(57)【要約】【課題】結像性能に優れ、比較的小型な反射屈折型投影光学系及びそれを有する露光装置を提供する。【解決手段】物体面の実像である中間像を形成し、像面上の投影像形成領域（ＲＲ、ＣＲ）に物体面の実像である最終像を形成する反射屈折型投影光学系１００において、凹面を持つハーフミラーＭ１と、複数のレンズ（ＬＵ１乃至ＬＵｎ）と、を有し、反射屈折型投影光学系１００の全ての光学素子は、直線状の一本の光軸ＯＡを共有し、像面上の投影像形成領域（ＲＲ、ＣＲ）は、光軸外に設定されており、瞳の中心が遮光されていないことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面の実像である中間像を形成し、像面上の投影像形成領域に前記物体面の実像である最終像を形成する反射屈折型投影光学系において、
凹面を持つハーフミラーと、複数のレンズと、を有し、
前記反射屈折型投影光学系の全ての光学素子は、直線状の一本の光軸を共有し、
前記像面上の前記投影像形成領域は、前記光軸外に設定されており、
瞳の中心が遮光されていないことを特徴とする反射屈折型投影光学系。
【請求項２】
前記投影像形成領域は、矩形形状又は平行な直線からなる二辺と曲率と中心角が等しい二つの円弧からなる二辺からなる形状であることを特徴とする請求項１に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項３】
前記物体面からの光束が前記ハーフミラー面上で反射する際の有効径をφＭ１ｒ、物体からの最軸外主光線の高さをｈｒとしたとき、
2009162951.tif 000017
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項４】
前記光学素子は、前記物体面から前記像面に向かう光路に沿って第１ミラーとしての前記ハーフミラーの直後に第２ミラーとしての凹面ミラーを更に有し、
前記第１ミラーによって反射された光束が前記第２ミラーで反射され、前記第１ミラーを透過する際に、前記第１ミラー面上を透過する光束の有効径をφＭ１ｔ、物体からの最軸外主光線の高さをｈｔとしたとき、
2009162951.tif 000018
を満足することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項５】
前記光学素子は、前記物体面から前記像面に向かう光路に沿って第１ミラーとしての前記ハーフミラーの直後に第２ミラーとしての凹面ミラーを更に有し、物理的に前記第１ミラーと前記第２ミラーの間に前記投影像の実像の中間像を形成することを特徴とする請求項１に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項６】
前記物体面から前記中間像までの近軸倍率をβＭＵとしたとき、
2009162951.tif 000019
を満足することを特徴とする請求項５に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項７】
前記像面に最も近い光学素子と前記像面との間に視野絞りを有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項８】
前記光学素子は、前記物体面から前記像面に向かう光路に沿って第１ミラーとしての前記ハーフミラーの直後に第２ミラーとしての凹面ミラーを更に有し、前記第１ミラー及び第２ミラーの間にレンズを配置したことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の反射屈折型投影光学系。
【請求項９】
原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
前記原版の前記パターンを前記基板に投影する請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の反射屈折型投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置を利用して基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射屈折型投影光学系及びそれを有する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、露光装置には、高解像度の要請に加えて一層の結像性能の向上と装置の小型化が要求されている。一般に、装置の小型化のためには、投影光学系のレンズ及びミラーの径や、投影光学系全長を小さく抑える必要がある。しかし、全長を小さくすると、負のペッツバール和が不足することにより像面湾曲の補正が困難になり、画角の広角化と結像性能の向上とを両立させることが難しくなる。
【０００３】
これらの要請を満足する一手段として、ミラーとレンズを用いた反射屈折型投影光学系が従来から知られている。投影光学系にレンズだけではなくミラーも用いることによって、色収差を低減することができる。また、負のペッツバール和を有する凹面ミラーを使用することによって像面湾曲を補正すると共にレンズの小型化を図ることができる。従来技術としては、特許文献１乃至５がある。
【特許文献１】特開平０２−０６６５１０号公報
