(57)【要約】【課題】  瞳の遮光がなく、像面上で十分な大きさの結像領域幅が得られる投影光学系を提供することを目的とする。【解決手段】  第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成するための第３結像光学系と、前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成するための第４結像光学系を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成するための第３結像光学系と、前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成するための第４結像光学系を備えたことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
第１結像光学系と前記第２結像光学系のうち一方が屈折光学素子からなる光学系であり、他方が凹面反射鏡を含む光学系であることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
【請求項３】
第３結像光学系と前記第４結像光学系のうち一方が屈折光学素子からなる光学系であり、他方が凹面反射鏡を含む光学系であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影光学系。
【請求項４】
第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の中間像を形成し、屈折光学素子からなる第１部分結像光学系と、前記第１物体から前記第２物体に至る光路において前記第１部分結像光学系と隣接し、凹面鏡を含み、前記第１物体の中間像を形成する第２部分結像光学系と、前記第１物体の中間像を形成し、屈折光学素子からなる第３部分結像光学系と、前記第１物体から前記第２物体に至る光路において前記第３部分結像光学系と隣接し、凹面鏡を含み、前記第１物体の中間像を形成する第４部分結像光学系とを有することを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体から前記第２物体に至る光路上で連続して配置された、屈折部材から成る結像作用を有した部分光学系と、凹面反射鏡を含む結像作用を有した部分光学系の対を２対以上有することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
前記投影光学系が、前記第１物体側から順に、屈折部材から成る第１結像光学系、凹面反射鏡を含む第２結像光学系、凹面反射鏡を含む第３結像光学系、屈折部材から成る第４結像光学系を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の投影光学系。
【請求項７】
前記第１結像光学系が前記第１物体の第１中間像を形成し、前記第２結像光学系が少なくとも１つの凹面反射鏡を含み、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成し、前記第３結像光学系が少なくとも１つの凹面反射鏡を含み、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成し、前記第４結像光学系が前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成しており、前記第１光学系と前記第２光学の間に少なくとも１つの偏向反射鏡を備え、前記第３結像光学系と前記第４結像光学系の間に少なくとも１つの偏向反射鏡を備えたことを特徴とする請求項６記載の反射屈折投影光学系。
【請求項８】
前記投影光学系は、前記第２物体に対して実質的にテレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の投影光学系。
【請求項９】
前記第２結像光学系に含まれる凹面反射鏡の直前に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至４、６乃至８いずれかに記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記第２結像光学系が少なくとも１つの正レンズを有することを特徴とする請求項１乃至４、６乃至９いずれかに記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記第３結像光学系に含まれる凹面反射鏡の直前に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至４、６乃至１０いずれかに記載の投影光学系。
【請求項１２】
前記第３結像光学系が少なくとも１つの正レンズを有することを特徴とする請求項１乃至４、６乃至１１いずれかに記載の投影光学系。
【請求項１３】
請求項１乃至１２いずれかに記載の投影光学系を有し、該投影光学系を用いて、前記第１物体の像を前記第２物体上に形成することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
前記第１物体を光源からの光で照明する照明光学系と、前記第１物体の像を前記第２物体上に形成する、請求項１乃至１２記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の露光装置を用いて被露光体を露光する露光工程と、前記露光された被露光体を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影光学系、および該投影光学系による投影露光装置、デバイス製造方法に関し、特にレチクルパターンを半導体ウエハ上に投影露光する投影光学系に、反射鏡を用いた反射屈折投影光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の高集積化の要請はますます強くなっている。この為、投影露光装置に搭載されている投影光学系に要求される解像力は更に高まっている。
【０００３】
