JPH08171054A - 反射屈折光学系 - Google Patents

反射屈折光学系

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JPH08171054A
JPH08171054A JP6313354A JP31335494A JPH08171054A JP H08171054 A JPH08171054 A JP H08171054A JP 6313354 A JP6313354 A JP 6313354A JP 31335494 A JP31335494 A JP 31335494A JP H08171054 A JPH08171054 A JP H08171054A
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JP
Japan
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lens group
beam splitter
optical system
catadioptric
concave mirror
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Pending
Application number
JP6313354A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Omura
泰弘 大村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0892—Catadioptric systems specially adapted for the UV
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 像側における大開口数を達成し、像側作動距
離を十分に確保した上でビームスプリッタの小型化を図
り、クォーターミクロンの解像を得る。 【構成】 本発明において、第１面Ｒからの光は、第１
レンズ群Ｇ1 、ビームスプリッタＢＳ、拡大倍率の凹面
鏡Ｍ、ビームスプリッタＢＳ及び第２レンズ群Ｇ 2 の順
に通過して第２面Ｗ上に達し、第２面Ｗ上には第１面Ｒ
の縮小像が形成される。本発明は、上述の構成に基づい
て凹面鏡Ｍの結像倍率の好適な範囲と、第２レンズ群Ｇ
2 の好適な構成とを見出したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、叉
は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する
際に使用される投影露光装置用の、縮小投影用の投影光
学系に適用して好適な反射屈折縮小光学系に関し、特に
光学系の要素として反射系を用いることにより、紫外線
波長域でクォーターミクロン単位の解像度を有する反射
屈折縮小光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等を製造するためのフォトリ
ソグラフィ工程において、フォトマスク又はレチクル
（以下、まとめて「レチクル」という）のパターン像を
投影光学系を介して例えば１／４乃至１／５程度に縮小
して、フォトレジスト等が塗布されたウェハ（叉はガラ
スプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影
露光装置に使用されている投影光学系に要求される解像
力は益々高まっている。この要求を満足するために、照
明光の波長を短く且つ投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）
を大きくする必要が生じている。
【０００３】しかしながら、照明光の波長が短くなる
と、光の吸収によって実用に耐える硝材の種類は限ら
れ、波長が３００ｎｍ以下になると実用上使える硝材は
合成石英と蛍石だけとなる。これにより屈折系だけで投
影光学系を構成すると、色収差をはじめ各諸収差補正が
困難となる。これに対して反射系は色収差がないため、
反射系と屈折系とを組み合わせた所謂反射屈折光学系で
縮小投影光学系を構成する技術が提案されている。
【０００４】反射系に対する光束の入出力を行うための
光路変換用ビームスプリッターを有する反射屈折縮小光
学系としては、例えば特開平２−６６５１０号公報、特
開平４−２３５５１６号公報及び特開平５−７２４７８
号公報等に開示されている。ここで、上記公報に開示さ
れる反射屈折縮小光学系に含まれている凹面鏡は、すべ
て縮小倍率を持つ収斂鏡であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の反射
屈折縮小光学系においては、凹面鏡が縮小倍率を有して
いるため、凹面鏡よりも像側の光路に配置されるレンズ
群の結像倍率が大きなものとなっていた。従って、従来
の反射屈折縮小光学系において大きな開口数を得ようと
すると、それにほぼ比例してビームスプリッターの口径
を大きくする必要がある。これは製造上困難であると共
に、製造コストも高くなり過ぎるという不都合がある。
そして、凹面鏡が縮小倍率を有しているため、ビームス
プリッタから像面までの距離が短くなり、像側における
作動距離を十分に確保することが困難である。また、ビ
ームスプリッターの方向変換面に入射する光束の光線の
角度が各々違うことによる、結像性能の劣化も避けるこ
とが出来ない。
【０００６】そこで、本発明は、像側において大きな開
口数を達成し、かつ十分な像側作動距離を確保し、さら
にビームスプリッタの小型化を図ることができるクォー
ターミクロン単位の解像をもつ反射屈折光学系を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による反射屈折光学系は、例えば図１に示
