JP2006119490A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡易な構成で、平面ミラーの反射膜の影響を最小限に抑え、高ＮＡ化に伴う光線とレンズの物理的干渉や、平面ミラーと中間像との間のレンズで発生する色コマ収差を低減し、優れた結像性能を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】 凹面鏡を有し、第１の物体の中間像を形成すると共に、入射光及び反射光が通過する往復光学系である第１の結像光学系と、前記中間像の像を第２の物体上に形成する第２の結像光学系と、前記凹面鏡と前記中間像との間に配置され、前記第１の結像光学系からの光線を前記第２の結像光学系に導く第１の光路偏向部材とを有し、前記第１の光路偏向部材は、前記第１の結像光学系の復路の光線を前記第１の光学系の往路の光線と交差する向きに偏向し、前記中間像は、前記偏向後に、光学素子を介することなく形成される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、最もウェハ型のレンズ）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Ｆ２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は、露光波長が１９３ｎｍや１５７ｎｍの場合、光学系内での光の吸収量が多くなるため、ウェハ上での露光量が低下し、スループットの低下の原因となる。また、レンズの熱吸収（光を吸収することによりレンズの温度が上昇する）による焦点位置の変動及び収差変動などの問題（熱収差）が生じる。また、石英と蛍石の分散値の差が大きくないため色収差の補正が難しく、特に、露光波長が１５７ｎｍになると使用可能な硝材が蛍石のみとなり、色収差の補正が更に困難となる。更に、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おり、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開示されている（例えば、特許文献１乃至１０参照。）。
露光光の短波長化や高ＮＡ化に対応して反射系を含んだ投影光学系は、色収差の補正が可能であり、理想的には、像面上で十分な大きさの結像領域が得られると共に、十分な像側作動距離を簡易な構成で確保できることが望ましい。像面上で十分な大きさの結像領域が得られれば、走査型露光装置において、スループット上有利であり、露光変動を抑えることができる。十分な像側作動距離を確保できれば、装置のオートフォーカス系やウェハステージなどの搬送系などを構成する上で好ましい。また、簡易な構成であれば、鏡筒等も複雑化させることはなく、組立製造上のメリットもある。
米国特許第５６５０８７７号 特開昭６２−２１０４１５号公報 特開昭６２−２５８４１４号公報 特開平５−１８８２９８号公報 特開平６−２３０２８７号公報 特開平２−６６５１０号公報 特開平３−２８２５２７号公報 特開平８−３０４７０５号公報 特開２０００−４７１１４号公報 特開２００３−４３３６２号公報
しかしながら、特許文献１に開示された光学系は、光路中にマンジンミラーと屈折部材を配置し、レチクルの像をウェハに露光するものであるが、かかる光学系は、使用する全ての画角において瞳の中心部分の遮光（中抜け）が起こると共に、露光領域を大きくすることができないという欠点を有している。また、露光領域を大きくしようとすると、瞳の中心部分の遮光が大きくなる。更に、マンジンミラーの屈折面がビームスプリット面を形成しており、かかる面を通過するごとに光量は半分になり、像面（ウェハ面）では、光量が１０％程度に低下するという問題を有している。
特許文献２及び３は、カセグレン型やシュワルツシルト型のミラー系を応用し、ミラー中心部に開口を設けることにより瞳の中抜けを生じさせ、瞳の周辺部分のみを結像に寄与させる光学系を提案しているが、瞳の中抜けにより結像性能が劣化してしまう。また、瞳の中抜けを小さくしようとすると、必然的にミラーのパワーが大きくなるため、ミラーへの入射角度も大きくなり、高ＮＡ化を図るとミラー径が著しく増大してしまう。
特許文献４及び５に開示された光学系は、光路の折れ曲がりにより構成が複雑化しており、中間像を最終像へ結像させる光学群のパワーの大部分を凹面鏡が担っているため、構成上高ＮＡ化が困難である。また、凹面鏡と像面との間に配置されているレンズ系の倍率が縮小系で正の符号であるため、像側作動距離が十分に確保できない。更に、光路分割の必要から結像領域幅を確保するのも困難であり、光学系が大型化しているのでフットプリント上も好ましくない。
特許文献６及び７に開示された光学系は、光路がビームスプリッターによって分割されるため、鏡筒の構造が複雑化してしまう。また、径が大きいビームスプリッターを必要とし、プリズム型の場合、その厚みによる光量損失が大きく、高ＮＡ化に際しては更に径が大きくなり、光量損失もますます大きくなってしまう。平板型のビームスプリッターの場合は、軸上光線においても非点収差及びコマ収差が発生してしまう問題がある。更に、熱吸収による非対称収差の発生や光束分割面での特性変化による収差の発生を招くことに加えて、精度よくビームスプリッターを製造することも難しい。
特許文献８乃至１０に開示された光学系は、中間像を１回形成する２回結像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し、第１の物体（レチクル）の中間像を形成する第１の結像光学系、かかる中間像を第２の物体（ウェハ）上に結像する第２の結像光学系より構成される。特許文献８の光学系は、中間像近傍に光軸及び光束を偏向するための第１の平面ミラーを配置している。また、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、更に、第２の平面ミラーに偏向され、或いは、第２の平面ミラーを介することなく、第２の物体上に結像する。また、特許文献９の光学系は、第１の物体（レチクル）からの光束を正レンズで屈折させ、第１の平面ミラーによって光軸を直ぐに偏向し、凹面鏡を含む往復光学系によって反射された光束を第１の結像光学系中の第２の平面ミラーで偏向して中間像を形成している。かかる中間像を第２の結像光学系によって第２の物体（ウェハ）上に投影している。しかしながら、第１の結像光学系の倍率がより縮小系となっている（第１の結像光学系の光軸倍率｜β１｜＝０．６２５程度）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、第１の中間像のＮＡを大きくすることになり、その結果、平面ミラーへの入射角度範囲が大きくなってしまう。これは、高ＮＡ化に伴ってより深刻な問題となる。即ち、第１の結像光学系が縮小倍率を負担しすぎるために、高ＮＡ化により平面ミラーへの入射角度範囲が非常に大きくなり、平面ミラーの反射膜の影響でＰ偏光とＳ偏光との反射強度に大きな差が生じ、結果として、有効画面内での線幅方向差を増大させてしまうために好ましくない。また、特許文献１０の光学系は、第１の物体（レチクル）からの光束を第１の平面ミラーで偏向し、凹面鏡を含む往復光学系で反射した後、第２の平面ミラーで偏向し、その後、正のレンズを介して中間像を形成する。かかる中間像を、第２の結像光学系によって第２の物体（ウェハ）上に投影する。このように、正レンズを介して中間像を形成することにより、第２の平面ミラーから中間像までの距離が長くなり、第２の平面ミラー上での光束径が大きくなるため、反射面に存在するわずかな傷が像平面上に投影される像の品質に及ぼす影響を無視することができる。更に、中間像の前後に対称的に正のレンズを配置することで、レンズの加熱によって発生するコマ収差などの結像エラーへの非対称的寄与が補償される利点がある。しかしながら、平面ミラーへの光線入射角度が大きいため、反射膜の特性をコントロールするのが困難になるという問題がある。即ち、平面ミラーの反射膜の影響によりＰ偏光とＳ偏光の反射強度の差が大きくなり、有効画面領域内での線幅方向差を増大させてしまう。
一方、特許文献１０の図４に開示された光学系は、第１の物体（レチクル）からの光束を凹面鏡を含む往復光学系で反射し、第１の平面ミラーによって往復光学系の復路の光線を往路の光線と交差する方向に偏向させた後、レンズを介して中間像を形成する。そして、かかる中間像からの光束を、第２の平面ミラーで偏向し、第２の物体（ウェハ）上に投影している。しかしながら、かかる光学系は、特許文献１０の実施例１の構成を数値実施例を変えることなく、平面ミラーの配置を変えただけであり、平面ミラーへの光線入射角度による反射膜への影響については何ら言及していない。更に、何れの実施例においても、第１の平面ミラーと中間像との間に正のレンズを配置する構成であるために、中間像のＮＡが大きくなることで第２の平面ミラーでの光線入射角度範囲が大きくなり、ミラーの反射膜の設計及び成膜のコントロールが困難である。また、高ＮＡ化が進むに従って、往復光学系の往路のマージナル光線とレンズの物理的干渉により光学系の配置が困難となってしまう。また、第１の平面ミラーから中間像までの距離を長くする必要があるために、第１の平面ミラー上での光束径が大きくなってしまい、往路の光束を制限してしまう。これにより、十分な有効結像領域の確保が困難となる。有効結像領域を確保するために第１の物体高を高くすることは、広角化することになるため収差補正が困難となり、好ましくない。更に、第１の平面ミラーと中間像との間のレンズによって発生する色コマ収差が、第２の結像光学系で発生する色コマ収差と同方向となるため、色コマ収差が増大されることになり、高ＮＡ化に伴い所望の結像性能を得ることが困難となる。
