(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上に設けられたパターンを感光性基板へ転写するための露光装置における前記マスクを照明するための照明光学系に用いられるズーム光学系であって、瞳面よりも像側または物体側のみに配置された少なくとも４つのレンズ群を備え、該少なくとも４つのレンズ群のうちの少なくとも３つのレンズ群を光軸に沿って移動させて焦点距離を連続的に変化させるズーム光学系において、
焦点距離の最も長い最大焦点距離状態と焦点距離の最も短い最小焦点距離状態との間の焦点距離の変化に際して、前記少なくとも３つのレンズ群は所定の軌道に沿って移動し、
前記所定の軌道は、物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置を実質的に変化させないように定められ、
前記最大焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、前記ズーム光学系の屈折力配置が物体側から順に正・負・正の屈折力配置へ近づくように変化し、
前記最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、前記ズーム光学系の屈折力配置が物体側から順に負・正・負の屈折力配置へ近づくように変化することを特徴とするズーム光学系。
【請求項２】
前記少なくとも４つのレンズ群は、４つのレンズ群であって、
物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び負屈折力の第４レンズ群を備え、
最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きく、最大焦点距離状態における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
【請求項３】
前記少なくとも４つのレンズ群は、４つのレンズ群であって、
物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群、及び正屈折力の第４レンズ群を備え、
最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも小さく、最大焦点距離状態における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
【請求項４】
前記少なくとも４つのレンズ群は、５つのレンズ群であって、
物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群、正屈折力の第４レンズ群、及び負屈折力の第５レンズ群を備え、
最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔並びに前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間隔は、最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
【請求項５】
マスク上に設けられたパターンを感光性基板へ転写するための露光装置において、
光束を供給するための光源からの光束に基づいて所定形状の面光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータからの光束を前記マスクへ導くためのコンデンサー光学系とを備え、
前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中には、前記光源からの光束を前記オプティカルインテグレータへ導くための請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズーム光学系が配置され、
前記マスクのパターンの種類に応じて少なくとも前記ズーム光学系の焦点距離を変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中には、前記光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成するための補助オプティカルインテグレータが設けられ、
前記ズーム光学系は、前記補助オプティカルインテグレータにより形成される前記複数の光源像からの光束を前記オプティカルインテグレータへ導くことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
マスク上に設けられたパターンを感光性基板へ転写する露光方法において、
光源からの光束に基づいて所定形状の面光源をオプティカルインテグレータで形成し、
該オプティカルインテグレータからの光束をコンデンサー光学系により前記マスクへ導き、
前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間に配設した請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズーム光学系の焦点距離を前記マスクのパターンの種類に応じて変化させることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズーム光学系および該ズーム光学系を備えた露光装置および露光方法に関し、特に半導体集積回路等の電子デバイスをリソグラフィー工程で製造するための投影露光装置に搭載される照明光学系中の伝達光学系に好適なズーム光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の典型的な投影露光装置において、光源から供給されたほぼ平行な光束は、整形光学系を介して断面形状が整形された後に第１フライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源像を形成する。この光源像からの光束は、伝達光学系を介してほぼ平行な光束に変換された後に第２フライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源像からなる実質的な面光源を形成する。第２フライアイレンズにより形成された面光源からの光束は、第２フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は投影光学系を介してウエハ上に結像し、ウエハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。
【０００３】
一般に、投影露光装置においては、転写すべきマスクパターンにより照明光の最適なＮＡ（開口数）が異なることは周知の事実である。このため、現在では、マスクパターン毎に照明光のＮＡを変更する操作が一般に行われている。上述した投影露光装置において、照明ＮＡを変更する最も容易な方法は、開口絞りの径を変更して照明に寄与する面光源の範囲を変更することである。ただし、開口絞りの径を単に切り替えるだけでは、開口絞りにおいて光束のケラレが発生し、光源から供給された光束を効率良く被露光面へ導くことができない。そこで、本出願人は、開口絞りの径を変更するとともに、面光源の大きさを変更するために伝達光学系を焦点距離の異なる他の伝達光学系に切り替える構成を提案している。あるいは、開口絞りの径を変更するとともに、面光源の大きさを変更するために第１フライアイレンズを焦点距離の異なる他のフライアイレンズに切り替える構成を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、近年では、半導体集積回路の集積度の向上がめざましく、投影露光装置への仕様要求は年々厳しくなっている。そのため、例えば照明ＮＡの変更についても、マスクパターン毎に細かく行われており、装置の能力を限界まで引き出した状態で投影露光が行われている。この場合、露光効率を低下させないためには、照明ＮＡの変更に応じて、伝達光学系および第１フライアイレンズのうちの少なくとも一方の切り替えを行うことが必要となる。しかしながら、一般に伝達光学系や第１フライアイレンズは小さな部品ではないため、交換すべき多数の部品を装置内に組み込むことは現実的には不可能である。
【０００５】
そこで、伝達光学系の焦点距離を連続的に変化させること、すなわち伝達光学系のズーム化が望まれるが、従来より伝達光学系のズーム化は困難とされてきた。これは、カメラレンズ等のズーム化とは異なり、伝達光学系のズーム化には多くの制約が課せられるためである。
図２０は、投影露光装置における照明光学系中の伝達光学系のズーム化に課せられる制約を説明するための図であって、第１フライアイレンズから第２フライアイレンズまでの構成を示している。
【０００６】
図２０において、整形光学系（不図示）を介して断面形状が整形された平行光束は、第１フライアイレンズ１００に入射し、その後側焦点面（図中破線で示す）１０１に多数の光源像を形成する。これらの光源像からの光束は、伝達光学系１０２を介してほぼ平行な光束に変換された後に第２フライアイレンズ１０３に入射し、その後側焦点面に多数の光源像からなる実質的な面光源を形成する。第２フライアイレンズ１０３により形成された面光源からの光束は、第２フライアイレンズ１０３の後側焦点面の近傍に配置された開口絞り１０４を介して制限された後、コンデンサーレンズ（不図示）に入射する。
