JP3975492B2 - 反射光学系およびそれを用いたプロキシミティ露光装置 - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系に関する。また、本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系を用いたプロキシミティ露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、互いに直交する断面上での倍率が異なる光学系（以下、アナモフィック光学系と称する）としては、シリンドリカルレンズから構成されるアナモフィック光学系が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンドリカルレンズは、１方向にのみ曲率を持つ円筒面であるレンズ面を有しているため、そのレンズ面の加工が困難であるという問題点がある。また、シリンドリカルレンズは、屈折光学系であるため色収差が発生するという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる反射光学系は、例えば図１に示す通り、第１の球面鏡Ｍ１と第２の球面鏡Ｍ２とからなり、第１の球面鏡Ｍ１は、物点Ｏからの光束のうちのメリジオナル光束を集光して物点Ｏの共役点Ｉ１を形成し、かつ物点Ｏからの光束のうちのサジタル光束を略平行光束にコリメートするように位置決めされ、第２の球面鏡Ｍ２は、共役点Ｉ１からの光束のうちのメリジオナル光束を集光しかつ略コリメートされたサジタル光束を集光するように位置決めされ、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２を介したメリジオナル光束に関する像点と、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２を介したサジタル光束に関する像点とが一致するように構成される。
【０００６】
更に、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の第２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１の球心Ｃ１を通り光軸に垂直な平面内に物点Ｏがほぼ存在するように位置決めされ、第１の球心Ｃ１と第２の球心Ｃ２との距離Ｌが，第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１とし、第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径をＲ２とするとき、実質的に ｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２となるように構成され、かつ｜Ｒ１｜≠｜Ｒ２｜を満たすように構成することにより前記サジタル光束による結像倍率を前記メリジオナル光束による結像倍率とは異なる値とするものである。なお、曲率半径Ｒ１、Ｒ２の符号はＣ１側に凸のときに正とする。
【０００７】
なお、本発明においては、第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線と物点Ｏとを含む面内の光束をメリジオナル光束とし、このメリジオナル光束と直交する方向の光束をサジタル光束としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明による反射光学系のメリジオナル面内における光路図であり、図２は、このメリジオナル面とは直交するサジタル面内を進行する光線を示す光路図である。
図１において、第１の球面鏡Ｍ１は、第１の球心Ｃ１を有し曲率半径Ｒ１（負）である球面の一部からなる反射面を有しており、第２の球面鏡Ｍ２は、第２の球心Ｃ２を有し曲率半径Ｒ２（正）である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１および第２の球心Ｃ１，Ｃ２間の距離Ｌが、
【０００９】
【数１】
（１） ０．８Ｌ＜｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２＜１．２Ｌ
の関係を実質的に満足するように、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２は配置されている。
そして、上述のように配置された第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の組み合わせからなる反射光学系は、第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に物点Ｏ（物体面）が位置するように配置される。
【００１０】
上記式（１）は、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の好適な配置について規定したものであり、この式（１）を満足しない場合には、収差発生量が大きくなり良好な結像関係が得られないため好ましくない。
次に、光軸Ａｘと物点Ｏとを含む面（以下においてはメリジオナル面と称する）内における光路を図１を参照して、そのメリジオナル面とは直交する面（以下においてはサジタル面と称する）における光路を図２を参照して説明する。
【００１１】
図１において、物点Ｏからの光束のうちメリジオナル面内の光束は、所定の開口数で第１の球面鏡Ｍ１に入射し、この第１の球面鏡Ｍ１によって反射されることで、その光路を略９０°偏向させ、かつ光軸Ａｘ上で集光する収斂光束となる。このように、第１の球面鏡Ｍ１は、メリジオナル面内において物点Ｏの像Ｉ１を形成する。
【００１２】
ここで、物点Ｏの位置が第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置しており、かつ物点Ｏと光軸Ａｘとの距離が略｜Ｒ１｜／√２であるため、メリジオナル面内においては、物点Ｏの像Ｉ１はほぼ光軸Ａｘ上に形成され、その結像倍率が等倍となる。
