JPH0130125B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は物体の像を倍率１倍で形成する光学
系、さらに詳細には大きいスペクトル帯域を有す
るこのような系に関する。本発明の概念により形
成された光学系は多数の可能な用途のうちとくに
集積回路製造の際のホトレジストを被覆した半導
体ウエハの露出を行うために使用される。 本発明は本出願人による1973年７月24日公告の
特許第3748015号に示される形式の環帯投影系と
密接に関係する。この特許は高い解像力をもつて
倍率１倍で物体の像の細部を顕微鏡的精度で形成
する反射光学系を開示し、その特徴は凸および凹
の球面ミラーの曲率中心が１点に一致することで
ある。ミラーは系内で少なくとも３回の反射を生
ずるように配置され、系内で上記の点に軸上共役
点を有し、かつ曲率中心を含む面内に軸から離れ
た倍率１倍の２つの共役面積を得るように配置さ
れ、系の軸はこの共役面に垂直で前記共役点を通
る軸である。この光学系は多くの特徴および利点
を有するけれど、本発明はその改善を目的とす
る。 他の関連特許は1974年６月28日公告の米国特許
第3821763号、1976年４月20日公告の米国特許第
3951546号および1973年３月９日の米国特願第
339860号の追加である1974年12月19日の米国特願
第534465号である。 所望の結果を得るため、本発明によりその１つ
の方式として受像面を物体の光像に対して写真的
に露出する装置内で使用する新規の改善された環
帯視野光学系が得られる。この光学系は光軸に沿
つてほぼ同心に配置された少なくとも１つの凸面
ミラーおよび凹面ミラーを含む。系はこの軸に垂
直の共役面を形成するように配置され、この共役
面に関しこの系は倍率１倍である。さらにこの系
は少なくとも１組の対称的に配置されたほほぼ同
心のメニスカスを含み、その凸面の半径は凹面の
半径より大きく、その厚さは凸面半径と凹面半径
の差より大きい。 本発明の１つの態様によれば色補正装置がミラ
ーと物体および像位置の間に挿入され、この装置
はその１つの方式によればミラーの光軸に対し垂
直に支持されるほぼ平行平面の板である。とくに
平行平面板の１つの面は非球面に形成され、また
は板はミラー光軸に垂直に支持されるメニスカス
要素である。 本発明のもう１つの態様によれば凹面および凸
面ミラーは短い半径の長さの約２％より小さい曲
率中心間の距離をもつて支持され、他の態様によ
ればミラーは凹面ミラーから３回の反射および凸
面ミラーから２回の反射があるように配置され
る。 本発明の１つの方式によれば受像面を物体の光
像に写真的に露出する装置に使用するための新規
かつ改善された環帯視野光学系が得られ、この系
はそれぞれ光軸および光軸に対しほぼ垂直の共役
面を有する単位光学系を含む第１および第２の半
分を含み、この共役面に関し系の倍率は１倍であ
る。これら２つの半分は背中合せの関係で配置さ
れるので、共役面は光学系の少なくとも１つの側
で重なつて中間像位置を形成し、光学系の他の側
に離れた物体および像の位置を得る手段が設けら
れる。本発明の１つの態様によれば光学系の各半
分はほぼ同心のメニスカス要素を含み、その凸面
の半径は凹面の半径より大きく、その厚さは凸面
半径と凹面半径の差より大きく、かつもう１つの
態様により少なくとも１つの色補正要素が系内に
備えられる。 １つの実施方式によれば各単位光学系は凹の球
面ミラーおよび凹面ミラーに面する凸の球面ミラ
ーを有し、これらのミラーはその曲率中心がほぼ
一致するように支持される。物体の像が第２の位
置で実像であるように物体の位置を決定する手段
が設けられ、その際上記凸面ミラーは初め凹面ミ
ラーから凸面ミラーへ反射される物体位置からの
光線を凹面ミラーへ反射するように配置され、そ
れによつて物体位置からの光線は第２の位置に結
像する前に少なくとも２回凹面ミラーで、少なく
とも１回凸面ミラーで反射される。メニスカスの
同心性の差から生ずる小さい収差はミラーの組の
同心性の小さい差を導入することによつて補償さ
れる。すなわち光学系の各半分で凹面および凸面
ミラーは小さい曲率半径の長さの約２％より小さ
い曲率中心間の距離をもつて支持される。 またとくに色補正要素はミラーの光軸に対し垂
直に支持される平行平面板である。本発明の１つ
の方式によれば平行平面色補正板は中間像位置に
支持され、他の方式によれば色補正板は系の各半
分に支持される。 本発明の実施方式によれば光学系の２つの半分
は同軸に背中合せの関係に配置されるので、共役
面は系の両側で重なり、１つの側に中間像位置
を、他の側に物体と像の重なる位置を形成する。
反射ミラーのような手段が物体および像位置を離
すために設けられ、実際の装置でこれらの位置に
近づくことを可能にする。 他の実施方式によれば光学系の２つの半分は同
軸に背中合せの関係に配置され、光学系の１つの
側に中間像位置が形成され、他の側に物体と像の
離れた位置が形成される。この目的で中間像は系
の少なくとも１つの半分内で他の共役面から軸方
向に離される。１つの実施方式によれば２つのミ
ラー成分から中間像への距離は少なくとも１つの
