JP2009025737A

JP2009025737A - 反射屈折型投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP2009025737A
Application number: JP2007191220A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 隆志加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】更なる高ＮＡ化に有利で、光学素子の有効径の巨大化を抑えると共に、優れた結像性能を有する反射屈折型投影光学系を提供する。
【解決手段】第１の物体の中間像を複数回形成して第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、第１の物体から順に、光軸上に配置された第１、第２及び第３の光学系を有し、第２の光学系は、少なくとも２つの反射面対を含み、前記第２の光学系は、前記少なくとも２つの反射面対を構成する反射面のうち前記第１の物体に最も近い位置に配置された反射面と前記第２の物体に最も近い位置に配置された反射面との間の光学系で定義され、前記反射面対を構成する２つの反射面の間の光路中には実像の中間像を形成せず、前記第２の光学系に入射する最軸外主光線の前記第２の物体のスキャン方向に対する方向余弦の符号と、前記第２光学系を射出する最軸外主光線の前記スキャン方向に対する方向余弦の符号とが同じである。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体面のパターンの像を像面上に結像する反射屈折型投影光学系に関する。

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デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、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エハ等に投影して回路パターンを転写する。半導体デバイス（回路パターン）の高集積化（微細化）が進むにつれて、投影光学系の仕様や性能（解像力など）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、近年では、投影光学系の最終レンズ（最終面）とウエハとの間を液体で満たす、所謂、液浸により、ＮＡ（開口数）が１以上となる光学系（液浸光学系）も提案されており、投影光学系の更なる高ＮＡ化が進んでいる。

一方、露光光の短波長化も進んでおり、現在では、ＮＡが１以上となる液浸光学系の露光光としてＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）が使用されている。但し、波長１９３ｎｍの光を効率よく透過する硝材は限られているため、通常の屈折光学系では高ＮＡ化に伴って色収差の補正が困難になると共に、硝材が大口径化して、装置の高コスト化の大きな一因となっている。そこで、反射鏡を有する反射屈折型の光学系を投影光学系として採用する（反射屈折型投影光学系）ことによって、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なされている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示された光学系は、４つの反射鏡を用いて多数回結像系を構成している。かかる光学系においては、直線状の光軸に沿って全ての光学系が配置され、反射鏡の数が偶数であるため、第１の物体（レチクル）と第２の物体（ウエハ）との関係は非鏡像の関係となっている。従って、従来の屈折光学系とのレチクルの共用を考えたときにメリットとなる。また、反射面が４つであるため、更なる高ＮＡ化に伴う有効径の巨大化を効果的に抑え、且つ、光学系に設計自由度を与えることができる。
国際公開第ＷＯ２００５／０９８５０５号パンフレット

特許文献１の図１に開示された光学系は、凹面鏡を４つ用いたＮＡが１．２０の５回結像系の反射屈折型光学系である。かかる光学系においては、第１の結像光学系（屈折系部分）ＬＧ１から凹面鏡Ｍ１に入射して凹面鏡Ｍ１で反射された光束は、凹面鏡Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の順で反射され、屈折光学系部分ＬＧ２及びＬＧ３を介して像面に結像する。また、凹面鏡Ｍ１は凹面鏡Ｍ４よりも像面側に配置されており、第１の結像光学系ＬＧ１からの最軸外光束の主光線は凹面鏡Ｍ４で反射され、光軸に近づく向きで第２の結像光学系（屈折系部分）ＬＧ２に入射する。このような光学系の構成の場合、一般に、凹面鏡の有効径が４つとも大きくなってしてしまう。また、凹面鏡の有効径を抑えようとすると、凹面鏡の曲率が強くなり過ぎてしまうため、ペッツバール和の補正が光学系全体で過剰になってしまう。更に、ＮＡが１．３０を超えて１．４０以上になると、ＮＡの増加によるレンズの有効径の増大を抑えるために凹面鏡の曲率も更に強くなり、収差補正が著しく困難になってしまったり、十分な露光領域を確保できなくなってしまったりする。

また、特許文献１の図１９及び２０に開示された光学系は、屈折系の第１の結像光学系及び第４の結像光学系と、２つの凹面鏡で構成された第２の結像光学系及び第３の結像光学系とを有する４回結像系の反射屈折型光学系である。かかる光学系においては、凹面鏡Ｍ４は凹面鏡Ｍ１よりも像面側に配置されている。但し、特許文献１には実際の設計値が開示されておらず、また、第２の結像光学系と第３の結像光学系との間に形成される実像の中間像を挟んで互いに向かい合った凹面鏡間を通過する主光線は、光軸と略平行に図示されている。従って、凹面鏡Ｍ２で反射された主光線は、光軸に略平行な方向に進み、図１９に示す光学系では凹面鏡Ｍ３に、図２０に示す光学系では往復光学素子Ｌ１、フィールドレンズＬ１２及び往復光学素子Ｌ２を介して光軸と略平行に凹面鏡Ｍ３に入射する。また、図１９及び２０に開示された光学系では、凹面鏡Ｍ４で反射した主光線は、光軸と略平行に像面側に進んでいる。このような光学系の構成の場合、凹面鏡Ｍ２及びＭ３が大型化してしまったり、光学系全系のペッツバール和が過剰になってしまったりする。その結果、特許文献１の図１９や図２０に示される光学系を実際に構成（設計）することは非常に困難であり、凹面鏡や周辺のレンズが巨大化してしまったり、収差補正が困難になってしまったりすると考えられる。

そこで、本発明は、更なる高ＮＡ化に有利で、光学素子の有効径の巨大化を抑えると共に、優れた結像性能を有する反射屈折型投影光学系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て第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、前記第１の物体から順に、１つの直線状の光軸上に配置された第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系を有し、前記第２の光学系は、それぞれ２つの反射面で構成される少なくとも２つの反射面対を含み、前記第２の光学系は、前記少なくとも２つの反射面対を構成する反射面のうち前記第１の物体に最も近い位置に配置された反射面と前記第２の物体に最も近い位置に配置された反射面との間の光学系で定義され、前記反射面対を構成する２つの反射面の間の光路中には実像の中間像を形成せず、前記第２の光学系に入射する最軸外主光線の前記第２の物体のスキャン方向に対する方向余弦の符号と、前記第２光学系を射出する最軸外主光線の前記スキャン方向に対する方向余弦の符号とが同じであることを特徴とする。

本発明の更なる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、例えば、更なる高ＮＡ化に有利で、光学素子の有効径の巨大化を抑えると共に、優れた結像性能を有する反射屈折型投影光学系を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

図１は、本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系（以下、「投影光学系」とする）１００の構成を模式的に示す概略断面図である。投影光学系１００は、第１の物体（レチクル）の中間像を複数回形成（例えば、３回形成）して第２の物体上に結像する光学系である。図１において、１０１は第１の物体（レチクル）、１０２は第２の物体（ウエハ）、ＡＸは投影光学系１００の光軸、ＰＲは最軸外物体高の主光線である。投影光学系１００は、本実施形態では、第１の物体１０１から順に、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２と、第３の光学系Ｌ３とを有し、第１の物体１０１の像を第２の物体１０２上に実像として結像する。また、第１の光学系Ｌ１、第２の光学系Ｌ２及び第３の光学系Ｌ３は、１つの直線状の光軸上（即ち、光軸ＡＸ上）に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、第１の物体側から光線の通過する順に、４つの反射面（即ち、第１の反射面Ｍ１、第２の反射面Ｍ２、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）を有する。なお、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４は、凹面鏡である。また、第２の光学系Ｌ２は、レンズ（屈折レンズ群）ＦＬ１を有する。

第２の光学系Ｌ２は、第１の物体１０１に最も近い位置に配置された反射面（本実施形態では、第２の反射面Ｍ２）と第２の物体１０２に最も近い位置に配置された反射面（本実施形態では、第３の反射面Ｍ３）とに囲まれた部分で定義される。また、第４の反射面Ｍ４は、第１の反射面Ｍ１よりも第２の物体側に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２（即ち、２つの凹面鏡）で構成される光学系部分Ｌ２１と、レンズＦＬ１、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４（即ち、２つの凹面鏡）で構成される光学系部分Ｌ２２とを含む。第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２とは対向して配置され、１組の反射面対を形成する。また、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４とは対向して配置され、１組の反射面対を形成する。なお、第３の反射面Ｍ３は第１の物体１０１に対向して配置され、第４の反射面Ｍ４は第２の物体１０２に対向して配置されている。

投影光学系１００は、第１の物体側と第２の物体側の両方とも光軸ＡＸと略平行な光学系、所謂、両側テレセントリックの光学系となっている。

第２の光学系Ｌ２に入射する主光線ＰＲは、第１の反射面Ｍ１で反射され、第２の反射面Ｍ２に導かれる。また、第３の反射面Ｍ３で反射された主光線ＰＲは、第４の反射面Ｍ４で反射され、第２の光学系Ｌ２から射出する。なお、第１の光学系Ｌ１から射出した主光線ＰＲは、光軸ＡＸに近づくように第２の光学系Ｌ２に入射する。また、第２の光学系Ｌ２から射出した主光線ＰＲは、光軸ＡＸに近づくように第３の光学系Ｌ３に入射する。