一般に解像力を得るためにはレンズのＮＡの高ＮＡ化と露光波長の短波長化が行われている。近年の露光光源は、ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長約１９３ｎｍ）と進み、今後は、Ｆ２レーザー光（波長約１５７ｎｍ）への短波長化が進むと同時に、レンズのＮＡもＮＡ０．８０を超える投影レンズが求められている。
【０００４】
しかし、露光波長が短くなると、光の吸収が大きくなり、実用に耐える硝材が限られてしまう。特にＦ２レーザーに短波長化が進むと、透過率等の問題で蛍石しか使用することができなくなるため、単一の硝材でいかに色収差を補正するかが大きな問題となってくる。更にレンズのＮＡが高ＮＡ化すると、補正しなくてはならない色収差の量が大きくなる点も問題となる。
【０００５】
このような色収差の問題を解決するために、色収差を生じることが無く、ペッツバール和に関しては同じ屈折力を有する屈折レンズとは逆の寄与を示す（凹面）反射ミラーを使用する反射型の光学系が注目を集めている。このような色収差の問題を解決するために、光学系中にミラーを使用した反射型光学系が種々提案されている。
【０００６】
例えば、反射系だけで構成されている反射投影光学系が特開平９−２１１３３２号公報、特開平１０−９０６０２号公報等で開示されている。また、反射系と屈折系を組み合わせた反射屈折投影光学系が、米国特許第５、６５０、８７７号明細書、特開昭６２−２１０４１５号公報、特開昭６２−２５８４１４号公報、特開昭６３−１６３３１９号公報、特開平２−６６５１０号公報、特開平３−２８２５２７号公報、特開平４−２３４７２２号公報、特開平５−１８８２９８号公報、特開平６−２３０２８７号公報、特関平８−３０４７０５号公報、特開２００２−８３７６６等で開示されている。
【特許文献１】特開平０９−２１１３３２号公報
【特許文献２】特開平１０−０９０６０２号公報
【特許文献３】米国特許５６５０８７７号公報
【特許文献４】特開昭６２−２１０４１５号公報
【特許文献５】特開昭６２−２５８４１４号公報
【特許文献６】特開昭６３−１６３３１９号公報
【特許文献７】特開平０２−０６６５１０号公報
【特許文献８】特開平０３−２８２５２７号公報
【特許文献９】特開平０４−２３４７２２号公報
【特許文献１０】特開平０５−１８８２９８号公報
【特許文献１１】特開平０６−２３０２８７号公報
【特許文献１２】特開平０８−３０４７０５号公報
【特許文献１３】特開２００２−０８３７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような露光波長の短波長化や高ＮＡ化に対応し、反射系を含んだ投影光学系を構築するとき、色収差補正が可能なことは当然として、理想的には、像面上で十分な大きさの結像領域が得られ、十分な像側作動距離を確保できるような簡素な構成とすることが望ましい。像面上で十分な大きさの結像領域幅が得られれば、走査型投影露光装置ではスループット上有利であり、露光変動を抑えることができる。十分な像側作動距離を確保できれば、装置のオートフォーカス系やウェハーステージの搬送系などを構成する上で好ましい。簡素な構成であれば、メカ鏡筒等も複雑化させることはなく組立製造上のメリットがある。
【０００８】
以上のような視点から従来例について検証すると、まず、米国特許第５、６５０、８７７号明細書では、光学系中にマンジンミラーと屈折部材を配置して、レチクルの像をウエハに露光するものであるが、この光学系は、使用する全ての画角において瞳の中心部分の遮光（中抜け）が起こるとともに、露光領域が大きくできないという欠点を有している。また、露光領域を大きくしようとすると瞳の中心部分の遮光が大きくなり好ましくなく、さらに、マンジンミラーの屈折面がビームスプリット面を形成しており、その面を通過するごとに光量は半分になり、像面（ウエハ面）では、１０％程度に低下してしまうという点等にも問題を有している。
【０００９】
また、特開平９−２１１３３２号公報、特開平１０−９０６０２号公報では、反射系のみによる構成を基本としているが、収差的（ペッツバール和）にもミラー配置の上でも像面上での結像領域幅を十分に確保することが難しく、また主に像面近傍のパワーが大きい凹面鏡が結像作用を有する構成となっているので高ＮＡ化が困難であり、該凹面鏡の直前位置に凸面鏡が配置されるため、十分な像側作動距離を確保できないという問題がある。
【００１０】
また、特開昭６２−２１０４１５号公報、特開昭６２−２５８４１４号公報は、カセグレン型やシュワルツシルト型のミラー系を応用し、ミラー中心部に開口を設けることにより瞳の中抜けを生じさせ瞳の周辺部分のみを結像に寄与させる光学系を提案しているが、瞳の中抜けの結像性能への影響が懸念され、また瞳の中抜けを小さくしようとすると必然的にミラーのパワーが大きくなるのでミラーヘの入反射角も大きくなり、さらに高ＮＡ化を図るとミラー径が著しく増大してしまう。
【００１１】
また、特開平２−６６５１０号公報、特開平３−２８２５２７号公報では、径が大きいビームスプリッターを必要としこれがプリズム型の場合はその厚みにより光量損失が大きい。高ＮＡに際してはさらに径が大きくなるので光量損失もますます大きくなってしまう。ビームスプリッターが平板型の場合は軸上光線においても非点収差、コマ収差が発生してしまい問題がある。また熱吸収による非対称収差の発生や光束分割面での特性変化による収差の発生を招き、製造面で精度良くビームスプリッターを作成することも難しい。
【００１２】
特開２００２−０８３７６６の実施例５では、すべて屈折部材で構成された屈折光学系の２つ部分光学と凹面反射鏡を含んだ１つの反射屈折光学系を組み合わせて、瞳の中抜けの無い反射屈折光学系を提案しているが、高ＮＡ化を図ろうとすると、全系のペッツバール和補正の為に、凹面鏡の曲率半径が小さくなり、また、凹面反射鏡の直前の凹面レンズのパワーが大きくなり、高次収差が増加してしまい、光学系全系での収差補正が困難となる。
【００１３】