【０００７】
図２０に示す伝達光学系１０２のズーム化には、以下の制約が課せられる。
▲１▼光束を効率良く第２フライアイレンズ１０３の入射面へ導くために、伝達光学系１０２の焦点距離の変化に際して光束の集光位置が移動してはならない。すなわち、第１フライアイレンズ１００による光源像の形成面１０１に開口絞りが配置されているものとみなし、第２フライアイレンズ１０３の入射面を像面とみなすとき、焦点距離の変化に際して像面の位置が変化してはならない。さらに一般的に表現すると、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置が変化してはならない。
【０００８】
▲２▼第２フライアイレンズ１０３を構成する各レンズ要素の光軸は基準光軸ＡＸに対して平行であるため、第２フライアイレンズ１０３に入射する光束が各レンズ要素の光軸に対して傾くと、第２フライアイレンズ１０３の射出面において光束のケラレが発生し、照明（ひいては露光）の効率が低下する。したがって、第１フライアイレンズ１００による光源像の形成面１０１に開口絞りが配置されているものとみなし、第２フライアイレンズ１０３の入射面を像面とみなすとき、焦点距離の変化に際して無限遠にある射出瞳の位置が変化してはならない。さらに一般的に表現すると、焦点距離の変化に際して入射瞳および射出瞳の位置が変化してはならない。
【０００９】
▲３▼第１フライアイレンズ１００による光源像の形成面１０１に開口絞りが配置されているものとみなし、第２フライアイレンズ１０３の入射面を像面とみなすとき、開口絞りよりも像側のみにすべてのレンズ成分を配置する必要がある。さらに一般的に表現すると、すべてのレンズ成分は瞳面よりも像側のみに配置されていなければならない。
なお、本発明のズーム光学系においては、開口絞りが物理的に存在しなくても開口絞りが存在するものとみなし得る面に仮想の開口絞りを想定し、この仮想の開口絞りに基づいて、入射瞳および射出瞳の概念を、ひいては瞳面の概念を規定している。
【００１０】
以上のように、銀塩カメラ用のズームレンズでは、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置が変化してはならないという制約しか課せられない。しかしながら、伝達光学系のズーム化では、この制約に加えて、焦点距離の変化に際して入射瞳および射出瞳の位置が変化してはならないという制約、およびすべてのレンズ成分が瞳面よりも像側のみに配置されていなければならないという制約が課せられることになる。
【００１１】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側のみに配置され、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、所要の倍率比を確保することのできるズーム光学系を提供することを目的とする。また、本発明のズーム光学系を伝達光学系として照明光学系中に組み込むことにより、マスクパターンの種類に応じた最適の照明ＮＡで効率良く露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、瞳面よりも像側または物体側のみに配置された少なくとも４つのレンズ群を備え、該少なくとも４つのレンズ群のうちの少なくとも３つのレンズ群を光軸に沿って移動させて焦点距離を連続的に変化させるズーム光学系において、
焦点距離の最も長い最大焦点距離状態と焦点距離の最も短い最小焦点距離状態との間の焦点距離の変化に際して、前記少なくとも３つのレンズ群は所定の軌道に沿って移動し、
前記所定の軌道は、物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置を実質的に変化させないように定められ、
前記最大焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、前記ズーム光学系の屈折力配置が物体側から順に正・負・正の屈折力配置へ近づくように変化し、
前記最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、前記ズーム光学系の屈折力配置が物体側から順に負・正・負の屈折力配置へ近づくように変化することを特徴とするズーム光学系を提供する。
【００１３】
第１発明の好ましい第１態様によれば、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、前記最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔は、前記最小焦点距離状態での間隔よりも大きく、前記最大焦点距離状態における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は、前記最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことが好ましい。なお、この第１態様においては、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とし、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
｜ｆ１｜／｜ｆ２｜＞１
｜ｆ３｜／｜ｆ４｜＜１
の条件を満足することが好ましい。
【００１４】
また、第１発明の好ましい第２態様によれば、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、前記最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔は、前記最小焦点距離状態での間隔よりも小さく、前記最大焦点距離状態における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は、前記最小焦点距離状態での間隔よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
さらに、第１発明の好ましい第３態様によれば、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、負の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、前記最大焦点距離状態における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔並びに前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間隔は、前記最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第２発明では、マスク上に設けられたパターンを感光性基板へ転写するための露光装置において、
光束を供給するための光源と、該光源からの光束に基づいて所定形状の面光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータからの光束を前記マスクへ導くためのコンデンサー光学系を備え、
前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中には、前記光源からの光束を前記オプティカルインテグレータへ導くための請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズーム光学系が配置され、
前記マスクのパターンの種類に応じて少なくとも前記ズーム光学系の焦点距離を変化させることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１７】
なお、本発明の第２発明にかかる露光装置において、オプティカルインテグレータによる所定形状の面光源の形成位置またはその近傍の位置、あるいはそれらの位置と共役な位置には、この面光源の光強度分布を所定の光強度分布に変換するための開口絞りを配置することが好ましく、マスクのパターンの種類に応じてこの光強度分布を変化させることが好ましい。
また、第２発明の好ましい態様によれば、前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中には、前記光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成するための補助オプティカルインテグレータが設けられ、前記ズーム光学系は、前記補助オプティカルインテグレータにより形成される前記複数の光源像からの光束を前記オプティカルインテグレータへ導くことが好ましい。
【００１８】
また、本発明の第３発明では、マスク上に設けられたパターンを感光性基板へ転写する露光方法において、光源からの光束に基づいて所定形状の面光源をオプティカルインテグレータで形成し、該オプティカルインテグレータからの光束をコンデンサー光学系により前記マスクへ導き、前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間に配設した請求項１に記載のズーム光学系の焦点距離を前記マスクのパターンの種類に応じて変化させ、良好な照明ＮＡで露光を行うことを特徴とする露光方法を提供する。