す如く、第１面Ｒの縮小像を第２面Ｗ上に形成する反射
屈折光学系であって、第１レンズ群Ｇ1 、ビームスプリ
ッタＢＳ、拡大倍率を有する凹面鏡Ｍ及び第２レンズ群
Ｇ2 を含むように構成される。そして、該反射屈折光学
系は、第１面Ｒからの光を第１レンズ群Ｇ1 及びビーム
スプリッタＢＳの順に通過させて凹面鏡Ｍに導くと共
に、凹面鏡Ｍにて反射されたビームスプリッタＢＳから
の光をビームスプリッタＢＳ及び第２レンズ群Ｇ2 の順
に通過させて第２面Ｗに導き、第２レンズ群Ｇ2 の後側
主点位置は第２レンズ群Ｇ2 のビームスプリッタＢＳ側
の光線入射面位置よりも像側に位置し、以下の条件を満
足するように構成される。
【０００８】 −１＜１／βM ＜０．５ ‥‥（１） ０．８５＜Ｌ1 ／ｆ2 ‥‥（２） 但し、βM ：凹面鏡Ｍの結像倍率、 Ｌ1 ：後側主点位置と光線入射面との距離、 ｆ2 ：第２レンズ群Ｇ2 の焦点距離、 である。
【０００９】
【作用】上述の構成の如き本発明においては、凹面鏡Ｍ
が拡大倍率を有するため、第２レンズ群Ｇ2 に大きな正
屈折力を持たせることができる。この構成により、ビー
ムスプリッタＢＳの大型化を図ることなく、像側におい
て大きな開口数を達成し、かつ十分な可動距離を確保す
ることができる。
【００１０】そして、本発明においては、ビームスプリ
ッタＢＳ内を通過する光束中の各々の光線の方向変換面
への入射角の角度差を小さくできるため、ビームスプリ
ッタＢＳによる結像性能の劣化を防ぐことができる利点
を有する。次に、条件式について詳述する。条件式
（１）は凹面鏡Ｍの好適な結像倍率の範囲についての条
件である。この条件式の下限を超えると、第２レンズ群
Ｇ2 に大きな正屈折力を持たせることが困難となり、像
側において大きな開口数を達成するためにはビームスプ
リッタＢＳ自体の大型化を図る必要が生じる。このとき
には、ビームスプリッタＢＳの製造が困難となり、また
製造コストの上昇を招く。そして、ビームスプリッタＢ
Ｓと像面との間の距離を十分に確保できなくなるため、
十分な作動距離を確保することが困難になる。さらに、
凹面鏡ＭからビームスプリッタＢＳの方向変換面に向か
う光束が収斂光束となるため、この光束中の光線におい
て入射角の角度差が大きくなり、結像性能を低下を招
く。なお、この条件式（１）の下限を−０．８とし、−
０．８＜１／βM とすることが好ましい。
【００１１】また、条件式（１）の上限を超えると、凹
面鏡Ｍが担っている正の屈折力が小さくなるため、収差
補正が困難となる。なお、さらに収差補正を良好とする
ためには、条件式（１）の上限を０．２とし、１／βM
＜０．２とすることが好ましい。条件式（２）は第２レ
ンズ群Ｇ2 の好適な構成についての条件である。ここ
で、第２レンズ群Ｇ2 が条件式（２）を満足しない場
合、すなわち条件式（２）の下限を超える場合には、ビ
ームスプリッタＢＳの径の大型化を免れることができな
いばかりか、像側における作動距離を実用上十分に確保
できなくなるため好ましくない。なお、上記条件式
（２）の上限を６．０とし、Ｌ1 ／ｆ2 ＜６．０とする
ことが望ましい。この上限値を超える場合には、大きな
開口数を得ようとすると、収差補正が困難になるばかり
でなく、光学系の全長が長くなり過ぎ、半導体製造装置
に用いる投影光学系として不適当である。なお、本発明
において、さらに大きな開口数を得ることとビームスプ
リッタＢＳの小型化とを考慮すると、条件式（２）の下
限値を１．３５とし、１．３５＜Ｌ1 ／ｆ2 とすること
が望ましい。
【００１２】なお、本発明におけるビームスプリッタＢ
Ｓは、偏光方向によって光を分離する偏光ビームスプリ
ッタであることが好ましい。また、このときには、ビー
ムスプリッタＢＳと凹面鏡Ｍとの間の光路中にはλ／４
板が配置される。また、本発明においては、第２レンズ
群Ｇ2 の結像倍率β2 は、本発明の反射屈折光学系全体
の結像倍率をβとするとき、以下の条件を満足すること
が好ましい。
【００１３】 −１＜β2 ／β＜１ …（３） 条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ2 の結像倍率の好適な
範囲についての条件である。この条件式（３）の下限を
超えると、ビームスプリッタＢＳの口径の大型化を伴う
ことなく、大きな開口数を得ることができなくなるため
好ましくない。また、条件式（３）の上限を超えると、
本発明の反射屈折光学系における屈折光学要素（例えば
第１レンズ群Ｇ1 、第２レンズ群Ｇ2 ）が担う屈折力が
大きくなり過ぎ、すなわち反射光学要素（凹面鏡Ｍ）の
効果が小さくなり、収差補正上において困難を来すため
好ましくない。
【００１４】本発明においては、ビームスプリッタＢＳ
をプリズム型ビームスプリッタとすることが好ましい。
そして、開口絞りＡＳは、このプリズム型ビームスプリ
ッタの射出面を含む像側に設けられることが好ましい。
ここで、開口絞りＡＳは、以下の条件式を満足するよう
に配置されることが好ましい。 ０．２６＜Ｄ1 ／ｆM ＜１．００ …（４） 但し、Ｄ1 ：凹面鏡Ｍと開口絞りＡＳとの間の空気換算
距離、 ｆM ：凹面鏡Ｍの焦点距離、 である。
【００１５】ここで、空気換算距離とは、それぞれの媒
体の各々の距離と屈折率との商の和として定義される縮
小距離であり、空気換算距離をｄt とし、媒体の各々の
距離をｄi とし、各々の媒体の屈折率をｎi とすると
き、下式にて表される。
【００１６】
【数１】
【００１７】条件式（４）は、開口絞りＡＳの配置につ
いて好適な範囲を定める条件式である。この条件式の下
限を超えると、開口絞りＡＳが凹面鏡Ｍに近づき過ぎ
る、または凹面鏡Ｍの焦点距離が長くなり過ぎる。この
ときには、ビームスプリッタＢＳの小型化を図ることが
困難となり、また方向変換面に入射する光線の入射角の