図２は、第２の光学系Ｌ２における入射瞳と射出瞳に関する距離と符号及び主光線の方向余弦を説明するための図である。図２（ａ）は、第２の光学系Ｌ２における入射瞳と第２の反射面Ｍ２の位置関係及び主光線の方向余弦を説明するための図である。第２の光学系Ｌ２における入射瞳の位置は、第２の光学系Ｌ２に入射する主光線ＰＲを、第１の反射面Ｍ１で反射させずに延長した場合に光軸ＡＸと交わる点Ｚ１（即ち、第２の光学系Ｌ２に入射する主光線ＰＲの延長線と光軸ＡＸとの交点）で定義される。また距離ＥＮＰＤは、交点Ｚ１と、第１の物体１０１に物理的に最も近い位置に配置された第２の反射面Ｍ２との、光軸上の距離で定義される。なお、主光線ＰＲが第２の光学系Ｌ２に入射した位置（第２の反射面Ｍ２の光軸上の位置）よりも第２の物体側に交点Ｚ１が存在する場合にはプラス（＋）符号、第１の物体側に交点Ｚ１が存在する場合にはマイナス（−）符号とする。図２（ａ）を参照するに、投影光学系１００においては、第２の反射面Ｍ２の光軸上の位置よりも第２の物体側に交点Ｚ１が存在するため、第２の光学系Ｌ２における距離ＥＮＰＤの符号はプラスとなる。また、図２（ａ）において、光軸ＡＸの方向をＺ軸とし、そのＺ軸に垂直な第２の物体のスキャン方向をＹ軸としたとき、第２の光学系に入射する主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号はプラスであると定義する。

図２（ｂ）は、第２の光学系Ｌ２における射出瞳と第２の反射面Ｍ２の位置関係及び主光線の方向余弦を説明するための図である。第２の光学系Ｌ２における射出瞳の位置は、第４の反射面Ｍ４で反射し、第２の光学系Ｌ２から射出する主光線ＰＲを、第３の光学系Ｌ３で屈折（又は反射）させずに延長した場合に光軸ＡＸと交わる点Ｚ２で定義される。なお、点Ｚ２は、第２の光学系Ｌ２から射出する主光線ＰＲの延長線と光軸ＡＸとの交点であるとも言える。また、距離ＥＸＰＤは、交点Ｚ２と、第２の物体１０２に物理的に最も近い位置に配置された第３の反射面Ｍ３との、光軸上の距離で定義される。なお、主光線ＰＲが第２の光学系Ｌ２から射出した位置（第３の反射面Ｍ３の光軸上の位置）よりも第２の物体側に交点Ｚ２が存在する場合にはプラス（＋）符号、第１の物体側に交点Ｚ２が存在する場合にはマイナス（−）符号とする。図２（ｂ）を参照するに、投影光学系１００においては、第３の反射面Ｍ３の光軸上の位置よりも第２の物体側に交点Ｚ２が存在するため、第２の光学系Ｌ２における距離ＥＸＰＤの符号はプラスとなる。また、図２（ｂ）において、光軸ＡＸの方向をＺ軸とし、そのＺ軸に垂直な第２の物体のスキャン方向をＹ軸としたとき、第２の光学系に入射する主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号はプラスである。

投影光学系１００においては、第２の光学系Ｌ２における距離ＥＮＰＤ及び距離ＥＸＰＤは、両方ともプラスの符号を有している。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦は、両方とも同じプラスの符号を有している。換言すれば、第２の光学系Ｌ２における最軸外物体高の光束に関する距離ＥＮＰＤの符号と第２の光学系Ｌ２における最軸外物体高の光束に関する距離ＥＸＰＤの符号とが同じ（同符号）である。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号とが同じである。

第２の光学系Ｌ２は、入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号をプラスに、且つ、射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号をプラスにすることで、光学系部分Ｌ２１に属する反射面と光学系部分Ｌ２２に属する反射面との間のパワー関係を適切なものにすることができる。また、第２の光学系Ｌ２は、入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号をプラスに、且つ、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号をプラスにしている。そうすることでも、光学系部分Ｌ２１に属する反射面と光学系部分Ｌ２２に属する反射面との間のパワー関係を適切なものにすることができる。従って、投影光学系１００においては、光学系が極端に大型化することなく、良好な収差補正が可能である。

第２の光学系Ｌ２の光学系部分Ｌ２１及びＬ２２の各々は、本実施形態では、２つの凹面鏡（第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２、及び、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４）で構成されている。光学系部分Ｌ２１は、第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２（凹面鏡）の曲率半径Ｒが大きく、第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間における主光線ＰＲの傾きが緩いという特徴を有する。一方、光学系部分Ｌ２２は、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４（凹面鏡）の曲率半径Ｒが小さく、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間における主光線ＰＲの傾きがきついという特徴を有する。従って、図１に示す投影光学系１００においては、第２の光学系Ｌ２は、第１の物体側から順に、弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１と、強い反射面群である光学系部分Ｌ２２とを有する。

強い反射面群である光学系部分Ｌ２２は、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４の曲率半径を小さくすることで、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間における主光線ＰＲと光軸ＡＸとの角度を大きくすることができる。これにより、負のペッツバール和を大きく稼ぐことが可能となる。

また、第４の凹面鏡Ｍ４から射出した主光線ＰＲが第３の光学系Ｌ３に入射する際には、主光線ＲＰは光軸ＡＸに近づく方向になることが好ましい。強い反射面群である光学系部分Ｌ２２から第３の光学系Ｌ３に向けて射出した主光線ＰＲは、凹面鏡の曲率半径が強く、且つ、凹面鏡間における主光線ＰＲと光軸ＡＸとのなす角度が大きいため、光軸ＡＸに近づくことになる。これは、第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符合がプラスであること、また、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号がプラスであることを意味する。

光学系部分Ｌ２２から射出した主光線ＰＲの方向を光軸ＡＸから遠ざかる方向にするためには、凹面鏡の曲率半径を著しく緩くするか、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間における主光線ＰＲと光軸ＡＸとの角度を著しくきつくする必要がある。この場合、光学系部分Ｌ２１及びＬ２２が弱い反射面群になってしまうため、ペッツバール和の補正が厳しくなってしまう。

また、弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１は、第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２の曲率半径を大きくすることで、第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間における主光線ＰＲと光軸ＡＸとの角度を、光学系部分Ｌ２２に比べて小さくすることができる。これにより、レンズＦＬ１や第３の反射面Ｍ３に向けて光束を無理なく反射することが可能となる。

また、最軸外物体高からの主光線ＰＲが第１の光学系Ｌ１から第１の反射面Ｍ１に入射する際には、主光線ＰＲは光軸ＡＸに近づく方向になることが好ましい。弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１における第１の反射面Ｍ１の曲率半径が大きいため、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号をプラスにするように主光線ＰＲを入射させるとよい。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号がプラスになるようにするとよい。主光線ＰＲが光の進行方向に対して光軸ＡＸから離れるように第１の反射面Ｍ１に入射すると、第１の反射面Ｍ１の曲率半径が大きいために、第１の反射面Ｍ１で反射された光束の全てを第２の反射面Ｍ２で反射することができなくなってしまう。

また、第２の光学系Ｌ２における２つの反射面群（即ち、光学系部分Ｌ２１及びＬ２２）の両方が強い反射面群であると、ペッツバール和が補正過剰となり、光学系中に強い正レンズ（群）が必要になってしまう。また、強い反射面群で発生した収差を補正することが困難になってしまう。

なお、第２の光学系Ｌ２における光学系部分Ｌ２２（第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）は強い反射面群であり、かかる第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４を非球面で構成することは収差補正において非常に重要である。しかしながら、光学系部分Ｌ２１（第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２）が弱い反射面群であるため、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４は非球面で構成しても球面で構成してもよい。反射面を球面で構成することによって、かかる反射面の加工精度及び計測精度をより高めることができる。

投影光学系１００においては、以下の数式１で示す条件式を満足することが好ましく、また、以下の数式２で示す条件式を満足することが更に好ましい。
（数１）
０．１ ≦ φＭｗ／φＭｓ ≦ ０．８
（数２）
０．２ ≦ φＭｗ／φＭｓ ≦ ０．６
数式１及び数式２に示す条件式において、φＭｗは、弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１を構成する第１の反射面Ｍ１のパワーφＭ１と第２の反射面Ｍ２のパワーφＭ２との和である。φＭｓは、強い反射面群である光学系部分Ｌ２２を構成する第３の反射面Ｍ３のパワーφＭ３と第４の反射面Ｍ４のパワーφＭ４との和である。また、反射面が凹面鏡である場合にはプラス、反射面が凸面鏡である場合にはマイナス、反射面が平面鏡である場合には０とする。例えば、図１に示すように、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４が全て凹面鏡である場合には、全てプラスの符号となる。

数式１に示す条件式の下限値を外れると、光学系部分Ｌ２１を構成する第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２のパワーが小さくなり過ぎてしまうため、全系のペッツバール和を分担するメリットが薄れてしまう。或いは、光学系部分Ｌ２２を構成する第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４のパワーが強くなり過ぎてしまうため、収差補正が困難になってしまう。

一方、数式１に示す条件式の上限値を超えると、光学系部分Ｌ２１を構成する第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２のパワーが強くなり過ぎてしまうため、全系としてペッツバール和が過剰になり、それを補正するための強い正レンズ群が必要になる。また、ペッツバール和の過剰を回避するために第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４のパワーを全体的に緩めると、光学系の有効径や全長が大きくなり過ぎてしまうため、光学材料のコストが上がってしまう。

また、図３に示すように、第２の光学系Ｌ２において、第１の物体側に強い反射面群である光学系部分Ｌ２２’を配置し、第２の物体側に弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１’を配置した投影光学系１００も考えられる。図３に示す投影光学系１００は、図１に示す投影光学系１００と比較して、光学系部分Ｌ２１と光学系部分Ｌ２２の位置が入れ替わっている。ここで、図１は、本発明の一側面としての反射屈折型投影光学系１００の構成を模式的に示す概略断面図である。