半分で他の共役位置への距離より大きく、それに
よつて物体と像の位置は互いに離される。さらに
他の実施方式によれば２つのミラー成分から中間
像への距離は少なくとも１つの半分で他の共役位
置への距離より小さく、それによつて交さした物
体面と像面が形成される。この場合反射装置が物
体位置と像位置の間に挿入され、物理的にこれら
の位置に近づくことを可能にする。 合成系内の像面彎曲除去（すなわち平らな像
面）のための必要条件は各面の屈折力をその屈折
率で割つた商の算術和がゼロであることであり、
その際反射面の屈折率はこの計算では負であると
定義する。本発明による光学系の主要成分である
メニスカス屈折要素は上記和の色による変化を生
ずるので、その和がほぼゼロでも色による合成系
の像面彎曲の変化が発生する。本発明により焦点
位置は光学系の環帯視野内の像面彎曲の色による
変化を補償する軸上色収差の導入によつて広いス
ペクトル帯域にわたつて１定にされる。 次に本発明を図面により説明する。 第１図に示す本発明の実施例によれば全体的に
１０で示す新規かつ改善された光学系は系内で３
回の反射を得るように配置された２つの球面ミラ
ーすなわち凸面ミラー１２および凹面ミラー１４
を有する。ミラーはその曲率中心が系の軸SAに
沿つて、点ＯおよびＩに中心を有する軸から離れ
た共役面を有するように配置される。点Ｏおよび
Ｉはそれぞれ参照軸SAから反対方向に距離Ｈの
点である。特許第3748015号明細書の第２図に示
す光学系の場合、凹面ミラーは物体Ｏの像をＩに
形成する。凸面ミラーは点Ｉの虚像をＯ点に形成
し、この像は凹面ミラーによつてＩに再結像され
る。この特許の光学系で達成される補正された環
帯の幅はこの設計に固有の５次の非点収差によつ
て制限されることが指摘される。高次非点収差は
この系の主光線の球面収差に基く。 光軸と平行の主光線の球面収差を減少または除
去するため、メニスカス要素を使用しうることは
明らかである。メニスカス要素がミラーと同心で
あれば、共役点が共通の曲率中心にある場合、メ
ニスカス要素は像面彎曲以外の３次収差を導入し
ない。 第１図に示すように１組のメニスカス要素１６
が主光線の球面収差を減少するために対称的に配
置される。メニスカス要素はミラー１２の表面と
メニスカス要素１６の凸面が同じ球面の１部を形
成するように、凸面ミラー１２の至近に配置する
場合も主光線の球面収差減少のために有効である
ことが注意される。補正された環帯の幅が１けた
増大する結果、高次非点収差が著しく減少される
ことは明らかである。 合成系で像面彎曲のない、すなわち平らな像面
を得るための必要条件は各面の屈折力を屈折率で
割つた商の算術和がほぼゼロになることであり、
その際反射面の屈折率はこの計算では負であると
定義する。メニスカス要素の屈折率は像を形成す
る光線の波長によつて変化するので、光学系にこ
の要素を挿入することにより波長による像面彎曲
の変化が生ずる。そのため第９図に示すように軸
からの距離の函数および像を形成する光線の波長
の函数として焦点位置が変化する。環帯視野光学
系の場合、軸からの距離による変化は視野を軸か
らの距離が１定である環帯へ制限することによつ
て有効に除去される。このような系内の波長によ
る像面彎曲の変化は波長による焦点位置の変化に
なり、これは反対符号の色収差の導入によつて補
償することができる。これを実現するため本発明
により屈折メニスカスは凹面の曲率半径と厚さの
和より小さい凸面の曲率半径を有することによつ
て正確な同心性から離れる。すなわちその厚さは
凸面と凹面の半径の差より大きい。 次にこの系の機能を説明する。 屈折力が負であるほぼ同心のメニスカスによつ
て導入された波長による像面彎曲の変化は背面焦
点距離が長波長に対する場合より短波長に対して
大きいような変化である。曲率中心に共役点を有
する同心メニスカスは軸上色収差を導入しない。
曲率中心の近くに共役点を有するメニスカスもほ
ぼ同様である。このようなメニスカスへ正レンズ
を付加することにより、像面彎曲の波長による変
化（メニスカスによる）に基く焦点の波長による
変化を補償するために必要な方向の軸上色収差が
導入される。これはメニスカスの凸面の半径をそ
の凹面の半径と厚さの和より小さくすることによ
つて達成される。その際このメニスカスは凹面半
径と厚さの和に等しい凸面半径を有する仮想同心
メニスカスレンズと、凹面半径が仮想メニスカス
の凸面半径であり、かつ凸面半径が実際のメニス
カスの凸面半径である厚さゼロの正メニスカスレ
ンズの２つのレンズと等価である。 凹面半径R₁、凸面半径R₂、厚さｔおよび屈折
率Ｎのほぼ同心のメニスカスにおいて： R₂＞R₁ ｔR₂−R₁＋（H²／2N²）（１／R₁−１／R₂）
(1) であれば、軸上色収差は半径Ｈの環帯内で像面彎
曲の波長による変化に基く焦点変化を補償する。 パラメータが(1)式をほぼ満足する１組のメニス
カスを前記米国特許第3748015号記載のタイプの
光学系へ後述の改善とともに導入することにより
広いスペクトル帯域にわたつて高次非点収差の減
少が達成されることが明らかになつた。 合成系はメニスカスをその厚さが(1)式で与えら
れる値より大きいように変化することによつて著