角度差を小さくすることが困難となるため好ましくな
い。ここで、本発明の反射屈折光学系において、上述の
条件式（１）および（３）を満足している場合、上記条
件式（４）の下限を超えるときには、実用上において十
分な像側作動距離を得ることが不可能となるばかりでな
く、製造上において開口絞りの配置が困難となるため好
ましくない。一方、条件式（４）の上限を超えると、軸
外光束の収差、特にコマ収差の補正が困難となるため好
ましくない。
【００１８】また、本発明の反射屈折光学系は、ビーム
スプリッタＢＳの第２レンズ群Ｇ2側の射出面と第２面
Ｗとの間の空気換算距離をＤ2 とし、第２レンズ群Ｇ2
の焦点距離をｆ2 とし、反射屈折光学系の第２面Ｗ側に
おける開口数をＮＡとするとき、以下の条件を満足する
ことが好ましい。 Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＞０．７０ …（５） 条件式（５）はビームスプリッターと像面との好適な間
隔についての条件式である。この条件式（５）を満足し
ないと、実用上十分な像側作動距離を保つ場合に、第２
レンズ群Ｇ2 のためのスペースが小さくなり、第２レン
ズ群Ｇ2 を構成する屈折光学素子の枚数に制限が生じ、
収差補正が困難となるため好ましくない。また、条件式
（５）を満足しない場合には、上記条件式（３）を満足
するように第２レンズ群Ｇ2 を構成することが困難とな
るため好ましくない。なお、大きな像側開口数を達成
し、かつ十分な像側作動距離を確保しつつビームスプリ
ッタの小型化を図るためには、条件式（５）における上
限を１．０とし、Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＜１．０とすること
が望ましい。
【００１９】また、本発明においては、以下の条件式
（６）を満足するように構成されることが望ましい。 （φB 1/2 −４ｄW ・ＮＡ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）2 ）＜４ …（６） 但し、φB ：ビームスプリッタＢＳの方向変換面の第２
レンズ群Ｇ2 側の射出面への正射影の面積、 ｄW ：反射屈折光学系の第２面Ｗ側における作動距離、 ＮＡ：反射屈折光学系の第２面Ｗ側における開口数、 ｆ2 ：第２レンズ群Ｇ2 の焦点距離、 である。
【００２０】条件式（６）は、像側開口数、像側作動距
離及びビームスプリッターの口径に対する第２レンズ群
Ｇ2 の好適な焦点距離の範囲を定めるための条件式であ
る。この条件式（６）を満足しない場合には、製造上に
おいて困難となるため好ましくない。また、ビームスプ
リッタＢＳの方向変換面上に薄膜を設ける場合やビーム
スプリッタＢＳにλ／４板を設ける場合においては、こ
こでの波面収差の発生量が無視できなくなり像の劣化が
著しくなるため好ましくない。なお、製造上の容易性を
増し、かつ結像性能の向上を図るためには、この条件式
（６）の上限を３．５とし、（φB 1/2 −４ｄW ・Ｎ
Ａ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）2 ）＜３．５とすることが望ま
しい。
【００２１】なお、本発明による反射屈折光学系におい
て、３００ｎｍ以下の波長においてクォーターミクロン
単位の解像を満足させつつ色収差を補正するためには、
第１レンズ群Ｇ1 及び第２レンズ群Ｇ2 を少なくとも二
種類の異なる材質からなる屈折要素で構成することが好
ましい。このとき、第１レンズ群Ｇ1 は蛍石からなる負
レンズ成分を有し、かつ第２レンズ群は蛍石からなる正
レンズ成分を有するように構成されることが望ましい。
【００２２】この構成を満足する場合には、蛍石からな
る負レンズ成分を有する第１レンズ群Ｇ1 によって倍率
色収差を補正することが可能となり、蛍石からなる正レ
ンズ成分を有する第２レンズ群Ｇ2 によって軸上色収差
を補正することができる。また、本発明においては、凹
面鏡Ｍの倍率を上記条件（１）を満足するように構成し
ているため、ビームスプリッタＢＳと第２面Ｗとの間に
配置される第２レンズ群Ｇ2 のためのスペースを十分に
確保できる。従って、各レンズ群の屈折要素を上述の如
く構成すれば、３００ｎｍ以下の波長においてクォータ
ーミクロン単位の解像を満足しつつ色収差を補正するこ
とが可能となる。
【００２３】尚、本発明においては、ビームスプリッタ
と第２レンズ群との間の光束がアフォーカルな光束とす
ることが望ましい。また、本発明においては、ビームス
プリッタＢＳと凹面鏡Ｍとの間に、収差補正のためのレ
ンズ群を設けても良い。
【００２４】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による各実施例
を説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる反射
屈折光学系の光学構成を示す光路図である。図１におい
て、図示なき照明光学系は、例えばＡｒＦエキシマレー
ザの照明光によって、所定のパターンが設けられたレチ
クルＲを照明する。このレチクルＲからの光は、第１レ
ンズ群Ｇ1 を通過した後、ビームスプリッタＢＳの方向
変換面を透過し、凹面反射鏡Ｍにて反射され、再びビー
ムスプリッタＢＳに入射する。凹面反射鏡Ｍからの光
は、ビームスプリッタＢＳの方向変換面にて反射された
後に、ビームスプリッタＢＳの射出面側に設けられた開
口絞りＡＳを通過して、第２レンズ群Ｇ2 を通過し、ウ
ェハＷ上に達する。このウェハＷ上には、レチクルＲの
縮小像が形成される。
【００２５】ここで、本実施例においては、ビームスプ
リッタＢＳは、互いに接合された２つの直角プリズムか
ら構成されている。そして、一方の直角プリズムの斜面
上には薄膜が蒸着されている。本実施例では、ビームス
プリッタＢＳの接合面上の薄膜が第１レンズ群Ｇ1 から
