JP2006119244A - 反射屈折型投影光学系及び当該反射屈折型投影光学系を有する露光装置、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）との距離（物像間距離）を短くし、優れた結像性能を安定的に達成することができる反射屈折型投影光学系、当該反射屈折型投影光学系を有する露光装置、デバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 第１の物体の中間像を複数回形成し、第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、少なくとも１つの凹面鏡と、少なくとも２つの偏向反射部材とを有し、前記２つの偏向反射部材の間の光路中に屈折力を持つ光学素子を有さないことを特徴とする反射屈折型投影光学系を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、投影光学系に係り、特に、反射鏡を利用して半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を投影露光する反射屈折型の投影光学系に関する。本発明は、例えば、投影光学系の最終面と被処理体の表面を液体で液浸して、かかる液体を介して被処理体を露光する、所謂、液浸型の露光装置に好適である。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。半導体素子（回路パターン）の高集積化（微細化）が進むに従い、投影光学系の仕様や性能に対する要求もますます厳しさを増している。一般に、高い解像力を得るためには、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が有効である。また、最近では、投影光学系の最終ガラス面（即ち、最もウェハ側のレンズ）とウェハとの間を液体で満たす、所謂、液浸光学系により、ＮＡ（開口数）が１以上となる光学系も提案されており、更なる高ＮＡ化が進行している。

露光光の短波長化が進み、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）やＦ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）などの波長領域に達すると、透過率の低下に起因して、使用可能な硝材が石英と蛍石（フッ化カルシウム）に限られてくる。全てレンズ（屈折素子）で構成された光学系では、例えば、露光波長が１９３ｎｍの場合、一般に、石英と蛍石が使用される。しかし、それらの分散の差が大きくないため、特に、液浸光学系のような非常に高いＮＡを有する光学系の場合、色収差の補正が非常に難しくなる。また、高ＮＡ化に伴って硝材が大口径化し、装置の高コスト化の大きな一因となっている。

そこで、光学系にミラー（反射素子）を含めることにより、透過率、色収差及び硝材の大口径化などの問題を回避する提案が種々なされている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。例えば、反射系と屈折系を組み合わせた反射屈折型投影光学系が、特許文献１乃至３に開示されている。
特開２００４−２０５６９８号公報 特開平８−６２５０２号公報 特開２００３−３０７６７９号公報

露光光の短波長化や高ＮＡ化に対応するために反射系を含んだ投影光学系を構成しようとする場合、色収差の補正が可能であり、像面上で十分な大きさの結像領域が得られると共に、更なる高ＮＡ化に適した光学系を採用することが必須であると考えられる。特に、ＮＡが１．１程度より更に大きくなると、光学系の物像間距離（即ち、レチクル乃至ウェハ間距離）や硝材の有効径が非常に大きくなり、光学系の大型化や装置の高コスト化が避けられなくなる。

特許文献１に示された光学系は、中間像を１回形成する２回結像系の反射屈折型光学系であり、凹面鏡を含む往復光学系を有すると共に、物体（レチクル）の中間像を形成する第１の結像光学系、中間像を第２の物体（ウェハ）面上に結像する第２の結像光学系から構成され、中間像近傍に光軸及び光束を偏向するための第１の平面ミラーが配置されている。第１の平面ミラーで曲げられた光軸は、レチクルステージに略平行に偏向され、第２の平面ミラーによって再び偏向され、第２の物体上に結像する。特許文献１に示された光学系は、上述の構成を有するために、必然的に第１の物体（レチクル）面と、レンズや平面ミラー及び偏向された光束とは近接配置されることになる。従って、第１の物体（レチクル）面及びレチクルステージと、レンズや平面ミラーとの干渉が問題となり、十分なスペースを確保することが困難である。また、特許文献１の図５に示された光学系は、ＮＡ１．０５の液浸光学系であるが、最大有効径がφ３００を越えており、ＮＡが１．２以上の高ＮＡ化を達成しようとすると、最大有効径が非常に大型化してしまう。

特許文献２の図７及び図９に示された光学系は、ＮＡが０．４５乃至０．５程度の中間像を２回形成する３回結像系の反射屈折型光学系であり、第１の物体（レチクル）の第１の中間像を形成する第１の結像光学系、第１の中間像から第２の中間像を形成し、凹面鏡を有する第２の結像光学系、第２の中間像を第２の物体（ウェハ）面上に結像する第３の結像光学系から構成される。第２の結像光学系は、凹面鏡を有しているため、往復光学系を形成する。かかる光学系は、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）とが平行の位置関係にない。第１の物体と第２の物体とが、特に重力に対して垂直、且つ、平行に配置されることで、スキャン露光における結像性能を高めると共に安定した性能を維持することが可能となる。従って、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）とが平行の位置関係にないことは、液浸化などによって高ＮＡ化された光学系を有する露光装置を開発する上で好ましくない。かかる光学系の場合、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）とを平行に配置するためには、更に、もう１枚の平面ミラーを使用する必要がある。その場合には、特許文献２の記載にもあるように、第１の中間像の近傍に平面ミラーを配置すれば、後述の特許文献３の図４や図６に示された光学系と同様な配置となる。また、屈折力を有するレンズ（光学素子）の光軸が重力の方向を向いていないと、自重変形や保持機構の影響によって結像性能を悪化させる一因となる可能性が高いために、光軸が重力の方向を向いていないような屈折力を有する光学素子は、できる限り存在しないことが好ましい。しかしながら、特許文献２の図７及び図９に示された光学系は、光軸が重力の方向を向いていない光学素子が複数枚存在してしまう。