さらに、本発明の別の観点によれば、瞳面のフーリエ変換像を形成する光学系であって、前記瞳面とフーリエ変換面との間のみに配置された複数のレンズ群を備え、該複数のレンズ群のうちの少なくとも３つのレンズ群は、前記光学系の焦点距離を変化させるために所定の軌道に沿って移動可能であり、該所定の軌道は、前記瞳面および前記フーリエ変換面の位置並びに前記瞳面にて光軸と交差する主光線の前記フーリエ変換面での傾き角を実質的に変化させることなく、且つ前記瞳面における前記主光線の前記光軸に対する角度をθとし、前記光学系の焦点距離をＦとし、前記フーリエ変換面に達する前記主光線の前記光軸からの距離をＹとするとき、焦点距離可変範囲の全体に亘って実質的にＹ＝Ｆ sinθの条件を満たすように定められる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
銀塩カメラ用の撮影レンズに代表される通常のズームレンズでは、以下の２つの条件を満足する必要がある。
▲１▼焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置が変化しない。
▲２▼焦点距離が連続的に変化する。
したがって、通常のズームレンズでは、２元連立方程式の解を得るために最低２つの変数が必要となる。すなわち、通常のズームレンズでは、光軸に沿って独立に移動する可動レンズ群が少なくとも２つ必要である。
【００２０】
これに対し、本発明のズーム光学系では、以下の３つの条件を満足する必要がある。
▲１▼焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置が変化しない。
▲２▼焦点距離が連続的に変化する。
▲３▼焦点距離の変化に際して入射瞳および射出瞳の位置が変化しない。
したがって、本発明のズーム光学系では、３元連立方程式の解を得るために最低３つの変数が必要となり、光軸に沿って独立に移動する可動レンズ群が少なくとも３つ必要となる。換言すると、理論的には、３つ以上のレンズ群を備えた光学系において少なくとも３つのレンズ群を光軸に沿って独立に移動させることにより、本発明のズーム光学系を構成することが可能になる。
【００２１】
一般に、ズーム光学系の理想は、収差をほとんど発生させることなく、倍率比（最も長い最大焦点距離と最も短い最小焦点距離との比、すなわち変倍比）を極力大きく確保することである。そこで、どの様な屈折力配置（パワー配置）を採用すれば理想により近いズーム光学系を構成することができるかについて、以下に考察する。
問題を簡単にするために、図２０に示す伝達光学系１０２のように、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側のみに配置され、且つ物体面および射出瞳が無限遠に位置するズーム光学系について考える。ただし、物体面および射出瞳の位置が無限遠にある状態を想定することは単に配置の問題であって、以下の議論の一般性を失わせるものでないことはいうまでもない。
【００２２】
図１は、すべてのレンズ成分を開口絞りと像面との間に配置しつつ、光学系全体の焦点距離を極力長くするのに有利な屈折力配置を示す図である。なお、図１および他の図面において、外向きの矢印は正の焦点距離を有する（すなわち正の屈折力を有する）正レンズ群を、内向きの矢印は負の焦点距離を有する（すなわち負の屈折力を有する）負レンズ群を表わしている。
図１に示す光学系は、物体側から順に、正レンズ群Ｇ11と、負レンズ群Ｇ12と、正レンズ群Ｇ13とから構成されている。そして、この正・負・正の屈折力配置により、図１に示すように光学系の焦点距離を極力長く設定することが可能となっている。
【００２３】
図２は、すべてのレンズ成分を開口絞りと像面との間に配置しつつ、光学系全体の焦点距離を極力短くするのに有利な屈折力配置を示す図である。
図２に示す光学系は、物体側から順に、負レンズ群Ｇ21と、正レンズ群Ｇ22と、負レンズ群Ｇ23とから構成されている。そして、この負・正・負の屈折力配置により、図２に示すように光学系の焦点距離を極力短く設定することが可能となっている。
なお、図１の光学系において、焦点距離を長く設定するには、各レンズ群のパワー（屈折力）をそれぞれ強くしなければならない。また、図２の光学系においても、焦点距離を短く設定するには、各レンズ群のパワーをそれぞれ強くしなければならない。
【００２４】
一般に、レンズ設計において収差の発生を良好に抑えるには、各レンズのパワーを必要以上に強くしないことが必要である。このことから、開口絞りと像面との軸上間隔に対して、光学系の焦点距離を極端に長く設定したり短く設定したりしないことが望ましいと結論することができる。したがって、たとえば開口絞りと像面との軸上間隔の半分の値を中心として、焦点距離の範囲を設定することが望ましい。そして、倍率比を大きく確保するには、図１の正・負・正の屈折力配置から図２の負・正・負の屈折力配置へ円滑に（自然に）移行することのできる屈折力配置が望ましい。
【００２５】
図３は、正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第１の例として負・正・負・正・負の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図であって、（ａ）は最大焦点距離状態を、（ｂ）は最小焦点距離状態をそれぞれ示している。なお、最大焦点距離状態とは光学系の焦点距離が最も長い状態であり、最小焦点距離状態とは光学系の焦点距離が最も短い状態である。
【００２６】
図３に示すズーム光学系は、物体側から順に、負レンズ群Ｇ31と、正レンズ群Ｇ32と、負レンズ群Ｇ33と、正レンズ群Ｇ34と、負レンズ群Ｇ35とから構成されている。そして、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、正レンズ群Ｇ32が負レンズ群Ｇ31に近接した位置から像側へ移動して負レンズ群Ｇ33に近接し、正レンズ群Ｇ34が負レンズ群Ｇ35に近接した位置から物体側へ移動して負レンズ群Ｇ33に近接する。
なお、上述したように、本発明のズーム光学系では、少なくとも３つのレンズ群が光軸に沿って独立に移動する必要がある。そこで、図３に示すズーム光学系では、焦点距離の変化に際して、負レンズ群Ｇ33を固定とし、負レンズ群Ｇ31および負レンズ群Ｇ35を光軸に沿って微動させている。ただし、負レンズ群Ｇ31、負レンズ群Ｇ33および負レンズ群Ｇ35のうちの少なくとも１つのレンズ群だけを焦点距離の変化に際して微動させることもできる。
【００２７】
また、図３に示すズーム光学系では、最大焦点距離状態において正レンズ群Ｇ32と負レンズ群Ｇ31とが近接した状態で全体として正の合成屈折力を有するように、正レンズ群Ｇ32の屈折力および負レンズ群Ｇ31の屈折力が規定されている。また、最大焦点距離状態において正レンズ群Ｇ34と負レンズ群Ｇ35とが近接した状態で全体として正の合成屈折力を有するように、正レンズ群Ｇ34の屈折力および負レンズ群Ｇ35の屈折力が規定されている。さらに、最小焦点距離状態において正レンズ群Ｇ32および正レンズ群Ｇ34が負レンズ群Ｇ33に近接した状態で全体として正の合成屈折力を有するように、正レンズ群Ｇ32の屈折力、負レンズ群Ｇ33の屈折力および正レンズ群Ｇ34の屈折力が規定されている。
【００２８】
したがって、図３（ａ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図１の正・負・正の屈折力配置となり、最大焦点距離状態を実現することができる。一方、図３（ｂ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図２の負・正・負の屈折力配置となり、最小焦点距離状態を実現することができる。
しかしながら、図３に示すズーム光学系は、５つのレンズ群を必要とする５群構成の光学系であり、各レンズ群を構成する実際のレンズ成分はある程度の厚みを有する。その結果、焦点距離の変化に際して、隣接するレンズ群との間でレンズ成分が機械的に干渉し易く、いわゆるレンズ群の所要ストロークを確保することができなくなる可能性がある。
【００２９】
図４は、正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第２の例として正・負・正・負の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図であって、（ａ）は最大焦点距離状態を、（ｂ）は最小焦点距離状態をそれぞれ示している。
図４に示すズーム光学系は、物体側から順に、正レンズ群Ｇ41と、負レンズ群Ｇ42と、正レンズ群Ｇ43と、負レンズ群Ｇ44とから構成されている。そして、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、負レンズ群Ｇ42が物体側へ移動して正レンズ群Ｇ41に近接し、正レンズ群Ｇ43が負レンズ群Ｇ44に近接した位置から物体側へ移動する。
【００３０】
なお、前述したように、本発明のズーム光学系では、少なくとも３つのレンズ群が光軸に沿って独立に移動する必要がある。そこで、図４に示すズーム光学系では、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、負レンズ群Ｇ42と正レンズ群Ｇ43との間隔が変化するように負レンズ群Ｇ42および正レンズ群Ｇ43をともに物体側へ移動させている。また、焦点距離の変化に際して、正レンズ群Ｇ41および負レンズ群Ｇ44を光軸に沿って微動させている。ただし、正レンズ群Ｇ41および負レンズ群Ｇ44のうちのいずれか一方だけを焦点距離の変化に際して微動させることもできる。
