(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、
前記第１中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第１中間像へ向かう光束を偏向するための第１光路折り曲げ鏡と、
凹面反射鏡と少なくとも１つの負レンズとを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、
前記第２中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第２中間像からの光束を偏向するための第２光路折り曲げ鏡と、
前記第２中間像からの光束に基づいて前記縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系とを備え、
前記第１中間像は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系との間の光路中に形成され、前記第２中間像は、前記第２結像光学系と前記第２光路折り曲げ鏡との間の光路中に形成されることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】
請求項１記載の反射屈折光学系において、
前記第１光路折り曲げ鏡の反射面と前記第２光路折り曲げ鏡の反射面とは空間的に重複しないように位置決めされていることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の反射屈折光学系において、
前記第１中間像と前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡との間の光軸に沿った距離をＬ１とし、前記第２中間像と前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡との間の光軸に沿った距離をＬ２とするとき、
｜Ｌ１−Ｌ２｜／｜Ｌ１｜＜０．１５
の条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記第１光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面と前記第２光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面との交線は、前記第１結像光学系の光軸、前記第２結像光学系の光軸、および前記第３結像光学系の光軸と一点で交わるように設定されていることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記第１光路折り曲げ鏡は、前記第１結像光学系からの光束を前記第２結像光学系へ反射するための裏面反射面を有し、
前記第２光路折り曲げ鏡は、前記第２結像光学系からの光束を前記第３結像光学系へ反射するための裏面反射面を有することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の反射屈折光学系において、
前記第１結像光学系を構成するすべてのレンズおよび前記第３結像光学系を構成するすべてのレンズは、単一の光軸に沿って配置されていることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記第２結像光学系の結像倍率β２は、
０．８２＜｜β２｜＜１．２０
の条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記反射屈折光学系の結像倍率をβとし、前記第１結像光学系の結像倍率をβ１とするとき、
０．２０＜｜β｜／｜β１｜＜０．５０
の条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記反射屈折光学系は、第１面側および第２面側の両側にテレセントリックな光学系であり、
前記第１結像光学系の最も像側の面とその射出瞳位置との間の光軸に沿った距離をＥとし、前記第１結像光学系の最も像側の面から前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡までの光軸に沿った空気換算距離をＤとするとき、
｜Ｅ−Ｄ｜／｜Ｅ｜＜０．２４
の条件を満足することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記反射屈折光学系を構成するすべてのレンズのうちの８５％以上の数のレンズが単一の光軸に沿って配置されていることを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記第２結像光学系は、少なくとも２枚の負レンズを有することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項記載の反射屈折光学系において、
前記第２面上における前記反射屈折光学系の基準光軸の位置から外れた位置に前記縮小像を形成することを特徴とする反射屈折光学系。
【請求項１３】
投影光学系を介して投影原版上のパターンを感光性基板上へ投影露光する投影露光装置において、
前記投影光学系は、屈折型の第１結像光学系と、凹面反射鏡を含む第２結像光学系と、屈折型の第３結像光学系と、前記第１結像光学系と前記第２結像光学系との間の光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記第２結像光学系と前記第３結像光学系との間の光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備え、
前記第１結像光学系は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系との間の光路中に前記投影原版上のパターンの第１中間像を形成し、
前記第２結像光学系は、前記第２光路折り曲げ鏡と前記第３結像光学系との間の光路中に前記投影原版上のパターンの第２中間像を形成することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の投影露光装置において、
前記第１光路折り曲げ鏡および前記第２光路折り曲げ鏡は、互いに空間的に重複しないように位置決めされた第１反射面および第２反射面を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の投影露光装置において、
前記第１反射面および前記第２反射面は実質的に平面であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記投影光学系は前記感光性基板上に前記パターンの縮小像を形成することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちの少なくとも一方は開口絞りを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記投影光学系に対して前記投影原版および前記感光性基板を同じ方向へ移動させながら前記投影原版上のパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１結像光学系を構成する光学部材は直線状に延びた第１光軸に沿って配置されており、
前記第３結像光学系を構成する光学部材は直線状に延びた第３光軸に沿って配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系は共通の光軸を有し、前記投影原版および前記感光性基板は重力方向に直交する面に沿って配置されていることを特徴とする投影露光置。
【請求項２１】
請求項１３乃至２０の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第２結像光学系の結像倍率β２は、
０．８２＜｜β２｜＜１．２０
の条件を満足することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記投影光学系の結像倍率をβとし、前記第１結像光学系の結像倍率をβ１とするとき、
０．２０＜｜β｜／｜β１｜＜０．５０
の条件を満足することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２３】
請求項１３乃至２２の何れか一項に記載の投影露光装置において、
前記投影光学系は投影原版側および感光性基板側の両側にテレセントリックな光学系であり、前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡はその瞳面の近傍に配置されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２４】
請求項１３乃至２３の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１中間像は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡との間の光路中に形成され、前記第２中間像は、前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡と前記第２光路折り曲げ鏡との間の光路中に形成されることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の投影露光装置において、
前記第１中間像および前記第２中間像は、前記第２結像光学系の光軸を挟んで反対側に形成されることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２６】
請求項１３乃至２５の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第２結像光学系の光軸は、前記第１結像光学系の光軸および前記第３結像光学系の光軸と直交するように設定されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の投影露光装置において、
前記第２結像光学系の光軸は直線状に延びていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２８】
請求項１３乃至２７の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面と前記第２光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面との交線は、前記第１結像光学系の光軸、前記第２結像光学系の光軸、および前記第３結像光学系の光軸と一点で交わるように設定されていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２９】
請求項１３乃至２８の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記第１光路折り曲げ鏡は、前記第１結像光学系からの光束を前記第２結像光学系へ反射するための裏面反射面を有し、
前記第２光路折り曲げ鏡は、前記第２結像光学系からの光束を前記第３結像光学系へ反射するための裏面反射面を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項３０】
請求項１３乃至２９の何れか一項記載の投影露光装置において、
前記感光性基板上における前記投影光学系の基準光軸の位置から外れた位置に前記パターンの像を形成することを特徴とする投影露光装置。
【請求項３１】
紫外領域の照明光を生成する工程と、
前記照明光により所定のパターンが形成された投影原版を照明する工程と、
請求項１乃至１２の何れか一項記載の反射屈折光学系を用いて、前記第１面上に配置された前記投影原版の前記所定のパターンの像を前記第２面上に配置された感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項３２】
投影光学系を介して投影原版上のパターンを感光性基板上へ投影露光する露光方法において、
紫外領域の照明光を前記投影原版上の前記パターンへ導く工程と、
前記パターンを介した前記照明光を屈折型の第１結像光学系へ導いて前記投影原版上のパターンの第１中間像を形成する工程と、
前記第１中間像からの光を凹面反射鏡を含む第２結像光学系へ導いて第２中間像を形成する工程と、
前記第２中間像からの光を屈折型の第３結像光学系へ導いて前記感光性基板上に最終像を形成する工程と、
前記第１結像光学系と前記第２結像光学系との間の光路中に配置された第１折り曲げ鏡により前記第１中間像へ向かう光を偏向させる工程と、
前記第２結像光学系と前記第３結像光学系との間の光路中に配置された第２折り曲げ鏡により前記第２中間像からの光を偏向させる工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の露光方法において、
前記第１光路折り曲げ鏡および前記第２光路折り曲げ鏡は、互いに空間的に重複しないように位置決めされた第１反射面および第２反射面を有することを特徴とする露光方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の露光方法において、
前記第１反射面および前記第２反射面は実質的に平面であることを特徴とする露光方法。
【請求項３５】
請求項３２乃至３４の何れか一項記載の露光方法において、
前記最終像は縮小像であることを特徴とする露光方法。
【請求項３６】
請求項３２乃至３５の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系のうちの少なくとも一方は開口絞りを有することを特徴とする露光方法。
【請求項３７】
請求項３２乃至３６の何れか一項記載の露光方法において、
前記投影光学系に対して前記投影原版と前記感光性基板とを同じ方向へ移動させながら前記投影露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項３８】
請求項３２乃至３７の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１結像光学系からの光を前記第１折り曲げ鏡で裏面反射し、前記第２結像光学系からの光を前記第２折り曲げ鏡で裏面反射することを特徴とする露光方法。
【請求項３９】
請求項３２乃至３８の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１結像光学系を構成する光学部材は直線状に延びた第１光軸に沿って配置されており、前記第３結像光学系を構成する光学部材は直線状に延びた第３光軸に沿って配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項４０】
請求項３２乃至３９の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１結像光学系および前記第３結像光学系は共通の光軸を有し、前記投影原版および前記感光性基板は重力方向に直交する面に沿って配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項４１】
請求項３２乃至４０の何れか一項記載の露光方法において、
前記第２結像光学系の結像倍率β２は、
０．８２＜｜β２｜＜１．２０
の条件を満足することを特徴とする露光方法。
【請求項４２】
請求項３２乃至４１の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１乃至第３結像光学系の合成倍率をβとし、前記第１結像光学系の結像倍率をβ１とするとき、
０．２０＜｜β｜／｜β１｜＜０．５０
の条件を満足することを特徴とする露光方法。
【請求項４３】
請求項３２乃至４２の何れか一項記載の露光方法において、
前記投影原版側および前記感光性基板側の両側はテレセントリックであり、前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡はその瞳面の近傍に配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項４４】
請求項３２乃至４３の何れか一項記載の露光方法において、
前記第１中間像は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡との間の光路中に形成され、
前記第２中間像は、前記第２結像光学系中の前記凹面反射鏡と前記第２光路折り曲げ鏡との間の光路中に形成されることを特徴とする露光方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の露光方法において、
前記第１中間像および前記第２中間像は、前記第２結像光学系の光軸を挟んで反対側に形成されることを特徴とする露光方法。
【請求項４６】
請求項３２乃至４５の何れか一項記載の露光方法において、
前記第２結像光学系の光軸は、前記第１結像光学系の光軸および前記第３結像光学系の光軸と直交するように設定されていることを特徴とする露光方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の露光方法において、
前記第２結像光学系の光軸は直線状に延びていることを特徴とする露光方法。
【請求項４８】
請求項３２乃至４７の何れか一項記載記載の露光方法において、
前記第１光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面と前記第２光路折り曲げ鏡の反射面の仮想延長面との交線は、前記第１結像光学系の光軸、前記第２結像光学系の光軸、および前記第３結像光学系の光軸と一点で交わることを特徴とする露光方法。
【請求項４９】
請求項３２乃至４８の何れか一項記載の露光方法において、
前記感光性基板上における前記第３結像光学系の基準光軸の位置から外れた位置に前記最終像を形成することを特徴とする露光方法。