特許文献３の図４及び図６に示されたＮＡが０．８５程度の光学系は、第１及び第２の中間像の近傍に平面ミラー（反射ブロック）を配置し、第１及び第３の結像光学系の光軸を一致させることで、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）を平行に配置している。しかしながら、このような光学系は、液浸光学系のようなＮＡが１以上、特に、ＮＡが１．１程度以上になると、非常に大型化してしまう。それは、第１の物体（レチクル）から平面ミラー付近までの第１の結像光学系と、平面ミラー付近から第２の物体（ウェハ）までの第３の結像光学系とが一直線の光軸上に配置されてしまうために、第１の結像光学系の物像間距離と第３の結像光学系の物像間距離との和が光学系全体の物像間距離（レチクル乃至ウェハ間距離）となってしまうからである。高ＮＡ化に伴う光学系の大型化を防止しようとすると、各レンズの屈折力を強くする必要があるため、収差補正が困難となってしまう。また、第１の結像光学系で縮小倍率を大きくしているために、第１の物体（レチクル）での物体側ＮＡに対して第１の中間像ではその縮小倍率分だけ第１の中間像のＮＡを大きくすることになる。その結果、平面ミラーへの入射角度範囲及び最大入射角が大きくなってしまい、液浸化などによる更なる高ＮＡ化に対して深刻な問題となる。換言すれば、１を越えるような高ＮＡ化によって平面ミラーへの入射角度範囲及び最大入射角度が非常に大きくなり、平面ミラーの膜の特性が悪化する影響等により結像性能の劣化が避けられなくなる。なお、第２の中間像付近にも平面ミラーを配置しているために、第２の中間像についても同様である。更には、上述したように、第２の結像光学系の凹面鏡及び負レンズの光軸が重力の方向に対して垂直になっており、最終性能を極限まで高めるためには好ましい構成ではない。

そこで、本発明は、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）との距離（物像間距離）を短くし、優れた結像性能を安定的に達成することができる反射屈折型投影光学系、当該反射屈折型投影光学系を有する露光装置、デバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系は、第１の物体の中間像を複数回形成し、第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、少なくとも１つの凹面鏡と、少なくとも２つの偏向反射部材とを有し、前記２つの偏向反射部材の間の光路中に屈折力を持つ光学素子を有さないことを特徴とする。

本発明の別の側面としての反射屈折型投影光学系は、第１の物体の中間像を２回形成し、第２の物体上に結像する３回結像系であり、前記第１の物体側から順に、入射光及び反射光が通過する往復光学系を形成しない第１のレンズ群と、前記往復光学系を形成する反射屈折群と、前記往復光学系を形成しない第２のレンズ群とを有する反射屈折型投影光学系であって、前記反射屈折群は、第３のレンズ群と、前記第１の物体と対向して配置される凹面鏡とを有し、前記第３のレンズ群は、前記第１の物体側から順に、正の屈折力を有する第４のレンズ群と、負の屈折力を有する第５のレンズ群とを有し、前記凹面鏡と前記第２のレンズ群との間の光路中に配置される少なくとも２つの偏向反射部材とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の反射屈折型投影光学系と、前記第１の物体面上にレチクルのパターンを位置付けるべく当該レチクルを保持するレチクルステージと、前記第２の物体面上に感光層を位置付けるべく被処理体を保持するウェハステージと、前記レチクルを照明した状態で前記レチクルステージ及び前記ウェハステージを同期して走査する手段とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光でパターンを照明する照明光学系と、前記パターンからの光を被処理体上に投影する上述の反射屈折型投影光学系とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の他の目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウェハ）との距離（物像間距離）を短くし、優れた結像性能を安定的に達成することができる反射屈折型投影光学系、当該反射屈折型投影光学系を有する露光装置、デバイス製造方法を提供することができる。

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について説明する。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。また、本出願において、「レンズ群」は、複数のレンズだけではなく、１つのみのレンズも含む表現とする。ここで、図１は、本発明の反射屈折型投影光学系１００の構成を示す概略断面図である。

図１を参照するに、１０１は第１の物体（レチクル）、１０２は第２の物体（ウェハ）、ＡＸ１乃至ＡＸ３は光学系の光軸である。反射屈折型投影光学系１００は、中間像（実像）を２回形成する３回結像系である。反射屈折型投影光学系１００は、第１の物体１０１側から順に、第１の結像光学系、第２の結像光学系、第３の結像光学系にて構成される。

第１の結像光学系は、第１の物体１０１の実像（第１の中間像ＩＭＧ１）を形成し、第１の中間像ＩＭＧ１からの光束は、凹面鏡Ｍを含む第２の結像光学系により、実像である第２の中間像ＩＭＧ２を形成する。そして、第３の結像光学系により、第２の中間像ＩＭＧ２を第２の物体１０２上に実像として結像する。反射屈折型投影光学系１００は、瞳の中心部の遮光のない、軸外光束を結像する光学系を達成することができる。なお、本実施形態では、反射屈折型投影光学系１００は、第２の物体１０２と最終レンズ面（即ち、最も第２の物体１０２側のレンズ面）との間が液体で満たされた液浸光学系を構成している。勿論、最終レンズ面に薄膜が形成されていても構わない。

反射屈折型投影光学系１００は、図１において、２つの偏向反射部材（第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２）を少なくとも有しており、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に屈折力を有する光学素子を有していない。

反射屈折型投影光学系１００は、具体的には、第１の物体１０１側から順に、少なくとも１つのレンズを有する往復光学系を形成しないレンズ群（第１のレンズ群）Ｌ１、少なくとも１つのレンズを有する往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２、少なくとも１つのレンズを有する往復光学系を形成しないレンズ群（第２のレンズ群）Ｌ３から構成されている。

反射屈折群Ｌ２は、往復光学系を形成するレンズ群（第３のレンズ群）ＤＢ、凹面鏡Ｍにて構成されている。

反射屈折型投影光学系１００は、２つの偏向反射部材（第１の偏向反射部材及び第２の偏向反射部材）ＦＭ１及びＦＭ２を有し、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、凹面鏡Ｍとレンズ群Ｌ３との間の光路中に配置されている。詳細には、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、反射屈折群Ｌ２とレンズ群Ｌ３との間の光路中に配置されている。

第１の偏向反射部材ＦＭ１は、図１に示すように、光軸ＡＸ１を折り曲げて光軸ＡＸ２とすると共に、第１の物体１０１からの光束を偏向する。また、第２の偏向反射部材ＦＭ２は、光軸ＡＸ２を折り曲げて光軸ＡＸ３とする。