【００３１】
また、図４に示すズーム光学系では、最大焦点距離状態において正レンズ群Ｇ43と負レンズ群Ｇ44とが近接した状態で全体として正の合成屈折力を有するように、正レンズ群Ｇ43の屈折力および負レンズ群Ｇ44の屈折力が規定されている。また、最小焦点距離状態において正レンズ群Ｇ41と負レンズ群Ｇ42とが近接した状態で全体として負の合成屈折力を有するように、正レンズ群Ｇ41の屈折力および負レンズ群Ｇ42の屈折力が規定されている。
したがって、図４（ａ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図１の正・負・正の屈折力配置となり、最大焦点距離状態を実現することができる。一方、図４（ｂ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図２の負・正・負の屈折力配置となり、最小焦点距離状態を実現することができる。
【００３２】
図５は、正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第３の例として負・正・負・正の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図であって、（ａ）は最大焦点距離状態を、（ｂ）は最小焦点距離状態をそれぞれ示している。
図５に示すズーム光学系は、物体側から順に、負レンズ群Ｇ51と、正レンズ群Ｇ52と、負レンズ群Ｇ53と、正レンズ群Ｇ54とから構成されている。そして、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、正レンズ群Ｇ52が負レンズ群Ｇ51に近接した位置から像側へ移動し、負レンズ群Ｇ53が像側へ移動して正レンズ群Ｇ54に近接する。
【００３３】
なお、前述したように、本発明のズーム光学系では、少なくとも３つのレンズ群が光軸に沿って独立に移動する必要がある。そこで、図５に示すズーム光学系では、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、正レンズ群Ｇ52と負レンズ群Ｇ53との間隔が変化するように正レンズ群Ｇ52および負レンズ群Ｇ53をともに像側へ移動させている。また、焦点距離の変化に際して、負レンズ群Ｇ51および正レンズ群Ｇ54を光軸に沿って微動させている。ただし、負レンズ群Ｇ51および正レンズ群Ｇ54のうちのいずれか一方だけを焦点距離の変化に際して微動させることもできる。
【００３４】
また、図５に示すズーム光学系では、最大焦点距離状態において負レンズ群Ｇ51と正レンズ群Ｇ52とが近接した状態で全体として正の合成屈折力を有するように、負レンズ群Ｇ51の屈折力および正レンズ群Ｇ52の屈折力が規定されている。また、最小焦点距離状態において負レンズ群Ｇ53と正レンズ群Ｇ54とが近接した状態で全体として負の合成屈折力を有するように、負レンズ群Ｇ53の屈折力および正レンズ群Ｇ54の屈折力が規定されている。
したがって、図５（ａ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図１の正・負・正の屈折力配置となり、最大焦点距離状態を実現することができる。一方、図５（ｂ）では、ズーム光学系の屈折力配置が上述した合成屈折力に基づいて図２の負・正・負の屈折力配置となり、最小焦点距離状態を実現することができる。
【００３５】
以上のように、図３〜図５に示すズーム光学系では、瞳面よりも像側のみに配置された少なくとも４つのレンズ群を備え、そのうちの少なくとも３つの可動レンズ群を光軸に沿って移動させて焦点距離を連続的に変化させている。この場合、少なくとも３つの可動レンズ群を所定の軌道に沿って移動させることにより、最大焦点距離状態と最小焦点距離状態との間の焦点距離の変化に際して、物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置を実質的に変化させないようにすることができる。
【００３６】
なお、上述したように、ズーム光学系の倍率比を大きく確保するには、最大焦点距離状態において屈折力配置が物体側から順に正・負・正の屈折力配置となり、最小焦点距離状態において屈折力配置が物体側から順に負・正・負の屈折力配置となることが好ましい。
しかしながら、本発明のズーム光学系においては、最大焦点距離状態への焦点距離の変化に際して屈折力配置が物体側から順に正・負・正の屈折力配置に近づくように変化し、最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して屈折力配置が物体側から順に負・正・負の屈折力配置に近づくように変化することにより、所要の倍率比を確保することができる。
【００３７】
具体的には、本発明のズーム光学系を４つのレンズ群で構成する場合、物体側から順に、正・負・正・負の屈折力配置または負・正・負・正の屈折力配置を有することが好ましい。そして、正・負・正・負の屈折力配置において所要の倍率比を確保するには、最大焦点距離状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きく、最大焦点距離状態における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことが好ましい。
【００３８】
逆に、負・正・負・正の屈折力配置おいて所要の倍率比を確保するには、最大焦点距離状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも小さく、最大焦点距離状態における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔は、最小焦点距離状態での間隔よりも大きいことが好ましい。
【００３９】
そして、正・負・正・負の屈折力配置を有するズーム光学系において倍率比を大きく確保するには、次の条件式（１）および（２）を満足することが望ましい。
｜ｆ１｜／｜ｆ２｜＞１        （１）
｜ｆ３｜／｜ｆ４｜＜１        （２）
ここで、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離であり、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離であり、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離であり、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離である。
条件式（１）および（２）を満足することにより、最大焦点距離状態において正・負・正の屈折力配置を実現することができ、最小焦点距離状態において負・正・負の屈折力配置を実現することができるので、倍率比を大きく確保することが可能となる。
【００４０】
また、本発明のズーム光学系を５つのレンズ群で構成する場合、物体側から順に、負・正・負・正・負の屈折力配置を有することが好ましい。そして、負・正・負・正・負の屈折力配置において所要の倍率比を確保するには、最大焦点距離状態における第１レンズ群と第２レンズ群との間隔並びに第４レンズ群と第５レンズ群との間隔は、最小焦点距離状態での間隔よりも小さいことが好ましい。
【００４１】
また、図３〜図５において、開口絞りを物体面とみなし且つ像面を開口絞りとみなすと、図示のズーム光学系は、瞳面よりも物体側のみに配置されたレンズ群から構成され、その像面および入射瞳は無限遠に位置することになる。そして、このズーム光学系の場合も、最大焦点距離状態と最小焦点距離状態との間の焦点距離の変化に際して、物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、本発明の範囲に含まれることになる。なお、瞳面よりも物体側のみに配置されたレンズ群から構成される本発明のズーム光学系は、たとえば顕微鏡の接眼レンズ系に適用することができる。
【００４２】
以上のように、本発明のズーム光学系では、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側または物体側のみに配置され、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、所要の倍率比を確保することができる。
また、本発明のズーム光学系を伝達光学系として露光装置の照明光学系中に組み込むことにより、ズーム光学系の焦点距離を適宜変化させて、光損失を良好に回避しながらマスクパターンの種類に応じて最適な照明ＮＡを実現することができる。その結果、本発明の露光装置では、良好な照明条件で効率の良い露光を行うことができる。
【００４３】
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図６は、本発明の第１実施例にかかるズーム光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