【請求項５０】
請求項３２乃至４９の何れか一項記載の露光方法を用いてマイクロデバイスを製造することを特徴とするマイクロデバイス製造方法。
【請求項５１】
請求項１３乃至３０の何れか一項記載の投影露光装置を用いたリソグラフィ工程を含むことを特徴とするマイクロデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は反射屈折光学系および該光学系を備えた投影露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子など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に最適な高解像の反射屈折型の投影光学系に関する。
背景技術
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、フォトレチクルまたはレチクル（以下、総称して「レチクル」という）のパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ（また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。そして、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置の投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。その結果、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長を短くするとともに投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
たとえば、波長が１８０ｎｍ以下の露光光を用いると、０．１μｍ以下の高解像を達成することが可能である。しかしながら、照明光の波長が短くなると光の吸収が顕著となり、実用に耐え得る硝材（光学材料）の種類は限定される。特に、照明光の波長が１８０ｎｍ以下になると、実用的に使用可能な硝材は実質的に蛍石だけに限定される。その結果、屈折型の投影光学系では、色収差の補正が不可能となる。ここで、屈折型の光学系とは、パワーを有する反射鏡（凹面反射鏡または凸面反射鏡）を含むことなく、レンズ成分のような透過光学部材だけを含む光学系である。
上述のように、単一の硝材からなる屈折型の投影光学系では許容色収差に限界があり、レーザー光源の極狭帯化が必須となる。この場合、レーザー光源のコストの増大および出力の低下は免れない。また、屈折光学系では、像面湾曲量を決定するペッツバール和(Petzval Summation)を０に近づけるために、多数の正レンズおよび負レンズを配置する必要がある。これに対して、凹面反射鏡は光を収束する光学素子として正レンズに対応するが、色収差が生じない点、およびペッツバール和が負の値をとる(ちなみに正レンズは正の値をとる)点において、正レンズとは異なる。
凹面反射鏡とレンズとを組み合わせて構成された、いわゆる反射屈折光学系では、凹面反射鏡の上述の特徴を光学設計上において最大限に活用し、単純な構成にもかかわらず色収差の良好な補正や像面湾曲をはじめとする諸収差の良好な補正が可能である。しかしながら、凹面反射鏡に対する入射光束と射出光束とを如何に分離するかが最大の難点であり、この分離方式について種々の技術が提案されている。たとえば、日本国特開平８−６２５０２号公報には、投影露光装置において光軸を含まない露光領域（軸外視野）を用いる反射屈折光学系であって、光学系の途中で２回中間像を形成し、中間像の近傍で光束の分離を空間的に行うタイプの反射屈折光学系が開示されている。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学調整および機械設計が容易で、色収差をはじめとする諸収差が十分に補正され、たとえば波長が１８０ｎｍ以下の真空紫外線波長域の光を用いて０．１μｍ以下の高解像を達成することのできる反射屈折光学系を提供することを目的とする。
また、本発明の反射屈折光学系を用いて、光学調整および機械設計が容易で、色収差をはじめとする諸収差が十分に補正され、たとえば０．１μｍ以下の高解像を確保し、且つ実効露光領域の光軸からの軸外し量を小さく設定することのできる投影露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明の投影露光装置および露光方法を用いて、たとえば０．１μｍ以下の高解像で良好なマイクロデバイスを製造することのできるマイクロデバイス製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、第１形態では、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、
前記第１面の第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系と、
前記第１中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第１中間像へ向かう光束を偏向するための第１光路折り曲げ鏡と、
凹面反射鏡と少なくとも１つの負レンズとを有し、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成するための第２結像光学系と、
前記第２中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第２中間像からの光束を偏向するための第２光路折り曲げ鏡と、
前記第２中間像からの光束に基づいて前記縮小像を前記第２面上に形成するための屈折型の第３結像光学系とを備え、
前記第１中間像は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系との間の光路中に形成され、前記第２中間像は、前記第２結像光学系と前記第２光路折り曲げ鏡との間の光路中に形成されることを特徴とする反射屈折光学系を提供する。
第２形態では、投影光学系を介して投影原版上のパターンを感光性基板上へ投影露光する投影露光装置において、
前記投影光学系は、屈折型の第１結像光学系と、凹面反射鏡を含む第２結像光学系と、屈折型の第３結像光学系と、前記第１結像光学系と前記第２結像光学系との間の光路中に配置された第１光路折り曲げ鏡と、前記第２結像光学系と前記第３結像光学系との間の光路中に配置された第２光路折り曲げ鏡とを備え、
前記第１結像光学系は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記第２結像光学系との間の光路中に前記投影原版上のパターンの第１中間像を形成し、
前記第２結像光学系は、前記第２光路折り曲げ鏡と前記第３結像光学系との間の光路中に前記投影原版上のパターンの第２中間像を形成することを特徴とする投影露光装置を提供する。
第３形態では、紫外領域の照明光を生成する工程と、
前記照明光により所定のパターンが形成された投影原版を照明する工程と、
第１形態の反射屈折光学系を用いて、前記第１面上に配置された前記投影原版の前記所定のパターンの像を前記第２面上に配置された感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
第４形態では、投影光学系を介して投影原版上のパターンを感光性基板上へ投影露光する露光方法において、
紫外領域の照明光を前記投影原版上の前記パターンへ導く工程と、
前記パターンを介した前記照明光を屈折型の第１結像光学系へ導いて前記投影原版上のパターンの第１中間像を形成する工程と、
前記第１中間像からの光を凹面反射鏡を含む第２結像光学系へ導いて第２中間像を形成する工程と、
前記第２中間像からの光を屈折型の第３結像光学系へ導いて前記感光性基板上に最終像を形成する工程と、
前記第１結像光学系と前記第２結像光学系との間の光路中に配置された第１折り曲げ鏡により前記第１中間像へ向かう光を偏向させる工程と、
前記第２結像光学系と前記第３結像光学系との間の光路中に配置された第２折り曲げ鏡により前記第２中間像からの光を偏向させる工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
第５形態では、第３形態または第４形態の露光方法を用いてマイクロデバイスを製造することを特徴とするマイクロデバイス製造方法を提供する。
第６形態では、第２形態の投影露光装置を用いたリソグラフィ工程を含むことを特徴とするマイクロデバイス製造方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、本発明の反射屈折光学系の基本的な構成を説明するための図である。なお、第１図では、本発明の反射屈折光学系が投影露光装置の投影光学系に適用されているものとする。
第１図に示すように、本発明の反射屈折光学系は、第１面に配置された投影原版としてのレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。
第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像の形成位置の近傍には、第１光路折り曲げ鏡１が配置されている。第１光路折り曲げ鏡１は、第１中間像へ向かう光束または第１中間像からの光束を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。第２結像光学系Ｇ２は、凹面反射鏡ＣＭと少なくとも１つの負レンズ３とを有し、第１中間像からの光束に基づいて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（第１中間像の像であってパターンの２次像）を第１中間像の形成位置の近傍に形成する。
第２結像光学系Ｇ２が形成する第２中間像の形成位置の近傍には、第２光路折り曲げ鏡２が配置されている。第２光路折り曲げ鏡２は、第２中間像へ向かう光束または第２中間像からの光束を屈折型の第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する。ここで、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面とは、空間的に重複しないように位置決めされている。第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて、レチクルＲのパターンの縮小像（第２中間像の像であって反射屈折光学系の最終像）を、第２面に配置された感光性基板としてのウエハＷ上に形成する。
上述の構成では、複数のレンズを含む屈折光学系である第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差および正値のペッツバール和を、第２結像光学系Ｇ２の凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズ３により補償する。また、第２結像光学系Ｇ２がほぼ等倍の結像倍率を有する構成により、第１中間像の近傍に第２中間像を形成することが可能となる。本発明では、この２つの中間像の近傍において光路分離を行うことにより、露光領域（すなわち実効露光領域）の光軸からの距離すなわち軸外し量を小さく設定することができる。これは、収差補正の点で有利となるだけでなく、光学系の小型化、光学調整、機械設計、製造コストなどの点でも有利となる。
上述したように、第２結像光学系Ｇ２は、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差および正値のペッツバール和の補償を一手に負担する。このため、第２結像光学系Ｇ２を構成する凹面反射鏡ＣＭおよび負レンズ３のパワーを共に大きく設定する必要がある。したがって、第２結像光学系Ｇ２の対称性が崩れると、倍率色収差や色コマ収差のような非対称色収差の発生が大きくなり、十分な解像力を得ることができなくなってしまう。そこで、本発明では、第２結像光学系Ｇ２の結像倍率をほぼ等倍に設定し且つその瞳位置の近傍に凹面反射鏡ＣＭを配置することのできる構成を採用することにより、良好な対称性を確保し、上述の非対称色収差の発生を防ぐことに成功している。
以下、本発明の各条件式を参照して、本発明の構成についてさらに詳細に説明する。
本発明では、第２結像光学系Ｇ２の結像倍率β２が、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
０．８２＜｜β２｜＜１．２０    （１）
条件式（１）は、第２結像光学系Ｇ２の結像倍率β２について適切な範囲を規定している。
この条件式（１）を満たさない場合、光路分離のための軸外し量が大きくなり、光学系の大型化および複雑化を避けることができなくなるので好ましくない。加えて、倍率色収差や色コマ収差等の非対称色収差の発生を防ぐことができなくなるので好ましくない。
なお、条件式（１）の下限値を０．８５とし、上限値を１．１５とすることがさらに好ましい。そして、条件式（１）の下限値を０．８７とすることがより好ましい。
また、本発明では、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
｜Ｌ１−Ｌ２｜／｜Ｌ１｜＜０．１５    （２）
ここで、Ｌ１は、第１中間像と第２結像光学系Ｇ２中の凹面反射鏡ＣＭとの間の光軸に沿った距離である。また、Ｌ２は、第２中間像と第２結像光学系Ｇ２中の凹面反射鏡ＣＭとの間の光軸に沿った距離である。本発明の場合、中間像が光軸上に形成されないため、Ｌ１およびＬ２は、中間像から光軸へ垂線を下ろした際の該垂線と光軸との交点から凹面反射鏡ＣＭまでの光軸に沿った距離である。
条件式（２）は、第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像と第２結像光学系Ｇ２が形成する第２中間像との位置関係を規定している。
この条件式（２）を満たさない場合、光路分離のための軸外し量が大きくなり、光学系の大型化および複雑化を避けることができなくなるので好ましくない。
なお、条件式（２）の上限値を０．１２とすることがさらに好ましい。
また、本発明では、第１中間像は第１光路折り曲げ鏡１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中に形成され、第２中間像は第２結像光学系Ｇ２と第２光路折り曲げ鏡２との間の光路中に形成されることが好ましい。この場合、第１面と第２面との距離を短くすることができるので、光学系の安定性が増し、光学調整および機械設計が容易になる。また、投影露光装置に適用する場合には、第１面に配置されるレチクルＲと第２面に配置されるウエハＷとの距離が短くなるので、装置全体の高さを低くすることができる。
また、本発明では、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．２０＜｜β｜／｜β１｜＜０．５０    （３）
ここで、βは、反射屈折光学系（投影露光装置に適用される場合には投影光学系）の結像倍率である。また、β１は、第１結像光学系Ｇ１の結像倍率である。
条件式（３）は、全系の結像倍率βと第１結像光学系Ｇ１の結像倍率β１との比について適切な範囲を規定している。
この条件式（３）の上限値を上回ると、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２に入射する光束の角度ばらつき（角度範囲）が大きくなり、結果として反射膜の設計が困難となるので好ましくない。特に、１８０ｎｍよりも短い波長の光に対しては、使用可能な反射膜材料も限られ、広い角度帯域において反射率を高い水準で一定に保つことは難しい。また、Ｐ偏光とＳ偏光との間の反射率の差や位相変化も入射角度により変化するため、ひいては全系の結像性能の劣化につながる。
一方、この条件式（３）の下限値を下回ると、第３結像光学系Ｇ３の負担すべき倍率の負荷が高くなり、光学系の大型化を避けることができなくなるので好ましくない。
なお、条件式（３）の下限値を０．２５とし、上限値を０．４６とすることがさらに好ましい。
また、本発明では、反射屈折光学系が第１面側および第２面側の両側にテレセントリックな光学系であることが好ましい。投影露光装置に適用する場合には、投影光学系がレチクル側およびウエハ側の両側にテレセントリックな光学系であることが好ましい。この構成により、レチクルＲやウエハＷ等の位置誤差やたわみが発生した場合に、像の倍率誤差や歪みを小さく抑えることができる。なお、光学系が実質的にテレセントリックであるというためには、光束の中心を通る光線（すなわち主光線）と光軸とのなす角度が全画面内において５０分以下となることが好ましい。
また、本発明では、反射屈折光学系が両側にテレセントリックであることに加えて、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
｜Ｅ−Ｄ｜／｜Ｅ｜＜０．２４    （４）
ここで、Ｅは、第１結像光学系Ｇ１の最も像側の面とその射出瞳位置との間の光軸に沿った距離である。また、Ｄは、第１結像光学系Ｇ１の最も像側の面から第２結像光学系Ｇ２中の凹面反射鏡ＣＭまでの光軸に沿った空気換算距離である。
条件式（４）は、第１結像光学系Ｇ１の射出瞳と凹面反射鏡ＣＭとの位置関係を規定している。
この条件式（４）を満足しない場合、倍率色収差や色コマ収差等の非対称色収差の発生を良好に抑えることができなくなるので好ましくない。
なお、条件式（４）の上限値を０．１７とすることがさらに好ましい。
