(57)【要約】【課題】  オフナー光学系を採用した露光装置の長所を活かし、より広範な用途での実用化を可能にする。【解決手段】  凸面である第一の球面ミラー１１と、第一の球面ミラー１１より小さい凸面である第二の球面ミラー１２とがオフナー中心軸Ｃ上で同軸に向かい合わせて設けられたオフナー光学系１において、物点から第一の球面ミラー１１への光路上及び第一の球面ミラー１１から像点への光路上に位置するよう少なくとも１枚のレンズ５が配置されている。レンズ５は、オフナー中心軸Ｃに対して対称であり、光軸Ａから離れた位置の物点から出た光についてタンジェンシャル面上の焦点とサジタル面上の焦点とのずれを小さくする。【選択図】  図１
2017003783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上又は第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸からオフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上及び第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズの曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸から光学系オフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
前記レンズは、前記物点から第一の球面ミラーへの光路上に位置する第一のレンズと、前記第一の球面ミラーから像点への光路上に配置された第二のレンズであり、これらレンズが前記オフナー中心軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記第一第二の少なくとも一方のレンズには、移動機構が設けられており、移動機構は、当該レンズの光軸に沿った方向での位置を調節することが可能なものであること特徴とする請求項３記載の露光装置。
【請求項５】
前記レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項６】
前記第一第二の各レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであることを特徴とする請求項３又は４記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、オフナー光学系を使用した露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体集積回路の製造プロセスや各種ＦＰＤ(Flat Panel Display)の製造プロセスでは、フォトリソグラフィの技術が採用されている。フォトリソグラフィに使用される主要な装置の一つが、露光装置である。露光装置は、マスクのパターンで対象物を露光し、パターンの像を対象物に転写する装置を広く意味する。従って、露光装置の性能を示す重要な指標は、解像力と重ね合わせ精度である。
【０００３】
周知のように、回路の微細化に伴い、解像力及び重ね合わせ精度に対する要求はより厳しいものとなっている。このうち、解像力を決定する大きな要素は、当然ながら光学系の性能である。より微細な回路を得るには、収差が十分に抑え込まれた高解像の光学系が必要になる。サブミクロン以下の解像力を得るため、ステッパーのようなレンズ系を採用した露光装置は、数十枚のレンズを組み合わせて光学系を構成しており、非常に複雑な構造となっている。
【０００４】
一方、このようなレンズ系を使用した露光装置の他に、ミラー系のみで光学系を構成した露光装置として、オフナー光学系を使用した露光装置が従来から知られている。図１０及び図１１は、オフナー光学系を使用した従来の露光装置の概略図であり、図１０は斜視概略図、図１１は正面断面概略図である。
オフナー光学系は、二つの球面ミラーによってマスクの像を等倍で投影する光学系である。図１０及び図１１に示すように、二つの球面ミラー１１，１２は、同軸上即ち球面の中心が同一直線上に位置する状態で配置されている。以下、この直線を、オフナー中心軸と呼び、図中にＣで示す。二つの球面ミラー１１，１２のうち、一方は大きく、他方は小さい。以下、大きい方１１を第一の球面ミラーと呼び、小さい方１２を第二の球面ミラーと呼ぶ。
【０００５】