図６において、感光性基板であるウエハの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図６の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面内において図６の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００４４】
図６に示す露光装置は、たとえば高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源１から射出された照明光束は、ミラー３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置Ｐ１に光源像を形成する。楕円鏡２の第２焦点位置Ｐ１に形成された光源像からの光束は、伝達光学系としてのズーム光学系４によりほぼ平行な光束に変換された後、所望の波長域の光束のみを透過させる波長選択フィルター５に入射する。波長選択フィルター５を介して選択された露光波長の光は、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。なお、ズーム光学系４の詳細については、２つの数値実施例を参照して後述する。ズーム光学系４の焦点距離変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作するズーム駆動系２２により行われる。
【００４５】
フライアイレンズ６は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横配列することによって構成されている。フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはウエハ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００４６】
したがって、フライアイレンズ６に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイレンズ６の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源が形成される。フライアイレンズ６の後側焦点面に形成された面光源からの光束は、その近傍に配置された可変開口絞り７に入射する。可変開口絞り７は、後述する投影光学系１０の入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、面光源の照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。
【００４７】
そして、可変開口絞り７は、可変開口部の開口径を変化させることにより、マスクへの照明光のＮＡすなわち照明ＮＡを所望の値に設定するとともに、照明条件を決定するσ値（投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での光源像の口径の比）を所望の値に設定する。なお、可変開口絞り７の開口径の変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作する絞り駆動系２３により行われる。
【００４８】
可変開口絞り７を介した面光源からの光は、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク９を重畳的に均一照明する。マスク９のパターンを透過した光束は、投影光学系１０を介して、感光性基板であるウエハ１１上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系１０の光軸と直交する平面（ＸＹ平面）内においてウエハ１１を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウエハ１１の各露光領域にはマスク９のパターンが逐次露光される。
【００４９】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウエハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスク９上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。
一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に対して相対移動させながらウエハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光（走査露光）する。この場合、マスク９上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ６の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００５０】
〔第１数値実施例〕
図７は、第１数値実施例にかかるズーム光学系のレンズ構成を示す図であって、最大焦点距離状態におけるレンズ配置を示している。
また、図８は、第１数値実施例にかかるズーム光学系の最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に伴う各レンズ群の移動軌跡を示す図であって、（ａ）は最大焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝５７０ｍｍ）を、（ｂ）は第１中間焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝３８０ｍｍ）を、（ｃ）は第２中間焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝２８５ｍｍ）を、（ｄ）は最小焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝１９０ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００５１】
第１数値実施例にかかるズーム光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
そして、第１レンズ群Ｇ１は、両凸レンズＬ１から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２から構成されている。
【００５２】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズＬ31、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ32、両凸レンズＬ33、および両凸レンズＬ34から構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズＬ４から構成されている。
なお、第１数値実施例のズーム光学系では、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３が図８に示すような軌道に沿って移動し、第４レンズ群Ｇ４は固定である。すなわち、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ移動する。そして、最小焦点距離状態において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とが互いに近接する。
【００５３】
また、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第３レンズ群Ｇ３は、固定の第４レンズ群Ｇ４に近接した位置から物体側へ移動する。
以上のように、第１数値実施例のズーム光学系では、最大焦点距離状態における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きく、最大焦点距離状態における第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも小さい。
【００５４】
こうして、第１数値実施例のズーム光学系では、光源像の形成位置Ｐ１に開口絞りが配置されているものとみなし、フライアイレンズ６の入射面を像面とみなすとき、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化しないように構成されている。以下、光源像の形成位置Ｐ１に開口絞りが配置されているものとし、フライアイレンズ６の入射面が像面であるものとして、第１数値実施例のズーム光学系の特性を説明する。
【００５５】
次の表（１）に、第１数値実施例のズーム光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、Ｆはズーム光学系の焦点距離を、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をそれぞれ示している。また、ｄ１は開口絞りと第１レンズ群Ｇ１との軸上可変間隔を、ｄ３は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上可変間隔を、ｄ５は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上可変間隔を、ｄ１３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との軸上可変間隔をそれぞれ示している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは照明光（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５６】