また、本発明では、第１光路折り曲げ鏡１の反射面の仮想延長面（平面状の反射面を無限に延長して得られる仮想面）と第２光路折り曲げ鏡２の反射面の仮想延長面との交線が、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３と一点（基準点）で交わるように設定されていることが好ましい。この構成により、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが共通光軸となるように設定することが可能となり、とりわけ３つの光軸ＡＸ１〜ＡＸ３および２つの反射面を１つの基準点に関連して位置決めすることが可能となるので、光学系の安定性が増し、光学調整および機械設計が容易となる。また、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２が第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３と直交するように設定することにより、さらに精度の高い光学調整が容易になり、光学系のさらに高い安定性を達成することができる。
また、本発明では、第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズが単一の光軸に沿って配置されていることが好ましい。この構成により、重力によるレンズのたわみが回転対称になるように設定することが可能になり、光学調整により結像性能の劣化を小さく抑えることが可能となる。特に、投影露光装置に適用された場合、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３を共通の光軸に沿って直立姿勢で使用することにより、レチクルＲおよびウエハＷを重力方向に直交する面（すなわち水平面）に沿って互いに平行に配置するとともに、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズを重力方向の単一光軸に沿って水平に配置することができる。その結果、レチクルＲ、ウエハＷ、および投影光学系を構成する大部分のレンズが水平に保持され、自重による非対称な変形を受けることなく、光学調整や機械設計や高解像度の確保などにおいて非常に有利である。
また、本発明では、反射屈折光学系（投影露光装置に適用される場合には投影光学系）を構成するすべてのレンズのうちの８５％以上の数のレンズが単一の光軸に沿って配置されていることが好ましい。この構成により、たとえば第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３を共通の光軸に沿って直立姿勢で使用すれば、光学系を構成する多数のレンズのうちのほとんどのレンズを水平に保持して自重による非対称な変形が起こらなくなるので、光学調整や機械設計や高解像度の確保などにおいてさらに有利である。
また、上述したように、第２結像光学系Ｇ２中の負レンズ３は、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差の補償を一手に負担するために、大きなパワー（屈折力）を有することが必要となる。そこで、本発明では、第２結像光学系Ｇ２が少なくとも２枚の負レンズ３を有することが好ましい。この構成により、少なくとも２枚の負レンズ３で所要のパワーを分割して負担することが可能になり、ひいては安定した光学系を構成することが可能となる。
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
第２図は、本発明の各実施例にかかる反射屈折光学系を投影光学系として備えた投影露光装置の全体構成を概略的に示す図である。なお、第２図において、投影光学系ＰＬを構成する反射屈折光学系の基準光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において第２図の紙面に平行にＹ軸を、紙面に垂直にＸ軸を設定している。また、第２図は、投影露光装置の全体構成を概略的に示すものであり、その詳細な構成については第８図〜第１０図を参照して後述する。
図示の投影露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、たとえばＦ2レーザ（発振中心波長１５７．６２４ｎｍ）を備えている。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを均一に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
レチクルＲに形成されたパターンからの光は、反射屈折型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウエハＷは、ウエハテーブル（ウエハホルダ）ＷＴを介して、ウエハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウエハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。ウエハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウエハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウエハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
第３図は、ウエハＷ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図である。
第３図に示すように、各実施例では、基準光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基準光軸ＡＸから＋Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定されている。ここで、実効露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
換言すると、各実施例では、基準光軸ＡＸから＋Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定され、基準光軸ＡＸを中心として実効露光領域ＥＲを包括するように円形状のイメージサークルＩＦの半径Ｂが規定されている。したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａに対応する距離だけ離れた位置に実効露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることになる。
また、図示の投影露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ１１）と最もウエハ側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ３１１）との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
また、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間の狭い光路には、ウエハＷおよびウエハステージＷＳなどが配置されているが、ウエハＷおよびウエハステージＷＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
このように、光源１００からウエハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
上述したように、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウエハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウエハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウエハＷとを同じ方向へ（すなわち同じ向きへ）同期的に移動（走査）させることにより、ウエハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウエハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
各実施例において、本発明の反射屈折光学系からなる投影光学系ＰＬは、第１面に配置されたレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、凹面反射鏡ＣＭと２つの負レンズ３とから構成されて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（第１中間像のほぼ等倍像であってレチクルパターンの２次像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光に基づいて第２面に配置されたウエハＷ上にレチクルパターンの最終像（レチクルパターンの縮小像）を形成するための屈折型の第３結像光学系Ｇ３とを備えている。
なお、各実施例において、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において第１中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向するための第１光路折り曲げ鏡１が配置されている。また、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において第２中間像の形成位置の近傍には、第２結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向するための第２光路折り曲げ鏡２が配置されている。各実施例において、第１中間像および第２中間像は、第１光路折り曲げ鏡１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中および第２結像光学系Ｇ２と第２光路折り曲げ鏡２との間の光路中にそれぞれ形成される。
また、各実施例において、第１結像光学系Ｇ１は直線状に延びた光軸ＡＸ１を有し、第３結像光学系Ｇ３は直線状に延びた光軸ＡＸ３を有し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とは共通の単一光軸である基準光軸ＡＸと一致するように設定されている。なお、基準光軸ＡＸは、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って位置決めされている。その結果、レチクルＲおよびウエハＷは、重力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行に配置されている。このため、各露光ごと（各レイヤごと）の重ね合わせ精度やレチクルとウエハとの同期精度を高めることができる。加えて、第１結像光学系Ｇ１を構成するすべてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズも、基準光軸ＡＸ上において水平面に沿って配置されている。
一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸと直交するように設定されている。さらに、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡ＦＭ）として一体的に構成されている。この２つの反射面の交線（厳密にはその仮想延長面の交線）が第１結像光学系Ｇ１のＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２のＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３のＡＸ３と一点で交わるように設定されている。なお、第１実施例および第２実施例では第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２がともに表面反射鏡として構成され、第３実施例では第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２がともに裏面反射鏡として構成されている。ところで、光路折り曲げ鏡ＦＭの反射面の有効領域と光軸ＡＸとの間隔を小さく設定するほど、前述した実効露光領域の軸外し量Ａは小さくなる。
各実施例において、投影光学系ＰＬを構成するすべての屈折光学部材（レンズ成分）には蛍石（ＣａＦ2結晶）を使用している。また、露光光であるＦ2 レーザ光の発振中心波長は１５７．６２４ｎｍであり、１５７．６２４ｎｍ付近においてＣａＦ2の屈折率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−２．６×１０-6の割合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋２．６×１０-6の割合で変化する。換言すると、１５７．６２４ｎｍ付近において、ＣａＦ2の屈折率の分散（ｄｎ／ｄλ）は、２．６×１０-6／ｐｍである。
したがって、第１実施例および第２実施例において、中心波長１５７．６２４ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９２３８であり、１５７．６２４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９２３５４であり、１５７．６２４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９２４０６である。一方、第３実施例において、中心波長１５７．６２４ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９３０６７であり、１５７．６２４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９３０４１であり、１５７．６２４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．５５９３０９３である。
また、各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣn としたとき、以下の数式（ａ）で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／〔１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2〕
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10
＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14            （ａ）
各実施例において、非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊印を付している。
［第１実施例］
第４図は、第１実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。なお、第１実施例では、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された投影光学系に本発明を適用している。
第４図の反射屈折光学系において、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１０とから構成されている。
また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ３１と、両凸レンズＬ３２と、両凸レンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、開口絞りＡＳと、ウエハ側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ３６と、両凸レンズＬ３７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３９と、両凹レンズＬ３１０と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１１とから構成されている。
次の第１表に、第１実施例の反射屈折光学系の諸元の値を掲げる。第１表において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。
また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１光路折り曲げ鏡１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡２の反射面から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。一方、第３結像光学系Ｇ３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
第  １  表
（主要諸元）
λ＝１５７．６２４ｎｍ
β＝−０．２５
ＮＡ＝０．７５
Ｂ＝１４．６ｍｍ
Ａ＝３ｍｍ
ＬＸ＝２２ｍｍ
ＬＹ＝６．６ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号        ｒ              ｄ            ｎ
（レチクル面）   129.131192
1        8233.14221       20.000000      1.559238 （レンズＬ１１）
2*        229.43210        8.970677
3         286.74048       31.000034      1.559238 （レンズＬ１２）
4        -803.12188        1.000000
5         666.75874       33.633015      1.559238 （レンズＬ１３）
6        -296.74142        1.000000