第１の物体１０１と第２の物体１０２とは平行に配置されている。凹面鏡Ｍは、第１の物体１０１に対向して配置されている。また、光軸ＡＸ２は、第１の物体１０１の法線と第２の物体１０２の法線の各々と直交して配置されている。但し、光軸ＡＸ２は、光軸ＡＸ１や光軸ＡＸ３と必ずしも直交する必要はない。光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とが平行であれば、第１の物体１０１と第２の物体１０２は平行に配置されることになるからである。換言すれば、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２の各々の法線が、実質的に９０度をなすように配置すればよい。また、反射屈折型投影光学系１００は、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中には、屈折力を有する光学素子を有していない。

往復光学系を形成するレンズ群ＤＢは、正の屈折力を有するレンズ群（第４のレンズ群）ＤＢ１と、負の屈折力を有するレンズ群（第５のレンズ群）ＤＢ２とを有し、凹面鏡Ｍから近い順に、レンズ群ＤＢ２、レンズ群ＤＢ１の順に配置されるのが好ましい。凹面鏡Ｍの直前に負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２を配置することで、凹面鏡Ｍの屈折力を強めることができると共に、レンズ群ＤＢ２と凹面鏡Ｍとで負のペッツバール和を大きく発生させ、その他のレンズ群で発生する正のペッツバール和を効果的にキャンセルさせる（打ち消す）ことが可能となる。

正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１は、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する光束の最大入射角度を抑えることを可能とする。なお、正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１は、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズから構成される。負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２は、少なくとも１つの負の屈折力を有するレンズから構成される。

レンズ群ＤＢは、少なくとも１つの非球面を有するレンズを有するのが好ましい。なお、非球面を有するレンズを用いない場合には、往復光学系を形成するレンズ群ＤＢを複数枚のレンズを用いて構成し、屈折力を分担するのがよい。勿論、非球面を有するレンズを用いた場合でも、複数枚のレンズを用いてレンズ群ＤＢを構成することにより、往復光学系を形成する部分における収差発生をより抑えたり、その他のレンズ群で発生した収差を効果的に補正したりすることが可能となる。また、凹面鏡Ｍは、非球面で構成しても構わない。

第２の中間像ＩＭＧ２は、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に形成することが好ましい。第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に第２の中間像ＩＭＧ２を形成することで、２つの偏向反射部材及びその近傍に配置されているレンズの有効径を抑えることができると共に、第１の物体１０１と第２の物体１０２との距離（物像間距離）を効果的に短縮することができる。

第１の中間像ＩＭＧ１は、レンズ群Ｌ１とレンズ群ＤＢ２との間に形成することが好ましい。第１の中間像ＩＭＧ１をレンズ群Ｌ１とレンズ群ＤＢ２との間に形成することで、第１の偏向反射部材ＦＭ１と、レンズ群Ｌ１から凹面鏡Ｍに向かう光束との光束分離を容易にすることができる。

このように、反射屈折型投影光学系１００は、３回結像系を採用し、少なくとも２つの偏向反射部材（第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２）と、凹面鏡Ｍとを配置し、２つの偏向反射部材の間に屈折力を有するレンズを有することなく光学系を配置することで、高ＮＡ対応の３回結像系としては、物像間距離及び有効径が小さく、瞳の中心部の遮光がない、軸外光束を結像する投影光学系を達成することができる。

本発明の反射屈折型投影光学系１００は、第１の結像光学系が少なくともレンズ群Ｌ１を有し、第２の結像光学系が少なくとも負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２と、凹面鏡Ｍとを有し、第３の結像光学系が少なくともレンズ群Ｌ３を有している。また、第１の結像光学系の瞳及び第３の結像光学系の瞳は、レンズ群Ｌ１中及びレンズ群Ｌ３中に各々存在しており、その光軸上の位置は異なっている。

なお、本発明の反射屈折型投影光学系１００は、図１に示した構成に限らず、例えば、図２乃至図４に示すような構成であってもよい。図２乃至図４は、本発明の反射屈折型投影光学系１００Ａ乃至１００Ｃの構成を示す概略断面図である。

図２に示す反射屈折型投影光学系１００Ａは、図１に示す反射屈折型投影光学系１００と比較して、レンズ群Ｌ１から凹面鏡Ｍに向かう光束と、凹面鏡Ｍで反射した光束とが交差するように第１の偏向反射部材ＦＭ１を配置している点が異なる。図３に示す反射屈折型投影光学系１００Ｂ及び図４に示す反射屈折型投影光学系１００Ｃは、図１に示す反射屈折型投影光学系１００及び図２に示す反射屈折型投影光学系１００Ａと比較して、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に、屈折力を有さない光学素子ＮＰＬを有する点が異なる。

屈折力を有する光学素子が、重力方向以外に光軸を向けていると、自重変形や偏芯、保持機構（メカおさえ）等の影響によって結像性能を悪化させる一因となる可能性が高い。本発明の反射屈折型投影光学系１００、１００Ａは、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に光学素子を有さない、即ち、屈折力を有すると共に重力方向に光軸を向けていない光学素子をなくすことができるために、上述の問題を解決することができる。また、換言すれば、反射屈折型投影光学系１００、１００Ａは、屈折力を有する全ての光学素子の各々の光軸が、略重力方向に向いている。

第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に光学素子を配置する場合には、屈折力を有さない光学素子を配置するのがよい。屈折力を有さない光学素子は、屈折力を有する光学素子と比較して、偏芯精度が緩く、結像性能に与える影響も小さいからである。図３に示す反射屈折型投影光学系１００Ｂは、図１に示す反射屈折型投影光学系１００に対して第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に屈折力を有さない光学素子ＮＰＬを配置した例であり、図４に示す反射屈折型投影光学系１００Ｃは、図２に示す反射屈折型投影光学系１００Ａに対して第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間の光路中に屈折力を有さない光学素子ＮＰＬを配置した例である。

光学素子ＮＰＬは、例えば、平行平板で構成される。なお、光学素子ＮＰＬを非球面化することで、最終的な結像性能を高めることができる。

本発明の反射屈折型投影光学系１００、１００Ａ乃至１００Ｃ（なお、以下の説明では特に断らない限り、「反射屈折型投影光学系１００」は、「反射屈折型投影光学系１００Ａ乃至１００Ｃ」を総括するものとする。）は、以下の数式１及び数式２に示される条件式を満足するとよい。

