JP2005195713A - 投影光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系。
【解決手段】 第１面（Ｒ）の第１中間像（Ｉ１）を形成する第１結像光学系（Ｇ１）と、第２中間像（Ｉ２）を形成する第２結像光学系（Ｇ２）と、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。第１結像光学系は、第１凹面反射鏡（ＣＭ１）と、第１面からの光束を第１凹面反射鏡に反射する第１平面反射鏡（Ｍ１）とを有し、第１平面反射鏡の近傍に第１中間像を形成する。第２結像光学系は、第２凹面反射鏡（ＣＭ２）と、第２凹面反射鏡からの光束を第３結像光学系に反射する第２平面反射鏡（Ｍ２）とを有し、第２平面反射鏡の近傍に第２中間像を形成する。第３結像光学系と第２面との間は液体により満たされている。
【選択図】 図１

Description

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露光装置に適した反射屈折型の投影光学系に関するものである。

近年、半導体素子の製造や半導体チップ実装基盤の製造ではパターンの微細化がますます進んでおり、パターンを焼き付ける露光装置ではより解像度の高い投影光学系が要求されている。この高解像の要求を満足するには、露光光を短波長化し、且つ投影光学系の像側開口数を大きくしなければならない。

短波長化という点では、露光光の波長λは、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）へ、さらにはＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）へと進みつつある。一方、投影光学系の開口数については、感光性基板（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）と光学系との間の光路を空気で満たす限り、１．０未満が限界である。ちなみに、液浸対物レンズで知られているように、屈折率が１以上の液体で上記光路を満たすことにより、開口数を１．０以上に高めることができる。

さらに、露光装置に搭載される投影光学系に求められる光学性能は極めて高く、諸収差をほぼ無収差状態にまで補正することが望まれている。例えば、特開平５−１７３０６５号公報に開示された屈折型の投影光学系において、その像側開口数をさらに高めようとすると、色収差およびペッツバール和の補正のためにレンズ枚数をさらに増やすことが必要になる。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、レンズのような透過光学部材だけを含む光学系である。

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パワーは正レンズに対応するが、色収差が生じない点、および像面湾曲量を決定するペッツバール条件への寄与が負値をとる(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。凹面反射鏡とレンズとを組み合わせて構成された、いわゆる反射屈折型の光学系では、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、単純な構成でレンズ径の大型化を招くことなく、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。

しかしながら、露光装置において投影光学系の光路中に凹面反射鏡を配置すると、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）から凹面反射鏡へ入射した光が、凹面反射鏡で反射されて再び元のレチクル側へ逆進してしまう。このため、凹面反射鏡に入射する光の光路と凹面反射鏡で反射される光の光路とを分離するとともに凹面反射鏡からの反射光を感光性基板に向かって導くための技術が、すなわち反射屈折型の投影光学系を構成する技術が種々提案されている（たとえば特許文献１〜３を参照）。

特開平５−２８１４６９号公報 特開平６−２６５７８９号公報 特開平７−５３６５号公報

特開平５−２８１４６９号公報に開示された反射屈折型の光学系では、ビームスプリッターを用いて光線分離（光路分離）を行っているが、その像側開口数を所望の大きさまで高めようとすると、ビームスプリッターが非常に大型化し、光学系を実際に製造することが困難になるという不都合があった。

なお、反射屈折型の光学系では、反射鏡を用いるため、像の左右が反転してしまうことがある。具体的には、奇数回（１回、３回など）の反射を経て結像する場合、左右の反転した像が形成される。特開平５−２８１４６９号公報に開示された反射屈折型の光学系では、奇数回の反射を経て左右の反転した像が形成されるため、屈折型の投影光学系などに対して用いたレチクルをそのまま用いることができない。

特開平６−２６５７８９号公報に開示された反射屈折型の光学系では、反射回数が偶数回であるため、像の左右が反転することはない。しかしながら、中心遮蔽によって光線分離を行っているため、特定の周波数のパターンでコントラストの低下が起こるという不都合があった。

特開平７−５３６５号公報に開示された反射屈折型の光学系では、反射回数が偶数回で像の左右が反転することもなく、中心遮蔽による光線分離も行っていない。しかしながら、その像側開口数を例えば１．０まで高めようとすると、平面反射鏡とレンズとの間の機械的な干渉を避けることが困難になるという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば波長が２００ｎｍ以下の光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を用いて、微細なパターンを高精度に投影露光する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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、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反射屈折型の第１結像光学系と、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反射屈折型の第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屈折型の第３結像光学系とを備え、
前記第１結像光学系は、第１凹面反射鏡と、前記第１面からの光束を前記第１凹面反射鏡に向かって反射するための第１平面反射鏡とを有し、該第１平面反射鏡の近傍に前記第１中間像を形成し、
前記第２結像光学系は、前記第１中間像からの光束を反射するための第２凹面反射鏡と、該第２凹面反射鏡からの光束を前記第３結像光学系に向かって反射するための第２平面反射鏡とを有し、該第２平面反射鏡の近傍に前記第２中間像を形成し、
前記第３結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は所定の液体により満たされていることを特徴とする投影光学系を提供する。ここで、前記第１中間像は、前記第１結像光学系の光軸を挟んで前記第１平面鏡とは反対側に形成されることが好ましい。