【特許文献２】米国特許第５６５０８７７号明細書
【特許文献３】特開２００１−１６６２１０号公報
【特許文献４】特開２００１−２７７２７号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術の構成は、結像性能の向上と装置の小型化とを達成する上で不十分であった。
【０００５】
例えば、特許文献１は、折り曲げミラーとビームスプリッターを使用して光軸を折り曲げている。キューブ状のビームスプリッターの場合はビームスプリットのためだけに大きな硝材が必要であるが、屈折率の均一性や複屈折に優れたそのような大きな部材の製造が困難である。また配置のために広いスペースが必要になってしまう。平板状のビームスプリッターの場合は、光軸に関して回転対称な共軸光学系ではなく、非点収差やコマ収差が発生してしまう。総じて、投影光学系の鏡筒構造も複雑かつ大型になる。
【０００６】
特許文献２及び３は、瞳の中心部分を通過する光束（結像に寄与せずフレアとなる光束）を常に遮蔽し、瞳の周辺部分を通過する光束のみを結像に寄与させる投影光学系を開示している。しかし、瞳にそのような遮光部分があると投影光学系の結像性能が悪化する。一方、これを防止するために、瞳の遮光部分を小さくすればミラー径が増大する。
【０００７】
特許文献４では、ミラーＭ２からの反射光が瞳面の近傍に配置されたミラーＭ１の外側を通過する。この結果、物体面上の良像範囲の最低物高を高く設定しなければならず、収差補正が困難になり、広い良像範囲を確保しづらくなる。一方、広い良像範囲を確保すればミラーＭ１の外側を通過する光束がより高くなり、後段のレンズ径が増大する。
【０００８】
特許文献５の投影光学系は、２つのミラーを瞳面の近傍ではなく中間像の近くに配置しているため、特許文献４の投影光学系に比べると、ミラー以後のレンズ径は増大しない。しかし、特許文献５の投影光学系は、物体面から像面までの間に２つの中間像を形成しているため、投影光学系の全長が長くなり、レンズ枚数も多くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、結像性能に優れ、比較的小型な反射屈折型投影光学系を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系は、物体面の実像である中間像を形成し、像面上の投影像形成領域に前記物体面の実像である最終像を形成する反射屈折型投影光学系において、凹面を持つハーフミラーと、複数のレンズと、を有し、前記反射屈折型投影光学系の全ての光学素子は、直線状の一本の光軸を共有し、前記像面上の前記投影像形成領域は、前記光軸外に設定されており、瞳の中心が遮光されていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
結像性能に優れ、比較的小型な反射屈折型投影光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系１００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。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。ここで、図１は、本発明の反射屈折型投影光学系１００を示す光路図、図２Ａ及び図２Ｂは、物体面上の投影像形成可能領域を示している。
【００１３】
図１を参照するに、投影光学系１００は、物体面ＭＳ（例えば、マスク面）上のパターンを像面ＩＭ（例えば、ウエハ面）上に投影する反射屈折型投影光学系である。投影光学系１００は、水銀ランプやレーザーの光源に適用可能である。水銀ランプとしては、ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｈ線（波長約４０５ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）がある。レーザーとしては、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）がある。
【００１４】
投影光学系１００は、凹面を持つハーフミラーと複数のレンズを有し、投影光学系１００を構成する全ての光学素子が直線状の一本の光軸ＯＡを共有する。このように、投影光学系１００は、基本的には、共軸系をなすように配置されており、１本の光軸回りに軸対称な共軸光学系となっている。但し、収差補正上又は収差調整上、光学素子は完全に共軸系となるように配置される必要はなく、若干の偏芯をさせて収差を改善してもよい。このように、「直線状の一本の光軸を共有する」とは、全ての光学素子が完全に共軸系となるように配置される必要はないが、折り曲げミラーや平面の反射面を有するビームスプリッターなどの光学素子を含まない趣旨である。
【００１５】