そこで、本発明は、瞳の遮光がなく、像面上で十分な大きさの結像領域幅が得られる反射屈折光学系を提供すること、および該投影光学系による投影露光装置、デバイス製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の一側面としての投影光学系は、第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の第１中間像を形成するための第１結像光学系と、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成するための第２結像光学系と、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成するための第３結像光学系と、前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成するための第４結像光学系を備えたことを特徴としている。
【００１５】
ここで、第１結像光学系と前記第２結像光学系のうち一方が屈折光学素子からなる光学系であり、他方が凹面反射鏡を含む光学系であることが望ましい。さらに、第３結像光学系と前記第４結像光学系のうち一方が屈折光学素子からなる光学系であり、他方が凹面反射鏡を含む光学系であると尚良い。
【００１６】
また、本発明の投影光学系は、第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体の中間像を形成し、屈折光学素子からなる第１部分結像光学系と、前記第１物体から前記第２物体に至る光路において前記第１部分結像光学系と隣接し、凹面鏡を含み、前記第１物体の中間像を形成する第２部分結像光学系と、前記第１物体の中間像を形成し、屈折光学素子からなる第３部分結像光学系と、前記第１物体から前記第２物体に至る光路において前記第３部分結像光学系と隣接し、凹面鏡を含み、前記第１物体の中間像を形成する第４部分結像光学系とを有することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の投影光学系は、第１物体の像を第２の物体上に形成する投影光学系において、前記第１物体から前記第２物体に至る光路上で連続して配置された、屈折部材から成る結像作用を有した部分光学系と、凹面反射鏡を含む結像作用を有した部分光学系の対を２対以上有することを特徴としている。
【００１８】
ここで、前記投影光学系が、前記第１物体側から順に、屈折部材から成る第１結像光学系、凹面反射鏡を含む第２結像光学系、凹面反射鏡を含む第３結像光学系、屈折部材から成る第４結像光学系を有するように構成すると尚良い。
【００１９】
ここで、前記第１結像光学系が前記第１物体の第１中間像を形成し、前記第２結像光学系が少なくとも１つの凹面反射鏡を含み、前記第１中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第２中間像を形成し、前記第３結像光学系が少なくとも１つの凹面反射鏡を含み、前記第２中間像からの光束に基づいて前記第１物体の第３中間像を形成し、前記第４結像光学系が前記第３中間像からの光束に基づいて前記第１物体の像を前記第２物体上に形成しており、前記第１光学系と前記第２光学の間に少なくとも１つの偏向反射鏡を備え、前記第３結像光学系と前記第４結像光学系の間に少なくとも１つの偏向反射鏡を備えるように構成すると尚望ましい。
【００２０】
ここで、前記投影光学系は、前記第２物体に対して実質的にテレセントリックであると尚良い。さらに、前記第２結像光学系に含まれる凹面反射鏡の直前に少なくとも１つの負レンズを有していたり、前記第２結像光学系が少なくとも１つの正レンズを有したりするように構成すると尚良い。
【００２１】
また、前記第３結像光学系に含まれる凹面反射鏡の直前に少なくとも１つの負レンズを有するように、もしくは、前記第３結像光学系が少なくとも１つの正レンズを有するように構成すると尚望ましい。
【００２２】
また、本発明の別の側面としての露光装置は、上記のような投影光学系を有し、該投影光学系を用いて、前記第１物体の像を前記第２物体上に形成することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の露光装置は、前記第１物体を光源からの光で照明する照明光学系と、前記第１物体の像を前記第２物体上に形成する、請求項１乃至１２記載の投影光学系を有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の別の側面としてのデバイスの製造方法は、上述のような露光装置を用いて被露光体を露光する露光工程と、前記露光された被露光体を現像する工程とを有することを特徴としている。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば瞳の遮光がなく、像面上で十分な大きさの結像領域幅が得られる投影光学系、およびを該投影光学系による投影露光装置、デバイス製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての投影光学系１００及び露光装置２００について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。例えば、本発明の投影光学系１００及び露光装置２００は、光源にレーザーを使用しているが、必ずしもこれに限定する必要はなく、水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は本発明の投影光学系１００の基本構成を示す。１０１は第１の物体（レチクル）、１０２は第２の物体（ウエハ）である。ここでの光学系は、物体側から順に、少なくとも第１結像光学系Ｇ１と凹面反射鏡ＣＭ２１を備えた第２結像光学系Ｇ２と凹面反射鏡ＣＭ３２を備えた第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４および２つの偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２よりなる。
【００２８】