【表１】
0004337067.tif 000002
0004337067.tif 000003
【００５７】
また、次の表（２）に、開口絞りへの入射角Ａが０°の光線、入射角Ａが２．５°の光線（Ｒ１）、入射角Ａが３．６°の光線（Ｒ２）、および入射角Ａが５．１°の光線（Ｒ３）に対する光線追跡結果を掲げる。
表（２）において、θは開口絞りにおける主光線（開口絞りにて光軸と交差する光線）の光軸に対する角度を、Ｙは像面に達する主光線の光軸からの距離すなわち像高をそれぞれ示している。また、像面上での主光線の傾斜角とは、像面上における主光線の光軸に対する傾き角をいう。
【００５８】
【表２】
0004337067.tif 000004
0004337067.tif 000005
【００５９】
図９乃至図１２は、第１数値実施例のズーム光学系における横収差を示す図である。すなわち、図９は最大焦点距離状態における収差図であり、図１０は第１中間焦点距離状態における収差図であり、図１１は第２中間焦点距離状態における収差図であり、図１２は最小焦点距離状態における収差図である。
各収差図において、Ａは開口絞りへの光線入射角を示している。各収差図から明らかなように、第１数値実施例のズーム光学系では、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態までの各焦点距離状態において収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
なお、前述したように、フライアイレンズ６に入射する光束が各レンズエレメントの光軸に対して傾くと、フライアイレンズ６の射出面において光束のケラレが発生し、照明の効率が低下する。一般的な設計例によれば、フライアイレンズ６の射出面において光束のケラレを実質的に回避するには、フライアイレンズ６の入射面上すなわち像面上での主光線の光軸に対する傾斜角が約±５°以内であることが必要であり、マスク上での照度分布の変化を良好に抑えるには約±１°以内であることが好ましいことがわかっている。
【００６１】
表（２）を参照すると、第１数値実施例のズーム光学系では、像面上での主光線の光軸に対する傾斜角が非常に小さく、射出瞳の位置が焦点距離の変化に際して無限遠からほとんど変化していないことがわかる。また、像面の位置が焦点距離の変化に際して全く変化していないことがわかる。さらに、入射瞳の位置も全く変化していないことはいうまでもない。
以上のように、第１数値実施例のズーム光学系では、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側のみに配置され、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、所要の倍率比を確保することができる。
【００６２】
〔第２数値実施例〕
図１３は、第２数値実施例にかかるズーム光学系のレンズ構成を示す図であって、最大焦点距離状態におけるレンズ配置を示している。
また、図１４は、第２数値実施例にかかるズーム光学系の最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に伴う各レンズ群の移動軌跡を示す図であって、（ａ）は最大焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝６００ｍｍ）を、（ｂ）は第１中間焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝４００ｍｍ）を、（ｃ）は第２中間焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝３００ｍｍ）を、（ｄ）は最小焦点距離状態（焦点距離Ｆ＝２００ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００６３】
第２数値実施例にかかるズーム光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。
そして、第１レンズ群Ｇ１は、両凹レンズＬ１から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ21、両凸レンズＬ22、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ23、および両凹レンズＬ24から構成されている。
【００６４】
さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３から構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ４から構成されている。
なお、第２数値実施例のズーム光学系では、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３が図１４に示すような軌道に沿って移動し、第４レンズ群Ｇ４は固定である。すなわち、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、さらに最小焦点距離状態へ近づくにつれて物体側へ移動する。また、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１と近接した位置から像側へ移動する。
【００６５】
さらに、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に際して、第３レンズ群Ｇ３は一旦物体側へ移動した後に像側へ移動し、最小焦点距離状態において固定の第４レンズ群Ｇ４に近接する。
以上のように、第２数値実施例のズーム光学系では、最大焦点距離状態における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きく、最大焦点距離状態における第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔は最小焦点距離状態での間隔よりも大きい。
【００６６】
こうして、第２数値実施例のズーム光学系では、光源像の形成位置Ｐ１に開口絞りが配置されているものとみなし、フライアイレンズ６の入射面を像面とみなすとき、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化しないように構成されている。以下、光源像の形成位置Ｐ１に開口絞りが配置されているものとし、フライアイレンズ６の入射面が像面であるものとして、第２数値実施例のズーム光学系の特性を説明する。
【００６７】
次の表（３）に、第２数値実施例のズーム光学系の諸元の値を掲げる。表（３）において、Ｆはズーム光学系の焦点距離を、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をそれぞれ示している。また、ｄ１は開口絞りと第１レンズ群Ｇ１との軸上可変間隔を、ｄ３は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との軸上可変間隔を、ｄ１１は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との軸上可変間隔を、ｄ１３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との軸上可変間隔をそれぞれ示している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは照明光（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００６８】
【表３】
0004337067.tif 000006
0004337067.tif 000007
【００６９】
また、次の表（４）に、開口絞りへの入射角Ａが０°の光線、入射角Ａが２．４°の光線（Ｒ１）、入射角Ａが３．３°の光線（Ｒ２）、および入射角Ａが４．８°の光線（Ｒ３）に対する光線追跡結果を掲げる。
表（４）において、θは開口絞りにおける主光線（開口絞りにて光軸と交差する光線）の光軸に対する角度を、Ｙは像面に達する主光線の光軸からの距離すなわち像高をそれぞれ示している。また、像面上での主光線の傾斜角とは、像面上における主光線の光軸に対する傾き角をいう。
【００７０】
【表４】
0004337067.tif 000008
0004337067.tif 000009
【００７１】
図１５乃至図１８は、第２数値実施例のズーム光学系における横収差を示す図である。すなわち、図１５は最大焦点距離状態における収差図であり、図１６は第１中間焦点距離状態における収差図であり、図１７は第２中間焦点距離状態における収差図であり、図１８は最小焦点距離状態における収差図である。
