JPH11295605A

JPH11295605A - 直筒型反射屈折光学系

Info

Publication number: JPH11295605A
Application number: JP10111508A
Authority: JP
Inventors: Yuuto Takahashi; 友刀高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】複数本の光軸を持つものの、各光学部品の調整
が容易な反射屈折光学系を提供する。【解決手段】主光軸ｚ₁の一端側に凹面鏡Ｍ_Cを配置し他
端側に第２面Ｐ₂を設け、凹面鏡Ｍ_Cと第２面Ｐ₂との間
に反射面Ｍを配置し、反射面Ｍと凹面鏡Ｍ_Cとの間に第
１結像光学系Ａを配置し、反射面Ｍと第２面Ｐ₂との間
に第２結像光学系Ｂを配置し、第１結像光学系Ａの主光
軸ｚ₁が反射面Ｍによって折り曲げられる方向を副光軸
ｚ₂とし、副光軸ｚ₂に第１面Ｐ₁を設け、副光軸ｚ₂を含
み主光軸ｚ₁と直交する平面と第１面Ｐ₁との交線Ｑ₁に
よって２分される第１面Ｐ₁のいずれか一方の領域に、
物体ＲＡを配置し又は物体の像ＷＡを形成し、主光軸ｚ
₁を含み副光軸ｚ₂と直交する平面と第２面Ｐ₂との交線
Ｑ₂によって２分される第２面Ｐ₂のいずれか一方の領域
に、像ＷＡを形成し又は物体ＲＡを配置し、物体ＲＡの
中間像Ｃを反射面Ｍの近傍に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として半導体の製
造に用いられるステッパーなどの縮小露光装置の光学系
に関し、特に光学系に反射屈折光学系を用いることによ
り、紫外線波長域でのサブミクロン単位の分解能を有す
る１／４×程度の反射屈折縮小光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の回路パターンはますます
微細化しており、このパターンを焼き付ける露光装置に
はより解像力の高いものが要求されてきている。この要
求を満足するためには、光源の波長を短波長化しかつＮ
Ａ（光学系の開口数）を大きくしなければならない。し
かしながら、波長が短くなると光の吸収のため実用に耐
える光学ガラスが限られてくる。波長が１８０ｎｍ以下
となると、実用上使える硝材は蛍石だけとなる。このよ
うな場合、屈折光学系だけで投影光学系を構成したので
は、色収差補正がまったく不可能となる。従って要求さ
れる解像力を有し、しかも屈折光学系のみで構成された
投影光学系を作ることは、非常に難しいものとなる。

【０００３】そこで反射系と使用波長に使える光学ガラ
スからなる屈折系とを組み合わせたいわゆる反射屈折光
学系によって、縮小投影光学系を構成する技術が色々提
案されている。その中で、光学系の途中で１回以上の中
間結像を行うタイプは、これまで種々のものが提案され
ているが、中間像を１回だけ結像するものに限定する
と、特公平５−２５１７０、特開昭６３−１６３３１
９、特開平４−２３４７２２、ＵＳＰ−４，７７９，９
６６に開示された技術が挙げられる。

【０００４】上記従来技術の中で、凹面ミラーを１枚だ
け使用しているものは、特開平４−２３４７２２とＵＳ
Ｐ−４，７７９，９６６に開示された光学系である。こ
れらの光学系は、凹面ミラーで構成される往復兼用光学
系において、凹レンズのみが採用されており、凸のパワ
ーの光学系が使われていない。そのため、光束が広がっ
て凹面ミラーに入射するため、凹面ミラーの径が大きく
なりがちであった。また特に特開平４−２３４７２２に
開示された往復兼用光学系は完全対称型であり、この光
学系での収差発生を極力抑えて後続の屈折光学系の収差
補正負担を軽くしているが、対称光学系を採用している
ため、第２面付近でのワーキングディスタンスがとりに
くく、またハーフプリズムを使用しなければならなかっ
た。またＵＳＰ−４，７７９，９６６に開示された光学
系では、中間像よりも後方の２次結像光学系にミラーを
使用している。したがって光学系の必要な明るさを確保
するためには、光束が広がって凹面ミラーに入射するこ
とになり、ミラーの小型化が困難なものであった。

【０００５】また複数のミラーを使用するものでは、屈
折光学系のレンズ枚数を削減できる可能性があるが、こ
れらのタイプでは以下の問題があった。すなわち、最
近、焦点深度を稼ぎながら解像力を上げるため、マスク
の選択部分の位相をずらす位相シフト法が考え出されて
いるが、さらに、効果を上げるために、照明光学系のＮ
Ａと結像光学系のＮＡの比σを可変にすることが行われ
る。このとき照明光学系には開口絞りを設置することが
できるが、前記に挙げた反射屈折光学系を対物レンズと
する場合は、有効な絞り設置部分がどこにも採れないこ
とになる。

【０００６】さらにこのような配置の往復光学系を縮小
側の第１面側に採用するタイプの反射屈折光学系では、
縮小倍率の関係から反射ミラーで反射した後ウエハまで
の距離が長く採れないため、この光路中に挿入される対
物レンズのレンズ枚数がそう多く採れず、そのため得ら
れる光学系の明るさは限られたものとならざるを得なか
った。たとえ高ＮＡの光学系が実現できても、限られた
長さに多くの光学部材が挿入されるため、ウエハと対物
レンズの端面との距離、いわゆるワーキングディスタン
スＷＤが長く採れない光学系となっていた。またこのよ
うな従来の反射屈折光学系においては、光路を必ず途中
で折り曲げる必要があり、その光路折り曲げ部材の調整
作業が困難で、なかなか高精度の系を実現することがで
きなかった。

