JPH0553057A

JPH0553057A - 反射光学系

Info

Publication number: JPH0553057A
Application number: JP3236836A
Authority: JP
Inventors: Koichi Matsumoto; 宏一松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】反射光学系の解像力を向上させると共に、こ
の反射光学系を応用した露光投影装置のスループットの
向上を図ること。【構成】概略同心状に配置された凹面鏡と凸面鏡とを
有し、各反射面の同心中心を含む平面内に物体面と結像
面とを配置させ、物体面からの光束を少なくとも５回の
反射により像面に結像させる反射光学系に、物点から最
初の反射面までの光路中及び最後の反射面から像点まで
の光路中に屈折面を有し、該屈折面を透過して各反射面
を介し再び屈折面に至る光路中の空間に充填された透明
光学部材を有するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＩＣやＬＳＩ等
の集積回路や液晶ディスプレイ用のパネルを製造する際
にフォトレジストを塗布した基板にマスクのパターンを
投影露光する為に用いる反射光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置の一例を図２に示
す。この従来例に示す反射光学系の構成は特開昭４８−
１２０３９号に開示されている。図２において、凹面鏡
２１と凸面鏡２２は、互いにその反射面の曲率中心が概
略同心となるように配設されており、相互の曲率半径の
比が概略２：１になるように構成されている。そして、
物点０からの光束は、先ず凹面鏡２１で反射されて凸面
鏡２２に向い、凸面鏡２２にて反射した後、凹面鏡２１
で２回目の反射がなされ、像点Ｉに単位倍率で結像して
いる。

【０００３】また、これらの反射鏡の配置は図２に示し
たものに限らない。前述した特開昭４８−１２０３９号
には、図３に示す如く、反射鏡での反射回数が５回とな
る構成も開示されている。本例では、凹面鏡３１と凸面
鏡３２の曲率半径の比は概略３：２となるように構成さ
れており、やはり同心状に配置されている。そして、物
点Ｏからの光束は凹面鏡３１にて３回反射、凸面鏡３２
にて２回反射された後に像点Ｉに単位倍率の結像を得て
いる。ここで、図３に示した５回反射型の従来例は、図
２の３回反射型の従来例と比べると、これらが主たる凹
面鏡２１と３１との曲率半径を一定として考えると、図
３の５回反射型の方が、フィールド・サイズ（図中ｈに
て表示）が大きくとれる利点があるが、開口数（ＮＡ）
が小さくなるという傾向が避けられないものとなってい
る。

【０００４】そして、この種の反射光学系を露光投影装
置等に応用する場合には、物点０の近傍の結像状態が良
好な部分に円環状のスリット開口を設け、回路パターン
が設けられたマスクと被露光基板とを同期スキャンする
ことにより露光投影を行なう様になっている。この円環
状のスリット開口は、反射鏡の光軸を中心とする円弧の
一部から構成されており、同心中心をほぼ含み光軸に対
し垂直な平面内の所定位置若しくはその近傍位置に形成
されているが、これらの物体面、像面並びにスリット開
口等は図示した位置に限られず、これらと共役な位置を
も含むものであり、例えば光路中に斜めに平面鏡を設け
横方向から光束を入射させ、あるいは取出す方式として
も良い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の反射
光学系においては、良好な結像状態が得られる領域に物
点及び像点を設けることとなる。即ち、前述したように
露光投影装置などに応用した場合、光軸を中心とした所
定の円環状スリットの幅は非点収差が補正されている範
囲に限られているので、このスリット幅を大きくして露
光作業のスループットを高めようとしても、画像解像力
の限界から生ずる問題があった。

【０００６】更に、フィールドサイズを大きくすること
でスループットを高めようとする場合には、図３に示し
たいわゆる５回反射型の従来技術により、円環状スリッ
トと光軸の間を大きくすることが考えられるが、３回反
射型に比べて解像力が低下する問題がある。具体的に
は、５回反射型とするための各反射鏡の配置構成から決
まる開口数（ＮＡ）の上限がある為である。