第一の球面ミラー１１は凹面ミラーとなっており、第二の球面ミラー１２は凸面ミラーとなっている。オフナー中心軸Ｃに対して、マスクＭは一方の側に配置され、露光の対象物であるワークＷは他方の側に配置される。説明の都合上、オフナー中心軸Ｃを含む仮想的な平面を基準面と呼び、図１０にＳで示す。
図１０に示すように、マスクＭは、基準面Ｓに対して垂直な姿勢で配置され、ワークＷも、反対側において基準面Ｓに対して垂直な姿勢で配置される。マスクＭの配置面上の基準点及びワークＷの配置面上の基準点は、オフナー中心軸Ｃに対して垂直な同一直線上にあり、オフナー中心軸Ｃから等距離の位置に位置している。以下、マスクＭの配置面上の基準点を物側基準点と呼び、図１０にＭ０で示す。ワークＷの配置面上の基準点を像側基準点と呼び、図１０にＷ０で示す。物側基準点Ｍ０及び像側基準点Ｗ０は、基準面Ｓ上にある。
【０００６】
図１０及び図１１に示された光学系１において、光軸Ａは、物側基準点Ｍ０から像側基準点Ｗ０に至る軸として設定されており、基準面Ｓに含まれる。即ち、物側基準点Ｍ０は、光軸Ａ上の物原点であり、像側基準点Ｗ０は光軸Ａ上の像原点である。
第二の球面ミラー１２の背後には、台形ミラー体４が配置されている。台形ミラー体４は、断面台形の部材であり、台形の斜辺に相当する各面が反射面となっている。説明の都合上、台形ミラー体４の一方の反射面４１を第一の平面ミラーと呼び、他方の反射面４２を第二の平面ミラーと呼ぶ。各平面ミラー４１，４２の角度は、光軸Ａに対して４５°である。
【０００７】
図１１に示すように、光軸Ａは、物側基準点Ｍ０から出て第一の平面ミラー４１に達し、第一の平面ミラー４１で直角に曲がって第一の球面ミラー１１に達する。そして、光軸Ａは、第一の球面ミラー１１で折り返して第二の球面ミラー１２に達し、第二の球面ミラー１２で折り返して再び第一の球面ミラー１１に達する。その後、光軸Ａは、第一の球面ミラー１１で折り返し、第二の平面ミラー４２で直角に曲がり、像側基準点Ｗ０に達する。
【０００８】
図１０及び図１１に示す露光装置において、マスクＭから出た光は、第一第二の球面ミラー１１，１２の作用によりワークＷ上に結び、マスクＭの像がワークＷに投影される。この際、レンズを使用していないので、色収差等のレンズに起因した収差は生じない。また、オフナー光学系１では、二つの球面ミラー１１，１２により収差が自動補正され、ある像高さにおいて良質な像が得られる。良質な像が得られる領域は、オフナー中心軸Ｃを中心とする円弧状の領域である。
このため、図１０に示すように、オフナー光学系１を使用した露光装置は、マスクＭに対して円弧状パターンの光Ｌを照射し、ワークＷに対して円弧状パターンの像Ｉを等倍で形成する。そして、静止した光学系１に対して、マスクＭ及びワークＷを一体に移動（スキャン）する機構が設けられる。マスクＭ及びワークＷを一体に移動させることで、マスクＭ全体の像をワークＷに転写するよう露光が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１４４１２７号公報
【特許文献２】特開平７−２３５４８６号公報
【特許文献３】特開平８−３０６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、オフナー光学系は収差のない良質な像投影が行えるので、古くから露光装置への応用が試みられており、一部に実用化がされている。しかしながら、オフナー光学系は、基本的に等倍で像を投影するものであるため、ナノオーダーにまで微細化の進んだ半導体集積回路の製造用には、実用化されていない。それでも、集積度が比較的低い工程、例えば半導体集積回路製造プロセスにおける後工程や液晶ディスプレイの製造プロセスにおいて、オフナー光学系を採用した露光装置は実用化されており、現在も使用されている。
【００１１】
オフナー光学系を採用した露光装置の実用化が一部にとどまっている理由の一つに、生産性の問題がある。前述したように、オフナー光学系を採用した露光装置において、収差無しに像投影できる領域は、オフナー中心軸を中心とする円弧状の領域に限られる。この際、十分に高い解像力で像投影しようとすると、円弧状領域の幅は非常に狭くなり（例えば１ｍｍ程度）、線状とも言い得る領域になる。この点は、非点収差の問題が関係している。
【００１２】