しく改善することができる。それによつて環帯視
野系の焦点は第１図に１８で示す適当な厚さの平
行平面板の導入によつて補償しうると同様に変化
する。付加要素によつて与えられる大きい自由度
によりさらに大きい補正度が可能になる。 平行平面板を次の２つの方法のいずれかにより
変化することによりさらに改善が達成される： (1) 平行平面板の１つの面を非球面にする。 (2) 平行平面をメニスカス要素を形成するように
曲げる。 最高の補正度はメニスカスの厚さが(1)式によつ
て与えられる値より大きく、かつ上記２つの方法
の１つにより変化した平行平面板を使用すること
によつて色補正を行う系により達成される。メニ
スカス要素１６が同心性からはずれることに基く
小さい収差はミラー１２と１４が同心性から少し
ずれることによつて補償される。すなわち凹面ミ
ラー１４および凸面ミラー１２は小さい半径の長
さの約２％より小さい曲率中心間の距離で支持さ
れる。 第１表は第１図の環帯視野光学系の構成データ
の例を示す。周知のように正符号は表面が物体に
対し凸であることおよび距離が左から右へ測定さ
れていることを示し、負号は表面が物体に対し凹
であり、距離が右から左へ測定されることを示
す。

【表】 第２表は種々の環帯半径におけるRMS波面収
差を2800Å〜5461Åのスペクトル範囲にわたつて
第１表の環帯視野光学系に関して計算した性能表
である。使用しうる環帯の幅は性能が使用に適当
である上の半径と下の半径の値の差である。
RMS波面収差が0.07より小さい系は通常“回折
が制限された”または“口径が制限された”系と
称される。走査系のためにはRMS波面収差は環
帯の両端で0.09または0.1の大きさでよい。

【表】 前述のように本発明の環帯視野光学系は少なく
とも１つの凸面および凹面ミラーを有し、これら
のミラーは光軸に沿つてほぼ同心に配置され、光
軸に対し垂直の共役面を形成し、この共役面に関
して系の倍率は１倍である。第１図は凸面および
凹面ミラーの１つの適当な配置を示し、他の適当
な配置は前記特許第3748015号明細書に記載され
る。本発明の第８図に示す配置によれば凸面ミラ
ー１２ｌおよび凹面ミラー１４ｌが光軸SAに沿
つてほぼ同心に配置され、系内で全部で５回の反
射が利用され、その３回は凹面ミラー１４ｌか
ら、２回は凸面ミラー１２ｌからの反射である。
この実施例によれば凸面ミラー１２ｌの半径が凹
面ミラー１４ｌの半径の2/3であれば、反射面の
屈折力の算術和はゼロである。第１図で説明した
と同様に第８図の系は前記機能を有するメニスカ
ス要素１６ｌおよび色補正板１８ｌを有する。 前記形式の環帯視野光学系は通常走査モードで
使用されることが指摘される。この日的のため物
体と像の配位が同じであり、これらの物理的支持
体を走査のため光学系に対して動かす間互いに固
定的関係に維持することができ、それによつて走
査運動の精度に対する要求が小さくなることがと
くに望ましい。光学系に３つの平面ミラーを付加
してこれを達成する配置は前記米国特許第
3951546号明細書に示される。この効果を達成す
るもう１つの手段は第２図に示され、この場合そ
れぞれ第１図に示す形式の２つの光学系１０およ
び１０′が背中合せの関係で配置され、物体面と
像面が重なる。このように光学系１０は２つの球
面ミラー１２および１４、１組のメニスカス要素
１６および色補正板１８を含み、対称的光学系１
０′は２つの球面ミラー１２′および１４′、１組
のメニスカス要素１６′および色補正板１８′を含
む。実際の装置に要求される物体と最終像の物理
的分離は第２図に破線で示すように、実際の物体
および像をそれぞれO′およびI′に動かす反射ミラ
ー２０および２０′の付加によつて達成される。
この配置の場合反射ミラーの間の距離は走査用ス
ペースを得るために十分でなければならない。も
ちろん物体と像の相対的関係を維持する反射ミラ
ーの他の配置も本発明の範囲内であることは明ら
かである。 第２図の光学系によれば２２で示す中間像は第
１図の光学系１０によつて形成されるので、高度
に補正される。この配置において各半分１０およ
び１０′は縦軸に関して対称であり、それゆえ反
転しうる。多くの用途に対して中間像の高度の補
正は要求されないので、系は各半分が対称的であ
る要求を除去することによつて簡単化することが
できる。それゆえ第３図に示すように、系または
少なくともその屈折成分を全体として対称的に維
持し、それによつて補償メニスカスおよび補正板
の数をそれぞれ２つに減少することができる。こ
のように光学系の１つの半分１０ａは２つの球面
ミラー１２および１４、中間像２２の側に配置さ
れた１つのメニスカス要素１６ａおよび１つの色
補正板１８ａよりなり、これらすべての要素は光
軸SAに関して対称的（メニスカス要素１６ａお
よび色補正板１８ａは半分除去した形である。以
下同じ。）に配置される。１０a′で示す光学系の
他の半分は２つの球面ミラー１２′および１４′、
中間像２２側に配置されたメニスカス要素１６
a′および色補正板１８a′よりなり、これらすべて
の要素は光軸SAに関して対称的に配置される。
前述した同じ理由から実際の物体および最終像を