そこで、本発明は、簡易な構成で、平面ミラーの反射膜の影響を最小限に抑え、高ＮＡ化に伴う光線とレンズの物理的干渉や、平面ミラーと中間像との間のレンズで発生する色コマ収差を低減し、優れた結像性能を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、凹面鏡を有し、第１の物体の中間像を形成すると共に、入射光及び反射光が通過する往復光学系である第１の結像光学系と、前記中間像の像を第２の物体上に形成する第２の結像光学系と、前記凹面鏡と前記中間像との間に配置され、前記第１の結像光学系からの光線を前記第２の結像光学系に導く第１の光路偏向部材とを有し、前記第１の光路偏向部材は、前記第１の結像光学系の復路の光線を前記第１の光学系の往路の光線と交差する向きに偏向し、前記中間像は、前記偏向後に、光学素子を介することなく形成されることを特徴とする。
本発明の別の側面としての反射屈折型投影光学系は、凹面鏡を有し、第１の物体の中間像を形成すると共に、入射光及び反射光が通過する往復光学系である第１の結像光学系と、前記中間像の像を第２の物体上に形成する第２の結像光学系と、前記凹面鏡と前記中間像との間に配置され、前記第１の結像光学系からの光線を前記第２の結像光学系に導く第１の光路偏向部材と、前記中間像と前記第２の物体との間に配置される第２の光路偏向部材と、前記第１の光路偏向部材と前記第２の光路偏向部材との間に配置され、正のパワーを有する光学素子とを有し、前記第１の光路偏向部材は、前記第１の結像光学系の復路の光線を前記第１の光学系の往路の光線と交差する向きに偏向し、前記中間像は、前記偏向後に形成され、前記光学素子は、全て正の拡大倍率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、簡易な構成で、平面ミラーの反射膜の影響を最小限に抑え、高ＮＡ化に伴う光線とレンズの物理的干渉や、平面ミラーと中間像との間のレンズで発生する色コマ収差を低減し、優れた結像性能を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。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。第１の物体１０１の結像に至る有効領域は、軸上を含まない軸外のリングフィールド状の領域となっている。また、図１によく示されているように、反射屈折型投影光学系１００は、瞳の中心部分の遮蔽（中抜け）が起こらない光学系となっている。
反射屈折型投影光学系１００は、第１の物体１０１側から光線の通過する順に、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。第１の結像光学系Ｇｒ１は、レンズ群Ｌ１Ａと、瞳位置近傍に配置した凹面鏡Ｍ１と、往復光学系（部分）Ｌ１Ｂとを有し、第１の物体１０１の実像（中間像ＩＭＧ）を形成する。その際、第１の結像光学系Ｇｒ１からの光束を、光軸ＡＸ１に対して４５度傾いて配置されている第１の偏向反射部材ＦＭ１によって偏向することで第２の結像光学系Ｇｒ２に導いている。また、光軸ＡＸ２に対して４５度傾いて配置されている第２の偏向反射部材ＦＭ２は、中間像ＩＭＧからの光束を偏向することで、第１の物体１０１と第２の物体１０２とを平行に配置することを可能にしている。図１では、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とが平行になるように構成している。また、光軸ＡＸ２は、光軸ＡＸ１及び光軸ＡＸ３と直交している。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、レンズ群Ｌ２Ａと、レンズ群Ｌ２Ｂとを有する。第２の結像光学系Ｇｒ２は、レンズ群Ｌ２Ｂ内に瞳を有し、中間像ＩＭＧの像を第２の物体１０２上に所定の倍率で形成する。
反射屈折型投影光学系１００は、第２の結像光学系Ｇｒ２で発生する色収差及び正のペッツバール和を、第１の結像光学系Ｇｒ１の凹面鏡Ｍ１及びレンズによって補正している。
本発明の反射屈折型投影光学系１００において、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、図１に示すように、往復光学系である第１の結像光学系Ｇｒ１の復路の光線を偏向し、詳細には、第１の結像光学系Ｇｒ１の復路の光線を往路の光線と交差する向きに偏向している。これにより、第１の偏向反射部材ＦＭ１に入射する主光線の入射角度を４５度以下に抑えることができる。また、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、正パワーのレンズ群（フィールドレンズ）Ｌ２Ａを配置することで、同様に、第２の偏向反射部材ＦＭ２に入射する主光線の入射角度を抑えることができる。これにより、平面ミラーの反射膜の影響で生じるＰ偏向とＳ偏向との反射強度の差を小さく抑えることが可能となる。
反射屈折型投影光学系１００は、第１の偏向反射部材ＦＭ１で反射した後、レンズを介することなく中間像ＩＭＧを形成する構成としている。これにより、第１の結像光学系Ｇｒ１のマージナル光線とレンズ群Ｌ２Ａとの物理的干渉を回避することができ、更なる高ＮＡ化に対して光学系の構成が容易となる。
反射屈折型投影光学系１００は、第１の偏向反射部材ＦＭ１と中間像ＩＭＧとの間にレンズを配置せず、中間像ＩＭＧと第２の偏向反射部材ＦＭ２との間にレンズ群Ｌ２Ａを配置している。これにより、特に、更なる高ＮＡ化で問題となる第２の物体１０２の近傍のレンズで発生するコマ収差を補償する効果を得ることができる。
反射屈折型投影光学系１００は、第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率をβ１、第１の物体１０１側の光束の開口数をＮＡＯとすると、以下の数式１に示される条件式を満足することが好ましい。
数式１に示される条件式は、第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率βと第１の物体１０１側の光束の開口数ＮＡＯ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、第１の結像光学系Ｇｒ１の結像倍率が縮小側になりすぎてしまうため、第１の偏向反射部材ＦＭ１への光束の主光線角度や入射角度範囲が大きくなる。入射角度範囲が大きくなると、平面ミラーの反射膜の角度特性をコントロールすることが困難になり、瞳上の透過率分布が変化して結像性能を劣化させてしまうため好ましくない。
第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率βと第１の物体１０１側の光束の開口数ＮＡＯとの比は、以下の数式２に示される条件式を満足することが更に好ましい。
数式２に示される条件式の上限値を越えると、第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率β１が拡大側になりすぎてしまうため、第１の偏向反射部材ＦＭ１上での光束径が大きくなり、往路の光束を制限してしまう。従って、十分な有効結像領域の確保が困難となってしまうため好ましくない。
一方、数式２に示される条件式の下限値を満足すると、第１の偏向反射部材ＦＭ１への光束の主光線角度や入射角度範囲を小さく抑えることができ、平面ミラーの反射膜の角度特性をコントロールすることが容易となる。
また、反射屈折型投影光学系１００は、第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率をβ１、中間像ＩＭＧと第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に配置されたレンズ群Ｌ２Ａの近軸結像倍率をβｆ、第１の物体１０１側の光束の開口数をＮＡＯとすると、以下の数式３に示される条件式を満足することが好ましい。
数式３に示される条件式の下限値を外れると、第１の結像光学系Ｇｒ１からレンズ群Ｌ２Ａまでの合成結像倍率が縮小側になりすぎてしまうため、第２の偏向反射部材ＦＭ２への光束の主光線角度や入射角度範囲が大きくなる。入射角度範囲が大きくなると、平面ミラーの反射膜の角度特性をコントロールすることが困難になり、瞳上の透過率分布が変化して結像性能を劣化させてしまうため好ましくない。
数式３に示される条件式の上限値を越えると、第１の結像光学系Ｇｒ１からレンズ群Ｌ２Ａまでの合成結像倍率が拡大側になりすぎてしまうため、第２の結像光学系Ｇｒ２をより縮小系にする必要があり、瞳も第１の物体１０１側へ動くのでパワーを大きくしなければならず、ペッツバール和が悪化してしまうため好ましくない。
また、反射屈折型投影光学系１００は、中間像ＩＭＧとレンズ群Ｌ２Ａの最も中間像ＩＭＧ側のレンズの第１面との光軸ＡＸ２に平行な距離をａ、中間像ＩＭＧからの光線が第２の結像光学系Ｇｒ２を通過して第２の物体１０２面に至るまでの光軸ＡＸ２及び光軸ＡＸ３に沿った距離をｂとすると、以下の数式４に示される条件式を満足することが好ましい。
数式４に示される条件式の下限値を外れると、第１の結像光学系Ｇｒ１とレンズ群Ｌ２Ａとが近づくため、スペースの確保が難しくなり、メカ構成が困難となってしまう。また、レンズ群Ｌ２Ａによる色コマ収差の補正効果が低減してしまうため好ましくない。
一方、数式４に示される条件式の上限値を越えると、レンズ群Ｌ２Ａのレンズの有効径が大きくなりすぎてしまう。レンズの有効径が大きくなると、良質の硝材の製造が困難になると共に、装置が大型化してしまうため好ましくない。