【０００７】そこで本出願人は、第１結像光学系によっ
て第２面の中間像を形成し、第２結像光学系によって中
間像の再結像を第１面上に形成し、第１結像光学系から
の光束を第２結像光学系へ導くように反射面を設け、第
１結像光学系を、凹面鏡と該凹面鏡への入射光と反射光
との双方が透過するレンズ群とからなる往復光学系を有
するように形成した２回結像光学系を提案した。この２
回結像光学系によれば、凹面鏡の径を縮小させることが
でき、位相シフト法のための照明光学系のＮＡと結像光
学系のＮＡの比σを可変にすることができるように、有
効な絞り設置部分を採ることができ、さらに光学系の明
るさを十分とりながら、なおウエハと対物レンズの端面
との距離、いわゆるワーキングディスタンスＷＤを長く
採ることができる光学系を実現することができる。また
光路折り曲げ部材の調整作業が比較的容易で、高精度の
光学系を実現するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように２
回結像光学系は優れた点が多いが、これらの光学系は、
凹面鏡に入射する光束と、凹面鏡から出射する光束を分
離するために、光束分離プリズムか、穴開きミラーを使
用するか、または軸外光束を使って反射ミラーで分離す
るか、などの方法が必要となってくる。いずれの方法に
おいても、光学系の光軸を反射面を使って、例えば直角
に折り曲げることが必要となる。これは、従来からの反
射屈折光学系に比較すれば格段に容易にはなるものの、
従来の屈折系のみによる光学系と比較すれば、やはり光
学系の調整機構に大きな負担となっていた。すなわち、
屈折光学系をはじめとする大方の光学系は直線状の１本
の光軸上に構成されるので、レンズの据えつけ方が光軸
に対してずれたり、傾いておかれた場合には、この直線
状の光軸を中心にしてレンズを回転させ、レンズからの
反射光などを調べて改善することができるのである。

【０００９】ところが、光軸が折れ曲がっていると、こ
のような調整手段を採ることができず、調整法が困難と
なるのである。またさらに、１本の光軸からなる光学系
では、光軸からの傾き（チルト）と位置ずれ（シフト）
の２種類の調整項目しか存在しない。しかるに、複数本
の光軸を持つ光学系では、そのうちの基準となる１本の
光軸から外れたレンズには、３次元空間上の位置座標
Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸周りの回転角度α、
β、γの６種の自由度が発生し、その調整の必要項目数
も大幅に増えるのである。そのため、調整時間も増え、
コスト高になるとともに、精密な光学系では、設計上の
性能を実現することさえ、困難なことが多いのが実情で
ある。以上のことより、如何にしてこのようなめんどう
な調整をなくすことができるかが、以前から重要な懸案
事項となっていた。本発明は、複数本の光軸を持つもの
の、各光学部品の調整が容易な反射屈折光学系を提供す
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、各光学部品
の困難な調整を省くために、結像作用をなす光学系を１
本の光軸になるように構成したものである。すなわち本
発明は、主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸の他
端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面鏡と
第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹面鏡
との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する複数
枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との間に
第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前
記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって折り曲
げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸と直交
する第１面を設け、前記副光軸を含み主光軸と直交する
平面と前記第１面との交線によって２分される該第１面
のいずれか一方の領域に、物体を配置し又は該物体の像
を形成し、前記主光軸を含み副光軸と直交する平面と前
記第２面との交線によって２分される該第２面のいずれ
か一方の領域に、前記像を形成し又は前記物体を配置
し、前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成したこ
とを特徴とする直筒型反射屈折光学系である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１（Ａ）は本発明による直筒型反射屈折
光学系の一実施の形態を示し、図１（Ｂ）、（Ｃ）は、
それぞれ図１（Ａ）中、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線矢視図を示
す。この実施の形態は、本発明による光学系を、走査型
露光装置の投影光学系に適用したものである。図１に示
すように、主光軸ｚ₁の上端側に凹面鏡Ｍ_Cが配置され、
主光軸ｚ₁の下端側に、主光軸ｚ₁と直交する第２面Ｐ₂
が設けられる。凹面鏡Ｍ_Cと第２面Ｐ₂との間の主光軸ｚ
₁には、複数枚のレンズと反射面Ｍとが配置される。図
１に示す例では、反射面Ｍを平面鏡によって形成してい
るが、反射面はプリズムによって形成してもよい。

【００１２】反射面Ｍから凹面鏡Ｍ_Cまでの光路に配置
されるレンズと、凹面鏡Ｍ_Cとによって、第１結像光学
系Ａが構成され、反射面Ｍから第２面Ｐ₂までの光路に
配置されるレンズによって、第２結像光学系Ｂが構成さ
れる。第１結像光学系Ａと第２結像光学系Ｂは、同一の
光軸、すなわち主光軸ｚ₁上に配置されている。また第
１結像光学系Ａは、往復光学系となっている。反射面Ｍ
は、第１結像光学系Ａの主光軸ｚ₁を折り曲げるように
配置され、その折り曲げられた方向を副光軸ｚ₂とす
る。副光軸ｚ₂には、副光軸ｚ₂と直交する第１面Ｐ₁が
設けられる。