それぞれO′およびI′へ動かすため、光学系の各半
分は第３図に破線で示す反射ミラー２０および２
０′を備える。 次に第４図によれば２２で示す中間像を有する
系は第３図の２つの色補正板１８および１８a′を
第４図に１８ｂで示す同じ形の１つの要素にする
ことによつてさらに簡単化される。中間像２２の
位置またはその至近位置に１つの色補正板１８ｂ
を配置することによつて対称性が維持される。さ
らに第３図の反射ミラー２０および２０′も２つ
のミラー要素１２ｂ，１４ｂおよび１２b′，１４
b′の少なくとも１つの共役距離を不等にすること
によつて除去することができる。すなわち２つの
ミラー成分への中間像からの距離は物体および
（または）像からの距離より大きくされ、それに
よつて最終像Ｉは物体Ｏから離れる。この系の場
合中間像位置の色補正板１８ｂは完全に平行平面
でもよい。 真の無焦点系の場合、倍率はすべての共役位置
に関して同じである。しかしこの望ましい特徴
は、実際の系が一般にすべての視野位置に対して
真に無焦点に留まらないので、実際の適用時には
達成されない。第４図の１倍倍率系でたとえば物
体Ｏと像Ｉをいつしよに縦方向に１mm動かせば、
４mmの半径方向環帯の倍率は１倍から±0.00032
変化する。走査中のトラツキングスミアの原因と
なるこの変化は色補正板１８ｂの面の１つを非球
面にすることによつて±0.00001まで低下するこ
とができる。 第４図光学系の１変化が第５図に示され、この
場合補正メニスカスは系の中間像側から物体−像
側へ動かされる。第５図の実施方式によれば系の
１つの半分は２つの球面ミラー１２ｂ，１４ｂお
よび物体−像側に系の軸SAに関して対称に配置
されたメニスカス要素１６ｃを含み、系の他の半
分は２つの球面ミラー１２b′，１４b′および物体
−像側に系の軸SAに関して対称に配置されたメ
ニスカス要素１６c′を含む。１つの色補正板１８
ｂは中間像の位置またはその至近に系の軸SAに
関して対称的に配置される。第４図の例のように
この板の１つの面は非球面化される。さらに第４
図の例のように２つのミラー成分への中間像から
の距離は物体および像からの距離より大きくさ
れ、それによつて最終像Ｉは走査目的のため物体
Ｉから離れる。 第３表は第５図の環帯視野光学系の構成データ
を示す例である。

【表】 第４表は種々の環帯半径におけるRMS波面収
差で表わした広いスペクトル帯域（2800Å〜5461
Å）にわたる第３表の環帯視野光学系の計算した
性能表である。使用しうる環帯の幅は性能が使用
に適当である上下半径の値の差である。

【表】 中間像２２から２ミラー成分１２ｄ−１４ｄお
よび１２d′−１４d′への距離が物体Ｏおよび最終
像Ｉからの距離より小さい光学系が第６図に示さ
れる。第６図の実施例で系の１つの半分は２つの
球面ミラー１２ｄ，１４ｄおよび中間像側に系の
軸SAに関し対称的に配置されたメニスカス要素
１６ａを含み、系の他の半分は２つの球面ミラー
１２d′，１４d′および中間像側に系の軸SAに関
し対称的に配置されたメニスカス要素１６a′を含
む。１つの色補正板１８ｂが中間像２２の位置ま
たはその至近に配置される。第２および３図の系
のように平行反射面が２つの交さした共役点Ｏお
よびＩの間に導入され、走査のためこれらに近づ
くことを可能にする。しかし第６図の実施例では
２つの反射面は平行平面板２０ｄの前面および背
面であり、この板の厚さは反射面の間の分離を決
定した第２および３図の装置の場合の考慮と異な
り機械的考慮によつて決定される。このように第
６図の実施例では板２０ｄの前面および背面は物
体ＯをO′へ、最終像ＩをI′へ偏向するために役立
ち、それによつて走査のために必要な物体と像の
間の空間が得られる。 交さした物体面と像面を利用する本発明のもう
１つの実施方式が第７図に示され、この場合第６
図の中間像位置に示す１つだけの色補正板１８ｂ
の代りに２つの離れた色補正板１８ｅおよび１８
e′が系の物体−像側に配置される。この実施例で
はほぼ平行平面の板がメニスカス要素を形成する
ように曲げられる。第７図の系のその他は第６図
と同様である。すなわち系の１つの半分は２つの
球面ミラー１２ｄ，１４ｄおよび中間像側に配置
されたメニスカス要素１６ａを含み、系の他の半
分は２つの球面ミラー１２d′，１４d′および同様
中間像側に配置されたメニスカス要素１６a′を含
む。第６図の例に関連して述べたように、ミラー
前面および背面を有する板２０ｄは物体Ｏを
O′へ、最終像ＩをI′へ移動するために役立ち、実
際装置に要求される物体と像の物理的分離が達成
される。 第５表は第７図の環帯視野光学系の構成データ
を示す例である。

【表】 第６表は種々の環帯半径におけるRMS波面収
差で表わした広いスペクトル帯域（2800Å〜5461
Å）にわたる第５表の環帯視野光学系の計算した
性能表である。使用しうる環帯の幅は性能が使用
に適当である上下半径の差である。

【表】 第７および５図の装置の場合、屈折またはメニ
スカス要素１８ｅ，１８e′，１６ｃおよび１６
c′はその間の光学系の部分のシールのための窓と
して使用しうることが指摘される。 第１０図は本発明のさらにもう１つの実施例を