第１形態の好ましい態様によれば、前記第１結像光学系は、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズとを有する。ここで、前記第１結像光学系中の前記少なくとも１つの負レンズと前記少なくとも１つの正レンズとは、前記第１凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置されることが好ましい。この場合、前記少なくとも１つの負レンズは、前記第１凹面反射鏡の近傍に配置されていることが好ましい。また、前記第１結像光学系の倍率β１は、０．９≦｜β１｜≦１．１の条件を満たすことが好ましい。

また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第２結像光学系は、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズとを有する。この場合、前記少なくとも１つの正レンズは、前記第２凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置されていることが好ましい。また、前記少なくとも１つの負レンズは、前記第２凹面反射鏡の近傍に配置されていることが好ましい。また、前記投影光学系の倍率をβとし、前記第３結像光学系の倍率をβ３とするとき、０．９≦｜β３／β｜≦１．１の条件を満たすことが好ましい。

本発明の第２形態では、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形態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、前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することが好ましい。

本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明し、第１形態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。

また、本発明の第４形態では、第１面と第２面とを光学的に共役にする光学系であって、前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置されて前記第１面と光学的に共役な第１共役面を形成する反射屈折型の第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前記第１共役面と光学的に共役な第２共役面を形成する反射屈折型の第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て前記第２共役面と前記第２面とを光学的に共役にする屈折型の第３結像光学系とを備え、前記第１結像光学系は、第１凹面反射鏡と、前記第１面と前記第１凹面反射鏡との間の光路中に配置された第１平面反射鏡とを備え、前記第２結像光学系は、第２凹面反射鏡と、前記第２凹面反射鏡と前記第３結像光学系との間の光路中に配置された第２平面反射鏡とを備え、前記第３結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は所定の液体により満たされていることを特徴とする光学系を提供する。

本発明では、たとえば波長が２００ｎｍ以下の光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の投影光学系を用いる露光装置および露光方法では、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を介して、微細なパターンを高精度に投影露光することができ、ひいては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図である。なお、図１では、露光装置の投影光学系に本発明が適用されている。図１を参照すると、本発明の投影光学系は、第１面に配置された投影原版すなわちレチクルＲのパターンの第１中間像Ｉ１を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、第１中間像Ｉ１からの光束に基づいて第２中間像Ｉ２を形成するための反射屈折型の第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像Ｉ２からの光束に基づいて最終像を第２面に配置されたウェハＷ上に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。

第１結像光学系Ｇ１は、第１凹面反射鏡ＣＭ１と、レチクルＲからの光束を第１凹面反射鏡ＣＭ１に向かって反射するための第１平面反射鏡Ｍ１とを有し、第１平面反射鏡Ｍ１の近傍に第１中間像Ｉ１を形成する。第２結像光学系Ｇ２は、第１中間像Ｉ１からの光束を反射するための第２凹面反射鏡ＣＭ２と、第２凹面反射鏡ＣＭ２からの光束を第３結像光学系Ｇ３に向かって反射するための第２平面反射鏡Ｍ２とを有し、第２平面反射鏡Ｍ２の近傍に第２中間像Ｉ２を形成する。第３結像光学系Ｇ３の最もウェハ側の光学面とウェハＷとの間の光路は所定の液体により満たされている。

本発明では、第１中間像Ｉ１を第１凹面反射鏡ＣＭ１の近傍に、たとえば第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１を挟んで第１平面鏡Ｍ１とは反対側において第１凹面反射鏡ＣＭ１の近傍に形成する。したがって、ビームスプリッターを用いて光線分離を行うことなく、中心遮蔽によって光線分離を行うことなく、第１凹面反射鏡ＣＭ１で反射される光線と第２凹面反射鏡ＣＭ２で反射される光線との干渉を避けて、反射屈折型の投影光学系における光線分離を良好に行うことができる。また、第１結像光学系Ｇ１と第３結像光学系Ｇ３との間に第２結像光学系Ｇ２が配置されているので、反射鏡による反射回数を４回（一般には偶数回）に設定することにより左右の反転しないパターン像を容易に形成することができる。