【００１３】副光軸ｚ₂を含み主光軸ｚ₁と直交する平面
と、第１面Ｐ₁との交線をＱ₁とすると、図１（Ｂ）に示
すように、交線Ｑ₁によって２分される第１面Ｐ₁の下側
の領域に、物体、すなわちレチクルＲの照明領域ＲＡが
配置される。また、主光軸ｚ ₁を含み副光軸ｚ₂と直交す
る平面と、第２面Ｐ₂との交線をＱ₂とすると、図１
（Ｃ）に示すように、交線Ｑ₂によって２分される第２
面Ｐ₂の左側の領域に、レチクルＲの像が形成され、し
たがってその位置にウエハＷの露光領域ＷＡが形成され
る。

【００１４】照明領域ＲＡ内のレチクルＲから発した光
束は、反射面Ｍによって進行方向を折り曲げられて、第
１結像光学系Ａに入る。第１結像光学系Ａに入った光束
は、凹面鏡Ｍ_Cで反射して往路を逆進し、反射面Ｍの近
傍に中間像Ｃを形成し、すなわち光束径が極小となる。
光束径が極小となった光束は、反射面Ｃの脇を通り過
ぎ、第２結像光学系Ｂを通過して、ウエハＷの露光領域
ＷＡ上に中間像Ｃの再結像を形成する。こうしてレチク
ルＲのパターンのうちの照明領域ＲＡ内の部分が、ウエ
ハＷ上の露光領域ＷＡに転写される。他方、レチクルＲ
は主光軸ｚ₁と平行な方向に走査移動し、ウエハＷは副
光軸ｚ₂と平行な方向に、レチクルＲの走査と同期して
走査移動する。この結果、レチクルＲのパターンの全域
がウエハＷ上に転写される。

【００１５】なお、図１に示す例では、交線Ｑ₁によっ
て２分される第１面Ｐ₁の下側の領域にレチクルＲの照
明領域ＲＡを配置しているが、交線Ｑ₁によって２分さ
れる第１面Ｐ₁の上側の領域に照明領域ＲＡを配置する
こともでき、そのときには、交線Ｑ₂によって２分され
る第２面Ｐ₂の右側の領域に、ウエハＷの露光領域ＷＡ
が形成されることとなる。しかるに照明領域ＲＡから反
射面Ｍに向う光束は、照明領域ＲＡから離れるに従って
広がるから、この構成によると、反射面Ｍの面積が大き
くなり、凹面鏡Ｍ_Cからの反射光と干渉するおそれが生
じる。したがって図１に示すように、第１面Ｐ₁の下側
の領域に照明領域ＲＡを配置することが好ましい。

【００１６】このように本発明では、凹面鏡Ｍ_Cに入射
する光束と、凹面鏡Ｍ_Cから反射する光束とを分離する
ために、反射面Ｍを用いているが、この反射面Ｍは、結
像光学系Ａ、Ｂの外部に配置されており、結像光学系
Ａ、Ｂを構成する凹面鏡Ｍ_Cと複数枚のレンズの光軸は
１本、すなわち主光軸ｚ₁のみとなっている。そのた
め、光学系全体を光軸ｚ₁中心で調べることができ、各
内部レンズの傾きや位置ずれを検知することができるの
である。

【００１７】なお、結像光学系Ａ、Ｂの外部に配置する
反射面Ｍは、結像光学系Ａ、Ｂの調整後に配置しても良
い。また、この反射面Ｍの調整は、光軸ｚ₁に対して、
位置（シフト）と角度（チルト）の２種類の調整項目の
みで良い。またこの場合の反射面Ｍのずれや角度誤差
は、結像特性に直接関係せず、単に像の位置ずれか、傾
きとなるのみであるので、結像性能を確保するのに、非
常に有利となるのである。すなわち、光軸ｚ₁、ｚ₂の折
り曲げを光学系Ａ、Ｂの内部で行うと、反射面Ｍの調整
が非常に困難となるが、反射面Ｍを光学系Ａ、Ｂの外部
に配置することにより、光学系全体の調整が非常に楽に
なるのである。ただしこのような、反射面Ｍを光学系の
外部に配置するときには、収差補正上、および光学系の
配置として、以下のようなことが必要となる。

【００１８】まず、本発明では、物体（レチクルＲ）か
ら反射面Ｍまでの部分に、反射面Ｍを構成する光路折り
曲げ部材しか入っていない。それ故、反射面Ｍの大きさ
は、基本的に、物体Ｒから反射面Ｍまでの距離Ｄと、物
体側のＮＡ（開口数）により決定される。距離Ｄが長い
と、必然的に反射面Ｍの大きさも大きくなるが、このと
き、凹面鏡Ｍ_Cで反射して第２結像光学系Ｂに向う光束
と反射面Ｍとが干渉するおそれを生じるから、好ましく
ない。また、反射面Ｍをプリズムで構成する場合には、
距離Ｄが長くなって反射面Ｍが大きくなると、プリズム
自体も大きくなるから、同様に得策ではない。よって、
物体から反射面までの距離Ｄは、短ければ短いほど良
い。