7         180.00000       38.351830      1.559238 （レンズＬ１４）
8       -2028.08028       13.262240
9         201.14945       12.933978      1.559238 （レンズＬ１５）
10        128.43682      221.621142
11*      -127.65364       20.866949      1.559238 （レンズＬ１６）
12       -120.00000        1.000000
13       -302.13109       23.424817      1.559238 （レンズＬ１７）
14       -150.00000        1.000000
15      -1158.54680       23.049991      1.559238 （レンズＬ１８）
16       -228.52501        1.000000
17        433.60390       22.934308      1.559238 （レンズＬ１９）
18       -656.20038        1.000000
19        188.30389       21.335899      1.559238 （レンズＬ１１０）
20        563.10068       86.000000
21           ∞         -273.261089       （第１光路折り曲げ鏡１)
22        114.73897      -12.000000      1.559238 （レンズＬ２１）
23        453.07648      -16.355803
24*       172.15013      -13.328549      1.559238 （レンズＬ２２）
25        395.88538      -28.227312
26        162.85844       28.227312         (凹面反射鏡ＣＭ)
27        395.88538       13.328549      1.559238 （レンズＬ２２）
28*       172.15013       16.355803
29        453.07648       12.000000      1.559238 （レンズＬ２１）
30        114.73897      273.261089
31           ∞          -94.835481        （第２光路折り曲げ鏡２）
32*      -774.94652      -26.931959      1.559238 （レンズＬ３１）
33        275.96516       -1.000000
34       -376.08486      -31.371246      1.559238 （レンズＬ３２）
35        388.08658       -1.000000
36       -219.25460      -29.195314      1.559238 （レンズＬ３３）
37       4359.72825      -32.809802
38        505.14516      -12.000000      1.559238 （レンズＬ３４）
39       -128.75641     -209.396172
40       -180.58054      -24.481519      1.559238 （レンズＬ３５）
41       -331.81286      -14.336339
42           ∞          -30.366910        （開口絞りＡＳ）
43      -1502.56896      -24.392042      1.559238 （レンズＬ３６）
44*       933.76923       -1.000000
45       -357.34412      -25.686455      1.559238 （レンズＬ３７）
46       2099.98513       -1.000000
47       -163.08575      -32.557214      1.559238 （レンズＬ３８）
48       -631.02443       -1.000000
49       -124.04732      -35.304921      1.559238 （レンズＬ３９）
50       -639.72650      -18.536315
51        467.75212      -40.196625      1.559238 （レンズＬ３１０）
52       -616.22436       -1.000000
53        -95.47627      -38.068687      1.559238 （レンズＬ３１１）
54           ∞          -11.016920
（ウエハ面）
（非球面データ）
２面
ｒ＝229.43210      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.174882×10-7     Ｃ6＝-0.593217×10-12
Ｃ8＝-0.194756×10-16     Ｃ10＝0.677479×10-21
Ｃ12＝-0.212612×10-25     Ｃ14＝-0.320584×10-30
１１面
ｒ＝-127.65364      κ＝0.000000
Ｃ4＝-0.130822×10-7     Ｃ6＝0.512133×10-12
Ｃ8＝0.875810×10-16     Ｃ10＝0.138750×10-19
Ｃ12＝-0.203194×10-25     Ｃ14＝0.241236×10-27
２４面および２８面（同一面）
ｒ＝172.15013      κ＝0.000000
Ｃ4＝-0.293460×10-7     Ｃ6＝-0.868472×10-12
Ｃ8＝-0.848590×10-17     Ｃ10＝-0.159330×10-22
Ｃ12＝0.868714×10-26     Ｃ14＝-0.116970×10-29
３２面
ｒ＝-774.94652      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.253400×10-7     Ｃ6＝-0.505553×10-12
Ｃ8＝0.151509×10-16     Ｃ10＝-0.433597×10-21
Ｃ12＝0.841427×10-26     Ｃ14＝0.165932×10-30
４４面
ｒ＝933.76923      κ＝0.000000
Ｃ4＝-0.140105×10-7     Ｃ6＝-0.779968×10-12
Ｃ8＝-0.148693×10-16     Ｃ10＝0.100788×10-21
Ｃ12＝-0.251962×10-25     Ｃ14＝0.104216×10-29
（条件式対応値）
β１＝−０．６２６
β２＝−０．９１９
β３＝−０．４３５
Ｌ１＝３３５．３ｍｍ
Ｌ２＝３１０．０ｍｍ
Ｅ＝４８４．８ｍｍ
Ｄ＝４４３．３ｍｍ
（１）｜β２｜＝０．９１９
（２）｜Ｌ１−Ｌ２｜／｜Ｌ１｜＝０．０７６
（３）｜β｜／｜β１｜＝０．４００
（４）｜Ｅ−Ｄ｜／｜Ｅ｜＝０．０８６
第５図は、第１実施例における横収差を示す図である。
収差図において、Ｙは像高を、実線は中心波長１５７．６２４ｎｍを、破線は１５７．６２４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５ｎｍを、一点鎖線は１５７．６２４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３ｎｍをそれぞれ示している。
収差図から明らかなように、第１実施例では、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
［第２実施例］
第６図は、第２実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。第２実施例においても第１実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された投影光学系に本発明を適用している。
第６図の反射屈折光学系において、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１０とから構成されている。
また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ３１と、両凸レンズＬ３２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４と、両凸レンズＬ３５と、開口絞りＡＳと、ウエハ側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３６と、両凸レンズＬ３７と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３９と、両凹レンズＬ３１０と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１１とから構成されている。
次の第２表に、第２実施例の反射屈折光学系の諸元の値を掲げる。第２表において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。
また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１光路折り曲げ鏡１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡２の反射面から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。一方、第３結像光学系Ｇ３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
第  ２  表
（主要諸元）
λ＝１５７．６２４ｎｍ
β＝−０．２５
ＮＡ＝０．７５
Ｂ＝１４．６ｍｍ
Ａ＝３ｍｍ
ＬＸ＝２２ｍｍ
ＬＹ＝６．６ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号        ｒ              ｄ            ｎ
（レチクル面）    74.237501
1         392.09887       18.011517      1.559238 （レンズＬ１１）
2*       1161.26854       22.550885
3        -197.82341       12.000000      1.559238 （レンズＬ１２）
4        -320.24045        1.072412
5        4535.10509       27.582776      1.559238 （レンズＬ１３）
6        -230.22207        1.003799
7         180.02979       31.376675      1.559238 （レンズＬ１４）
8      -16797.46544        1.001727
9         120.09101       49.640624      1.559238 （レンズＬ１５）
10        111.81156      146.176310
11*      -147.64267       50.000000      1.559238 （レンズＬ１６）
12       -120.00000        1.034195
13       -243.75596       21.927192      1.559238 （レンズＬ１７）
14       -150.02545        1.001112
15       -355.46587       23.499758      1.559238 （レンズＬ１８）
16       -170.06869        1.005485
17        380.97487       22.758028      1.559238 （レンズＬ１９）
18      -1174.10533        1.018161
19        162.68954       24.816537      1.559238 （レンズＬ１１０）
20*       644.69642       86.000000
21           ∞         -275.440338       （第１光路折り曲げ鏡１)
22        116.98457      -20.000000      1.559238 （レンズＬ２１）
23        556.37904      -19.644110
24*       165.29528      -22.001762      1.559238 （レンズＬ２２）
25        383.86012      -26.835741
26        170.53370       26.835741         (凹面反射鏡ＣＭ)
27        383.86012       22.001762      1.559238 （レンズＬ２２）
28*       165.29528       19.644110
29        556.37904       20.000000      1.559238 （レンズＬ２１）
30        116.98457      275.440338
31           ∞         -106.008415        （第２光路折り曲げ鏡２）
32*     -8761.14467      -25.535977      1.559238 （レンズＬ３１）
33        279.72974       -1.078193
34       -751.81935      -30.303960      1.559238 （レンズＬ３２）
35        352.73770       -1.006012
36       -178.20333      -35.675204      1.559238 （レンズＬ３３）
37      -1076.81270      -51.479106
38       1804.27479      -28.746535      1.559238 （レンズＬ３４）
39       -120.27525     -169.573423
40       -250.01576      -35.535941      1.559238 （レンズＬ３５）
41        521.40215      -35.714360
42           ∞          -24.295048        （開口絞りＡＳ）
43        152.18493      -24.773335      1.559238 （レンズＬ３６）
44*       252.15324       -4.265268
45       -995.58003      -37.825368      1.559238 （レンズＬ３７）
46        262.29146       -1.000000
47       -210.53420      -30.482411      1.559238 （レンズＬ３８）
48      -8044.39654       -1.002741
49       -124.46496      -36.754604      1.559238 （レンズＬ３９）
50       -627.72968       -9.489076
51        534.41903      -27.941522      1.559238 （レンズＬ３１０）
52      -9748.42213       -1.007391
53       -131.28658      -50.000000      1.559238 （レンズＬ３１１）
54           ∞          -12.503787
（ウエハ面）
（非球面データ）
２面
ｒ＝1161.26854      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.141234×10-7     Ｃ6＝0.566669×10-12
Ｃ8＝0.141094×10-16     Ｃ10＝-0.504032×10-20
Ｃ12＝0.747533×10-24     Ｃ14＝-0.400565×10-28
１１面
ｒ＝-147.64267      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.117741×10-6     Ｃ6＝-0.764549×10-11
Ｃ8＝-0.441188×10-15     Ｃ10＝0.122309×10-18
Ｃ12＝-0.114006×10-22     Ｃ14＝0.478194×10-27
２０面
ｒ＝644.69642       κ＝0.000000
Ｃ4＝0.378434×10-7     Ｃ6＝-0.751663×10-12
Ｃ8＝0.247735×10-16     Ｃ10＝-0.222239×10-20