各収差図において、Ａは開口絞りへの光線入射角を示している。各収差図から明らかなように、第２数値実施例のズーム光学系においても第１数値実施例と同様に、最大焦点距離状態から最小焦点距離状態までの各焦点距離状態において収差が良好に補正されていることがわかる。
【００７２】
また、表（４）を参照すると、第２数値実施例のズーム光学系においても第１数値実施例と同様に、像面上での主光線の光軸に対する傾斜角が非常に小さく、射出瞳の位置が焦点距離の変化に際して無限遠からほとんど変化していないことがわかる。また、像面の位置が焦点距離の変化に際して全く変化していないことがわかる。さらに、入射瞳の位置も全く変化していないことはいうまでもない。
以上のように、第１数値実施例のズーム光学系においても第１数値実施例と同様に、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側のみに配置され、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、所要の倍率比を確保することができる。
【００７３】
以下、第１実施例においてズーム光学系４の焦点距離および可変開口絞り７の開口径を変化させて照明ＮＡを変更する動作について具体的に説明する。
まず、ステップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式にしたがって露光すべきマスクのパターンの種類に関する情報などが、キーボードのような入力手段２０を介して制御系２１に入力される。制御系２１は、マスクパターンの種類に応じた最適な照明ＮＡに関する情報および最適な照明ＮＡを実現するのに必要な条件に関する情報などを内部のメモリー部に記憶しており、入力手段２０からの入力に応答してズーム駆動系２２および絞り駆動系２３に対して最適な照明ＮＡを実現するための適当な制御信号を供給する。
【００７４】
こうして、第１実施例の露光装置では、マスクパターンの種類に応じた最適な照明ＮＡを実現するために、ズーム駆動系２２は制御系２１からの指令に基づいてズーム光学系４の焦点距離を変化させるとともに、絞り駆動系２３は制御系２１からの指令に基づいて可変開口絞り７の開口径を変化させる。たとえば、照明ＮＡが小さくなるように変更するには、ズーム光学系４の焦点距離を減少させてフライアイレンズ６の受光範囲を小さくし、この光束の大きさに応じて可変開口絞り７の開口径を小さくする。
【００７５】
逆に、照明ＮＡが大きくなるように変更するには、ズーム光学系４の焦点距離を増大させてフライアイレンズ６の受光範囲を大きくし、この光束の大きさに応じて可変開口絞り７の開口径を大きくする。
以上のように、ズーム光学系４を伝達光学系として照明光学系中に組み込んだ第１実施例の露光装置では、ズーム光学系４の焦点距離および可変開口絞り７の開口径を適宜変化させて、可変開口絞り７における光損失を良好に回避しながらマスクパターンの種類に応じた最適な照明ＮＡを実現することができる。その結果、第１実施例の露光装置では、良好な照明条件で、効率の良い露光を行うことができる。
【００７６】
図１９は、本発明の第２実施例にかかるズーム光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２実施例は、第１実施例と類似の構成を有する。しかしながら、第１実施例では１つのフライアイレンズを用いているのに対し、第２実施例では２つのフライアイレンズを用いている点が基本的に相違している。したがって、図１９において、第１実施例の構成要素と同様の機能を有する要素には図６と同じ参照符号を付している。また、図１９において、入力手段２０、制御系２１、ズーム駆動系２２および変倍駆動系２３の図示を省略している。以下、第１実施例との相違点に着目して第２実施例を説明する。
【００７７】
図１９の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源３１として、２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備えている。光源３１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のシリンドリカルレンズ３２ａおよび３２ｂからなるビームエキスパンダー３２に入射する。各シリンドリカルレンズ３２ａおよび３２ｂは、図１９の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有し、基準光軸ＡＸを含んで紙面と直交する面内（ＸＺ平面内）において平行平面板として機能する。したがって、ビームエキスパンダー３２に入射した光束は、図１９の紙面内において拡大され、所定形状の断面を有する光束、たとえば正方形状の断面を有する光束に整形される。
【００７８】
整形光学系としてのビームエキスパンダー３２を介して断面形状が整形された光束は、折り曲げミラー３３でＹ方向に偏向された後、第１オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ３４に入射する。第１フライアイレンズ３４は、たとえば断面が正方形状で正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横配列することによって構成されている。なお、各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は平面状に形成されている。
【００７９】
したがって、第１フライアイレンズ３４に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源像が形成される。第１フライアイレンズ３４の後側焦点面に形成された多数の光源像からの光束は、伝達光学系としてのズーム光学系３５を介した後、第２オプティカルインテグレータとしての第２フライアイレンズ３６を重畳的に照明する。こうして、第２フライアイレンズ３６の入射面には、第１フライアイレンズ３４の各レンズエレメントの断面形状に相似な正方形状の照野が形成される。なお、ズーム光学系３５として、上述の第１数値実施例や第２数値実施例に示すズーム光学系を用いることができる。
【００８０】
第２フライアイレンズ３６は、第１フライアイレンズ３４と同様に、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横配列することによって構成されている。しかしながら、第２フライアイレンズ３６を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはウエハ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、第２フライアイレンズ３６を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００８１】
したがって、第２フライアイレンズ３６に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には第１フライアイレンズ３４のレンズエレメントの数の多数の光源像がそれぞれ形成される。すなわち、第２フライアイレンズ３６の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源が形成される。第２フライアイレンズ３６の後側焦点面に形成された面光源からの光束は、その近傍に配置された可変開口絞り７に入射する。
【００８２】
以下、第１実施例と同様に、可変開口絞り７を介した面光源からの光は、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク９を重畳的に均一照明する。マスク９のパターンを透過した光束は、投影光学系１０を介して、感光性基板であるウエハ１１上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系１０の光軸と直交する平面（ＸＹ平面）内においてウエハ１１を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウエハ１１の各露光領域にはマスク９のパターンが逐次露光される。
【００８３】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウエハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスク９上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、第２フライアイレンズ３６の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。
一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に対して相対移動させながらウエハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光（走査露光）する。この場合、マスク９上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、第２フライアイレンズ３６の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００８４】