【００１９】しかしあまりに短すぎると、レチクルＲ
が、反射面Ｍを構成する光路折り曲げ部材やその他の光
学系と干渉して、レチクルＲを走査させることが出来な
くなる。これを避けるため、以下の式による値が適切で
あることが分かった。１＜｜Ｄ／Ｈ｜＜３ ‥‥（１）ここで、Ｈは照明領域ＲＡの副光軸ｚ₂からの最大高
さ、すなわちレチクルフィールドＲＦの半径である。条
件式（１）の上限を越えると、凹面鏡Ｍ_Cに向う往路の
光束と凹面鏡Ｍ_Cで反射する復路の光束との分離が困難
となり、また下限を越えると、レチクルＲの走査が困難
となるから、いずれも好ましくない。

【００２０】また、レチクルＲから反射面Ｍに向う光束
は、レチクルＲから離れるに従って広がるが、更に、反
射面Ｍで反射した後に、第１結像光学系Ａの第１レンズ
面に入射するまでの間にも広がる。したがって、第１結
像光学系Ａの有効径を小さくするためには、反射面Ｍか
ら第１結像光学系Ａの第１レンズ面までの主光軸ｚ₁上
の距離Ｄ₂は、次式を満たすことが好ましい。｜Ｄ₂／Ｈ｜＜２．５ ‥‥（２）条件式（２）の上限を越えると、第１結像光学系Ａの有
効径が過大となって好ましくない。

【００２１】また、物体（レチクルＲ）から反射面まで
の部分に光学系がないために、歪曲収差の補正が困難と
なり、ほとんど第２結像光学系Ｂで歪曲収差を補正しな
ければならない。また中間像Ｃは、反射面Ｍ付近になる
ように構成することが、光束分離の点で有利である。特
に、レチクルＲから反射面Ｍに向う光束は、レチクルＲ
から離れるに従って広がるから、レチクルＲから離れる
に従って反射面Ｍは大きく形成する必要がある。それ
故、光束径が極小となる中間像Ｃの位置は、反射面Ｍの
上端の近傍に形成することが好ましい。

【００２２】またこのように、２回結像光学系Ａ、Ｂを
１本の光軸ｚ₁上に構成することから、光学系自身の長
さＬがかなり長くなるため、できるだけこの長さＬを短
縮するよう、第１結像光学系Ａの部分を短くしなければ
ならない。このために、第１結像光学系Ａは、凹面鏡Ｍ
_Cから順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ₁と、正
レンズＬ₄とを有することが好ましい。更に、凹面鏡Ｍ_C
側から順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ₁と、
正レンズＬ₂と、負レンズＬ₃と、正レンズＬ₄を有する
ことが好ましい。このような配置にすることにより、第
１結像光学系Ａの長さを短縮することができる。しかし
あまりに短くすると、光学系の収差が補正しきれずに、
光学性能の悪化を招くので、以下の条件式を満たすこと
が好ましい。２０＜｜Ｌ／Ｈ｜＜３０ ‥‥（３）条件式（３）の上限を越えると全系の過大化を招き、下
限を越えると光学性能の悪化を招くから、いずれも好ま
しくない。

【００２３】また第２結像光学系Ｂにおいては、中間像
Ｃから順にまず正レンズＬ₅を配することが好ましい。
これにより、光束が発散するのを防止し、光学系の径の
大型化を防止することが出来る。さらに次に、歪曲収差
を補正するために、負レンズＬ₆を配置することが好ま
しい。また第２結像光学系Ｂには開口絞りＡＳが配置さ
れるが、この開口絞りＡＳ付近には、球面収差を補正す
るために、正レンズＬ₇と、メニスカスレンズＬ₈を配置
することが好ましい。さらに結像面の付近には、大ＮＡ
を達成するために、反射面Ｍ側に凸面を向けた正レンズ
Ｌ₉を配置することが好ましい。さらに絞り付近に球面
収差を補正するために、非球面を採用し、また中間像Ｃ
付近の正レンズに、歪曲収差補正のための非球面を採用
することが好ましい。

【００２４】以上のように、その目的に合った場所に、
その目的に合ったレンズを配置することにより、ほとん
どすべての収差を同時に補正することができる。その結
果、最終的には、レンズ枚数を大幅に削減した、劇的に
小型の光学系を得ることができ、最小の非球面要素を使
いながら、最終的には１本の光軸ｚ₁で構成することが
できるのである。なお、上記の実施の形態では、副光軸
ｚ₂と直交する第１面Ｐ₁に物体であるレチクルＲの照明
領域ＲＡを配置し、主光軸ｚ₁と直交する第２面Ｐ₂に物
体の像を形成したが、これとは逆に、第２面Ｐ₂に物体
を配置し、第１面Ｐ₁に像を形成することも出来る。ま
た、レンズの変形と光軸調整について若干難点がある
が、第１面Ｐ₁と反射面Ｍとの間に、ごく少数枚のレン
ズ、例えば正レンズを配置し、この少数枚のレンズを含
めて第１結像光学系Ａとすることにより、全系の小型化
を図ることも出来る。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例を示す。図２、図５及び
図８は、本発明による直筒型反射屈折光学系の第１、第
２及び第３実施例を示し、いずれの実施例も、本発明に
よる光学系を走査型露光装置の投影光学系に適用したも
のである。図２に示す第１実施例の投影光学系では、レ
チクルＲの後に、光束分離ミラーＭが配置されている。
第１結像光学系Ａは、光束分離ミラーＭ側から順に、２
枚の正レンズＡ₁、Ａ₂、メニスカスレンズＡ₃、負メニ
スカスレンズＡ₄、正レンズＡ₅、負レンズＡ₆、正レン
ズＡ₇、光束分離ミラーＭ側に凹面を向けた負メニスカ
スレンズＡ₈、及び凹面鏡Ｍ_Cを配置した往復光学系で構
成されている。第２結像光学系Ｂは、光束分離ミラーＭ
側から順に、正レンズＢ₁、負レンズＢ₂、正レンズ
Ｂ₃、負レンズＢ₄、正レンズＢ₅、開口絞りＡＳ、メニ
スカスレンズＢ₆、３枚の正レンズＢ₇、Ｂ₈、Ｂ₉、負レ
ンズＢ₁₀、及び光束分離ミラーＭ側に凸面を向けた正レ
ンズＢ₁₁から構成されている。