Ｃ12＝0.256558×10-24     Ｃ14＝-0.235204×10-28
２４面および２８面（同一面）
ｒ＝165.29528      κ＝0.000000
Ｃ4＝-0.236840×10-7     Ｃ6＝-0.766085×10-12
Ｃ8＝-0.122244×10-16     Ｃ10＝-0.209608×10-21
Ｃ12＝0.109632×10-25     Ｃ14＝-0.837618×10-30
３２面
ｒ＝-8761.14467      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.138366×10-7     Ｃ6＝-0.162646×10-12
Ｃ8＝0.264075×10-17     Ｃ10＝0.265565×10-22
Ｃ12＝-0.494187×10-26     Ｃ14＝-0.786507×10-31
４４面
ｒ＝252.15324      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.697432×10-8     Ｃ6＝-0.714444×10-12
Ｃ8＝0.747474×10-17     Ｃ10＝-0.699569×10-21
Ｃ12＝0.228691×10-25     Ｃ14＝-0.160543×10-29
（条件式対応値）
β１＝−０．６５０
β２＝−０．８８５
β３＝−０．４３４
Ｌ１＝３４７．８ｍｍ
Ｌ２＝３１１．９ｍｍ
Ｅ＝４５３．１ｍｍ
Ｄ＝４７３．４ｍｍ
（１）｜β２｜＝０．８８５
（２）｜Ｌ１−Ｌ２｜／｜Ｌ１｜＝０．１０３
（３）｜β｜／｜β１｜＝０．３８５
（４）｜Ｅ−Ｄ｜／｜Ｅ｜＝０．０４５
第７図は、第２実施例における横収差を示す図である。
収差図において、Ｙは像高を、実線は中心波長１５７．６２４ｎｍを、破線は１５７．６２４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５ｎｍを、一点鎖線は１５７．６２４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３ｎｍをそれぞれ示している。
収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
［第３実施例］
ところで、第１実施例および第２実施例では、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２をともに表面反射鏡として構成している。また、第１実施例および第２実施例において第１光路折り曲げ鏡１の反射面および第２光路折り曲げ鏡２の反射面へ入射する光束の角度幅は、反射屈折光学系の像側開口数に比例して大きくなる。この場合、誘電体多層膜で反射面を形成すると、反射率が入射角度によって変化し、反射波の位相が入射角度によってずれ、良好な角度特性を確保することが困難である。したがって、広い範囲の入射角度に対して反射率がほぼ一定になるような良好な角度特性を得るために、金属膜で反射面を形成することが好ましい。しかしながら、酸素が僅かでも含まれる雰囲気中で金属がＦ2レーザの照射を受けると、反射率の低下が起こる。
そこで、第３実施例では、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２をともに裏面反射鏡として構成している。具体的には、第１３Ｂ図に示すように、第１光路折り曲げ鏡１は、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１に垂直な入射面１ａと、光軸ＡＸ１に対して４５度の角度で斜設された反射面１ｂと、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２に垂直な射出面１ｃとを有する直角プリズムとして形成されている。また、第２光路折り曲げ鏡２は、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２に垂直な入射面２ａと、光軸ＡＸ２に対して４５度の角度で斜設された反射面２ｂと、第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３に平行な射出面２ｃとを有する直角プリズムとして形成されている。
なお、第１光路折り曲げ鏡１と第２光路折り曲げ鏡２とは、１つの光路折り曲げ鏡ＦＭとして一体的に構成されている。そして、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが、直線状に延びて単一の共通光軸すなわち基準光軸ＡＸを構成するように設定されている。また、第１光路折り曲げ鏡１の裏面反射面１ｂと第２光路折り曲げ鏡２の裏面反射面２ｂとの交線が、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３の軸ＡＸ３と一点（基準点）で交わるように設定されている。
上述したように、第３実施例では、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２が、ともに裏面反射鏡として構成されている。したがって、第１光路折り曲げ鏡１の裏面反射面１ｂおよび第２光路折り曲げ鏡２の裏面反射面２ｂが、酸素を含む雰囲気中でＦ2レーザの照射を受けることがない。その結果、広い範囲の入射角度に対して反射率がほぼ一定になるような良好な角度特性を得るために反射面を金属膜で形成しても、Ｆ2レーザの照射による反射率の低下を回避することができる。
なお、第１中間像や第２中間像の形成位置の近傍に第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２の反射面（１ｂ，２ｂ）や透過面（１ａ，１ｃ，２ａ，２ｃ）があると、これらの面の傷、コートの欠陥、ゴミなどがウエハ面に転写される。また、レチクルＲからウエハＷまでの長さをなるべく小さく設定するほうが、装置の小型化を図ることができ、輸送時にも有利になる。そこで、第３実施例では、第１光路折り曲げ鏡１の射出面１ｃと凹面反射鏡ＣＭとの間に第１中間像を形成し、凹面反射鏡ＣＭと第２光路折り曲げ鏡２の入射面２ａとの間に第２中間像を形成している。以下、第３実施例を具体的に説明する。
第１３図は、第３実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差を含む諸収差が補正された投影光学系に本発明を適用している。
第１３図の反射屈折光学系において、第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順に、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８と、両凸レンズＬ１９と、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１０とから構成されている。
また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ３１と、両凸レンズＬ３２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４と、両凸レンズＬ３５と、開口絞りＡＳと、ウエハ側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３６と、両凸レンズＬ３７と、両凸レンズＬ３８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３９と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１０と、ウエハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１１とから構成されている。
次の第３表に、第３実施例の反射屈折光学系の諸元の値を掲げる。第３表において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍率）を、ＮＡは像側（ウエハ側）開口数を、ＢはウエハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。
また、面番号は物体面（第１面）であるレチクル面から像面（第２面）であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。
なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号は、第１光路折り曲げ鏡１の反射面から凹面反射鏡ＣＭまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡２の反射面から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチクル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。一方、第３結像光学系Ｇ３では、レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半径を負としている。
第  ３  表
（主要諸元）
λ＝１５７．６２４ｎｍ
β＝−０．２５
ＮＡ＝０．７５
Ｂ＝１４．６ｍｍ
Ａ＝３ｍｍ
ＬＸ＝２２ｍｍ
ＬＹ＝６．６ｍｍ
（光学部材諸元）
面番号        ｒ              ｄ            ｎ
（レチクル面）    78.905334
1         342.16576       16.022696      1.559307 （レンズＬ１１）
2*        991.85390       17.753350
3        -219.16547       12.000000      1.559307 （レンズＬ１２）
4        -320.00000        1.000000
5        2955.64579       26.141043      1.559307 （レンズＬ１３）
6        -246.44297        1.000000
7         194.21831       26.260817      1.559307 （レンズＬ１４）
8        1329.96976        1.000000
9         107.60955       40.108611      1.559307 （レンズＬ１５）
10        113.33032      159.676621
11*      -148.84038       49.913127      1.559307 （レンズＬ１６）
12       -120.00000        1.000000
13       -222.95345       20.859126      1.559307 （レンズＬ１７）
14       -150.00000        1.000000
15       -401.55577       23.223530      1.559307 （レンズＬ１８）
16       -183.82866        1.000000
17        521.59548       25.488040      1.559307 （レンズＬ１９）
18       -467.35041        1.000000
19        163.47702       24.187152      1.559307 （レンズＬ１１０）
20*       493.47675       59.076923
21            ∞          42.000000      1.559307 （第１光路折り曲
げ鏡１の入射面）
22            ∞          -5.000000      1.559307 （第１光路折り曲
げ鏡１の反射面）
23            ∞        -288.258092         （第１光路折り曲げ鏡１
の射出面）
24        117.68987      -20.000000      1.559307 （レンズＬ２１）
25        494.06295      -20.317103
26*       162.15533      -23.222125      1.559307 （レンズＬ２２）
27        424.56556      -30.146320
28        174.51441       30.146320      （凹面反射鏡ＣＭ）
29        424.56556       23.222125      1.559307 （レンズＬ２２）
30*       162.15533       20.317103
31        494.06295       20.000000      1.559307 （レンズＬ２１）
32        117.68987      288.258092
33            ∞           5.000000      1.559307 （第２光路折り曲
げ鏡２の入射面）
34            ∞         -42.000000      1.559307 （第２光路折り曲
げ鏡２の反射面）
35            ∞         -75.000000         （第２光路折り曲げ鏡２
の射出面）
36*     -4472.59851      -25.928698      1.559307 （レンズＬ３１）
37        261.48119       -1.000000
38       -702.65223      -25.574812      1.559307 （レンズＬ３２）
39        484.70684       -1.000000
40       -171.00841      -36.095030      1.559307 （レンズＬ３３）
41       -824.20256      -52.106994
42      11305.93183      -29.474446      1.559307 （レンズＬ３４）
43       -116.92116     -179.952947
44       -250.00000      -35.678589      1.559307 （レンズＬ３５）
45        613.05439      -28.469304
46            ∞         -24.889346      （開口絞りＡＳ）
47        165.48519      -20.183765      1.559307 （レンズＬ３６）
48*       279.53959       -1.000000
49      -1112.01574      -39.557019      1.559307 （レンズＬ３７）
50        293.63544       -1.000000
51       -227.08614      -39.175338      1.559307 （レンズＬ３８）
52       3890.58196       -8.150754
53       -120.00000      -39.612810      1.559307 （レンズＬ３９）
54       -519.19928      -10.442215
55        457.48024      -21.591566      1.559307 （レンズＬ３１０）
56       2169.78959       -1.000000
57       -132.52125      -50.000000      1.559307 （レンズＬ３１１）
58            ∞         -12.499991
（ウエハ面）
（非球面データ）
２面
ｒ＝991.85390        κ＝0.000000
Ｃ4＝0.117208×10-7     Ｃ6＝0.310236×10-12
Ｃ8＝0.401356×10-17     Ｃ10＝-0.265435×10-20
Ｃ12＝0.412618×10-24     Ｃ14＝-0.238346×10-28
１１面
ｒ＝-148.84038      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.637735×10-7      Ｃ6＝-0.462907×10-11
Ｃ8＝-0.137097×10-15     Ｃ10＝0.475629×10-19
Ｃ12＝-0.370236×10-23     Ｃ14＝0.833198×10-28
２０面
ｒ＝493.47675       κ＝0.000000
Ｃ4＝0.280809×10-7     Ｃ6＝-0.360031×10-12
Ｃ8＝0.929800×10-17     Ｃ10＝-0.100162×10-20
Ｃ12＝0.116050×10-24     Ｃ14＝-0.979417×10-29
２６面および３０面（同一面）
ｒ＝162.15533      κ＝0.000000
Ｃ4＝-0.235140×10-7     Ｃ6＝-0.709685×10-12
Ｃ8＝-0.957183×10-17     Ｃ10＝-0.947024×10-22
Ｃ12＝0.274134×10-26     Ｃ14＝-0.469484×10-30
３６面
ｒ＝-4472.59851      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.108255×10-7     Ｃ6＝-0.135832×10-12