数式１に示される条件式は、光学系全体の近軸倍率βとレンズ群Ｌ１の近軸倍率βＬ１との比を規定している。数式１に示される条件式の下限値を外れると、レンズ群Ｌ１から凹面鏡Ｍに向かう光束と、凹面鏡Ｍから第１の偏向反射部材ＦＭ１に向かう光束及び第１の偏向反射部材ＦＭ１との光束よけが困難となってしまう。

一方、数式１に示される条件式の上限値を越えると、第１の中間像ＩＭＧ１が大きくなりすぎてしまい、第１の中間像ＩＭＧ１の近傍のレンズの有効径が大きくなってしまうと共に、他の結像光学系での縮小倍率の負担が大きくなってしまうので好ましくない。

数式２に示される条件式は、レンズ群Ｌ３の近軸倍率βＬ３と全系の第２の物体１０１側の開口数ＮＡとの積を規定したものである。数式２に示される条件式の下限値を外れると、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する光束の広がりが小さくなりすぎる、即ち、レンズ群Ｌ３の近軸倍率βＬ３が過度に小さくなるために、第２の中間像ＩＭＧ２の近傍の偏向反射部材やレンズの有効径が過度に大きくなったり、収差補正が困難になると共に、第２の偏向反射部材ＦＭ２と第２の物体１０２との距離が大きくなってしまうために好ましくない。

一方、数式２に示される条件式の上限値を越えると、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する光束の広がりが大きくなってしまうため、第２の偏向反射部材ＦＭ２の膜特性を劣化させてしまう。特に、液浸光学系を形成し、ＮＡが１を越えるような光学系の場合には顕著となる。

光学系全体の近軸倍率βとレンズ群Ｌ１の近軸倍率βＬ１との比及びレンズ群Ｌ３の近軸倍率βＬ３と全系の第２の物体１０１側の開口数ＮＡとの積は、以下の数式３及び数式４に示される条件式を満足することが更に好ましい。

数式３及び数式４に示される条件式を満足することにより、レンズ群Ｌ１及びレンズ群Ｌ３の倍率負担をより適正にすることができると共に、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２の膜特性を劣化させることなく、より有効径の小さな、且つ、結像性能に優れた光学系を達成することが容易となる。

また、本発明の反射屈折型投影光学系１００、１００Ａ乃至１００Ｃは、第２の物体１０１側（像側）の開口数をＮＡとするとき、以下の数式５で示される条件式を満足するとよい。

数式５に示される条件式の下限値を外れると、カタディオ系に対して液浸光学系を構成した場合に、期待される解像力を得ることが困難となる。一方、数式５に示される条件式の上限値を越えると、液浸光学系の有効径が大きくなりすぎてしまうため、レンズを製造することが困難となる。

なお、本発明の反射屈折型投影光学系１００の像側の開口数ＮＡは、以下の数式６に示される条件式を満足することが更に好ましい。

また、第１の偏向反射部材ＦＭ１、或いは、第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する主光線の入射角θｐは、以下の数式７に示される条件式を満足することが好ましい。

数式７において、θｐは、最低物体高から最大物体高までの物体高の主光線と、第１の偏向反射部材ＦＭ１、或いは、第２の偏向反射部材ＦＭ２の反射面の法線とのなす角である。

数式７に示される条件式の下限値を外れると、周辺のレンズの屈折力が過度に強くなってしまうために結像性能が劣化したり、周辺のレンズが大きくなってしまうために偏向反射部材の周辺のスペースを確保することが困難になったりする。

数式７に示される条件式の上限値を越えると、第１の偏向反射部材ＦＭ１、或いは、第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する光線の角度がより大きくなってしまうために、第１の偏向反射部材ＦＭ１、或いは、第２の偏向反射部材ＦＭ２の膜特性を良好にするための設計難易度が上がってしまう。かかる設計難易度を効果的に下げるためには、数式７に示される条件式の上限値を越えないように、光学系を設計することが好ましい。

入射角θｐは、以下の数式８に示される条件式を満足することが更に好ましい。

また、反射屈折型投影光学系１００は、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１及び往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３によって生じる正のパッツバール和を、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２によって生じる負のペッツバール和で十分に補正することができる。このとき、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１のパッツバール和をＰ１、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２のペッツバール和をＰ２、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３のペッツバール和をＰ３とすると、それぞれ以下の数式９及び数式１０に示される条件式を満足することで、像面湾曲の小さい結像光学系を達成することが可能となる。

数式９に示される条件式を外れる場合、例えば、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２のペッツバール和がゼロ、或いは、正の値であると、全てがレンズのみで構成される光学系と比較して、本発明の反射屈折型投影光学系（３回結像系）１００において、凹面鏡Ｍを用いることでペッツバール和を良好に補正し、有効径の大型化を防止することができるという効果が失われてしまう。

また、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１及び／又はレンズ群Ｌ３のペッツバール和がゼロ、或いは、負の値であると、レンズ群Ｌ１及びレンズ群Ｌ３をレンズのみで構成するのが困難となる。なお、レンズ群Ｌ１及びレンズ群Ｌ３をレンズのみで構成できたとしても、レンズ群中に強い負レンズが多数必要となり、光学系を構成するレンズ枚数が多くなり過ぎてしまうため、露光収差の問題が深刻となったり、コストが高くなってしまったりする。

また、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１及び／又はレンズ群Ｌ３のペッツバール和がゼロ、或いは、負の値となるようにするために、凹面鏡Ｍをレンズ群Ｌ１、或いは、レンズ群Ｌ３に配置すると、前者は凹面鏡Ｍからの反射光束が第１の物体１０１の近傍に戻ってしまうため、第１の物体（例えば、レチクル）１０１と、戻ってきた光束及び近傍のレンズとの物理的干渉が起こり易くなり、メカ構成が困難となってしまう。一方、後者は最終結像光学系中に凹面鏡Ｍを用いることになり、高ＮＡな光学系を達成しようとすると、光束分離が困難となってしまう。

数式１０に示される条件式を外れると、像面湾曲が大きくなってしまうため、結像性能の劣化が著しくなる。但し、スリット形状が輪帯形状などのときには、数式９及び数式１０に示されている条件式を必ずしも満足しなくてもよい。像面が湾曲していても使用している像高の一部分における結像性能がよければ構わないからである。また、スリット形状が矩形形状であっても、像高のごく一部を使用する場合には同様に、数式９及び数式１０に示される条件式を満足しなくてもよい。