このように、本発明では、ビームスプリッターを用いて光線分離を行っていないので、像側開口数を所望の大きさまで増大させても、ビームスプリッターの大型化に起因して光学系の製造が困難になることはない。また、本発明では、中心遮蔽による光線分離を行っていないので、特定の周波数のパターンでコントラストの低下が起こることはない。また、本発明では、凹面反射鏡を含む反射屈折型の構成を採用しているので、前述したように、単純な構成でレンズ径の大型化を招くことなく、色収差を含む諸収差の良好な補正が可能である。

また、本発明では、投影光学系と感光性基板としてのウェハＷとの間の光路中に液体を介在させることにより、投影光学系の像側開口数ＮＡの増大を図っている。ちなみに、M.Switkes氏およびM.Rothschild氏が「SPIE2002 Microlithography」において「Massachusetts Institute of Technology」に発表した「Resolution Enhancement of 157-nm Lithography by Liquid Immersion」には、波長λが２００ｎｍ以下の光に対して所要の透過率を有する液体として、フロリナート（Perfluoropolyethers：米国スリーエム社の商品名）や脱イオン水（Deionized Water）などが候補として挙げられている。

こうして、本発明では、たとえば波長が２００ｎｍ以下の光に対して色収差などの諸収差が良好に補正されて優れた結像性能を有し、高解像に必要な大きな像側開口数を確保することのできる反射屈折型の投影光学系を実現することができる。その結果、優れた結像性能を有し且つ大きな像側開口数ひいては高い解像度を有する投影光学系を用いる本発明の露光装置および露光方法では、微細なパターンを高精度に投影露光することができる。

なお、本発明において、第１結像光学系Ｇ１は、たとえば第１凹面反射鏡ＣＭ１が形成する往復光路中に配置された少なくとも１つの負レンズＬｎ１と少なくとも１つの正レンズＬｐ１とを有することが好ましい。この構成では、第１凹面反射鏡ＣＭ１と負レンズＬｎ１との組み合わせにより、光線を所望のパワーで収斂させつつ所望のペッツバール和にすることが可能となる。さらに、負レンズＬｎ１のパワー（屈折力）が大きくなると収差が発生し易いが、負レンズＬｎ１に起因する収差を正レンズＬｐ１により補正することができる。また、本発明では、負レンズＬｎ１が第１凹面反射鏡ＣＭ１の近傍に配置されていることが好ましい。この構成により、ペッツバール和の補正が、ひいては像面湾曲の補正がさらに容易になる。

また、本発明において、第１結像光学系Ｇ１の倍率β１は、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
０．９≦｜β１｜≦１．１ （１）

条件式（１）は、第１結像光学系Ｇ１の倍率β１について適当な範囲を規定している。条件式（１）を満足すると、第１結像光学系Ｇ１の倍率β１が等倍に近い値に設定されるので、第１結像光学系Ｇ１の対称性を崩すことなく第１中間像を形成することができる。逆に、条件式（１）を満足しないと、第１結像光学系Ｇ１の倍率β１が等倍から大きく外れるため、第１結像光学系Ｇ１の対称性が崩れる分だけ、例えば第３結像光学系Ｇ３での収差補正の負担が大きくなるので好ましくない。

また、本発明において、第２結像光学系Ｇ２は、たとえば第２凹面反射鏡ＣＭ２が形成する往復光路中に配置された少なくとも１つの負レンズＬｎ２と少なくとも１つの正レンズＬｐ２とを有することが好ましい。この構成では、正レンズＬｐ２がフィールドレンズの役割を果たすことにより、第１中間像Ｉ１からの主光線を第２凹面反射鏡ＣＭ２の中心近傍へ曲げることができる。その結果、第２結像光学系Ｇ２の対称性が良くなり、軸外収差の対称性を大きく崩すことがない。特に、第２凹面反射鏡ＣＭ２が形成する往復光路中に正レンズＬｐ２を配置することにより、第２平面反射鏡Ｍ２での光線分離がさらに容易になる。また、第２凹面反射鏡ＣＭ２と負レンズＬｎ２との組み合わせにより、光線を所望のパワーで収斂させつつ所望のペッツバール和にすることが可能となる。

また、本発明では、次の条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）において、βは投影光学系の倍率であり、β３は第３結像光学系Ｇ３の倍率である。
０．９≦｜β３／β｜≦１．１ （２）

条件式（２）は、第３結像光学系Ｇ３の倍率β３について適当な範囲を規定している。条件式（２）を満足すると、第３結像光学系Ｇ３の倍率β３が投影光学系の倍率βとほぼ一致するように設定され、ひいては第２結像光学系Ｇ２の倍率β２も第１結像光学系Ｇ１と同様にほぼ等倍に設定されることになり、軸外収差の対称性を大きく崩すことがなくなる。逆に、条件式（２）を満足しないと、第２結像光学系Ｇ２の倍率β２が等倍から大きく外れ、ひいては第２結像光学系Ｇ２の対称性が大きく崩れて、第３結像光学系Ｇ３での収差補正の負担が大きくなるので好ましくない。