図２において、物点Ｏからの光束のうちサジタル面内の光束は、所定の開口数で第１の球面鏡Ｍ１に入射し、この第１の球面鏡Ｍ１によって光路が略９０°偏向される。このとき、第１の球面鏡Ｍ１に対して物点Ｏの位置が第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置し、かつ物点Ｏと光軸Ａｘとの距離が略｜Ｒ１｜／√２であるため、サジタル面内における物点Ｏからの発散光束は、サジタル面内において略平行光束となる。
【００１３】
従って、物点Ｏと第１の球心Ｃ１とを結ぶ直線に垂直で光軸Ａｘを含む面内において、物点Ｏの像Ｉ１は球心Ｃ１側に凹の円弧形状に引き延ばされる。
さて、図１に戻って、第１の球面鏡Ｍ１が形成する像Ｉ１からの光束のうち、メリジオナル面内に沿って進行する光束は、物点Ｏから第１の球面鏡Ｍ１へ向かう光束と同じ開口数で、第２の球面鏡Ｍ２へ入射する。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって反射されてその光路が略９０°偏向され、かつ光軸Ａｘに垂直な面上で集光する収斂光束となる。このように、第２の球面鏡Ｍ２は、メリジオナル面内における物点Ｏの２次像Ｉ２を形成する。
【００１４】
ここで、メリジオナル面において、第２の球面鏡Ｍ２における物点は像Ｉ１であり、この像Ｉ１の位置を第２の球心を含み第２の球心Ｃ２と２次像Ｉ２とを結ぶ直線に垂直な平面内に概略位置させており、かつ像Ｉ１と第２の球心Ｃ２との距離を略｜Ｒ２｜／√２としているため、メリジオナル面内においては、像Ｉ１の像である２次像Ｉ２は等倍となり、第２の球面鏡Ｍ２から２次像Ｉ２へ向かう光束の開口数は、物点Ｏから第１の球面鏡Ｍ１へ向かう光束の開口数と等しくなる。
【００１５】
次に、図２において、像Ｉ１からの光は、サジタル面内において平行光束の状態で第２の球面鏡Ｍ２へ向かう。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって光路が略９０°偏向されて、第２の球心Ｃ２を含み光軸Ａｘに垂直な面内に集光する。それゆえ、サジタル面内での光路の結像倍率は曲率半径Ｒ１とＲ２との比｜Ｒ２／Ｒ１｜に一致する。
【００１６】
このように、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなる反射光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行い、かつサジタル面内においては、第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１と第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径との比に応じた倍率関係になる。従って、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の比を変更することにより、互いに直交する断面上（メリジオナル面・サジタル面）において所望の倍率比を得ることが可能である。そして、この実施の形態による反射光学系では、色収差の発生要因となる屈折光学部材を要しないため色収差の発生は原理的に生じない。さらに、この実施の形態による反射光学系では、反射光学部材が球面系であるため、その加工が困難にならない利点がある。
【００１７】
次に、図３乃至図６を参照して、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置の照明光学系に適用した例である第２の実施の形態を説明する。ここで、図３は、全体構成を説明するためのＸＹＺ斜視図、図４（ａ），（ｃ）はＸＹ平面図、図４（ｂ）はＸＺ平面図、図５はＹＺ平面図である。
図３乃至図６に示す第２の実施の形態は、本発明にかかる反射光学系を、マスクとワークとを相対的に移動させつつ露光を行う走査型プロキシミティ露光装置の照明光学系に適用したものである。
【００１８】
図３において、照明光学系１０はマスクＭａに対して照明光を照射し、このマスクＭａには、図中Ｚ方向に延びたパターンが形成されている。また、ワークＷは、レジストなどの感光性樹脂が塗布されたフィルムであって、図中Ｚ方向に沿って所定の速度で搬送される。これにより、フィルム上の感光性樹脂には、図中Ｚ方向に延びた形状のパターンが転写される。ここで、転写されるパターンはＺ方向に延びたパターンであるためＹＺ面内でのマスク上の照明光のＮＡが大きくてもパターン転写精度を悪化させない。
【００１９】
以下、照明光学系の構成について詳述する。
図４及び図５において、例えば高圧水銀ランプからなる光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、ＹＺ平面内のみに屈折力（パワー）を持つコリメータレンズ１３ａ及びＸＹ平面内のみに屈折力（パワー）を持つコリメータレンズ１３ｂから構成されるコリメータ光学系により略コリメートされてフライアイレンズ１４に入射する。ここで、コリメータレンズ１３ａ及びコリメータレンズ１３ｂは共に、楕円鏡１２による光源像位置にその前側焦点位置が位置するように設けられている。このとき、フライアイレンズ１４に入射する光束は、その（ＸＺ平面内の）断面形状が略楕円形状の略平行光束となる。
【００２０】
このフライアイレンズ１４は、図６に示すように、矩形状の断面を有する複数のレンズ素子の集積体で構成されており、本実施の形態では、Ｘ方向の長さＬ１４ｘ、Ｚ方向の高さＬ１４ｚ（Ｌ１４ｘ≠Ｌ１４ｚ）のレンズ素子１４ａを積み重ねており、全体としてＸ方向の長さＤ１４ｘ、Ｚ方向の高さＤ１４ｚ（Ｄ１４ｘ≠Ｄ１４ｚ）の矩形状断面を有している。
【００２１】