非点収差も無く像投影ができる領域が非常に狭いため、オフナー光学系を使用した露光装置では、一回の露光に要する時間が長くなってしまう欠点がある。ワークに投影される円弧状パターンの幅が狭いために、必要とされる積算露光量を得るにはマスク及びワークの同期移動をゆっくりとしたスピードで行う必要がある。このため、どうしても生産性を高くすることができない。この欠点が解消されれば、収差がないというオフナー光学系の長所がもっと活かされ、このタイプの露光装置がより広範に実用化されることになると考えられる。
この出願の発明は、上記のような課題を考慮して為されたものであり、オフナー光学系を採用した露光装置の長所を活かし、より広範な用途での実用化を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上又は第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸からオフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、凹面ミラーである第一の球面ミラーと、第一の球面ミラーより小さい凸面ミラーである第二の球面ミラーとが向かい合わせて設けられ、各球面ミラーの曲率の中心がオフナー中心軸上に位置しているオフナー光学系を備えた露光装置であって、
物点から第一の球面ミラーへの光路上及び第一の球面ミラーから像点への光路上には、少なくとも一枚のレンズが存在しており、当該レンズの曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されており、当該レンズは、当該レンズがない場合に比べて、光軸から光学系オフナー中心軸を中心とする半径方向に離れた位置の非点収差を小さくするものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記レンズは、前記物点から第一の球面ミラーへの光路上に位置する第一のレンズと、前記第一の球面ミラーから像点への光路上に配置された第二のレンズであり、これらレンズが前記オフナー中心軸に対して対称に配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記第一第二の少なくとも一方のレンズには、移動機構が設けられており、移動機構は、当該レンズの光軸に沿った方向での位置を調節することが可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項３又は４の構成において、前記第一第二の各レンズは、色消しレンズを構成する二枚のレンズであるこという構成を有する。
【発明の効果】
【００１４】
以下に説明する通り、この出願の請求項１記載の発明によれば、レンズにより、非点収差が小さく抑え込まれた露光領域が、オフナー中心軸を中心とする半径方向に拡大するので、マスクに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。
また、請求項２記載の発明によれば、曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されたレンズにより、非点収差が小さく抑え込まれた露光領域が、オフナー中心軸を中心とする半径方向に拡大するので、マスクに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。このため、露光精度も高くしつつ生産性の向上を図ることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、レンズは、第一の球面ミラーの入射側と出射側とに設けられた第一第二のレンズであるので、光学系全体の精度を確保する際の微調整を容易に行うことができる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、投影像の倍率調整を簡易な構成により行うことができる。
また、請求項５記載の発明によれば、レンズを採用したことによる欠点（色収差発生）を解消することができ、オフナー光学系の長所を損なうことなく上記各効果を得ることができる。
また、請求項６記載の発明によれば、レンズを採用したことによる欠点（色収差発生）を解消することができ、オフナー光学系の長所を損なうことなく上記各効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。
【図２】第一の実施形態において非点収差が抑え込まれる領域が領域拡大レンズによりどの程度拡大するかを計算によりシミュレーションした結果を示す図である。