また、本発明の反射屈折型の投影光学系では、第一面側（物体側）および第二面側（像側）の双方にほぼテレセントリックであることが好ましい。この構成により、物体面（露光装置の場合にはマスク面）や像面（露光装置の場合にはウェハ面）に撓み（歪み）があっても忠実な投影を行うことができる。また、本発明では、第１結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ１と第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２とが共通の単一光軸を構成することが好ましい。この構成により、光学系の組立および調整が容易になる。

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。本実施形態では、露光装置の投影光学系ＰＬに対して本発明を適用している。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、基準光軸ＡＸに垂直な面内において図２の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。

図示の露光装置は、照明光を供給するための光源１００として、たとえばＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。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を重畳的に照明する。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。

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。

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。

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。

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）が形成されることになる。

また、図示の露光装置では、投影光学系ＰＬ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（各実施例では第１平面反射鏡Ｍ１）と最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂ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。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。

また、本実施形態において、投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、純水のような所定の液体で満たされている。なお、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体を満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。

国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルＷＴを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。

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。

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反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、第１中間像からの光に基づいて第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）を形成するための反射屈折型の第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とにより構成されている。

ここで、第１結像光学系Ｇ１は、第１凹面反射鏡ＣＭ１と、レチクルＲからの光束を第１凹面反射鏡ＣＭ１に向かって水平方向に反射するための第１平面反射鏡Ｍ１とを有し、第１平面反射鏡Ｍ１の近傍に第１中間像を形成する。第２結像光学系Ｇ２は、第１中間像Ｉ１からの光束を反射するための第２凹面反射鏡ＣＭ２と、第２凹面反射鏡ＣＭ２からの光束を第３結像光学系Ｇ３に向かって鉛直方向に反射するための第２平面反射鏡Ｍ２とを有し、第２平面反射鏡Ｍ２の近傍に第２中間像を形成する。

また、第３結像光学系Ｇ３は鉛直方向に沿って直線状に延びる光軸ＡＸ３を有し、この光軸ＡＸ３は基準光軸ＡＸと一致している。一方、第１結像光学系Ｇ１は水平方向に沿って直線状に延びる光軸ＡＸ１を有し、第２結像光学系Ｇ２も水平方向に沿って直線状に延びる光軸ＡＸ２を有し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とは基準光軸ＡＸに垂直な共通の単一光軸を構成している。こうして、レチクルＲ、ウェハＷ、および第３結像光学系Ｇ３を構成するすべてのレンズは、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。

また、第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２を構成するすべてのレンズは、水平に直線状に延びる共通の単一光軸（ＡＸ１，ＡＸ２）に沿って配置されている。さらに、第１平面反射鏡Ｍ１および第２平面反射鏡Ｍ２は、レチクル面に対して４５度の角度をなすように設定された反射面をそれぞれ有し、個別の光学部材として構成されている。ただし、これに限定されることなく、第１平面反射鏡Ｍ１と第２平面反射鏡Ｍ２とを１つの光学部材として一体的に構成することも可能である。

各実施例では、投影光学系ＰＬを構成するレンズ成分は、石英（ＳｉＯ₂）または蛍石（ＣａＦ₂）により形成されている。また、露光光であるＡｒＦエキシマレーザー光の発振中心波長は、１９３．３ｎｍであり、この中心波長に対する石英の屈折率は１．５６０３２６０であり、蛍石の屈折率は１．５０１４５５である。さらに、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する液体として、露光光に対して１．４３２０５００の屈折率を有する純水を用いている。また、各実施例において、投影光学系ＰＬは、物体側および像側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。

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Ｃ_n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。

ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋Ｃ₁₂・ｙ¹²
＋Ｃ₁₄・ｙ¹⁴＋Ｃ₁₆・ｙ¹⁶＋Ｃ₁₈・ｙ¹⁸ （ａ）

［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、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、第１平面反射鏡Ｍ１と、両凸レンズＬ１１と、光の射出側に非球面形状の凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凸レンズＬ１３と、光の入射側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１４と、第１凹面反射鏡ＣＭ１とにより構成されている。

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、両凸レンズＬ２１と、光の入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、第２凹面反射鏡ＣＭ２と、第２平面反射鏡Ｍ２とにより構成されている。

第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向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Ｌ３１と、両凸レンズＬ３２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３４と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３５と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ３６と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に非球面を向けた正レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、両凸レンズＬ３１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１２と、両凸レンズＬ３１３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１４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Ｌ３１５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１６と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。

第１実施例では、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ３１７とウェハＷとの間の光路には、純水が満たされている。また、正メニスカスレンズＬ３１６および平凸レンズＬ３１７が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。

