(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系によって物体の像を露光領域内に形成し、該露光領域に対してウエハを相対走査する走査型露光装置に用いられる反射屈折光学系において、
鉛直方向に延びた主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸の他端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面鏡と第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹面鏡との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との間に第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって折り曲げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸と直交する第１面を設け、
前記両光軸を含む平面と前記第１面との交線によって２分される該第１面のいずれか一方の領域に、前記物体を配置し、
前記両光軸を含む平面と前記第２面との交線によって２分される該第２面のいずれか一方の領域に、前記像を形成し、
前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成し、
前記ウエハは、前記両光軸と直交する方向に相対走査されることを特徴とする直筒型反射屈折光学系。
【請求項２】
投影光学系によって物体の像を露光領域内に形成し、該露光領域に対してウエハを相対走査する走査型露光装置に用いられる反射屈折光学系において、
鉛直方向に延びた主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸の他端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面鏡と第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹面鏡との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との間に第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって折り曲げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸と直交する第１面を設け、
前記両光軸を含む平面と前記第２面との交線によって２分される該第２面のいずれか一方の領域に、前記物体を配置し、
前記両光軸を含む平面と前記第１面との交線によって２分される該第１面のいずれか一方の領域に、前記像を形成し、
前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成し、
前記物体は、前記両光軸と直交する方向に相対走査されることを特徴とする直筒型反射屈折光学系。
【請求項３】
前記第１面に配置される前記物体の縮小像を前記第２面に形成することを特徴とする請求項１記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
０．８＜｜Ｄ1／Ｈ｜＜２．５
２０＜｜Ｌ／Ｈ｜＜３０
但し、Ｈ：前記第１面に配置される物体又は第１面に形成される像の前
記副光軸からの最大高さ
Ｄ1：前記第１面から反射面までの前記副光軸上の距離
Ｌ：前記凹面鏡から第２面までの前記主光軸上の距離
である。
【請求項５】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
｜Ｄ2／Ｈ｜＜２．５
但し、Ｈ：前記第１面に配置される物体又は第１面に形成される像の前
記副光軸からの最大高さ
Ｄ2：前記反射面から前記第１結像光学系の第１レンズ面までの前記主
光軸上の距離
である。
【請求項６】
前記第１結像光学系は、前記凹面鏡側から順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ1と、正レンズＬ4とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項７】
前記第１結像光学系の前記負メニスカスレンズＬ1と正レンズＬ4との間に、前記凹面鏡側から順に、少なくとも正レンズＬ2と負レンズＬ3とを有することを特徴とする請求項６記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項８】
前記第２結像光学系は、開口絞りを有し、