【図３】領域拡大レンズによる非点収差の減少の効果について評価したシミュレーションの結果を示す図である。
【図４】領域拡大レンズによる非点収差の減少の効果について評価したシミュレーションの結果を示す図である。
【図５】図３（１）（２）及び図４の各シミュレーション結果の説明用の図である。
【図６】第二の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。
【図７】第三の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。
【図８】図７に示す実施形態における領域拡大レンズ５３，５４の形状を示した側面概略図である。
【図９】第三の実施形態における領域拡大レンズ５３，５４の変形例を示した側面概略図である。
【図１０】オフナー光学系を使用した従来の露光装置の斜視概略図である。
【図１１】オフナー光学系を使用した従来の露光装置の正面断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、この出願の発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。実施形態の露光装置は、オフナー光学系１を備えた露光装置である。具体的には、この露光装置は、オフナー光学系１と、オフナー光学系１の物焦点の位置を含む平面上にマスクＭを保持するマスクホルダー（図１中不図示）と、オフナー光学系１の像焦点の位置を含む平面上にワークＷを保持するワークステージ（図１中不図示）とを備えている。尚、図１では、図示の簡略化のため、台形ミラー体を省略している。実際には、図１０と同様の台形ミラー体が設けられ、光軸Ａは各々９０°曲げられている。
【００１７】
マスクホルダーは、ワークＷへの像の投影位置（像の重ね合わせ位置）との関係で正しい位置にマスクＭが位置するようマスクＭを保持するものである。マスクＭには、ワークＷに転写すべきパターンが予め形成されている。
ワークステージは、同様にオフナー光学系１による像投影位置との関係で正しい位置にワークＷが位置するようワークＷを保持するものである。マスクホルダー及びワークステージには、不図示の移動機構が従来と同様に設けられている。
【００１８】
マスクホルダーの入射側には、不図示の光源及び照明光学系が設けられている。光源としては、超高圧水銀ランプのような紫外線ランプが使用される。照明光学系は、インテグレーターレンズやコリメーターレンズを含んでおり、マスクＭを均一に照射するよう構成される。
照明光学系は、マスクＭに照射される光を所定の円弧状パターンとするためのアパーチャ（不図示）を含んでいる。アパーチャによるマスクＭ上の円弧状パターンの投影位置は、円弧状パターンの中心が物側基準点Ｍ０に一致する位置である。
【００１９】
このような実施形態の露光装置の大きな特徴点は、アパーチャによる円弧状パターンの幅を大きくすることが可能な特別の光学素子を備えていることである。「円弧状パターンの幅を大きくすることが可能」とは、幅を大きくしても、露光の解像力が低下しないということであり、言い換えれば、高い解像力で像投影できる領域の幅を大きくするということである。以下、この点について説明する。
【００２０】
図１に示すように、第一の実施形態の露光装置は、その曲面がオフナー中心軸Ｃに対して対称に配置された１枚のレンズ５を備えている。レンズ５は、球面レンズであり、第一の球面ミラー１１側のレンズ面５０１が凸、これとは反対側のレンズ面５０２が凹のレンズである。図１に示すように、レンズ５の中心軸は、オフナー中心軸Ｃに一致しており、従って、各レンズ面５０１，５０２の曲率の中心はオフナー中心軸Ｃ上にある。但し、第一の球面ミラー１１側のレンズ面５０１の中心と、反対側のレンズ面５０２の中心は、オフナー中心軸Ｃ上の同じ位置（同心）である場合もあるし、オフナー中心軸Ｃ上の異なる位置の場合もある。いずれにしても、このレンズ５は、高い解像力を維持して像投影できる領域を広げる作用を有する。以下、このレンズ５を、領域拡大レンズと言い換える。
【００２１】
周知のように、投影光学系において透明な平行平板を光軸に垂直に挿入すると、焦点距離が若干長くなる。この際、平行平板を光軸に対して斜めに傾けて挿入すると、本来、非点収差が発生しない筈の光軸上の物点から出た光についても、傾きの軸に沿った面以外については非点収差が発生するようになる。