また、投影光学系１００は、物体面ＭＳから像面ＩＭに向かう光路に沿って物体面ＭＳから順に、ミラーユニットＭＵとレンズユニットＬＵとを有する。レンズユニットＬＵの中にＮＡ可変用の絞りＳＴを配置している。ミラーユニットＭＵは正の第１レンズ群Ｇ１と、第１ミラーＭ１（ハーフミラー、凹面ミラー）と、第２ミラーＭ２（凹面ミラー）を有する。レンズユニットＬＵは複数のレンズＬＵ１乃至ＬＵｎを有する。投影光学系１００において、物体面ＭＳからの全ての光束が第１レンズ群Ｇ１により屈折され、ハーフミラーである第１ミラーＭ１が第２ミラーＭ２に反射した光束を、第２ミラーＭ２が像面ＩＭ方向へ反射する。ミラーユニットＭＵは、第１ミラーＭ１の反射面と第２ミラーＭ２の反射面との間、即ち、ミラーユニットＭＵ内に実像である中間像ＭＩＰを形成する。第２ミラーＭ２からの反射光は、ハーフミラーである第１ミラーＭ１をその透過作用により透過した後、レンズユニットＬＵによって像面ＩＭ上へ投影される（最終像）。
【００１６】
以上により、物体面ＭＳと像面ＩＭを対向させながらも直線状の１本の光軸回りに軸対称な共軸光学系とすることができる。この結果、投影光学系１００とその鏡筒構造は単純かつ小型化が可能となる。また、このような構成において、光束中心の光束である主光線ＰＲ、マージナル光束の上線ＵＲと下線ＬＲも含め光束全体が欠られることなく像面上ＩＭに到達させることができる。即ち、光学系の瞳が部分的に欠落することがなく、瞳全体の光束を結像に寄与させることができるので、結像性能を維持することができる。かかる効果を得るために、物体面上の投影像形成可能領域ＨＣを光軸ＯＡ外に設定し、投影像形成可能領域ＨＣに形成された投影像を像面ＩＭの光軸外に投影している。物体面ＭＳ上の投影像形成可能領域ＨＣは、第１レンズ群Ｇ１での屈折直後の光束が第２ミラーＭ２で欠られない領域で設定される。
【００１７】
図２Ａでは、投影像形成領域ＲＲは、弦ＨＣ１と円弧ＨＣ２によって規定された投影像形成可能領域ＨＣに内接する矩形形状を有する。図２Ｂでは、投影像形成領域ＣＲは、弦ＨＣ１と円弧ＨＣ２によって規定された領域ＨＣに内接する、平行な直線からなる二辺ＣＲ１と曲率と中心角が等しい二つの円弧ＣＲ２からなる形状を有する。いずれの投影像形成領域も光軸ＯＡを含まないことが理解される。なお、実際の投影像形成範囲は、領域ＨＣの中で自由に設定することができる。
【００１８】
本実施形態の投影光学系は、瞳の中心が遮光されない（瞳に中抜けがない）構成となっているので、良好な結像性能を得ることができる。
【００１９】
投影光学系１００は、ミラーユニットＭＵが２枚の凹面ミラーを有する。これにより、ミラーユニットＭＵの主たるパワーを凹面ミラーが担うので負のペッツバール和を増大させることができる。良好な性能を得るためには投影光学系トータルでペッツバール和が略ゼロでなければならないため、これを打ち消すようにレンズユニットＬＵの正のパワーを大きくすることができるので小径化が可能となる。特に、レンズユニットＬＵのパワーを大きくすることは、大口径化することなく高ＮＡ化を達成可能にしている。
【００２０】
また、投影光学系１００は、凹面ミラーである第１ミラーＭ１がハーフミラーである。これにより、光軸が１本の共軸光学系としながらハーフミラー面が光束の第２ミラーＭ２への反射作用とレンズユニットＬＵへの透過作用を兼用させることができる。従って、特許文献１のビームスプリットのような大きな硝材、大きなスペースを必要としない。また特許文献４のようにミラーＭ２からの反射光がミラーＭ１の外側を通過しないためにレンズユニットＬＵが小径化になる。また、物体面上のより低い物高からの投影像形成可能領域の設定が可能となるため矩形状の十分な結像領域を得ることができる。これは同時に高ＮＡ化にも対応可能なことを示している。
【００２１】
更に、投影光学系１００は、１つの実像の中間像を有する２回結像系である。結像回数を２回と少なくしたことによりレンズ枚数を低減し、レンズ全長も短縮することができる。従って、特許文献５のような２つの実像の中間像を有する３回結像系に比較し、全長及びレンズ枚数の低減が可能である。また、中間像を第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間に物理的に形成するので、２つの凹面ミラーのそれぞれのパワーを大きくすることができる。したがって、レンズユニットＬＵのパワーも大きくすることが可能となり、光学系の全長を小さくすることができる。但し、図４に示すように、投影光学系１００は３回結像系である投影光学系１１０に置換されてもよい。
【００２２】
本実施例によれば、液浸光学系も含む程の高ＮＡ化に対応しながら、光軸が１本の共軸光学系の簡素な構成が可能となる。加えて光学系の瞳全面に対し光束の欠落がなく、小型軽量で光学素子の枚数が少なく、優れた結像性能と製造コストを抑えた投影光学系の達成が可能となる。
【００２３】
物体面ＭＳからの光束がハーフミラー面上で反射する際の有効径をφＭ１ｒ、物体からの最軸外主光線の高さをｈｒとしたとき、次式を満足することが好ましい。
【００２４】
【数１】
2009162951.tif 000003
【００２５】
数式１は、物体からの最軸外主光線の第１ミラーＭ１での反射作用時の高さを規定している。第１ミラーＭ１は瞳共役点近傍（ゼロ＝下限）に配置されることが好ましい。下限は光軸上に主光線（光束の中心光線）がある場合を示している。また、上限を超えると、第１ミラーＭ１にて発生する歪曲収差、コマ収差等が増大するために好ましくない。
【００２６】