該開口絞りの近傍に、少なくとも正レンズＬ7を有し、
前記第２面の直前に、少なくとも前記反射面側に凸面を向けた正レンズＬ9を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項９】
前記第２結像光学系は、前記反射面の後に、少なくとも正レンズＬ5を有し、
前記開口絞りの近傍に、少なくとも正レンズＬ7とメニスカスレンズＬ8とを有し、
前記第２面の直前に、少なくとも前記反射面側に凸面を向けた正レンズＬ9を有することを特徴とする請求項８項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項１０】
非球面を少なくとも２面以上含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項１１】
すべてのレンズを同一の硝材によって形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系。
【請求項１２】
投影光学系によって物体の像を露光領域内に形成し、該露光領域に対してウエハを相対走査する走査型露光装置において、
前記投影光学系は、請求項１〜１１のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系を備えることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１３】
投影光学系によって物体の像を露光領域内に形成し、該露光領域に対してウエハを相対走査する走査露光方法において、
請求項１〜１１のいずれか１項記載の直筒型反射屈折光学系を用いて前記物体の前記像を形成することを特徴とする走査露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として半導体の製造に用いられるステッパーなどの縮小露光装置の光学系に関し、特に光学系に反射屈折光学系を用いることにより、紫外線波長域でのサブミクロン単位の分解能を有する１／４×程度の反射屈折縮小光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の回路パターンはますます微細化しており、このパターンを焼き付ける露光装置にはより解像力の高いものが要求されてきている。
この要求を満足するためには、光源の波長を短波長化しかつＮＡ（光学系の開口数）を大きくしなければならない。しかしながら、波長が短くなると光の吸収のため実用に耐える光学ガラスが限られてくる。波長が１８０ｎｍ以下となると、実用上使える硝材は蛍石だけとなる。
このような場合、屈折光学系だけで投影光学系を構成したのでは、色収差補正がまったく不可能となる。従って要求される解像力を有し、しかも屈折光学系のみで構成された投影光学系を作ることは、非常に難しいものとなる。
【０００３】
そこで反射系と使用波長に使える光学ガラスからなる屈折系とを組み合わせたいわゆる反射屈折光学系によって、縮小投影光学系を構成する技術が色々提案されている。
その中で、光学系の途中で１回以上の中間結像を行うタイプは、これまで種々のものが提案されているが、中間像を１回だけ結像するものに限定すると、特公平５−２５１７０、特開昭６３−１６３３１９、特開平４−２３４７２２、ＵＳＰ−４，７７９，９６６に開示された技術が挙げられる。
【０００４】
上記従来技術の中で、凹面ミラーを１枚だけ使用しているものは、特開平４−２３４７２２とＵＳＰ−４，７７９，９６６に開示された光学系である。これらの光学系は、凹面ミラーで構成される往復兼用光学系において、負レンズのみが採用されており、凸のパワーの光学系が使われていない。そのため、光束が広がって凹面ミラーに入射するため、凹面ミラーの径が大きくなりがちであった。
また特に特開平４−２３４７２２に開示された往復兼用光学系は完全対称型であり、この光学系での収差発生を極力抑えて後続の屈折光学系の収差補正負担を軽くしているが、対称光学系を採用しているため、第２面付近でのワーキングディスタンスがとりにくく、またハーフプリズムを使用しなければならなかった。
またＵＳＰ−４，７７９，９６６に開示された光学系では、中間像よりも後方の２次結像光学系にミラーを使用している。したがって光学系の必要な明るさを確保するためには、光束が広がって凹面ミラーに入射することになり、ミラーの小型化が困難なものであった。
【０００５】
また複数のミラーを使用するものでは、屈折光学系のレンズ枚数を削減できる可能性があるが、これらのタイプでは以下の問題があった。