また、反射屈折型投影光学系１００は、以下の数式１１に示される条件式を満足するとよい。

ここで、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３との距離をＹ、φＬ２＿ｍａｘは反射屈折群Ｌ２における最大有効径、φＬ３＿ｍａｘはレンズ群Ｌ３における最大有効径を示す。

数式１１に示される条件式の下限値を外れると、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３の間隔が大きく離れすぎてしまうため、装置が大型化してしまう。一方、数式１１に示される条件式の上限値を越えると、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３との間隔が近すぎてしまうため、反射屈折群Ｌ２のレンズや凹面鏡Ｍとレンズ群Ｌ３のレンズとが干渉したり、鏡筒が構成できなくなってしまったりする。

また、凹面鏡Ｍの有効径をφＭ、凹面鏡Ｍにおける光軸ＡＸ２からの最軸外主光線の高さをｈＭとしたとき、以下の数式１２で示される条件式を満足することが好ましい。

数式１２に示される条件式を外れると、凹面鏡Ｍが瞳の近傍から離れてしまうために、補正が困難な非点収差等の発生を抑えることが難しくなる。

第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、例えば、偏向反射ミラーで構成される。かかる偏向反射ミラーの形状は、平面板形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、硝子の裏面反射を利用した反射ミラー等であってもよい。

図示しない開口絞りは、レンズ群Ｌ３中に配置することが好ましい。但し、レンズ群Ｌ１中又はレンズ群Ｌ２中の凹面鏡Ｍの近傍に配置しても構わない。また、複数の開口絞りを配置しても構わない。

反射屈折型投影光学系１００は、第２の物体１０２面が光軸方向に変動しても倍率の変化がないようにするために、少なくとも像面側で略テレセントリックに構成することが好ましい。また、物体側でも略テレセントリックに構成できれば、より好ましい。

反射屈折型投影光学系１００は、収差を補正する補正機構を有することができる。補正機構は、例えば、レンズ群Ｌ１中において、レンズを光軸方向及び／又は光軸に対して垂直方向やその他の方向に移動させたり、レンズを偏芯させたりする機能を有する。また、反射屈折群Ｌ２やレンズ群Ｌ３にも同様な補正機構を構成してもよい。更には、凹面鏡Ｍを変形させる機構を設けて収差を補正してもよく、勿論、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２を変形させる機能を設けて収差を補正してもよい。

反射屈折型投影光学系１００は、本実施形態では、第２の物体１０２面と光学系の最終レンズ面との間を液体で満たす、所謂、液浸の構成であるが、液浸の構成ではなく、第２の物体１０２面と光学系の最終レンズ面との間は、気体であってもよい。第２の物体１０２面と光学系の最終レンズ面との間が気体である場合には、像側の開口数ＮＡは１より小さくなる。

反射屈折型投影光学系１００は、第１の中間像ＩＭＧ１や第２の中間像ＩＭＧ２の近傍に視野絞りを配置しても構わない。また、第２の物体１０２面の近傍に視野絞りを配置しても構わないし、最終レンズ面に視野絞りの機能を有する機構を設けても構わない。反射屈折型投影光学系１００の第２の物体１０２を液浸の構成にした場合や、反射屈折型投影光学系１００を構成する光学素子として回折光学素子を用いた場合には、光学系の最終レンズ面に視野を制限する絞りを配置したり、その近傍に視野絞りを配置したりすると、ゴーストやフレアの防止により効果的である。

なお、本実施形態の反射屈折型投影光学系１００のように、液浸光学系を構成する場合には、回折光学素子の有無に関わらず、液体の特性等が結像性能に与える影響を最小限に抑える必要から、光学系の最終レンズ面と第２の物体１０２との間（光軸上の間隔）は、５ｍｍ以下程度であることが好ましい。但し、液体が、光学系の特性に影響を与えないのであればその限りではない。

本発明の反射屈折型投影光学系１００は、短波長の光、好ましくは、２００ｎｍ以下の波長を有する光を露光光として用いる露光装置に好適であり、特に、液浸化が望まれているＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ_２レーザー等の波長に用いると効果的である。特に、反射屈折型投影光学系１００の全系の倍率βが、１／１０≦｜β｜≦１／３程度の範囲で用いるとよい。

以下、本発明の反射屈折型投影光学系１００の具体的なレンズ構成について説明する。

図５は、実施例１の反射屈折型投影光学系１００の具体的なレンズ構成を示す光路図である。図５を参照するに、反射型投影光学系１００は、第１の物体１０１側から順に、往復光学系を形成しないレンズ群（第１のレンズ群）Ｌ１と、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２、往復光学系を形成しないレンズ群（第２のレンズ群）Ｌ３とを有する。

レンズ群Ｌ１は、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズである。反射屈折群Ｌ２は、往復光学系を形成するレンズ群（第３のレンズ群）ＤＢと、凹面鏡Ｍから構成される。また、往復光学系を形成するレンズ群ＤＢは、正の屈折力のレンズ群（第４のレンズ群）ＤＢ１と、負の屈折力のレンズ群（第５のレンズ群）ＤＢ２から構成される。レンズ群Ｌ３は、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズ群である。

反射型投影光学系１００は、２つの偏向反射部材（第１の偏向反射部材及び第２の偏向反射部材）ＦＭ１及びＦＭ２を有し、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２共にレンズ群Ｌ３と凹面鏡Ｍとの間に配置されている。詳細には、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、レンズ群Ｌ３と反射屈折群Ｌ２との間に配置されている。本実施形態においては、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間には光学素子が配置されていない。

第１の偏向反射部材ＦＭ１は、光軸ＡＸ１を９０度折り曲げて光軸ＡＸ２とする。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、光軸ＡＸ２を９０度折り曲げて光軸ＡＸ３とする。これにより、光束も曲げられる。第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。

軸外光束の実像である第１の中間像ＩＭＧ１は、本実施形態では、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１と往復光学系を形成するレンズ群ＤＢ１との間に存在している。また、実像である第２の中間像ＩＭＧ２は、往復光学系を形成するレンズ群ＤＢ１と往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３との間に存在し、詳細には、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に存在する。