Ｃ8＝0.188102×10-17     Ｃ10＝-0.163001×10-22
Ｃ12＝0.128506×10-26     Ｃ14＝-0.312367×10-30
４８面
ｒ＝279.53959      κ＝0.000000
Ｃ4＝0.176353×10-7     Ｃ6＝-0.889127×10-12
Ｃ8＝0.132824×10-16     Ｃ10＝-0.701110×10-21
Ｃ12＝0.104172×10-25     Ｃ14＝-0.327893×10-30
（条件式対応値）
β１＝−０．６５０
β２＝−０．８６５
β３＝−０．４４５
Ｌ１＝３２０．８ｍｍ
Ｌ２＝３６５．２ｍｍ
Ｅ＝４６６．７ｍｍ
Ｄ＝４５５．６ｍｍ
（１）｜β２｜＝０．８６５
（２）｜Ｌ１−Ｌ２｜／｜Ｌ１｜＝０．１３８
（３）｜β｜／｜β１｜＝０．３８５
（４）｜Ｅ−Ｄ｜／｜Ｅ｜＝０．０２４
第１４図は、第３実施例における横収差を示す図である。
収差図において、Ｙは像高を、実線は中心波長１５７．６２４ｎｍを、破線は１５７．６２４ｎｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５ｎｍを、一点鎖線は１５７．６２４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３ｎｍをそれぞれ示している。
収差図から明らかなように、第３実施例においても第１実施例および第２実施例と同様に、波長幅が１５７．６２４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に補正されていることがわかる。
以上のように、第１実施例〜第３実施例では、中心波長が１５７．６２４ｎｍのＦ2レーザ光に対して、０．７５の像側ＮＡを確保するとともに、ウエハＷ上において色収差をはじめとする諸収差が十分に補正された半径が１４．６ｍｍのイメージサークルを確保することができる。したがって、２２ｍｍ×６．６ｍｍと十分に大きな矩形状の実効露光領域を確保した上で、０．１μｍ以下の高解像を達成することができる。
また、第１実施例〜第３実施例では、第２結像光学系Ｇ２がほぼ等倍の結像倍率β２を有し、互いに近接して形成される２つの中間像の近傍において光路分離を行っているので、ウエハＷ上において軸外し量Ａを３ｍｍと非常に小さく設定することができる。その結果、半径が１４．６ｍｍと比較的小さなイメージサークルにおいて２２ｍｍ×６．６ｍｍと比較的大きな矩形状の実効露光領域を確保することができ、収差補正、小型化、光学調整、機械設計、製造コストなどの点で非常に優れた光学系を実現することができる。
さらに、第１実施例〜第３実施例では、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３が共通の基準光軸ＡＸに沿って直立姿勢で使用されているので、レチクルＲおよびウエハＷを重力方向に直交する面（すなわち水平面）に沿って互いに平行に配置するとともに、第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズを重力方向の単一光軸ＡＸに沿って水平に配置することができる。その結果、レチクルＲ、ウエハＷ、および投影光学系ＰＬを構成する大部分のレンズ（各実施例とも数において９１％）が水平に保持され、自重による非対称な変形を受けることなく、光学調整や機械設計や高解像度の確保が容易な構成となっている。
また、第１実施例〜第３実施例では、第１光路折り曲げ鏡１および第２光路折り曲げ鏡２の反射面の交線が第１結像光学系Ｇ１のＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２のＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３のＡＸ３と一点（基準点）で交わるように設定されている。そして、第１光路折り曲げ鏡１と第２光路折り曲げ鏡２とは、上面および下面が直角二等辺三角形状である三角柱状の部材、すなわち１つの光路折り曲げ鏡ＦＭとして一体的に形成されている。その結果、３つの光軸ＡＸ１〜ＡＸ３および光路折り曲げ鏡ＦＭの稜線を１つの基準点に関連して位置決めすることが可能となるので、光学系の安定性が増し、光学調整および機械設計が容易である。加えて、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２が第１結像光学系Ｇ１および第３結像光学系Ｇ３の共通光軸である基準光軸ＡＸと直交するように設定されているので、さらに精度の高い光学調整が容易であり、光学系がさらに高い安定性を有する。
なお、第１〜第３実施例では、上述の通り第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線が第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３と一点（基準点）で交わるように設定されているが、第１５図および第１６図に示したように、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線は、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３の交点に位置しない構成も可能である。
ここで、第１５図は、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが一致する構成において、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線が、第１結像光学系の光軸ＡＸ１および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３に対して凹面反射鏡ＣＭと反対側に位置する構成を示す。
また、第１６図は、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが一致する構成において、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線が、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３に対して凹面反射鏡ＣＭと同じ側に位置する構成を示す。
また、上述の実施例では、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２とが直交し、且つ第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが直交しているが、第１７図に示すように、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２とが直交することなく、且つ第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが直交しないように構成しても良い。
また、上述の実施例では、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが一致する構成であったが、第１８図に示すように第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが互いに平行にシフトする構成も可能である。ここで、第１８図に示した例では、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線が第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３と一致していないが、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線を、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２との交点、或いは第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３との交点と一致させる構成であっても良い。
また、上述の実施例では、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが互いに平行（一致）としたが（第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２とが直交し、且つ第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とが直交としたが）、第１９図に示したように第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とを互いに非平行とする構成も可能である。なお、第１９図の構成では、第１光路折り曲げ鏡１の反射面と第２光路折り曲げ鏡２の反射面との交線が第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３と一点（基準点）で交わるように設定されているが、第１５図および第１６図で示したように基準点で交わらないように構成しても良い。
次に、第２図に示す本実施形態の投影露光装置のさらに詳細な構成について説明する。
第８図は、第２図に示す本実施形態の投影露光装置の全体構成を示す図である。また、第９図は、第８図の投影露光装置の一部を構成する照明光学系に関連する部分を示す拡大図である。さらに、第１０図は、第８図の投影露光装置の一部を構成する投影光学系に関連する部分を示す拡大図である。
まず、第８図および第９図を参照して、照明光学系ＩＬに関連する部分の詳細な構成について説明する。
図示の投影露光装置は、例えば自然発振（半値幅１．５ｐｍ以下）で用いられる中心波長１５６．６２４ｎｍのＦ2レーザ光源１００を備えている。ただし、本発明では、１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源、２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源、１２６ｎｍのＡｒ2レーザ光源などの適用を妨げない。なお、光源１００は、露光装置本体が設置される床の階下の床に配置しても良い。この場合、露光装置本体の専有面積（フット・プリント）を小さくでき、かつ露光装置本体への振動の影響も低減できる。
光源１００からの光は、ビーム・マッチング・ユニット（ＢＭＵ）１０１を介して、第１照明系ケーシング１１０の内部へ導かれる。第１照明系ケーシング１１０は、その内部に可動光学素子を収納しており、ベースプレート２００上の支持部材２１０により支持されている。ビーム・マッチング・ユニット１０１は、光源１００と露光装置本体との間の光路をマッチングさせる可動ミラーを含んでいる。なお、光源１００とビーム・マッチング・ユニット１０１との間の光路は筒１０２によって光学的に接続され、ビーム・マッチング・ユニット１０１と第１照明系ケーシング１１０との間の光路は筒１０３によって光学的に接続されている。そして、筒１０２および筒１０３の光路内には、窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）が充填されている。
第１照明系ケーシング１１０の内部に導かれた光は、マイクロ・フライアイ・レンズ１１１（第１フライアイレンズ相当の光学系）、およびアフォーカル・ズーム・リレー光学系（両側テレセントリックなズーム光学系）を構成する各レンズ群（１１２，１１３）を介した後、複数の回折アレイ光学素子または屈折アレイ光学素子を載置したターレット１１４に達する。ここで、マイクロ・フライアイ・レンズ１１１は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロ・フライアイ・レンズは、たとえば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。また、回折アレイ光学素子としては、米国特許第５，８５０，３００号に開示されているものを用いることができ、屈折アレイ光学素子としてはＷＯ９９／４９５０５号に開示されている素子をエッチングの手法を用いて１枚の基板上に形成したものを用いることができる。
ターレット１１４が支持する複数の回折アレイ光学素子または屈折アレイ光学素子のうち、照明光路中に位置決めされた１つの回折または屈折アレイ光学素子を介した光は、フォーカル・ズーム光学系（１１５，１１６）を介して、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７へ入射する。ここで、フォーカル・ズーム光学系（１１５，１１６）の前側焦点位置は、ターレット１１４の回折または屈折アレイ光学素子の近傍に位置決めされる。また、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７は、第２フライアイレンズ相当の光学系であるが、フライアイレンズよりもはるかに微小な多数の微小レンズから構成されており非常に大きな波面分割効果が得られるので、その射出側（後側焦点面）に照明開口絞りを備えていない。なお、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７を、光軸に沿って間隔を隔てた一対のマイクロ・フライアイ・レンズで構成し、その屈折面に非球面を導入してもよい。この構成により、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７におけるコマ収差の発生を良好に抑え、ひいてはレチクル上での照度ムラの発生を良好に抑えることができる。また、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７の後側焦点面の近傍に、虹彩絞り、輪帯開口、及び４重極開口を備えるターレット型の絞りを配置しても良い。
マイクロ・フライアイ・レンズ１１７から射出された光は、コンデンサ光学系（１１８，１１９）を介して、可動ブラインド機構１２０を重畳的に照明する。可動ブラインド機構１２０の前側焦点位置は、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７により形成される面光源（複数の光源像）位置近傍に位置決めされている。可動ブラインド機構１２０は、スリット状の開口部を有する固定照明視野絞り（固定ブラインド）１２１と、照明視野領域の走査方向の幅を可変とするための可動ブラインド１２２とを備えている。可動ブラインド１２２によって、レチクルステージの走査方向の移動ストロークの低減、及びレチクルの遮光帯の幅の低減を図ることができる。なお、固定ブラインド１２１がレチクルと共役に配置されている。可動ブラインド機構１２０の動作については、日本国特開平４−１９６５１３号に開示されている。
可動ブラインド機構１２０を通過した光は、第１照明系ケーシング１１０から出て、第２照明系ケーシング１３０の内部へ導かれる。第２照明系ケーシング１３０の内部には、照明視野絞りをレチクル上に所定の拡大倍率で再結像させるための照明視野絞り結像光学系が納められている。照明視野絞り結像光学系を構成する各レンズ群（１３１〜１３４）および光路折り曲げ鏡（１３５，１３６）は第２照明系ケーシング１３０に固定されているため、振動源にはならない。第２照明系ケーシング１３０は、ベースプレート２００上の支持部材２１１により支持されている。なお、照明視野絞り結像光学系の倍率は、等倍であっても縮小倍率であっても良い。
ところで、第１照明系ケーシング１１０には、アフォーカル・ズーム・リレー光学系の各レンズ群（１１２，１１３）を光軸方向へ駆動するための駆動ユニット（１４２，１４３）が設けられている。駆動ユニット（１４２，１４３）は、照明光路内の汚染を防止するために、第１照明系ケーシング１１０の外側に取り付けられている。また、ターレット１１４を回転駆動させるための駆動ユニット１４４、およびフォーカル・ズーム光学系を構成する各レンズ群（１１５，１１６）を光軸方向へ駆動するための駆動ユニット（１４５，１４６）が、照明光路内の汚染を防止するために、第１照明系ケーシング１１０の外側に取り付けられている。
さらに、コンデンサ光学系を構成する各レンズ群（１１８，１１９）を光軸方向へ駆動すると共に、少なくとも一方のレンズ群を光軸と直交する軸を中心として回転させ、他方のレンズ群を光軸と直交する方向へ移動させる（偏心させる）ための駆動ユニット（１４７，１４８）が、第１照明系ケーシング１１０の外側に取り付けられている。各レンズ群（１１８，１１９）の光軸方向への移動により、コンデンサ光学系の焦点距離を変化させて、レチクル面上に、ひいてはウエハ面上に形成される照明領域の大きさおよび照明ＮＡ（開口数）を互いに独立に適宜変更することができる。また、各レンズ群（１１８，１１９）の回転・偏心により、ウエハ面上での傾斜方向の照度、及び傾斜方向のテレセントリック性のコントロールが可能になる。また、上述の照野可変とは別に、一方のレンズ群を光軸方向へ移動させることにより、ウエハ面上での光軸に対称な照度コントロールが可能となる。
また、第１照明系ケーシング１１０の外側には、その内部に窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を流入させるための配管１５１、および第１照明系ケーシング１１０から窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を排出させるための配管１５２が設けられている。そして、配管（１５１，１５２）には、ガス流入量／流出量をコントロールするための弁（１６１，１６２）がそれぞれ設けられている。なお、不活性ガスがヘリウムの場合、配管（１５１，１５２）は、例えば日本国特開平１１−２１９９０２号（ＷＯ９９／２５０１０号）に開示されたヘリウム回収・再生装置に接続されている。
