JP6635904B2 - 投影光学系、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

投影光学系、露光装置及び物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、投影光学系、露光装置及び物品の製造方法に関する。
近年、テレビジョンシステムのＨＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）化が進むとともに、表示素子として薄型ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）が多く使用されており、更なる大画面化とコストダウンとが要求されている。ＦＰＤの製造では、集積回路（ＩＣ）の製造と同様に、マスク（原版）の回路パターンをフォトレジストが塗布された基板に投影し、かかるパターンを基板に転写（形成）するフォトリソグラフィ技術が用いられている。
このようなフォトリソグラフィ技術に用いられる投影光学系としては、例えば、収差が補正された有限のスリット状の領域を形成する、ミラーを用いた等倍光学系が知られている（特許文献１及び２参照）。かかるスリット状の領域に対して、物体面（マスク面）と像面（基板面）とを同期走査することで、２次元状の広い画面にパターンを形成することができる。
特許文献１に開示された光学系は、マスクのパターンを、ほぼ同心状に配置された凹面ミラー及び凸面ミラーで３回反射させ、更に、ノーパワーの台形ミラーで２回反射させる（即ち、合計で５回反射させる）ことで、等倍で結像している。特許文献１に開示された光学系において、露光に寄与する領域は、光軸外の有限の円弧状の領域である。特許文献２には、小型の等倍光学系を複数個配列して構成されたマルチレンズ光学系が開示されている。かかる光学系では、基板上に形成される複数の矩形状の領域のうち、隣接する領域を重ね合わせることで、大画面の領域を確保している。このように、液晶用などの大型の基板の露光に用いられる投影光学系は、主に、凹面ミラー及び凸面ミラーの２つのミラーで構成されるタイプと、レンズとミラーとで構成されるタイプ（所謂、ダイソン光学系）に大別される。
特許文献１に開示された光学系は、光学系の主パワーをミラーが有しているため、色収差が殆ど発生せず、且つ、１つの光学系で大面積を一括露光できるという利点がある一方で、主ミラーである凹面ミラーが大口径になる。しかし、今後の光学性能の向上、即ち、開口数（ＮＡ）の拡大による高解像力化やショットサイズの大型化に対応するための一括露光領域（光学的には、円弧状の良像領域）の拡大などの要求を実現する上で課題となる。具体的には、光学系及びそれを有する露光装置の大型化、重量や装置占有面積（フットプリント）の拡大、及び、熱や振動による性能の変動などが課題となりうる。
特許文献２に開示された光学系は、光学系全体としては小型化を図ることができるが、基板上で隣接する矩形状の領域が重なり合う領域で解像性能が低下し、画面全体での均一性を損なってしまう。このような解像性能の低下を抑えるためには、露光量、フォーカス及び重ね合わせ精度を制御する必要があり、その制御の難易度が高くなる。また、個々の等倍光学系は、光学パワーをレンズの屈折力に依存しているため、色収差が発生し、前者の光学系と比べて、紫外から遠紫外の広い波長帯域での収差補正に限界がある。更に、紫外光で露光を続けると、レンズの光吸収に起因する発熱や屈折率の変化によって解像性能が低下してしまう。これは、高解像力化を進める上で、高ＮＡ化の限界や短波長化の限界を示すものである。
そこで、凹面ミラー及び凸面ミラーの２つのミラーで５回反射させる光学系や３つのミラーで５回反射させる光学系が提案されている（特許文献３乃至５参照）。
特開昭５２−５５４４号公報 特開平７−５７９８６号公報 特開平５−５３０５７号公報 米国特許第５０７８５０２号明細書 特開２００９−２７６７６９号公報
しかしながら、特許文献３に開示された光学系は、ペッツバール和を最小化できる設計解ではあるが、投影光学系に必要となる種々の収差を低減するためには、設計自由度が不足しているため、特に、高ＮＡ化に対応することができない。ここで、種々の収差とは、例えば、球面収差、非点収差、露光スリット内での像面湾曲などを含む。
特許文献４及び５に開示された光学系は、瞳面に位置するミラーが主ミラー（凹面ミラー）から分離されており、かかるミラーの曲率及び配置を自由に決められるため、特許文献３に開示された光学系に比べて、設計上の自由度が増している。従って、高ＮＡ化に対しても、収差を低減することができる。特に、特許文献５には、瞳面に位置するミラーを主ミラーから大きく離れた光学系の設計例が開示されている。但し、かかる設計例では、光学系を小型化するために、凹面ミラーと凸面ミラーとの間の距離を狭めたとしても光学系の全長が長くなってしまう。露光装置に用いられる光学系には、高さ及び奥行きの両方に関して寸法を小さくすること、及び、収差を高精度に補正可能であることが要求されている。