【０００７】本発明はこの様な従来の問題に鑑みてなさ
れたもので、フィールド・サイズの大きな光学系におい
ても、開口数（ＮＡ）が大きな反射光学系を提供し、更
にこの反射光学系を利用した露光投影装置において、円
環状スリット幅の拡大を図ることにより、露光投影作業
のスループットの向上が可能な反射光学系を提供する事
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、概略同心状に配置された凹面鏡の第１の反
射面と凸面鏡の第２の反射面と凹面鏡の第３の反射面と
凸面鏡の第４の反射面と凹面鏡の第５の反射面とを有
し、前記各反射面の同心中心を含む平面内に物体面と結
像面とを配置させ、前記物体面上の物点からの光束を前
記第１、第２、第３、第４、第５の反射面を順に介して
５回の反射により結像面上の像点に結像させる反射光学
系において、前記物点から最初の反射面までの光路中に
位置する第１屈折面と、最後の反射面から前記像点まで
の光路中に位置する第２屈折面とを有し、前記第１屈折
面を透過した光束が前記各反射面を介して前記第２屈折
面に至る光路中の空間に充填された透明光学部材と、前
記物体面から前記第１屈折面までの空間、並びに前記第
２屈折面から前記結像面に至る光路中の空間に充填され
た透明媒質とを有し、前記透明光学部材の屈折率ｎ₂
が、前記透明媒質の屈折率ｎ₁ より高いものとされてい
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の詳細に入る前に、本発明で用いられて
いる同心反射光学系の性質について概説する。まず、こ
の種の光学系において、光学面を同心状に配置してその
中心を含み光軸に垂直な面内に物点・像点を配置するこ
との優位性は、古くから指摘されてきている。例えば、
グラマティン(A.P.Grammatin) によって「同心状光学系
の性質(Some Properties of Concentric Optical Syste
ms) 」なる題名でOptical Technology vol.38, No.4,p.
210 (1970) に述べられているが、ここでは簡単にその
性質を概観してみる。

【００１０】この種の光学系では、光学面が全て同心状
であるため、物体面上の光軸上点、即ち同心中心点を発
した近軸光線の傾角は、符号を除いてその値を変えな
い。従って結像倍率は物体空間と像空間との屈折率の比
に等しくなる。また同様に、光軸上の物点を出た光線
は、開口数（ＮＡ）のいかんに関わらずその傾角を変え
ない。従って球面収差及び正弦条件は厳密に零である。
特に、正弦条件が満たされていることは、少なくとも３
次収差の領域ではコマ収差が除去されていることに等し
い。更に、球欠光束による像面と子午光束による像面と
を考えると、球欠光束による像面は、球面収差が零であ
るのと同様の理由で像面湾曲がない。故に、反射面及び
屈折面の曲率半径を適当に選んでペッツバール(Petzva
l) 和を零にするようにすれば、非点収差を除去するこ
とが可能となる。

【００１１】更に、光学系を物点と像点に関して対称な
構成にすれば歪曲収差も補正され、結果として、いわゆ
るザイデルの５収差の全てが補正可能となる。以上のよ
うに光学系全体を屈折面も含めて同心状に配置すると、
光学性能上のメリットが大きい。そして、本発明の場合
の屈折面ではマスナスのペッツバール和が発生し、凹面
鏡で発生しているマイナスのペッツバール和と合わせ
て、２回反射の凸面鏡のプラスのペッツバール和で打ち
消さなくてはならない。その為、凸面鏡の曲率半径が小
さくなり、ＮＡの大きな光束を取り込み易い構成とな
る。

【００１２】

【実施例】以下、実施例を通じ本発明を更に詳しく説明
する。図１に本発明の一実施例に係る反射光学系を示
す。本実施例では凹面鏡１３による３回反射を同一曲率
の面による反射とし、２回反射の凸面鏡１４と２回屈折
の屈折面１１とが同一曲率を有している。これらの反射
面並びに屈折面は、透明ガラスからなる透明部材１２の
外面に形成されている。