実施形態の領域拡大レンズ５は、この作用を逆に利用したものである。即ち、光路上に光透過部材を配置することで非点収差を小さく抑え込むようにする。この際、半径（タンジェンシャル）方向に広い範囲で収差が少なくなるようレンズ５の曲率を選定する。尚、図１の光線図は、タンジェンシャル面での光線を示している。
【００２２】
そして、半径方向に拡大した非点収差のない領域を、円周（サジタル）方向に延長するために、レンズ５の曲面がオフナー中心軸Ｃに対して対称となるような配置としている。半径方向や円周方向とは、オフナー中心軸Ｃを中心とする半径方向、円周方向ということである。
【００２３】
次に、上記のような技術思想によって非点収差が小さく抑え込まれた領域を拡大させる実際の設計例（実施例）について説明する。
まず、この設計例の具体的光学条件について説明すると、第一の球面ミラー１１の曲率半径Ｒ（以下、単に曲率という）は−７５０．７ｍｍ、第二の球面ミラー１２の曲率は−３６１．３ｍｍ、オフナー中心軸Ｃ上で見た第一の球面ミラー１１と第二の球面ミラー１２の離間距離（図１にＤで示す）は３８９．８ｍｍ、領域拡大レンズ５の第一の球面ミラー１１側のレンズ面５０１の曲率は−２６０．５ｍｍ、反対側のレンズ面５０２の曲率は−２３９．１ｍｍである。尚、オフナー中心軸Ｃと光軸Ａとの距離（図１にｒで示す）はオフナー距離と呼ばれるが、この例ではｒは１１５ｍｍである。
【００２４】
このような実施形態において非点収差が小さく抑え込まれる領域が領域拡大レンズ５によりどの程度拡大するかを、計算によりシミュレーションした。図２は、このシミュレーションの結果を示す図である。シミュレーションには、光学計算ソフトウェアであるLambda Research社製のOSLO PREMIUM EDITION REVISION 6.4.1又は6.2が使用された。
図２（Ａ）は、領域拡大レンズを配置しない場合のシミュレーション結果、図２（Ｂ）は、上記領域拡大レンズを配置した場合のシミュレーション結果である。図２（Ａ）（Ｂ）において、縦軸は、焦点位置即ち焦点深度方向（光軸Ａ方向）での位置を示し、横軸は、像面（ワークＷの表面）における像パターンの幅方向（図１にｄで示す）の位置を示す。原点は、幅方向の中央位置（像側基準点Ｗ０）である。つまり、図２（Ａ）（Ｂ）の横軸は、光軸Ａからオフナー中心軸を中心とする半径方向にどの程度離れたかを示している。尚、図２の（Ａ）と（Ｂ）とで、横軸はスケールが異なっている。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、領域拡大レンズがない場合、像側基準点Ｗ０即ち像面のうち光軸Ａ上の点（図２（Ａ）の横軸０の位置）ではタンジェンシャル面とサジタル面では焦点の乖離はないが、像側基準点Ｗ０からパターン幅方向に少しでも外れると焦点のずれ（非点収差）が発生する。例えば、図２（Ａ）によれば、光軸Ａ上の点からわずか０．５ｍｍ離れるだけで、タンジェンシャル面の焦点位置とサジタル面の焦点とは約８μｍ乖離する。
一方、領域拡大レンズを設けた場合、レンズの効果で光軸Ａ上の点（図２（Ｂ）の横軸０の位置）におけるタンジェンシャル面とサジタル面の焦点位置は約５μｍ乖離しているが、光軸Ａ上の点から離れるにつれて両者の焦点位置の乖離は減少し、前後１０ｍｍ（合計２０ｍｍ）離れた範囲内で最大約３μｍ程度の乖離しか生じない。即ち、タンジェンシャル面の焦点位置とサジタル面の焦点に位置の乖離が８μｍ未満の領域を「非点収差が小さく抑え込まれた領域」とすると、領域拡大レンズを設けることにより、「非点収差が小さく抑え込まれた領域」が１ｍｍから少なくとも２０ｍｍに拡大することが判る。
【００２６】
上記のような非点収差の改善（減少）が、必要な解像力や生産性との関係でどのような効果をもたらすかについて、図３〜図５を使用して説明する。図３及び図４は、領域拡大レンズ５による非点収差の減少の効果について評価したシミュレーションの結果を示す図である。図５は、図３（１）（２）及び図４の各シミュレーション結果の説明用の図である。横軸は空間周波数、縦軸はＭＴＦ（コントラスト）である。
【００２７】