第１結像光学系Ｇ１は、第１の物体１０１からの光束の第１結像光学系の中間像を形成する。そして、第１結像光学系Ｇ１により結像した中間像からの光束は、第１の偏向反射鏡Ｍ１によって反射され、第２結像光学系に導かれ、凹面反射鏡ＣＭ２１を介して第２中間像を形成する。そして、第２結像光学系Ｇ２により結像した中間像からの光束は、第３結像光学系に導かれ、凹面反射鏡を介して第３中間像を形成する。そして、第３結像光学系Ｇ３により結像した中間像からの光束は、第２の偏向反射鏡Ｍ２によって反射され、屈折部材により構成されている第４結像光学系に導かれ、第２の物体１０２上に所定の倍率にて結像する。この際、第２結像光学系Ｇ２から第３結像光学系Ｇ３に導かれる光束と偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２が干渉しないような構成となっている。
【００２９】
ここで、第１結像光学系により形成される中間像は第１の偏向反射鏡Ｍ１よりレチクル側に形成されていても良いし、Ｍ１よりウエハ側に形成されていても良い。勿論第３結像光学系により形成される中間像は、第２の偏向反射鏡Ｍ２よりレチクル側に形成されていても良いし、Ｍ２よりウエハ側に形成されていても構わない。
【００３０】
このように、４回結像光学系とすることによって、収差補正の自由度を増大させるとともに、レンズのミラー系の小径化が達成可能である。より詳細には、まず、第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２、第３結像光学系Ｇ３と第４結像光学系Ｇ４というように、すべて屈折部材からなる屈折系の部分光学系と凹面反射鏡を含む反射屈折系の部分光学系を連続した対として２対以上有することによって、ペッツバール和と軸上色収差の補正を容易にしている。
【００３１】
更に、ペッツバール和補正が容易ということで、第１結像光学系Ｇ１と第４結像光学系Ｇ４にペッツバール和補正の為の凹レンズを多用することなしに構成ができるため、レンズの小径化が可能となる。加えて、単一硝材の場合、色コマ収差、倍率色収差等の非対称色収差の補正が困難になるが、第１結像光学系Ｇ１と第４決像光学系Ｇ４の２つの屈折部分光学系を有することによって、光束を形成する上側光線、下側光線、主光線のコントロールを容易にすることで非対称色収差の補正を容易に可能とできる。さらに、本実施の形態における光学系は瞳の遮光のない軸外光束を結像する多数回結像光学系を達成している。
【００３２】
さらに具体的な構成としては、第１結像光学系Ｇ１は少なくとも物体側より順に少なくとも一つ屈折部材から成り、正の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ１１と少なくとも一つの屈折部材から成り、正屈折力を有するレンズ群Ｌｒ１２で構成されており、第１の物体１０１からの光束の第１結像光学系の中間像を偏向反射鏡Ｍ１の近傍に形成する。この為、偏向反射鏡Ｍ１を小型にすることが可能となり、第２中間像から第３結像光学系への光束との干渉除けを容易にすることができている。このとき、第１結像光学系の倍率β１は
０．２５  ＜  ｜β１｜  ＜  １．２                （１−１）
の条件を満たすことが望ましい。
【００３３】
条件式（１−１）の下限値を下回る、又は、上限値を上回ると、投影光学系全系のパワーバランスが困難となり、歪曲収差やコマ収差補正が困難となる。好ましくは、
０．４５  ＜  ｜β１｜  ＜  ０．７                （１−２）
の条件を満たすことが望ましい。
【００３４】
第２結像光学系Ｇ２は、少なくとも一つの屈折部材から成る正の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ２１と少なくとも一つの屈折部材から成る負屈折力を有するレンズ群Ｌｒ２２と凹面反射鏡ＣＭ２１から構成される。第１の偏向反射鏡Ｍ１によって反射された第１中間像は、凹面反射鏡ＣＭ２１を介して、偏向反射鏡Ｍ１およびＭ２の上部近傍（下部でも構わない）に第２中間像を形成し、通過して第３結像光学系に導かれる。中間像で光束が集光している為に、偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２との干渉除けが容易にすることができている。このとき、第２結像光学系の倍率β２は、
０．７  ＜  ｜β２｜  ＜  １．３                  （２−１）
を満たすことが望ましい。条件式（２）の下限値を下回る、又は、上限値を上回ると、第２中間像の結像位置が、偏向反射鏡Ｍ１及びＭ２から離れてしまい光束分離が困難となる。
【００３５】
好ましくは、
０．９  ＜  ｜β２｜  ＜  １．１                  （２−２）
を満たすことが望ましい。
【００３６】
第３結像光学系Ｇ３は、少なくとも一つの屈折部材から成る正の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ３１と少なくとも一つの屈折部材から成る負屈折力を有するレンズ群Ｌｒ３２と凹面反射鏡ＣＭ３２から構成される。第２結像光学系から導かれた光束は、凹面反射鏡ＣＭ３２を介して、偏向反射鏡Ｍ２の近傍に第３中間像を形成する。この為、偏向反射鏡Ｍ２を小型にすることが可能となり、第２中間像から第３結像光学系への光束との干渉除けを容易にすることができている。このとき、第３結像光学系の倍率β３は、
０．７  ＜  ｜β３｜  ＜  １．３                  （３−１）
を満たすことが望ましい。条件式（３−１）の下限値を下回る、又は、上限値を上回ると、第３中間像の結像位置が、偏向反射鏡Ｍ２から離れてしまうため、偏向反射鏡Ｍ２の大型化を招くと同時に光束分離が困難となる。好ましくは、
０．９  ＜  ｜β３｜  ＜  １．１                  （３−２）
を満たすことが望ましい。
【００３７】
また、凹面反射鏡ＣＭ２１の有効系をφ２１、凹面反射鏡ＣＭ２１での光軸１０５からの最軸外主光線の高さｈ２１としたとき、
｜ｈ２１／φ２１｜  ＜  ０．１０