図４及び図５に戻って、フライアイレンズ１４の射出側には、略楕円形状の開口部を持つ絞りＳが配置されており、この絞りＳの開口部には、フライアイレンズ１４の各々のレンズ素子１４ａによって形成される複数の光源像が位置する。これら複数の光源像からの光は、コンデンサレンズ１５に入射する。ここで、コンデンサレンズ１５は、その前側焦点位置が複数の光源像の位置になるように設けられている。従って、視野絞りＦＳは、これら複数の光源像からの光によって重畳的に照明される。この視野絞りＦＳは、Ｚ方向に長手方向を持つ略矩形状の開口部を有している。
【００２２】
図５において、この視野絞りＦＳからの光は、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなるリレー光学系を経てマスクＭａ上に達する。このリレー光学系の作用を以下に説明する。
まず、図５を参照して、メリジオナル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。
【００２３】
図５において、第１の球面鏡Ｍ１は、第１の球心Ｃ１を有し曲率半径Ｒ１（負）である球面の一部からなる反射面を有しており、第２の球面鏡Ｍ２は、第２の球心Ｃ２を有し曲率半径Ｒ２（正）である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１および第２の球心Ｃ１，Ｃ２間の距離Ｌが概略｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２であるように配置されている。このとき、視野絞りＦＳが球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置するように各球面鏡Ｍ１，Ｍ２は位置決めされている。
【００２４】
この構成により、視野絞りＦＳからの光束のうち、メリジオナル面内の光束は、第１の球面鏡により集光されて、光軸Ａｘ上で視野絞りＦＳと共役な第１の共役点を形成し、この第１の共役点からの光は第２の球面鏡Ｍ２により集光されて第１の共役点と共役な第２の共役点をマスクＭａ上に形成する。このとき、視野絞りＦＳと第１の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にあり、第１の共役点と第２の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にある。すなわち、この光束に関して視野絞りＦＳはマスクＭａ上で等倍結像している。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｃ）に戻って、サジタル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。サジタル面内において、第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線である光軸Ａｘは、光源１１〜コンデンサレンズ１５で構成される照明系の光軸と重なるように配置される。
ここで、視野絞りＦＳ上の一点からの光束のうちサジタル面内に射出した光束は、サジタル面内において発散するように−Ｙ方向に向けて進行して第１の球面鏡Ｍ１に達する。
【００２６】
この光束は、第１の球面鏡Ｍ１によって−Ｚ方向へ向けて偏向され、略コリメートされる。この略コリメートされた光束は、−Ｚ方向へ向けて進行して第２の球面鏡Ｍ２へ達する。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって−Ｙ方向に偏向され、かつマスクＭａ上に集光する。このため、サジタル面内の光束による結像倍率は｜Ｒ２／Ｒ１｜となる。
【００２７】
さて、本実施の形態では、複数の光源像を形成するフライアイレンズ１４の全体形状をＺ方向に長手方向を持つ矩形状に構成して、視野絞りＦＳを重畳的に照明する光束のうちサジタル光束の開口数よりもメリジオナル光束の開口数を大きくしている。そして、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなるリレー光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行うため、メリジオナル光束の開口数は保存される。また、サジタル光束の開口数は第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１と第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径との比に応じて決定され、本実施の形態では｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜となるように構成して、マスクＭａ上において、サジタル光束の開口数ＮＡ２をさらに小さくしている。ここで、メリジオナル光束の開口数をＮＡ１をし、サジタル光束の開口数をＮＡ２とするとき、
【００２８】
【数２】
（２） ＮＡ１＞ＮＡ２
を満足させている。
ここで、開口数ＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のプロキシミティ露光装置と同程度となるように設定している。一方、開口数ＮＡ１は大きくしてあるので、ワークＷ上での照度Ｅは、光源１１の輝度をＢとするとき、
【００２９】
【数３】
（３） Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２
で表され、ＮＡ１／ＮＡ２だけ高くなる。
このように、本実施の形態においては、所定の方向に延びたパターンに対して、該所定の方向の開口数ＮＡ１を、所定の方向と直交する方向の開口数ＮＡ２よりも大きくなるように構成しているため、パターンを転写する際の解像力を低下させることなく、ワーク上での照度を高めることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００３０】