示す。この実施例は前面および背面に反射ミラー
を有するミラー板２０ｄを除去したほかは第７図
実施例に類似している。これは２つのミラー要素
１２ｂ，１４ｂおよび１２b′，１４b′の少なくと
も１つの共役距離を不等にすることによつて実現
される。すなわち２つのミラー要素に対する中間
像距離は物体および（または）像距離より大きく
され、それによつて最終像Ｉは物体Ｏから離れ
る。このように第１０図の系の１半１０ｆは２つ
の球面ミラー１２ｂおよび１４ｂ、系の中間像側
のメニスカス要素１６ａならびに物体−像側の色
補正板１８ｅを含む。系の他半１０f′は２つの球
面ミラー１３b′および１４b′、系の中間像側のメ
ニスカス要素１６a′ならびに物体−像側の色補正
板１８e′を含む。第７図実施例のよううに色補正
要素はメニスカスである。メニスカス要素１８ｅ
および１８e′は平行平面板のベンデイングが改善
され、その機能はメニスカス要素１６ａおよび１
６a′により生じた補正不足の縦の色収差を、屈折
要素のペツツバル和の色による変化に基くオフア
クシス像の過補正した焦点差を補償するために必
要な値まで、補正することである。これらの要素
はすべて光軸SAに沿つて対称的に配置される。 第７表は第１０図の環帯視野光学系の構成デー
タの１例を示す。

【表】 第７表に規定した系は240〜365nｍのスペクト
ル帯域において物体および像の両方における開口
数0.17で使用するために設計された。このスペク
トル帯域の場合ペツツバル和の波長による変化に
基く焦点変化は軸から100mmの距離で過補正方向
に0.017mmであり、すなわち240nｍの光線のバツ
クフオーカスは365nｍの光線のバツクフオーカ
スより長い。補正不足の縦の色収差は0.074mmな
ので、ペツツバル和の色による差に基く軸から
100mmにおける焦点の色による差はほぼ補正され
る。ほぼ同心のメニスカス１６ａおよび１６
a′（第７表の表面No.6、７、８および９）の厚さ
は非点収差の色による変化を開口数0.17で使用す
る系で小さく保持するために必要な式(1)により要
求される5.30mmより著しく大きい、本発明の他の
例におけるように、これに基く付加的縦の色収差
補正不足は色補正要素１８ｅ，１８e′（第７表の
表面No.1、２および13、14）により所望量に補
正される、要素１８ｅおよび１８e′の凹面および
凸面の半径はベンドした平行平面板と考えられな
いほど大きく異なる。そのペツツバル和の色によ
る変化に対する貢献はメニスカス１６ａおよび１
６a′によつて達成される量の同じ方向に約0.4で
ある。これらの要素は非点収差の色による変化に
対しメニスカス１６ａおよび１６a′により達成さ
れる非点収差の色による残留変化と反対方向に少
し役立つ。色補正要素の主機能はメニスカス１６
ａおよび１６a′の補正不足の縦の色収差の減少で
ある。２組のメニスカス要素の機能の分離は他の
例におけるほど完全ではないけれど、光学系内の
その組合せ効果は同じであり、すなわち制限され
たオフアクシス視野の中心における焦点の色によ
る変化は縦の色収差に基く焦点の同じおよび反対
の変化を有することによつて補償される。このよ
うに本発明の実施例は等価の形をとることかでき
る。ほぼ同心のメニスカスと色補正の要素の機能
分離は概念的に便利であり、制限されたオフアク
シス視野内で同じ形式の色補正を達成する同等の
手段は当業者には明らかである。 他の例と同様に凸面ミラー１２ｂおよび１２
b′は凹面ミラー１４ｂおよび１４b′に対し対称的
に、物体Ｏから光軸と平行の光路が系の中心点２
２および最終像Ｉで平行であるように配置され
る。すなわちこの可逆光学系では物体Ｏから軸と
平行の光線は系を対称的に通過する。その際凹面
ミラーおよび凸面ミラーはぼ同心である。凸面ミ
ラーの曲率中心はそれぞれもつとも近い凹面ミラ
ーの曲率中心から3.07mm離れている。同心からの
離れはこのように短い（凸面の）半径の1.2％で
ある。第１〜８図および第１０図に示す線に沿つ
て構成しうる系の数は無数にあるので、凹面ミラ
ーと凸面ミラーの中心間の距離に正確な制限を確
定することはできない。しかしこれらの系でこの
距離は凸面ミラーの半径の３％を越えないことが
明らかになつた。第８表は拡大したスペクトル帯
域にわたる第７表の環帯視野光学系の計算した性
能表である。系は240〜365nｍのスペクトル帯域
のために設計されたけれど、波長単位で測定した
補正の程度は546nｍで同等以上に優れている。
これはペツツバル和の色による変化および縦の色
収差補正の両方が単一材料の屈折率の波長による
変化の結果として生ずることによる。

【表】 第１０ａ図はオフアクシス視野を制限する１手
段の例を示す。この系は第１０図の実施例に適用
するために示されるけど、図示の本発明の他の実
施例に対し同様適用可能である。第１０ａ図に示
すように半径Ｈの湾曲スリツト３０を有するマス
ク２８はその曲率中心が光軸SAおよび第１０図
に示す物体面Ｏ内に配置され、それによつて像は
物体面のスリツト３０を通して露光される部分に
制限される。物体面のこの部分は像面Ｉ内の同様
に湾曲した表面へ点対点で結像する。これは物体
および像のスリツト内またはスリツトの像内にあ