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（すなわち最大像高）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。

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：ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（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。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平面反射鏡Ｍ１から第１凹面反射鏡ＣＭ１までの光路中および第２凹面反射鏡ＣＭ２から第２平面反射鏡Ｍ２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、光の進行往路に沿って入射側（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。第２結像光学系Ｇ２では、光の進行往路に沿って入射側（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。第３結像光学系Ｇ３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。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。

表（１）
（主要諸元）
λ＝１９３．３ｎｍ
｜β｜＝０．２５（１／４）
ＮＡ＝１．０７
Ｂ＝１９．１ｍｍ
Ａ＝１０．０ｍｍ
ＬＸ＝２６．０ｍｍ
ＬＹ＝４．０ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
（レチクル面） 185.00000
1 ∞ -45.00000 （Ｍ１）
2 -853.87789 -55.00000 1.5603260 （Ｌ１１）
3 572.91407 -162.39803
4 -485.96784 -55.00000 1.5603260 （Ｌ１２）
5* -457.25062 -132.31990
6 -471.90897 -41.22959 1.5603260 （Ｌ１３）
7 865.02935 -95.42473
8* 194.70102 -55.00000 1.5603260 （Ｌ１４）
9 -2518.74111 -59.18164
10 398.59453 59.18164 （ＣＭ１）
11 -2518.74111 55.00000 1.5603260 （Ｌ１４）
12* 194.70102 95.42473
13 865.02935 41.22959 1.5603260 （Ｌ１３）
14 -471.90897 132.31990
15* -457.25062 55.00000 1.5603260 （Ｌ１２）
16 -485.96784 162.39803
17 572.91407 55.00000 1.5603260 （Ｌ１１）
18 -853.87789 225.80409
19 751.39439 55.00000 1.5603260 （Ｌ２１）
20 -556.74412 443.78885
21 -286.93217 27.15449 1.5603260 （Ｌ２２）
22 -727.03632 48.88923
23 -490.42385 -48.88923 （ＣＭ２）
24 -727.03632 -27.15449 1.5603260 （Ｌ２２）
25 -286.93217 -443.78885
26 -556.74412 -55.00000 1.5603260 （Ｌ２１）
27 751.39439 -180.00000
28 ∞ 180.00000 （Ｍ２）
29* -171.71077 39.77797 1.5603260 （Ｌ３１）
30 -218.46047 2.00000
31 422.71549 48.29735 1.5603260 （Ｌ３２）
32 -2415.84367 2.00000
33 336.62854 50.56503 1.5603260 （Ｌ３３）
34 1880.14276 2.00000
35 291.67379 50.01841 1.5603260 （Ｌ３４）
36 431.87208 2.00000
37 203.21889 54.35844 1.5603260 （Ｌ３５）
38 181.93777 39.48789
39 -618.67998 15.00000 1.5603260 （Ｌ３６）
40* 186.85231 65.78037
41 -152.95338 15.00000 1.5603260 （Ｌ３７）
42 -1688.32198 11.24078
43 -482.86110 40.90398 1.5603260 （Ｌ３８）
44 -270.04442 2.00000
45* 2232.21261 34.92088 1.5603260 （Ｌ３９）
46 -421.30871 2.00000
47 723.05866 43.71517 1.5603260 （Ｌ３１０）
48 -682.64629 2.00000
49 486.83258 49.61639 1.5603260 （Ｌ３１１）
50 -762.10674 33.91219
51 -273.94212 15.00000 1.5603260 （Ｌ３１２）
52 -836.95629 2.00000
53 651.59814 54.65727 1.5603260 （Ｌ３１３）
54 -557.30258 9.26724
55 245.47246 52.26338 1.5603260 （Ｌ３１４）
56 1999.16370 2.25484
57 163.00632 38.55658 1.5603260 （Ｌ３１５）
58* 326.97331 6.09932
59 136.98878 43.00000 1.5014550 （Ｌ３１６）
60 383.95693 2.25625
61 115.10399 60.00000 1.5014550 （Ｌ３１７：Ｌｂ）
62 ∞ 0.50000 1.4320500 （純水）
（ウェハ面）

（非球面データ）
５面（１５面と同一面）
κ＝１．００００
Ｃ₄＝４．９７９６６×１０^-9 Ｃ₆＝１．２６５５１×１０^-13
Ｃ₈＝−２．９２１６１×１０^-19 Ｃ₁₀＝−２．０６４７９×１０^-23
Ｃ₁₂＝３．３６０７３×１０^-27 Ｃ₁₄＝−１．８２４０５×１０^-31
Ｃ₁₆＝４．１７９０３×１０^-36 Ｃ₁₈＝−３．８７０１９×１０^-41