すなわち、最近、焦点深度を稼ぎながら解像力を上げるため、マスクの選択部分の位相をずらす位相シフト法が考え出されているが、さらに、効果を上げるために、照明光学系のＮＡと結像光学系のＮＡの比σを可変にすることが行われる。このとき照明光学系には開口絞りを設置することができるが、前記に挙げた反射屈折光学系を対物レンズとする場合は、有効な絞り設置部分がどこにも採れないことになる。
【０００６】
さらにこのような配置の往復光学系を縮小側の第１面側に採用するタイプの反射屈折光学系では、縮小倍率の関係から反射ミラーで反射した後ウエハまでの距離が長く採れないため、この光路中に挿入される対物レンズのレンズ枚数がそう多く採れず、そのため得られる光学系の明るさは限られたものとならざるを得なかった。たとえ高ＮＡの光学系が実現できても、限られた長さに多くの光学部材が挿入されるため、ウエハと対物レンズの端面との距離、いわゆるワーキングディスタンスＷＤが長く採れない光学系となっていた。
またこのような従来の反射屈折光学系においては、光路を必ず途中で折り曲げる必要があり、その光路折り曲げ部材の調整作業が困難で、なかなか高精度の系を実現することができなかった。
【０００７】
そこで本出願人は、第１結像光学系によって第２面の中間像を形成し、第２結像光学系によって中間像の再結像を第１面上に形成し、第１結像光学系からの光束を第２結像光学系へ導くように反射面を設け、第１結像光学系を、凹面鏡と該凹面鏡への入射光と反射光との双方が透過するレンズ群とからなる往復光学系を有するように形成した２回結像光学系を提案した。
この２回結像光学系によれば、凹面鏡の径を縮小させることができ、位相シフト法のための照明光学系のＮＡと結像光学系のＮＡの比σを可変にすることができるように、有効な絞り設置部分を採ることができ、さらに光学系の明るさを十分とりながら、なおウエハと対物レンズの端面との距離、いわゆるワーキングディスタンスＷＤを長く採ることができる光学系を実現することができる。また光路折り曲げ部材の調整作業が比較的容易で、高精度の光学系を実現するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように２回結像光学系は優れた点が多いが、これらの光学系は、凹面鏡に入射する光束と、凹面鏡から出射する光束を分離するために、光束分離プリズムか、穴開きミラーを使用するか、または軸外光束を使って反射ミラーで分離するか、などの方法が必要となってくる。
いずれの方法においても、光学系の光軸を反射面を使って、例えば直角に折り曲げることが必要となる。これは、従来からの反射屈折光学系に比較すれば格段に容易にはなるものの、従来の屈折系のみによる光学系と比較すれば、やはり光学系の調整機構に大きな負担となっていた。
すなわち、屈折光学系をはじめとする大方の光学系は直線状の１本の光軸上に構成されるので、レンズの据えつけ方が光軸に対してずれたり、傾いておかれた場合には、この直線状の光軸を中心にしてレンズを回転させ、レンズからの反射光などを調べて改善することができるのである。
【０００９】
ところが、光軸が折れ曲がっていると、このような調整手段を採ることができず、調整法が困難となるのである。
またさらに、１本の光軸からなる光学系では、光軸からの傾き（チルト）と位置ずれ（シフト）の２種類の調整項目しか存在しない。しかるに、複数本の光軸を持つ光学系では、そのうちの基準となる１本の光軸から外れたレンズには、３次元空間上の位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸周りの回転角度α、β、γの６種の自由度が発生し、その調整の必要項目数も大幅に増えるのである。
そのため、調整時間も増え、コスト高になるとともに、精密な光学系では、設計上の性能を実現することさえ、困難なことが多いのが実情である。
以上のことより、如何にしてこのようなめんどうな調整をなくすことができるかが、以前から重要な懸案事項となっていた。本発明は、複数本の光軸を持つものの、各光学部品の調整が容易な反射屈折光学系を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、各光学部品の困難な調整を省くために、結像作用をなす光学系を１本の光軸になるように構成したものである。