るすべての部分は光軸SAからほぼ同じ距離Ｈに
あり、この距離で系が補正されることによる。マ
スク２８は像面Ｉに備えることができ、またマス
クは各面に備え、もしくはマスクは像面Ｉにその
像があるように配置することができる。さらに系
はホトレジスト被覆した半導体ウエハを走査モー
ドで露光するために使用する場合、透明スライド
のような物体がスリツト３０を通して矢印３２の
方向に動かされ、スリツトによつて露出される物
体の部分のほぼ１倍の倍率の像がＩに形成され、
矢印３４によつて示す方向にＩを過ぎて動く。そ
の結果ウエハを像点Ｉに配置し、透明スライドと
同期的に動かすと、ウエハはその全面にわたつて
像に露出される。 本発明により空間的関係を大きい精度をもつて
再現しなければならず、かつ広い環帯および広い
スペクトル帯域の両方にわたつて補正しうる用途
に使用するための新規かつ改善された光学系が得
られることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を示す光学系、第２図は
第１図の光学系を背中合せにした複式光学系、第
３図は第２図の系の物体−像側を簡単化した光学
系、第４図は第３図の２つの色補正要素を１つに
した光学系、第５図〜第７図は本発明による光学
系の他の実施例、第８図は第１図に類似するもう
１つの実施例をそれぞれ断面で示し、第９図は焦
点位置を波長と光軸からの距離の函数として示す
グラフである。第１０図は第７図に類似する光学
系のさらにもう１つの実施例を示し、第１０ａ図
は視野を制限するマスクの実施例の図である。 １２，１４……球面ミラー、１６……メニスカ
ス要素、１８……色補正板、Ｏ……物体、Ｉ……
像。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸に沿つてほぼ同心に配置された少なくと
   も１つの凸面ミラーおよび凹面ミラーならびに屈
   折要素を有し、凸面ミラーが最初凹面ミラーから
   凸面ミラーへ反射された物体位置からの光を凹面
   ミラーへ反射するように配置され、それによつて
   物体位置からの光が第２位置へ結像する前に凹面
   ミラーで２回、凸面ミラーで少なくとも１回反射
   される、スペクトル帯域の広い、制限されたオフ
   アクシス視野光学系において、制限されたオフア
   クシス視野が環帯視野であり、光学系がペツツバ
   ル和がほぼゼロであるように構成および配置さ
   れ、屈折要素が色の変化に基くペツツバル和の変
   化の効果を、環帯視野における焦点の位置がほぼ
   一定に留まるように、反対方向の縦の色収差を導
   入することによつて補正する装置を有し、この装
   置が凹面ミラーと物体または最終像もしくは中間
   像位置の間に配置した凸および凹のメニスカス面
   がほぼ同心の少なくとも１組のメニスカス要素で
   あり、この１組の要素は中間像点を含み光軸に垂
   直の平面または光軸を含みこの平面に垂直の平面
   に対し対称的に配置され、それぞれメニスカス要
   素の凸面の半径が凹面の半径より大きく、かつそ
   の軸方向厚さがその凸面および凹面の半径の差よ
   り大きいことを特徴とするオフアクシス視野光学
   系。 ２ 屈折要素が１つの光学材料からなる特許請求
   の範囲第１項記載のの光学系。 ３ 環帯視野内の色による像湾曲の変化を反対方
   向の縦の色収差導入によつて補正する装置が１組
   の対称的に配置したほぼ同心のメニスカス要素お
   よび色補正要素からなり、それぞれメニスカスの
   凸面の半径が凹面の半径より大きく、かつその軸
   方向厚さがその凸面および凹面の半径の差より大
   きい特許請求の範囲第１項記載の光学系。 ４ すべての屈折要素が単一の光学材料からなる
   特許請求の範囲第３項記載の光学系。 ５ 凹面ミラーから３回の反射、凸面ミラーから
   ２回の反射があるようにミラーが配置されている
   特許請求の範囲第１項記載の光学系。 ６ 色の変化に基くペツツバル和の変化の効果を
   補正する装置が凸面ミラーと物体または最終像も
   しくは中間像位置の間に配置した凸および凹のメ
   ニスカス面がほぼ同心の少なくとも１組のメニス
   カス要素からなり、この１組の要素は中間像点を
   含み光軸に垂直の平面または光軸を含みこの平面
   に垂直の平面に対し対称的に配置され、それぞれ
   メニスカス要素の凸面の半径が凹面の半径より大
   きく、かつその軸方向厚さがその凸面および凹面
   の半径の差より大きく、系の環帯半径とほぼ同心
   のメニスカスレンズの特性の間の関係が式： R₂＞R₁ およびｔR₂−R₁＋（H²／2N²）（１／R₁−
   １／R₂） 〔ここにＨ＝系の環帯半径、 R₁＝メニスカスレンズの凹面半径、 R₂＝メニスカスレンズの凸面半径、 ｔ＝メニスカスレンズの厚さ、 Ｎ＝メニスカスレンズの屈折率である。〕によ
   つて決定される特許請求の範囲第１項または第５
   項記載の光学系。 ７ 色の変化に基くペツツバル和の変化の効果を
   補正する装置が凸面ミラーと物体または最終像も
   しくは中間像位置の間に配置した凸および凹のメ