さて、図１および図２の第１の実施の形態のような構成の場合には、物点Ｏからの光は、第１の球面鏡Ｍ１によって像Ｉ１を含むサジタル面内で円弧状となる。図２の構成では、第２の球面鏡Ｍ２によって円弧形状がさらに拡大されるため、２次像Ｉ２へ達する光束は収差を持つことになる。しかしながら、図７に示すように、第１の球面鏡Ｍ１と第２の球面鏡Ｍ２とを結ぶ線分を挟んで第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを同じ側に位置させれば（曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との符号を等しくすれば）、第１の球面鏡Ｍ１による光束の変形と第２の球面鏡Ｍ２による光束の変形とが互いに打ち消し合うことになり、像点Ｉ２に集まる光束の収差を低減させることが可能になる。
【００３１】
なお、第１の実施の形態では、照明光学系を構成する光学部材は全て光軸に関して回転対称な光学素子で構成することができるため、製造が簡易になる利点がある。また、第２の実施の形態においても、フライアイレンズ１４よりもマスクＭａ側の光学部材は、回転対称であり製造が容易である。
本実施の形態では、走査しつつ露光を行う構成であるため、マスクＭａ上に形成される照明領域が円弧形状であっても問題はないが、マスクＭａ上において矩形照明が必要な場合には視野絞りＦＳの形状を変更すればよい。
【００３２】
さて、第２の実施の形態では、マスクＭａと共役な位置に視野絞りＦＳを設ける構成としているが、この視野絞りＦＳとしては、図８に示すように、露光量調整をするために、開口部のＺ方向の幅を可変に構成してもよい。
図８において、視野絞りＦＳは枠部材ＦＳａと可動部材ＦＳｂとから構成されている。この可動部材ＦＳｂは、Ｚ方向に可動の複数の部材から構成されており、視野絞りＦＳの開口部のＺ方向の幅をＸ座標によって変えるように、その形状を可変にする。
【００３３】
ここで、マスクＭａ上で走査直交方向において照度ムラがある場合には、走査方向における照明領域の幅を変化させて、ワークＷ上での積算露光量を一定にすれば良い。なお、この構成において、互いに開口部の形状が異なる複数の視野絞りを用意しておき、そのうちの一つを選択する構成であっても良い。
上述の第２の実施の形態において、走査方向（パターン長手方向）に沿った方向の開口数ＮＡ１と、走査直交方向（パターン短手方向）に沿った開口数ＮＡ２とは、以下の式（４）を満足するように構成されることが好ましい。
【００３４】
【数４】
（４） ０．０１＜ＮＡ２／ＮＡ１＜１．０
この式（４）は、マスクＭａ上における開口数の適切な比を規定するものであり、この上限を越える場合には、マスクＭａ上における照度を十分に高めることができず、スループットが低下するため好ましくない。
【００３５】
一方、式（４）の下限を下回る場合には、マスクＭａ上における照度は十分に高めることができるが、直交する方向において開口数の差を大きくつけるために、照明光学系を構成する要素間で大きな焦点距離の差をつけるように構成することが必要となり、照明光学系の構成の複雑化を招くため好ましくない。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することができる。また、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置に適用すれば、その簡易な構成のもとで高スループットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射屈折光学系の第１の実施の形態のメリジオナル面内の光路図である。
【図２】本発明による反射屈折光学系の第１の実施の形態のサジタル面内を進行する光線の光路を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のサジタル面内の光路を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のメリジオナル面内の光路を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置におけるオプティカルインテグレータの断面を示す平面図である。
【図７】本発明による反射屈折光学系の変形例である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置における視野絞りの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｍ１：第１の球面鏡、
Ｍ２：第２の球面鏡、
Ｃ１：第１の球心、
Ｃ２：第２の球心、
Ｏ ：物点、
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系に関する。また、本発明は、互いに直交する断面上での倍率が異なる反射光学系を用いたプロキシミティ露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、互いに直交する断面上での倍率が異なる光学系（以下、アナモフィック光学系と称する）としては、シリンドリカルレンズから構成されるアナモフィック光学系が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンドリカルレンズは、１方向にのみ曲率を持つ円筒面であるレンズ面を有しているため、そのレンズ面の加工が困難であるという問題点がある。また、シリンドリカルレンズは、屈折光学系であるため色収差が発生するという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる反射光学系は、例えば図１に示す通り、第１の球面鏡Ｍ１と第２の球面鏡Ｍ２とからなり、第１の球面鏡Ｍ１は、物点Ｏからの光束のうちのメリジオナル光束を集光して物点Ｏの共役点Ｉ１を形成し、かつ物点Ｏからの光束のうちのサジタル光束を略平行光束にコリメートするように位置決めされ、第２の球面鏡Ｍ２は、共役点Ｉ１からの光束のうちのメリジオナル光束を集光しかつ略コリメートされたサジタル光束を集光するように位置決めされ、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２を介したメリジオナル光束に関する像点と、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２を介したサジタル光束に関する像点とが一致するように構成される。