すなわち本発明の第１の態様は、鉛直方向に延びた主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸の他端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面鏡と第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹面鏡との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との間に第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって折り曲げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸と直交する第１面を設け、前記両光軸を含む平面と前記第１面との交線によって２分される該第１面のいずれか一方の領域に、前記物体を配置し、前記両光軸を含む平面と前記第２面との交線によって２分される該第２面のいずれか一方の領域に、前記像を形成し、前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成し、前記ウエハは、前記両光軸と直交する方向に相対走査されるたことを特徴とする直筒型反射屈折光学系である。
また、本発明の第２の態様は、鉛直方向に延びた主光軸の一端側に凹面鏡を配置し、主光軸の他端側に該主光軸と直交する第２面を設け、前記凹面鏡と第２面との間に反射面を配置し、該反射面と前記凹面鏡との間に該凹面鏡と共に第１結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記反射面と前記第２面との間に第２結像光学系を形成する複数枚のレンズを配置し、前記第１結像光学系の主光軸が前記反射面によって折り曲げられる方向を副光軸とし、該副光軸に該副光軸と直交する第１面を設け、前記両光軸を含む平面と前記第２面との交線によって２分される該第２面のいずれか一方の領域に、前記物体を配置し、前記両光軸を含む平面と前記第１面との交線によって２分される該第１面のいずれか一方の領域に、前記像を形成し、前記物体の中間像を前記反射面の近傍に形成し、前記物体は、前記両光軸と直交する方向に相対走査されることを特徴とする直筒型反射屈折光学系である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１（Ａ）は本発明による直筒型反射屈折光学系の一実施の形態を示し、図１（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ図１（Ａ）中、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線矢視図を示す。この実施の形態は、本発明による光学系を、走査型露光装置の投影光学系に適用したものである。
図１に示すように、主光軸ｚ1の上端側に凹面鏡ＭCが配置され、主光軸ｚ1の下端側に、主光軸ｚ1と直交する第２面Ｐ2が設けられる。凹面鏡ＭCと第２面Ｐ2との間の主光軸ｚ1には、複数枚のレンズと反射面Ｍとが配置される。図１に示す例では、反射面Ｍを平面鏡によって形成しているが、反射面はプリズムによって形成してもよい。
【００１２】
反射面Ｍから凹面鏡ＭCまでの光路に配置されるレンズと、凹面鏡ＭCとによって、第１結像光学系Ａが構成され、反射面Ｍから第２面Ｐ2までの光路に配置されるレンズによって、第２結像光学系Ｂが構成される。第１結像光学系Ａと第２結像光学系Ｂは、同一の光軸、すなわち主光軸ｚ1上に配置されている。また第１結像光学系Ａは、往復光学系となっている。反射面Ｍは、第１結像光学系Ａの主光軸ｚ1を折り曲げるように配置され、その折り曲げられた方向を副光軸ｚ2とする。副光軸ｚ2には、副光軸ｚ2と直交する第１面Ｐ1が設けられる。
【００１３】
両光軸ｚ1、ｚ2を含む平面（図１（Ａ）の紙面）と、第１面Ｐ1との交線をＱ1とすると、図１（Ｂ）に示すように、交線Ｑ1によって２分される第１面Ｐ1の紙面手前側の領域に、物体、すなわちレチクルＲの照明領域ＲＡが配置される。また、両光軸ｚ1、ｚ2を含む平面と、第２面Ｐ2との交線をＱ2とすると、図１（Ｃ）に示すように、交線Ｑ2によって２分される第２面Ｐ2の紙面手前側の領域に、照明領域ＲＡ内のレチクルＲの像が形成され、したがってその位置にウエハＷの露光領域ＷＡが形成される。
【００１４】
照明領域ＲＡ内のレチクルＲから発した光束は、反射面Ｍによって進行方向を折り曲げられて、第１結像光学系Ａに入る。第１結像光学系Ａに入った光束は、凹面鏡ＭCで反射して往路を逆進し、反射面Ｍの近傍の紙面奥側に中間像Ｃを形成し、すなわち光束径が極小となる。光束径が極小となった光束は、反射面Ｃの脇を通り過ぎ、第２結像光学系Ｂを通過して、ウエハＷの露光領域ＷＡ上に中間像Ｃの再結像を形成する。
こうしてレチクルＲのパターンのうちの照明領域ＲＡ内の部分が、ウエハＷ上の露光領域ＷＡに転写される。他方、レチクルＲとウエハＷは、両光軸ｚ1、ｚ2と直交する横方向（図１（Ａ）の紙面と直交する方向）に互いに同期して走査移動する。この結果、レチクルＲのパターンの全域がウエハＷ上に転写される。
【００１５】
