JP2003307679A - 投影光学系、露光装置および露光方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置および露光方法

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的大きな像側開口数および投影視野を有
し且つ振動に対する機械的安定性などに優れた投影光学
系。 【解決手段】 第１面（Ｒ）の第１中間像を形成する第
１結像光学系（Ｇ１）と、凹面反射鏡（ＣＭ）を有し第
１中間像からの光束に基づいて第２中間像を形成する第
２結像光学系（Ｇ２）と、第２中間像からの光束に基づ
いて最終像を第２面（Ｗ）上に形成する第３結像光学系
（Ｇ３）とを備えている。そして、凹面反射鏡の有効直
径（Ｅｃ）や第１面と第２面との距離（Ｌ）や凹面反射
鏡と基準光軸（ＡＸ）との距離（Ｈ）について所定の条
件式を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系、露光
装置および露光方法に関し、特に半導体素子や液晶表示
素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用
される投影露光装置に適した高解像の反射屈折型の投影
光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等を製造するためのフォトリ
ソグラフィ工程において、フォトマスクまたはレチクル
（以下、総称して「レチクル」という）のパターン像
を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布され
たウェハ（またはガラスプレート等）上に露光する投影
露光装置が使用されている。そして、半導体素子等の集
積度が向上するにつれて、投影露光装置の投影光学系に
要求される解像力（解像度）が益々高まっている。その
結果、投影光学系の解像力に対する要求を満足するため
に、照明光（露光光）の波長を短くするとともに投影光
学系の開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
【０００３】たとえば、波長が１８０ｎｍ以下の露光光
を用いると、０．１μｍ以下の高解像を達成することが
可能である。しかしながら、照明光の波長が短くなると
光の吸収が顕著となり、実用に耐え得る硝材（光学材
料）の種類は限定される。特に、照明光の波長が１８０
ｎｍ以下になると、実用的に使用可能な硝材は蛍石だけ
に限定される。その結果、屈折型の投影光学系では、色
収差の補正が不可能となる。ここで、屈折型の光学系と
は、パワーを有する反射鏡（凹面反射鏡または凸面反射
鏡）を含むことなく、レンズ成分のような透過光学部材
だけを含む光学系である。
【０００４】上述のように、単一の硝材からなる屈折型
の投影光学系では許容色収差に限界があり、レーザー光
源の極狭帯化が必須となる。この場合、レーザー光源の
コストの増大および出力の低下は免れない。また、屈折
光学系では、像面湾曲量を決定するペッツバール和(Pet
zval Summation)を０に近づけるために、多数の正レン
ズおよび負レンズを配置する必要がある。これに対し
て、凹面反射鏡は光を収束する光学素子として正レンズ
に対応するが、色収差が生じない点、およびペッツバー
ル和が負の値をとる(ちなみに正レンズは正の値をとる)
点において、正レンズとは異なる。
【０００５】凹面反射鏡とレンズとを組み合わせて構成
された、いわゆる反射屈折光学系では、凹面反射鏡の上
述の特徴を光学設計上において最大限に活用し、単純な
構成にもかかわらず色収差の良好な補正や像面湾曲をは
じめとする諸収差の良好な補正が可能である。そこで、
本出願人は、たとえば国際公開ＷＯ０１／６５２９６号
公報において、投影露光装置に適した高解像の投影光学
系として、屈折型の第１結像光学系と反射屈折型の第２
結像光学系と屈折型の第３結像光学系とから構成された
３回結像型の反射屈折光学系を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、国際公
開ＷＯ０１／６５２９６号公報に開示された従来の投影
光学系では、その突起部を構成する反射屈折型の第２結
像光学系における凹面反射鏡の有効径が比較的大きいの
で、振動に対する機械的安定性が損なわれ易い。また、
凹面反射鏡に隣接して配置されるレンズの有効径も比較
的大きくなるので、このレンズを蛍石で形成する場合、
所定の特性を有する材料の入手およびその加工が容易で
はない。
【０００７】また、従来の投影光学系では、物体面と像
面との距離（幾何学的距離）が比較的大きいので、振動
に対する機械的安定性が損なわれ易い。そして、露光装
置に搭載された場合に、レチクルとウェハとの距離が比
較的大きくなるので、操作性が損なわれ易く、クリーン
ルームの高さ制限を受け易い。さらに、たとえば２００
ｎｍ以下の露光光を用いる露光装置に搭載された場合
に、比較的長い投影光路を不活性ガスで満たすことにな
り、不活性ガスのパージに対して不利である。
【０００８】さらに、従来の投影光学系では、その突起
部を構成する反射屈折型の第２結像光学系における凹面
反射鏡から基準光軸（第１結像光学系および第３結像光
学系の光軸）までの距離が比較的大きい。その結果、振
動に対する機械的安定性が損なわれ易く、第２結像光学
系の組立に際して製造誤差が発生し易い。また、たとえ
ば２００ｎｍ以下の露光光を用いる露光装置に搭載され
た場合に、比較的長い投影光路を不活性ガスで満たすこ
とになり、不活性ガスのパージに対して不利である。
【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、比較的大きな像側開口数および投影視野を有
する３回結像型の反射屈折光学系であって、凹面反射鏡
の有効径が比較的小さく、振動に対する機械的安定性が
良好で、凹面反射鏡に隣接して配置される蛍石レンズの
製造が容易な構成を有する投影光学系を提供することを
目的とする。
【００１０】また、比較的大きな像側開口数および投影
視野を有する３回結像型の反射屈折光学系であって、物
体面と像面との距離が比較的小さく、振動に対する機械
的安定性が良好で、露光装置に搭載された場合に操作性
が良好で且つ不活性ガスのパージに対して有利な構成を
有する投影光学系を提供することを目的とする。
【００１１】さらに、３回結像型の反射屈折光学系であ
って、比較的大きな像側開口数および投影視野を有する
凹面反射鏡から基準光軸までの距離が比較的小さく、振
動に対する機械的安定性が良好で且つ組立誤差が発生し
難く、露光装置に搭載された場合に不活性ガスのパージ
に対して有利な構成を有する投影光学系を提供すること
を目的とする。
【００１２】また、比較的大きな像側開口数および投影
視野を有し且つ振動に対する機械的安定性などに優れた
本発明の投影光学系を用いて、高解像で高精度な投影露
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。
【００１３】
【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、第１面の像を第２面上に形
成する投影光学系において、 前記第１面の第１中間像を形成するための第１結像光学
系と、少なくとも１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間
像からの光束に基づいて第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
最終像を前記第２面上に形成するための第３結像光学系
とを備え、 前記凹面反射鏡の有効直径をＥｃとし、前記第２面上の
投影視野の有効直径をＩｃとし、前記投影光学系の像側
開口数をＮａとするとき、 Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１０ の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供す
る。
【００１４】本発明の第２発明では、第１面の像を第２
面上に形成する投影光学系において、前記第１面の第１
中間像を形成するための第１結像光学系と、少なくとも
１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間像からの光束に基
づいて第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最終像を前記第２
面上に形成するための第３結像光学系とを備え、 前記第１面と前記第２面との距離をＬとし、前記第２面
上の投影視野の有効直径をＩｃとし、前記投影光学系の
像側開口数をＮａとするとき、 Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜６３ の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供す
る。
【００１５】第２発明の好ましい態様によれば、前記第
１結像光学系の光軸と前記第３結像光学系の光軸とがほ
ぼ一致するように設定され、 前記第１結像光学系と前記第２結像光学系と間の光路中
に配置された第１偏向鏡と、前記第２結像光学系と前記
第３結像光学系と間の光路中に配置された第２偏向鏡と
をさらに備えている。
【００１６】本発明の第３発明では、第１面の像を第２
面上に形成する投影光学系において、前記第１面の第１
中間像を形成するための第１結像光学系と、少なくとも
１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間像からの光束に基
づいて第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最終像を前記第２
面上に形成するための第３結像光学系と、前記第１結像
光学系と前記第２結像光学系と間の光路中に配置された
第１偏向鏡と、前記第２結像光学系と前記第３結像光学
系と間の光路中に配置された第２偏向鏡とを備え、 前記第１結像光学系の光軸と前記第３結像光学系の光軸
とがほぼ一致するように設定され、 前記凹面反射鏡の反射面の中心と前記第１結像光学系の
光軸との距離をＨとし、前記第２面上の投影視野の有効
直径をＩｃとし、前記投影光学系の像側開口数をＮａと