図３に示す投影光学系１００において、弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１’を構成する第１の反射面Ｍ１’のパワーφＭ１’と第２の反射面Ｍ２’のパワーφＭ２’との和φＭｗ’は、（φＭ１’＋φＭ２’）で示される。同様に、強い反射面群である光学系部分Ｌ２２’を構成する第３の反射面Ｍ３’のパワーφＭ３’と第４の反射面Ｍ４’のパワーφＭ４’との和φＭｓ’は、（φＭ３’＋φＭ４’）で示される。

図３に示す投影光学系１００では、強い反射面群である光学系部分Ｌ２２’に最軸外物体高の主光線ＰＲが入射するため、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号は、図４に示すように、マイナスになることが好ましい。また、弱い反射面群である光学系部分Ｌ２１’から最軸外物体高の主光線ＰＲが射出する場合には、第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤは、図４に示すように、マイナスになることが好ましい。図３に示す投影光学系１００は、第２の光学系Ｌ２に関して、図１に示す投影光学系１００と裏返しの関係となっている。但し、図３に示す投影光学系１００においても、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号と第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号とが同符号となっている。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線PRのＹ軸に対する方向余弦と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線PRのＹ軸に対する方向余弦は、同符号である。ここで、図４は、図３に示す投影光学系１００の第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤ及び射出瞳に関する距離ＥＸＰＤを説明するための図である。図３に示す投影光学系１００の第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤは、交点Ｚ３と、第１の物体１０１に物理的に最も近い位置に配置された第３の反射面Ｍ３’の光軸上における距離で定義される。交点Ｚ３は、第２の光学系Ｌ２に入射する主光線ＰＲを延長した場合に光軸ＡＸと交わる点（即ち、第２の光学系Ｌ２に入射する主光線ＰＲの延長線と光軸ＡＸとの交点）である。図３に示す投影光学系１００の第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤは、交点Ｚ４と、第２の物体１０２に物理的に最も位置に配置された第２の反射面Ｍ２’の光軸上からの距離で定義される。交点Ｚ４は、第２の光学系Ｌ２から射出する主光線ＰＲを延長した場合に光軸ＡＸと交わる点（即ち、第２の光学系Ｌ２から射出する主光線ＰＲの延長線と光軸ＡＸとの交点）である。

図１に示す投影光学系１００のように、第２の光学系Ｌ２が２つの光学系部分Ｌ２１及びＬ２２を有し、光学系部分Ｌ２１が弱い反射面群であり、光学系部分Ｌ２２が強い反射面群である場合を考える。この場合、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号がプラス、且つ、第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号がプラスとなることで、光学系全系としてのペッツバール和のバランスを適切にすることができる。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号を両者ともプラスにすることで、光学系全系としてのペッツバール和のバランスを適切にすることができる。また、反射面や屈折素子の巨大化を防止することができる。

一方、図３に示す投影光学系１００のように、第２の光学系Ｌ２が２つの光学系部分Ｌ２１’及びＬ２２’を有し、光学系部分Ｌ２２’が強い反射面群であり、光学系部分Ｌ２１’が弱い反射面群である場合を考える。この場合、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号がマイナス、且つ、第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する位置ＥＸＰＤの符号がマイナスとなることが好ましい。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号を両者ともにマイナスになることが好ましい。第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号と射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号が同符号になることで、第２の光学系Ｌ２における反射面のパワー関係を適切にすることができる。

また、投影光学系１００においては、以下の数式３で示す条件式を満足することが好ましく、また、以下の数式４で示す条件式を満足することが更に好ましい。但し、第２の光学系Ｌ２における第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間の最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸとの傾き角をαＬ２１とする。また、光学系部分Ｌ２２において、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間の最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸとの傾き角をαＬ２２とする。
（数３）
０．３５＜｜αＬ２１／αＬ２２｜＜０．７５
（数４）
０．４＜｜αＬ２１／αＬ２２｜＜０．７
数式３に示す条件式の下限値を外れると、第１の光学系Ｌ１から第２の光学系Ｌ２に向かう光束と、第２の光学系Ｌ２の第１の反射面Ｍ１で反射した光束との光束分離が困難となってしまう。なお、光束よけを確保しようとすると、第２の光学系Ｌ２の第３の反射面Ｍ３で反射されて第４の反射面Ｍ４に向かう最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸとのなす角が大きくなり過ぎてしまうため、第４の反射面Ｍ４が巨大化してしまう。

一方、数式３に示す条件式の上限値を超えると、第２の光学系Ｌ２における入射瞳に関する距離ＥＮＰＤの符号と射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号を同符号にすることが難しくなってしまう。また、第２の光学系Ｌ２に入射する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦と、第２の光学系Ｌ２を射出する最軸外主光線ＰＲのＹ軸に対する方向余弦の符号を同符号にすることが難しくなってしまう。これは、第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間の最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸのなす角（絶対値）と第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間の最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸのなす角（絶対値）が近い値になってしまうからである。

また、主光線ＰＲと光軸ＡＸとの傾き角αＬ２２は、以下の数式５で示す条件式を満足することが好ましく、また、以下の数式６で示す条件式を満足することが更に好ましい。
（数５）
４０° ＜｜αＬ２２｜＜７０°
（数６）
５０° ＜｜αＬ２２｜＜６５°
数式５に示す条件式の下限値を外れると、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間における最軸外物体高の主光線ＰＲと光軸ＡＸとの傾き角が小さくなり過ぎてしまう。その結果、第２の光学系Ｌ２における射出瞳に関する距離ＥＸＰＤの符号がプラスになってしまったり、第３の反射面Ｍ３や第４の反射面Ｍ４の屈折力が弱まってしまったりするため、ペッツバール和の補正が困難になる。

一方、数式５に示す条件式の上限値を超えると、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間における最軸外物体高の主光線ＰＲの角度がきつくなり過ぎてしまうため、第３の反射面Ｍ３や第４の反射面Ｍ４の有効径が過度に増大してしまう。

本実施形態では、光学系部分Ｌ２１を弱い反射面群、光学系部分Ｌ２２を強い反射面群として各々２つの凹面鏡（反射面）で構成しているが、凹面鏡の間に屈折光学素子があってもよい。換言すれば、凹面鏡の間に往復光学系があってもよい。

投影光学系１００は、少なくとも３つの実像の中間像を形成することが好ましい。具体的には、第１の物体１０１と第２の光学系Ｌ２の第１の反射面Ｍ１との間に１つの実像の中間像が形成されることが好ましい。第２の光学系Ｌ２の第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に１つの実像の中間像が形成されることが好ましい。第２の光学系Ｌ２の第４の反射面Ｍ４と第２の物体１０２との間に１つの実像の中間像が形成されることが好ましい。また、投影光学系１００は、第２の光学系Ｌ２の第１の反射面Ｍ１で反射された光束が第２の反射面Ｍ２で反射されるまでの光路中（即ち、第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間の光路中）には、実像の中間像を形成しない。同様に、投影光学系１００は、第２の光学系Ｌ２の第３の反射面Ｍ３で反射された光束が第４の反射面Ｍ４で反射されるまでの光路中（即ち、第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間の光路中）には、実像の中間像を形成しない。これにより、第１の反射面Ｍ１に入射する光束と第２の反射面Ｍ２とが干渉しないように投影光学系１００を構成することができると共に、第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２の大型化を防止することができる。同様に、第４の反射面で反射される光束と第３の反射面Ｍ３とが干渉しないように投影光学系１００を構成することができると共に、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４の大型化を防止することができる。

また、投影光学系１００は、少なくとも４つの反射面（第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４）に対して光束よけを無理なく行うことが可能となり、瞳の中抜けがなく、軸外光束のみを用いた高ＮＡに適した光学系として構成することができる。

投影光学系１００は、本実施形態では、第２の光学系Ｌ２に、詳細には、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に、更に詳細には、第１の反射面Ｍ１と第４の反射面Ｍ４との間にレンズＦＬ１を有しているが、かかるレンズＦＬ１はなくてもよい。

投影光学系１００は、第１の光学系Ｌ１のペッツバール和をＰ１、第２の光学系Ｌ２のペッツバール和をＰ２、第３の光学系Ｌ３のペッツバール和をＰ３とすると、数式８及び数式９に示す条件式を満足することが好ましい。
（数８）
Ｐ１＞０、Ｐ２＜０、Ｐ３＞０
（数９）
｜Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３｜＜０．００１
数式８及び数式９を満足することで、第１の光学系Ｌ１及び第３の光学系Ｌ３で生じる正のペッツバール和を、第２の光学系Ｌ２で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。また、像面湾曲の小さい結像光学系を実現することが可能となる。

数式８に示す条件式を外れる場合、例えば、第２の光学系Ｌ２のペッツバール和がゼロ又は正の値であると、レンズのみで構成される光学系に対して投影光学系１００の利点が失われてしまう。ここで、投影光学系１００の利点とは、例えば、凹面鏡を用いることでペッツバール和を良好に補正することができたり、有効径の巨大化を防止することができたりすることである。また、第１の光学系Ｌ１及び／又は第３の光学系Ｌ３のペッツバール和がゼロ又は負の値であると、第１の光学系Ｌ１及び第３の光学系Ｌ３をレンズのみで構成することが困難となる。また、第１の光学系Ｌ１及び／又は第３の光学系Ｌ３のペッツバール和をゼロ又は負の値にするために、凹面鏡を第１の光学系Ｌ１又は第３の光学系Ｌ３に配置する場合を考える。凹面鏡を第１の光学系Ｌ１に配置した場合、凹面鏡で反射された光束が第１の物体１０１の近傍に戻ってしまうため、第１の物体１０１と、戻ってきた光束及びかかる光束の付近のレンズとの物理的干渉が起こり易くなり、メカ構成が困難になる。また、高ＮＡ化を実現する光学系においては、第２の物体側のＮＡが大きくなるに従って、第１の物体側のＮＡも大きくなるため、第１の光学系Ｌ１に凹面鏡を配置すると、第１の物体１０１からの光束の光束よけが非常に難しくなる。その結果、使用できる画角（物体高）の範囲が制限されてしまう。一方、凹面鏡を第３の光学系Ｌ３に配置した場合、結像光学系（第３の光学系Ｌ３）に凹面鏡を用いることになり、高ＮＡ化を実現しようとすると、光束の分離が困難になる。