８面（１２面と同一面）
κ＝１．００００
Ｃ₄＝−３．７４６７２×１０^-9 Ｃ₆＝−１．１６１９８×１０^-13
Ｃ₈＝−２．６４５４０×１０^-18 Ｃ₁₀＝−１．６２０５５×１０^-22
Ｃ₁₂＝９．０４０２２×１０^-27 Ｃ₁₄＝−６．２６５０８×１０^-31
Ｃ₁₆＝１．５６１９３×１０^-35 Ｃ₁₈＝−６．７６６８５×１０^-41

２９面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝１．６５９４８×１０^-9 Ｃ₆＝８．８４８５８×１０^-14
Ｃ₈＝６．３３６０５×１０^-18 Ｃ₁₀＝−９．９９１５０×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．８６６２１×１０^-25 Ｃ₁₄＝−１．９０１３１×１０^-29
Ｃ₁₆＝１．０７８０８×１０^-33 Ｃ₁₈＝−２．５９３８８×１０^-38

４０面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝４．１２３３９×１０^-8 Ｃ₆＝４．９９３７３×１０^-13
Ｃ₈＝−１．０２４８５×１０^-17 Ｃ₁₀＝−２．５３７９７×１０^-21
Ｃ₁₂＝７．６１１５７×１０^-25 Ｃ₁₄＝−７．４８４０７×１０^-29
Ｃ₁₆＝３．９２６９５×１０^-33 Ｃ₁₈＝−６．５８２８７×１０^-38

４５面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝−１．４２３４４×１０^-8 Ｃ₆＝９．４８６４５×１０^-14
Ｃ₈＝−２．７３１９０×１０^-18 Ｃ₁₀＝５．１５１０１×１０^-23
Ｃ₁₂＝−３．２９６１１×１０^-27 Ｃ₁₄＝２．６１７８６×１０^-31
Ｃ₁₆＝−１．１６８１９×１０^-35 Ｃ₁₈＝２．６３１９２×１０^-40

５８面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝２．４８７１６×１０^-8 Ｃ₆＝７．５７７６５×１０^-13
Ｃ₈＝３．８９５０２×１０^-18 Ｃ₁₀＝２．１２５５０×１０^-21
Ｃ₁₂＝−２．５３４４４×１０^-25 Ｃ₁₄＝３．１６１５９×１０^-29
Ｃ₁₆＝−１．８４５３２×１０^-33 Ｃ₁₈＝４．９８９８１×１０^-38

（条件式対応値）
｜β｜＝０．２５
｜β３｜＝０．２４５
（１）｜β１｜＝１．０２６
（２）｜β３／β｜＝０．９８

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は像高を示している。図５の収差図から明らかなように、第１実施例では、大きな像側開口数（ＮＡ＝１．０７）および比較的大きな実効露光領域を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して諸収差が良好に補正されていることがわかる。

［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、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、第１平面反射鏡Ｍ１と、両凸レンズＬ１１と、光の射出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、両凸レンズＬ１３と、光の入射側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１４と、第１凹面反射鏡ＣＭ１とにより構成されている。

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、両凸レンズＬ２１と、光の入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、第２凹面反射鏡ＣＭ２と、第２平面反射鏡Ｍ２とにより構成されている。

第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向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Ｌ３１と、両凸レンズＬ３２と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３４と、レチクル側に凸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両凹レンズＬ３６と、両凹レンズＬ３７と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３８と、レチクル側に非球面を向けた正レンズＬ３９と、両凸レンズＬ３１０と、両凸レンズＬ３１１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３１２と、両凸レンズＬ３１３と、ウェハ側に非球面形状の凸面を向けた両凸レンズＬ３１４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Ｌ３１５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１６と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ３１７（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。

第２実施例においても第１実施例と同様に、境界レンズＬｂとしての平凸レンズＬ３１７とウェハＷとの間の光路には、純水が満たされている。また、正メニスカスレンズＬ３１６および平凸レンズＬ３１７が蛍石により形成され、その他のレンズ成分は石英により形成されている。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。