するとき、 Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１５．５ の条件を満足することを特徴とする投影光学系を提供す
る。
【００１７】また、本発明の第４発明にかかる投影光学
系は、第１面と第２面とを光学的に共役にする投影光学
系であって、前記第１面と前記第２面との間の光路中に
配置される第１結像光学系と、前記第１結像光学系と前
記第２面との間の光路中に配置されて少なくとも１つの
凹面反射鏡を有する第２結像光学系と、前記第２結像光
学系と前記第２面との間の光路中に配置される第３結像
光学系とを備え、前記第１結像光学系と前記第２結像光
学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役な面を
形成すると共に、前記第２結像光学系と前記第３結像光
学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役な面を
形成し、前記凹面反射鏡の有効直径をＥｃとし、前記第
２面上の視野または投影視野の有効直径をＩｃとし、前
記投影光学系の前記第２面側の開口数をＮａとすると
き、 Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１０ を満足するものである。
【００１８】また、本発明の第５発明にかかる投影光学
系は、第１面と第２面とを光学的に共役にする投影光学
系であって、前記第１面と前記第２面との間の光路中に
配置される第１結像光学系と、前記第１結像光学系と前
記第２面との間の光路中に配置されて少なくとも１つの
凹面反射鏡を有する第２結像光学系と、前記第２結像光
学系と前記第２面との間の光路中に配置される第３結像
光学系とを備え、前記第１結像光学系と前記第２結像光
学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役な面を
形成すると共に、前記第２結像光学系と前記第３結像光
学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役な面を
形成し、前記第１面と前記第２面との距離をＬとし、前
記第２面上の視野または投影視野の有効直径をＩｃと
し、前記投影光学系の前記第２面側の開口数をＮａとす
るとき、 Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜６３ を満足するものである。
【００１９】また、本発明の第６発明にかかる投影光学
系は、第１面と第２面とを光学的に共役にする投影光学
系であって、前記第１面と前記第２面との間の光路中に
配置される第１結像光学系と、前記第１結像光学系と前
記第２面との間の光路中に配置されて少なくとも１つの
凹面反射鏡を有する第２結像光学系と、前記第２結像光
学系と前記第２面との間の光路中に配置される第３結像
光学系と、前記第１結像光学系と前記第２結像光学系と
の間の光路中に配置された第１偏向鏡と、前記第２結像
光学系と前記第３結像光学系との間の光路中に配置され
た第２偏向鏡とを備え、前記第１結像光学系と前記第２
結像光学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役
な面を形成すると共に、前記第２結像光学系と前記第３
結像光学系との間の光路中に前記第１面と光学的に共役
な面を形成し、前記第１結像光学系の光軸と前記第３結
像光学系の光軸とがほぼ一致するように設定され、前記
凹面反射鏡の反射面の中心と前記第１結像光学系の光軸
との距離をＨとし、前記第２面上の視野または投影視野
の有効直径をＩｃとし、前記投影光学系の前記第２面側
の開口数をＮａとするとき、 Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１５．５ を満足するものである。
【００２０】なお、上記第４発明乃至第６発明にかかる
投影光学系において、前記投影光学系の第１面側の開口
数よりも第２面側の開口数が大きく設定されていること
が好ましい。この場合、前記投影光学系は、前記第１面
の縮小像を前記第２面上に形成することが好ましい。
【００２１】第１発明〜第６発明の好ましい態様によれ
ば、前記投影光学系は、少なくとも６つの非球面形状の
光学面を有する。また、前記第１結像光学系、前記第２
結像光学系および前記第３結像光学系は、それぞれ少な
くとも１つの非球面形状の光学面を有することが好まし
い。
【００２２】本発明の第７発明では、前記第１面に設定
されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに
形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光
性基板上に形成するための第１発明〜第６発明の投影光
学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供す
る。この場合、前記感光性基板上における実効露光領域
は、前記第３結像光学系の光軸から所定距離だけ離れた
中心を有する矩形状の領域であることが好ましい。
【００２３】本発明の第８発明では、前記第１面に設定
されたマスクを照明し、第１発明〜第６発明の投影光学
系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記
第２面に設定された感光性基板上に投影露光することを
特徴とする露光方法を提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の典型的な態様に
したがう投影光学系の基本的な構成を説明するための図
である。なお、図１では、本発明の投影光学系が露光装
置に適用されているものとする。図１に示すように、本
発明の投影光学系は、第１面に配置された投影原版とし
てのレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するため
の屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。
【００２５】第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像
の形成位置の近傍には、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１が配置
されている。第１光路折り曲げ鏡Ｍ１は、第１中間像へ
向かう光束または第１中間像からの光束を第２結像光学
系Ｇ２に向かって偏向する。第２結像光学系Ｇ２は、少
なくとも１つの凹面反射鏡ＣＭを有し、第１中間像から
の光束に基づいて第２中間像（第１中間像の像であって
レチクルパターンの２次像）を第１中間像の形成位置の
近傍に形成する。
【００２６】第２結像光学系Ｇ２が形成する第２中間像
の形成位置の近傍には、第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が配置
されている。第２光路折り曲げ鏡Ｍ２は、第２中間像へ
向かう光束または第２中間像からの光束を屈折型の第３
結像光学系Ｇ３に向かって偏向する。ここで、第１光路
折り曲げ鏡Ｍ１の反射面と第２光路折り曲げ鏡Ｍ２の反
射面とは、空間的に重複しないように位置決めされてい
る。第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基
づいて、レチクルＲのパターン像（第２中間像の像であ
って投影光学系の最終像）を、第２面に配置された感光
性基板としてのウェハＷ上に形成する。
【００２７】以下、本発明の各条件式を参照して、本発
明の構成についてさらに詳細に説明する。本発明の第１
発明では、上述の基本構成において、次の条件式（１）
を満足する。なお、条件式（１）において、Ｅｃは、図
１に示すように、凹面反射鏡ＣＭの有効直径である。ま
た、ＩｃはウェハＷ上（第２面上）の投影視野の有効直
径であり、Ｎａは投影光学系の像側（第２面側の）開口
数である。 Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１０ （１）
【００２８】条件式（１）を満足することにより、３回
結像型の投影光学系において、その突起部を構成する第
２結像光学系Ｇ２における凹面反射鏡ＣＭの有効直径Ｅ
ｃを比較的小さく抑えることができる。その結果、振動
に対する機械的安定性が良好で、凹面反射鏡ＣＭに隣接
して配置される蛍石レンズの製造が容易な構成を有する
投影光学系を実現することができる。なお、条件式
（１）の上限値を９．７に設定し、その下限値を４に設
定することにより、振動に対する機械的安定性をさらに
向上させることができるとともに、凹面反射鏡ＣＭに隣
接して配置される蛍石レンズの製造をさらに容易にする
ことができる。
【００２９】また、本発明の第２発明では、上述の基本
構成において、次の条件式（２）を満足する。なお、条
件式（２）において、Ｌは、図１に示すように、レチク
ルＲのパターン面（第１面：物体面）とウェハＷの露光
面（第２面：像面）との間の距離（幾何学的距離）であ
る。また、上述したように、Ｉｃは投影視野の有効直径
であり、Ｎａは像側開口数である。 Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜６３ （２）
【００３０】条件式（２）を満足することにより、３回
結像型の投影光学系において、物体面と像面との距離Ｌ
を比較的小さく抑えることができる。その結果、振動に
対する機械的安定性が良好で、露光装置に搭載された場
合に操作性が良好で且つ不活性ガスのパージに対して有
利な構成を有する投影光学系を実現することができる。
なお、条件式（２）の上限値を６０に設定し、その下限
値を２５に設定することにより、振動に対する機械的安
定性および操作性をさらに向上させることができるとと
もに、不活性ガスのパージに対してさらに有利になる。
【００３１】また、本発明の第３発明では、上述の基本
構成において、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３
結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３とがほぼ一致するように設
定され、次の条件式（３）を満足する。なお、条件式
（３）において、Ｈは、図１に示すように、凹面反射鏡