また、数式９に示す条件式を外れると、像面湾曲が大きくなり過ぎてしまうため、結像性能の劣化が著しくなってしまう。但し、スリット形状が輪帯形状などである場合には、数式８及び数式９に示す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８及び数式９に示す条件式を満足しなくてもよい。

投影光学系１００は、第２の物体１０２面が光軸ＡＸの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、物体側も略テレセントリックに構成できれば、より好ましい。

投影光学系１００は、本実施形態では、第２の物体１０２と光学系の最終レンズとの間を液体で満たす、所謂、液浸の構成であるが、液浸の構成に限定されるものではなく、第２の物体１０２と光学系の最終レンズとの間を気体としてもよい。但し、第２の物体１０２と光学系の最終レンズとの間が気体である場合には、投影光学系１００の像側の開口数ＮＡは１よりも小さくなる。

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エキシマレーザーやＦ_２レーザー等の波長に用いると効果的である。また、投影光学系１００の全系の近軸倍率は、縮小系であることが好ましい。特に、投影光学系１００の全系の近軸倍率βが、１／１０≦｜β｜≦１／３程度の範囲で用いるとよい。

以下、本発明に係る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は、スキャン方向であるＹ軸および投影光学系１００の光軸を含む平面による断面図であり、矩形状の露光領域のＹ軸における上下端から射出する光の光路図である。図５を参照するに、投影光学系１００は、第１の物体側から順に、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２と、第３の光学系Ｌ３とを有する。また、第１の光学系Ｌ１、第２の光学系Ｌ２及び第３の光学系Ｌ３は、１つの直線状の光軸上（即ち、光軸ＡＸ上）に配置されている。

第１の光学系Ｌ１は、少なくとも１つのレンズからなる屈折レンズ群（屈折系）である。

第２の光学系Ｌ２は、４つの反射面（第１の反射面Ｍ１、第２の反射面Ｍ２、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）と、少なくとも１つのレンズＦＬ１からなる反射屈折群である。第２の光学系Ｌ２は、第１の物体１０１に最も近い位置に配置されている第２の反射面Ｍ２と、第２の物体１０２に最も近い位置に配置されている第３の反射面Ｍ３との間の部分で定義される。また、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４は、凹面鏡である。第１の反射面Ｍ１、第４の反射面Ｍ４及びレンズＦＬ１は、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、２つの反射面（第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２）で構成される光学系部分Ｌ２１と、２つの反射面（第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）で構成される光学系部分Ｌ２２と、レンズＦＬ１とを含む。第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２とは対向して配置されている。また、第１の反射面Ｍ１は第１の物体側に対向して配置され、第２の反射面Ｍ２は第２の物体側に対向して配置されている。第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４とは対向して配置される。また、第３の反射面Ｍ３は第１の物体側に対向して配置され、第４の反射面Ｍ４は第２の物体側に対向して配置されている。なお、第１の反射面Ｍ１は、第４の反射面Ｍ４に対して第１の物体側に配置されている。

第２の光学系Ｌ２において、光学系部分Ｌ２１は弱い反射面群を構成し、光学系部分Ｌ２２は強い反射面群を構成する。

第３の光学系Ｌ３は、少なくとも１つのレンズからなる屈折レンズ群（屈折系）である。

第１の物体１０１を物点とした光束は、第１の物体１０１と第１の反射面Ｍ１との間で実像の第１の中間像ＩＭＧ１Ｈ及びＩＭＧ１Ｌを形成する。図５において、ＩＭＧ１Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第１の中間像を示し、ＩＭＧ１Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第１の中間像を示す。

実像の第２の中間像ＩＭＧ２Ｈ及びＩＭＧ２Ｌは、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に形成される。図５において、ＩＭＧ２Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第２の中間像を示し、ＩＭＧ２Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第２の中間像を示す。

実像の第３の中間像ＩＭＧ３Ｈ及びＩＭＧ３Ｌは、第４の反射面Ｍ４と第２の物体１０２との間に形成される。図５において、ＩＭＧ３Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第３の中間像を示し、ＩＭＧ３Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第３の中間像を示す。

投影光学系１００は、第２の光学系Ｌ２において、第１の反射面Ｍ１で反射された光束が第２の反射面Ｍ２で反射されるまでの光路中（第１の反射面Ｍ１と第２の反射面Ｍ２との間の光路中）には、実像の中間像を形成していない。同様に、投影光学系１００は、第３の反射面Ｍ３で反射された光束が第４の反射面Ｍ４で反射されるまでの光路中（第３の反射面Ｍ３と第４の反射面Ｍ４との間の光路中）には、実像の中間像を形成していない。

投影光学系１００は、第１の物体１０１の軸外光束を第２の物体１０２上に結像し、瞳の遮光のない光学系を実現している。

第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側から順に、複数のレンズＬ１１０１乃至Ｌ１１１０を有する。詳細には、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に略平面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１０１と、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１０２と、両凸形状の正レンズＬ１１０３とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズＬ１１０４と、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス非球面正レンズＬ１１０５と、両凸形状の正レンズＬ１１０６とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ１１０７と、第２の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１０８とを有する。更に、第１の光学系Ｌ１は、両凸形状の正レンズＬ１１０９と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ１１１０とを有する。

第２の光学系Ｌ２は、第１の光学系Ｌ１から光束の進行方向に沿って、第１の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第１の反射面Ｍ１と、第２の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第２の反射面Ｍ２とを有する。また、第２の光学系Ｌ２は、第２の物体側に凸面を向けた略平凸形状の球面を有するレンズＦＬ１と、第１の物体側に非球面凹面を向けた凹面鏡からなる第３の反射面Ｍ３と、第２の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第４の反射面Ｍ４とを有する。なお、レンズＦＬ１は１つのレンズに限らず、複数のレンズで構成してもよい。

第３の光学系Ｌ３は、第２の光学系Ｌ２からの光束の進行方向に沿って、複数のレンズＬ１１１２乃至Ｌ１１２４を有する。詳細には、第３の光学系Ｌ３は、両凸形状の正レンズＬ１１１２と、第２の物体側に凹面を向けた略平凹形状の非球面負レンズＬ１１１３と、第２の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１１４とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズＬ１１１５と、第２の物体側に凹面を向けた両凹形状の非球面負レンズＬ１１１６と、両凸形状の正レンズＬ１１１７とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ１１１８と、両凸形状の非球面正レンズＬ１１１９と、両凸形状の正レンズＬ１１２０と、両凸形状の非球面正レンズＬ１１２１とを有する。更に、第３の光学系Ｌ３は、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ１１２２と、第２の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１１２３と、第２の物体側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ１１２４とを有する。

図示しない開口絞りは、本実施形態では、正レンズＬ１１２０と非球面正レンズＬ１１２１との間に配置されているが、かかる位置に限定されるものではない。

実施例１の投影光学系１００は、投影倍率が１／４倍であり、基準波長が１９３ｎｍ、硝材としては石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝１．２０、物像間距離（第１の物体１０１乃至第２の物体１０２）Ｌは１８７９ｍｍ程度である。また、像高は、約８．２５ｍｍ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２２ｍｍ、幅４ｍｍ程度の軸外の矩形形状の露光領域を確保することができる。なお、露光領域は矩形形状に限定するものではなく、例えば、円弧形状であってもよい。

実施例１の投影光学系１００の横収差図を図６に示す。図６に示す横収差図は、矩形状の露光領域のうち投影光学系１００の光軸から最も離れている最大物体高および光軸に最も近い最小物体高におけるものである。図６は、基準波長１９３．０ｎｍの波長について表示しており、収差が良好に補正されているのがわかる。

最終レンズ（即ち、正レンズＬ１１２４）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（純水）であるが、その屈折率は限定されるものではない。例えば、水の屈折率よりも高い屈折率を有する液体を使用してもよいし、水の屈折率よりも低い屈折率を有する液体を使用してもよい。

実施例１の投影光学系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から光束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）の基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対する屈折率を１．５６０９、液体である水（好ましくは、純水）の基準波長λ＝１９３．０ｎｍに対する屈折率を１．４３７としている。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。
（表１）
Ｌ＝１８７８．５８ｍｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．２
φＭｗ／φＭｓ＝０．４９４６
｜αＬ２１／αＬ２２｜＝０．５９１１
｜αＬ２２｜＝５９．７３
Ｐ１＝０．０１３０３４７１
Ｐ２＝−０．０２４８３１６２
Ｐ３＝０．０１１７９８０４
｜Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３｜＝０．０００００１１３