一方、第２照明系ケーシング１３０の外側には、その内部に窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を流入させるための配管１５３、および第２照明系ケーシング１３０から窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を排出させるための配管１５４が設けられている。そして、配管（１５３，１５４）には、ガス流入量／流出量をコントロールするための弁（１６３，１６４）がそれぞれ設けられている。なお、不活性ガスがヘリウムの場合、配管（１５３，１５４）も、上記ヘリウム回収・再生装置に接続されている。
さらに、第１照明系ケーシング１１０と可動ブラインド機構１２０とを接続するためのベローズ１７０、および可動ブラインド機構１２０と第２照明系ケーシング１３０とを接続するためのベローズ１７１が設けられている。ベローズ（１７０，１７１）は、ある程度の可撓性を有するがそれ程変形量が大きくなく、且つ脱ガスが少ない材料、例えば金属、またはゴム・樹脂をアルミコートしたもの等で形成されている。
以上のように構成された照明光学系ＩＬでは、レーザー光源１００からマイクロ・フライアイ・レンズ１１１に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源像が形成される。マイクロ・フライアイ・レンズ１１１の後側焦点面に形成された多数の光源像（面光源）からの光束は、アフォーカル・ズーム・リレー光学系（１１２，１１３）を介して、ターレット１１４によって照明光路中に配置された１つの回折アレイ光学素子、たとえば輪帯変形照明用の回折光学素子に入射する。輪帯変形照明用の回折光学素子を介してリング状に変換された光束は、フォーカル・ズーム光学系（１１５，１１６）を介して、その後側焦点面に、ひいてはマイクロ・フライアイ・レンズ１１７の入射面に輪帯状の照野を形成する。
マイクロ・フライアイ・レンズ１１７に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源像がそれぞれ形成される。こうして、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７の後側焦点面には、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（二次面光源）が形成される。この二次面光源からの光は、コンデンサ光学系（１１８，１１９）の集光作用を受けた後、レチクルＲと光学的に共役な所定面を重畳的に照明する。こうして、この所定面に配置された固定ブラインド１２１上に、マイクロ・フライアイ・レンズ１１７を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。可動ブラインド機構１２０の固定ブラインド１２１および可動ブラインド１２２を介した光束は、照明視野絞り結像光学系（１３１〜１３４）の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたレチクルＲを重畳的に均一照明する。
ここで、ターレット１１４によって照明光路中に配置される回折アレイ光学素子または屈折アレイ光学素子を切り換えることにより、輪帯変形照明や多重極（たとえば２極（２つ目）状、４極（４つ目）状、８極（８つ目）状など）変形照明のような変形照明および通常円形照明を行うことができる。また、たとえば輪帯変形照明の場合、アフォーカル・ズーム・リレー光学系（１１２，１１３）の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）およびその形状（輪帯比）をともに変更することができる。さらに、フォーカル・ズーム光学系（１１５，１１６）の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、アフォーカル・ズーム・リレー光学系（１１２，１１３）の倍率とフォーカル・ズーム光学系（１１５，１１６）の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
次いで、第８図および第１０図を参照して、投影光学系ＰＬに関連する部分の詳細な構成について説明する。
図示の投影露光装置は、クリーンルームの床上に水平に設置され、装置の基準となるベースプレート（フレームキャスタ）２００を備えている。ベースプレート２００上には、複数の支持部材（２２１，２２２）が立設されている。図面には２本の支持部材しか示されていないが、実際には４本の支持部材が立設されている。なお、支持部材を３本としても良い。
各支持部材（２２１，２２２）には、床面からの振動をマイクロＧレベルで絶縁するための防振ユニット（２３１，２３２）がそれぞれ取り付けられている。防振ユニット（２３１，２３２）では、内圧が制御可能なエアマウントと電磁アクチュエータ（例えばボイスコイルモータ）とが並列あるいは直列に配置されている。防振ユニット（２３１，２３２）の作用により、投影光学系を保持するコラム２４０には床面からの振動の伝達が低減される。コラム２４０上には、レチクルステージ定盤３０１を支持する複数の支持部材（２５１，２５２）が立設されている。図中、支持部材（２５１，２５２）が２本しか示されていないが、実際には４本（３本でも良い）である。
図示の投影露光装置は、レチクルベース定盤３０１上に浮上支持されたレチクルステージＲＳを備えている。レチクルステージＲＳは、レチクルＲをレチクルベース定盤３０１上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動すると共に、Ｘ軸、Ｙ軸方向及びθｚ（Ｚ軸回りの回転方向）に微小駆動することができるように構成されている。なお、レチクルステージＲＳとしては、レチクルベース定盤とレチクルステージとの間のレチクルベース、及びレチクルステージを備え、レチクルステージの移動方向と逆方向に運動量を保存するようにレチクルベースを移動させるものを用いても良い。このようなレチクルステージは、例えば日本国特開平１１−２５１２１７号に開示される。また、レチクルステージとしては、日本国特開平１０−２０９０３９号や日本国特開平１０−２１４７８３号に開示されるような２枚のレチクルをＹ軸方向（走査方向）に沿って保持するものを用いても良い。
レチクルベース定盤３０１上には、レチクルステージＲＳのＸＹ方向の位置や移動量を計測するためのレチクル干渉計ＲＩＦが設けられている。なお、レチクルステージＲＳの端部が反射面となっており、この反射面がレチクル干渉計ＲＩＦの移動鏡となっている。また、レチクルベース定盤３０１上には、レチクルＲ近傍の光路を不活性ガス（窒素、ヘリウム等）で密閉した空間を形成するためのレチクル室隔壁３１０が設けられている。なお、図示なきレチクルストッカからレチクルを搬入・搬出するための扉は、図示を省略している。また、レチクル室へのレチクルの搬入に先立ってレチクルを一時的に収納して内部の気体を不活性ガスに置換するためのレチクル予備室を、レチクル室に隣接して設けても良い。
レチクル室隔壁３１０と第２照明系ケーシング１３０とを接続するためのベローズ３２１が設けられているが、このベローズ３２１の材料はたとえば上述のベローズ（１７０，１７１）と同じである。レチクル室隔壁３１０の外側には、レチクル室内に窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を流入させるための配管３３１、およびレチクル室から窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を排出させるための配管３３２が設けられている。なお、不活性ガスがヘリウムの場合、配管（３３１，３３２）も、前述したヘリウム回収・再生装置に接続されている。
配管（３３１，３３２）には、ガス流入量／流出量をコントロールするための弁（３４１，３４２）が設けられている。また、レチクルベース定盤３０１と投影光学系とを接続するベローズ３５１が設けられている。ベローズ３５１の材料も、たとえばベローズ３２１と同じである。こうして、レチクル室隔壁３１０、およびベローズ（３２１，３５１）の作用により、レチクルＲ近傍の空間が密閉される。
図示の投影露光装置はまた、ウエハステージ定盤４０１を備えている。ウエハステージ定盤４０１は、床面からの振動をマイクロＧレベルで絶縁するための防振ユニット（４１１，４１２）の作用によって、ベースプレート２００上で水平に支持されている。防振ユニット（４１１，４１２）では、内圧が制御可能なエアマウントと電磁アクチュエータ（例えばボイスコイルモータ）とが並列あるいは直列に配置されている。ウエハステージ定盤４０１上には、ＸＹ方向へ移動可能に構成されたウエハステージＷＳが浮上載置されている。
ウエハステージＷＳは、θｘ（Ｘ軸回りの回転方向）およびθｙ（Ｙ軸回りの回転方向）の２軸方向に傾き可能とし且つＺ軸方向へ移動可能とするためのＺ・レベリングステージと、θｚ（Ｚ軸回りの回転方向）方向へ移動可能とするためのθステージとを含んでいる。ウエハステージＷＳとしては、例えば日本国特開平８−６３２３１号公報に開示されたものを用いることができる。また、日本国特開平１０−１６３０９７号、日本国特開平１０−１６３０９８号、日本国特開平１０−１６３０９９号、日本国特開平１０−１６３１００号、日本国特開平１０−２０９０３９号、または日本国特開平１０−２１４７８３号、あるいはＷＯ９８／２８６６５号またはＷＯ９８／４０７９１号に記載されるように、２つのウエハステージを設けても良い。
ウエハステージＷＳ上には、ウエハＷを真空吸着及び／又は静電吸着して載置するためのウエハテーブル（ウエハホルダ）ＷＴが設けられている。また、ウエハステージ定盤４０１上には、ウエハＷ近傍の光路を不活性ガス（窒素、ヘリウム等）で密閉した空間を形成するためのウエハ室隔壁４１１が設けられている。なお、図示なきウエハストッカからウエハを搬入・搬出するための扉は、図示を省略している。また、ウエハ室へのウエハの搬入に先立ってウエハを一時的に収納して内部の気体を不活性ガスに置換するためのウエハ予備室を、ウエハ室に隣接して設けても良い。
投影光学系の鏡筒（あるいはコラム２４０）には、センサカラムＳＣが固定されている。このセンサカラムＳＣには、ウエハＷ上のアライメントマークのＸＹ２次元方向の位置を光学的に計測するためのアライメントセンサ４２１、ウエハのＺ軸方向（光軸方向）の位置及びθｘ，θｙ，θｚの３軸方向の傾きを検出するためのオートフォーカス・レベリングセンサ４２２、及びウエハテーブルＷＴのＸＹ方向の位置や移動量を計測するためのウエハ干渉計ＷＩＦが取り付けられている。
アライメントセンサ４２１は、ウエハＷ上のアライメントマークを、ハロゲンランプ等の広波長域光で照明し、このマーク画像を画像処理することによりマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）系、レーザ光をマークに照射して、マークにて回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測するＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、及び回折格子状のアライメントマークに周波数をわずかに異ならせたレーザ光を２方向から照射し、マークにて発生した２つの回折光同士を干渉させて、その位相からマークの位置情報を検出するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）系のうち、少なくとも１つを適用できる。
オートフォーカス・レベリングセンサ４２２は、ウエハＷの被露光面が投影光学系の像面に焦点深度の範囲内で合致（合焦）しているか否かを検出する。このオートフォーカス・レベリングセンサ４２２は、マトリックス状に配置された複数箇所の検出点のＺ軸方向の位置を検出するものを適用できる。なお、この場合、複数箇所の検出点は、投影光学系が形成するスリット状の露光領域を包含する範囲に設定される。
ウエハ干渉計ＷＩＦは、ウエハステージＷＳのＸＹ方向の位置や移動量を計測する。ウエハステージＷＳの端部が反射面となっており、この反射面がウエハ干渉計ＷＩＦの移動鏡となっている。ウエハ室隔壁４１１の外側には、ウエハ室内に窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を流入させるための配管４３１、およびウエハ室から窒素、あるいはヘリウム等の希ガス（不活性ガス）を排出させるための配管４３２が設けられている。
なお、不活性ガスがヘリウムの場合、配管（４３１，４３２）も、上述のヘリウム回収・再生装置に接続されている。配管（４３１，４３２）には、ガス流入量／流出量をコントロールするための弁（４４１，４４２）がそれぞれ設けられている。ウエハステージ定盤４０１上には、ウエハ室隔壁４１１とセンサカラムＳＣとを接続するベローズ４５１が立設されている。ベローズ４５１の材料は、たとえば上述のベローズ３２１と同じである。こうして、ウエハ室隔壁４１１およびベローズ４５１の作用により、ウエハＷ近傍の空間が密閉される。
図示の投影露光装置はさらに、投影光学系内のパージ空間の蓋の機能を有する平行平面板Ｌ１を備えている。投影光学系は、レチクルＲのパターンの１次像（第１中間像）を形成するための第１結像光学系を備えている。第１結像光学系は、各レンズ（Ｌ２〜Ｌ７：第２図の第１結像光学系Ｇ１中のＬ１１〜Ｌ１１０に対応）から構成されている。平行平面板Ｌ１およびレンズ（Ｌ２〜Ｌ７）は、分割鏡筒（５０１〜５０７）にそれぞれ収納されている。各分割鏡筒間の接続手法は、たとえば日本国特開平７−８６１５２号公報に開示されている。
平行平面板Ｌ１は、セル５１１によって保持されている。セル５１１は、平行平面板Ｌ１の上面と下面とを挟み込むようにして平行平面板Ｌ１を保持している。挟み込む箇所は、平行平面板Ｌ１の周方向（θｚ方向）における複数箇所（３箇所以上）である。ここで、平行平面板Ｌ１とセル５１１との間は気密構造となっている。各レンズ（Ｌ２〜Ｌ７）は、セル（５１２〜５１７）によってそれぞれ保持されている。セル（５１２〜５１７）は、各レンズ（Ｌ２〜Ｌ７）の周縁部に設けられた鍔の上面と下面とを挟み込むようにして各レンズ（Ｌ２〜Ｌ７）を保持している。挟み込む箇所は、レンズの周方向における複数箇所（但し３箇所以上）である。
分割鏡筒（５０１〜５０７）とセル（５１１〜５１７）とは、フレーム５２１〜５２７によって接続されている。なお、フレーム（５２２〜５２７）には、投影光学系の内部に流入される不活性ガス（ヘリウム）を通過させるための開口が、その周方向に沿った複数の位置に設けられている。また、フレーム５２１と分割鏡筒５０１との間は気密構造となっている。
第１結像光学系には、レンズＬ２を光軸方向（Ｚ方向）へ移動させ、θｘ，θｙ方向へ傾斜させるためのアクチュエータ５３２が設けられている。このアクチュエータ５３２は、光軸から等距離であって周方向（θｚ方向）で異なる３箇所の位置にピッチ１２０°で設けられている。アクチュエータ５３２としては、リニアモータ、ピエゾ素子、加圧流体または気体により駆動されるシリンダ機構などを用いることができる。３箇所のアクチュエータ５３２の駆動量を同量とすると、レンズＬ２を光軸方向へ移動させることができる。また、３箇所のアクチュエータ５３２の駆動量が各々異なるように設定することにより、レンズＬ２をθｘ，θｙ方向へ傾斜させることができる。なお、アクチュエータ５３３，５３５，５３６，５３７も、アクチュエータ５３２と同じ機能を有する。
また、第１結像光学系には、レンズＬ３をＸＹ平面内で移動させるためのアクチュエータ５４３が設けられている。このアクチュエータ５４３は、アクチュエータ５３３とフレーム５２３との間であって、光軸から等距離で且つ周方向（θｚ方向）で異なる３箇所の位置にピッチ１２０°で設けられている。アクチュエータ５４３としては、アクチュエータ５３２と同様に、リニアモータ、ピエゾ素子、加圧流体または気体により駆動されるシリンダ機構などを用いることができる。分割鏡筒５１１には、投影光学系内部にヘリウムを流入させるための配管５５１が設けられている。この配管５５１も、上述のヘリウム回収・再生装置に接続されている。配管５５１には、ガス流入量をコントロールするための弁５６１が設けられている。
投影光学系は、第１光路折り曲げ鏡及び第２光路折り曲げ鏡が一体に形成された光路折り曲げ鏡ＦＭを備えている。光路折り曲げ鏡ＦＭは、例えば上面及び下面が直角二等辺三角形状である三角柱状の部材における２つの側面にアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成されている。なお、金属膜の代わりに、誘電体多層膜を蒸着しても良い。この場合、誘電体多層膜の材料物質として、フッ化アルミニウム、クライオライト、チオライト、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化イットリウム、フッ化イットリビウム、フッ化ネオジウム、フッ化ガドリニウム、フッ化ランタン、フッ化オスミウム、フッ化ストロンチウムなどの金属フッ化物を用いることができる。また、アルミニウム等の金属膜上に誘電体多層膜を設ける構成であっても良い。この場合、誘電体多層膜は、金属膜の酸化防止等を行う保護コートとしての機能を有する。そして、この誘電体多層膜には、金属膜からの反射光に生じるＰ偏光及びＳ偏光間の位相差を少なくするように補正する機能や、Ｐ偏光及びＳ偏光間の位相差の入射角（反射角）による差（ＰＳ位相差の角度特性）を所望の入射角の範囲でほぼ均一にするように補正する機能を持たせることが可能である。ここで、Ｐ偏光及びＳ偏光間の位相差が存在すると、結像面においてＰ偏光による像とＳ偏光による像との結像位置がずれて像質の悪化を招き、所要の解像を得られなくなるため好ましくない。また、第１及び第２光路折り曲げ鏡を１つの部材上に形成する代わりに、２つの平面鏡を互いに直交するように保持しても良い。この場合、例えば日本国特開２０００−２８８９８号に開示される手法で２つの平面鏡を保持することが考えられる。