ＣＭの反射面の中心と第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１
との距離である。また、上述したように、Ｉｃは投影視
野の有効直径であり、Ｎａは像側開口数である。 Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１５．５ （３）
【００３２】条件式（３）を満足することにより、３回
結像型の投影光学系において、その突起部を構成する第
２結像光学系Ｇ２における凹面反射鏡ＣＭから基準光軸
（第１結像光学系の光軸ＡＸ１）までの距離Ｈを比較的
小さく抑えることができる。その結果、振動に対する機
械的安定性が良好で且つ組立誤差が発生し難く、露光装
置に搭載された場合に不活性ガスのパージに対して有利
な構成を有する投影光学系を実現することができる。な
お、条件式（３）の上限値を１５．２に設定し、その下
限値を６．５に設定することにより、振動に対する機械
的安定性をさらに向上させ且つ組立誤差をさらに良好に
抑えることができるとともに、不活性ガスのパージに対
してさらに有利になる。
【００３３】ところで、本発明において、収差補正をさ
らに良好に行うには、投影光学系が少なくとも６つの非
球面形状の光学面を有することが好ましい。また、投影
光学系を構成する各結像光学系の小型化を図るには、各
結像光学系がそれぞれ少なくとも１つの非球面形状の光
学面を有することが好ましい。
【００３４】さらに、第２発明において、第１結像光学
系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第３結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ３
とがほぼ一致するように設定されていることが好まし
い。この構成により、第１結像光学系Ｇ１を構成するす
べてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成するすべ
てのレンズをほぼ単一の光軸に沿って配置することが、
ひいては重力によるレンズのたわみが回転対称になるよ
うに設定することが可能になり、光学調整により結像性
能の劣化を小さく抑えることが可能となる。
【００３５】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる投影光学
系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。な
お、図２において、投影光学系ＰＬの基準光軸ＡＸに平
行にＺ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において図２の
紙面に平行にＹ軸を、図２の紙面に垂直にＸ軸をそれぞ
れ設定している。
【００３６】図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供
給するための光源１００として、たとえばＦ2レーザー
光源（発振中心波長１５７．６２４４ｎｍ）を備えてい
る。光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを
介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを均一
に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間
の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源
１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部
材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリ
ウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、
あるいはほぼ真空状態に保持されている。
【００３７】レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介し
て、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に
保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが
形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿っ
て長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状
（スリット状）のパターン領域が照明される。レチクル
ステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、
レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移
動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用
いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御される
ように構成されている。
【００３８】レチクルＲに形成されたパターンからの光
は、反射屈折型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板
であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウ
ェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介し
て、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保
持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明
領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向
に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩
形状の露光領域にパターン像が形成される。ウェハステ
ージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ
面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能で
あり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計
ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成
されている。
【００３９】図３は、ウェハ上に形成される矩形状の露
光領域（すなわち実効露光領域）と基準光軸との位置関
係を示す図である。本実施形態の各実施例では、図３に
示すように、基準光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する
円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、基
準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に
所望の大きさを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定
されている。ここで、実効露光領域ＥＲのＸ方向の長さ
はＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。
【００４０】換言すると、各実施例では、基準光軸ＡＸ
から−Ｙ方向に軸外し量Ａだけ離れた位置に所望の大き
さを有する矩形状の実効露光領域ＥＲが設定され、基準
光軸ＡＸを中心として実効露光領域ＥＲを包括するよう
に円形状のイメージサークルＩＦの半径Ｂが規定されて
いる。したがって、図示を省略したが、これに対応し
て、レチクルＲ上では、基準光軸ＡＸから−Ｙ方向に軸
外し量Ａに対応する距離だけ離れた位置に実効露光領域
ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明
領域（すなわち実効照明領域）が形成されていることに
なる。
【００４１】また、図示の露光装置では、投影光学系Ｐ
Ｌを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置され
た光学部材（各実施例ではレンズＬ１１）と最もウェハ
側に配置された光学部材（各実施例ではレンズＬ３１
３）との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つよ
うに構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウム
ガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、ある
いはほぼ真空状態に保持されている。
【００４２】さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬ
との間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステ
ージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレ
チクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不
図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが
充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されて
いる。
【００４３】また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の
狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなど
が配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷ
Ｓなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒
素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されている
か、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このよう
に、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘っ
て、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形
成されている。
【００４４】上述したように、投影光学系ＰＬによって
規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の
露光領域（すなわち実効露光領域ＥＲ）は、Ｙ方向に沿
って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系お
よび干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲ
およびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の露光
領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿って
レチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを、ひい
てはレチクルＲとウェハＷとを同じ方向へ（すなわち同
じ向きへ）同期的に移動（走査）させることにより、ウ
ェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェ
ハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対
してレチクルパターンが走査露光される。
【００４５】本実施形態の各実施例において、投影光学
系ＰＬは、第１面に配置されたレチクルＲのパターンの
第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ
１と、凹面反射鏡ＣＭと２つの負レンズとから構成され
て第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（第１中間像のほ
ぼ等倍像であってレチクルパターンの２次像）を形成す
るための第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光に
基づいて第２面に配置されたウェハＷ上にレチクルパタ
ーンの最終像（レチクルパターンの縮小像）を形成する
ための屈折型の第３結像光学系Ｇ３とを備えている。
【００４６】なお、各実施例において、第１結像光学系
Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において第１
中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１から
の光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向するための第
１光路折り曲げ鏡Ｍ１が配置されている。また、第２結
像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中にお
いて第２中間像の形成位置の近傍には、第２結像光学系
Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する
ための第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が配置されている。
【００４７】また、各実施例において、第１結像光学系
Ｇ１は直線状に延びた光軸ＡＸ１を有し、第３結像光学
系Ｇ３は直線状に延びた光軸ＡＸ３を有し、光軸ＡＸ１
と光軸ＡＸ３とは共通の単一光軸である基準光軸ＡＸと
一致するように設定されている。なお、基準光軸ＡＸ
は、重力方向（すなわち鉛直方向）に沿って位置決めさ
れている。その結果、レチクルＲおよびウェハＷは、重
力方向と直交する面すなわち水平面に沿って互いに平行
に配置されている。加えて、第１結像光学系Ｇ１を構成
するすべてのレンズおよび第３結像光学系Ｇ３を構成す
るすべてのレンズも、基準光軸ＡＸ上において水平面に
沿って配置されている。
【００４８】一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延び
た光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２は基準光軸ＡＸと
直交するように設定されている。さらに、第１光路折り
曲げ鏡Ｍ１および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２はともに平面
状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部
材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されて
いる。この２つの反射面の交線（厳密にはその仮想延長
面の交線）が第１結像光学系Ｇ１のＡＸ１、第２結像光
学系Ｇ２のＡＸ２、および第３結像光学系Ｇ３のＡＸ３
と一点で交わるように設定されている。各実施例では第
１光路折り曲げ鏡Ｍ１および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が
ともに表面反射鏡として構成されている。
【００４９】各実施例において、投影光学系ＰＬを構成
するすべての屈折光学部材（レンズ成分）には蛍石（Ｃ
ａＦ2結晶）を使用している。また、露光光であるＦ2
レーザー光の発振中心波長は１５７．６２４４ｎｍであ
り、１５７．６２４４ｎｍ付近においてＣａＦ2の屈折
率は、＋１ｐｍの波長変化あたり−２．６×１０-6の割
合で変化し、−１ｐｍの波長変化あたり＋２．６×１０
-6の割合で変化する。換言すると、１５７．６２４４ｎ
ｍ付近において、ＣａＦ2の屈折率の分散（ｄｎ／ｄ
λ）は、２．６×１０-6／ｐｍである。
【００５０】したがって、各実施例において、中心波長
１５７．６２４４ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は１．
５５９３０６６６であり、１５７．６２４４ｎｍ＋１ｐ
ｍ＝１５７．６２５４ｎｍに対するＣａＦ2の屈折率は
１．５５９３０４０６であり、１５７．６２４４ｎｍ−
１ｐｍ＝１５７．６２３４ｎｍに対するＣａＦ2の屈折
率は１．５５９３０９２６である。
【００５１】また、各実施例において、非球面は、光軸
に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接
平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿
った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、
円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたと
き、以下の数式（ａ）で表される。各実施例において、
非球面形状に形成されたレンズ面には面番号の右側に＊
印を付している。
【００５２】
【数１】 ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ2／ｒ2｝1/2］ ＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8＋Ｃ10・ｙ10 ＋Ｃ12・ｙ12＋Ｃ14・ｙ14 （ａ）
【００５３】［第１実施例］図４は、本実施形態の第１
実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図であ
る。図４を参照すると、第１実施例にかかる投影光学系
ＰＬにおいて第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順
に、両凸レンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凸
面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に
凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側
に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、レチクル
側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチク
ル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ
１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１８と、両凸レンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状
の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１０とから構成
されている。
【００５４】また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往
路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、レ
チクル側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレン
ズＬ２１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレ
ンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから構成されている。
【００５５】さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行
方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に凹面を