上述したように、物体面ＭＳから像面ＩＭに向かう光路に沿って第１ミラー（ハーフミラー）Ｍ１の直後に第２ミラーＭ２が配置されている。第１ミラーＭ１によって反射された光束は第２ミラーＭ２で反射され、第１ミラーＭ１を透過する。この場合、第１ミラー面上を透過する光束の有効径をφＭ１ｔ、物体からの最軸外主光線の高さをｈｔとしたとき、次式を満足することが好ましい。
【００２７】
【数２】
2009162951.tif 000004
【００２８】
数式２は、物体からの最軸外主光線の第１ミラーＭ１での透過作用時の高さを規定している。下限を超えるとレンズユニットＬＵでの瞳を中心とする光束の対称性が損なわれるので像側テレセン度の確保、歪曲収差、コマ収差の補正上好ましくない。また、光束の対称性を維持しようとするとレンズユニットＬＵのパワーが大きくなるため、像面湾曲や球面収差の補正上好ましくない。上限を超えても前述同様、像側テレセン度の確保、歪曲収差、コマ収差の補正上好ましくない。または光束の対称性を維持しようとするとレンズユニットＬＵのパワーが小さくなるため、レンズ全体が大きくなってしまい好ましくない。
【００２９】
更に、物体面ＭＳからミラーユニットＭＵの中に形成される実像である中間像ＭＩＰまでの近軸倍率をβＭＵとしたとき、次式を満足することが更に好ましい。
【００３０】
【数３】
2009162951.tif 000005
【００３１】
数式３において、上限を超えると第１ミラーＭ１のパワーが大きくなりすぎるためにペッツバール和の補正上好ましくない。また極端な縮小系となるため第２ミラー面Ｍ２で有効反射領域が大きくなってしまい、十分な像形成可能領域の確保が困難になるため好ましくない。下限を超えると、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２のパワーが小さくなるため、これもペッツバール和の補正上好ましくない。また拡大系方向の倍率となるのでレンズユニットＬＵのレンズ径が大きくなり好ましくない。
【００３２】
本実施例では第１ミラーＭ１がハーフミラーであることから、物体からの光束を第２ミラーＭ２方向へ反射させる反射作用時に、反射光量と同量な透過光がレンズユニットＬＵ方向へ透過する。これが像面ＩＭ上でフレア光となり像性能に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、図３に示すように、レンズユニットＬＵ（の像面ＩＭに最も近い光学素子）と像面ＩＭの間にフレア光を除去するための視野絞りＦＳを配置することが好ましい。視野絞りＦＳの形状は、光束通過部の穴形状として矩形状でもよいし、円弧状でもよい。または低像高側のフレア光のみを除去するために四角形の板状でもよい。
【００３３】
第２ミラーＭ２の形状は、図１上では光軸から負方向のみの半円形状としているが、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの光軸から負方向の裏面ミラーまたは表面ミラー（不図示）として構成してもよい。または、第２ミラーＭ２の外周が円形状で第１レンズ群Ｇ１からの光束を通過させる穴形状と、光軸から負方向に反射面を形成した構造（不図示）としてもよい。また、第２ミラーＭ２を第１レンズ群Ｇ１よりも像面ＩＭ側に位置させることにより、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズのパワーや形状の自由度が大きくなる。かかる構成は、テレセン度、ディストーション等の補正上好ましい。
【００３４】
また、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間にレンズを配置し、ペッツバール和の調整、色収差補正、その他収差補正のために使用してもよい。更には、図４に示すように、ミラーユニットＭＵの物体側に別のレンズユニットＬＵＡを構成し、物体面ＭＳの実像である中間像ＭＩＰＡを結像させ、トータル２つの実像である中間像を有する投影光学系１１０としてもよい。
【００３５】
投影光学系１００は、物体面ＭＳ側の射出光束がテレセントリックであり、物体面ＭＳが光軸方向に移動しても倍率の変化が小さい。また、像面ＩＭ側の射出光束もテレセントリックになっており、像面ＩＭが光軸方向に移動しても倍率の変化が小さい。
【００３６】
更に、投影光学系１００は共軸系をなすように配置されているため、図２Ｂに示す領域ＣＲの円弧ＣＲ２の曲率半径が小さくなるように設定すれば、光軸を中心としたリング状のより狭い像面範囲で良好に収差を補正しやすいという長所を有している。
【００３７】
投影光学系１００は、基本的には縮小倍率を有しているが、拡大倍率を有してもよい。
【００３８】
投影光学系１００が使用するミラーは、球面ミラーでも非球面ミラーでもよい。第１ミラーＭ１のハーフミラーはレンズの表面ミラーまたは裏面ミラーとして形成してよい。またハーフミラーとしての作用を得るためのコーティングはフッ化物等の誘電体膜やアルミニウムなどの金属膜を形成してもよい。誘電体膜の場合は多層膜として形成する必要があるのでハーフミラーへの入射角範囲を小さく設定することが好ましい。また金属膜の場合は露光熱によりハーフミラーを形成する基盤レンズの温度が上昇し、変形や屈折率変化が収差性能の悪影響を及ぼす可能性があるためレンズ厚はできるだけ薄くする、またはレンズの両面の曲率半径を等しくする配慮をしてもよい。
【００３９】
