称となる。従って、光軸Ｏ－Ｏ’からの距離は、上下とも、距離Ｄに等しい。

本実施例における投影光学系３において、結像倍率は等倍であり、開口数（ＮＡ）は０．１４であり、露光幅は１１００ｍｍである。また、円弧半径は６０５ｍｍであり、スリット幅は５０ｍｍである。露光波長としては、３００ｎｍから３６５ｎｍの帯域のＤＵＶ光を用い、これらに対して収差補正を行う。

図１４は、本実施例の投影光学系３において、第１凹面鏡Ｍｏ１における有効光束領域を示す光学トレース図である。図１４を参照するに、図３に示す物体面ＩＭにおける円弧領域内で、Ｘ方向に５点、Ｚ方向に３点、計１５点から発した結像光束が、第１凹面鏡Ｍｏ１の上下のそれぞれで、円の集合を形成しているのがわかる。また、距離Ｄが正の数として示されており、上下の光束が十分に乖離した状態であることがわかる。本実施例において、第１凹面鏡Ｍｏ１における１点あたりの有効光束の直径（φ＝２ｒ）は、３６７ｍｍであり、距離Ｄは、＋２０ｍｍである。

図１５は、本実施例において、第１凹面鏡Ｍｏ１における有効光束領域と補正点（調整点Ａｃ）との位置関係を示す図である。図１５を参照するに、図１２と異なる点は、上下の光束の重畳領域に補正点が存在しないことである。光学的には、有効光束が重畳領域を有しているため、第１凹面鏡Ｍｏ１は小径化されている。更に、重畳領域に補正点が存在しないため、面形状の補正精度が重畳の影響を実質的に受けないというメリットがある。

＜露光装置＞
図１６は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す図である。露光装置１００は、例えば、デバイスの製造工程（リソグラフィ工程）に用いられ、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、マスクＭＫを介して基板Ｓを露光し、本実施形態では、マスクＭＫと基板Ｓとを走査しながら基板Ｓを露光（走査露光）して、マスクＭＫのパターンを基板上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を採用することも可能である。

露光装置１００は、図１６に示すように、照明光学系１０１と、マスクステージ１０２と、投影光学系１と、基板ステージ１０４とを有する。

照明光学系１０１は、光源（不図示）からの光（光束）を用いて、投影光学系１の物体面に配置されているマスクＭＫを照明する。光源は、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの光を発する超高圧水銀ランプを含む。但し、光源は、限定されるものではなく、２４８ｎｍの波長の光を発するＫｒＦエキシマレーザ、１９３ｎｍの波長の光を発するＡｒＦエキシマレーザ、又は、１５７ｎｍの波長の光を発するＦ_２レーザであってもよい。

マスクＭＫには、基板Ｓに転写すべきパターン（例えば、回路パターン）が形成されている。マスクＭＫは、照明光学系１０１からの光を透過する材料、例えば、石英ガラスを母材として構成されている。マスクステージ１０２は、例えば、マスクＭＫを保持（吸着）するチャックと、かかるチャックを支持して移動するステージ部とを含む。

投影光学系１は、照明光学系１０１によって照明されたマスクＭＫのパターンを基板Ｓに投影する。投影光学系１に含まれる凹面鏡Ｍｏには、凹面鏡Ｍｏの裏面に力を加えて凹面鏡Ｍｏの形状を調整する複数の調整部１０９が設けられている。調整部１０９は、ボイスコイルモータなどのアクチュエータなどで構成され、図２に示すように、凹面鏡Ｍｏの裏面に複数の調整点Ａｃが配置されるように、円周方向及び径方向に複数配置されている。図１６では、投影光学系１を有する露光装置１００の構成を示しているが、露光装置１００は、投影光学系１の代わりに、投影光学系２又は３を有していてもよい。このように、露光装置１００には、マスクＭＫのパターンを基板Ｓに投影する投影光学系として、上述した各実施例における投影光学系１、２及び３を適用することができる。

基板Ｓは、マスクＭＫのパターンが転写される基板であって、表面にレジスト（感光性材料）を有する。基板ステージ１０４は、基板Ｓを保持（吸着）する基チャックと、かかるチャックを支持して移動するステージ部とを含む。

露光において、マスクステージ１０２に保持されたマスクＭＫ及び基板ステージ１０４に保持された基板Ｓのそれぞれは、矢印方向に同期走査される。これにより、マスクＭＫのパターンが基板Ｓに転写される。

本実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程を含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１、２、３：投影光学系 ＩＭ：物体面 Ｐ：像面 Ｍｏ：凹面鏡 Ｍｔ：凸面鏡 Ｔ１、Ｔ２：平面反射鏡 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：光学部材

Claims (13)