向けた正メニスカスレンズＬ３１と、両凸レンズＬ３２
と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカス
レンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４と、レチクル側に非
球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３５と、
ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレン
ズＬ３６と、開口絞りＡＳと、両凸レンズＬ３７と、レ
チクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３８と、
両凸レンズＬ３９と、レチクル側に凸面を向けた正メニ
スカスレンズＬ３１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ３１１と、レチクル側に
凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１２と、ウェハ側
に平面を向けた平凸レンズＬ３１３とから構成されてい
る。
【００５６】次の表（１）に、第１実施例にかかる投影
光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λ
は露光光の中心波長を、βは投影倍率（全系の結像倍
率）を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｂはウェハ
Ｗ上でのイメージサークルＩＦの半径を、Ａは実効露光
領域ＥＲの軸外し量を、ＬＸは実効露光領域ＥＲのＸ方
向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは実効露光領域
ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表
している。
【００５７】また、面番号は物体面（第１面）であるレ
チクル面から像面（第２面）であるウェハ面への光線の
進行する方向に沿ったレチクル側からの面の順序を、ｒ
は各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径：ｍ
ｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）
を、ＥＤは各面の有効直径（ｍｍ）を、ｎは中心波長に
対する屈折率をそれぞれ示している。
【００５８】なお、面間隔ｄは、反射される度にその符
号を変えるものとする。したがって、面間隔ｄの符号
は、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１の反射面から凹面反射鏡Ｃ
Ｍまでの光路中および第２光路折り曲げ鏡Ｍ２の反射面
から像面までの光路中では負とし、その他の光路中では
正としている。そして、第１結像光学系Ｇ１では、レチ
クル側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率
半径を負としている。一方、第３結像光学系Ｇ３では、
レチクル側に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の
曲率半径を負としている。さらに、第２結像光学系Ｇ２
では、光の進行往路に沿ってレチクル側（すなわち入射
側）に向かって凹面の曲率半径を正とし、凸面の曲率半
径を負としている。なお、表（１）における表記は、以
降の表（２）においても同様である。
【００５９】
【表１】 （主要諸元） λ＝１５７．６２４４ｎｍ β＝−０．２５ ＮＡ＝０．８５ Ｂ＝１４．４ｍｍ Ａ＝３ｍｍ ＬＸ＝２５ｍｍ ＬＹ＝４ｍｍ （光学部材諸元） 面番号 ｒ ｄ ＥＤ ｎ （レチクル面） 103.3533 1 374.9539 27.7555 163.8 1.559307 （Ｌ１１） 2 -511.3218 2.0000 165.0 3 129.8511 41.0924 164.3 1.559307 （Ｌ１２） 4* 611.8828 20.1917 154.3 5 93.6033 29.7405 128.2 1.559307 （Ｌ１３） 6 121.8341 16.0140 110.0 7 83.6739 21.7064 92.3 1.559307 （Ｌ１４） 8 86.7924 42.9146 73.8 9 -112.0225 15.4381 71.1 1.559307 （Ｌ１５） 10 -183.1783 9.7278 86.8 11 -103.9725 24.6160 92.2 1.559307 （Ｌ１６） 12 -79.4102 26.3046 108.7 13* -166.4447 35.1025 137.8 1.559307 （Ｌ１７） 14 -112.7568 1.0007 154.4 15 -230.1701 28.4723 161.5 1.559307 （Ｌ１８） 16 -132.8952 1.0000 168.4 17 268.5193 29.4927 167.1 1.559307 （Ｌ１９） 18 -678.1883 1.0000 164.3 19 155.2435 26.5993 150.3 1.559307 （Ｌ１１０） 20* 454.2151 61.5885 139.9 21 ∞ -238.9300 （Ｍ１） 22* 140.0521 -22.7399 124.5 1.559307 （Ｌ２１） 23 760.9298 -44.1777 146.1 24 109.3587 -16.0831 159.6 1.559307 （Ｌ２２） 25 269.5002 -22.7995 207.8 26 159.8269 22.7995 213.7 （ＣＭ） 27 269.5002 16.0831 209.4 1.559307 （Ｌ２２） 28 109.3587 44.1777 168.2 29 760.9298 22.7399 162.0 1.559307 （Ｌ２１） 30* 140.0521 238.9300 143.2 31 ∞ -67.1481 （Ｍ２） 32 2064.4076 -20.4539 154.9 1.559307 （Ｌ３１） 33 264.1465 -1.1114 160.0 34 -236.9696 -36.6315 174.4 1.559307 （Ｌ３２） 35 548.0272 -14.7708 174.4 36 -261.5738 -23.7365 167.9 1.559307 （Ｌ３３） 37* -844.5946 -108.7700 162.5 38 192.9421 -16.1495 127.7 1.559307 （Ｌ３４） 39 -139.0423 -71.8678 128.7 40* 1250.0000 -43.1622 165.7 1.559307 （Ｌ３５） 41 185.8787 -1.0000 180.1 42 -206.0962 -27.6761 195.0 1.559307 （Ｌ３６） 43* -429.3688 -30.3562 191.8 44 ∞ -4.0000 196.8 （ＡＳ） 45 -1246.9477 -40.5346 199.6 1.559307 （Ｌ３７） 46 229.5046 -19.2328 202.5 47 153.1781 -18.0000 201.4 1.559307 （Ｌ３８） 48 200.0000 -1.0000 213.1 49 -1605.7826 -25.8430 215.0 1.559307 （Ｌ３９） 50 497.7325 -1.0000 214.9 51 -232.1186 -31.8757 204.9 1.559307 （Ｌ３１０） 52 -993.7015 -1.0000 198.1 53 -142.9632 -44.5398 178.7 1.559307 （Ｌ３１１） 54* -3039.5137 -3.0947 162.7 55 -139.2455 -27.2564 134.5 1.559307 （Ｌ３１２） 56 -553.1425 -4.2798 116.2 57 -1957.7823 -37.0461 110.3 1.559307 （Ｌ３１３） 58 ∞ -11.0000 63.6 （ウェハ面） （非球面データ） ４面 κ＝０ Ｃ4＝４．２１６６６×１０-8 Ｃ6＝−１．０１８８８×１０-12 Ｃ8＝５．２９０７２×１０-17 Ｃ10＝−３．３９５７０×１０-21 Ｃ12＝１．３２１３４×１０-26 Ｃ14＝７．９３７８０×１０-30 １３面 κ＝０ Ｃ4＝４．１８４２０×１０-8 Ｃ6＝−４．００７９５×１０-12 Ｃ8＝−２．４７０５５×１０-16 Ｃ10＝４．９０９７６×１０-20 Ｃ12＝−３．５１０４６×１０-24 Ｃ14＝１．０２９６８×１０-28 ２０面 κ＝０ Ｃ4＝６．３７２１２×１０-8 Ｃ6＝−１．２２３４３×１０-12 Ｃ8＝３．９００７７×１０-17 Ｃ10＝２．０４６１８×１０-21 Ｃ12＝−５．１１３３５×１０-25 Ｃ14＝３．７６８８４×１０-29 ２２面および３０面（同一面） κ＝０ Ｃ4＝−６．６９４２３×１０-8 Ｃ6＝−１．７７１３４×１０-14 Ｃ8＝２．８５９０６×１０-17 Ｃ10＝８．８６０６８×１０-21 Ｃ12＝１．４２１９１×１０-26 Ｃ14＝６．３５２４２×１０-29 ３７面 κ＝０ Ｃ4＝−２．３４８５４×１０-8 Ｃ6＝−３．６０５４２×１０-13 Ｃ8＝−１．４５７５２×１０-17 Ｃ10＝−１．３３６９９×１０-21 Ｃ12＝１．９４３５０×１０-26 Ｃ14＝−１．２１６９０×１０-29 ４０面 κ＝０ Ｃ4＝５．３９３０２×１０-8 Ｃ6＝−７．５８４６８×１０-13 Ｃ8＝−１．４７１９６×１０-17 Ｃ10＝−１．３２０１７×１０-21 Ｃ12＝０ Ｃ14＝０ ４３面 κ＝０ Ｃ4＝−２．３６６５９×１０-8 Ｃ6＝−４．３４７０５×１０-13 Ｃ8＝２．１６３１８×１０-18 Ｃ10＝９．１１３２６×１０-22 Ｃ12＝−１．９５０２０×１０-26 Ｃ14＝０ ５４面 κ＝０ Ｃ4＝−３．７８０６６×１０-8 Ｃ6＝−３．０３０３８×１０-13 Ｃ8＝３．３８９３６×１０-17 Ｃ10＝−６．４１４９４×１０-21 Ｃ12＝４．１４１０１×１０-25 Ｃ14＝−１．４０１２９×１０-29 （条件式対応値） Ｎａ＝０．８５ Ｉｃ＝２８．８ｍｍ Ｅｃ＝２１３．７ｍｍ Ｌ＝１３００ｍｍ Ｈ＝３４４．７ｍｍ （１）Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝８．７３ （２）Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝５３．１ （３）Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝１４．１