であることが好ましい。より好ましくは、
｜ｈ２１／φ２１｜  ＜  ０．０５
を満たすと尚良い。
【００３８】
更に、このとき、凹面反射鏡ＣＭ３２の有効系をφ３２、凹面反射鏡ＣＭ３２での光軸１０５からの最軸外主光線の高さｈ３２としたとき、
｜ｈ３２／φ３２｜  ＜  ０．１０
であることが好ましい。より好ましくは
｜ｈ３２／φ３２｜  ＜  ０．１０
を満たすと尚良い。
【００３９】
このように、第２結像光学系、第３結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ２１、ＣＭ３２は瞳近傍に配置することで、非点収差の発生を回避する構成となっている。
【００４０】
また、正の屈折力をもつ第１結像光学系と第４結像光学系の屈折光学系部分によって生じる正のペッツバール和を、第２結像光学系に備わった負の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ２２と凹面反射鏡ＣＭ２１と第３結像光学系に備わった負の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ３２と凹面反射鏡ＣＭ３２によって生じる負のペッツバール和で実質的に補正（相殺）することができる。このとき、第１結像光学系のペッツバール和Ｐ１、第４結像光学系のペッツバール和Ｐ４は、それぞれ
Ｐ１＞０  、  Ｐ４  ＞  ０
となる。また、第２結像光学系のペッツバール和Ｐ２、第３結像光学系のペッツバール和Ｐ３は
Ｐ２＜０  、  Ｐ３  ＜  ０
となることが好ましい。
【００４１】
また、負屈折力を有するレンズ群Ｌｒ２２を第２結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ２１の直前に配置し、更に、負の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ３２を第３結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ３２の直前に配置することで、光学系の大型を招くことなく、軸上色収差を効率良く補正している。
【００４２】
また、第２結像光学系に正の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ２１を配置することによって、偏向反射鏡Ｍ１で反射された第１中間像からの光束と第２結像光学系で形成される第２中間像から第３結像光学系に導かれる光束が過度に広がるのを抑えられ、光学系の小型化を図ることが可能となっている。
【００４３】
また、第３結像光学系に正の屈折力を有するレンズ群Ｌｒ３１を備えることによって、第２中間像から第３結像光学系に導かれる光束と第３結像光学系から偏向反射鏡Ｍ２に導かれる光束が過渡に広がるのを抑えられ、光学系の小型化を図ることが可能となっている。
【００４４】
また、レチクルからウエハまでの距離Ｌ１（光路長ではなく実際の距離）と凹面反射鏡ＣＭ２１と凹面反射鏡ＣＭ３２の距離Ｌ２（光路長ではなく実際の距離）の比は
０．２  ＜  ｜Ｌ２  ／Ｌ１｜  ＜  １．０
の条件を満足することが望ましい。この条件の下限を超えると、収差補正が困難となる。また、この上限を超えると、第２結像光学系と第３結像光学系の大型化やペッツバール和の補正不足が生じてしまう。
【００４５】
また、レチクルからウエハまでの光路長は１４００〜１５００ｍｍであることが望ましい。
【００４６】
また、偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２の配置は、光軸１０４、１０５、１０６に対して任意の角度で配置してかまわない。例えば、偏光反射鏡Ｍ１、Ｍ２への光線入射角が小さくなるように配置することによって、偏向反射鏡の反射膜の角度特性の影響による結像性能の悪化を低減できる。ただし、第２結像光学系の光軸と第３結像光学系の光軸が１直線になるように、偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２は互いに平行に配置されるのが好ましい。また、偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２は、両面反射鏡として同一光学部品であってもかまわない。
【００４７】
図２は、本発明の一側面としての露光装置２００の例示的一形態を示す概略ブロック図である。露光装置２００は、図１に示すように、回路パターンが形成されたレチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）２２０を照明する照明装置２１０と、照明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート２３０に投影する投影光学系１００とを有する。
【００４８】
露光装置２００は、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２２０に形成された回路パターンをプレート２３０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」は、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。
【００４９】
照明装置２１０は転写用の回路パターンが形成されたレチクル２２０を照明し、光源部２１２と照明光学系２１４とを有する。
【００５０】
光源部２１２は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５６ｎｍのＦ２エキシマレーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。光源部２１２にレーザーが使用される場合には、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。
【００５１】