【００１３】図１において、物点０を出た光束は、屈折
面１１にて屈折を受け、透明部材１２の中を進行し、凹
面鏡１３により反射を受け再度透明部材１２の中を進行
し、凸面鏡１４により反射される。以下、図１に示した
如く反射を繰り返し、結果として、凹面鏡１３により３
回反射、凸面鏡１４により２回反射、屈折面１１により
２回屈折を受け、像点Ｉへ単位倍率にて結像する。

【００１４】ここで重要なことは、本実施例においても
前述の様にペッツバール和が補正されていることであ
る。即ち、凹面鏡１３の曲率半径をＲ、凸面鏡１４と屈
折面１１の曲率半径をｒとし、透明部材１２の屈折率を
ｎ₂ 、物点及び像点から屈折面までの空間の屈折率をｎ
₁ とすると、２回の屈折によるペッツバール和ｐ₁ は以
下の(1) 式となる。

【００１５】

【数１】

【００１６】また３回の凹面反射によるペッツバール和
ｐ₂ は以下の(2) 式となる。

【００１７】

【数２】

【００１８】更に２回の凸面反射によるペッツバール和
ｐ₃ は以下の(3) 式で表される。

【００１９】

【数３】

【００２０】以上の総和Ｐ（＝ｐ₁ ＋ｐ₂ ＋ｐ₃ ）がゼ
ロであることより、以下の(4) 式の関係を得る。

【００２１】

【数４】

【００２２】また、以下の(5) 式は、(4) 式より解る様
に、ｒとＲの比を大きする為（大ＮＡの光束を取込み易
い構成とする為）の条件となる。

【００２３】

【数５】

【００２４】従って上記の(4) 式及び(5) 式を満足させ
ることが本発明を成立させる条件となる。ここで本実施
例において透明部材１２の屈折率ｎ₂ ＝１．５，ｎ₁ ＝
１とすると、以下の(6) 式の関係が成り立つ。

【００２５】

【数６】

【００２６】但し実際の設計では、所定像高での非点収
差を除去する為に、この関係からわずかにズラす必要が
ある。このため、ｈ＝１２０ｍｍ，Ｒ＝−５００ｍｍ，
ｎ₁＝１．５（設計値１）として実際に設計すると、適
切な凸面鏡１４及び屈折面１１の曲率半径はｒ＝−２４
７．０６３ｍｍとなる。これは図１に示す実施例におけ
る設計値であり、ｄについては全てが同心配置であるこ
とにより一意的に決まるものである。

【００２７】本実施例における有効性を従来技術との比
較で論じてみる。従来技術のデータとして、特開昭４８
−１２０３９号に開示されている図３のタイプの反射光
学系について、同公報に論じられている手法に基づいて
設計値を求める。上記実施例同様に、ｈ＝１２０ｍｍ，
Ｒ＝−５００ｍｍ（設計値２）とすると、ｒ＝−３３
７．４６４ｍｍとなる。この従来例においてもｄについ
ては、全てが同心配置であることより一意的に決まるも
のである。

【００２８】以上の設計値に基づいて、設計値１の反射
光学系の非点収差を図５、設計値２による非点収差を図
６に示した。これらは、共にｈ＝１２０ｍｍの所にて非
点収差が除去されているが、ｍ像面の傾きが設計値１の
方、即ち本実施例によるものの方が小さくなっているの
が明確に理解される。

【００２９】また図１と図３に示した光学系の直接比較
より明らかなように、各々の凸面鏡の曲率半径を図１の
本実施例の方が小さくとれるので、結果としてＮＡの大
きな光束がとれる事も注目される。実際には、図１の本
実施例ではＮＡ＝０．１５であるのに対し、図３の従来
例ではＮＡ＝０．１１となっている。