【０００６】
更に、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の第２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１の球心Ｃ１を通り光軸に垂直な平面内に物点Ｏがほぼ存在するように位置決めされ、第１の球心Ｃ１と第２の球心Ｃ２との距離Ｌが，第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１とし、第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径をＲ２とするとき、実質的に ｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２となるように構成され、かつ｜Ｒ１｜≠｜Ｒ２｜を満たすように構成することにより前記サジタル光束による結像倍率を前記メリジオナル光束による結像倍率とは異なる値とするものである。なお、曲率半径Ｒ１、Ｒ２の符号はＣ１側に凸のときに正とする。
【０００７】
なお、本発明においては、第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線と物点Ｏとを含む面内の光束をメリジオナル光束とし、このメリジオナル光束と直交する方向の光束をサジタル光束としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明による反射光学系のメリジオナル面内における光路図であり、図２は、このメリジオナル面とは直交するサジタル面内を進行する光線を示す光路図である。
図１において、第１の球面鏡Ｍ１は、第１の球心Ｃ１を有し曲率半径Ｒ１（負）である球面の一部からなる反射面を有しており、第２の球面鏡Ｍ２は、第２の球心Ｃ２を有し曲率半径Ｒ２（正）である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１および第２の球心Ｃ１，Ｃ２間の距離Ｌが、
【０００９】
【数１】
（１） ０．８Ｌ＜｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２＜１．２Ｌ
の関係を実質的に満足するように、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２は配置されている。
そして、上述のように配置された第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の組み合わせからなる反射光学系は、第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に物点Ｏ（物体面）が位置するように配置される。
【００１０】
上記式（１）は、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の好適な配置について規定したものであり、この式（１）を満足しない場合には、収差発生量が大きくなり良好な結像関係が得られないため好ましくない。
次に、光軸Ａｘと物点Ｏとを含む面（以下においてはメリジオナル面と称する）内における光路を図１を参照して、そのメリジオナル面とは直交する面（以下においてはサジタル面と称する）における光路を図２を参照して説明する。
【００１１】
図１において、物点Ｏからの光束のうちメリジオナル面内の光束は、所定の開口数で第１の球面鏡Ｍ１に入射し、この第１の球面鏡Ｍ１によって反射されることで、その光路を略９０°偏向させ、かつ光軸Ａｘ上で集光する収斂光束となる。このように、第１の球面鏡Ｍ１は、メリジオナル面内において物点Ｏの像Ｉ１を形成する。
【００１２】
ここで、物点Ｏの位置が第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置しており、かつ物点Ｏと光軸Ａｘとの距離が略｜Ｒ１｜／√２であるため、メリジオナル面内においては、物点Ｏの像Ｉ１はほぼ光軸Ａｘ上に形成され、その結像倍率が等倍となる。
図２において、物点Ｏからの光束のうちサジタル面内の光束は、所定の開口数で第１の球面鏡Ｍ１に入射し、この第１の球面鏡Ｍ１によって光路が略９０°偏向される。このとき、第１の球面鏡Ｍ１に対して物点Ｏの位置が第１の球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置し、かつ物点Ｏと光軸Ａｘとの距離が略｜Ｒ１｜／√２であるため、サジタル面内における物点Ｏからの発散光束は、サジタル面内において略平行光束となる。
【００１３】
従って、物点Ｏと第１の球心Ｃ１とを結ぶ直線に垂直で光軸Ａｘを含む面内において、物点Ｏの像Ｉ１は球心Ｃ１側に凹の円弧形状に引き延ばされる。
さて、図１に戻って、第１の球面鏡Ｍ１が形成する像Ｉ１からの光束のうち、メリジオナル面内に沿って進行する光束は、物点Ｏから第１の球面鏡Ｍ１へ向かう光束と同じ開口数で、第２の球面鏡Ｍ２へ入射する。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって反射されてその光路が略９０°偏向され、かつ光軸Ａｘに垂直な面上で集光する収斂光束となる。このように、第２の球面鏡Ｍ２は、メリジオナル面内における物点Ｏの２次像Ｉ２を形成する。