第１の物体〜第１面までの距離：２５．１９８８１３６ｍｍ
i ri di 硝材
1 10146.9718866 33.2755526 SiO2
2 -696.7827581 1.5905812
3 223.0472383 41.4489485 SiO2
4 621.0742962 2.3933843
5 223.4437769 46.3931808 SiO2
6 -310.1995424 20.9356787
7 281.7696272 70.0000000 SiO2
8 478.3542999 1.0501401
9 156.8162573 32.0000000 SiO2
10 1393.7788412 21.2612233
11 192.1121934 18.0444824 SiO2
12 -438.3249056 39.1767434
13 -138.2494573 29.9439056 SiO2
14 -140.1019510 142.3979298
15 -938.6711014 69.9562812 SiO2
16 -222.6687143 3.0245296
17 463.3315128 40.0365122 SiO2
18 -777.6311667 1.0116204
19 362.0391409 37.2448976 SiO2
20 -37671.4024308 222.4391984
21 -453.8375624 -209.4391984 M1
22 476.7781569 219.4569127 M2
23 -1022.1703573 44.8350797 SiO2
24 -237.7955226 273.9004540
25 -259.7245737 -263.9004540 M3
26 206.4183059 299.1795411 M4
27 531.5627998 69.6383962 SiO2
28 -358.1011976 3.4259601
29 -6427.5751908 17.0000000 SiO2
30 268.4601365 17.2904013
31 312.5973369 18.0606591 SiO2
32 187.0263267 39.6738534
33 5038.9118596 15.0000000 SiO2
34 152.8093480 32.8994944
35 -1266.5272600 12.3823008 SiO2
36 488.7373353 11.1724733
37 909.4485395 37.5357563 SiO2
38 -227.2091212 2.6479219
39 527.0198013 15.0000000 SiO2
40 306.0585752 6.8212138
41 314.0733250 59.1304401 SiO2
42 -226.0076721 42.8127131
43 710.2369898 34.9812838 SiO2
44 -1416.9817454 10.1954248
45 0.0000000 7.7985891 開口絞り
46 540.0836513 42.9773866 SiO2
47 -333.3831433 1.0000000
48 185.3993099 36.9846580 SiO2
49 5111.3633056 1.0000000
50 78.2204149 38.5238348 SiO2
51 172.7090792 1.0000000
52 80.1840287 37.7684555 SiO2
53 0.0000000 3.0000000 水

非球面
i K A B C
2 0.000000000E+00 2.743279237E-08 -2.561548992E-12 4.057477328E-16
4 0.000000000E+00 8.542855382E-08 -4.975130714E-13 -4.396302387E-16
10 0.000000000E+00 2.033530736E-07 1.613633677E-11 3.268722913E-15
14 0.000000000E+00 1.697427590E-07 1.414729954E-11 3.313900526E-16
17 0.000000000E+00 -1.273273699E-08 3.027133520E-14 -1.243731666E-18
21 -1.739865281E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
22 -7.426191350E-01 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
25 -1.024203773E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
26 -2.766891029E-01 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
30 0.000000000E+00 -9.265706413E-08 3.934883237E-14 1.276084365E-16
36 0.000000000E+00 4.998220056E-08 2.060774687E-12 -1.236324844E-16
39 0.000000000E+00 -3.641346936E-08 4.175653948E-13 1.177765081E-16
41 0.000000000E+00 -1.579864231E-08 6.647833797E-14 -9.204616587E-17
46 0.000000000E+00 -1.492042078E-08 -2.459155479E-13 3.053759186E-17
49 0.000000000E+00 -2.948058480E-08 2.359358241E-12 3.477179154E-17

i D E F
2 -2.619985635E-20 -7.900113869E-25 1.528081981E-28
4 5.861895427E-20 -2.756432806E-24 2.858185997E-29
10 9.086622713E-19 3.192939002E-22 1.512726363E-35
14 -1.424577429E-21 -1.478303136E-23 8.998041506E-28
17 2.139905850E-23 -4.626930115E-28 2.782423860E-33
21 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
22 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
25 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
26 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00
30 -4.362059294E-21 -2.109484850E-26 2.506144246E-30
36 -8.906367731E-21 -4.493867152E-27 3.480859037E-30
39 -6.426950097E-21 2.335012361E-25 -7.505504699E-30
41 6.026119784E-21 -2.070183484E-25 2.697744680E-30
46 1.745588488E-21 -1.222471798E-25 1.838428599E-30
49 -6.856869698E-21 3.657616486E-25 -5.439585866E-30

図７は、実施例２の投影光学系１００の具体的なレンズ構成を示す光路図である。図７は、スキャン方向であるＹ軸および投影光学系１００の光軸を含む平面による断面図であり、矩形状の露光領域のＹ軸における上下端から射出する光の光路図である。図７を参照するに、投影光学系１００は、第１の物体側から順に、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２と、第３の光学系Ｌ３とを有する。また、第１の光学系Ｌ１、第２の光学系Ｌ２及び第３の光学系Ｌ３は、１つの直線状の光軸上（即ち、光軸ＡＸ上）に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、４つの反射面（第１の反射面Ｍ１、第２の反射面Ｍ２、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）と、少なくとも１つのレンズＦＬ１からなる反射屈折群である。第２の光学系Ｌ２は、第１の物体１０１に最も近い位置に配置されている第２の反射面Ｍ２と、第２の物体１０２に最も近い位置に配置されている第３の反射面Ｍ３との間の部分で定義される。また、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４は、凹面鏡である。第１の反射面Ｍ１、第４の反射面Ｍ４及びレンズＦＬ１は、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に配置されている。なお、第１の反射面Ｍ１は、第４の反射面Ｍ４に対して第１の物体側に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、２つの反射面（第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２）で構成される光学系部分Ｌ２１と、２つの反射面（第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）で構成される光学系部分Ｌ２２と、レンズＦＬ１とを含む。

第２の光学系Ｌ２において、光学系部分Ｌ２１は弱い反射面群を構成し、光学系部分Ｌ２２は強い反射面群を構成する。上述したように、実施例２では、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間にレンズＦＬ１が配置されているが、かかるレンズＦＬ１はなくてもよい。また、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４は、実施例２では、凹面鏡であるが、これに限定されるものではない。例えば、弱い反射面群を構成する光学系部分Ｌ２１においては、第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２が平面鏡又は凸面鏡であってもよい。

第１の物体１０１を物点とした光束は、第１の物体１０１と第１の反射面Ｍ１との間で実像の第１の中間像ＩＭＧ１Ｈ及びＩＭＧ１Ｌを形成する。図７において、ＩＭＧ１Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第１の中間像を示し、ＩＭＧ１Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第１の中間像を示す。

実像の第２の中間像ＩＭＧ２Ｈ及びＩＭＧ２Ｌは、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に形成される。図７において、ＩＭＧ２Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第２の中間像を示し、ＩＭＧ２Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第２の中間像を示す。

実像の第３の中間像ＩＭＧ３Ｈ及びＩＭＧ３Ｌは、第４の反射面Ｍ４と第２の物体１０２との間に形成される。図７において、ＩＭＧ３Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第３の中間像を示し、ＩＭＧ３Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第３の中間像を示す。

第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側から順に、複数のレンズＬ２１０１乃至２１１６を有する。詳細には、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１０１と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２１０２とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１０３と、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１０４と、第１の物体側に凸面を向けた非球面レンズＬ２１０５とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２１０６と、第２の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１０７と、両凹形状の非球面負レンズＬ２１０８と、両凸形状の非球面正レンズＬ２１０９とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１１０と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ２１１１と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１１２とを有する。更に、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２１１３と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２１１４及びＬ２１１５と、両凸形状の正レンズＬ２１１６とを有する。

第２の光学系Ｌ２は、第１の光学系Ｌ１からの光束の進行方向に沿って、第１の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第１の反射面Ｍ１と、第２の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第２の反射面Ｍ２とを有する。また、第２の光学系Ｌ２は、第２の物体側に凸面を向けた略平凸形状の球面を有するレンズＦＬ１と、第１の物体側に非球面凹面を向けた凹面鏡からなる第３の反射面Ｍ３と、第２の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第４の反射面Ｍ４とを有する。

第３の光学系Ｌ３は、第２の光学系Ｌ２からの光束の進行方向に沿って、複数のレンズＬ２３０１乃至Ｌ２３１４を有する。詳細には、第３の光学系Ｌ３は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ２３０１及びＬ２３０２と、両凹形状の非球面負レンズＬ２３０３と、第２の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２３０４とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２３０５と、第２の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２３０６と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２３０７とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ２３０８と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ２３０９と、第１の物体に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３１０及びＬ２３１１とを有する。更に、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ２３１２及びＬ２３１３と、第２の物体側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ２３１４とを有する。

本実施形態では、正レンズＬ２３１０から非球面正レンズＬ２３１２の間に少なくとも１つの開口絞りを配置することが好ましい。なお、複数の開口絞りを配置する場合には、正レンズＬ２３１０から非球面正レンズＬ２３１２の間以外に配置してもよい。また、第１の光学系Ｌ１に開口絞りを配置するスペースを確保することができれば、第１の光学系Ｌ１に１つ又は複数の開口絞りを配置してもよい。この場合、第１の光学系Ｌ１のみに開口絞りを配置してもよいし、第１の光学系Ｌ１及び第３の光学系Ｌ３の両方に開口絞りを配置してもよい。

実施例２の投影光学系１００は、投影倍率が１／４倍であり、基準波長が１９３ｎｍ、硝材としては石英を用いている。なお、実施例２では、硝材として石英だけを用いているが、蛍石や別の硝材を用いてもよい。例えば、第２の物体１０２に近い位置に石英や蛍石の屈折率よりも高い屈折率を有する硝材（例えば、ＬｕＡＧなど）を用いた場合には、投影光学系１００の更なる高ＮＡ化を図ることができる。また、像側の開口数はＮＡ＝１．４０、物像間距離（第１の物体１０１乃至第２の物体１０２）Ｌは１９９０ｍｍ程度である。また、像高は、約４．５ｍｍ乃至１５．３ｍｍ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３．５ｍｍ程度の軸外の矩形形状の露光領域を確保することができる。なお、露光領域は矩形形状に限定するものではなく、例えば、円弧形状であってもよい。