【００３０】更に、図５と図６とでは非点収差の向きが
逆になっていることことから、図１に示す本実施例と図
３に示す従来例の構成との中間に、非点収差が全フィー
ルドに渡って殆どゼロとなる解（設計値）の存在を示唆
している。この考えに基づき作成されたのが、図４に示
す実施例である。

【００３１】この実施例では、透明部材４１２の外周面
に先の実施例と同様に凹面鏡４１３を設けているが、凸
面鏡４１４を透明部材４１２とは別に所定の間隔を開け
て設けており、この凸面鏡４１４と対向するように透明
部材４１２の内周面に屈折面４１１が設けられている。
この実施例における設計値（設計値３）は、凹面鏡４１
３の曲率半径＝−５００ｍｍ，凸面鏡４１４の曲率半径
＝−２６０．９４７ｍｍ，屈折面４１１の曲率半径＝−
２７２．７５９ｍｍ，透明部材４１２の屈折率＝１．５
とするものであり、頂点間隔については、全ての光学面
が同心配置をとることより一意的に決まる。

【００３２】この設計値３による実施例の非点収差図を
図７に示す。図７では、図５、図６に比較して横軸のス
ケールが５０倍になっており、この実施例によれば、非
点収差量が格段に減少しているのが極めて明確に理解さ
れる。このため、本実施例によれば、非点収差を実質的
にゼロにして結像状態が良好な領域を広く確保すること
ができるので、従来例に比較して飛躍的にスリット幅を
大きくする事ができるものとなる。

【００３３】なお、以上説明した本発明の実施例は、完
璧に同心条件を守ったまま、ペッツバール和＝０の条件
から、個々の設計値をわずかにずらす事により非点収差
のバランスをとっているが、同心条件をわずかにはずす
事によっても、ほぼ同様の効果をもたせる事ができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来技術に比較して開口数が大きくなり、更に、非点収
差の減少により物点近傍の結像状態を向上させるため、
反射光学系の円環状スリット幅を従来より格段に大きく
することができる。このため、円環状スリットが光軸か
ら大きく離れている大フィールド露光対応用の反射光学
系を提供することができる利点がある。

【００３５】更に、本発明を露光投影装置に応用すれ
ば、従来技術に比較して、高解像かつ高スループットの
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る反射光学系の概略構成
を示す説明図である。

【図２】従来の反射光学系の概略構成を示す説明図であ
る。

【図３】従来の他の反射光学系の概略構成を示す説明図
である。

【図４】本発明の他の実施例に係る反射光学系の概略構
成を示す説明図である。

【図５】図１に示す実施例の反射光学系の非点収差の状
態を示す線図である。

【図６】図３に示す従来例の反射光学系の非点収差の状
態を示す線図である。

【図７】図４に示す実施例の反射光学系の非点収差の状
態を示す線図である。

【符号の説明】

１１，４１１…屈折面、１２，４１２…透明部材、１３，４１３…凹面鏡、１４，４１４…凸面鏡、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】概略同心状に配置された凹面鏡の第１の
反射面と、凸面鏡の第２の反射面と、凹面鏡の第３の反
射面と、凸面鏡の第４の反射面と、凹面鏡の第５の反射
面とを有し、前記各反射面の同心中心を含む平面内に物
体面と結像面とを配置させ、前記物体面上の物点からの
光束を前記第１、第２、第３、第４、第５の反射面を順
に介して５回の反射により結像面上の像点に結像させる
反射光学系において、前記物点から最初の反射面までの光路中に位置する第１
屈折面と、最後の反射面から前記像点までの光路中に位
置する第２屈折面とを有し、前記第１屈折面を透過した光束が前記各反射面を介して
前記第２屈折面に至る光路中の空間に充填された透明光
学部材と、前記物体面から前記第１屈折面までの空間、並びに前記
第２屈折面から前記結像面に至る光路中の空間に充填さ
れた透明媒質とを有し、前記透明光学部材の屈折率ｎ₁ が、前記透明媒質の屈折
率ｎ₂より高いものとされていることを特徴とする反射
光学系。