【００１４】
ここで、メリジオナル面において、第２の球面鏡Ｍ２における物点は像Ｉ１であり、この像Ｉ１の位置を第２の球心を含み第２の球心Ｃ２と２次像Ｉ２とを結ぶ直線に垂直な平面内に概略位置させており、かつ像Ｉ１と第２の球心Ｃ２との距離を略｜Ｒ２｜／√２としているため、メリジオナル面内においては、像Ｉ１の像である２次像Ｉ２は等倍となり、第２の球面鏡Ｍ２から２次像Ｉ２へ向かう光束の開口数は、物点Ｏから第１の球面鏡Ｍ１へ向かう光束の開口数と等しくなる。
【００１５】
次に、図２において、像Ｉ１からの光は、サジタル面内において平行光束の状態で第２の球面鏡Ｍ２へ向かう。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって光路が略９０°偏向されて、第２の球心Ｃ２を含み光軸Ａｘに垂直な面内に集光する。それゆえ、サジタル面内での光路の結像倍率は曲率半径Ｒ１とＲ２との比｜Ｒ２／Ｒ１｜に一致する。
【００１６】
このように、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなる反射光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行い、かつサジタル面内においては、第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１と第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径との比に応じた倍率関係になる。従って、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の比を変更することにより、互いに直交する断面上（メリジオナル面・サジタル面）において所望の倍率比を得ることが可能である。そして、この実施の形態による反射光学系では、色収差の発生要因となる屈折光学部材を要しないため色収差の発生は原理的に生じない。さらに、この実施の形態による反射光学系では、反射光学部材が球面系であるため、その加工が困難にならない利点がある。
【００１７】
次に、図３乃至図６を参照して、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置の照明光学系に適用した例である第２の実施の形態を説明する。ここで、図３は、全体構成を説明するためのＸＹＺ斜視図、図４（ａ），（ｃ）はＸＹ平面図、図４（ｂ）はＸＺ平面図、図５はＹＺ平面図である。
図３乃至図６に示す第２の実施の形態は、本発明にかかる反射光学系を、マスクとワークとを相対的に移動させつつ露光を行う走査型プロキシミティ露光装置の照明光学系に適用したものである。
【００１８】
図３において、照明光学系１０はマスクＭａに対して照明光を照射し、このマスクＭａには、図中Ｚ方向に延びたパターンが形成されている。また、ワークＷは、レジストなどの感光性樹脂が塗布されたフィルムであって、図中Ｚ方向に沿って所定の速度で搬送される。これにより、フィルム上の感光性樹脂には、図中Ｚ方向に延びた形状のパターンが転写される。ここで、転写されるパターンはＺ方向に延びたパターンであるためＹＺ面内でのマスク上の照明光のＮＡが大きくてもパターン転写精度を悪化させない。
【００１９】
以下、照明光学系の構成について詳述する。
図４及び図５において、例えば高圧水銀ランプからなる光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、ＹＺ平面内のみに屈折力（パワー）を持つコリメータレンズ１３ａ及びＸＹ平面内のみに屈折力（パワー）を持つコリメータレンズ１３ｂから構成されるコリメータ光学系により略コリメートされてフライアイレンズ１４に入射する。ここで、コリメータレンズ１３ａ及びコリメータレンズ１３ｂは共に、楕円鏡１２による光源像位置にその前側焦点位置が位置するように設けられている。このとき、フライアイレンズ１４に入射する光束は、その（ＸＺ平面内の）断面形状が略楕円形状の略平行光束となる。
【００２０】
このフライアイレンズ１４は、図６に示すように、矩形状の断面を有する複数のレンズ素子の集積体で構成されており、本実施の形態では、Ｘ方向の長さＬ１４ｘ、Ｚ方向の高さＬ１４ｚ（Ｌ１４ｘ≠Ｌ１４ｚ）のレンズ素子１４ａを積み重ねており、全体としてＸ方向の長さＤ１４ｘ、Ｚ方向の高さＤ１４ｚ（Ｄ１４ｘ≠Ｄ１４ｚ）の矩形状断面を有している。
【００２１】
図４及び図５に戻って、フライアイレンズ１４の射出側には、略楕円形状の開口部を持つ絞りＳが配置されており、この絞りＳの開口部には、フライアイレンズ１４の各々のレンズ素子１４ａによって形成される複数の光源像が位置する。これら複数の光源像からの光は、コンデンサレンズ１５に入射する。ここで、コンデンサレンズ１５は、その前側焦点位置が複数の光源像の位置になるように設けられている。従って、視野絞りＦＳは、これら複数の光源像からの光によって重畳的に照明される。この視野絞りＦＳは、Ｚ方向に長手方向を持つ略矩形状の開口部を有している。
【００２２】
図５において、この視野絞りＦＳからの光は、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなるリレー光学系を経てマスクＭａ上に達する。このリレー光学系の作用を以下に説明する。
まず、図５を参照して、メリジオナル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。
【００２３】