【００２６】図５に示す第２実施例の投影光学系では、
レチクルＲの後に、光束分離プリズムＰが配置されてい
る。第１結像光学系Ａは、光束分離プリズムＰ側から順
に、２枚の正レンズＡ₁、Ａ₂、メニスカスレンズＡ₃、
負メニスカスレンズＡ₄、正レンズＡ₅、負レンズＡ₆、
正レンズＡ₇、光束分離プリズムＰ側に凹面を向けた負
メニスカスレンズＡ₈、及び凹面鏡Ｍ_Cを配置した往復光
学系で構成されている。第２結像光学系Ｂは、光束分離
プリズムＰ側から順に、正レンズＢ₁、負レンズＢ₂、正
レンズＢ₃、負レンズＢ₄、正レンズＢ₅、開口絞りＡ
Ｓ、メニスカスレンズＢ₆、３枚の正レンズＢ₇、Ｂ₈、
Ｂ₉、負レンズＢ₁₀、及び光束分離プリズムＰ側に凸面
を向けた正レンズＢ₁₁から構成されている。

【００２７】図８に示す第３実施例の投影光学系では、
レチクルＲの後に、光束分離ミラーＭが配置されてい
る。第１結像光学系Ａは、光束分離ミラーＭ側から順
に、２枚の正レンズＡ₁、Ａ₂、メニスカスレンズＡ₃、
負メニスカスレンズＡ₄、正レンズＡ₅、負レンズＡ₆、
正レンズＡ₇、負レンズＡ₈、正レンズＡ₉、光束分離ミ
ラーＭ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＡ₁₀、及び
凹面鏡Ｍ_Cを配置した往復光学系で構成されている。第
２結像光学系Ｂは、光束分離ミラーＭ側から順に、正レ
ンズＢ₁、負レンズＢ₂、正レンズＢ₃、負レンズＢ₄、正
レンズＢ₅、開口絞りＡＳ、メニスカスレンズＢ₆、３枚
の正レンズＢ₇、Ｂ₈、Ｂ₉、負レンズＢ₁₀、及び光束分
離ミラーＭ側に凸面を向けた正レンズＢ₁₁から構成され
ている。

【００２８】以下の表１〜表３に、それぞれ第１〜第３
実施例の諸元を示す。各表の［主要諸元］中、λは使用
波長、βは投影倍率、ＮＡは像側開口数、φ_maxはレン
ズの最大有効径を表す。［光学部材諸元］中、第１欄ＮｏはレチクルＲ側からの
各光学面の番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３
欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の間隔、第
４欄は各光学面又は光学部材の番号を示す。各実施例と
も、すべてのレンズとプリズムの硝材は溶融石英であ
り、使用波長（λ＝１９３ｎｍ）での溶融石英の屈折率
ｎは、ｎ＝１．５６０３３である。

【００２９】また第１欄Ｎｏ中＊印を付した光学面は非
球面を示し、非球面についての第２欄ｒは、頂点曲率半
径である。非球面の形状は、ｙ：光軸からの高さｚ：接平面から非球面までの光軸方向の距離ｒ：頂点曲率半径 κ：円錐係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：非球面係数によって表わしており、［非球面データ］に非球面係数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示した。各非球面とも、円錐係数κは
κ＝０．０である。

【００３０】なお各実施例とも、投影光学系の露光領域
ＷＡは２５×６．６ｍｍの矩形開口であるが、この露光
領域ＷＡに対してウエハＷを相対走査することにより、
ウエハＷ上での全体の露光面積として、例えば２５×３
３ｍｍの領域を露光することが出来る。また、各実施例
とも、使用レンズの有効径は、通常のこのスペックで使
用される屈折系球面光学系の３／４程度に小さく、使用
レンズ枚数は、屈折球面光学系の約半分程度に少ない。