このように本発明では、凹面鏡ＭCに入射する光束と、凹面鏡ＭCから反射する光束とを分離するために、反射面Ｍを用いているが、この反射面Ｍは、結像光学系Ａ、Ｂの外部に配置されており、結像光学系Ａ、Ｂを構成する凹面鏡ＭCと複数枚のレンズの光軸は１本、すなわち主光軸ｚ1のみとなっている。
そのため、光学系全体を光軸ｚ1中心で調べることができ、各内部レンズの傾きや位置ずれを検知することができるのである。
【００１６】
なお、結像光学系Ａ、Ｂの外部に配置する反射面Ｍは、結像光学系Ａ、Ｂの調整後に配置しても良い。また、この反射面Ｍの調整は、光軸ｚ1に対して、位置（シフト）と角度（チルト）の２種類の調整項目のみで良い。またこの場合の反射面Ｍのずれや角度誤差は、結像特性に直接関係せず、単に像の位置ずれか、傾きとなるのみであるので、結像性能を確保するのに、非常に有利となるのである。
すなわち、光軸ｚ1、ｚ2の折り曲げを光学系Ａ、Ｂの内部で行うと、反射面Ｍの調整が非常に困難となるが、反射面Ｍを光学系Ａ、Ｂの外部に配置することにより、光学系全体の調整が非常に楽になるのである。
ただしこのような、反射面Ｍを光学系の外部に配置するときには、収差補正上、および光学系の配置として、以下のようなことが必要となる。
【００１７】
まず、本発明では、物体（レチクルＲ）から反射面Ｍまでの部分に、反射面Ｍを構成する光路折り曲げ部材しか入っていない。それ故、反射面Ｍの大きさは、基本的に、物体Ｒから反射面Ｍまでの距離Ｄ1と、物体側のＮＡ（開口数）により決定される。距離Ｄ1が長いと、必然的に反射面Ｍの大きさも大きくなるが、このとき、凹面鏡ＭCで反射して第２結像光学系Ｂに向う光束と反射面Ｍとが干渉するおそれを生じるから、好ましくない。また、反射面Ｍをプリズムで構成する場合には、距離Ｄ1が長くなって反射面Ｍが大きくなると、プリズム自体も大きくなるから、同様に得策ではない。よって、物体から反射面までの距離Ｄ1は、短ければ短いほど良い。
【００１８】
しかしあまりに短すぎると、レチクルＲが、反射面Ｍを構成する光路折り曲げ部材やその他の光学系と干渉するおそれが生じる。したがって、以下の式による値が適切である。
０．８＜｜Ｄ1／Ｈ｜＜２．５            ‥‥（１）
ここで、Ｈは照明領域ＲＡの副光軸ｚ2からの最大高さ、すなわちレチクルフィールドＲＦの半径である。条件式（１）の上限を越えると、凹面鏡ＭCに向う往路の光束と凹面鏡ＭCで反射する復路の光束との分離が困難となり、また下限を越えると、レチクルＲと光路折り曲げ部材やその他の光学系との干渉を招くおそれがあるから、いずれも好ましくない。
【００１９】
また、レチクルＲから反射面Ｍに向う光束は、レチクルＲから離れるに従って広がるが、更に、反射面Ｍで反射した後に、第１結像光学系Ａの第１レンズ面に入射するまでの間にも広がる。したがって、第１結像光学系Ａの有効径を小さくするためには、反射面Ｍから第１結像光学系Ａの第１レンズ面までの主光軸ｚ1上の距離Ｄ2は、次式を満たすことが好ましい。
｜Ｄ2／Ｈ｜＜２．５            ‥‥（２）
条件式（２）の上限を越えると、第１結像光学系Ａの有効径が過大となって好ましくない。
【００２０】
また、物体（レチクルＲ）から反射面までの部分に光学系がないために、歪曲収差の補正が困難となり、ほとんど第２結像光学系Ｂで歪曲収差を補正しなければならない。
また中間像Ｃは、反射面Ｍ付近になるように、すなわち、反射面Ｍの上端（一方の端面）から下端（その反対側の端面）の範囲内程度に納める構成とすることが、光束分離の点で有利である。特に、レチクルＲから反射面Ｍに向う光束は、レチクルＲから離れるに従って広がるから、レチクルＲから離れるに従って反射面Ｍは大きく形成する必要がある。それ故、光束径が極小となる中間像Ｃの位置は、反射面Ｍの上端の近傍に形成することが好ましい。
【００２１】
またこのように、２回結像光学系Ａ、Ｂを１本の光軸ｚ1上に構成することから、光学系自身の長さＬがかなり長くなるため、できるだけこの長さＬを短縮するよう、第１結像光学系Ａの部分を短くしなければならない。
このために、第１結像光学系Ａは、凹面鏡ＭCから順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ1と、正レンズＬ4とを有することが好ましい。更に、凹面鏡ＭC側から順に、少なくとも、負メニスカスレンズＬ1と、正レンズＬ2と、負レンズＬ3と、正レンズＬ4を有することが好ましい。このような配置にすることにより、第１結像光学系Ａの長さを短縮することができる。
しかしあまりに短くすると、光学系の収差が補正しきれずに、光学性能の悪化を招くので、以下の条件式を満たすことが好ましい。
２０＜｜Ｌ／Ｈ｜＜３０          ‥‥（３）