投影光学系はまた、第１結像光学系が形成した第１中間像からの光に基づいて、第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（パターンの２次像）を形成するための第２結像光学系を備えている。第２結像光学系は、レンズ（Ｌ８，Ｌ９：第２図の第２結像光学系Ｇ２中の負レンズＬ２１，Ｌ２２に対応）と、凹面反射鏡ＣＭとを備えている。この凹面反射鏡ＣＭの材料としては、ＳｉＣ或いはＳｉＣとＳｉとのコンポジット材を用いることができる。このとき、脱ガス防止のために凹面反射鏡ＣＭ全体をＳｉＣでコーティングすることが好ましい。また、凹面反射鏡の反射面は、アルミニウム等の金属を蒸着することにより形成される。なお、金属膜の代わりに、誘電体多層膜を蒸着しても良い。この場合、誘電体多層膜の材料物質として、フッ化アルミニウム、クライオライト、チオライト、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化イットリウム、フッ化イットリビウム、フッ化ネオジウム、フッ化ガドリニウム、フッ化ランタン、フッ化オスミウム、フッ化ストロンチウムなどの金属フッ化物を用いることができる。また、アルミニウム等の金属膜上に誘電体多層膜を設ける構成であっても良い。この場合、誘電体多層膜は、金属膜の酸化防止等を行う保護コートとしての機能を有する。そして、この誘電体多層膜には、金属膜からの反射光に生じるＰ偏光及びＳ偏光間の位相差を少なくするように補正する機能や、Ｐ偏光及びＳ偏光間の位相差の入射角（反射角）による差（ＰＳ位相差の角度特性）を所望の入射角の範囲でほぼ均一にするように補正する機能を持たせることが可能である。ここで、Ｐ偏光及びＳ偏光間の位相差が存在すると、結像面においてＰ偏光による像とＳ偏光による像との結像位置がずれて像質の悪化を招き、所要の解像を得られなくなるため好ましくない。凹面反射鏡材料としては、ＵＬＥまたはＢｅを用いても良い。Ｂｅを用いる場合には、凹面反射鏡全体をＳｉＣ等でコーティングすることが好ましい。
ところで、光路折り曲げ鏡ＦＭ及びレンズＬ８は分割鏡筒６０１に収納され、レンズＬ９は分割鏡筒６０２に収納され、凹面反射鏡ＣＭは分割鏡筒６０３に収納されている。分割鏡筒６０１には、光路折り曲げ鏡ＦＭを保持するための保持部材するための保持部材６１０が取り付けられている。この保持部材６１０と分割鏡筒６０１との間に、光路折り曲げ鏡ＦＭ（第１及び第２光路折り曲げ鏡）のθｘ，θｙ，θｚ方向の姿勢及びＸＹＺ方向の位置を調整するための機構を設けても良い。
第２結像光学系のレンズ（Ｌ８，Ｌ９）は、支持部材（６１１，６１２）によって支持されている。この支持部材（６１１，６１２）としては、日本国特開平６−２５００７４号、日本国特開平１１−２３１１９２号公報に開示されているものを適用できる。また、第２結像光学系の凹面反射鏡ＣＭは、支持部材６１３によって支持されている。この支持部材６１３としては、日本国特開平６−２５００７４号、日本国特開平１１−２３１１９２号公報に開示されているものを適用できる。
投影光学系はさらに、第２結像光学系が形成した第２中間像からの光に基づいて、ウエハＷ上に最終像（パターンの縮小像）を形成するための第３結像光学系を備えている。第３結像光学系は、レンズ（Ｌ１０〜Ｌ１３：第２図の第３結像光学系Ｇ３中のＬ３１〜Ｌ３１１に対応）と可変開口絞りユニットＡＳとを備えている。ここで、レンズＬ１０は分割鏡筒７０１に収納され、レンズＬ１１は分割鏡筒７０２に収納されている。この分割鏡筒７０２には、カラム２４０によって支持されるフランジ部ＦＬが設けられている。フランジ部ＦＬとカラム２４０との接続手法としては、例えば日本国特開平６−３００９５５号や日本国特開平１１−８４１９９号公報に開示されている技術を適用できる。また、フランジ部ＦＬには、センサコラムＳＣが取り付けられている。
また、可変開口絞りユニットＡＳは分割鏡筒７０３に収納され、レンズ（Ｌ１２，Ｌ１３）は分割鏡筒（７０４，７０５）に収納されている。レンズ（Ｌ１０〜Ｌ１３）は、セル（７１１−７１２，７１４−７１５）によってそれぞれ保持されている。セル（７１１−７１２，７１４）の構造は、上述のセル５１２と同じである。また、セル７１５では、レンズＬ１３とセル７１５との間が気密構造となっている。
第３結像光学系には、分割鏡筒（７０１−７０２，７０４−７０５）とセル（７１１−７１２，７１４−７１５）とを接続するためのフレーム（７２１−７２２，７２４−７２５）が設けられている。なお、フレーム（７２１−７２２，７２４）には、投影光学系内部に流入される不活性ガス（ヘリウム）を通過させるための開口が、その周方向に沿った複数の位置に設けられている。また、セル７１５と分割鏡筒７０５との間は気密構造となっている。
また、第３結像光学系には、レンズ（Ｌ１０〜Ｌ１２）を光軸方向（Ｚ方向）へ移動させ、θｘ，θｙ方向へ傾斜させるためのアクチュエータ（７３１−７３２，７３４）が設けられている。アクチュエータ（７３１−７３２，７３４）は、アクチュエータ５３２と同じ構成である。分割鏡筒７０５には、投影光学系からヘリウムを排出させるための配管７５１が設けられている。この配管７５１も、上述のヘリウム回収・再生装置に接続されている。配管７５１には、ガス流出量をコントロールするための弁７６１が設けられている。
次に、上述した露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
第１１図は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。第１１図に示すように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイス（マイクロデバイス）の機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立を行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
第１２図は、半導体デバイスの場合における、第１１図のステップ２０４の詳細なフローの一例を示す図である。第１２図において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用いられ、真空紫外域の露光光により解像力の向上が可能となり、しかも露光量制御を高精度に行うことができるので、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。
なお、本実施形態では、投影光学系内部に接続された配管を２箇所としているが、配管の数は２箇所には限られない。例えば各レンズ室（光学部材間の間隔）のそれぞれに対応させた数の配管（流入口／流出口）を設けても良い。また、投影光学系、照明光学系内のガスの気圧変動は、所定値以下に抑えられている。このとき、気圧変動の許容値は、投影光学系の方が厳しくなるように設定される。
また、照明光学系や投影光学系の光学素子間に充填または循環される不活性ガスの圧力変化を検出して、この検出結果に基づいて収差補正用の光学素子（第８図〜第１０図の例ではＬ２−Ｌ３，Ｌ５−Ｌ７，Ｌ１０−Ｌ１２）を駆動しても良い。このような技術は、例えばＷＯ９９／１０９１７号に開示されている。
さらに、照明光学系の光路、レチクル室内の光路、投影光学系内の光路、及びウエハ室内の光路における吸光物質（露光ビームを吸収する物質、波長１５７ｎｍのＦ2レーザ光に対する吸光物質としては、酸素（Ｏ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）等の気体、水蒸気（Ｈ2Ｏ）等がある）の濃度及び／又は総量を、互いに独立に管理することが好ましい。例えば、ウエハ室及びレチクルは、光路が短いため、吸光物質の許容濃度及び／又は許容総量を緩く設定することができる。これにより、レチクル交換、ウエハ交換のために、外気との接触や吸光物質の混入が避けがたいレチクル室、ウエハ室の開閉機構の簡素化を図ることができる。また、光路が長くなりがちな照明光学系内は、吸光物質の許容濃度及び／又は許容総量を厳しく設定する。
本実施形態のようにＦ2レーザを用いる場合、この波長（１５７ｎｍ）に対して透過性の気体としては、窒素（Ｎ2）の他に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスがある。ここで、ヘリウムガスは、熱伝導率が窒素ガスの約６倍であり、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素ガスの約１／８であるため、特に高透過率と光学系の結像特性の安定性や冷却性とで優れている。そこで、本実施形態では、干渉計（ウエハ干渉計、レチクル干渉計）の光路となるウエハ室及びレチクル室、並びに投影光学系内部の気体をヘリウムとし、運転コストを低減させるために照明光学系の光路を窒素ガスとしている。なお、照明光学系の光路中の気体をヘリウムとしても良く、ウエハ室及びレチクル室、並びに投影光学系光路中の気体を窒素としても良い。
また、照明光学系及び投影光学系を構成する光透過性の光学材料（レンズ、平行平面板、マイクロ・フライアイ・レンズ、回折光学素子）としては、螢石（ＣａＦ2）の他に、フッ素をドープした石英ガラス、フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラス、ＯＨ基を含有させた石英ガラス、フッ素に加えてＯＨ基を含有する石英ガラス等の改良石英も用いることができる。従って、照明光学系及び投影光学系を構成する光透過性の光学材料は、上記改良石英を含んでいても良い。なお、フッ素をドープした石英ガラスにおいて、フッ素濃度は100ppm以上が好ましく、500ppm〜30000ppmの範囲内であることがさらに好ましい。フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラスにおいて、水素濃度は、５×1018molecules/cm3以下であることが好ましく、１×1016molecules/cm3以下であることがさらに好ましい。また、ＯＨ基を含有させた石英ガラスにおいて、ＯＨ基の濃度は10ppb〜100ppmの範囲内であることが好ましい。また、フッ素に加えてＯＨ基も含有する石英ガラスにおいて、フッ素濃度は100ppm以上であり、かつＯＨ基濃度はフッ素濃度よりも低いことが好ましい。さらにこの場合、ＯＨ基濃度は10ppb〜20ppmの範囲内であることが好ましい。
本実施形態のように投影光学系の光軸を含まない領域を用いて結像させる場合、照明光学系としては例えば日本国特開２０００−２１７６５号に開示されているものを用いることができる。
また、本実施形態では、投影光学系を構成する光学素子のうちの一部の光学素子をθｘ，θｙ方向に傾動可能及び／又はＸＹ平面内で移動可能としたが、光学素子の光学面（屈折面・反射面）を直交する子午方向で異なるパワーを有するように形成し（アス面加工を行い）、この光学素子を光軸を中心とする回転方向（第１及び第３結像光学系ではθｚ方向）に回転可能に設けても良い。これにより、投影光学系の光軸上の非点隔差（センターアス）や菱形ディストーションなどの非対称収差を補正することができる。
例えば、フレームと分割鏡筒との間に、フレームの円周の接線方向に沿った駆動軸を有するアクチュエータを設け、分割鏡筒に対してフレームをθｚ方向へ駆動する構成が考えられる。このとき、アクチュエータは、光軸から等距離で且つ周方向（θｚ方向）で異なる複数箇所の位置に等しい角度ピッチで設けることが好ましい。また、このようなアス面を有する光学部材を回転させる機構は、例えば日本国特開平８−３２７８９５号に開示されている。
また、照明光学系のパージ空間及び／又は投影光学系のパージ空間の外側にパージ空間を形成しても良い。この場合、外側のパージ空間の吸光物質の許容濃度・許容総量は、内側のパージ空間（照明光学系のパージ空間及び／又は投影光学系のパージ空間）よりも緩く設定される。
さらに、投影光学系の最もウエハ側のレンズのウエハ側に、平行平面板を設けて、レチクル側と同様に、平行平面板を投影光学系のパージ空間の蓋としても良い。
また、光源としては、本実施形態のように波長１５７ｎｍのパルス光を供給するＦ2レーザ光のみならず、波長２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ、波長１２６ｎｍの光を供給するＡｒ2レーザを用いても良い。また、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換された高調波を用いても良い。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、または水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置などでは、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、日本国特開平１１−１９４４７９号、日本国特開２０００−１２４５３号、日本国特開２０００−２９２０２号などに開示されている。
もちろん、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウエハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。
上記実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明を適用できる。
なお、上記実施形態では、第３結像光学系中に開口絞りを配置しているが、開口絞りを第１結像光学系中に配置してもよい。また、第１結像光学系と第２結像光学系との間の中間像位置、および第２結像光学系と第３結像光学系との間の中間像位置の少なくとも一方に視野絞りを配置してもよい。
また、上記実施形態では、反射屈折投影光学系の投影倍率を縮小倍率としたが、投影倍率は縮小に限られず、等倍、拡大倍率であっても良い。例えば、投影倍率を拡大倍率とする場合には、第３結像光学系側から光を入射させるように配置し、第３結像光学系によってマスクまたはレチクルの１次像を形成し、第２結像光学系により２次像を形成し、第１結像光学系により３次像（最終像）をウエハ等の基板上に形成させれば良い。
以上説明したように、本発明の反射屈折光学系および該光学系を用いた投影露光装置および露光方法では、光学調整および機械設計が容易で、色収差をはじめとする諸収差が十分に補正され、たとえば波長が１８０ｎｍ以下の真空紫外線波長域の光を用いて０．１μｍ以下の高解像を達成することができる。特に、本発明では、ほぼ等倍の結像倍率を有する第２結像光学系が互いに近接して形成する２つの中間像の近傍において光路分離を行う。その結果、露光領域の光軸からの距離すなわち軸外し量を小さく設定することができ、収差補正、小型化、光学調整、機械設計、製造コストなどの点で非常に有利である。
さらに、本発明の投影露光装置および露光方法を用いたマイクロデバイス製造方法では、光学調整および機械設計が容易で、色収差をはじめとする諸収差が十分に補正され、たとえば０．１μｍ以下の高解像を達成することのできる投影光学系を介して、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の反射屈折光学系の基本的な構成を説明するための図である。
第２図は、本発明の各実施例にかかる反射屈折光学系を投影光学系として備えた投影露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
第３図は、ウエハＷ上に形成される矩形状の露光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図である。
第４図は、第１実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。
第５図は、第１実施例における横収差を示す図である。
第６図は、第２実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。
第７図は、第２実施例における横収差を示す図である。
第８図は、第２図に示す本実施形態の投影露光装置の全体構成を示す図である。
第９図は、第８図の投影露光装置の一部を構成する照明光学系に関連する部分を示す拡大図である。
第１０図は、第８図の投影露光装置の一部を構成する投影光学系に関連する部分を示す拡大図である。
第１１図は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。
第１２図は、半導体デバイスの場合における、第１１図のステップ２０４の詳細なフローの一例を示す図である。
第１３Ａ図は、第３実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）のレンズ構成を示す図である。
第１３Ｂ図は、第３実施例にかかる反射屈折光学系（投影光学系ＰＬ）の要部構成を示す図である。
第１４図は、第３実施例における横収差を示す図である。
第１５図は、各結像光学系の光軸と一対の反射面の交線との配置について第１変形例を示す図である。
第１６図は、各結像光学系の光軸と一対の反射面の交線との配置について第２変形例を示す図である。
第１７図は、各結像光学系の光軸と一対の反射面の交線との配置について第３変形例を示す図である。
第１８図は、各結像光学系の光軸と一対の反射面の交線との配置について第４変形例を示す図である。
第１９図は、各結像光学系の光軸と一対の反射面の交線との配置について第５変形例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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