【００３１】

【表１】［主要諸元］ λ＝193ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー） β＝1/4 ＮＡ＝0.7 Ｈ＝70.36ｍｍＤ＝160.1ｍｍＤ₂＝10.0ｍｍＬ＝1534ｍｍ φ_max＝220ｍｍ露光領域：25×6.6ｍｍ（矩形）｜Ｄ／Ｈ｜＝2.28 ｜Ｄ₂／Ｈ｜＝0.14 ｜Ｌ／Ｈ｜＝21.8 ［光学部材諸元］Ｎｏｒｄ 0 ∞ 160.100000 Ｒ 1 ∞ -10.000000 Ｍ 2 -1788.71639 -29.000000 Ａ₁ Ｌ₄ 3 419.30758 -0.097200 4 -250.61403 -33.000000 Ａ₂ Ｌ₄ 5 -6136.00339 -138.422781 6 244.13129 -27.000000 Ａ₃ 7 236.86664 -0.200000 8 -441.03076 -17.000000 Ａ₄ 9 -130.33902 -13.232045 10 -391.22278 -19.000000 Ａ₅ 11 -4917.23961 -18.600000 12 245.26287 -17.000000 Ａ₆ Ｌ₃ 13 -1615.89591 -1.843450 14 -241.95870 -25.000000 Ａ₇ Ｌ₂ 15 14452.00549 -62.163582 16 145.04293 -18.000000 Ａ₈ Ｌ₁ 17 347.29355 -19.661891 18 248.23614 19.661891 Ｍ_C 19 347.29355 18.000000 Ａ₈ 20 145.04293 62.163582 21 14452.00549 25.000000 Ａ₇ 22 -241.95870 1.843450 23 -1615.89591 17.000000 Ａ₆ 24 245.26287 18.600000 25 -4917.23957 19.000000 Ａ₅ 26 -391.22278 13.232045 27 -130.33902 17.000000 Ａ₄ 28 -441.03076 0.200000 29 236.86664 27.000000 Ａ₃ 30 244.13129 138.422781 31 -6136.00339 33.000000 Ａ₂ 32 -250.61403 0.097200 33 419.30758 29.000000 Ａ₁ 34 -1788.71639 291.668555 ＊35 8637.19547 32.000000 Ｂ₁ Ｌ₅ 36 -278.32248 120.501173 37 -284.21267 21.000000 Ｂ₂ Ｌ₆ 38 380.00000 7.640330 39 977.55302 45.000000 Ｂ₃ 40 -289.72006 188.674290 41 -782.07989 24.000000 Ｂ₄ 42 275.00000 2.199165 43 311.81819 56.000000 Ｂ₅ Ｌ₇ 44 -375.13741 11.588720 45 − 10.000000 ＡＳ 46 196.65458 25.000000 Ｂ₆ Ｌ₈ ＊47 180.51391 10.087193 48 253.87648 40.000000 Ｂ₇ 49 8600.70931 2.214198 50 157.11074 48.000000 Ｂ₈ 51 1256.41165 55.106219 52 113.93043 33.000000 Ｂ₉ 53 886.99217 8.485632 54 -18818.69933 12.000000 Ｂ₁₀ 55 207.40711 0.100000 56 109.31199 45.000000 Ｂ₁₁ Ｌ₉ 57 14193.19706 6.000000 58 ∞ Ｗ［非球面データ］Ｎｏ＝35 Ａ＝-0.123690×10^-7 Ｂ＝ 0.129803×10^-13 Ｃ＝-0.212874×10^-18 Ｄ＝-0.943396×10^-22 Ｎｏ＝47 Ａ＝ 0.136582×10^-7 Ｂ＝ 0.193143×10^-12 Ｃ＝ 0.306903×10^-17 Ｄ＝ 0.487055×10^-22

【００３２】

【表２】［主要諸元］ λ＝193ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー） β＝1/4 ＮＡ＝0.75 Ｈ＝70.36ｍｍＤ＝190.1ｍｍＤ₂＝20.0ｍｍＬ＝1693ｍｍ φ_max＝234ｍｍ露光領域：25×6.6ｍｍ（矩形）｜Ｄ／Ｈ｜＝2.70 ｜Ｄ₂／Ｈ｜＝0.28 ｜Ｌ／Ｈ｜＝24.1 ［光学部材諸元］Ｎｏｒｄ 0 ∞ 85.100000 Ｒ 1 ∞ 105.000000 Ｐ 2 ∞ -15.000000 ＰＭ 3 ∞ -5.000000 4 -1788.71639 -29.000000 Ａ₁ Ｌ₄ 5 419.30758 -0.097200 6 -310.64095 -33.000000 Ａ₂ Ｌ₄ 7 -2807.83665 -152.548704 8 287.16506 -27.000000 Ａ₃ 9 255.48240 -0.200000 10 -367.14810 -17.000000 Ａ₄ 11 -141.19742 -14.911131 12 -398.90704 -19.000000 Ａ₅ 13 -608.94218 -18.600000 14 232.39912 -17.000000 Ａ₆ Ｌ₃ 15 1698.12647 -15.952383 16 -327.74499 -25.000000 Ａ₇ Ｌ₂ 17 6237.96729 -61.535574 18 166.40938 -18.000000 Ａ₈ Ｌ₁ 19 395.75289 -55.022688 20 301.44131 55.022688 Ｍ_C 21 395.75289 18.000000 Ａ₈ 22 166.40938 61.535574 23 6237.96729 25.000000 Ａ₇ 24 -327.74499 15.952383 25 1698.12647 17.000000 Ａ₆ 26 232.39912 18.600000 27 -608.94218 19.000000 Ａ₅ 28 -398.90704 14.911131 29 -141.19742 17.000000 Ａ₄ 30 -367.14810 0.200000 31 255.48240 27.000000 Ａ₃ 32 287.16506 152.548704 33 -2807.83665 33.000000 Ａ₂ 34 -310.64095 0.097200 35 419.30758 29.000000 Ａ₁ 36 -1788.71639 303.707152 ＊37 -20585.21661 32.000000 Ｂ₁ Ｌ₅ 38 -292.08517 141.774594 39 -331.57665 21.000000 Ｂ₂ Ｌ₆ 40 380.00000 6.239286４１６１
５．０３２０５４５．００００００Ｂ₃ 42 -350.96686 195.254624 43 -860.60392 24.000000 Ｂ₄ 44 277.65121 2.310597 45 304.34780 56.000000 Ｂ₅ Ｌ₇ 46 -515.18847 46.552459 47 − 18.195879 ＡＳ 48 226.73175 25.000000 Ｂ₆ Ｌ₈ ＊49 231.03852 11.577787 50 282.73561 40.000000 Ｂ₇ 51 -1674.49168 4.412329 52 169.98274 48.000000 Ｂ₈ 53 1665.64536 63.416012 54 124.88297 33.000000 Ｂ₉ 55 711.33878 8.237993 56 2405.86425 12.000000 Ｂ₁₀ 57 164.17050 0.100000 58 117.66988 45.000000 Ｂ₁₁ Ｌ₉ 59 1593.84226 6.000000 60 ∞ Ｗ［非球面データ］Ｎｏ＝37 Ａ＝-0.888458×10^-8 Ｂ＝ 0.557250×10^-14 Ｃ＝-0.314040×10^-18 Ｄ＝-0.462916×10^-22 Ｎｏ＝49 Ａ＝ 0.168833×10^-7 Ｂ＝ 0.172714×10^-12 Ｃ＝ 0.225018×10^-17 Ｄ＝ 0.368469×10^-22