また、反射屈折型投影光学系１００は、第１の物体１０１面からの光線が各光学素子を通過して第２の物体１０２面に至るまでの光軸ＡＸ１、光軸ＡＸ２及び光軸ＡＸ３に沿った距離をｃとすると、以下の数式５に示される条件式を満足することが好ましい。
数式５に示される条件式の下限値を外れると、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間のスペースが狭くなるため、メカ構成が困難となり好ましくない。一方、数式５に示される条件式の上限値を越えると、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズの有効径が大きくなりすぎてしまう。レンズの有効径が大きくなると、上述したように、良質の硝材の製造が困難になると共に、装置が大型化してしまうため好ましくない。
また、中間像ＩＭＧと第２の偏向反射部材ＦＭ２との間に配置されたレンズ群Ｌ２Ａの前後で、瞳近軸光線の角度の符号が反転するとよい。符号が反転しないと、第２の偏向反射部材ＦＭ２への主光線の入射角度が大きくなってしまうため、平面ミラーの反射膜の特性をコントロールすることが困難となり好ましくない。
また、第１の偏向反射部材ＦＭ１へ入射する光束の主光線と第１の偏向反射部材ＦＭの反射面との角度が４３度以下であるとよい。第１の偏向反射部材ＦＭ１には収束光束が入射しているので、マージナル光線は主光線よりも大きい角度で第１の偏向反射部材ＦＭ１に入射している。平面ミラーの反射膜を考慮すると、入射角は小さい方がよいので、図１に示すように、光軸ＡＸ１に対して４５度に配置された第１の偏向反射部材ＦＭ１に対して、軸外主光線の入射角を４３度以下としている。
また、平面ミラー上に成膜する反射膜の角度特性をコントロールする上では、入射角度範囲が小さい方がよく、第１の偏向反射部材ＦＭ１に入射する光線の入射角度範囲が３５度以下、更には、３０度以下であることが好ましい。
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との間に配置される正パワーの光学素子が全て正の拡大倍率を有することを特徴としている。換言すれば、正パワーの光学素子は、実像である中間像ＩＭＧと第２の偏向反射部材ＦＭ２との間にのみ配置される。これにより、色コマ収差の補正効果を得ることができると共に、第２の偏向反射部材ＦＭ２への光束の入射角度及び入射角度範囲を低減している。従って、平面ミラーの反射膜の特性をコントロールすることが容易となる。
また、反射型投影光学系１００は、第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率をβ１とすると、以下の数式６に示される条件式を満足することが好ましい。
数式６に示される条件式の下限値を外れると、第１の結像光学系Ｇｒ１の結像倍率β１が縮小系になりすぎてしまうため、第１の偏向反射部材ＦＭ１への光束の入射角度範囲が大きくなってしまう。入射角度範囲が大きくなると、平面ミラーの反射膜の特性をコントロールすることが困難になってしまうので好ましくない。
第１の結像光学系Ｇｒ１の近軸結像倍率β１は、以下の数式７に示される条件式を満足することが更に好ましい。
数式７に示される条件式を外れると、第１の偏向反射部材ＦＭ１上での光束径が大きくなってしまうため、往路の光束が制限される。これにより、十分な有効結像領域の確保が困難となってしまうため好ましくない。
また、図１において、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とが必ずしも直交している必要はない。例えば、第１の物体１０１と第２の物体１０２とが平行に配置されていれば、レンズや反射部材等の干渉が起こらない限り、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２は任意の角度を有していても構わない。
また、光軸ＡＸ１と第１の偏向反射部材ＦＭ１の反射面との角度が４５度以下であることが好ましい。かかる角度が４５度以下であることを満たさないと、第１の偏向反射部材ＦＭ１への光線入射角度が大きくなってしまうため、平面ミラーの反射膜の特性をコントロールすることが困難となる。更に、第１の物体１０１面の近傍のスペース確保が困難となり、メカ構成が困難となるため好ましくない。
また、第１の結像光学系Ｇｒ１の光学素子又はマージナル光線とレンズ群Ｌ２Ａの最も第１の結像光学系Ｇｒ１側のレンズの第１面との光軸ＡＸ２に平行な最短距離は、３０ｍｍ以上であることが好ましい。かかる最短距離が３０ｍｍ以上であることを満たさないと、光束やレンズとの物理的な干渉によって、メカ構成が困難となる。
第１の結像光学系Ｇｒ１の光学素子又はマージナル光線とレンズ群Ｌ２Ａの最も第１の結像光学系Ｇｒ１側のレンズの第１面との光軸ＡＸ２に平行な最短距離の上限値を１６０ｍｍ以下にすると更に好ましい。かかる最短距離が１６０ｍｍを越えると、中間像ＩＭＧとレンズ群Ｌ２Ａとの距離が離れてしまうため、レンズ群Ｌ２Ａの有効径が大型化する。レンズの有効径が大型化すると、上述したように、良質の硝材の製造が困難になると共に、装置が大型化してしまうため好ましくない。
また、中間像ＩＭＧとレンズ群Ｌ２Ａとの距離を近づけると、第１の偏向反射部材ＦＭ１と中間像ＩＭＧとの距離を離す必要があるため、第１の偏向反射部材ＦＭ１上での光束径が大きくなってしまい、往路の光束を制限してしまう。これにより、十分な有効結像領域の確保が困難となる。また、有効結像領域を確保するために、第１の物体１０１の物高を上げるのは、収差補正が困難となるため好ましくない。
反射屈折型投影光学系１００は、本実施形態では、光束を偏向するための偏向反射部材（第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２）を、第１の結像光学系Ｇｒ１の光路中と、第２の結像光学系Ｇｒ２の光路中とに各々１つずつ有している。ここで、第１の物体１０１と第２の物体１０２とを略平行に配置するためには、第１の偏向反射部材ＦＭ１の反射面と第２の偏向反射部材ＦＭ２の反射面が相対的に９０度の角度差を有して配置される必要がある。なお、第１の物体１０１と第２の物体１０２を略平行に配置する必要がない場合には、第２の偏向反射部材ＦＭ２は配置しなくてもよい。
本発明の反射屈折型投影光学系１００は、第１の結像光学系Ｇｒ１に往復光学系（部分）Ｌ１Ｂを有するが、往復光学系Ｌ１Ｂは負の屈折力を有し、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。かかる負の屈折力を有するレンズのうちの少なくとも１つは、第１の物体１０１に対して凹面を向けていることが好ましい。また、往復光学系Ｌ１Ｂは、非球面を有するレンズを少なくとも１つ有することが好ましく、非球面を有するレンズを用いない場合には、往復光学系Ｌ１Ｂに複数のレンズを用いてパワーを分担するとよい。勿論、非球面を有するレンズを用いた場合でも、複数のレンズで往復光学系Ｌ１Ｂを構成することにより、収差発生をより抑えることが可能となる。なお、凹面鏡Ｍ１は、非球面で構成しても構わない。
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（例えば、キューブ形状の一部）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でもよいし、ビームスプリッターであってもよい。第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２がビームスプリッターである場合、軸上から軸外の光束を利用できる。
図示しない開口絞りは、第２の結像光学系Ｇｒ２中に配置することが好ましい。また、開口絞りは、第１の結像光学系Ｇｒ１の主光線が光軸ＡＸ１と交わる近傍に、同時に、或いは、単独で配置してもよい。
図１では、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２、光軸ＡＸ２と光軸ＡＸ３は、直交して配置されているが、必ずしも直交している必要はない。上述したように、第１の偏向反射部材ＦＭ１の反射面と第２の偏向反射部材ＦＭ２の反射面が９０度の角度差を有して配置されればよい。相対的に９０度の角度差を有して第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２を配置すると、第１の物体１０１と第２の物体１０２とを平行に配置できるからである。但し、第１の物体１０１と第２の物体１０２とを平行に配置する必要がない場合、第１の偏向反射部材ＦＭ１及び第２の偏向反射部材ＦＭ２が相対的に９０度の角度差を有する必要がないため、任意の角度でよい。
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テレセントリックに構成することが好ましい。
反射屈折型投影光学系１００は、第１の結像光学系Ｇｒ１を凹面鏡Ｍ１と屈折部材で構成し、第２の結像光学系Ｇｒ２を屈折部材で構成するのが好ましい。最終結像光学系にカタディオ系を採用すると、凹面鏡Ｍ１と光束が干渉しやすくなり、高ＮＡの光学系を構成することが困難となる。また、全体の光学系中にカタディオ系を部分系として採用しないと、色収差の補正が困難となってしまう。なお、第１の結像光学系Ｇｒ１を反射系にしてしまうと、同様に、色収差の補正が困難となる。