の光を透過させ、かつ凹面鏡Ｍからの光を反射させる機
能を有する。
【００２６】次に、図１を参照して第１実施例における
各レンズ群のレンズ構成を説明する。第１レンズ群Ｇ1
は、物体側から順に、ビームスプリッタＢＳ側により強
い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ1aと、両凹形
状の負レンズ成分Ｌ1bと、両凸形状の正レンズ成分Ｌ1c
と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ成
分Ｌ1dと、同じく物体側に凸面を向けたメニスカス形状
の負レンズ成分Ｌ1eと、物体側に凹面を向けたメニスカ
ス形状の正レンズ成分Ｌ1fと、両凹形状の負レンズ成分
Ｌ1gと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レン
ズ成分Ｌ1hとから構成される。
【００２７】また、第２レンズ群Ｇ2 は、開口絞りＡＳ
側から順に、両凹形状の負レンズ成分Ｌ2aと、両凸形状
の正レンズ成分Ｌ2bと、両凹形状の負レンズ成分Ｌ2c
と、両凸形状の正レンズ成分Ｌ2dと、両凸形状の正レン
ズ成分Ｌ2eと、開口絞りＡＳ側により強い凸面を向けた
両凸形状の正レンズ成分Ｌ2fと、同じく開口絞りＡＳ側
により強い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ2g
と、開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカス形状の負
レンズ成分Ｌ2hと、開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニ
スカス形状の正レンズ成分Ｌ2iと、開口絞りＡＳ側に凸
面を向けたメニスカス形状の負レンズ成分Ｌ2jと、開口
絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ成
分Ｌ2kと、同じく開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニス
カス形状の正レンズ成分Ｌ2lとから構成される。
【００２８】以下の表１に本実施例の諸元の値が掲げ
る。本実施例において、全系の倍率は１／４倍（縮小）
であり、ウェハＷ側の開口数ＮＡは０．６であり、ウェ
ハＷ側における作動距離は１５．０ｍｍである。そし
て、本実施例の反射屈折光学系のウェハＷ上の露光領域
を表す平面図である図２に示す如く、第１実施例の反射
屈折光学系は、ウェハＷ上における光軸Axからの像高が
１５．３ｍｍまでの範囲において３０ｍｍ×６ｍｍのス
リット状の露光領域を有する。また、本実施例における
ビームスプリッタＢＳは、１７０ｍｍ×１７０ｍｍ×１
９０ｍｍの直方体形状である。
【００２９】また、表１においては、物体面としてのレ
チクルＲのパターン形成面に相当する第１面から像面と
してのウェハＷ面に相当する第２面へ向かう順序で各面
の曲率半径ｒ、面間隔ｄおよび硝材を示している。表１
中において、各面の曲率半径ｒの符号は、レチクルＲと
凹面鏡Ｍとの間ではレチクルＲ側に凸面を向ける場合を
正としており、ビームスプリッタＢＳとウェハＷとの間
ではビームスプリッタＢＳ側に凸面を向ける場合を正と
している。また、面間隔ｄの符号は、凹面鏡Ｍからビー
ムスプリッタＢＳの方向変換面に到る光路では負にと
り、他の光路では正にとる。そして、硝材として、Ｃａ
Ｆ2 は蛍石、ＳｉＯ2 は石英ガラスをそれぞれ表す。こ
こで、石英ガラスおよび蛍石の使用基準波長（ＡｒＦレ
ーザの波長：λ＝１９３．４ｎｍ）における屈折率は以
下の通りである。 石英ガラス：１．５６０１９ 蛍石 ：１．５０１３８
【００３０】
【表１】〔第１実施例〕 ｄ0 ＝ 94.539 ｒ ｄ 硝材 1 -5313.040 42.330 ＳｉＯ2 2 -329.118 23.191 3 -454.958 18.864 ＣａＦ2 4 272.492 31.123 5 338.834 31.042 ＳｉＯ2 6 -344.186 0.500 7 229.022 45.000 ＳｉＯ2 8 184.586 2.298 9 208.542 45.000 ＳｉＯ2 10 1732.582 56.174 11 -4435.970 42.860 ＳｉＯ2 12 -244.757 0.500 13 -288.840 45.000 ＣａＦ2 14 233.444 5.342 15 433.000 29.121 ＳｉＯ2 16 268.594 10.042 17 0.000 170.000 ＳｉＯ2 ビームスプリッタＢＳ 18 0.000 10.000 19 -623.184 -10.000 凹面反射鏡Ｍ 20 0.000 -85.000 ＳｉＯ2 21 0.000 85.000 ＳｉＯ2 方向変換面 22 0.000 20.000 23 0.000 22.917 開口絞りＡＳ 24 -246.212 19.407 ＳｉＯ2 25 1018.290 0.657 26 1228.970 32.523 ＣａＦ2 27 -190.064 0.500 28 -191.929 15.000 ＳｉＯ2 29 424.920 1.933 30 503.632 37.933 ＣａＦ2 31 -260.380 0.500 32 441.375 32.753 ＣａＦ2 33 -563.177 0.500 34 378.243 23.321 ＣａＦ2 35 -13558.170 0.500 36 152.386 44.866 ＣａＦ2 37 3098.000 0.500 38 2231.920 15.006 ＳｉＯ2 39 296.582 0.533 40 123.151 38.469 ＣａＦ2 41 7856.190 0.815 42 7240.660 15.000 ＳｉＯ2 43 74.423 7.394 44 103.429 35.012 ＣａＦ2 45 292.945 1.711 46 192.719 34.643 ＳｉＯ2 47 1452.820 15.000 以下に第１実施例における条件対応値を示す。 （１）１／βM ＝ -0.062 （２）Ｌ1 ／ｆ2 ＝ 1.842 （３）β2 ／β＝ -0.10 （４）Ｄ1 ／ｆM ＝ 0.45 （５）Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＝ 1.37 （６）（φB 1/2 −４ｄW ・ＮＡ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）