照明光学系２１４は、レチクル２２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系２１４は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。
【００５２】
レチクル２２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２２０から発せられた回折光は投影光学系１００を通りプレート２３０上に投影される。レチクル２２０とプレート２３０とは共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２２０とプレート２３０を走査することによりマスクパターンをプレート２３０上に縮小投影する。
【実施例１】
【００５３】
実施例１の具体的なレンズ構成を図３に示す。図３の屈折光学系の第１結像光学系は、物体側から順に正の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ１１、正の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ１２より構成される。正の屈折レンズ群Ｌｒ１１はレチクル側から光の進行方向に沿って、レチクル側に非球面の凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１２、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１４とレチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１５から構成されている。正のレンズ群Ｌｒ１２は、非球面の凹面をレチクル側に向けた正メニスカスレンズＬ１２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２２と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスＬ１２３と両凸レンズのＬ１２４から構成されている。
【００５４】
第１結像光学系と第２結像光学系の間に第１結像光学の光軸１０２且つ第２及び第３結像光学系の光軸１０５に対して４５°に偏向反射鏡Ｍ１が配置され、第１中間像からの光束を第２結像光学系へと導く。
【００５５】
また、第２結像光学系は、第１結像系からの光の進行方向にそって、両凸レンズのＬ２１１と凹面を偏向反射鏡Ｍ１に向け裏面が非球面の負メニスカスレンズＬ２２１と凹面を偏向反射鏡Ｍ１に向けた凹面反射鏡ＣＭ２１から構成されている。
【００５６】
また、第３結像光学系は、第２結像光学系からの光の進行方向にそって、両凸レンズＬ３１１と負の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ３２と第２結像光学系に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭ３２から構成されている。さらに、負の屈折レンズ群Ｌｒ３２は凹面を第２結像光学系に向けた負メニスカスレンズＬ３２１と凹面を第２結像光学系に向けた負メニスカスレンズＬ３２２で構成されている。
【００５７】
第３結像光学系と第４結像光学系との間に第２及び第３結像光学系の光軸１０５且つ第４結像光学系１０６に対して４５°に偏向反射鏡Ｍ２が配置され、第３中間像からの光束を第４結像光学系へと導く。偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２は、両面偏向反射鏡として同一光学部品として扱っても、個別光学部品と扱ってもどちらでも良い。このとき、第２結像光学系から第３結像光学系への光束と偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２とは互いに干渉しないよう配置されている。
【００５８】
更に、第４結像光学系は、第３結像光学系からの光の進行方向に沿って、非球面の凹面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０１と凹面を両凸レンズＬ４０２と両凹レンズＬ４０３と、凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた正メニスカスレンズＬ４０４と、両凹レンズＬ４０５と、非球面の凹面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０６と、両凸レンズＬ４０７と両凸レンズのＬ４０８と、凹面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０９と、凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた正メニスカスレンズＬ４１０と、非球面の凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた負メニスカスレンズＬ４１１と非球面の凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた平凸レンズＬ４１２から構成されている。また、開口絞りは、Ｌ４０５とＬ４０６の間に配置されている。
【００５９】
本実施例は、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、縮小倍率１／４、硝材としては蛍石を用いている。物像間距離（第１の物体面〜第２の物体面）はＬ＝約１４７７ｍｍである。第１物体の物高のおよそ１４．００ｍｍ〜６８．００ｍｍの範囲の光束が、偏向反射鏡Ｍ１とＭ２との干渉無しに第２物体上に結像する。少なくとも長さ方向で２６ｍｍ、幅で７ｍｍ程度の矩形のスリット状の露光領域を確保することができる。また、本実施例の縦収差図を図４に及び横収差図を図５に示す。図５は基準波長１５７．６ｎｍ及び±０．６ｐｍの波長について表示している。基準波長１５７．６ｎｍ及び±０．６ｐｍでの色収差及び球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正されているのがわかる。また、本実施例の凹面反射鏡の最大径は２１６ｍｍ以下かつレンズ最大有効径は２１０ｍｍ以下となっており、小型化も図られている。