往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１は、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、両凸形状の正レンズＬ１１１と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１２と、両凸形状の正レンズＬ１１３と、第１の物体１０１側に略平面を向けた略平凸形状の正レンズＬ１１４と、両凸形状の正レンズＬ１１５と、第１の物体１０１側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１６と、第１の物体１０１側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１７と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１８と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１９と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２０及びＬ１２１と、凹面鏡Ｍ側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１２２から構成される。

往復光学系を形成する正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１は、第１の物体１０１側から順に、第１の物体１０１側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＤＢ１１１と、凹面鏡Ｍに凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＤＢ１１２から構成される。

往復光学系を形成する負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２は、第１の物体１０１側から順に、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＤＢ２１１及びＤＢ２１２と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＤＢ２１３から構成される。

往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３は、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１１及びＬ３１２と、両凹形状の非球面負レンズＬ３１３と、第２の物体１０２側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３１４及びＬ３１５と、第２の物体１０２側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３１６と、両凸形状の正レンズＬ３１７と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３１８と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３１９と、開口絞り１０３と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３２０と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３２１と、第２の物体１０２側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３２２と、第２の物体１０２側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３２３と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ３２４から構成される。

開口絞り１０３は、本実施形態では、正レンズＬ３１９と正レンズＬ３２０との間に配置されているが、かかる位置に限定するものではない。例えば、非球面正レンズＬ３１６から非球面正レンズＬ３２２の間に開口絞り１０３を配置してもよい。また、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２中の凹面鏡Ｍの近傍及び／又は往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１中の瞳の近傍に配置しても構わない。

実施例１の反射屈折型投影光学系１００は、投影倍率が１／４倍であり、基準波長が１９３ｎｍ、硝材として石英及び蛍石を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝１．２７、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝１７０８ｍｍ程度である。また、像高は、約３．５ｍｍ乃至１６．５ｍｍの範囲において収差が補正されており、少なくとも、長さ方向２６ｍｍ、幅６．６ｍｍ程度の軸外の矩形の露光領域を確保することができる。

図５では、軸外のある１点の物体高から出た光束を示しているが、実際には、反射型投影光学系１００は、第１の物体１０１の光軸から外れたある範囲の軸外物体高を使用している。その際、第１の物体１０１及び第２の物体１０２面上において、光軸を含まない矩形のスリット領域、或いは、光軸を含まない円弧状のスリット領域が露光領域となる。

実施例１の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図６に示す。図６は、基準波長１９３．０ｎｍ及び±０．２ｐｍの波長について示しており、単色及び色収差が良好に補正されているのがわかる。なお、使用する硝材は、本実施形態では、石英と蛍石のみを使用したが、その他の使用可能な硝材を同時に、或いは、単独で使用しても構わない。

最終レンズ面（即ち、正レンズＬ３２４）と第２の物体１０２との間に供給される液体は、本実施形態では、水であるが、その屈折率は限定されるものではない。また、投影光学系として使用可能であれば、別の液体を使用しても構わない。

実施例１の反射屈折型投影光学系１００の数値諸元表を以下の表１に示す。なお、表１中のｉは第１の物体１０１から光の進行方向に沿った面番号、ｒｉは面番号に対応した各面の曲率半径、ｄｉは各面の面間隔を示す。レンズ硝材ＳｉＯ_２（石英）及びＣａＦ_２（蛍石）と液体である水（好ましくは、純水）は、基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対する屈折率を各々１．５６０９、１．５０１８、１．４３７としている。また、基準波長に対する＋０．２ｐｍ及び−０．２ｐｍの波長の屈折率は、ＳｉＯ_２の場合、各々１．５６０８９９６８、１．５６０９００３１であり、ＣａＦ_２の場合、各々１．５０１７９９８０、１．５０１８００１９であり、水の場合、各々１．４３６９９５７６、１．４３７０００４２４である。また、非球面の形状は、Ｘ＝（Ｈ^２／４）／（１＋（（１−（１＋ｋ）・（Ｈ／ｒ）^２））^１／２）＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２＋ＦＨ^１４＋ＧＨ^１６で与えられるものとする。ここで、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、ｒｉは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは非球面係数である。

図７は、実施例２の反射屈折型投影光学系１００の具体的なレンズ構成を示す光路図である。図７を参照するに、反射屈折型投影光学系１００は、第１の物体１０１側から順に、往復光学系を形成しないレンズ群（第１のレンズ群）Ｌ１と、往復光学系を形成する反射屈折群Ｌ２と、往復光学系を形成しないレンズ群（第２のレンズ群）Ｌ３とを有する。

レンズ群Ｌ１は、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズである。反射屈折群Ｌ２は、往復光学系を形成するレンズ群（第３のレンズ群）ＤＢと、凹面鏡Ｍから構成される。また、往復光学系を形成するレンズ群ＤＢは、正の屈折力のレンズ群（第４のレンズ群）ＤＢ１と、負の屈折力のレンズ群（第５のレンズ群）ＤＢ２から構成される。レンズ群Ｌ３は、少なくとも１つのレンズから構成される屈折レンズ群である。

第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、レンズ群Ｌ３と反射屈折群Ｌ２との間に配置されている。本実施形態においては、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間には光学素子が配置されていない。

第１の偏向反射部材ＦＭ１は、光軸ＡＸ１を９０度折り曲げて光軸ＡＸ２とする。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、光軸ＡＸ２を９０度折り曲げて光軸ＡＸ３とする。これにより、光束も曲げられる。第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。

軸外光束の実像である第１の中間像ＩＭＧ１は、本実施形態では、往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１と往復光学系を形成するレンズ群ＤＢ１との間に存在している。また、実像である第２の中間像ＩＭＧ２は、往復光学系を形成するレンズ群ＤＢ１と往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３との間に存在し、詳細には、第１の偏向反射部材ＦＭ１と第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に存在する。なお、第１の中間像ＩＭＧ１は、レンズ群Ｌ１と凹面鏡Ｍとの間に存在する。但し、第１の中間像ＩＭＧ１は、往復光学系を形成する正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１中に存在してもよいし、往復光学系を形成する正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１と負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２との間に存在しても構わない。