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、第１の結像光学系Ｇｒ１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、第２の結像光学系Ｇｒ２にも同様な補正機構を構成してもよい。更には、凹面鏡Ｍ１を変形させる機構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、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、液浸の構成に好適であるが、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。
反射屈折型投影光学系１００は、中間像ＩＭＧの近傍に視野絞りを配置しても構わない。反射屈折型投影光学系１００の第２の物体１０２面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（例えば、最終レンズ面と第２の物体１０２面との間）に視野絞りを配置したりすると、回折光学素子において発生するフレア光等（回折光学素子以外に起因して発生するフレア光であっても構わない）が第２の物体１０２面に到達するのを防止することができる。また、回折光学素子を用いることなく、第２の物体１０２面を液浸の構成にした場合もフレア光のカットのために視野絞りは有効である。
なお、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性から、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く、２ｍｍ以下程度であることが更に好ましい。
反射屈折型投影光学系１００は、本実施形態では、１／４倍の倍率を有するが、これに限定するものではなく、１／５倍や１／６倍であってもよい。
反射屈折型投影光学系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。
以上説明したように、反射屈折型投影光学系１００は、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって、往復光学系Ｌ１Ｂの復路の光を往路の光と交差する方向に偏向することにより、短波長化や高ＮＡ化に伴って問題となる偏向反射部材への入射角度範囲に起因する偏向反射部材の反射膜の特性の悪化を防ぐことができる。また、反射屈折型投影光学系１００は、第１の偏向反射部材ＦＭ１で反射した後、レンズを介することなく中間像ＩＭＧを形成させている。これにより、第２の偏向反射部材ＦＭ２での入射角度範囲を低減し、反射膜の特性のコントロールを容易にすることができ、更に、中間像の近傍の光束とレンズの物理的な干渉を回避し、色コマ収差を抑制して、所望の結像性能を得ることができる。なお、反射屈折型投影光学系１００は、図１に示した構成に限定するものではない。
本発明の反射屈折型投影光学系１００は、特に、０．８以上の非常に高いＮＡを有する場合に有効である。また、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、Ｆ２レーザー等の波長に用いると効果的である。
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２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２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、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。
第１の結像光学系Ｇｒ１は、第１の物体１０１側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａと、負の屈折力を有する往復光学系（部分）Ｌ１Ｂと、凹面鏡Ｍ１から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａは、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、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Ｌ１１１と、第１の物体１０１側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１２から構成される。
負の屈折力を有する往復光学系Ｌ１Ｂは、第１の物体１０１側と反対側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ１１３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Ｌ１１４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Ｌ１１５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Ｌ１１６と、第１の物体１０１側に凹面を向けた凹面鏡Ｍ１から構成される。
第１の物体１０１からの光束が、レンズ群Ｌ１Ａを通過し、往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、凹面鏡Ｍ１で反射され、再び往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって９０度折り曲げられて（即ち、光軸ＡＸ１が９０度折り曲げられて光軸ＡＸ２となる）中間像ＩＭＧを形成する。
第１の偏向反射部材ＦＭ１は、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間に配置されているが、本実施形態のように、中間像ＩＭＧと往復光学系Ｌ１Ｂとの間に配置されるのが好ましい。なお、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａと、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂから構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａは、第１の結像光学系Ｇｒ１から光の進行方向に沿って、両凸形状の非球面正レンズＬ２１１と、中間像ＩＭＧ側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１２から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂは、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１３と、両凹形状の負レンズＬ２１４と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１５と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２１６と、第２の物体１０２側とは反対側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズＬ２１７と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１８と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１９と、開口絞り１０３と、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２０と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２１と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２２と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２４と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の非球面正レンズＬ２２５から構成される。
第２の偏向反射部材ＦＭ２は、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズ群Ｌ２Ａとレンズ群Ｌ２Ｂとの間に配置されている。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーで構成され、第１の偏向反射部材ＦＭ１から反射された光束を所定の方向に曲げている。
なお、第２の結像光学系Ｇｒ２は、本実施形態では、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａ、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂのような配置としたが、これに限定されるものではない。レンズ群Ｌ２Ｂに負の屈折力を有するレンズ群を含めても構わないし、その他の構成であってもよい。
開口絞り１０３は、非球面正レンズＬ２１９と正レンズＬ２２０との間に配置されている。
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１５７ｎｍ、硝材として蛍石を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝９９７．８４ｍｍである。また、像高は、約７．５０ｍｍ乃至２０．２５ｍｍ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８ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保することができる。