条件式（３）の上限を越えると全系の過大化を招き、下限を越えると光学性能の悪化を招くから、いずれも好ましくない。
【００２２】
また第２結像光学系Ｂにおいては、中間像Ｃから順にまず正レンズＬ5を配することが好ましい。これにより、光束が発散するのを防止し、光学系の径の大型化を防止することが出来る。さらに次に、歪曲収差を補正するために、負レンズＬ6を配置することが好ましい。
また第２結像光学系Ｂには開口絞りＡＳが配置されるが、この開口絞りＡＳ付近には、球面収差を補正するために、正レンズＬ7と、メニスカスレンズＬ8を配置することが好ましい。
さらに結像面の付近には、大ＮＡを達成するために、反射面Ｍ側に凸面を向けた正レンズＬ9を配置することが好ましい。
さらに絞り付近に球面収差を補正するために、非球面を採用し、また中間像Ｃ付近の正レンズに、歪曲収差補正のための非球面を採用することが好ましい。
【００２３】
以上の構成を採ることにより、ほとんどすべての収差を同時に補正することができる。その結果、最終的には、レンズ枚数を大幅に削減した、劇的に小型の光学系を得ることができ、最小の非球面要素を使いながら、最終的には１本の光軸ｚ1で構成することができるのである。
なお、上記の実施の形態では、副光軸ｚ2と直交する第１面Ｐ1に物体であるレチクルＲの照明領域ＲＡを配置し、主光軸ｚ1と直交する第２面Ｐ2に物体の像を形成したが、これとは逆に、第２面Ｐ2に物体を配置し、第１面Ｐ1に像を形成することも出来る。
また、レンズと変形と光軸調整について若干難点があるが、第１面Ｐ1と反射面Ｍとの間に、ごく少数枚のレンズ、例えば正レンズを配置し、この少数枚のレンズを含めて第１結像光学系Ａとすることにより、全系の小型化を図ることも出来る。
【００２４】
更に、図１に示す例では、両光軸ｚ1、ｚ2を含む平面と第１面Ｐ1との交線Ｑ1によって２分される第１面Ｐ1のうちの紙面手前側の領域に、レチクルＲの照明領域ＲＡを配置し、両光軸ｚ1、ｚ2を含む平面と第２面Ｐ2との交線Ｑ2によって２分される第２面Ｐ2のうちの紙面手前側の領域に、ウエハＷの露光領域ＷＡを配置しており、この結果、レチクルＲとウエハＷの走査方向は、両光軸ｚ1、ｚ2と直交する横方向（図１（Ａ）の紙面と直交する方向）となっている。
この構成に代えて、副光軸を含み主光軸と直交する平面と第１面との交線によって２分される第１面のうちの下側の領域に、レチクルＲの照明領域ＲＡを配置し、主光軸を含み副光軸と直交する平面と第２面との交線によって２分される第２面のうちの左側の領域に、ウエハＷの露光領域ＷＡを配置することもできる。この構成では、レチクルＲの走査方向は、主光軸ｚ1と平行な縦方向となり、ウエハＷの走査方向は副光軸ｚ2と平行な方向となる。
【００２５】
この縦スキャン型の構成では、第１面に配置されるレチクルＲ側から見て、反射面Ｍは左右方向には長いが、奥行き方向には短い。他方、光束径は奥行き方向に拡大するから、レチクルからの距離が短い反射面Ｍの下端側で光束を反射させることにより、反射面Ｍを小さくすることが出来る。
しかるに本発明による横スキャン型の構成では、第１面に配置されるレチクルＲ側から見て、反射面Ｍは左右方向に短く、奥行き方向に長くなり、光束径は奥行き方向に拡大するから、結局、反射面Ｍが大型化するという欠点がある。
【００２６】
しかしながら縦スキャン型の構成によると、第１面に配置されるレチクルＲの走査方向は、主光軸と平行な方向となり、ウエハＷの走査方向は副光軸と平行な方向となる。そして一般に、主光軸は鉛直方向に配置されるから、レチクルＲの走査方向は、鉛直方向となる。
しかるに水平方向への正確な走査は比較的容易に実現することが出来るが、垂直方向への走査は、走査方向に常に重力が作用していることから、この重力と反対の力を加えて補償しなければならず、一般に正確な走査を実現することは容易ではない。
これを解決するためには、レチクルＲの走査方向とウエハＷの走査方向とを共に水平方向とすればよいが、このとき、主光軸が水平方向となり、したがって、光学系を構成する全てのレンズが縦置きとなり、レンズ自身の変形や調整時の取り扱いが厄介となるのである。
【００２７】
これに対して本発明では、レチクルＲの走査方向とウエハＷの走査方向とは、共に両光軸ｚ1、ｚ2と直交する方向であるから、主光軸ｚ1を鉛直方向とし、しかもレチクルＲの走査方向とウエハＷの走査方向とを水平方向とすることができ、すなわち、重力の補償をせずに走査を行うことができる。
【００２８】
【実施例】