投影光学系１００は非球面レンズを使用することにより、収差補正上有効でありレンズ枚数を削減することができる。更に、色収差を補正する手段として、２種類以上の硝材を使用したり、色消しレンズを使用したりすることもできる。好ましくは、倍率色収差を補正する上では、相対的に正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの分散が、他のレンズの分散より小さくなるようにガラスを選択するとよい。ＡｒＦエキシマレーザーに使用される投影光学系はＳｉＯ２（石英）を使用し、Ｆ２レーザーに使用される投影光学系はＣａＦ２（蛍石）を使用するが、ＡｒＦエキシマレーザーにＳｉＯ２とＣａＦ２を併用してもよい。新規材料が開発された場合も同様に組み合わせて使用してもよい。更に、光学系全体としてペッツバール項の和がゼロ又はゼロ近傍となるように、ミラー形状、レンズパワーを決定するのが好ましい。
【００４０】
非球面のミラー及びレンズの形状は、数式４に示す一般的な非球面の式で表現される。
【００４１】
【数４】
2009162951.tif 000006
【００４２】
数式４において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数である。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。
【００４３】
硝材の屈折率は、波長１９３．０ｎｍではＳｉＯ２はＮ＝１．５６０９、水（Ｈ２Ｏ）はＮ＝１．４３７０、波長１５７．０ｎｍではＣａＦ２はＮ＝１．５６００である。硝材の分散は波長１９３．０ｎｍではＳｉＯ２はΔＮ/Δλ（ｐｍ）＝―１．５９４２５ｘ１０−６、水（Ｈ２Ｏ）はΔＮ/Δλ（ｐｍ）＝―２．１２０ｘ１０−６、波長１５７．０ｎｍではＣａＦ２はΔＮ/Δλ（ｐｍ）＝―２．５５４４５ｘ１０−６である。
【実施例１】
【００４４】
以下、図５に示す反射屈折型投影光学系１００Ａを用いて照明実験した結果について説明する。図５において、ＭＳは物体面位置に置かれたマスク（原版）、ＩＭは像面位置に置かれたウエハ（基板）を示している。第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１，Ｌ２で構成され、ハーフミラーである第１ミラーＭ１はレンズＬ３の表面ミラーとして形成され、ミラーユニットＭＵはレンズＬ１からＬ３まで、レンズユニットＬＵはレンズＬ４からＬ１５まで、にて構成される。最も像面ＩＭ側に配置されたレンズＬ１５とウエハＩＭの間は液体としての純水Ｈ２Ｏで満たされた高ＮＡ対応の液浸光学系となっている。レンズユニットＬＵ内のＳＴはＮＡ可変絞り、ＦＳはフレア除去用の視野絞りである。なお一部のレンズ面と特に凹面の第１ミラーＭ１と凹面の第２ミラーＭ２には非球面を採用している。
【００４５】
反射屈折型投影光学系１００Ａにおいて、波長１９３．０ｎｍ付近の光（ＡｒＦ）を放射する図示しない照明光学系によりマスクＭＳが照明される。マスクＭＳからの透過光が、第１レンズ群Ｇ１を通り、距離を隔てて第１ミラーＭ１により第２ミラーＭ２方向へ反射され、第２ミラーＭ２によって像面ＩＭ方向へ反射される。そして第１ミラーＭ１を透過して屈折レンズからなるレンズユニットＬＵによってウエハＩＭ上にマスクパターンの縮小像を形成している。このとき第１ミラーＭ１での反射光が第２ミラーＭ２方向へ進む間で実像である中間像ＭＩＰを形成している。
【００４６】
反射屈折型投影光学系１００Ａにおいては、ＮＡ＝１．１、縮小倍率＝１／４倍、物高＝１４．５８８ｍｍ乃至６８．５ｍｍ、像高＝３．６４７ｍｍ乃至１７．１２５ｍｍの２６ｘ７．５ｍｍの矩形状像面領域である。反射屈折型投影光学系１００Ａの数値（曲率半径、面間隔、屈折率）を表１に、非球面係数を表２に示す。
【００４７】
【表１】
2009162951.tif 000007
【００４８】
【表２】
2009162951.tif 000008
【００４９】
反射屈折型投影光学系１００Ａの製造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差＝０．００６５λｒｍｓであり、十分な性能を有している。ｈｒ＝−５．８６ｍｍ  φＭ１ｒ＝１９５．４１ｍｍ、｜ｈｒ／φＭ１ｒ｜＝０．０３であるため数式１を満足している。また、ｈｔ＝−３１．８６、φＭ１ｔ＝２１７．９５ｍｍ、｜ｈｔ／φＭ１ｔ｜＝０．１４６であるため、数式２を満足している。更に、βＭＵ＝−０．７８９であり、数式３を満足している。光学系の共役長は９８１．６ｍｍ、最大有効径はレンズＬ１２のφ２９８．０ｍｍ、トータルレンズ枚数１５枚となっており、ＮＡ１．１の高ＮＡ化と十分な矩形状像面領域と性能を達成しながらも、小型軽量でレンズ枚数も少ない構成となっている。
【実施例２】
【００５０】
次に、図６に示す本発明の反射屈折型投影光学系１００Ｂを用いて照明実験した結果について説明する。図５の反射屈折型投影光学系１００Ａとほぼ同様の構成としているが、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の間にレンズＬ３を有している点が異なっており、トータルレンズ枚数は１６枚となっている。一部のレンズ面と特に凹面の第１ミラーＭ１と凹面の第２ミラーＭ２には非球面を採用している。
【００５１】