実施例１の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図３に示す。図３は、基準波長１５７．０ｎｍ及び±０．６ｐｍ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、図３（ａ）は、第２の物体１０２における像高が７．５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示しており、図３（ｂ）は、第２の物体１０２における像高が２０．２５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示している。使用する硝材は、本実施形態では、蛍石のみを使用したが、その他の使用可能な硝材（フッ化バリウムやフッ化マグネシウム等）を同時に、或いは、単独で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。また、非球面の面形状は、Ｘ＝（Ｈ２／４）／（１＋（（１−（１＋ｋ）・（Ｈ／ｒ）２））１／２）＋ＡＨ４＋ＢＨ６＋ＣＨ８＋ＤＨ１０＋ＥＨ１２＋ＦＨ１４＋ＧＨ１６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。レンズ硝材（蛍石）は、基準波長λ＝１５７．０００ｎｍに対する屈折率を１．５６としている。また、基準波長に対する＋０．６ｐｍ及び−０．６ｐｍの波長の屈折率は、各々１．５５９９９８４７、１．５６０００１５３である。
図４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４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、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。
第１の結像光学系Ｇｒ１は、第１の物体１０１側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａと、負の屈折力を有する往復光学系（部分）Ｌ１Ｂと、凹面鏡Ｍ１から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａは、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、両凸形状の非球面正レンズＬ１１１と、第１の物体１０１側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１２から構成される。
負の屈折力を有する往復光学系Ｌ１Ｂは、第１の物体１０１側と反対側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ１１３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Ｌ１１４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Ｌ１１５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Ｌ１１６と、第１の物体１０１側に凹面を向けた凹面鏡Ｍ１から構成される。
第１の物体１０１からの光束が、レンズ群Ｌ１Ａを通過し、往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、凹面鏡Ｍ１で反射され、再び往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって９０度折り曲げられて（即ち、光軸ＡＸ１が９０度折り曲げられて光軸ＡＸ２となる）中間像ＩＭＧを形成する。
第１の偏向反射部材ＦＭ１は、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間に配置されているが、本実施形態のように、中間像ＩＭＧと往復光学系Ｌ１Ｂとの間に配置されるのが好ましい。なお、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａと、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂから構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａは、第１の結像光学系Ｇｒ１から光の進行方向に沿って、両凸形状の非球面正レンズＬ２１１と、中間像ＩＭＧ側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１２から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂは、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１３と、両凹形状の負レンズＬ２１４と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１５と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２１６と、両凹形状の負レンズＬ２１７と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１８と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１９と、開口絞り１０３と、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２０と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２１と、第２の物体１０２側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ２２２と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２４と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の非球面正レンズＬ２２５から構成される。
第２の偏向反射部材ＦＭ２は、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズ群Ｌ２Ａとレンズ群Ｌ２Ｂとの間に配置されている。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーで構成され、第１の偏向反射部材ＦＭ１から反射された光束を所定の方向に曲げている。
開口絞り１０３は、非球面正レンズＬ２１９と正レンズＬ２２０との間に配置されている。
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１５７ｎｍ、硝材として蛍石を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝１０５１．５９ｍｍである。また、像高は、約７．５０ｍｍ乃至２０．２５ｍｍ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８ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保することができる。
実施例２の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図５に示す。図５は、基準波長１５７．０ｎｍ及び±０．６ｐｍ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、図５（ａ）は、第２の物体１０２における像高が７．５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示しており、図５（ｂ）は、第２の物体１０２における像高が２０．２５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示している。
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の定義と同様である。
図６は、実施例３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６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、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。
第１の結像光学系Ｇｒ１は、第１の物体１０１側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａと、負の屈折力を有する往復光学系（部分）Ｌ１Ｂと、凹面鏡Ｍ１から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａは、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、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Ｌ１１１と、第１の物体１０１側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１２から構成される。