2 ）＝ 3.03 図３に第１実施例の横収差図を示す。ここで、図３(a)
は像高１０割（像高１５．３ｍｍ）における横収差図で
あり、図３(b) は像高５割（像高７．６５ｍｍ）におけ
る横収差図であり、図３(c) は像高０割（光軸上：像高
０．０ｍｍ）における横収差図である。なお、各横収差
図において、実線は基準波長（λ＝ 193.4nm）における
収差曲線を表し、点線は波長λ＝ 193.5nmにおける収差
曲線、一点鎖線は波長λ＝193.45nmにおける収差曲線、
破線はλ＝193.35nmにおける収差曲線、二点鎖線は波長
λ＝ 193.3nmにおける収差曲線をそれぞれ表す。図３に
示す各横収差図より、本実施例による反射屈折光学系
は、ＮＡ＝０．６という非常に大きな開口数を達成して
いるにも拘わらず、良好に収差が補正され、特に１９
３．４ｎｍ±０．１ｎｍでの色収差補正がなされてお
り、優れた結像性能を有していることが分かる。次に図
４を参照して本発明による第２実施例を説明する。図４
は、本発明の第２実施例による反射屈折光学系の構成を
示す光路図である。
【００３１】図４の反射屈折光学系の基本的な構成は、
図１に示す第１実施例の反射屈折光学系とほぼ同じであ
るため、ここでは説明を省略し、各レンズ群のレンズ構
成についてのみ説明する。図４において、第１レンズ群
Ｇ1 は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニス
カス形状の負レンズ成分Ｌ1aと、両凸形状の正レンズ成
分Ｌ1bと、両凸形状の正レンズ成分Ｌ1cと、両凹形状の
負レンズ成分Ｌ1dと、物体側に凹面を向けたメニスカス
形状の正レンズ成分Ｌ1eと、両凹形状の負レンズ成分Ｌ
1fと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ
成分Ｌ1gとから構成される。
【００３２】また、第２レンズ群Ｇ2 は、開口絞りＡＳ
側から順に、両凹形状の負レンズ成分Ｌ2aと、両凸形状
の正レンズ成分Ｌ2bと、両凹形状の負レンズ成分Ｌ2c
と、両凸形状の正レンズ成分Ｌ2dと、同じく両凸形状の
正レンズ成分Ｌ2eと、開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメ
ニスカス形状の正レンズ成分Ｌ2fと、開口絞りＡＳ側に
より強い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ2gと、
開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカス形状の負レン
ズ成分Ｌ2hと、開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカ
ス形状の正レンズ成分Ｌ2iと、ウェハＷ側により強い凹
面を向けた両凹形状の負レンズ成分Ｌ2jと、開口絞りＡ
Ｓ側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ成分Ｌ2k
と、同じく開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカス形
状の正レンズ成分Ｌ2lとから構成される。以下の表２に
本実施例の諸元の値が掲げる。本実施例においては上記
第１実施例と同様に、全系の倍率は１／４倍（縮小）で
あり、ウェハＷ側の開口数ＮＡは０．６であり、ウェハ
Ｗ側における作動距離は１５．０ｍｍである。そして、
本実施例の反射屈折光学系は、上記第１実施例と同様
に、ウェハＷ上における光軸Axからの像高が１５．３ｍ
ｍまでの範囲において３０ｍｍ×６ｍｍのスリット状の
露光領域を有する。また、本実施例におけるビームスプ
リッタＢＳは、１７０ｍｍ×１７０ｍｍ×１９０ｍｍの
直方体形状である。
【００３３】また、表２においては、物体面としてのレ
チクルＲのパターン形成面に相当する第１面から像面と
してのウェハＷ面に相当する第２面へ向かう順序で各面
の曲率半径ｒ、面間隔ｄおよび硝材を示している。表２
中において、各面の曲率半径ｒの符号は、レチクルＲと
凹面鏡Ｍとの間ではレチクルＲ側に凸面を向ける場合を
正としており、ビームスプリッタＢＳとウェハＷとの間
ではビームスプリッタＢＳ側に凸面を向ける場合を正と
している。また、面間隔ｄの符号は、凹面鏡Ｍからビー
ムスプリッタＢＳの方向変換面に到る光路では負にと
り、他の光路では正にとる。そして、硝材として、Ｃａ
Ｆ2 は蛍石、ＳｉＯ2 は石英ガラスをそれぞれ表す。こ
こで、石英ガラスおよび蛍石の使用基準波長（ＡｒＦレ
ーザの波長：λ＝１９３．４ｎｍ）における屈折率は以
下の通りである。 石英ガラス：１．５６０１９ 蛍石 ：１．５０１３８
【００３４】