【００６０】図５は、第１実施例における横収差を示す
図である。収差図において、Ｙは像高を、実線は中心波
長１５７．６２４４ｎｍを、破線は１５７．６２４４ｎ
ｍ＋１ｐｍ＝１５７．６２５４ｎｍを、一点鎖線は１５
７．６２４４ｎｍ−１ｐｍ＝１５７．６２３４ｎｍをそ
れぞれ示している。なお、図５における表記は、以降の
図７においても同様である。図５の収差図から明らかな
ように、第１実施例では、比較的大きな像側開口数（Ｎ
Ａ＝０．８５）および投影視野（有効直径＝２８．８ｍ
ｍ）を確保しているにもかかわらず、波長幅が１５７．
６２４４ｎｍ±１ｐｍの露光光に対して色収差が良好に
補正されていることがわかる。
【００６１】［第２実施例］図６は、本実施形態の第２
実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図であ
る。図６を参照すると、第２実施例にかかる投影光学系
ＰＬにおいて第１結像光学系Ｇ１は、レチクル側から順
に、両凸レンズＬ１１と、ウェハ側に非球面形状の凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、レチクル側に凸
面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、レチクル側に
凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、レチクル側
に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、レチクル
側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、レチク
ル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ
１７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１８と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ１１０とから構成されている。
【００６２】また、第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往
路に沿ってレチクル側（すなわち入射側）から順に、ウ
ェハ側（すなわち射出側）に非球面形状の凸面を向けた
負メニスカスレンズＬ２１と、レチクル側に凹面を向け
た負メニスカスレンズＬ２２と、凹面反射鏡ＣＭとから
構成されている。
【００６３】さらに、第３結像光学系Ｇ３は、光の進行
方向に沿ってレチクル側から順に、レチクル側に凹面を
向けた正メニスカスレンズＬ３１と、レチクル側に凸面
を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、ウェハ側に非球
面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両
凹レンズＬ３４と、レチクル側に非球面形状の凹面を向
けた正メニスカスレンズＬ３５と、ウェハ側に非球面形
状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３６と、開口絞
りＡＳと、両凸レンズＬ３７と、レチクル側に凹面を向
けた負メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に平面を
向けた平凸レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、ウ
ェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ３１１と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ３１２と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ
３１３とから構成されている。
【００６４】次の表（２）に、第２実施例にかかる投影
光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。
【００６５】
【表２】 （主要諸元） λ＝１５７．６２４４ｎｍ β＝−０．２５ ＮＡ＝０．８５ Ｂ＝１４．４ｍｍ Ａ＝３ｍｍ ＬＸ＝２５ｍｍ ＬＹ＝４ｍｍ （光学部材諸元） 面番号 ｒ ｄ ＥＤ ｎ （レチクル面） 64.8428 1 183.9939 26.4947 150.2 1.559307 （Ｌ１１） 2 -3090.3604 74.3108 149.6 3 168.6161 21.2848 138.4 1.559307 （Ｌ１２） 4* 630.6761 41.2206 134.6 5 78.6721 17.8201 104.9 1.559307 （Ｌ１３） 6 104.6154 6.3217 96.2 7 61.9289 28.1473 86.0 1.559307 （Ｌ１４） 8 71.5027 31.3308 64.2 9 -62.9418 14.1300 60.6 1.559307 （Ｌ１５） 10 -108.5396 4.2959 74.5 11 -87.0095 32.7581 76.6 1.559307 （Ｌ１６） 12 -74.4464 51.3253 99.3 13* -187.4766 24.0651 136.3 1.559307 （Ｌ１７） 14 -108.3982 1.0000 142.6 15 -377.3605 23.5413 145.7 1.559307 （Ｌ１８） 16 -140.1956 1.0164 148.0 17 160.9494 18.0355 135.5 1.559307 （Ｌ１９） 18 331.3044 1.0260 130.4 19 201.2009 17.3139 127.3 1.559307 （Ｌ１１０） 20* 1155.1346 61.5885 121.3 21 ∞ -240.7562 （Ｍ１） 22 116.6324 -19.2385 137.5 1.559307 （Ｌ２１） 23* 765.4623 -38.0668 169.7 24 116.0112 -16.0000 174.7 1.559307 （Ｌ２２） 25 208.8611 -16.2875 217.3 26 159.0966 16.2875 221.6 （ＣＭ） 27 208.8611 16.0000 218.2 1.559307 （Ｌ２２） 28 116.0112 38.0668 178.5 29* 765.4623 19.2385 176.3 1.559307 （Ｌ２１） 30 116.6324 240.7562 146.6 31 ∞ -73.9823 （Ｍ２） 32 15952.4351 -21.9279 141.9 1.559307 （Ｌ３１） 33 221.6147 -1.6265 146.7 34 -170.0000 -28.2387 160.5 1.559307 （Ｌ３２） 35 -2153.8066 -1.1124 159.1 36 -160.8559 -28.5266 155.6 1.559307 （Ｌ３３） 37* -834.7245 -45.2078 148.5 38 1304.0831 -14.2927 128.0 1.559307 （Ｌ３４） 39 -93.4135 -146.1958 117.0 40* 175.1344 -22.0000 165.4 1.559307 （Ｌ３５） 41 145.1494 -1.0000 174.1 42 -232.7162 -21.0326 186.2 1.559307 （Ｌ３６） 43* -962.4639 -32.8327 184.5 44 ∞ -4.0000 192.0 （ＡＳ） 45 -293.0118 -42.6744 202.2 1.559307 （Ｌ３７） 46 344.3350 -21.8736 202.3 47 162.4390 -17.9036 201.6 1.559307 （Ｌ３８） 48 206.7120 -1.0000 210.1 49 ∞ -23.2771 207.3 1.559307 （Ｌ３９） 50 394.6389 -1.0000 206.7 51 -364.5931 -25.4575 195.0 1.559307 （Ｌ３１０） 52 1695.8753 -1.0000 190.6 53 -151.9499 -29.0060 166.5 1.559307 （Ｌ３１１） 54* -800.0000 -1.0000 157.0 55 -101.8836 -29.0009 129.3 1.559307 （Ｌ３１２） 56 -220.0926 -6.7987 109.7 57 -637.4367 -33.9854 104.6 1.559307 （Ｌ３１３） 58 ∞ -11.0000 63.6 （ウェハ面） （非球面データ） ４面 κ＝０ Ｃ4＝−５．８２１２７×１０-8 Ｃ6＝７．４３３２４×１０-12 Ｃ8＝１．６６６８３×１０-16 Ｃ10＝−６．９２３１３×１０-20 Ｃ12＝７．５９５５３×１０-24 Ｃ14＝−２．９０１３０×１０-28 １３面 κ＝０ Ｃ4＝４．６１１１９×１０-8 Ｃ6＝−２．９４１２３×１０-12 Ｃ8＝−３．０８９７１×１０-16 Ｃ10＝３．４００６２×１０-20 Ｃ12＝−７．９２８７９×１０-25 Ｃ14＝−３．７３６５５×１０-29 ２０面 κ＝０ Ｃ4＝７．７４７３２×１０-8 Ｃ6＝−１．８７２６４×１０-12 Ｃ8＝５．２５８７０×１０-18 Ｃ10＝７．６４４９５×１０-21 Ｃ12＝−１．５４６０８×１０-24 Ｃ14＝１．１６４２９×１０-28 ２３面および２９面（同一面） κ＝０ Ｃ4＝１．７１７８７×１０-8 Ｃ6＝−１．００８３１×１０-12 Ｃ8＝６．８１６６８×１０-17 Ｃ10＝−４．