   ニスカス面がほぼ同心の少なくとも１組のメニス
   カス要素および色補正要素からなり、この１組の
   要素は中間像点を含み光軸に垂直の平面または光
   軸を含みこの平面に垂直の平面に対し対称的に配
   置され、それぞれメニスカス要素の凸面の半径が
   凹面の半径より大きく、かつその軸方向厚さがそ
   の凸面および凹面の半径の差より大きく、系の環
   帯半径とほぼ同心のメニスカスレンズの特性の間
   の関係が式： R₂＞R₁ およびｔR₂−R₁＋（H²／2N²）（１／R₁−
   １／R₂） 〔ここにＨ＝系の環帯半径、 R₁＝メニスカスレンズの凹面半径、 R₂＝メニスカスレンズの凸面半径、 ｔ＝メニスカスレンズの厚さ、 Ｎ＝メニスカスレンズの屈折率である。〕によ
   つて決定される特許請求の範囲第１項または第５
   項記載の光学系。 ８ 色補正要素がミラーの光軸と直角にマウント
   したほぼ平行平面の板である特許請求の範囲第７
   項記載の光学系。 ９ 色補正要素が非球面を有する板である特許請
   求の範囲第７項記載の光学系。 １０ 色補正要素がミラーの光軸に対し直角にマ
   ウントした弱いメニスカス要素である特許請求の
   範囲第７項記載の光学系。 １１ 色補正要素がミラーと物体および像位置の
   間に挿入されている特許請求の範囲第７項記載の
   光学系。 １２ 色補正要素がメニスカス要素とミラーの間
   に挿入されている特許請求の範囲第７項記載の光
   学系。 １３ 下記の構成データ： 【表】 を有する特許請求の範囲第１０項記載の光学系。 １４ 光学系が第１の半分および第２の半分から
   なり、各半分がそれぞれ１つの光軸および光軸に
   対し垂直の共役面を有する光学系を有し、第１の
   半分と第２の半分が、共役面が光学系の少なくと
   も１つの側で重なるように背中合せの関係で同軸
   に配置され、かつ光学系の他の側で物体と最終像
   の位置を離す手段を備えている特許請求の範囲第
   １項記載の光学系。 １５ 色の変化によるペツツバル和の変化の効果
   を補正する装置が第１半分および第２半分に対称
   的に配置したほぼ同心のメニスカス要素を含み、
   その凸面半径が凹面半径より大きく、その厚さが
   凸面および凹面半径の差より大きい特許請求の範
   囲第１４項記載の光学系。 １６ 第１半分および第２半分がそれぞれさらに
   色補正要素を有する特許請求の範囲第１５項記載
   の光学系。 １７ 色補正要素が光軸に対しほぼ垂直に支持し
   た平行平面板である特許請求の範囲第１６項記載
   の光学系。 １８ 色補正要素が非球面を有する板である特許
   請求の範囲第１６項記載の光学系。 １９ 色補正要素が光軸に対し垂直に支持した弱
   いメニスカス要素である特許請求の範囲第１６項
   記載の光学系。 ２０ 第１半分および第２半分がそれぞれ凹面ミ
   ラーおよび凸面ミラーを含み、このミラーがほぼ
   一致した曲率中心をもつて支持されている特許請
   求の範囲第１４項、第１５項および第１７項から
   第１９項までのいずれか１項記載の光学系。 ２１ 第１半分および第２半分がそれぞれ凹面ミ
   ラーおよび凸面ミラーを有し、このミラーがほぼ
   一致した曲率中心をもつて支持されている特許請
   求の範囲第１６項記載の光学系。 ２２ 物体と最終像の位置を離す装置が反射ミラ
   ーからなる特許請求の範囲第１６項または第２１
   項記載の光学系。 ２３ 第１半分および第２半分が共役面内の軸に
   対しほぼ対称である特許請求の範囲第１６項また
   は第２１項記載の光学系。 ２４ 第１半分の光学系および第２半分の光学系
   がそれぞれほぼ１倍の倍率の光学系である特許請
   求の範囲第１４項、第１５項、第１６項および第
   ２１項のいずれか１項記載の光学系。 ２５ メニスカス要素がミラーと物体位置および
   像位置の間にそれぞれ挿入されている特許請求の
   範囲第２１項記載の光学系。 ２６ メニスカス要素がミラーと中間像位置の間
   にそれぞれ挿入されている特許請求の範囲第２１
   項記載の光学系。 ２７ 色補正要素がミラーと中間像位置の間にそ
   れぞれ挿入した２つの要素を有する特許請求の範
   囲第２１項記載の光学系。 ２８ 色補正要素がミラーと物体位置および最終
   像位置の間にそれぞれ挿入した２つの要素を有す
   る特許請求の範囲第２１項記載の光学系。 ２９ 色補正要素が中間像位置に配置したただ１
   つの要素である特許請求の範囲第２１項記載の光
   学系。 ３０ 各半分が凹面ミラーおよびこの凹面ミラー
   に面する凸面ミラーを有し、これらのミラーが軸
   に沿つてほぼ同心に配置され、光学系の他の側で
   共役位置から２つのミラー要素への距離が少なく
   とも１つの半分で中間像位置への距離と異なり、
   それによつて離れた物体および最終像位置が得ら
   れる特許請求の範囲第１４項記載の光学系。 ３１ 色の変化に基くペツツバル和の変化の効果
   を補正する装置が第１半分および第２半分にほぼ
   同心のメニスカス要素を有し、その凸面半径が凹