反射屈折型投影光学系１００Ｂにおいても、波長１９３．０ｎｍ付近の光（ＡｒＦ）を放射する図示しない照明光学系によりマスクＭＳが照明される。反射屈折型投影光学系１００Ａと同様に光束が進行するが、レンズＬ３では３回光束が通過することになる。第１ミラーＭ１での反射光が第２ミラーＭ２方向へ進むとき、レンズＬ３に入射する直前で実像である中間像ＭＩＰを形成している。
【００５２】
反射屈折型縮小投影光学系１００Ｂにおいては、ＮＡ＝１．１５、縮小倍率＝１／４倍、物高＝１４．５８８ｍｍ乃至６８．５ｍｍ、像高＝３．６４７ｍｍ乃至１７．１２５ｍｍの２６ｘ７．５ｍｍの矩形状像面領域である。ここで、反射屈折型投影光学系１００Ｂの数値（曲率半径、面間隔、屈折率）を表３に、非球面係数を表４に示す。
【００５３】
【表３】
2009162951.tif 000009
【００５４】
【表４】
2009162951.tif 000010
【００５５】
反射屈折型投影光学系１００Ｂの製造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差＝０．００８３λｒｍｓであり、十分な性能を有している。なお、ｈｒ＝−１．７５ｍｍ、φＭ１ｒ＝１９８．３９ｍｍ、｜ｈｒ／φＭ１ｒ｜＝０．００８８であり、数式１を満足している。また、ｈｔ＝−３３．９３、φＭ１ｔ＝２２６．３５ｍｍ、｜ｈｔ／φＭ１ｔ｜＝０．１５０であり、数式２も満足している。βＭＵ＝−０．７３９であり、数式３も満足している。光学系の共役長は１００５．４ｍｍ、最大有効径はレンズＬ１３のφ３０７．４ｍｍ、トータルレンズ枚数１６枚となっており、ＮＡ１．１５の高ＮＡ化と十分な矩形状像面領域と性能を達成しながらも、小型軽量でレンズ枚数も少ない構成となっている。
【実施例３】
【００５６】
次に、図７に示す本発明の反射屈折型投影光学系１００Ｃを用いて照明実験した結果について説明する。図６の反射屈折型投影光学系１００Ｂとほぼ同様の構成としているが、第１ミラーＭ１がレンズＬ４の裏面ミラーとしている点が異なっている。トータルレンズ枚数は１６枚となっている。一部のレンズ面と特に凹面の第１ミラーＭ１と凹面の２ミラー面Ｍ２には非球面を採用している。
【００５７】
反射屈折型投影光学系１００Ｃにおいても、波長１９３．０ｎｍ付近の光（ＡｒＦ）を放射する図示しない照明系によりマスクＭＳが照明される。反射屈折型投影光学系１００Ｂと同様に光束が進行するが、第１ミラーＭ１での反射光が第２ミラーＭ２方向へ進むとき、レンズＬ３に入射する直前で実像である中間像ＭＩＰを形成している。
【００５８】
反射屈折型縮小投影光学系１００Ｃにおいては、ＮＡ＝１．１、縮小倍率＝１／４倍、物高＝１４．５８８ｍｍ乃至６８．５ｍｍ、像高＝３．６４７ｍｍ乃至１７．１２５ｍｍの２６ｘ７．５ｍｍの矩形状像面領域である。ここで、反射屈折型投影光学系１００Ｃの数値（曲率半径、面間隔、屈折率）を表５に、非球面係数を表６に示す。
【００５９】
【表５】
2009162951.tif 000011
【００６０】
【表６】
2009162951.tif 000012
【００６１】
反射屈折型投影光学系１００Ｃの製造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差＝０．００１１λｒｍｓであり、十分な性能を有している。なお、ｈｒ＝−７．６６ｍｍ、φＭ１ｒ＝１９５．３４ｍｍ、｜ｈｒ／φＭ１ｒ｜＝０．０３９２であり、数式１は満足している。また、ｈｔ＝−２７．４９、φＭ１ｔ＝２０７．１５ｍｍ、｜ｈｔ／φＭ１ｔ｜＝０．１３３であり、数式２も満足している。更に、βＭＵ＝−０．６９８であり、数式３も満足している。光学系の共役長は９２８．４ｍｍ、最大有効径はレンズＬ１２のφ３０３．２ｍｍ、トータルレンズ枚数１６枚となっており、ＮＡ１．１の高ＮＡ化と十分な矩形状像面領域と性能を達成しながらも、小型軽量でレンズ枚数も少ない構成となっている。
【実施例４】
【００６２】
次に、図８に示す本発明の反射屈折型投影光学系１００Ｄを用いて照明実験した結果について説明する。図６の反射屈折型投影光学系１００Ｂとほぼ同様の構成としているが、レンズＬ３と第１ミラーＭ１との間にレンズＬ４を有している点が異なっており、トータルレンズ枚数は１７枚となっている。このとき特に第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２には非球面を採用せず、球面の凹面ミラーとしている。
【００６３】
反射屈折型投影光学系１００Ｄにおいても、波長１９３．０ｎｍ付近の光（ＡｒＦ）を放射する図示しない照明系によりマスクＭＳが照明される。反射屈折型投影光学系１００Ｂと同様に光束が進行するが、レンズＬ４では３回光束が通過することになり、凹レンズであることから軸上色収差補正の効果がある。第１ミラーＭ１での反射光が第２ミラーＭ２方向へ進むとき、レンズＬ３から射出した直後で実像である中間像ＭＩＰを形成している。
【００６４】
反射屈折型縮小投影光学系１００Ｄにおいては、ＮＡ＝１．２、縮小倍率＝１／４倍、物高＝１４．５８８ｍｍ乃至６８．５ｍｍ、像高＝３．６４７ｍｍ乃至１７．１２５ｍｍの２６ｘ７．５ｍｍの矩形状像面領域である。ここで、図８の反射屈折型投影光学系１００Ｄの数値（曲率半径、面間隔、屈折率）を表７に、非球面係数を表８に示す。