【００６０】
また、本実施例において偏向反射鏡の配置は、光軸１０４、１０５、１０６に対して４５°の角度配置と限定するものでは無い。偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２への光線最大入射角を小さくするように、光軸１０４、１０５、１０６に対して任意の角度で配置してかまわない。ただし、偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２は互いに平行に配置されるのが好ましい。例として図６に、偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２を光軸１０５に対して４０度に配置した場合を示す。偏向反射鏡Ｍ１、Ｍ２は収差補正には寄与していない為、全系の収差は図４及び図５と同じになるが、前述した様に、反射膜の光線入射角度特性やそれによって生じる結像性能への影響の点において有利となる。
【実施例２】
【００６１】
実施例２の具体的なレンズ構成を図７に示す。図７の屈折光学系の第１結像光学系は、物体側から順に正の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ１１、正の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ１２より構成される。正の屈折レンズ群Ｌｒ１１はレチクル側から光の進行方向に沿って、レチクル側に非球面の平面を向けた平凸レンズＬ１１１と、両凸レンズＬ１１２、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスＬ１１４とレチクル側に凹面を向けた正メニスカスＬ１１５から構成されている。正のレンズ群Ｌｒ１２は、非球面の凹面をレチクル側に向けた正メニスカスレンズＬ１２１と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２２と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスＬ１２３と両凸レンズのＬ１２４とレチクル側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ１２５から構成されている。
【００６２】
第１結像光学系と第２結像光学系の間に光軸１０５に対して４５°に偏向反射鏡Ｍ１が配置され、第１中間像からの光束を第２結像光学系へと導く。
【００６３】
また、第２結像光学系は、第１結像系からの光の進行方向にそって、両凸レンズのＬ２１１と凹面を偏向反射鏡Ｍ１に向け、反対面が非球面の負メニスカスレンズＬ２２１と凹面を偏向反射鏡Ｍ１に向けた凹面反射鏡ＣＭ２１から構成されている。
【００６４】
また、第３結像光学系は、第２結像系からの光の進行方向にそって、正の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ３１と負の屈折力を有する屈折レンズ群Ｌｒ３２と第２結像光学系に凹面を向けた凹面反射鏡ＣＭ３２から構成されている。正の屈折レンズ群Ｌｒ３１は、両凸レンズのＬ３１１と凸面を第２結像光学系に向けた負メニスカスレンズＬ３１２から構成されている。さらに、負の屈折レンズ群Ｌｒ３２は非球面の凹面を第２結像光学系に向けた負メニスカスレンズＬ３２１と凹面を第２結像系に向けた負メニスカスレンズＬ３２２で構成されている。
【００６５】
第３結像光学系と第４結像光学系との間に光軸１０５に対して４５°に偏向反射鏡Ｍ２が配置され、第３中間像からの光束を第４結像光学系へと導く。本実施例の場合は偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２は、両面偏向反射鏡として同一光学部品として扱っている。このとき、第２結像光学系からの光束が第３結像光学系に導かれる場合に、干渉しないように両面偏向反射鏡は配置されている。偏向反射鏡Ｍ１と偏向反射鏡Ｍ２の別光学部品として扱ってもかまわない。
【００６６】
更に、第４結像光学系は、第３結像光学系からの光の進行方向に沿って、非球面の凸面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０１と両凸レンズＬ４０２と凹面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０３と、非球面の凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた両凸レンズＬ４０４と、凹面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた負メニスカスレンズＬ４０５と、非球面の凹面をウエハ側に向けた負メニスカスレンズＬ４０６と、両凸レンズＬ４０７と両凸レンズのＬ４０８と、凹面をウエハ側に向けた正メニスカスレンズＬ４０９と、凹面をウエハ側に向けた負メニスカスレンズＬ４１０と非球面の凸面を偏向反射鏡Ｍ２に向けた正メニスカスレンズＬ４１１と、平面をウエハ側に向けた平凸レンズＬ４１２から構成されている。また、開口絞りは、Ｌ４０７とＬ４０８の間に配置されている。
【００６７】
本実施例は、像側の開口数はＮＡ＝０．８５、縮小倍率１／４、硝材としては蛍石を用いている。物像間距離（第１の物体面〜第２の物体面）はＬ＝約１４６３ｍｍである。第１物体の物高のおよそ−１４．００ｍｍ〜−６８．００ｍｍの範囲の光束が、偏向反射鏡Ｍ１とＭ２との干渉無しに第２物体上に結像する。少なくとも長さ方向で２６ｍｍ、幅で７ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保できる。また、本実施例の縦収差図を図８及び横収差図を図９に示す。図９は基準波長１５７．６ｎｍ及び±０．６ｐｍの波長について表示している。基準波長１５７．６ｎｍ及び±０．６ｐｍでの色収差及び球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正されているのがわかる。また、本実施例の凹面反射鏡の最大径は２４１ｍｍとなっており、さらに、レンズ有効径はＬ３２２が２３６ｍｍで、それ以外のレンズの最大有効径は２１１ｍｍとなっており、小型化も図られている。