【００３３】

【表３】［主要諸元］ λ＝193ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー） β＝1/4 ＮＡ＝0.8 Ｈ＝70.36ｍｍＤ＝176.0ｍｍＤ₂＝20.0ｍｍＬ＝1731ｍｍ φ_max＝246ｍｍ露光領域：25×6.6ｍｍ（矩形）｜Ｄ／Ｈ｜＝2.50 ｜Ｄ₂／Ｈ｜＝0.28 ｜Ｌ／Ｈ｜＝24.6 ［光学部材諸元］Ｎｏｒｄ 0 ∞ 176.024677 Ｒ 1 ∞ -20.000000 Ｍ 2 -1788.71639 -33.000000 Ａ₁ Ｌ₄ 3 419.30758 -0.097200 4 -268.74569 -40.000000 Ａ₂ Ｌ₄ 5 -3732.51475 -132.767922 6 239.37693 -27.000000 Ａ₃ 7 244.82836 -0.216094 8 -2548.31604 -25.000000 Ａ₄ 9 -143.32698 -8.449526 10 -204.90390 -45.000000 Ａ₅ 11 -272.57153 -0.100000 12 327.21563 -17.000000 Ａ₆ 13 -181.11096 -5.571460 14 -266.20425 -25.000000 Ａ₇ 15 -1015.69653 -18.600000 16 194.20523 -17.000000 Ａ₈ Ｌ₃ 17 997.00876 -6.595016 18 -338.50796 -25.000000 Ａ₉ Ｌ₂ 19 -3625.68572 -29.822032 20 222.83295 -18.000000 Ａ₁₀ Ｌ₁ 21 455.81520 -42.796334 22 295.50430 42.796334 Ｍ_C 23 455.81520 18.000000 Ａ₁₀ 24 222.83295 29.822032 25 -3625.68572 25.000000 Ａ₉ 26 -338.50796 6.595016 27 997.00876 17.000000 Ａ₈ 28 194.20523 18.600000 29 -1015.69652 25.000000 Ａ₇ 30 -266.20425 5.571460 31 -181.11096 17.000000 Ａ₆ 32 327.21563 0.100000 33 272.57153 45.000000 Ａ₅ 34 -204.90390 8.449526 35 -143.32698 25.000000 Ａ₄ 36 -2458.31604 0.216094 37 244.82836 27.000000 Ａ₃ 38 239.37693 132.767922 39 -3732.51475 40.000000 Ａ₂ 40 -268.74569 0.097200 41 419.30758 33.000000 Ａ₁ 42 -1788.71639 322.860627 ＊43 1988.13960 40.000000 Ｂ₁ Ｌ₅ 44 -346.17707 118.096619 45 -314.01518 21.000000 Ｂ₂ Ｌ₆ 46 380.00000 7.483728 47 692.44628 45.000000 Ｂ₃ 48 -337.77571 215.989100 49 -792.05453 24.000000 Ｂ₄ 50 285.31369 2.593128 51 316.36067 56.000000 Ｂ₅ Ｌ₇ 52 -463.77046 38.289875 53 − 11.964033 ＡＳ 54 233.30662 25.000000 Ｂ₆ Ｌ₈ ＊55 234.22897 13.010023 56 255.52550 45.000000 Ｂ₇ 57 -2621.18382 12.423981 58 181.15092 55.000000 Ｂ₈ 59 3385.66441 57.958719 60 120.24350 33.000000 Ｂ₉ 61 683.24154 5.786488 62 1209.78340 12.000000 Ｂ₁₀ 63 174.98798 0.101872 64 125.78514 45.000000 Ｂ₁₁ Ｌ₉ 65 1885.85548 6.000000 66 ∞ Ｗ［非球面データ］Ｎｏ＝43 Ａ＝-0.619385×10^-8 Ｂ＝ 0.120817×10^-13 Ｃ＝-0.197420×10^-18 Ｄ＝-0.295727×10^-22 Ｎｏ＝55 Ａ＝ 0.174263×10^-7 Ｂ＝ 0.204171×10^-12 Ｃ＝ 0.268111×10^-17 Ｄ＝ 0.477853×10^-22