表（２）
（主要諸元）
λ＝１９３．３ｎｍ
｜β｜＝０．２５（１／４）
ＮＡ＝１．１
Ｂ＝１９．１ｍｍ
Ａ＝１０．０ｍｍ
ＬＸ＝２６．０ｍｍ
ＬＹ＝４．０ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
（レチクル面） 185.00000
1 ∞ -45.00000 （Ｍ１）
2 -530.24571 -55.00000 1.5603260 （Ｌ１１）
3 955.80934 -228.48481
4 -316.20617 -55.00000 1.5603260 （Ｌ１２）
5* -363.26964 -81.62095
6 -452.27006 -52.37430 1.5603260 （Ｌ１３）
7 883.31702 -106.95962
8* 177.60563 -15.00000 1.5603260 （Ｌ１４）
9 -2969.29715 -30.30876
10 325.30612 30.30876 （ＣＭ１）
11 -2969.29715 15.00000 1.5603260 （Ｌ１４）
12* 177.60563 106.95962
13 883.31702 52.37430 1.5603260 （Ｌ１３）
14 -452.27006 81.62095
15* -363.26964 55.00000 1.5603260 （Ｌ１２）
16 -316.20617 228.48481
17 955.80934 55.00000 1.5603260 （Ｌ１１）
18 -530.24571 225.80409
19 689.18611 55.00000 1.5603260 （Ｌ２１）
20 -655.08955 461.72093
21 -330.65619 15.00000 1.5603260 （Ｌ２２）
22 -1089.92475 16.69342
23 -471.60213 -16.69342 （ＣＭ２）
24 -1089.92475 -15.00000 1.5603260 （Ｌ２２）
25 -330.65619 -461.72093
26 -655.08955 -55.00000 1.5603260 （Ｌ２１）
27 689.18611 -180.00000
28 ∞ 240.00000 （Ｍ２）
29* -167.87347 20.53233 1.5603260 （Ｌ３１）
30 -199.53663 2.00000
31 374.90710 55.00000 1.5603260 （Ｌ３２）
32 -5096.16640 3.15274
33 379.71034 32.63646 1.5603260 （Ｌ３３）
34 948.50272 2.00000
35 310.51037 44.09068 1.5603260 （Ｌ３４）
36 644.66297 2.00000
37 236.50346 55.00000 1.5603260 （Ｌ３５）
38 264.42087 38.10607
39 -709.71613 49.46869 1.5603260 （Ｌ３６）
40* 195.66012 61.62221
41 -185.42294 15.00000 1.5603260 （Ｌ３７）
42 2084.49031 10.71562
43 -1516.53785 29.75461 1.5603260 （Ｌ３８）
44 -374.95305 2.00000
45* -45826.92215 34.13144 1.5603260 （Ｌ３９）
46 -355.62724 2.00000
47 703.11301 35.81161 1.5603260 （Ｌ３１０）
48 -977.56139 2.00000
49 346.50470 51.05424 1.5603260 （Ｌ３１１）
50 -972.18939 35.93636
51 -236.10215 15.00000 1.5603260 （Ｌ３１２）
52 -601.03564 2.00000
53 419.00777 48.45383 1.5603260 （Ｌ３１３）
54 -1038.00013 8.86396
55 351.31729 46.94178 1.5603260 （Ｌ３１４）
56* -1192.02098 2.54767
57 168.63159 35.33799 1.5603260 （Ｌ３１５）
58* 370.58505 2.00000
59 131.38759 43.00000 1.5014550 （Ｌ３１６）
60 717.13579 2.25625
61 117.79530 60.00000 1.5014550 （Ｌ３１７：Ｌｂ）
62 ∞ 0.50000 1.4320500 （純水）
（ウェハ面）

（非球面データ）
５面（１５面と同一面）
κ＝１．００００
Ｃ₄＝１．２７６７２×１０^-9 Ｃ₆＝１．７１８２９×１０^-13
Ｃ₈＝−７．５０８３０×１０^-19 Ｃ₁₀＝２．４８４５０×１０^-23
Ｃ₁₂＝−１．６２９３１×１０^-27 Ｃ₁₄＝６．６００３９×１０^-32
Ｃ₁₆＝−３．７１０６４×１０^-36 Ｃ₁₈＝５．３６４２０×１０^-41

８面（１２面と同一面）
κ＝１．００００
Ｃ₄＝−２．９８７０８×１０^-9 Ｃ₆＝−８．９９９９７×１０^-14
Ｃ₈＝−３．９６８８８×１０^-18 Ｃ₁₀＝３．１５４１５×１０^-22
Ｃ₁₂＝−５．９９６３２×１０^-26 Ｃ₁₄＝６．４３７４４×１０^-30
Ｃ₁₆＝−３．５９５３４×１０^-34 Ｃ₁₈＝８．５１１７８×１０^-39

２９面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝２．３９０６４×１０^-9 Ｃ₆＝１．２００８６×１０^-13
Ｃ₈＝２．２７５０３×１０^-18 Ｃ₁₀＝４．０８７７０×１０^-22
Ｃ₁₂＝−３．５０５３５×１０^-26 Ｃ₁₄＝３．０９２３６×１０^-30
Ｃ₁₆＝−１．２４５４３×１０^-34 Ｃ₁₈＝２．５４４１８×１０^-39

４０面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝４．５９１６４×１０^-8 Ｃ₆＝６．３９６２２×１０^-13
Ｃ₈＝−５．２６６７３×１０^-18 Ｃ₁₀＝７．５４４７７×１０^-22
Ｃ₁₂＝−４．５８０７６×１０^-27 Ｃ₁₄＝５．４７７９１×１０^-30
Ｃ₁₆＝−４．３０９４２×１０^-34 Ｃ₁₈＝７．４４３４８×１０^-39