実施例２の投影光学系１００の横収差図を図８に示す。図８に示す横収差図は、矩形状の露光領域のうち投影光学系１００の光軸から最も離れている最大物体高および光軸に最も近い最小物体高におけるものである。図８は、基準波長１９３．０ｎｍの波長について表示しており、収差が良好に補正されているのがわかる。

最終レンズ（即ち、正レンズＬ２３１４）と第２の物体１０２との間に供給される液体Ｌｉは、本実施形態では、水の屈折率よりも高い屈折率を有するデカリンであるが、透過率などの必要な条件を満足するのであれば他の液体であってもよい。なお、デカリンは、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーに対して、１．６４の屈折率を有する。

実施例２の投影光学系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。
（表２）
Ｌ＝１９９０ｍｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．４
φＭｗ／φＭｓ＝０．３３０９
｜αＬ２１／αＬ２２｜＝０．５０８７
｜αＬ２２｜＝５６．９９
Ｐ１＝０．０１２４６６２７
Ｐ２＝−０．０２２２６５５４
Ｐ３＝０．００９７９９５２
｜Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３｜＝２．５Ｅ−０７

第１の物体〜第１面までの距離：４０．５５２８５９ｍｍ
i ri di 硝材
1 164.8027809 15.8853887 SiO2
2 328.3593084 1.0000525
3 130.6786806 41.7242232 SiO2
4 396.5361017 1.0000000
5 187.9042142 15.0000000 SiO2
6 139.0194201 8.4123005
7 172.5926525 15.0000000 SiO2
8 223.0457521 4.9266205
9 256.3057786 15.0000000 SiO2
10 -1063.8103487 19.1193275
11 109.9527340 25.5929167 SiO2
12 -1849.1678890 4.7985967
13 -566.8032771 15.1661503 SiO2
14 -247.5198461 5.9557757
15 -197.2905272 15.1036607 SiO2
16 530.7644994 1.0000000
17 173.9153210 35.1137652 SiO2
18 -116.2490204 11.7159863
19 -192.7671698 15.0000000 SiO2
20 -105.8355550 6.8275079
21 -90.3836578 15.0000000 SiO2
22 -225.1288745 125.5453979
23 -106.7051697 69.9488202 SiO2
24 -161.7944235 5.6778189
25 -716.9680873 36.6507014 SiO2
26 -240.0925857 1.0000000
27 -462.5807808 37.2570752 SiO2
28 -264.4346363 1.0000000
29 -579.8602148 45.8538806 SiO2
30 -265.6224628 1.0000000
31 618.9851582 37.4870336 SiO2
32 -2206.2855502 237.5861687
33 -842.2463918 -225.0861687 M1
34 568.0382956 235.0861687 M2
35 6763.7746921 50.0465806 SiO2
36 -257.6629854 293.0884071
37 -279.4277375 -272.5884071 M3
38 187.6116578 294.8548374 M4
39 481.4959329 16.0000000 SiO2
40 124.4066585 21.7752273
41 244.4757632 14.0000000 SiO2
42 136.4252758 35.5536133
43 -1224.2882268 16.0000000 SiO2
44 523.7052018 23.1181410
45 -2490.9993538 56.1832340 SiO2
46 -364.2155891 1.0000000
47 -1639.4959826 51.9987446 SiO2
48 -254.5521949 3.7032061
49 -337.8244429 50.8707497 SiO2
50 -194.1443945 1.0000000
51 -840.4822922 30.0000000 SiO2
52 -1191.5588014 1.0000000
53 1127.0823905 28.0000000 SiO2
54 2285.4893468 31.1420083
55 1633.7376116 41.4254503 SiO2
56 20453.1335049 1.0000000
57 458.6391541 30.5090312 SiO2
58 1318.4317228 27.2905677
59 0.0000000 -26.0630436 開口絞り
60 274.8085721 61.0641593 SiO2
61 1179.2441977 1.0000000
62 173.0783226 52.1903553 SiO2
63 266.2823613 2.5664975
64 130.6249431 58.1539898 SiO2
65 475.8125275 1.0000000
66 52.9293256 54.4887373 SiO2
67 0.0000000 0.7258852 Li

非球面
i K A B C
2 0.000000000E+00 6.762911748E-08 -2.686340269E-12 6.021069951E-16
4 0.000000000E+00 -1.536257174E-07 4.715329045E-12 -6.021441863E-16
10 0.000000000E+00 2.841030212E-07 1.122119867E-11 1.854022388E-16
15 0.000000000E+00 -3.629653479E-07 -2.075100730E-11 3.306388752E-15
18 0.000000000E+00 5.350267664E-08 -4.461749726E-12 5.595425198E-15
22 0.000000000E+00 2.528140035E-07 -1.234958129E-12 -7.230052021E-16
25 0.000000000E+00 -2.337990167E-08 1.346388480E-13 -2.364792414E-18
33 0.000000000E+00 -2.716432643E-09 2.384261426E-13 -9.495849509E-18
34 0.000000000E+00 -1.923400950E-09 1.674410555E-13 -1.387242409E-16
37 0.000000000E+00 4.030240361E-09 3.058981296E-14 2.621631033E-19
38 0.000000000E+00 -7.688164422E-09 -1.902056783E-13 -3.261176402E-18
39 0.000000000E+00 3.768486426E-08 7.414662794E-12 -7.960432326E-16
42 0.000000000E+00 -1.695333449E-08 -6.710528733E-13 -4.646935455E-16
43 0.000000000E+00 5.324476211E-09 -5.154389950E-12 2.097868927E-16
45 0.000000000E+00 -8.292181468E-08 3.984393029E-12 -2.085333422E-16
47 0.000000000E+00 2.666620500E-08 -2.127921223E-12 6.661982939E-17
49 0.000000000E+00 -8.596393361E-09 4.379699658E-13 -2.542384226E-17
53 0.000000000E+00 -5.209714175E-09 7.029415384E-14 5.931290884E-18
63 0.000000000E+00 -4.589690083E-08 3.115021606E-12 -1.413979593E-16
65 0.000000000E+00 7.062563443E-08 -2.577290374E-12 4.044993297E-16

i D E F
2 -6.108256682E-20 7.849641941E-24 -4.148142622E-28
4 9.913535424E-20 -4.734582480E-24 4.815281523E-29
10 3.410414119E-19 2.854387053E-23 -5.010933726E-27
15 -4.364007179E-18 8.635174303E-22 1.588262350E-27
18 -4.281030890E-19 -9.169240582E-23 3.262737765E-28
22 9.672906535E-20 2.444089346E-23 -2.598043746E-27
25 -9.170229533E-23 3.012970886E-27 -5.380896759E-32
33 2.811717701E-22 -5.146652601E-27 5.099148687E-32
34 2.343539962E-20 -1.882341293E-24 6.483819066E-29
37 3.549981683E-24 -5.514266988E-30 6.701412608E-34
38 -1.398948791E-22 3.735790803E-27 -2.112086769E-31
39 7.350557482E-20 -4.075940687E-24 1.128710961E-28
42 8.995322897E-21 -1.756144960E-24 1.372462556E-28
43 -4.475660698E-20 3.634272934E-24 -2.310544433E-28
45 1.552924910E-20 -8.552584918E-25 2.424348394E-29
47 -1.445039327E-21 3.270138151E-26 -4.396375007E-31
49 9.288009036E-22 -1.839006822E-26 5.270119845E-32
53 -1.107388204E-22 2.539066585E-28 5.343826537E-33
63 3.526273870E-21 -3.900817673E-26 1.391060224E-31
65 -3.234294724E-20 1.627287881E-24 -4.338627731E-29

図９は、実施例３の投影光学系１００の具体的なレンズ構成を示す光路図である。図９は、スキャン方向であるＹ軸および投影光学系１００の光軸を含む平面による断面図であり、矩形状の露光領域のＹ軸における上下端から射出する光の光路図である。図９を参照するに、投影光学系１００は、第１の物体側から順に、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２と、第３の光学系Ｌ３とを有する。また、第１の光学系Ｌ１、第２の光学系Ｌ２及び第３の光学系Ｌ３は、１つの直線状の光軸上（即ち、光軸ＡＸ上）に配置されている。

第２の光学系Ｌ２は、４つの反射面（第１の反射面Ｍ１、第２の反射面Ｍ２、第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４）と、少なくとも１つのレンズＦＬ１からなる反射屈折群である。第２の光学系Ｌ２は、第１の物体に最も近い位置に配置されている第２の反射面Ｍ２と、第２の物体１０２に最も近い位置に配置されている第３の反射面Ｍ３との間の部分で定義される。また、第１の反射面Ｍ１乃至第４の反射面Ｍ４は、凹面鏡である。第１の反射面Ｍ１、第４の反射面Ｍ４及びレンズＦＬ１は、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に配置されている。なお、第１の反射面Ｍ１は、第４の反射面Ｍ４に対して第１の物体側に配置されている。

第２の光学系Ｌ２において、光学系部分Ｌ２１は弱い反射面群を構成し、光学系部分Ｌ２２は強い反射面群を構成する。実施例３において、強い反射面群（光学系部分Ｌ２２）を構成する第３の反射面Ｍ３及び第４の反射面Ｍ４は、後述するように、非球面で構成され、収差補正上必要となる。一方、弱い反射面群（光学系部分Ｌ２１）を構成する第１の反射面Ｍ１及び第２の反射面Ｍ２は、球面で構成される。

第１の物体１０１を物点とした光束は、第１の物体１０１と第１の反射面Ｍ１との間で実像の第１の中間像ＩＭＧ１Ｈ及びＩＭＧ１Ｌを形成する。図９において、ＩＭＧ１Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第１の中間像を示し、ＩＭＧ１Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第１の中間像を示す。