以下本発明の実施例を示す。図２と図３は、本発明による直筒型反射屈折光学系の第１実施例を示す。このうち図３は、レチクルＲ側から見た側面図であり、且つ、反射面Ｍはないものとして、光束が下方から直接入射するように描いてある。また、図６及び図９は、それぞれ本発明による直筒型反射屈折光学系の第２及び第３実施例を示す。いずれの実施例も、本発明による光学系を走査型露光装置の投影光学系に適用したものである。
【００２９】
図２と図３に示す第１実施例の投影光学系では、レチクルＲの後に、光束分離ミラーＭが配置されている。
第１結像光学系Ａは、光束分離ミラーＭ側から順に、２枚の正レンズＡ1、Ａ2、負レンズＡ3、負メニスカスレンズＡ4、正レンズＡ5、負レンズＡ6、正レンズＡ7、負レンズＡ8、正レンズＡ9、光束分離ミラーＭ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＡ10、及び凹面鏡ＭCを配置した往復光学系で構成されている。
第２結像光学系Ｂは、光束分離ミラーＭ側から順に、正レンズＢ1、負メニスカスレンズＢ2、正レンズＢ3、負レンズＢ4、正レンズＢ5、開口絞りＡＳ、メニスカスレンズＢ6、３枚の正レンズＢ7、Ｂ8、Ｂ9、負レンズＢ10、及び光束分離ミラーＭ側に凸面を向けた正レンズＢ11から構成されている。全てのレンズの硝材は溶融石英である。
【００３０】
図６に示す第２実施例の投影光学系では、レチクルＲの後に、光束分離ミラーＭが配置されている。
第１結像光学系Ａは、光束分離ミラーＭ側から順に、２枚の正レンズＡ1、Ａ2、メニスカスレンズＡ3、負メニスカスレンズＡ4、正レンズＡ5、負レンズＡ6、正レンズＡ7、負レンズＡ8、正レンズＡ9、光束分離ミラーＭ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＡ10、及び凹面鏡ＭCを配置した往復光学系で構成されている。
第２結像光学系Ｂは、光束分離ミラーＭ側から順に、正レンズＢ1、負レンズＢ2、正レンズＢ3、負レンズＢ4、正レンズＢ5、開口絞りＡＳ、メニスカスレンズＢ6、３枚の正レンズＢ7、Ｂ8、Ｂ9、負レンズＢ10、及び光束分離ミラーＭ側に凸面を向けた正レンズＢ11から構成されている。レンズＡ9とＢ4の硝材は蛍石であり、その他のレンズの硝材は溶融石英である。
【００３１】
図９に示す第３実施例の投影光学系では、レチクルＲの後に、光束分離ミラーＭが配置されている。
第１結像光学系Ａは、光束分離ミラーＭ側から順に、２枚の正レンズＡ1、Ａ2、メニスカスレンズＡ3、負メニスカスレンズＡ4、正レンズＡ5、負レンズＡ6、正レンズＡ7、負レンズＡ8、正レンズＡ9、光束分離ミラーＭ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＡ10、及び凹面鏡ＭCを配置した往復光学系で構成されている。
第２結像光学系Ｂは、光束分離ミラーＭ側から順に、正レンズＢ1、負レンズＢ2、正レンズＢ3、負レンズＢ4、正レンズＢ5、開口絞りＡＳ、メニスカスレンズＢ6、３枚の正レンズＢ7、Ｂ8、Ｂ9、負レンズＢ10、及び光束分離ミラーＭ側に凸面を向けた正レンズＢ11から構成されている。全てのレンズの硝材は溶融石英である。
【００３２】
以下の表１〜表３に、それぞれ第１〜第３実施例の諸元を示す。各表の［主要諸元］中、λは使用波長、βは投影倍率、ＮＡは像側開口数、φmaxはレンズの最大有効径を表す。
［光学部材諸元］中、第１欄ＮｏはレチクルＲ側からの各光学面の番号、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の間隔、第４欄は各光学面又は光学部材の番号を示す。
使用波長（λ＝１９３ｎｍ）での溶融石英（ＳｉＯ2）と蛍石（ＣａＦ2）の屈折率ｎは、次の通りである。
ＳｉＯ2：ｎ＝１．５６０３３
ＣａＦ2：ｎ＝１．５０１４６
【００３３】
また第１欄Ｎｏ中＊印を付した光学面は非球面を示し、非球面についての第２欄ｒは、頂点曲率半径である。
非球面の形状は、
0004375826.tif 000002
ｙ：光軸からの高さ
ｚ：接平面から非球面までの光軸方向の距離
ｒ：頂点曲率半径
κ：円錐係数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：非球面係数
によって表わしており、［非球面データ］に非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示した。各非球面とも、円錐係数κはκ＝０．０である。
【００３４】
なお各実施例とも、投影光学系の露光領域ＷＡは２５×６．６ｍｍの矩形開口であるが、この露光領域ＷＡに対してウエハＷを相対走査することにより、ウエハＷ上での全体の露光面積として、例えば２５×３３ｍｍの領域を露光することが出来る。
また、各実施例とも、使用レンズの有効径は、通常のこのスペックで使用される屈折系球面光学系と同程度以下であり、使用レンズ枚数は、屈折球面光学系の約半分程度に少ない。