往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ１は、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、両凸形状の正レンズＬ１１１と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１２と、両凸形状の正レンズＬ１１３と、凹面鏡Ｍ側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１４と、第１の物体１０１側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ１１５と、第１の物体１０１側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１６と、第１の物体１０１側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１７と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１８と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１９と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２０及びＬ１２１と、凹面鏡Ｍ側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１２２から構成される。

往復光学系を形成する正の屈折力を有するレンズ群ＤＢ１は、第１の物体１０１側から順に、両凸形状の正レンズＤＢ１１１と、凹面鏡Ｍに凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＤＢ１１２から構成される。

往復光学系を形成する負の屈折力を有するレンズ群ＤＢ２は、第１の物体１０１側から順に、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＤＢ２１１と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負ＤＢ２１２と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＤＢ２１３から構成される。

往復光学系を形成しないレンズ群Ｌ３は、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１１と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正Ｌ３１２と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３１３と、第２の物体１０２側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズＬ３１４と、第２の物体１０２側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３１５と、第２の物体１０２側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３１６と、両凸形状の正レンズＬ３１７と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３１８と、第２の物体１０２側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３１９と、開口絞り１０３と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３２０と、第２の偏向反射部材ＦＭ２側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３２１及びＬ３２２と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ３２３から構成される。

開口絞り１０３は、本実施形態では、正レンズＬ３１９と正レンズＬ３２０との間に配置されているが、かかる位置に限定するものではない。

実施例２の反射屈折型投影光学系１００は、投影倍率が１／４倍であり、基準波長が１９３ｎｍ、硝材として石英及び蛍石を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝１．２７、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝１６８８ｍｍ程度である。また、像高は、約３．５ｍｍ乃至１６．２５ｍｍの範囲において収差が補正されており、少なくとも、長さ方向２６ｍｍ、幅６．２ｍｍ程度の軸外の矩形の露光領域を確保することができる。なお、露光領域は、矩形に限定するものではなく、例えば、円弧形状の露光領域でも構わない。

実施例２の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図８に示す。図８は、基準波長１９３．０ｎｍ及び±０．２ｐｍの波長について示しており、単色及び色収差が良好に補正されているのがわかる。

最終レンズ面（即ち、正レンズＬ３２３）と第２の物体１０２との間に供給される液体は、本実施形態では、水であるが、その屈折率は限定されるものではない。また、投影光学系として使用可能であれば、別の液体を使用しても構わない。

実施例２の反射屈折型投影光学系１００の数値諸元表を以下の表２に示す。なお、表２中の各記号等は、表１の定義と同じである。

本発明の反射屈折型投影光学系によれば、第１の物体（レチクル）面と第２の物体（ウェハ）面とを平行に配置することができると共に、液浸化による更なる高ＮＡ化に対して光学系を大型化することなく、物像間距離を短縮した光学系を構成することができる。また、全ての屈折力を有する光学素子の光軸が略重力方向を向いていることで、優れた結像性能を安定的に達成することができる。

以下、図９を参照して、本発明の反射屈折型投影光学系１００を適用した露光装置２００について説明する。図９は、本発明の一側面としての露光装置２００の構成を示す概略断面図である。

露光装置２００は、投影光学系１００の被処理体２４０側にある最終レンズ面と被処理体２４０との間の少なくとも一部に供給される液体ＷＴを介して、レチクル２２０に形成された回路パターンをステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式で被処理体２４０に露光する液浸型の投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

露光装置２００は、図９に示すように、照明装置２１０と、レチクル２２０を載置するレチクルステージ２３０と、反射屈折型投影光学系１００と、被処理体２４０を載置するウェハステージ２５０と、液体給排機構２６０と、図示しない制御部とを有する。図示しない制御部は、照明装置２１０、レチクルステージ２３０、ウェハステージ２５０、液体給排機構２６０を制御可能に接続されている。

照明装置２１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２２０を照明し、光源部２１２と、照明光学系２１４とを有する。

光源部２１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部２１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系２１４は、レチクル２２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系２１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクル２２０は、例えば、反射型又は透過型レチクルで、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ２３０に支持及び駆動されている。レチクル２２０から発せられた回折光は、反射屈折型投影光学系１００を介し、被処理体２４０上に投影される。レチクル２２０と被処理体２４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００は、スキャナーであるため、レチクル２２０と被処理体２４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル２２０のパターンを被処理体２４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクル２２０と被処理体２４０を静止させた状態で露光が行われる。

レチクルステージ２３０は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ２３０を駆動することでレチクル２２０を移動することができる。露光装置２００は、レチクル２２０と被処理体２４０を図示しない制御部によって同期した状態で走査する。ここで、レチクル２２０又は被処理体２４０の面内で走査方向をＹ軸、それに垂直な方向をＸ軸、レチクル２２０又は被処理体２４０の面に垂直な方向をＺ軸とする。

反射屈折型投影光学系１００は、レチクル２２０面上のパターンを像面上に縮小投影する反射屈折型投影光学系である。反射屈折型投影光学系１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。

被処理体２４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、その他の被処理体を広く含む。被処理体２４０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ２５０は、図示しないウェハチャックによって被処理体２４０を支持する。ウェハステージ２５０は、レチクルステージ２３０と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に被処理体２４０を移動する。また、レチクルステージ２３０の位置とウェハステージ２５０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ２５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ２３０及び反射屈折型投影光学系１００は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

液体給排機構２６０は、給排ノズル２６２を介して、反射屈折型投影光学系１００と被処理体２４０との間、詳細には、反射屈折型投影光学系１００の被処理体２４０側の最終レンズ面（反射屈折型投影光学系１００の被処理体２４０側の最終端に配置されている光学素子）と被処理体２４０との間に液体ＷＴを供給すると共に、供給した液体ＷＴを回収する。即ち、反射屈折型投影光学系１００と被処理体２４０の表面で形成される間隙は、液体給排機構２６０から供給される液体ＷＴで満たされている。液体ＷＴは、本実施形態では、純水であるが、特に純水に限定するものではなく、露光光の波長に対して高い透過特性及び高い屈折率特性を有し、反射屈折型投影光学系１００や被処理体２４０に塗布されているフォトレジストに対して化学的安定性の高い液体を使用することができ、例えば、フッ素系不活性液体を使用してもよい。