【００３４】図３に第１実施例の球面収差、非点収差及
び歪曲収差を示し、図４に第１実施例の横収差を示す。
同様に図６と図７に第２実施例の諸収差を示し、図９と
図１０に第３実施例の諸収差を示す。各収差図において
ＮＡは像側開口数を表し、Ｙは像高を表す。また非点収
差図中、点線Ｍはメリジオナル像面を表し、実線Ｓはサ
ジタル像面を表す。各図より明らかなように、１９３ｎ
ｍの単波長において、各実施例ともほぼ無収差に近い状
態まで良好に補正された優れた性能を有することが分か
る。

【００３５】なお、第１実施例と第３実施例では、凹面
鏡Ｍ_Cに向う光束と凹面鏡Ｍ_Cからの反射光束とを分離す
るために反射面Ｍを用いているが、この反射面Ｍの形状
としては、凹面鏡Ｍ_Cからの反射光束だけを通過させる
穴開き反射ミラーとしても良い。また、偏光ビームスプ
リッタと１／４波長板とを組み合わせて、レチクルＲか
ら入射する偏光光は反射し、凹面鏡Ｍ_Cから入射する偏
光光は透過するように構成してもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明では、結像部分を構
成する光学系を１本の光軸上に配置し、光束分離のため
の反射面は、結像光学系の外側に配置している。そのた
め、光学系全体を光軸中心で調べることができ、各内部
レンズの傾きや位置ずれを検知することができるのであ
る。すなわち、光軸の折り曲げを光学系の内部で行う
と、光学系の調整が非常に困難となるが、本発明では光
路を折り曲げる反射面を光学系の外部に配置しているか
ら、光学系の調整が非常に楽になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】第１実施例の投影光学系の光路図である。

【図３】第１実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収
差図である。

【図４】第１実施例の横収差図である。

【図５】第２実施例の投影光学系の光路図である。

【図６】第２実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収
差図である。

【図７】第２実施例の横収差図である。

【図８】第３実施例の投影光学系の光路図である。

【図９】第３実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収
差図である。

【図１０】第３実施例の横収差図である。

【符号の説明】

ｚ₁…主光軸ｚ₂…副光軸Ｐ₁…第１面Ｐ₂…第２面Ｑ₁、Ｑ₂…交線Ｃ…中間像Ｍ…反射面Ｍ_C…凹面鏡Ｒ…レチクルＷ…ウエハＲＡ…照明領域ＷＡ…露光領域Ａ…第１結像光学系Ｂ…第２結像光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸
の他端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面
鏡と第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹
面鏡との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する
複数枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との
間に第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置
し、前記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって
折り曲げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸
と直交する第１面を設け、前記副光軸を含み主光軸と直交する平面と前記第１面と
の交線によって２分される該第１面のいずれか一方の領
域に、物体を配置し又は該物体の像を形成し、前記主光軸を含み副光軸と直交する平面と前記第２面と
の交線によって２分される該第２面のいずれか一方の領
域に、前記像を形成し又は前記物体を配置し、前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成したことを
特徴とする直筒型反射屈折光学系。
【請求項２】前記第１面に前記物体を配置し、前記第２
面に前記像を形成したことを特徴とする請求項１記載の
直筒型反射屈折光学系。
【請求項３】以下の条件式を満足することを特徴とする
請求項１又は２記載の直筒型反射屈折光学系。１＜｜Ｄ／Ｈ｜＜３２０＜｜Ｌ／Ｈ｜＜３０但し、Ｈ：前記第１面に配置される物体又は第１面に形
成される像の前記副光軸からの最大高さＤ：前記第１面から反射面までの前記副光軸上の距離Ｌ：前記凹面鏡から第２面までの前記主光軸上の距離である。
【請求項４】前記第１結像光学系は、前記凹面鏡側から
順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ₁と、正レン
ズＬ₄とを有することを特徴とする請求項１、２又は３
記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項５】前記第１結像光学系の前記負メニスカスレ
ンズＬ₁と正レンズＬ₄との間に、前記凹面鏡側から順
に、少なくとも正レンズＬ₂と負レンズＬ₃とを有するこ
とを特徴とする請求項４記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項６】前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、該開口絞りの近傍に、少なくとも正レンズＬ₇を有し、前記第２面の直前に、少なくとも前記反射面側に凸面を
向けた正レンズＬ₉を有することを特徴とする請求項
１、２、３、４又は５記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項７】前記第２結像光学系は、前記反射面の後
に、少なくとも正レンズＬ₅を有し、前記開口絞りの近傍に、少なくとも正レンズＬ₇とメニ
スカスレンズＬ₈とを有し、前記第２面の直前に、少なくとも前記反射面側に凸面を
向けた正レンズＬ₉を有することを特徴とする請求項６
項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項８】以下の条件式を満足することを特徴とする
請求項１〜７のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学
系。｜Ｄ₂／Ｈ｜＜２．５但し、Ｈ：前記第１面に配置される物体又は第１面に形
成される像の前記副光軸からの最大高さＤ₂：前記反射面から前記第１結像光学系の第１レンズ
面までの前記主光軸上の距離である。
【請求項９】非球面を少なくとも２面以上含むことを特
徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の直筒型反射
屈折光学系。
【請求項１０】すべてのレンズを同一の硝材によって形
成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記
載の直筒型反射屈折光学系。