５４２７４×１０-21 Ｃ12＝２．１４９５１×１０-25 Ｃ14＝−５．２７６５５×１０-30 ３７面 κ＝０ Ｃ4＝−８．５５９９０×１０-8 Ｃ6＝２．０３１６４×１０-12 Ｃ8＝−１．０１０６８×１０-16 Ｃ10＝４．３７３４２×１０-21 Ｃ12＝−５．２０８５１×１０-25 Ｃ14＝３．５２２９４×１０-29 ４０面 κ＝０ Ｃ4＝−２．６５０８７×１０-8 Ｃ6＝３．０８５８８×１０-12 Ｃ8＝−１．６０００２×１０-16 Ｃ10＝４．２８４４２×１０-21 Ｃ12＝−１．４９４７１×１０-25 Ｃ14＝１．５２８３８×１０-29 ４３面 κ＝０ Ｃ4＝−８．１３８２７×１０-8 Ｃ6＝２．９３５６６×１０-12 Ｃ8＝−１．８７６４８×１０-16 Ｃ10＝１．１６９８９×１０-20 Ｃ12＝−３．９２００８×１０-25 Ｃ14＝１．１０４７０×１０-29 ５４面 κ＝０ Ｃ4＝−３．３１８１２×１０-8 Ｃ6＝−１．４１３６０×１０-12 Ｃ8＝１．５００７６×１０-16 Ｃ10＝−１．６０５０９×１０-20 Ｃ12＝８．２０１１９×１０-25 Ｃ14＝−２．１８０５３×１０-29 （条件式対応値） Ｎａ＝０．８５ Ｉｃ＝２８．８ｍｍ Ｅｃ＝２２１．６ｍｍ Ｌ＝１２５０ｍｍ Ｈ＝３３０．３ｍｍ （１）Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝９．０５ （２）Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝５１．１ （３）Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＝１３．５
【００６６】図７は、第２実施例における横収差を示す
図である。第２実施例においても第１実施例と同様に、
比較的大きな像側開口数（ＮＡ＝０．８５）および投影
視野（有効直径＝２８．８ｍｍ）を確保しているにもか
かわらず、波長幅が１５７．６２４４ｎｍ±１ｐｍの露
光光に対して色収差が良好に補正されていることがわか
る。
【００６７】以上のように、各実施例では、中心波長が
１５７．６２４４ｎｍのＦ2レーザー光に対して、０．
８５の像側ＮＡを確保するとともに、ウェハＷ上におい
て色収差をはじめとする諸収差が十分に補正された有効
直径が２８．８ｍｍのイメージサークルを確保すること
ができる。したがって、２５ｍｍ×４ｍｍと十分に大き
な矩形状の実効露光領域を確保した上で、０．１μｍ以
下の高解像を達成することができる。
【００６８】また、各実施例では、投影光学系ＰＬの突
起部を構成する第２結像光学系Ｇ２における凹面反射鏡
ＣＭの有効直径Ｅｃが比較的小さく抑えられているの
で、振動に対する機械的安定性が良好で、凹面反射鏡Ｃ
Ｍに隣接して配置される蛍石レンズの製造が容易であ
る。また、物体面と像面との距離Ｌが比較的小さく抑え
られているので、振動に対する機械的安定性が良好で、
操作性が良好で、不活性ガスのパージに対して有利であ
る。さらに、凹面反射鏡ＣＭから基準光軸ＡＸ（第１結
像光学系の光軸ＡＸ１および第３結像光学系の光軸ＡＸ
３と一致）までの距離Ｈが比較的小さく抑えられている
ので、振動に対する機械的安定性が良好で、組立誤差が
発生し難く、不活性ガスのパージに対して有利である。
【００６９】上述の実施形態の露光装置では、照明装置
によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投
影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターン
を感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイ
クロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本
実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ
等に所定の回路パターンを形成することによって、マイ
クロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の
一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。
【００７０】先ず、図８のステップ３０１において、１
ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ
３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上に
フォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３
において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上の
パターンの像がその投影光学系を介して、その１ロット
のウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。そ
の後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ
上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０
５において、その１ロットのウェハ上でレジストパター
ンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マス
ク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上
の各ショット領域に形成される。
【００７１】その後、更に上のレイヤの回路パターンの
形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが
製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、
極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをス
ループット良く得ることができる。なお、ステップ３０
１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、そ
の金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッ
チングの各工程を行っているが、これらの工程に先立っ
て、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコ
ンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エ
ッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもな
い。
【００７２】また、本実施形態の露光装置では、プレー
ト（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、
電極パターン等）を形成することによって、マイクロデ
バイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以
下、図９のフローチャートを参照して、このときの手法
の一例につき説明する。図９において、パターン形成工
程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクの
パターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基
板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行
される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基
板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成され
る。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング
工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによっ
て、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフ
ィルター形成工程４０２へ移行する。
【００７３】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィル
ターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４
０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セ
ル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１に
て得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフ
ィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター
等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル
組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４
０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフ
ィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター
との間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製
造する。
【００７４】その後、モジュール組み立て工程４０４に
て、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。
【００７５】なお、上述の実施形態では、露光装置に搭
載される投影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、他の一般的な投影光学系に
対して本発明を適用することもできる。また、上述の実