４５面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝−１．０３５１０×１０^-8 Ｃ₆＝５．１５４７３×１０^-14
Ｃ₈＝−８．８４９５７×１０^-19 Ｃ₁₀＝−１．３３３６９×１０^-23
Ｃ₁₂＝７．３５７６４×１０^-27 Ｃ₁₄＝−４．８７２２１×１０^-31
Ｃ₁₆＝１．８８４８０×１０^-35 Ｃ₁₈＝−３．６６７８１×１０^-40

５６面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝７．３８４８５×１０^-9 Ｃ₆＝−１．３５５９８×１０^-13
Ｃ₈＝−５．３７２９０×１０^-18 Ｃ₁₀＝３．７３５０５×１０^-22
Ｃ₁₂＝１．６４３４８×１０^-27 Ｃ₁₄＝−９．７２１０２×１０^-31
Ｃ₁₆＝４．１２８２６×１０^-35 Ｃ₁₈＝−６．０３０９８×１０^-40

５８面
κ＝１．００００
Ｃ₄＝１．８３７７５×１０^-8 Ｃ₆＝１．４９４０１×１０^-12
Ｃ₈＝８．１０９０１×１０^-18 Ｃ₁₀＝９．４３８６８×１０^-22
Ｃ₁₂＝−２．９５２２２×１０^-25 Ｃ₁₄＝５．１４２４６×１０^-29
Ｃ₁₆＝−３．２１９４０×１０^-33 Ｃ₁₈＝８．６３２３４×１０^-38

（条件式対応値）
｜β｜＝０．２５
｜β３｜＝０．２４２
（１）｜β１｜＝１．０６９
（２）｜β３／β｜＝０．９６８

図７は、第２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は像高を示している。図７の収差図から明らかなように、第２実施例においても第１実施例と同様に、大きな像側開口数（ＮＡ＝１．１）および比較的大きな実効露光領域を確保しているにもかかわらず、波長が１９３．３ｎｍの露光光に対して諸収差が良好に補正されていることがわかる。

こうして、各実施例では、波長が１９３．３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して、１．０７または１．１の高い像側開口数を確保するとともに、２６．０ｍｍ×４．０ｍｍの矩形状の実効露光領域（静止露光領域）を確保することができる。その結果、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。

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。

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３０５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。

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３０１〜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。

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。

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４０２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４０１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。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。

なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマ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２００ｎｍ以下の波長を有する光を供給する他の適当な光源を用いることもできる。また、上述の実施形態にかかる投影光学系では、第１面の縮小像を第２面上に形成したが、これに限定されることなく、第２面の拡大像を第１面上に形成するようにしても良い。また、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。

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図である。 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。 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。 第１実施例における横収差を示す図である。 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。 第２実施例における横収差を示す図である。 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。 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
ＣＭ１，ＣＭ２ 凹面反射鏡
Ｍ１，Ｍ２ 平面反射鏡
Ｌｉ 各レンズ成分
１００ レーザ光源
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 (11)

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反射屈折型の第１結像光学系と、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反射屈折型の第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屈折型の第３結像光学系とを備え、
   前記第１結像光学系は、第１凹面反射鏡と、前記第１面からの光束を前記第１凹面反射鏡に向かって反射するための第１平面反射鏡とを有し、該第１平面反射鏡の近傍に前記第１中間像を形成し、
   前記第２結像光学系は、前記第１中間像からの光束を反射するための第２凹面反射鏡と、該第２凹面反射鏡からの光束を前記第３結像光学系に向かって反射するための第２平面反射鏡とを有し、該第２平面反射鏡の近傍に前記第２中間像を形成し、
   前記第３結像光学系の最も第２面側の光学面と前記第２面との間の光路は所定の液体により満たされていることを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１結像光学系は、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記少なくとも１つの負レンズは、前記第１凹面反射鏡の近傍に配置され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. 前記第１結像光学系の倍率β１は、
   ０．９≦｜β１｜≦１．１
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記第２結像光学系は、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズと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. 前記少なくとも１つの正レンズは、前記第２凹面反射鏡が形成する往復光路中に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。
7. 前記少なくとも１つの負レンズは、前記第２凹面反射鏡の近傍に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の投影光学系。
8. 前記投影光学系の倍率をβとし、前記第３結像光学系の倍率をβ３とするとき、
   ０．９≦｜β３／β｜≦１．１
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系。
9. 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８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。
10. 前記投影光学系に対して前記マスクおよび前記感光性基板を所定方向に沿って相対移動させて前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１面に設定されたマスクを照明し、請求項１乃至８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。

Images