実像の第２の中間像ＩＭＧ２Ｈ及びＩＭＧ２Ｌは、第２の反射面Ｍ２と第３の反射面Ｍ３との間に形成される。図９において、ＩＭＧ２Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第２の中間像を示し、ＩＭＧ２Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第２の中間像を示す。

実像の第３の中間像ＩＭＧ３Ｈ及びＩＭＧ３Ｌは、第４の反射面Ｍ４と第２の物体１０２との間に形成される。図９において、ＩＭＧ３Ｈは第１の物体１０１上の最大物体高からの光束の実像の第３の中間像を示し、ＩＭＧ３Ｌは第１の物体１０１上の最低物体高からの光束の実像の第３の中間像を示す。

第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側から順に、複数のレンズＬ３１０１乃至Ｌ３１１３を有する。詳細には、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３１０１と、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３１０２とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１０３と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３１０４と、両凸形状の非球面レンズＬ３１０５とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凹面を向けた２つのメニスカス形状の非球面正レンズＬ３１０６及びＬ３１０７と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３１０８とを有する。また、第１の光学系Ｌ１は、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１０９と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３１１０と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３１１１とを有する。更に、第１の光学系Ｌ１は、両凸形状の正レンズＬ３１１２と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３１１３とを有する。

第２の光学系Ｌ２は、第１の光学系Ｌ１から光束の進行方向に沿って、第１の物体側に凹面を向けた球面凹面鏡からなる第１の反射面Ｍ１と、第２の物体側に凹面を向けた球面凹面鏡からなる第２の反射面Ｍ２とを有する。また、第２の光学系Ｌ２は、第２の物体側に凸面を向けた略平凸形状の球面を有するレンズＦＬ１と、第１の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第３の反射面Ｍ３と、第２の物体側に凹面を向けた非球面凹面鏡からなる第４の反射面Ｍ４とを有する。

第３の光学系Ｌ３は、第２光学系部分Ｌ２から光束の進行方向に沿って、複数のレンズＬ３３０１乃至Ｌ３３１４を有する。詳細には、第３の光学系Ｌ３は、第１の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面負レンズＬ３３０１、Ｌ３３０２及びＬ３３０３と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３３０４とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面正レンズＬ３３０５と、第１の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の非球面正レンズＬ３３０６と、第１の物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズＬ３３０７とを有する。また、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凹面を向けた非球面負レンズＬ３３０８と、第２の物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ３３０９、Ｌ３３１０及びＬ３３１１とを有する。更に、第３の光学系Ｌ３は、第２の物体側に凹面を向けた非球面正レンズＬ３３１２及びＬ３３１３と、第２の物体側に平面を向けた平凸形状の正レンズＬ３３１４とを有する。

実施例３の投影光学系１００は、投影倍率が１／４倍であり、基準波長が１９３ｎｍ、硝材としては石英を用いている。また、像側の開口数はＮＡ＝１．４１、物像間距離（第１の物体１０１乃至第２の物体１０２）Ｌは１９８０ｍｍ程度である。また、像高は、約４．７５ｍｍ乃至１５．４ｍｍ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３．４ｍｍ程度の軸外の矩形形状の露光領域を確保することができる。なお、露光領域は矩形形状に限定するものではなく、例えば、円弧形状であってもよい。

実施例３の投影光学系１００の横収差図を図１０に示す。図１０に示す横収差図は、矩形状の露光領域のうち投影光学系１００の光軸から最も離れている最大物体高および光軸に最も近い最小物体高におけるものである。図１０は、基準波長１９３．０ｎｍの波長について表示しており、収差が良好に補正されているのがわかる。

最終レンズ（即ち、正レンズＬ３３１４）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、実施例２と同じデカリンである。
（表３）
Ｌ＝１９８０ｍｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．４１
φＭｗ／φＭｓ＝０．３１８４
｜αＬ２１／αＬ２２｜＝０．５０３３
｜αＬ２２｜＝５７．１３
Ｐ１＝０．０１２８５０５５
Ｐ２＝−０．０２３２５０８５
Ｐ３＝０．０１０３９６５５
｜Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３｜＝−３．７５Ｅ−０６

第１の物体〜第１面までの距離：２３．３１６８５１９ｍｍ
i ri di 硝材
1 179.6949837 38.4334343 SiO2
2 817.1630678 43.4333385
3 190.0558675 20.3555753 SiO2
4 597.8510701 1.0000000
5 138.7235871 42.4454224 SiO2
6 462.7180147 1.0000000
7 179.5522147 34.8619734 SiO2
8 -1987.9529671 1.0000000
9 180.6674065 43.6644017 SiO2
10 -329.4677874 3.0278910
11 -443.1518350 25.0000000 SiO2
12 -250.4345581 12.9941146
13 -163.0582802 15.0000000 SiO2
14 -140.1719812 28.9898252
15 -105.8717118 15.0000000 SiO2
16 -238.6078939 111.8660535
17 -602.4294115 64.0853581 SiO2
18 -191.0528373 1.0000000
19 -1493.0403061 22.0000000 SiO2
20 -443.6076727 1.0000000
21 -1964.9110496 29.0000000 SiO2
22 -514.2703117 1.0000000
23 1262.4143863 35.0000000 SiO2
24 -861.6216011 1.0000000
25 519.9362862 35.0000000 SiO2
26 -5343.5618706 296.8511671
27 -657.7722538 -283.8573971 M1
28 707.9202350 293.8573971 M2
29 1448.3385524 48.3898952 SiO2
30 -453.1372292 271.3947055
31 -295.6690383 -253.1668355 M3
32 171.4984966 293.1668355 M4
33 506.3975651 34.5998797 SiO2
34 137.1992021 19.2108662
35 191.7149245 14.0000000 SiO2
36 155.3497663 36.0949159
37 1256.1277389 16.0000000 SiO2
38 382.2550347 37.2299026
39 -476.7782554 28.7833945 SiO2
40 -297.6749940 1.0000000
41 4995.5287731 40.4036749 SiO2
42 -420.9245068 2.2629445
43 -442.4386464 54.8817140 SiO2
44 -214.0428543 1.1181299
45 1346.3762635 30.3667736 SiO2
46 11216.6383160 5.2224964
47 22074.3486739 25.0000000 SiO2
48 4925.0571168 1.0000000
49 784.2244324 27.0000000 SiO2
50 1569.9991595 4.1592350
51 446.8399818 32.1008220 SiO2
52 1326.3622665 45.5277088
53 0.0000000 -26.0000000 開口絞り
54 272.7849699 54.3922154 SiO2
55 961.1199424 10.0000000
56 176.8805702 50.3898202 SiO2
57 266.6739586 1.9917571
58 125.4854477 55.1200920 SiO2
59 482.4029148 2.2629803
60 55.5737407 58.4959532 SiO2
61 0.0000000 0.4366423 Li

非球面
i K A B C
2 -1.604781719E+01 -1.344002626E-07 4.663116156E-12 -1.865797028E-16
4 2.035443958E+01 3.638245952E-07 -6.691793702E-12 2.283579889E-15
7 1.848521553E+00 2.667452431E-07 -4.642463209E-11 9.426449724E-15
9 -7.482096691E-01 -2.304838630E-07 4.484998541E-11 -1.866467193E-14
11 -1.809961379E+01 -1.740029604E-08 1.868484211E-11 -5.432398980E-15
13 3.058603620E+00 -4.467699464E-07 -3.912824564E-11 -1.211877732E-14
15 -1.673751648E+00 -3.381155179E-07 2.468305064E-11 7.880207823E-16
19 0.000000000E+00 -1.051802211E-08 2.124682845E-14 -2.360823476E-18
31 -1.351577486E+00 -8.192015167E-10 1.607720191E-15 5.567007066E-20
32 -7.119390871E-01 1.091382230E-08 1.980374795E-13 5.484194551E-18
33 0.000000000E+00 1.338056632E-07 -8.026630695E-12 1.073181480E-15
36 5.187842616E-01 5.414481305E-08 -1.002294089E-11 1.909185440E-16
37 0.000000000E+00 -2.269636977E-09 -8.239052186E-13 -1.841911483E-16
39 -7.826441531E+00 -5.759086669E-08 5.484369537E-13 -6.277555697E-18
41 0.000000000E+00 1.397434350E-08 -1.956184819E-12 7.580766635E-17
43 0.000000000E+00 6.815837405E-09 7.517593286E-13 -4.697795107E-17
47 0.000000000E+00 -4.000843390E-09 -3.404576568E-15 9.527079931E-18
57 -9.877949876E-01 -4.340498506E-08 3.092828758E-12 -1.065033410E-16
59 2.152909832E+00 6.986288757E-08 -3.413845688E-12 6.321293271E-16

i D E F G
2 1.308077358E-19 -2.233287910E-23 1.792456319E-27 -6.060890095E-32
4 2.587971247E-20 -2.096057535E-23 3.961151777E-27 -2.199899512E-31
7 -1.542803269E-18 2.325107177E-22 -2.764257775E-26 1.430031028E-30
9 3.790708947E-18 -2.795803980E-22 -5.813687113E-27 6.788544096E-31
11 1.380936030E-18 8.132714985E-24 -3.369559964E-32 -7.013775015E-36
13 1.397658622E-19 2.350406284E-22 -5.265665162E-32 -8.623344096E-36
15 2.429503993E-19 -8.699722360E-23 4.516791017E-28 -2.022912892E-36
19 1.122826263E-22 -5.242618524E-27 1.153051292E-31 -1.130004497E-36
31 -2.063336130E-24 6.978405882E-29 -9.359610618E-34 4.820399906E-39
32 2.039798805E-24 -1.792101235E-27 8.840761168E-31 -2.180440962E-35
33 -1.180957200E-19 9.224114563E-24 -4.379785381E-28 9.049858758E-33
36 1.628407696E-21 -3.147242813E-25 7.553738641E-29 -1.090147672E-32
37 8.691323882E-25 5.038731583E-25 -4.128847942E-29 3.351514155E-33
39 3.215419782E-21 1.654742556E-25 -8.105187959E-30 7.034848618E-34
41 -1.054769204E-21 1.841036312E-26 -8.543963856E-31 1.263456017E-35
43 5.649943890E-22 -2.326426342E-27 1.081815176E-31 -6.071675869E-36
47 -1.131038006E-22 -9.831014047E-28 1.960271224E-32 -4.398216839E-38
57 -5.151375622E-22 2.198606899E-25 -7.902016103E-30 1.029962272E-34
59 -6.856421427E-20 4.716319811E-24 -2.043818437E-28 3.678412066E-33