【００６５】
【表７】
2009162951.tif 000013
【００６６】
【表８】
2009162951.tif 000014
【００６７】
反射屈折型投影光学系１００Ｄの製造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差＝０．００９５λｒｍｓであり、十分な性能を有している。なお、ｈｒ＝−１３．４９ｍｍ、φＭ１ｒ＝２０３．７７ｍｍ、｜ｈｒ／φＭ１ｒ｜＝０．０６６２であり、数式１を満足している。また、ｈｔ＝−３２．１５、φＭ１ｔ＝２１７．２７ｍｍ、｜ｈｔ／φＭ１ｔ｜＝０．１４８であり、数式２も満足している。更に、βＭＵ＝−０．９０７  であり、数式３を満足している。光学系の共役長は９９８．４ｍｍ、最大有効径はレンズＬ１４のφ３２４．５ｍｍ、トータルレンズ枚数１７枚となっており、ＮＡ１．２の高ＮＡ化と十分な矩形状像面領域と性能を達成しながらも、小型軽量でレンズ枚数も少ない構成となっている。
【実施例５】
【００６８】
次に、図９に示す本発明の反射屈折型投影光学系１００Ｅを用いて照明実験した結果について説明する。レンズ構成としては図８の反射屈折型投影光学系１００Ｄとほぼ同様となっているが最も像面ＩＭ側に配置されたレンズＬ１４とウエハＩＭの間は液体ではなく空気で満たされた光学系となっている。トータルレンズ枚数は１４枚となっており、特に第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２には非球面を採用している。
【００６９】
反射屈折型投影光学系１００Ｅにおいては、波長１５７．０ｎｍ付近の光（Ｆ２）を放射する図示しない照明光学系によりマスクＭＳが照明される。反射屈折型投影光学系１００Ｄと同様に、レンズＬ４では３回光束が通過しり、大きな負のパワーの凹レンズであることから軸上色収差を補正している。本実施例では第２ミラーＭ２での反射光が第１ミラーＭ１方向へ進むとき、レンズＬ３から射出後に実像である中間像ＭＩＰを形成している。
【００７０】
反射屈折型縮小投影光学系１００Ｅにおいては、ＮＡ＝０．７５、縮小倍率＝１／５倍、物高＝２７．３ｍｍ乃至８５．０ｍｍ、像高＝５．４６ｍｍ乃至１７．０ｍｍの２２ｘ８ｍｍの矩形状像面領域である。ここで、図９の反射屈折型投影光学系１００Ｅの数値（曲率半径、面間隔、屈折率）を表９に、非球面係数を表１０に示す。
【００７１】
【表９】
2009162951.tif 000015
【００７２】
【表１０】
2009162951.tif 000016
【００７３】
反射屈折型投影光学系１００Ｅの製造誤差を含まない収差（像高の数点で計算）は、波面収差＝０．０１８λｒｍｓであり、十分な性能を有している。なおｈｒ＝−９．２０ｍｍ、φＭ１ｒ＝２０３．０ｍｍ、｜ｈｒ／φＭ１ｒ｜＝０．０４５３であり、数式１を満足している。また、ｈｔ＝−２４．３６、φＭ１ｔ＝２０７．３９ｍｍ、｜ｈｔ／φＭ１ｔ｜＝０．１１７であり、数式２も満足している。更に、βＭＵ＝−０．６９７であり、数式３も満足している。光学系の共役長は１１００ｍｍ、最大有効径はレンズＬ６のφ２２７．３ｍｍ、トータルレンズ枚数１４枚となっており、ＮＡ０．７５のＮＡであるが、十分な矩形状像面領域と性能を達成しながらも、小型軽量でレンズ枚数も少ない構成となっている。
【００７４】
以上のように、反射屈折型投影光学系１００Ａ乃至１００Ｅは高ＮＡ化に対応しながら、光学系瞳全面に対し光束の欠落がなく、像面上で十分な矩形上の結像領域が得られ、小型軽量で光学素子の枚数が少ない構成で優れた結像性能の投影光学系となっている。
【実施例６】
【００７５】
以下、図１０を参照して、反射屈折型投影光学系１００Ａを適用した露光装置２００を説明する。図１０は、反射屈折型投影光学系１００Ａを有する露光装置２００を示す概略構成図である。露光装置２００は、照明装置２１０と、マスク（レチクル）ＭＳを保持し移動するマスクステージ２２０と、反射屈折型投影光学系１００Ａと、ウエハＩＭを保持し移動するウエハステージ２３０と、制御部２４０とを有する。
【００７６】
露光装置２００は、ステップアンドスキャン方式でマスクＭＳに形成されたパターンをウエハＩＭに露光する投影露光装置である。
【００７７】
照明装置２１０は、マスクＭＳを照明するための装置であり、光源部２１２と照明光学系２１４とを有する。光源部２１２は、上述の各種レーザーやランプを使用することができる。照明光学系２１４は、マスクＭＳを均一に照明するための光学系である。
【００７８】
マスクＭＳは、原版であり、その上にはパターンが形成され、制御部２４０に制御されたマスクステージ２２０に支持及び移動される。マスクＭＳから発せられた回折光は、反射屈折型投影光学系１００Ａによって、ウエハＩＭ上に投影される。マスクＭＳとウエハＩＭとは、光学的に共役の関係に配置される。
【００７９】
反射屈折型投影光学系１００Ａは、物体面上に配置されたマスクＭＳのパターンを像面上に縮小投影する光学系である。反射屈折型投影光学系１００Ａは、上述した他の反射屈折型投影光学系１００Ｂ〜Ｅのいずれかに置換されてもよい。
【００８０】