こうして、第２実施例においても第１実施例と同様に、ズーム光学系４の焦点距離および可変開口絞り７の開口径を適宜変化させて、可変開口絞り７における光損失を良好に回避しながらマスクパターンの種類に応じた最適な照明ＮＡを実現することができ、その結果良好な照明条件で効率の良い露光を行うことができる。
【００８５】
各実施例の露光装置による露光の工程（フォトリソグラフィ工程）を経たウエハは、現像する工程を経てから、現像したレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経てウエハプロセスが終了する。そして、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的にデバイスとしての半導体装置（ＬＳＩ等）が製造される。
【００８６】
なお、以上の説明では、投影露光装置を用いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程により半導体集積回路を製造する例を示したが、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、半導体デバイスとして、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）を製造することができる。
また、上述の各実施例においては、物体側から順に正・負・正・負の屈折力配置または負・正・負・正の屈折力配置を有する４群構成のズーム光学系に本発明を適用しているが、物体側から順に負・正・負・正・負の屈折力配置を有する５群構成のズーム光学系などに本発明を適用することもできる。
【００８７】
さらに、上述の各実施例では、照明に寄与する面光源の範囲を規定する手段として開口絞りを配置し、その開口径を変化させている。しかしながら、照明光学系中の開口絞りの開口径を変化させなくても、ズーム光学系の焦点距離を変化させることにより面光源のサイズを変更することは可能であり、開口絞りの配置は必ずしも必要ない。また、上述の各実施例では、開口絞りの開口径を変化させて円形状の通常照明を行う場合を想定しているが、開口絞りの開口部の大きさおよび形状を適宜変化させて、あるいは透過率分布を有する開口絞りを用いてその透過率分布を適宜変化させて、輪帯形状の変形照明（すなわち輪帯変形照明）や４つ目形状の変形照明（すなわち４極変形照明）などを行うこともできる。この場合、一般的に表現すれば、開口絞りは、面光源の光強度分布を所定の光強度分布に変換するための手段を構成する。
【００８８】
さらに、上述の各実施例では、投影光学系と照明光学系とを含む投影露光装置において、照明光学系中の伝達光学系に対して本発明を適用している。しかしながら、投影光学系を備えることなく照明光学系のみからなるコンタクト露光型の露光装置において、照明光学系中の伝達光学系に対して本発明を適用することもできる。
また、上述の各実施例では、露光装置における照明光学系中の伝達光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく本発明の範囲内において様々な適用例が可能であることはいうまでもない。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のズーム光学系では、すべてのレンズ成分が瞳面よりも像側または物体側のみに配置され、焦点距離の変化に際して物体面および像面の位置並びに入射瞳および射出瞳の位置が実質的に変化することなく、所要の倍率比を確保することができる。
【００９０】
したがって、本発明のズーム光学系を伝達光学系として露光装置の照明光学系中に組み込むことにより、ズーム光学系の焦点距離を適宜変化させて、光損失を良好に回避しながらマスクパターンに応じて最適な照明ＮＡを実現することができる。その結果、本発明の露光装置では、良好な照明条件で、効率の良い露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】すべてのレンズ成分を開口絞りと像面との間に配置しつつ、光学系全体の焦点距離を極力長くするのに有利な屈折力配置を示す図である。
【図２】すべてのレンズ成分を開口絞りと像面との間に配置しつつ、光学系全体の焦点距離を極力短くするのに有利な屈折力配置を示す図である。
【図３】正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第１の例として負・正・負・正・負の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図である。
【図４】正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第２の例として正・負・正・負の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図である。
【図５】正・負・正の屈折力配置から負・正・負の屈折力配置へ円滑に移行することのできる屈折力配置の第３の例として負・正・負・正の屈折力配置を有するズーム光学系を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例にかかるズーム光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】第１実施例の第１数値実施例にかかるズーム光学系のレンズ構成を示す図であって、最大焦点距離状態におけるレンズ配置を示している。
【図８】第１実施例の第１数値実施例にかかるズーム光学系の最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に伴う各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図９】第１数値実施例のズーム光学系における最大焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１０】第１数値実施例のズーム光学系における第１中間焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１１】第１数値実施例のズーム光学系における第２中間焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１２】第１数値実施例のズーム光学系における最小焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１３】第１実施例の第２数値実施例にかかるズーム光学系のレンズ構成を示す図であって、最大焦点距離状態におけるレンズ配置を示している。
【図１４】第１実施例の第２数値実施例にかかるズーム光学系の最大焦点距離状態から最小焦点距離状態への焦点距離の変化に伴う各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図１５】第２数値実施例のズーム光学系における最大焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１６】第２数値実施例のズーム光学系における第１中間焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１７】第２数値実施例のズーム光学系における第２中間焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１８】第２数値実施例のズーム光学系における最小焦点距離状態での横収差を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施例にかかるズーム光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２０】投影露光装置における照明光学系中の伝達光学系のズーム化に課せられる制約を説明するための図であって、第１フライアイレンズから第２フライアイレンズまでの構成を示している。
【符号の説明】
１、３１    光源
２    楕円鏡
３、３３    ミラー
４、３５    ズーム光学系
５    波長選択フィルタ
６、３４、３６    フライアイレンズ
７      可変開口絞り
８      コンデンサー光学系
９      マスク
１０    投影光学系
１１    ウエハ
２０    入力手段
２１    制御系
２２    ズーム駆動系
２３    絞り駆動系
３２    ビームエキスパンダー
Ｇ１    第１レンズ群
Ｇ２    第２レンズ群
Ｇ３    第３レンズ群
Ｇ４    第４レンズ群
Ｌｉ    レンズ成分
【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１３】
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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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【図２０】
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