【表２】〔第２実施例〕 ｄ0 ＝ 111.403 ｒ ｄ 硝材 1 5471.605 15.000 ＣａＦ2 2 272.290 2.678 3 277.567 31.750 ＳｉＯ2 4 -278.590 0.500 5 307.964 38.658 ＳｉＯ2 6 -321.548 0.500 7 -307.926 28.172 ＣａＦ2 8 185.540 116.871 9 -6054.190 45.000 ＳｉＯ2 10 -326.561 3.925 11 -437.618 18.547 ＣａＦ2 12 429.454 3.774 13 791.303 28.999 ＣａＦ2 14 197.545 13.348 15 0.000 170.000 ＳｉＯ2 ビームスプリッタＢＳ 16 0.000 10.000 17 -600.094 -10.000 凹面反射鏡Ｍ 18 0.000 -85.000 ＳｉＯ2 19 0.000 85.000 ＳｉＯ2 方向変換面 20 0.000 5.000 21 0.000 18.267 開口絞りＡＳ 22 -228.968 15.000 ＳｉＯ2 23 602.629 1.000 24 596.556 39.120 ＣａＦ2 25 -193.759 0.500 26 -198.735 15.599 ＳｉＯ2 27 414.383 1.371 28 466.129 43.827 ＣａＦ2 29 -250.352 0.500 30 607.920 26.660 ＣａＦ2 31 -570.532 0.500 32 319.703 24.752 ＣａＦ2 33 5248.170 0.500 34 150.926 44.958 ＣａＦ2 35 -11154.640 0.500 36 6931.942 15.000 ＳｉＯ2 37 324.944 0.500 38 123.172 38.693 ＣａＦ2 39 27743.950 0.506 40 -22043.850 15.000 ＳｉＯ2 41 73.840 8.552 42 103.200 33.698 ＣａＦ2 43 346.408 1.818 44 217.213 33.291 ＳｉＯ2 45 1371.742 15.000 以下に第２実施例における条件対応値を示す。 （１）１／βM ＝ -0.077 （２）Ｌ1 ／ｆ2 ＝ 1.924 （３）β2 ／β＝ -0.13 （４）Ｄ1 ／ｆM ＝ 0.41 （５）Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＝ 1.31 （６）（φB 1/2 −４ｄW ・ＮＡ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）
2 ）＝ 3.09 図５に第２実施例の横収差図を示す。ここで、図５(a)
は像高１０割（像高１５．３ｍｍ）における横収差図で
あり、図５(b) は像高５割（像高７．６５ｍｍ）におけ
る横収差図であり、図５(c) は像高０割（光軸上：像高
０．０ｍｍ）における横収差図である。なお、各横収差
図において、実線は基準波長（λ＝ 193.4nm）における
収差曲線を表し、点線は波長λ＝ 193.5nmにおける収差
曲線、一点鎖線は波長λ＝193.45nmにおける収差曲線、
破線はλ＝193.35nmにおける収差曲線、二点鎖線は波長
λ＝ 193.3nmにおける収差曲線をそれぞれ表す。図５に
示す各横収差図より、本実施例による反射屈折光学系
は、ＮＡ＝０．６という非常に大きな開口数を達成して
いるにも拘わらず、良好に収差が補正され、特に１９
３．４ｎｍ±０．１ｎｍでの色収差補正がなされてお
り、優れた結像性能を有していることが分かる。次に図
６を参照して本発明による第３実施例を説明する。図６
は、本発明の第２実施例による反射屈折光学系の構成を
示す光路図である。
【００３５】図６の反射屈折光学系の基本的な構成は、
図１に示す第１実施例の反射屈折光学系とほぼ同じであ
るため、ここでは説明を省略し、各レンズ群のレンズ構
成についてのみ説明する。図６において、第１レンズ群
Ｇ1 は、物体側から順に、ビームスプリッタＢＳ側に強
い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ1aと、両凹形
状の負レンズ成分Ｌ1bと、両凸形状の正レンズ成分Ｌ1c
と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ成
分Ｌ1dと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レ
ンズ成分Ｌ1eと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状
の正レンズ成分Ｌ1fと、両凹形状の負レンズ成分Ｌ1g
と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ成
分Ｌ1hとから構成される。
【００３６】また、第２レンズ群Ｇ2 は、開口絞りＡＳ
側から順に、両凹形状の負レンズ成分Ｌ2aと、像側に強
い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ2bと、両凹形
状の負レンズ成分Ｌ2cと、像側に強い凸面を向けた両凸
形状の正レンズ成分Ｌ2dと、開口絞りＡＳ側に強い凸面
を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ2eと、同じく開口絞
りＡＳ側に強い凸面を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ
2fと、同じく開口絞りＡＳ側に強い凸面を向けた両凸形
状の正レンズ成分Ｌ2gと、像側に強い凹面を向けた両凹
形状の負レンズ成分Ｌ2hと、開口絞りＡＳ側に強い凸面
を向けた両凸形状の正レンズ成分Ｌ2iと、開口絞りＡＳ
側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ成分Ｌ2j
と、開口絞りＡＳ側に凸面を向けたメニスカス形状の正
レンズ成分Ｌ2kと、同じく開口絞りＡＳ側に凸面を向け
たメニスカス形状の正レンズ成分Ｌ2lとから構成され
る。