図３（１）（２）は、領域拡大レンズ５がない場合（従来例）のシミュレーション結果を示し、図４は領域拡大レンズがある場合（実施形態）のシミュレーション結果を示す。図３（１）（２）及び図４において、各横軸は空間周波数であり、各縦軸は算出されたＭＴＦの値である。図４の場合、図２（Ｂ）の場合と同様、領域拡大レンズ５の第一の球面ミラー１１側のレンズ面５０１はＲ＝−２６０．５ｍｍ、反対側のレンズ面５０２はＲ＝−２３９．１ｍｍである。尚、シミュレーションには、同様にLambda Research社製のOSLO PREMIUM EDITION REVISION 6.4.1又は6.2が使用された。
【００２８】
図３（１）（２）及び図４には、円弧状パターンの像の幅方向の各位置でのＭＴＦの各グラフが示されている。各グラフは、図５に示す円弧状パターンの像Ｉの幅ｄの各点でのデータである。即ち、像面の光軸Ａ上の点を±０とし、幅ｄの半分の距離まで幅ｄの方向にずれた各点でのＭＴＦの算出結果である。図３（１）では、幅の全長が１ｍｍであるため、±０．１２５ｍｍ、±０．２５ｍｍ、±０．３７５ｍｍ、±０．５ｍｍの位置でのデータである。図３（２）では、幅ｄの全長は２０ｍｍであるため、±２．５ｍｍ、±５ｍｍ、±７．５ｍｍ、±１０ｍｍの位置でのデータとなっている。尚、＋は、図１においてオフナー中心軸Ｃから遠ざかる向き、−の方向はオフナー中心軸Ｃに近づく向きである。図３（１）や図４では、各位置でＭＴＦに大差がないため、各グラフが重なっているが、図３（２）では各位置でＭＴＦに大きな違いが出ている。各グラフと幅方向の位置との対応関係を図３（２）中に示す。
【００２９】
尚、波長条件については、３５５ｎｍ〜３８０ｎｍの波長の光で露光することを前提とした。この際、屈折率が異なるので、３６５ｎｍの波長を基本とし、他の波長の重み付けを行った。尚、波長拡大レンズ５の材質は石英ガラスであることを前提にした。
図３（１）は、前述したように、領域拡大レンズが無い場合であって円弧状パターンの幅ｄが１ｍｍの場合を示している。空間周波数が高くなるに従ってＭＴＦ（解像力）が低下しているが、これは一般的傾向である。そして、図３（１）の場合、各グラフはほぼ一つの線に重なっており、幅ｄの全域（光軸Ａから±０．５ｍｍの範囲）に亘って解像力はほぼ一定である。つまり、幅１ｍｍの範囲では実質的に収差のない高品質の露光ができることを示している。
【００３０】
図３（２）は、図３（１）と全く同じ光学条件であるが、円弧状パターンの幅ｄを２０ｍｍに拡大した場合のシミュレーション結果である。幅方向でのＭＴＦのばらつきを確認し易くするため、横軸の空間周波数のスケールは、図３（１）と異なり、０〜１００としている。図３（２）に示すように、２０ｍｍという幅広のパターンとした場合、ＭＴＦは光軸Ａ上では０．８〜１程度と良好な値であるが、光軸Ａからずれに従ってＭＴＦは大きく低下することが判る。つまり、光軸Ａから外れた位置では収差の影響が大きく、十分なパターン精度の露光が行えない。
【００３１】
一方、図４に示すように、領域拡大レンズ５を採用した場合、各グラフはほぼ重なっており、幅２０ｍｍの範囲において収差なく像投影が行えることを示している。尚、露光装置の場合、投影光学系のＭＴＦは最低でも０．３〜０．４は必要であるとされている。図４にシミュレーション結果を示す実施形態の場合、３００本／ｍｍ程度の空間周波数で０．４程度のＭＴＦが得られている。３３３本／ｍｍは、線幅１．５μｍの回路の露光に相当しており、上記結果は、１．５μｍ程度までの露光に実施形態の装置が使用可能であることを示している。
【００３２】
このように、実施形態の露光装置によれば、領域拡大レンズ５が設けられているので、マスクＭに照射する円弧状パターンの幅を幅広にしても解像力は低下しない。このため、解像力を維持しつつ幅広パターンでの露光によって生産性を飛躍的に向上させることができる。
即ち、露光装置は、光源からの光をアパーチャで整形して円弧状パターンの光をマスクＭに照射しており、幅広の像を投影した場合でもワークＷ上の各点の照度は同じである。したがって、幅広にすると、必要なドーズ量の露光を行うのにより高速にスキャンを行うことができる。上記の例では、従来１ｍｍ幅であったのが２０ｍｍに拡大されるから、計算上は生産性は２０倍になる。勿論、送り精度や停止精度のような機構系の精度（アライメント精度）の改善も同時に必要になるから単純に２０倍になる訳ではないが、少なく見積もっても数倍程度以上の改善は見込める。
【００３３】