施形態では、Ｆ2 レーザー光源を用いているが、これに
限定されることなく、たとえば１８０ｎｍ以下の波長光
を供給する他の適当な光源を用いることもできる。
【００７６】また、上述の実施形態では、マスクおよび
基板を投影光学系に対して相対移動させながら基板の各
露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光するス
テップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発
明を適用している。しかしながら、これに限定されるこ
となく、マスクと基板とを静止させた状態でマスクのパ
ターンを基板へ一括的に転写し、基板を順次ステップ移
動させて各露光領域にマスクパターンを逐次露光するス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発
明を適用することもできる。
【００７７】さらに、上述の実施形態では、第３結像光
学系中に開口絞りを配置しているが、開口絞りを第１結
像光学系中に配置してもよい。また、第１結像光学系と
第２結像光学系との間の中間像位置および第２結像光学
系と第３結像光学系との間の中間像位置の少なくとも一
方に視野絞りを配置してもよい。
【００７８】また、上述の実施形態では、投影光学系の
投影倍率を縮小倍率としたが、投影倍率は縮小に限られ
ず、等倍または拡大倍率であっても良い。例えば、投影
倍率を拡大倍率とする場合には、第３結像光学系側から
光を入射させるように配置し、第３結像光学系によって
マスクまたはレチクルの１次像を形成し、第２結像光学
系により２次像を形成し、第１結像光学系により３次像
（最終像）をウェハ等の基板上に形成させれば良い。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の投影光学
系では、その突起部を構成する第２結像光学系における
凹面反射鏡の有効直径が比較的小さく抑えられているの
で、振動に対する機械的安定性が良好で、凹面反射鏡に
隣接して配置される蛍石レンズの製造が容易である。ま
た、物体面と像面との距離が比較的小さく抑えられてい
るので、振動に対する機械的安定性が良好で、操作性が
良好で、不活性ガスのパージに対して有利である。さら
に、凹面反射鏡から基準光軸までの距離が比較的小さく
抑えられているので、振動に対する機械的安定性が良好
で、組立誤差が発生し難く、不活性ガスのパージに対し
て有利である。
【００８０】したがって、比較的大きな像側開口数およ
び投影視野を有し且つ振動に対する機械的安定性などに
優れた本発明の投影光学系を用いた露光装置および露光
方法では、高解像で高精度な投影露光を行うことができ
る。また、本発明の投影光学系を搭載した露光装置を用
いて、高解像な投影光学系を介した高精度な投影露光に
より、良好なマイクロデバイスを製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の典型的な態様にしたがう投影光学系の
基本的な構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる投影光学系を備えた
露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】ウェハ上に形成される矩形状の露光領域（すな
わち実効露光領域）と基準光軸との位置関係を示す図で
ある。
【図４】本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の
レンズ構成を示す図である。
【図５】第１実施例における横収差を示す図である。
【図６】本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の
レンズ構成を示す図である。
【図７】第２実施例における横収差を示す図である。
【図８】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法のフローチャートである。
【図９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る
際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１結像光学系 Ｇ２ 第２結像光学系 Ｇ３ 第３結像光学系 ＣＭ 凹面反射鏡 Ｍ１ 第１光路折り曲げ鏡 Ｍ２ 第２光路折り曲げ鏡 １００ レーザー光源 ＩＬ 照明光学系 Ｒ レチクル ＲＳ レチクルステージ ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウェハ ＷＳ ウェハステージ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１面の像を第２面上に形成する投影光
    学系において、 前記第１面の第１中間像を形成するための第１結像光学
    系と、少なくとも１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間
    像からの光束に基づいて第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
    最終像を前記第２面上に形成するための第３結像光学系
    とを備え、 前記凹面反射鏡の有効直径をＥｃとし、前記第２面上の
    投影視野の有効直径をＩｃとし、前記投影光学系の像側
    開口数をＮａとするとき、 Ｅｃ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１０ の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
  2. 【請求項２】 第１面の像を第２面上に形成する投影光
    学系において、 前記第１面の第１中間像を形成するための第１結像光学
    系と、少なくとも１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間
    像からの光束に基づいて第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
    最終像を前記第２面上に形成するための第３結像光学系
    とを備え、 前記第１面と前記第２面との距離をＬとし、前記第２面
    上の投影視野の有効直径をＩｃとし、前記投影光学系の
    像側開口数をＮａとするとき、 Ｌ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜６３ の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
  3. 【請求項３】 前記第１結像光学系の光軸と前記第３結
    像光学系の光軸とがほぼ一致するように設定され、 前記第１結像光学系と前記第２結像光学系と間の光路中
    に配置された第１偏向鏡と、前記第２結像光学系と前記
    第３結像光学系と間の光路中に配置された第２偏向鏡と
    をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の
    投影光学系。
  4. 【請求項４】 第１面の像を第２面上に形成する投影光
    学系において、 前記第１面の第１中間像を形成するための第１結像光学
    系と、少なくとも１つの凹面反射鏡を有し前記第１中間
    像からの光束に基づいて第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
    最終像を前記第２面上に形成するための第３結像光学系
    と、前記第１結像光学系と前記第２結像光学系と間の光
    路中に配置された第１偏向鏡と、前記第２結像光学系と
    前記第３結像光学系と間の光路中に配置された第２偏向
    鏡とを備え、 前記第１結像光学系の光軸と前記第３結像光学系の光軸
    とがほぼ一致するように設定され、 前記凹面反射鏡の反射面の中心と前記第１結像光学系の
    光軸との距離をＨとし、前記第２面上の投影視野の有効
    直径をＩｃとし、前記投影光学系の像側開口数をＮａと
    するとき、 Ｈ／（Ｎａ×Ｉｃ）＜１５．５ の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
  5. 【請求項５】 前記投影光学系は、少なくとも６つの非
    球面形状の光学面を有することを特徴とする請求項１乃
    至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
  6. 【請求項６】 前記第１結像光学系、前記第２結像光学
    系および前記第３結像光学系は、それぞれ少なくとも１
    つの非球面形状の光学面を有することを特徴とする請求
    項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。
  7. 【請求項７】 前記第１面に設定されたマスクを照明す
    るための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの
    像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するた
    めの請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系
    とを備えていることを特徴とする露光装置。
  8. 【請求項８】 前記感光性基板上における実効露光領域
    は、前記第３結像光学系の光軸から所定距離だけ離れた
    中心を有する矩形状の領域であることを特徴とする請求
    項７に記載の露光装置。
  9. 【請求項９】 前記第１面に設定されたマスクを照明
    し、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系
    を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記第
    ２面に設定された感光性基板上に投影露光することを特
    徴とする露光方法。
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