【００３５】
【表１】
0004375826.tif 000003
0004375826.tif 000004
0004375826.tif 000005
【００３６】
【表２】
0004375826.tif 000006
0004375826.tif 000007
0004375826.tif 000008
【００３７】
【表３】
0004375826.tif 000009
0004375826.tif 000010
0004375826.tif 000011
【００３８】
図４に第１実施例の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示し、図５に第１実施例の横収差を示す。同様に図７と図８に第２実施例の諸収差を示し、図１０と図１１に第３実施例の諸収差を示す。各収差図においてＮＡは像側開口数を表し、Ｙは像高を表す。また非点収差図中、点線Ｍはメリジオナル像面を表し、実線Ｓはサジタル像面を表す。
各図より明らかなように、第１実施例と第３実施例については１９３ｎｍの単波長において、また第２実施例については１９３ｎｍ±５ｐｍの波長幅において、ほぼ無収差に近い状態まで良好に補正された優れた性能を有することが分かる。
【００３９】
なお、第１実施例と第３実施例では、凹面鏡ＭCに向う光束と凹面鏡ＭCからの反射光束とを分離するために反射面Ｍを用いているが、この反射面Ｍの形状としては、凹面鏡ＭCからの反射光束だけを通過させる穴開き反射ミラーとしても良い。
また、偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを組み合わせて、レチクルＲから入射する偏光光は反射し、凹面鏡ＭCから入射する偏光光は透過するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、結像部分を構成する光学系を１本の光軸上に配置し、光束分離のための反射面は、結像光学系の外側に配置している。そのため、光学系全体を光軸中心で調べることができ、各内部レンズの傾きや位置ずれを検知することができるのである。
すなわち、光軸の折り曲げを光学系の内部で行うと、光学系の調整が非常に困難となるが、本発明では光路を折り曲げる反射面を光学系の外部に配置しているから、光学系の調整が非常に楽になる。
また本発明を走査型露光装置の投影光学系に適用したときには、レチクルとウエハとの走査方向が共に水平方向となるから、重力の補償をする必要がなくなり、走査の制御が楽になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】第１実施例の投影光学系の光路図である。
【図３】第１実施例の投影光学系の反射面を除去したときの側面光路図である。
【図４】第１実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収差図である。
【図５】第１実施例の横収差図である。
【図６】第２実施例の投影光学系の光路図である。
【図７】第２実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収差図である。
【図８】第２実施例の横収差図である。
【図９】第３実施例の投影光学系の光路図である。
【図１０】第３実施例の球面収差、非点収差、及び歪曲収差図である。
【図１１】第３実施例の横収差図である。
【符号の説明】
ｚ1…主光軸                     ｚ2…副光軸
Ｐ1…第１面                     Ｐ2…第２面
Ｑ1、Ｑ2…交線                  Ｃ…中間像
Ｍ…反射面                      ＭC…凹面鏡
Ｒ…レチクル                    Ｗ…ウエハ
ＲＡ…照明領域                  ＷＡ…露光領域
Ａ…第１結像光学系              Ｂ…第２結像光学系
【図１】
0004375826.tif 000012
【図２】
0004375826.tif 000013
【図３】
0004375826.tif 000014
【図４】
0004375826.tif 000015
【図５】
0004375826.tif 000016
【図６】
0004375826.tif 000017
【図７】
0004375826.tif 000018
【図８】
0004375826.tif 000019
【図９】
0004375826.tif 000020
【図１０】
0004375826.tif 000021
【図１１】
0004375826.tif 000022