次に、第二の実施形態について説明する。図６は、第二の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。第二の実施形態では、領域拡大レンズとしてその曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置された二つのレンズ５１，５２が設けられている。二つの領域拡大レンズ５１，５２は、オフナー中心軸Ｃと同軸に配置された球面レンズである。二つの領域拡大レンズ５１、５２のうち、第一の球面ミラー１１から遠い位置のレンズ５１を第一の領域拡大レンズ、近い位置のレンズ５２を第二の領域拡大レンズとする。第一の領域拡大レンズ５１は、第一の実施形態と同様、第一球面ミラー１１に近い側の面５１１が凸レンズ面、反対側の面５１２が凹レンズ面となっている。第二の領域拡大レンズ５も、曲率は大きくなっているが、同様に第一の球面ミラー１１に近い側の面５２１が凸レンズ面、反対側の面５２２が凹レンズ面となっている。
【００３４】
第二の実施形態において、第一第二の領域拡大レンズ５１，５２は、いわゆる色消しレンズの構成となっており、色収差補正を行うものとなっている。前述したように、オフナー光学系の長所は、レンズを使用しないので色収差とは無縁な点である。この点、実施形態のようにレンズを使用してしまうと、オフナー光学系の長所を毀損してしまうとも考えられる。それでも、前述したような３５５ｎｍ〜３８０ｎｍ程度の狭い波長域であれば、１．５μｍ程度までの線幅の露光において問題となることは少ない。
【００３５】
しかし、これよりも高解像力の露光を行う場合や、より広い波長範囲の光で露光を行う場合、色収差補正も併せてされる光学系の方が好ましい。第二の実施形態は、この点を考慮したものとなっている。曲率の一例を示すと、第一の領域拡大レンズ５１の第一の球面ミラー１１側のレンズ面５１１の曲率は−２３０．２ｍｍ程度、反対側のレンズ面５１２の曲率は−２１１．２ｍｍ程度である。また、第二の領域拡大レンズ５２の第一の球面ミラー１１側のレンズ面５２１の曲率は−１２３５ｍｍ程度、反対側のレンズ面５２２の曲率は−８５６４ｍｍ程度である。
第二の実施形態によれば、レンズを採用することのデメリットが解消され、より好解像力の露光が可能になったり、広い波長域の光で露光を行う場合にも高解像力で高生産性の露光処理が行えるようになったりする。
【００３６】
次に、第三の実施形態について説明する。図７は、第三の実施形態の露光装置の正面断面概略図である。図７に示す第三の実施形態では、領域拡大レンズとしてその曲面がオフナー中心軸に対して対称に配置されたレンズを分割した二つのレンズ５３，５４が設けられている。図８は、図７に示す第三の実施形態における領域拡大レンズ５３，５４の形状を示した側面概略図である。
第三の実施形態では、各領域拡大レンズ５３，５４は、図８に示すように半円環状となっている。二つの領域拡大レンズ５３，５４は、同じ形状寸法のものであり、その曲面がオフナー中心軸Ｃに対して対称に配置されている。即ち、各領域拡大レンズ５３，５４の半円環状の輪郭の中心はオフナー中心軸Ｃ上にある。
【００３７】
二つの領域拡大レンズ５３，５４において、第一の球面ミラー１１側のレンズ面５３１，５４１の曲率の中心は、オフナー中心軸Ｃ上の同じ位置にある。また、各反対側のレンズ面５３２，５４２の中心も、オフナー中心軸Ｃ上にある。同様に、第一の球面ミラー１１側の各レンズ面５３１，５４１の曲率の中心と、反対側の各レンズ面５３２，５４２の曲率の中心は、オフナー中心軸Ｃ上の同じ位置の場合もあるし、オフナー中心軸Ｃ上のずれた位置の場合もある。尚、各領域拡大レンズ５３，５４の半円環状の形状における円弧の角度は、１８０°未満ではあるものの、投影する円弧状パターンの円弧の角度より大きい角度とされる。
【００３８】
このように領域拡大レンズを二つのレンズ５３，５４で構成することは、幾つかのメリットを有する。まず、一つのレンズをオフナー中心軸Ｃと同軸に配置する場合に比べ、各レンズ５３，５４はサイズを小さくできるので、レンズの保持や位置調節が容易となる。また、実施形態のような露光装置では、球面ミラー１１，１２やマスクホルダー等の部品を搭載した後、光学系全体の精度を要求されたものにするため、各部品の位置や姿勢を微調整する作業が必要になる。この際、領域拡大レンズが二つのレンズ５３，５４で構成されていた方が、微調整がキメ細かくできバランスも取り易い。
【００３９】
また、この実施形態では、図７に示すように、各領域拡大レンズ５３，５４には移動機構６１，６２が付設されている。各移動機構６１，６２は、光軸Ａに沿った方向に領域拡大レンズ５３，５４を独立して移動させる機構である。「独立して」とは、一方の領域拡大レンズを他方の領域拡大レンズから独立して移動させるという意味である。