【００６８】
以下に、上記実施例１、実施例２の数値実施形態の構成諸元を、それぞれの実施例と対応させて第１表〜第２表を示す。なお、表の第１列はレチクルから光の進行方向に沿った面番号を表す。第２列は、各面の曲率半径を表す。第３列は各面の軸上間隔を表す。第４列は、中心波長に対する屈折率を表す。曲率半径は、第１結像光学系と第４結像光学系においては、レチクル側の凸面を正とし、ウエハ側の凸面を負としている。第２結像光学系と第３結像光学系では凹面反射鏡ＣＭ２１側の凸面を正とし、凹面反射鏡ＣＭ３２の方向を負としている。各面の軸上間隔は、レチクルから偏向反射鏡Ｍ１までの間と、第２結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ２１から第３結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ３２までの間と、偏向反射鏡Ｍ２から像面まの間は正で表している。偏向反射鏡Ｍ１から第２結像系の凹面反射鏡の間と、第３結像光学系の凹面反射鏡ＣＭ３２と偏向反射鏡Ｍ２の間は負の間隔で表している。レンズ硝材ＣａＦ２は、基準波長λ＝１５７．６ｎｍに対する屈折率を１．５６としている。また、基準波長に対する＋０．６ｐｍ及び−０．６ｐｍの波長の屈折率は、各々１．５５９９９８５３、１．５６００００１４７である。また、非球面の形状は次式、
Ｘ＝（Ｈ２／４）／（１＋（（１−（１＋ｋ）・（Ｈ／ｒ）２））１／２）＋ＡＨ４＋ＢＨ６＋ＣＨ８＋ＤＨ１０＋ＥＨ１２＋ＦＨ１４＋ＧＨ１６
にて与えられるものとする。ここに、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒｉは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは非球面係数である。
【００６９】
【表１】
2005107362.tif 000003
【００７０】
【表２】
2005107362.tif 000004
【００７１】
【表３】
2005107362.tif 000005
【００７２】
【表４】
2005107362.tif 000006
【００７３】
【表５】
2005107362.tif 000007
【００７４】
【表６】
2005107362.tif 000008
【００７５】
【表７】
2005107362.tif 000009
【００７６】
【表８】
2005107362.tif 000010
【００７７】
上に説明した各実施形態によれば、１５７．６ｎｍといった露光波長の短波長化や高ＮＡ化に対応することができ、瞳の中心部分の遮光（中抜け）がおこらず、ビームスプリッタのような素子を用いることなく小型化することができ、十分な像側作動距離、及び高い解像力や広い露光領域を確保できる投影光学系を実現することができる。
【００７８】
また、本発明は上述の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、光源の狭帯域化により、凹面反射鏡の直前の凹レンズが不要になる場合もある。
【００７９】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の実施形態にかかる露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷される。
【００８０】
図５は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、要求される重ね合わせ精度を達成することができるので従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の反射屈折光学系の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の反射屈折光学系を搭載した露光装置の基本的な構成を示す概略図である。
【図３】第１実施例にかかる反射屈折光学系のレンズ構成を示す図である。
【図４】第１実施例にかかる反射屈折光学系の縦収差を示す図である。
【図５】第１実施例にかかる反射屈折光学系の横収差を示す図である。
【図６】第１実施例の偏向反射鏡配置を変えたレンズ構成を示す図である。
【図７】第２実施例にかかる反射屈折光学系のレンズ構成を示す図である。
【図８】第２実施例にかかる反射屈折光学系の縦収差を示す図である。
【図９】第２実施例にかかる反射屈折光学系の横収差を示す図である。
【図１０】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０１  第１の物体
１０２  第２の物体
１０３  開口絞り
１０４  第１結像光学系の光軸
１０５  第２結像光学系と第３結像光学系の光軸
１０６  第４結像光学系の光軸
Ｇ１  第１結像光学系
Ｇ２  第２結像光学系
Ｇ３  第３結像光学系
Ｇ４  第４結像光学系
Ｌｒ  各レンズ群
Ｌ  各レンズ
Ｍ  各偏向反射鏡
ＣＭ  各凹面反射鏡
２００  露光装置
２１０  照明装置
２２０  レチクル
２３０  プレート
２３５  プレートステージ
【図１】
2005107362.tif 000011
【図２】
2005107362.tif 000012
【図３】
2005107362.tif 000013
【図４】
2005107362.tif 000014
【図５】
2005107362.tif 000015
【図６】
2005107362.tif 000016
【図７】
2005107362.tif 000017
【図８】
2005107362.tif 000018
【図９】
2005107362.tif 000019
【図１０】
2005107362.tif 000020
【図１１】
2005107362.tif 000021