【００３７】以下の表３に本実施例の諸元の値が掲げ
る。本実施例においては上記第１実施例と同様に、全系
の倍率は１／４倍（縮小）であり、ウェハＷ側の開口数
ＮＡは０．６であり、ウェハＷ側における作動距離は１
５．０ｍｍである。そして、本実施例の反射屈折光学系
は、上記第１実施例と同様に、ウェハＷ上における光軸
Axからの像高が１５．３ｍｍまでの範囲において３０ｍ
ｍ×６ｍｍのスリット状の露光領域を有する。また、本
実施例におけるビームスプリッタＢＳは、１７０ｍｍ×
１７０ｍｍ×１９０ｍｍの直方体形状である。
【００３８】また、表３においては、物体面としてのレ
チクルＲのパターン形成面に相当する第１面から像面と
してのウェハＷ面に相当する第２面へ向かう順序で各面
の曲率半径ｒ、面間隔ｄおよび硝材を示している。表３
中において、各面の曲率半径ｒの符号は、レチクルＲと
凹面鏡Ｍとの間ではレチクルＲ側に凸面を向ける場合を
正としており、ビームスプリッタＢＳとウェハＷとの間
ではビームスプリッタＢＳ側に凸面を向ける場合を正と
している。また、面間隔ｄの符号は、凹面鏡Ｍからビー
ムスプリッタＢＳの方向変換面に到る光路では負にと
り、他の光路では正にとる。そして、硝材として、Ｃａ
Ｆ2 は蛍石、ＳｉＯ2 は石英ガラスをそれぞれ表す。こ
こで、石英ガラスおよび蛍石の使用基準波長（ＡｒＦレ
ーザの波長：λ＝１９３．４ｎｍ）における屈折率は以
下の通りである。石英ガラス：１．５６０１９蛍石
：１．５０１３８
【００３９】
【表３】〔第３実施例〕 ｄ0 ＝ 96.384 ｒ ｄ 硝材 1 1566.352 33.601 ＳｉＯ2 2 -258.445 42.686 3 -303.358 35.000 ＣａＦ2 4 254.513 39.688 5 408.129 35.000 ＳｉＯ2 6 -292.562 0.500 7 238.980 28.106 ＳｉＯ2 8 177.718 35.520 9 236.585 35.000 ＳｉＯ2 10 258.786 35.249 11 -1574.830 35.000 ＳｉＯ2 12 -195.650 0.500 13 -220.429 25.000 ＣａＦ2 14 228.713 7.071 15 380.419 35.000 ＳｉＯ2 16 274.848 10.847 17 0.000 170.000 ＳｉＯ2 ビームスプリッタＢＳ 18 0.000 10.000 19 -644.053 -10.000 凹面反射鏡Ｍ 20 0.000 -85.000 ＳｉＯ2 21 0.000 85.000 ＳｉＯ2 方向変換面 22 0.000 10.000 23 0.000 16.475 開口絞りＡＳ 24 -240.493 27.541 ＳｉＯ2 25 609.289 0.500 26 648.361 39.879 ＣａＦ2 27 -161.540 0.500 28 -161.204 15.000 ＳｉＯ2 29 432.174 2.340 30 513.767 39.791 ＣａＦ2 31 -245.896 0.500 32 397.672 35.000 ＣａＦ2 33 -1373.400 0.500 34 350.822 28.205 ＣａＦ2 35 -1504.430 0.500 36 152.096 44.808 ＣａＦ2 37 -3015.120 0.546 38 -3831.930 15.302 ＳｉＯ2 39 292.927 0.657 40 122.588 34.934 ＣａＦ2 41 1224.997 0.539 42 1218.161 15.188 ＳｉＯ2 43 74.562 8.605 44 108.074 35.000 ＳｉＯ2 45 377.013 1.406 46 259.877 35.000 ＳｉＯ2 47 767.722 15.000 以下に第３実施例における条件対応値を示す。 （１）１／βM ＝ -0.116 （２）Ｌ1 ／ｆ2 ＝ 2.053 （３）β2 ／β＝ -0.18 （４）Ｄ1 ／ｆM ＝ 0.40 （５）Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＝ 1.37 （６）（φB 1/2 −４ｄW ・ＮＡ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）
2 ）＝ 3.07 図７に第３実施例の横収差図を示す。ここで、図７(a)
は像高１０割（像高１５．３ｍｍ）における横収差図で
あり、図７(b) は像高５割（像高７．６５ｍｍ）におけ
る横収差図であり、図７(c) は像高０割（光軸上：像高
０．０ｍｍ）における横収差図である。なお、各横収差
図において、実線は基準波長（λ＝ 193.4nm）における
収差曲線を表し、点線は波長λ＝ 193.5nmにおける収差
曲線、一点鎖線は波長λ＝193.45nmにおける収差曲線、
破線はλ＝193.35nmにおける収差曲線、二点鎖線は波長
λ＝ 193.3nmにおける収差曲線をそれぞれ表す。図７に
示す各横収差図より、本実施例による反射屈折光学系
は、ＮＡ＝０．６という非常に大きな開口数を達成して
いるにも拘わらず、良好に収差が補正され、特に１９
３．４ｎｍ±０．１ｎｍでの色収差補正がなされてお
り、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００４０】尚、上述の各実施例において、ビームスプ
リッタＢＳの方向変換面は、例えば誘電体多層膜からな
る偏光分離面であることが好ましい。このときには、ビ
ームスプリッタＢＳの凹面鏡Ｍに対向する面上にλ／４
板を設ける。また、上記誘電体多層膜において、収差が
発生する場合には、ビームスプリッタＢＳの第１レンズ
群Ｇ1 に対向する面、凹面鏡Ｍ側に対向する面及び第２
レンズ群Ｇ2 に対向する面のうちの少なくとも一面に誘