各移動機構６１，６２は、上述した光学系全体の精度を確保する際の微調整をより容易にする意義がある。加えて、各移動機構６１，６２は、ワークＷに投影される像の倍率の微調整を可能にする意義がある。二つの領域拡大レンズ５３，５４について一方の位置を固定した状態で他方を移動させたり、互いに異なった向き又は距離で移動させたりすると、倍率が変化する。ここでの倍率の変更は、数十ＰＰＭ（例えば２０ＰＰＭ）程度の非常に小さな変更である。移動距離は、例えば０．０５〜０．２ｍｍ程度である。
【００４０】
このような倍率の微調整が必要になる要因は、幾つか考えられる。一つには、前述した光学系全体の精度確保のための微調整として倍率調整が行われる場合がある。この際、各移動機構６１，６２は好適に利用される。また、アライメント精度を確保する際にも各移動機構は好適に利用され得る。露光装置において、アライメント精度に対する要求は解像力よりも厳しく、一般的には解像力の１／４程度である。例えば、１．５μｍの線幅の露光を行う場合、０．３μｍ程度のアライメント精度が要求される。この場合、要求精度近くまでアライメント機構の性能により実現した後、最後の微調整を像の倍率変更によって行う場合があり得る。このような場合、各移動機構６１，６２は好適に利用される。倍率の微調整は、例えばワークＷの温度制御によって行うことがあるが、これに比べると、この実施形態の構成は、調整が容易であり、精度も確保し易い。尚、移動機構６１，６２としては、例えばピエゾ素子とリニアガイドと組み合わせた機構（ピエゾ直動機構）等が採用できる。
【００４１】
尚、この第三の実施形態において、第二の実施形態のように色収差を除去した構成とすることも可能である。即ち、各領域拡大レンズ５３，５４を各々色消しレンズを構成する二枚のレンズとすることも可能である。この場合は、二枚一組のレンズ（色消しレンズ）が二組設けられることになる。移動機構６１，６２は、一方の組の二枚のレンズを一体に他方の組の二枚のレンズに対して独立して移動させる機構とされる。
【００４２】
図９は、第三の実施形態における領域拡大レンズ５３，５４の変形例を示した側面概略図である。第三の実施形態において二つの領域拡大レンズ５３，５４は半円環状であったが、その曲面がオフナー中心軸Ｃに対して対称に配置されていれば足り、必ずしも半円環状でなくとも良い。半円環状ではない対称配置の一例が、図９に示されている。
【００４３】
以上説明した各実施形態の他、第一の球面ミラー１１に対して一方の側のみに領域拡大レンズを配置した構成も採用し得る。即ち、第一の球面ミラー１１の入射側にのみ領域拡大レンズを配置したり、第一の球面ミラー１１の出射側にのみ領域拡大レンズを配置したりしても、非点収差の無い像投影ができる領域を拡大することができる。第三の実施形態において二つの領域拡大レンズ５３，５４のいずれか一方を無くした構成がこれに相当する。この場合、光軸Ａから見てオフナー中心軸Ｃに近い側の部分の像と遠い側の部分の像とでバランスを取るため、領域拡大レンズは、肉厚が均一でない（偏在した）ものとされる。但し、そのようにしても像の歪みは上記各実施形態に比べると大きくなる。これと比較すると、像の歪みも小さく抑えられる点で、前記各実施形態の構成は好ましい。
尚、各実施形態の露光装置の用途としては、半導体集積回路製造プロセスの後工程での利用の他、液晶ディスプレイ製造プロセスやプリント基板製造プロセス、各種ＭＥＭＳの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィに利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  オフナー光学系
１１  第一の球面ミラー
１２  第二の球面ミラー
２  マスクホルダー
３  ワークステージ
４  台形ミラー体
５  領域拡大レンズ
５１  領域拡大レンズ
５２  領域拡大レンズ
５３  領域拡大レンズ
５４  領域拡大レンズ
６１  移動機構
６２  移動機構
Ｃ  オフナー中心軸
Ａ  光軸
ｄ  円弧状パターンの幅
【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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