図５において、第１の球面鏡Ｍ１は、第１の球心Ｃ１を有し曲率半径Ｒ１（負）である球面の一部からなる反射面を有しており、第２の球面鏡Ｍ２は、第２の球心Ｃ２を有し曲率半径Ｒ２（正）である球面の一部からなる反射面を有している。ここで、第１の球面鏡Ｍ１の第１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線を光軸Ａｘとするとき、第１および第２の球心Ｃ１，Ｃ２間の距離Ｌが概略｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２であるように配置されている。このとき、視野絞りＦＳが球心Ｃ１を含み光軸Ａｘに垂直な面内に位置するように各球面鏡Ｍ１，Ｍ２は位置決めされている。
【００２４】
この構成により、視野絞りＦＳからの光束のうち、メリジオナル面内の光束は、第１の球面鏡により集光されて、光軸Ａｘ上で視野絞りＦＳと共役な第１の共役点を形成し、この第１の共役点からの光は第２の球面鏡Ｍ２により集光されて第１の共役点と共役な第２の共役点をマスクＭａ上に形成する。このとき、視野絞りＦＳと第１の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にあり、第１の共役点と第２の共役点とは、メリジオナル面内の光束に関して等倍結像の関係にある。すなわち、この光束に関して視野絞りＦＳはマスクＭａ上で等倍結像している。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｃ）に戻って、サジタル面内におけるリレー光学系の構成及び光路を説明する。サジタル面内において、第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを結ぶ直線である光軸Ａｘは、光源１１〜コンデンサレンズ１５で構成される照明系の光軸と重なるように配置される。
ここで、視野絞りＦＳ上の一点からの光束のうちサジタル面内に射出した光束は、サジタル面内において発散するように−Ｙ方向に向けて進行して第１の球面鏡Ｍ１に達する。
【００２６】
この光束は、第１の球面鏡Ｍ１によって−Ｚ方向へ向けて偏向され、略コリメートされる。この略コリメートされた光束は、−Ｚ方向へ向けて進行して第２の球面鏡Ｍ２へ達する。この光束は、第２の球面鏡Ｍ２によって−Ｙ方向に偏向され、かつマスクＭａ上に集光する。このため、サジタル面内の光束による結像倍率は｜Ｒ２／Ｒ１｜となる。
【００２７】
さて、本実施の形態では、複数の光源像を形成するフライアイレンズ１４の全体形状をＺ方向に長手方向を持つ矩形状に構成して、視野絞りＦＳを重畳的に照明する光束のうちサジタル光束の開口数よりもメリジオナル光束の開口数を大きくしている。そして、第１および第２の球面鏡Ｍ１，Ｍ２からなるリレー光学系は、メリジオナル面内においては等倍結像を行うため、メリジオナル光束の開口数は保存される。また、サジタル光束の開口数は第１の球面鏡Ｍ１の曲率半径Ｒ１と第２の球面鏡Ｍ２の曲率半径との比に応じて決定され、本実施の形態では｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜となるように構成して、マスクＭａ上において、サジタル光束の開口数ＮＡ２をさらに小さくしている。ここで、メリジオナル光束の開口数をＮＡ１をし、サジタル光束の開口数をＮＡ２とするとき、
【００２８】
【数２】
（２） ＮＡ１＞ＮＡ２
を満足させている。
ここで、開口数ＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のプロキシミティ露光装置と同程度となるように設定している。一方、開口数ＮＡ１は大きくしてあるので、ワークＷ上での照度Ｅは、光源１１の輝度をＢとするとき、
【００２９】
【数３】
（３） Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２
で表され、ＮＡ１／ＮＡ２だけ高くなる。
このように、本実施の形態においては、所定の方向に延びたパターンに対して、該所定の方向の開口数ＮＡ１を、所定の方向と直交する方向の開口数ＮＡ２よりも大きくなるように構成しているため、パターンを転写する際の解像力を低下させることなく、ワーク上での照度を高めることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００３０】
さて、図１および図２の第１の実施の形態のような構成の場合には、物点Ｏからの光は、第１の球面鏡Ｍ１によって像Ｉ１を含むサジタル面内で円弧状となる。図２の構成では、第２の球面鏡Ｍ２によって円弧形状がさらに拡大されるため、２次像Ｉ２へ達する光束は収差を持つことになる。しかしながら、図７に示すように、第１の球面鏡Ｍ１と第２の球面鏡Ｍ２とを結ぶ線分を挟んで第１の球面鏡Ｍ１の球心Ｃ１と第２の球面鏡Ｍ２の球心Ｃ２とを同じ側に位置させれば（曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との符号を等しくすれば）、第１の球面鏡Ｍ１による光束の変形と第２の球面鏡Ｍ２による光束の変形とが互いに打ち消し合うことになり、像点Ｉ２に集まる光束の収差を低減させることが可能になる。
【００３１】
なお、第１の実施の形態では、照明光学系を構成する光学部材は全て光軸に関して回転対称な光学素子で構成することができるため、製造が簡易になる利点がある。また、第２の実施の形態においても、フライアイレンズ１４よりもマスクＭａ側の光学部材は、回転対称であり製造が容易である。
本実施の形態では、走査しつつ露光を行う構成であるため、マスクＭａ上に形成される照明領域が円弧形状であっても問題はないが、マスクＭａ上において矩形照明が必要な場合には視野絞りＦＳの形状を変更すればよい。
【００３２】
さて、第２の実施の形態では、マスクＭａと共役な位置に視野絞りＦＳを設ける構成としているが、この視野絞りＦＳとしては、図８に示すように、露光量調整をするために、開口部のＺ方向の幅を可変に構成してもよい。
図８において、視野絞りＦＳは枠部材ＦＳａと可動部材ＦＳｂとから構成されている。この可動部材ＦＳｂは、Ｚ方向に可動の複数の部材から構成されており、視野絞りＦＳの開口部のＺ方向の幅をＸ座標によって変えるように、その形状を可変にする。