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、光学系の小型化と高性能化との両立に有利な技術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投影光学系は、第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第３凹反射面とを有する投影光学系であって、物体面からの光が、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、前記第１凸反射面、前記第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面及び前記第３凹反射面が配置され、物体面と前記第１凹反射面との間、及び、前記第３凹反射面と像面との間に反射面がない状態において、前記物体面と前記第２凹反射面との間の距離をＬｔ１、前記第２凹反射面と前記像面との間の距離をＬｔ２、前記第１凹反射面と前記第２凹反射面との間の距離をＰｔ１、前記第２凹反射面と前記第３凹反射面との間の距離をＰｔ２としたとき、０．０５≦Ｐｔ１／Ｌｔ１≦０．２ 又は ０．０５≦Ｐｔ２／Ｌｔ２≦０．２を満たすことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態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、光学系の小型化と高性能化との両立に有利な技術を提供することができる。
本発明の実施例１における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例２における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例３における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例４における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例５における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例６における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例７における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例８における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例９における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例１０における投影光学系を説明するための図である。 本発明の実施例１１における投影光学系を説明するための図である。 本実施形態における光学系の各寸法の定義を示す図である。 光学系の大きさを説明するための図である。 瞳突出量が収差と光学系の大きさに与える影響を説明するための図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す図である。
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。
本実施形態は、高ＮＡ化において小型化と高性能化（高精度な収差補正）との両立を実現する光学系を提案する。具体的には、３つのミラーの５回反射系において、瞳面に位置するミラーの主鏡からの突出量、３つのミラー間の同心性、及び、物体面や像面と各ミラーの頂点（球心）との距離を規定する。このような条件を規定することで、無収差の状態に近い同心ミラー系（２つのミラー系）の利点を損なわず、３つのミラーで光学系の自由度を増加し、且つ、全長を小さくした光学系を提案する。かかる光学系では、図１２に示すように、各寸法を定義する。なお、ミラー（反射面）は、光学系の光軸に関して左右対称でも非対称でもよく、光学系の光軸を挟んだ左右側に分割されて構成されてもよい。
本実施形態における光学系は、円弧状の物体面の軸外の点からの光を、第１凹面ミラーＭ１、第１凸面ミラーＭ２、第２凹面ミラーＭ３（瞳面）、第１凸面ミラーＭ２、第３凹面ミラーＭ５の順に反射して円弧状の像面に結像する。ここで、第１凹面ミラーＭ１は第１凹反射面として機能し、第１凸面ミラーＭ２は第１凸反射面として機能し、第２凹面ミラーＭ３は第２凹反射面として機能し、第３凹面ミラーＭ５は第３凹反射面として機能する。第２凹面ミラーＭ３は、第１凹面ミラーＭ１よりも物体面から離れた位置に配置されている。また、本実施形態における光学系は、基本的には、第１凹面ミラーＭ１と物体面との間に、光路を折り曲げるための第１折り曲げミラーが配置され、第３凹面ミラーＭ５と像面との間に第２折り曲げミラーが配置された状態で用いられることが多い。但し、以下では、本実施形態のおける光学系を理解しやすくするために、第１折り曲げミラー及び第２折り曲げミラー（パワーを有していないミラー（反射面））がない状態で説明する。
第１凹面ミラーＭ１、第１凸面ミラーＭ２、第２凹面ミラーＭ３及び第３凹面ミラーＭ５のそれぞれの曲率半径をＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５とする。第１凹面ミラーＭ１と第１凸面ミラーＭ２との間の距離をＤ１、第１凸面ミラーＭ２と第３凹面ミラーＭ５との間の距離をＤ２とする。物体面（第１折り曲げミラーがない状態における物体面）と第１凸面ミラーＭ２との間の距離（作動距離）をＷ１、像面（第２折り曲げミラーがない状態における像面）と第１凸面ミラーＭ２との間の距離（作動距離）をＷ２とする。物体面と第２凹面ミラーＭ３との間の距離（光学長）をＬｔ１、像面と第２凹面ミラーＭ３との間の距離（光学長）をＬｔ２とする。結像倍率をＢとする。