負の屈折力を有する往復光学系Ｌ１Ｂは、両凹形状の非球面負レンズＬ１１３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Ｌ１１４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Ｌ１１５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Ｌ１１６と、第１の物体１０１側に凹面を向けた凹面鏡Ｍ１から構成される。
第１の物体１０１からの光束が、レンズ群Ｌ１Ａを通過し、往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、凹面鏡Ｍ１で反射され、再び往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって９０度折り曲げられて（即ち、光軸ＡＸ１が９０度折り曲げられて光軸ＡＸ２となる）中間像ＩＭＧを形成する。
第１の偏向反射部材ＦＭ１は、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間に配置されているが、本実施形態のように、中間像ＩＭＧと往復光学系Ｌ１Ｂとの間に配置されるのが好ましい。なお、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａと、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂから構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａは、第１の結像光学系Ｇｒ１から光の進行方向に沿って、両凸形状の非球面正レンズＬ２１１と、中間像ＩＭＧ側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１２から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂは、第２の物体１０２側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１３と、両凹形状の負レンズＬ２１４と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１５と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１６と、第２の物体１０２側とは反対側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズＬ２１７と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１８と、開口絞り１０３と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１９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Ｌ２２０と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２１と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２２と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２４と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の非球面正レンズＬ２２５から構成される。
第２の偏向反射部材ＦＭ２は、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズ群Ｌ２Ａとレンズ群Ｌ２Ｂとの間に配置されている。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーで構成され、第１の偏向反射部材ＦＭ１から反射された光束を所定の方向に曲げている。
開口絞り１０３は、非球面正レンズＬ２１８と非球面正レンズＬ２１９との間に配置されている。
実施例３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１５７ｎｍ、硝材として蛍石を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝９８３．４０ｍｍである。また、像高は、約７．５０ｍｍ乃至２０．２５ｍｍ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８ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保することができる。
実施例３の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図７に示す。図７は、基準波長１５７．０ｎｍ及び±０．６ｐｍ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、図７（ａ）は、第２の物体１０２における像高が７．５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示しており、図７（ｂ）は、第２の物体１０２における像高が２０．２５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示している。
実施例３の反射屈折型投影光学系１００の数値諸元表を以下の表３に示す。なお、表３中の各記号等は、表１の定義と同様である。
図８は、実施例４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８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、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。
第１の結像光学系Ｇｒ１は、第１の物体１０１側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａと、負の屈折力を有する往復光学系（部分）Ｌ１Ｂと、凹面鏡Ｍ１から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａは、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、第１の物体１０１側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１１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Ｌ１１２から構成される。
負の屈折力を有する往復光学系Ｌ１Ｂは、第１の物体１０１側と反対側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１３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Ｌ１１４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Ｌ１１５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Ｌ１１６と、第１の物体１０１側に凹面を向けた凹面鏡Ｍ１から構成される。
第１の物体１０１からの光束が、レンズ群Ｌ１Ａを通過し、往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、凹面鏡Ｍ１で反射され、再び往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって９０度折り曲げられて（即ち、光軸ＡＸ１が９０度折り曲げられて光軸ＡＸ２となる）中間像ＩＭＧを形成する。
第１の偏向反射部材ＦＭ１は、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間に配置されているが、本実施形態のように、中間像ＩＭＧと往復光学系Ｌ１Ｂとの間に配置されるのが好ましい。なお、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａと、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂから構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａは、第１の結像光学系Ｇｒ１から光の進行方向に沿って、両凸形状の非球面正レンズＬ２１１と、中間像ＩＭＧ側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１２から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂは、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１３と、両凹形状の負レンズＬ２１４と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１５と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２１６と、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１７と、開口絞り１０３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１８と、第２の物体１０２側と反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２１９と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２０と、両凸形状の正レンズＬ２２１と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２２と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２３と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の非球面正レンズＬ２２４から構成される。