1. 凹面鏡と、凸面鏡とを有する投影光学系であって、
   物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記凹面鏡及び前記凸面鏡が配置され、
   前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、
   前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記重畳領域の鉛直方向の最大距離をＤＬとし、前記円弧状領域の１つの物点からの光束が前記凹面鏡に入射する有効光束の直径をφとすると、
   ＤＬ＜φ／２
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
2. 凹面鏡と、凸面鏡とを有する投影光学系であって、
   前記凹面鏡の裏面に力を加えて前記凹面鏡の形状を調整する複数の調整部を有し、
   物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記凹面鏡及び前記凸面鏡が配置され、
   前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、
   前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記凹面鏡の裏面における前記複数の調整部による力の作用点を前記凹面鏡の光軸と平行な方向に投影した点を補正点とすると、前記第１有効光束領域と前記第２有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第１有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第２有効光束領域に存在する前記補正点の数の５０％未満であることを特徴とする投影光学系。
3. 前記第１有効光束領域と前記第２有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第１有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第２有効光束領域に存在する前記補正点の数の７０％未満であり、
   前記外側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に１回目に入射する領域である第３有効光束領域と、前記外側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記凹面鏡に２回目に入射する領域である第４有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記第３有効光束領域と前記第４有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第３有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第４有効光束領域に存在する前記補正点の数の３０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記物体面と前記凹面鏡との間に配置され、屈折力を有する第１光学部材と、
   前記凹面鏡と前記像面との間に配置され、屈折力を有する第２光学部材と、
   を更に有し、
   前記第１光学部材及び前記第２光学部材のそれぞれは、非球面形状を有するレンズを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 第１凹面鏡と、凸面鏡と、第２凹面鏡を有する投影光学系であって、
   物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記第１凹面鏡、前記凸面鏡、前記第２凹面鏡、前記凸面鏡、前記第１凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記第１凹面鏡、凸面鏡及び前記第２凹面鏡が配置され、
   前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、
   前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記重畳領域の鉛直方向の最大距離をＤＬとし、前記円弧状領域の１つの物点からの光束が前記第１凹面鏡に入射する有効光束の直径をφとすると、
   ＤＬ＜φ／２
   を満たすことを特徴とする投影光学系。
6. 第１凹面鏡と、凸面鏡と、第２凹面鏡を有する投影光学系であって、
   前記第１凹面鏡の裏面に力を加えて前記第１凹面鏡の形状を調整する複数の調整部を有し、
   物体面における光軸外の円弧状領域からの光が、前記第１凹面鏡、前記凸面鏡、前記第２凹面鏡、前記凸面鏡、前記第１凹面鏡の順に反射して像面に等倍で結像するように、前記第１凹面鏡、凸面鏡及び前記第２凹面鏡が配置され、
   前記円弧状領域は、内側円弧と、前記投影光学系の光軸に対して前記内側円弧よりも外側に位置する外側円弧と、を含み、
   前記内側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に１回目に入射する領域である第１有効光束領域と、前記内側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に２回目に入射する領域である第２有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記第１凹面鏡の裏面における前記複数の調整部による力の作用点を前記第１凹面鏡の光軸と平行な方向に投影した点を補正点とすると、前記第１有効光束領域と前記第２有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第１有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第２有効光束領域に存在する前記補正点の数の５０％未満であることを特徴とする投影光学系。
7. 前記第１有効光束領域と前記第２有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第１有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第２有効光束領域に存在する前記補正点の数の７０％未満であり、
   前記外側円弧の一端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に１回目に入射する領域である第３有効光束領域と、前記外側円弧の他端に位置する物点からの光束が前記第１凹面鏡に２回目に入射する領域である第４有効光束領域とが重畳する重畳領域が存在し、
   前記第３有効光束領域と前記第４有効光束領域との重畳領域に存在する前記補正点の数は、前記第３有効光束領域に存在する前記補正点の数、又は、前記第４有効光束領域に存在する前記補正点の数の３０％未満であることを特徴とする請求項６に記載の投影光学系。
8. 前記物体面と前記第１凹面鏡との間に配置され、屈折力を有する第１光学部材と、
   前記第１凹面鏡と前記像面との間に配置され、屈折力を有する第２光学部材と、
   を更に有し、
   前記第１光学部材及び前記第２光学部材のそれぞれは、非球面形状を有するレンズを含むことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
9. 前記第１有効光束領域と前記第２有効光束領域との重畳領域には、前記補正点が存在しないことを特徴とする請求項２、３、６及び７のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
10. 前記第３有効光束領域と前記第４有効光束領域との重畳領域には、前記補正点が存在しないことを特徴とする請求項３又は７に記載の投影光学系。
11. 光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、
    前記マスクのパターンを基板に投影する請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の投影光学系と、
    を有することを特徴とする露光装置。
12. 前記マスクと前記基板とを走査しながら前記基板を露光することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    現像した前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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