【００３３】
ここで、マスクＭａ上で走査直交方向において照度ムラがある場合には、走査方向における照明領域の幅を変化させて、ワークＷ上での積算露光量を一定にすれば良い。なお、この構成において、互いに開口部の形状が異なる複数の視野絞りを用意しておき、そのうちの一つを選択する構成であっても良い。
上述の第２の実施の形態において、走査方向（パターン長手方向）に沿った方向の開口数ＮＡ１と、走査直交方向（パターン短手方向）に沿った開口数ＮＡ２とは、以下の式（４）を満足するように構成されることが好ましい。
【００３４】
【数４】
（４） ０．０１＜ＮＡ２／ＮＡ１＜１．０
この式（４）は、マスクＭａ上における開口数の適切な比を規定するものであり、この上限を越える場合には、マスクＭａ上における照度を十分に高めることができず、スループットが低下するため好ましくない。
【００３５】
一方、式（４）の下限を下回る場合には、マスクＭａ上における照度は十分に高めることができるが、直交する方向において開口数の差を大きくつけるために、照明光学系を構成する要素間で大きな焦点距離の差をつけるように構成することが必要となり、照明光学系の構成の複雑化を招くため好ましくない。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、製造が容易でかつ色収差を発生させないアナモフィック光学系を提供することができる。また、本発明による反射光学系をプロキシミティ露光装置に適用すれば、その簡易な構成のもとで高スループットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射屈折光学系の第１の実施の形態のメリジオナル面内の光路図である。
【図２】本発明による反射屈折光学系の第１の実施の形態のサジタル面内を進行する光線の光路を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のサジタル面内の光路を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置の照明光学系のメリジオナル面内の光路を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置におけるオプティカルインテグレータの断面を示す平面図である。
【図７】本発明による反射屈折光学系の変形例である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるプロキシミティ露光装置における視野絞りの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｍ１：第１の球面鏡、
Ｍ２：第２の球面鏡、
Ｃ１：第１の球心、
Ｃ２：第２の球心、
Ｏ ：物点、
Claims (4)
- 第１の球面鏡と第2の球面鏡とからなり、
前記第１の球面鏡の第１の球心と前記第２の球面鏡の第２の球心とを結ぶ直線を光軸と
するとき、
前記第１の球心を通り前記光軸に垂直な平面内に物点が概略存在するように位置決めさ
れ、
前記第１の球面鏡は、前記物点からの光束のうちのメリジオナル光束を集光して前記物 点の共役点を形成し、かつ前記物点からの光束のうちのサジタル光束を実質的にコリメ ートするように位置決めされ、
前記第２の球面鏡は、前記共役点からの光束のうちの前記メリジオナル光束を集光しか つ前記実質的にコリメートされた前記サジタル光束を集光するように位置決めされ、
前記第１および第２の球面鏡を介した前記メリジオナル光束に関する像点と、前記第１ および第２の球面鏡を介した前記サジタル光束に関する像点とが一致するように構成さ れたアナモフィック反射光学系において、
前記第１の球心と前記第２の球心との距離が、前記第１の球面鏡の曲率半径をＲ１とし 、前記第２の球面鏡の曲率半径をＲ２とし、前記第１および第２の球面鏡の曲率半径の 正負をその球心が曲面より物体側にあるときを負と定義するとき、
｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２ を実質的に満足し、
かつ｜Ｒ１｜≠｜Ｒ２｜を満たすことを特徴とするアナモフィック反射光学系。 - 前記第１の球心と前記第２の球心との距離をＬとするとき、
０．８Ｌ ＜ ｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２ ＜１．２Ｌ
を満足することを特徴とする請求項１記載のアナモフィック反射光学系。 - 所定のパターンを有するマスクを照明し、
前記マスクと所定の間隙をもって位置するワークに前記所定のパターンを転写する
プロキシミティ露光装置において、
前記マスクと共役な面内を照明するための照明光学系と、該照明光学系によって照明
された領域を前記マスク上に再結像させるアナモフィックリレー光学系とを備え、
該リレー光学系は、第１の球心と曲率半径Ｒ１とを有する第１の球面鏡と、第２の球 心と曲率半径Ｒ２を有する第２の球面鏡とを備え、
前記第１の球心と前記第２の球心とを結ぶ直線を光軸とするとき、前記第１の球心 を通り前記光軸に垂直な平面内に前記照明された領域が存在するように位置決めされ、
前記第１の球心と前記第２の球心との距離が、｜Ｒ１−Ｒ２｜／√２ を満足し、更に ｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜の関係を満足することを特徴とするプロキシミティ露光装置。 - 前記マスクと前記ワークとは走査方向に沿って相対的に移動可能に支持 され、
前記アナモフィックリレー光学系は、走査方向におけるワーク側開口数と走査直交方 向におけるワーク側開口数とが異なるように構成されることを特徴とする請求項３記載 のプロキシミティ露光装置。
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