また、最終レンズ（非球面正レンズＬ２４４）と第２の物体１０２の間は液体で満たされた、所謂、液浸の構成になっている。
第２の偏向反射部材ＦＭ２は、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズ群Ｌ２Ａとレンズ群Ｌ２Ｂとの間に配置されている。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーで構成され、第１の偏向反射部材ＦＭ１から反射された光束を所定の方向に曲げている。
開口絞り１０３は、正レンズＬ２１７と非球面正レンズＬ２１８との間に配置されている。
実施例４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１９３．０ｎｍ、硝材として石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝９１５．４４ｍｍである。また、像高は、約７．５０ｍｍ乃至２０．２５ｍｍ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８ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保することができる。
実施例４の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図９に示す。図９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、図９（ａ）は、第２の物体１０２における像高が７．５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示しており、図９（ｂ）は、第２の物体１０２における像高が２０．２５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示している。
実施例４の反射屈折型投影光学系１００の数値諸元表を以下の表４に示す。なお、表４中の各記号等は、表１の定義と同様である。レンズ硝材ＳｉＯ２（石英）は、基準波長λ＝１９３．０００ｎｍに対する屈折率を１．５６０９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、各々１．５６０８９９６８、１．５６０９００３２である。液体（液浸液）として使用した水は、基準波長λ＝１９３．０００ｎｍに対する屈折率を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、各々１．４３６９９９５８、１．４３７０００４２である。
図１０は、実施例５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１０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、第１の結像光学系Ｇｒ１と、第２の結像光学系Ｇｒ２とを有する。
第１の結像光学系Ｇｒ１は、第１の物体１０１側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａと、負の屈折力を有する往復光学系（部分）Ｌ１Ｂと、凹面鏡Ｍ１から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ１Ａは、第１の物体１０１側から光の進行方向に沿って、第１の物体１０１側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ１１１と、第１の物体１０１側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１２から構成される。
負の屈折力を有する往復光学系Ｌ１Ｂは、第１の物体１０１側とは反対側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１３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Ｌ１１４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Ｌ１１５と、第１の物体１０１側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１６と、第１の物体１０１側に凹面を向けた凹面鏡Ｍ１から構成される。
第１の物体１０１からの光束が、レンズ群Ｌ１Ａを通過し、往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、凹面鏡Ｍ１で反射され、再び往復光学系Ｌ１Ｂに入射した後、第１の偏向反射部材ＦＭ１によって９０度折り曲げられて（即ち、光軸ＡＸ１が９０度折り曲げられて光軸ＡＸ２となる）中間像ＩＭＧを形成する。
第１の偏向反射部材ＦＭ１は、第１の結像光学系Ｇｒ１と第２の結像光学系Ｇｒ２との間に配置されているが、本実施形態のように、中間像ＩＭＧと往復光学系Ｌ１Ｂとの間に配置されるのが好ましい。なお、第１の偏向反射部材ＦＭ１は、本実施形態では、平面反射ミラーを用いている。
第２の結像光学系Ｇｒ２は、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａと、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂから構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ａは、第１の結像光学系Ｇｒ１から光の進行方向に沿って、中間像ＩＭＧとは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１１と、両凸形状の正レンズＬ２１２と、中間像ＩＭＧ側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１３から構成される。
正の屈折力を有するレンズ群Ｌ２Ｂは、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１４と、第２の物体１０２側とは反対側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ２１５と、第２の物体１０２側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ２１６と、第２の物体１０２側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１７と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１８と、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１９と、第２の物体１０２側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２０と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２１と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２２と、開口絞り１０３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２２３と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２４と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２５と、第２の物体１０２側とは反対側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２２６と、第２の物体１０２側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ２２７から構成される。
また、最終レンズ（正レンズＬ２２７）と第２の物体１０２の間は液体で満たされた、所謂、液浸の構成になっている。
第２の偏向反射部材ＦＭ２は、第２の結像光学系Ｇｒ２のレンズ群Ｌ２Ａとレンズ群Ｌ２Ｂとの間に配置されている。第２の偏向反射部材ＦＭ２は、本実施形態では、平面反射ミラーで構成され、第１の偏向反射部材ＦＭ１から反射された光束を所定の方向に曲げている。
開口絞り１０３は、正レンズＬ２２２と正レンズＬ２２３との間に配置されている。