電体多層膜にて発生する収差を打ち消す薄膜を設けるこ
とが好ましい。このような薄膜としては、例えば厚さま
たは屈折率が部分的に異なる構成のものを用いれば良
い。
【００４１】また、上述の各実施例においては、第１レ
ンズ群Ｇ1 から凹面鏡Ｍに向かう光束がビームスプリッ
タＢＳの方向変換面を透過し、かつ凹面鏡Ｍから第２レ
ンズ群Ｇ2 へ向かう光束がビームスプリッタＢＳの方向
変換面にて反射する構成であるが、第１レンズ群Ｇ1 か
らの光束をビームスプリッタＢＳの方向変換面にて反射
させて凹面鏡Ｍへ導き、かつ凹面鏡Ｍからの光束をビー
ムスプリッタＢＳの方向変換面を透過させて第２レンズ
群Ｇ2 へ導く構成としても、光学設計上においては等価
なものである。
【００４２】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、像側におい
て大きな開口数を達成し、かつ十分な像側作動距離を確
保し、さらにビームスプリッタの小型化を図ることがで
き、クォーターミクロン単位の解像を達成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による反射屈折光学系の光
路図である。
【図２】第１実施例の反射屈折光学系の露光領域を示す
平面図である。
【図３】第１実施例の横収差図であり、図３(a) は像高
１０割における横収差図であり、図３(b) は像高５割に
おける横収差図であり、図３(c) は像高０割における横
収差図である。
【図４】本発明の第２実施例による反射屈折光学系の光
路図である。
【図５】第２実施例の横収差図であり、図５(a) は像高
１０割における横収差図であり、図５(b) は像高５割に
おける横収差図であり、図５(c) は像高０割における横
収差図である。
【図６】本発明の第３実施例による反射屈折光学系の光
路図である。
【図７】第３実施例の横収差図であり、図７(a) は像高
１０割における横収差図であり、図７(b) は像高５割に
おける横収差図であり、図７(c) は像高０割における横
収差図である。
【符号の説明】
Ｇ1 … 第１レンズ群、 Ｇ2 … 第２レンズ群、 ＢＳ… ビームスプリッタ、 ＡＳ… 開口絞り、 Ｒ … レチクル（第１面）、 Ｗ … ウェハ（第２面）、

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１面の縮小像を第２面上に形成する反射
    屈折光学系において、 第１レンズ群、ビームスプリッタ、拡大倍率を有する凹
    面鏡及び第２レンズ群を含み、前記第１面からの光を前
    記第１レンズ群及び前記ビームスプリッタの順に通過さ
    せて前記凹面鏡に導くと共に、前記凹面鏡にて反射され
    た前記ビームスプリッタからの光を前記ビームスプリッ
    タ及び前記第２レンズ群の順に通過させて前記第２面に
    導き、 前記第２レンズ群の後側主点位置は前記第２レンズ群の
    前記ビームスプリッタ側の光線入射面位置よりも像側に
    位置し、 以下の条件を満足することを特徴とする反射屈折光学
    系。 −１＜１／βM ＜０．５ ０．８５＜Ｌ1 ／ｆ2 但し、βM ：前記凹面鏡の結像倍率、 Ｌ1 ：前記後側主点位置と前記光線入射面との距離、 ｆ2 ：前記第２レンズ群の焦点距離、 である。
  2. 【請求項２】前記反射屈折光学系全体の結像倍率をβと
    し、前記第２レンズ群の結像倍率をβ2 とするとき、以
    下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の反
    射屈折光学系。 −１＜β2 ／β＜１
  3. 【請求項３】前記ビームスプリッタは、プリズム型ビー
    ムスプリッタから構成されることを特徴とする請求項１
    または２記載の反射屈折光学系。
  4. 【請求項４】前記プリズム型ビームスプリッタの前記第
    ２レンズ群側の射出面を含む像側には開口絞りが設けら
    れ、以下の条件を満足することを特徴とする請求項３記
    載の反射屈折光学系。 ０．２６＜Ｄ1 ／ｆM ＜１．００ 但し、Ｄ1 ：前記凹面鏡と前記開口絞りとの間の空気換
    算距離、 ｆM ：前記凹面鏡の焦点距離、 である。
  5. 【請求項５】前記ビームスプリッタの前記第２レンズ群
    側の射出面と前記第２面との間の空気換算距離をＤ2 と
    し、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ2 とし、前記反射
    屈折光学系の前記第２面側における開口数をＮＡとする
    とき、 以下の条件を満足することを特徴とする請求項４記載の
    反射屈折光学系。 Ｄ2 ・ＮＡ／ｆ2 ＞０．７０
  6. 【請求項６】以下の条件を満足することを特徴とする請
    求項４または５記載の反射屈折光学系。 （φB 1/2 −４ｄW ・ＮＡ）／（ｆ2 ・（ＮＡ）2 ）＜
    ４ 但し、φB ：前記ビームスプリッタの方向変換面の前記
    第２レンズ群側の射出面への正射影の面積、 ｄW ：前記反射屈折光学系の前記第２面側における作動
    距離、 ＮＡ：前記反射屈折光学系の前記第２面側における開口
    数、 ｆ2 ：前記第２レンズ群の焦点距離、 である。
  7. 【請求項７】前記第１及び第２レンズ群は、少なくとも
    二種類の異なる材質からなる屈折要素から構成され、 前記第１レンズ群は、蛍石からなる負レンズ成分を有
    し、 前記第２レンズ群は、蛍石からなる正レンズ成分を有す
    ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載
    の反射屈折光学系。
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