   面半径より大きく、その厚さが凸面および凹面の
   半径の差より大きい特許請求の範囲第３０項記載
   の光学系。 ３２ メニスカス要素がミラーと物体および最終
   像位置のそれぞれの間に挿入されている特許請求
   の範囲第３１項記載の光学系。 ３３ メニスカス要素がミラーと中間像位置の間
   にそれぞれ挿入されている特許請求の範囲第３１
   項記載の光学系。 ３４ 光学系がさらにほぼ中間像位置に配置した
   色補正要素を有する特許請求の範囲第３１項から
   第３３項までのいずれか１項記載の光学系。 ３５ 光学系がさらに光軸に対しほぼ垂直に、ほ
   ぼ中間像位置に支持した平行平面板を有する特許
   請求の範囲第３１項記載の光学系。 ３６ 光学系がさらに光軸に対しほぼ垂直に、ほ
   ぼ中間像位置に支持した平行平面板を有し、この
   平行平面板の１つの面が非球面である特許請求の
   範囲第３１項から第３３項までのいずれか１項記
   載の光学系。 ３７ 光学系がさらにミラーの光軸に対しほぼ垂
   直にほぼ中間像位置に支持した弱いメニスカス要
   素を有する特許請求の範囲第３１項から第３３項
   までのいずれか１項記載の光学系。 ３８ 第１半分および第２半分が中間像位置を通
   る軸に対しほぼ対称的である特許請求の範囲第３
   ０項から第３３項までのいずれか１項記載の光学
   系。 ３９ 各半分が凹面ミラーおよびこの凹面ミラー
   に面する凸面ミラーを有し、これらのミラーが光
   軸に沿つてほぼ同心に配置され、中間像から２つ
   のミラー要素への距離が他の共役位置から２つの
   ミラー要素への距離より少なくとも１つの半分で
   大きく、それによつて物体位置と像位置が互いに
   離され、色の変化によるペツツバル和の変化の効
   果を補正する装置が第１半分および第２半分にお
   いてミラーと中間像位置の間に挿入したメニスカ
   ス要素を有し、このメニスカス要素がほぼ同心で
   あるけれどその厚さより小さいメニスカス表面の
   半径差を有し、それゆえ正確に同心でなく、その
   屈折力が負であり、色補正要素がほぼ中間像位置
   にミラーの光軸に対し垂直に配置されている特許
   請求の範囲第１４項記載の光学系。 ４０ 下記の構成データ： 【表】 を有する特許請求の範囲第３９項記載の光学系。 ４１ 中間像から２つのミラー要素への距離が他
   の共役位置から２つのミラー要素への距離より少
   なくとも１つの半分で小さいように、中間像位置
   が他の共役面から軸方向に偏位し、物体と最終像
   位置の間にこれらの位置を再配置してこれらの位
   置に近づくことを可能にするため反射装置が挿入
   されている特許請求の範囲第１４項記載の光学
   系。 ４２ 第１半分および第２半分がそれぞれ凹面ミ
   ラーおよびこの凹面ミラーに面する凸面ミラーを
   有する特許請求の範囲第４１項記載の光学系。 ４３ 色の変化に基くペツツバル和の変化の効果
   を補正する装置が第１半分および第２半分にほぼ
   同心のメニスカス要素を有し、その凸面半径が凹
   面半径より大きく、その厚さが凸面および凹面の
   半径差より大きい特許請求の範囲第４２項記載の
   光学系。 ４４ メニスカス要素がミラーと中間像位置の間
   にそれぞれ挿入されている特許請求の範囲第４３
   項記載の光学系。 ４５ 光学系がさらにほぼ中間像位置に配置した
   各補正要素を有する特許請求の範囲第４４項記載
   の光学系。 ４６ 第１半分および第２半分がさらにそれぞれ
   色補正要素を有する特許請求の範囲第４４項記載
   の光学系。 ４７ 第１半分および第２半分がそれぞれミラー
   と物体および最終像位置の間にそれぞれ挿入した
   色補正要素を有し、この要素がミラーの光軸に対
   し垂直である特許請求の範囲第４４項記載の光学
   系。 ４８ 色補正要素の面の１つが非球面からなる特
   許請求の範囲第４７項記載の光学系。 ４９ 系の各半分に凹面ミラーおよび凸面ミラー
   が短い半径の長さの２％より小さい曲率中心間の
   距離をもつて支持されている特許請求の範囲第４
   ２項記載の光学系。 ５０ 第１半分および第２半分が中間像位置を通
   る軸に対しほぼ対称である特許請求の範囲第４７
   項記載の光学系。 ５１ 下記の構成データ： 【表】 カ
   【表】 を有する特許請求の範囲第４７項記載の光学系。 ５２ 各半分が凹面ミラーおよびこの凹面ミラー
   に面する凸面ミラーを有し、これらのミラーがほ
   ぼ一致する曲率中心で支持され、 中間像から２つのミラー要素への距離が少なく
   とも１つの半分で他の共役位置から２つのミラー
   要素への距離より大きく、それによつて物体位置
   と最終像位置が互いに離され、 色の変化によるペツツバル和の変化の効果を補
   正する要素が第１半分および第２半分にミラーと
   中間像位置の間に挿入したメニスカス要素を有
   し、このメニスカス要素が対称的にほぼ同心に配
   置され、その凸面半径が凹面半径より大きく、厚
   さが凸面および凹面の半径の差より大きい 特許請求の範囲第１４項記載の光学系。