実施例５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１９３．０ｎｍ、硝材として石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝０．８０、物像間距離（第１の物体１０１面乃至第２の物体１０２面）はＬ＝１１６６．４２ｍｍである。また、像高は、約１１．２５ｍｍ乃至１７．００ｍｍ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２１ｍｍ、幅４ｍｍ程度の矩形の露光領域を確保することができる。
実施例５の反射屈折型投影光学系１００の横収差図を図１１に示す。図１１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、図１１（ａ）は、第２の物体１０２における像高が１１．２５ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示しており、図１１（ｂ）は、第２の物体１０２における像高が１７．００ｍｍの軸外領域からの光の横収差図を示している。
実施例５の反射屈折型投影光学系１００の数値諸元表を以下の表５に示す。なお、表５中の各記号等は、表１の定義と同様である。
本発明の反射屈折型投影光学系によれば、偏向反射部材（光路偏向ミラー）への光線入射角度及び入射角度範囲を低減し、反射膜の特性のコントロールを容易にすると共に、瞳の遮光がなく、像面上で十分な大きさの結像領域幅を得ることができ、優れた結像性能を安定的に達成することができる。特に、高ＮＡ化に際し、重大な問題となる反射ミラーの反射膜の結像性能への影響を抑えることができる。また、光線とレンズとの干渉を回避し、平面ミラーでの光線入射角度範囲の低減、それによる反射膜特性のコントロールの容易化を実現する。更に、色コマ収差の発生を抑制することができる。
以下、図１２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１２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１２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Ｆ２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１３及び図１４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１３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１４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、本発明は、液浸型の露光装置でなくて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具体的なレンズ構成を示す光路図である。 図２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４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６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８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１０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１３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
Ｇｒ１ 第１の結像光学系
Ｇｒ２ 第２の結像光学系
Ｍ１ 凹面鏡
ＩＭＧ 中間像
Ｌ１Ａ レンズ群
Ｌ１Ｂ 往復光学系
Ｌ２Ａ レンズ群
Ｌ２Ｂ レンズ群
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
Ｌ 物像間距離
２００ 露光装置

Claims (19)

  1. 凹面鏡を有し、第１の物体の中間像を形成すると共に、入射光及び反射光が通過する往復光学系である第１の結像光学系と、
    前記中間像の像を第２の物体上に形成する第２の結像光学系と、
    前記凹面鏡と前記中間像との間に配置され、前記第１の結像光学系からの光線を前記第２の結像光学系に導く第１の光路偏向部材とを有し、
    前記第１の光路偏向部材は、前記第１の結像光学系の復路の光線を前記第１の光学系の往路の光線と交差する向きに偏向し、
    前記中間像は、前記偏向後に、光学素子を介することなく形成されることを特徴とする反射屈折型投影光学系。
  2. 前記中間像と前記第２の物体との間に配置される第２の光路偏向部材を更に有す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. 前記第１の結像光学系の近軸結像倍率をβ１、前記第１の物体側の光束の開口数をＮＡＯとしたとき、
    ｜β１／ＮＡＯ｜＞３．８
    を満足す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. 前記中間像と前記第２の光路偏向部材との間に配置されるレンズ群を更に有し、
    前記第１の結像光学系の近軸結像倍率をβ１、前記第１の物体側の光束の開口数をＮＡＯ、前記レンズ群の近軸結像倍率をβｆとしたとき、
    ６．８０＜｜β１・βｆ／ＮＡＯ｜＜１０．６０
    を満足することを特徴とする請求項２記載の反射屈折型投影光学系。
  5. 前記レンズ群の最も前記中間像側の光学素子の第１面との光軸に平行な距離をａ、前記中間像からの光線が前記第２の結像光学系を通過して前記第２の物体に至るまでの光軸に沿った距離をｂとしたとき、
    ０．０００５＜ａ／ｂ＜０．１０５
    を満足す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。
  6. 前記第１の物体からの光線が、前記第１の結像光学系及び前記第２の結像光学系を通過して前記第２の物体に至るまでの光軸に沿った距離をｃとしたとき、
    ０．４７＜ｂ／ｃ＜０．５８
    を満足することを特徴とする請求項５記載の反射屈折型投影光学系。
  7. 前記レンズ群の前後において、瞳近軸光線の角度の符号が反転す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。
  8. 前記第１の光路偏向部材に入射する光束の主光線と前記第１の光路偏向部材の反射面との角度が４３度以下であ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。
  9. 前記第１の光路偏向部材に入射する全ての光線の角度範囲が３５度以下であ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。
  10. 凹面鏡を有し、第１の物体の中間像を形成すると共に、入射光及び反射光が通過する往復光学系である第１の結像光学系と、
    前記中間像の像を第２の物体上に形成する第２の結像光学系と、
    前記凹面鏡と前記中間像との間に配置され、前記第１の結像光学系からの光線を前記第２の結像光学系に導く第１の光路偏向部材と、
    前記中間像と前記第２の物体との間に配置される第２の光路偏向部材と、
    前記第１の光路偏向部材と前記第２の光路偏向部材との間に配置され、正のパワーを有する光学素子とを有し、
    前記第１の光路偏向部材は、前記第１の結像光学系の復路の光線を前記第１の光学系の往路の光線と交差する向きに偏向し、
    前記中間像は、前記偏向後に形成され、
    前記光学素子は、全て正の拡大倍率を有することを特徴とする反射屈折型投影光学系。
  11. 前記第１の結像光学系の近軸結像倍率をβ１としたとき、
    ｜β１｜＞１．０
    を満足することを特徴とする請求項１又は１０記載の反射屈折型投影光学系。
  12. 前記第１の結像光学系の光軸と前記第１の光路偏向部材の反射面との角度が４５度以下であることを特徴とする請求項１又は１０記載の反射屈折型投影光学系。
  13. 前記第１の結像光学系の光学素子又はマージナル光線と、前記第１の光路偏向部材と前記第２の光路偏向部材との間で、最も前記第１の光路偏向部材側の光学素子の第１面との前記第１の光路偏向部材と前記第２の光路偏向部材との間の光軸に平行な最短距離が３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２又は１０記載の反射屈折型投影光学系。
  14. 全系の近軸結像倍率が、１／４倍であることを特徴とする請求項１又は１０記載の反射屈折型投影光学系。
  15. 開口数が０．８０以上であることを特徴とする請求項１又は１０記載の反射屈折型投影光学系。
  16. 請求項１乃至１５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。
  17. 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１５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。
  18. 前記被処理体と前記反射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１６又は１７記載の露光装置。
  19. 請求項１６乃至１９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。
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