図示しない制御部は、ＣＰＵ、メモリを有し、露光装置２００の動作を制御する。制御部は、照明装置２１０、レチクルステージ２３０（即ち、レチクルステージ２３０の図示しない移動機構）、ウェハステージ２５０（即ち、ウェハステージの図示しない移動機構）、液体給排機構２６０と電気的に接続されている。制御部は、例えば、露光時のウェハステージ２５０の駆動方向等の条件に基づいて、液体ＷＴの供給と回収、或いは、停止の切り替え及び液体ＷＴの給排量を制御する機能も有する。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置２００を動作するファームウェアを格納する。

露光において、光源部２１２から発せられた光束は、照明光学系２１４によりレチクル２２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル２２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、反射屈折型投影光学系１００により、液体ＷＴを介して被処理体２４０に結像される。露光装置２００が用いる反射屈折型投影光学系１００は、優れた結像性能を有し、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１０及び図１１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１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ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、半導体チップ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（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェ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ェハを用いて半導体チップ化する工程であり、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。

図１１は、ステップ４のウェ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、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェ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、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェ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ェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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ェハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、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。

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、本発明の反射屈折型投影光学系は、液浸型の露光装置でなくても適用することができる。また、本発明の反射屈折型投影光学系は、３回結系だけではなく、３回以上の結像系にも適用することができる。

本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系の構成を示す概略断面図である。 本発明の反射屈折型投影光学系の別の構成を示す概略断面図である。 本発明の反射屈折型投影光学系の別の構成を示す概略断面図である。 本発明の反射屈折型投影光学系の別の構成を示す概略断面図である。 本発明の反射屈折型投影光学系の具体的なレンズ構成を示す光路図である。 図５に示す反射屈折型投影光学系の収差図である。 本発明の反射屈折型投影光学系の具体的なレンズ構成を示す光路図である。 図７に示す反射屈折型投影光学系の収差図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００ 反射屈折型投影光学系
１０１ 第１の物体
１０２ 第２の物体
１０３ 開口絞り
Ｌ１ レンズ群（第１のレンズ群）
Ｌ２ 反射屈折群
Ｌ３ レンズ群（第２のレンズ群）
ＤＢ レンズ群（第３のレンズ群）
ＤＢ１ レンズ群（第４のレンズ群）
ＤＢ２ レンズ群（第５のレンズ群）
Ｍ 凹面鏡
ＩＭＧ１ 第１の中間像
ＩＭＧ２ 第２の中間像
ＦＭ１ 第１の偏向反射部材
ＦＭ２ 第２の偏向反射部材
ＡＸ１乃至ＡＸ３ 光軸
２００ 露光装置

Claims (15)

1. 第１の物体の中間像を複数回形成し、第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、
   少なくとも１つの凹面鏡と、
   少なくとも２つの偏向反射部材とを有し、
   前記２つの偏向反射部材の間の光路中に屈折力を持つ光学素子を有さないことを特徴とする反射屈折型投影光学系。
2. 前記凹面鏡は、前記第１の物体と対向して配置されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折型投影光学系。
3. 屈折力を有する光学素子を更に有し、
   前記光学素子は、光軸が重力方向と略平行となるように配置されることを特徴とする請求項１記載の反射屈折型投影光学系。
4. 第１の物体の中間像を２回形成し、第２の物体上に結像する３回結像系であり、前記第１の物体側から順に、入射光及び反射光が通過する往復光学系を形成しない第１のレンズ群と、前記往復光学系を形成する反射屈折群と、前記往復光学系を形成しない第２のレンズ群とを有する反射屈折型投影光学系であって、
   前記反射屈折群は、第３のレンズ群と、前記第１の物体と対向して配置される凹面鏡とを有し、
   前記第３のレンズ群は、前記第１の物体側から順に、正の屈折力を有する第４のレンズ群と、負の屈折力を有する第５のレンズ群とを有し、
   前記凹面鏡と前記第２のレンズ群との間の光路中に配置される少なくとも２つの偏向反射部材とを有することを特徴とする反射屈折型投影光学系。
5. 前記２つの偏向反射部材の間の光路中に屈折力を持つ光学素子を有さないことを特徴とする請求項４記載の反射屈折型投影光学系。
6. 前記第１のレンズ群の近軸倍率をβＬ１、全系の近軸倍率をβとしたとき、
   ４．０＜｜βＬ１／β｜＜２４
   を満足することを特徴とする請求項４又は５記載の反射屈折型投影光学系。
7. 前記第２のレンズ群の近軸倍率をβＬ３、前記第２の物体側の開口数をＮＡとしたとき、
   ０．０５＜｜βＬ３×ＮＡ｜＜０．２５
   を満足することを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか一項記載の反射屈折型投影光学系。
8. 前記２つの偏向反射部材の各々の法線は、実質的に９０度をなすことを特徴とする請求項１又は４記載の反射屈折型投影光学系。
9. 前記第１の物体と前記第２の物体は、平行に配置されることを特徴とする請求項１又は４記載の反射屈折型投影光学系。
10. 前記第２の物体に最も近い中間像は、前記２つの偏向反射部材の間に形成されることを特徴とする請求項１又は４記載の反射屈折型投影光学系。
11. 前記第１乃至第５のレンズ群及び反射屈折群が有する屈折力を有する光学素子は、光軸が重力方向と略平行となるように配置されることを特徴とする請求項４記載の反射屈折型投影光学系。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の反射屈折型投影光学系と、
    前記第１の物体面上にレチクルのパターンを位置付けるべく当該レチクルを保持するレチクルステージと、
    前記第２の物体面上に感光層を位置付けるべく被処理体を保持するウェハステージと、
    前記レチクルを照明した状態で前記レチクルステージ及び前記ウェハステージを同期して走査する手段とを有することを特徴とする露光装置。
13. 光源からの光でパターンを照明する照明光学系と、
    前記パターンからの光を被処理体上に投影する請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の反射屈折型投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
14. 前記被処理体と前記反射屈折型投影光学系の最も被処理体側のレンズ面との間の少なくとも一部に液体が満たされていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の露光装置。
15. 請求項１１乃至１４のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体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。