本実施形態では、基板としてウエハＩＭを用いているが、ガラスプレートその他の感光基板を広く含む。ウエハＩＭには、フォトレジストが塗布されている。ウエハステージ２３０は、ウエハＩＭを支持し、制御部２４０により制御される。制御部２４０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置２００の動作を制御する。
【００８１】
反射屈折型投影光学系１００Ａは、第１ミラー面としてハーフミラーを有する。そのため、露光装置２００において、不要光（フレア光）に対する配慮をすることが好ましい。具体的には、ウエハの表面の反射率を１％以下に設定することが好ましい。
【実施例７】
【００８２】
以下、図１１及び図１２を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス等）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、半導体デバイス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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエ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エハを用いて半導体チップ化する行程であり、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、これが出荷（ステップ７）される。
【００８３】
図１２は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エ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、結像性能の優れた反射屈折型投影光学系を使用して、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、露光装置２００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を構成する。
【００８４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態の反射屈折型投影光学系は、第１のレンズ群Ｇ１、ミラーユニットＭＵ、レンズユニットＬＵにおいて、さらにレンズ枚数を多くして収差補正の自由度を増加させても良い。ハーフミラー面はレンズの裏面ミラーまたは表面ミラーとして形成してよい。また、本発明は、スキャン露光する露光装置にもスキャンしない露光をする露光装置にも適用可能である。なお、光学系全体を比例倍縮小（例えば、１／２倍）することによりレンズ径や全長を小さくして、一つの基板上を２回走査するなどして非処理体基板全体を露光するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例の投影光学系の光路図である。
【図２Ａ】図１に示す投影光学系の物体面の投影像形成可能領域（良像領域）と光軸との関係を示す平面図である。
【図２Ｂ】図１に示す投影光学系の物体面の投影像形成可能領域（良像領域）と光軸との別の関係を示す平面図である。
【図３】図１に示す投影光学系に適用可能な視野絞りを示す断面図である。
【図４】図１に示す投影光学系の変形例の光路図である。
【図５】実施例１の反射屈折型投影光学系の光路図である。
【図６】実施例２の反射屈折型投影光学系の光路図である。
【図７】実施例３の反射屈折型投影光学系の光路図である。
【図８】実施例４の反射屈折型投影光学系の光路図である。
【図９】実施例５の反射屈折型投影光学系の光路図である。
【図１０】図５に示す反射屈折型投影光学系を有する露光装置の光路図である。
【図１１】図１０に示す露光装置を使用したデバイス製造方法のフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップ４の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
ＭＳ            物体面
ＲＲ、ＣＲ      投影像形成領域
ＩＭ            像面
Ｍ１            第１ミラー（ハーフミラー）
Ｍ２            第２ミラー
ＬＵ１乃至ＬＵｎ      複数のレンズ
ＯＡ            光軸
１００乃至１００Ｅ、１１０      反射屈折型投影光学系
２００                  露光装置
【図１】
2009162951.tif 000020
【図２Ａ】
2009162951.tif 000021
【図２Ｂ】
2009162951.tif 000022
【図３】
2009162951.tif 000023
【図４】
2009162951.tif 000024
【図５】
2009162951.tif 000025
【図６】
2009162951.tif 000026
【図７】
2009162951.tif 000027
【図８】
2009162951.tif 000028
【図９】
2009162951.tif 000029
【図１０】
2009162951.tif 000030
【図１１】
2009162951.tif 000031
【図１２】
2009162951.tif 000032