このように、本発明に係る反射屈折型投影光学系によれば、少なくとも４つの反射面を用いる光学系を適切に設定することが可能であり、更なる高ＮＡ化に対して光学素子の有効径の巨大化を抑えると共に、優れた結像性能を達成することができる。

以下、図１１を参照して、本発明に係る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１１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とウエハ２４０との間に供給される液体ＬＷを介して、レチクル２２０のパターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ２４０をスキャン方向（Ｙ方向）にスキャンしながら露光する液浸露光装置である。

露光装置２００は、図１１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２２５と、反射屈折型投影光学系１００と、ウエハ２４０を載置するウエハステージ２４５と、測距装置２５０と、ステージ制御部２６０とを有する。また、露光装置２００は、液体供給部２７０と、液浸制御部２８０と、液体回収部２９０と、ノズルユニットＮＵとを有する。

照明装置２１０は、光源部２１２と、照明光学系２１４とを有する。本実施形態では、光源部２１２の光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。

照明光学系２１４は、光源部２１２からの光でレチクル２２０を照明する光学系である。

レチクル２２０は、図示しないレチクル搬送系によって露光装置２００の外部から搬送され、レチクルステージ２２５に支持及び駆動される。

レチクルステージ２２５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、ステージ制御部２６０によって制御される。

反射屈折型投影光学系１００は、第１の物体としてのレチクル２２０上のパターンの像を第２の物体としてのウエハ２４０上に投影する光学系である。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。

ウエハ２４０は、レチクル２２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ２４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ２４０には、フォトレジストが塗布されている。

液体保持部２４４は、ウエハステージ２４５に支持されたウエハ２４０の周囲に配置される。液体保持部２４４は、ウエハ２４０の表面と同じ高さの表面を有する板である。また、液体保持部２４４は、ウエハ２４０の外周付近のショットを露光する際に、ウエハ２４０の外側の領域の液体ＬＷを保持する。

測距装置２５０は、レチクルステージ２２５の位置及びウエハステージ２４５の位置を、参照ミラー２５２及び２５４、及び、レーザー干渉計２５６及び２５８を使用してリアルタイムに計測する。測距装置２５０による測距結果は、ステージ制御部２６０に伝達される。

ステージ制御部２６０は、測距装置２５０の測距結果に基づいて、位置決めや同期制御のために、レチクルステージ２２５及びウエハステージ２４５の駆動を制御する。

液体供給部２７０は、反射屈折型投影光学系１００の最終レンズとウエハ２４０との間の空間又は間隙に液体ＬＷを供給する。液体供給部２７０は、液体供給配管２７２を有する。液体供給部２７０は、反射屈折型投影光学系１００の最終レンズの周囲に配置された液体供給配管２７２を介して液体ＬＷを供給する。これにより、反射屈折型投影光学系１００とウエハ２４０との間の空間には、液体ＬＷの液膜が形成される。

液浸制御部２８０は、ウエハステージ２４５の現在位置、速度、加速度などの情報をステージ制御部２６０から取得し、かかる情報に基づいて、液浸露光に係る制御を行う。

液体回収部２９０は、液体供給部２７０によって反射屈折型投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷを回収する機能を有し、液体回収配管２９２を有する。液体回収配管２９２は、液体供給部２７０によって反射屈折型投影光学系１００とウエハ２４０との間に供給された液体ＬＷをノズルユニットＮＵに形成された液体回収口を介して回収する。

ノズルユニットＮＵのウエハ側には液体供給口と、液体回収口とが形成されている。液体供給口は、液体ＬＷを供給するための供給口であり、液体供給配管２７２に接続される。液体回収口は、供給した液体ＬＷを回収するための開口であり、液体回収配管２９２に接続される。

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を照明する。レチクル２２０のパターンを反映する光束は、反射屈折型投影光学系１００により、液体ＷＴを介してウエハ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１２及び図１３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１２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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、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１３は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重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模式的に示す概略断面図である。図１に示す反射屈折型投影光学系の第２の光学系部分における入射瞳に関する距離と符号及び射出瞳に関する距離と符号等を説明するための図である。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模式的に示す概略断面図である。図３に示す反射屈折型投影光学系の第２の光学系部分における入射瞳に関する距離と符号及び射出瞳に関する距離と符号を説明するための図である。本発明に係る実施例１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。本発明に係る実施例２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。本発明に係る実施例３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９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。デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。図１２に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００反射屈折型投影光学系
１０１第１の物体（レチクル）
１０２第２の物体（ウエハ）
ＡＸ光軸
Ｌ１第１の光学系
Ｌ２第２の光学系
Ｌ２１及びＬ２１’ 光学系部分
Ｍ１及びＭ１’ 第１の反射面
Ｍ２及びＭ２’ 第２の反射面
Ｌ２２及びＬ２２’ 光学系部分
Ｍ３及びＭ３’ 第３の反射面
Ｍ４及びＭ４’ 第４の反射面
ＦＬ１レンズ
Ｌ３第３の光学系
ＰＲ主光線
ＩＭＧ１Ｈ及びＩＭＧ１Ｌ第１の中間像
ＩＭＧ２Ｈ及びＩＭＧ２Ｌ第２の中間像
ＩＭＧ３Ｈ及びＩＭＧ３Ｌ第３の中間像
２００露光装置
２１０照明装置
２１２光源部
２１４照明光学系
２２０レチクル
２２５レチクルステージ
２４０ウエハ
２４４液体保持部
２４５ウエハステージ
２５０測距装置
２６０ステージ制御部
２５２及び２５４参照ミラー
２５６及び２５８レーザー干渉計
２７０液体供給部
２７２液体供給配管
２８０液浸制御部
２９０液体回収部
２９２液体回収配管
ＮＵノズルユニット

Claims

第１の物体の中間像を複数回形成して第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、
前記第１の物体から順に、１つの直線状の光軸上に配置された第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系を有し、
前記第２の光学系は、それぞれ２つの反射面で構成される少なくとも２つの反射面対を含み、
前記第２の光学系は、前記少なくとも２つの反射面対を構成する反射面のうち前記第１の物体に最も近い位置に配置された反射面と前記第２の物体に最も近い位置に配置された反射面との間の光学系で定義され、
前記反射面対を構成する２つの反射面の間の光路中には実像の中間像を形成せず、
前記第２の光学系に入射する最軸外主光線の前記第２の物体のスキャン方向に対する方向余弦の符号と、前記第２光学系を射出する最軸外主光線の前記スキャン方向に対する方向余弦の符号とが同じであることを特徴とする反射屈折型投影光学系。
第１の物体の中間像を３回形成して第２の物体上に結像する反射屈折型投影光学系であって、
前記第１の物体から順に、１つの直線状の光軸上に配置された第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系を有し、
前記第２の光学系は、前記第１の物体から光線の通過する順に、第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面及び第４の反射面を含み、
前記第２の光学系は、前記第１の物体に最も近い位置に配置された第２の反射面と前記第２の物体に最も近い位置に配置された第３の反射面との間の光学系で定義され、
前記第１の反射面と前記第２の反射面との間の光路中、及び、前記第３の反射面と前記第４の反射面との間の光路中には実像の中間像を形成せず、
前記第４の反射面は、前記第１の反射面よりも前記第２の物体側に配置され、
前記第２の光学系に入射する最軸外主光線の前記第２の物体のスキャン方向に対する方向余弦の符号と、前記第２光学系を射出する最軸外主光線の前記スキャン方向に対する方向余弦の符号とが同じであることを特徴とする反射屈折型投影光学系。
前記第２の光学系は、前記第１の物体から光線の通過する順に、第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面及び第４の反射面を含み、
前記第２の反射面と前記第３の反射面との間の光路中に中間像が形成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。
前記第２の反射面と前記第３の反射面との間の光路中に中間像が形成され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。
前記第１の光学系及び前記第３の光学系は、屈折系で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の反射屈折型投影光学系。
前記第１の反射面、前記第２の反射面、前記第３の反射面及び前記第４の反射面の各々のパワーをφＭ１、φＭ２、φＭ３及びφＭ４とし、凹面鏡である場合にはプラス、凸面鏡である場合にはマイナス、平面鏡である場合には０とすると、
前記第１の反射面のパワーと前記第２の反射面のパワーとの和φＭｗ及び前記第３の反射面のパワーと前記第４の反射面のパワーとの和φＭｓは、
０．１ ≦ φＭｗ／φＭｓ ≦ ０．８
を満たすことを特徴とする請求項２又は３記載の反射屈折型投影光学系。
前記第２の光学系は、球面の反射面を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の反射屈折型投影光学系。
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
前記レチクルのパターンの像を基板に投影する請求項１乃至７のうちいずれか１項に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。
前記反射屈折型投影光学系と前記基板との間に液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部によって供給された前記液体を回収する液体回収部とを更に有することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
請求項８又は９記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。