本実施形態における光学系は、以下の条件１、条件２、条件３、条件４、条件５、条件６、条件７を満たす。
条件１：０．０５≦Ｐｔ１／Ｌｔ１≦０．２ 又は ０．０５≦Ｐｔ２／Ｌｔ２≦０．２
条件１は、本発明者が設計的に見出した条件であり、光学系の全長に対する瞳面の突出量を規定するものである。光学系が無収差になる最も基本的な条件の１つは、ミラーやレンズなどのパワーを有する光学素子が同心状に配置され、その球心に物体面が位置する状態である。３つのミラーの５回反射系は、２つのミラーの５回反射系に比べて、設計の自由度は増加するが、ミラー間の同心性からは乖離する傾向がある。条件１は、この背反する条件を両立し、瞳面に位置する光学素子（第２凹面ミラーＭ３やレンズＬ２）が最も有効に収差を補正する領域を意味している。また、光学系の全長の小型化にも寄与する。
条件２：０．７０≦Ｗ１／Ｒ２≦１．０ 又は ０．７０≦Ｗ２／Ｒ２≦１．０
条件２は、第１凸面ミラーＭ２（曲率半径Ｒ２）と物像面との同心性を規定するものである。上述したように、物像面がミラーの球心に近づくほど、光学系の全系の同心性は高まり、球面収差や軸外像高のハロなどの収差が改善する。また、実配置上は、物体面と第１凸面ミラーＭ２との間の距離Ｗ１を確保することで、折り曲げミラーを配置可能とし、露光装置内でマスクと基板とを平行に配置して同期走査する構成とすることができる。
条件３：０．８７≦（Ｒ２＋Ｄ１）／Ｒ１≦１．１５ 又は ０．８７≦（Ｒ２＋Ｄ２）／Ｒ５≦１．１５
条件３は、第１凹面ミラーＭ１と第１凸面ミラーＭ２との同心性を規定するものである。
条件４：０．８≦Ｒ３／Ｒ１≦１．２５ 又は ０．８≦Ｒ３／Ｒ５≦１．２５
条件４は、第１凹面ミラーＭと第２凹面ミラーＭ３との同心性を規定するものである。
条件５：０．９≦Ｒ３／Ｌｔ１≦１．１ 又は ０．９≦Ｒ３／Ｌｔ２≦１．１
条件５は、第２凹面ミラーＭ３と物像面との同心性を規定するものである。
条件３、条件４及び条件５は、上述したように、球面収差などの収差の改善に寄与する。
条件６：０．５≦Ｗ１／Ｌｔ１≦０．７ 又は ０．５≦Ｗ２／Ｌｔ２≦０．７
条件６は、必要な作動距離（距離Ｗ１及びＷ２）に対して、光学系の全長（距離Ｌｔ１及びＬｔ２）を制限するものである。露光装置では、露光すべき画面サイズが指定されると、それに基づいて、露光幅や円弧像高が決定される。露光光の全てを反射させる折り曲げミラーを光路中に配置するためには、所定の作動距離が必要となる。条件６によれば、作動距離が大きくなる場合でも、光学系の全長を制限することができる。
条件７：Ｂ×０．８７≦（Ｒ５／Ｒ１）≦Ｂ×１．１５
また、本実施形態における光学系は、物体面及び像面の近傍（物体面及び前記像面と第１凸面ミラーＭ２との間）に、非球面形状を有するレンズを有する。本実施形態における光学系は、第２凹面ミラーＭ３の近傍（第１凸面ミラーＭ２と第２凹面ミラーＭ３との間）に、第１面と第２面とが同じ方向に湾曲したメニスカスレンズを有する。本実施形態における光学系において、第１凹面ミラーＭ１、第１凸面ミラーＭ２、第２凹面ミラーＭ３及び第３凹面ミラーＭ５のうちの少なくとも１つのミラーは、非球面形状を有する。本実施形態における光学系において、第１凸面ミラーＭ２と第２凹面ミラーＭ３との間に、開口を可変とする絞りを有する。本実施形態における光学系は、物体面側及び像面側にテレセントリックである。
条件１乃至条件７の数値の妥当性は、以下の実施例で示される。これらの条件の下限、或いは、上限を超えると、光学系の同心性が崩れることになるため、収差の悪化に伴い、解像力が低下する。また、光学系が大型化する。
＜実施例１＞
図１（ａ）は、実施例１における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、正のパワーを有する第１凹面ミラーＭ１と、負のパワーを有する第１凸面ミラーＭ２と、正のパワーを有する第２凹面ミラーＭ３と、正のパワーを有する第３凹面ミラーＭ５とを含む。
投影光学系１０は、実施例１では、等倍系であるため、第１凹面ミラーＭ１と第３凹面ミラーＭ５とは、光学的には、同じミラーである。従って、第１凹面ミラーＭ１と第３凹面ミラーＭ５とは、中央に中空部を有するドーナツ状の一体型ミラーで構成してもよいし、別体で構成してもよい。
レンズＬ１は、物体面Ｏの近傍に配置され、レンズＬ３は、像面Ｉの近傍に配置されている。レンズＬ２は、第２凹面ミラーＭ３の近傍に配置されている。物体面Ｏからの光は、レンズＬ１、第１凹面ミラーＭ１、第１凸面ミラーＭ２、レンズＬ２、第２凹面ミラーＭ３、レンズＬ２、第１凸面ミラーＭ２、第３凹面ミラーＭ５、レンズＬ３を順に通って像面Ｉで結像する。第２凹面ミラーＭ３は、投影光学系１０の瞳面に配置されている。また、第２凹面ミラーＭ３の近傍には、開口絞りが配置されている。投影光学系１０の光軸中心を通る各物像点の主光線は、物像面においてテレセントリックになる。開口絞りは、開口径や開口形状が可変となる機構を有していてもよい。これにより、種々の露光行程に応じて、最適な開口数を設定することができる。具体的には、解像線幅が大きい場合には、開口絞りの開口径を小さくすることで、必要な解像力を得ながら、焦点深度を広げることができる。なお、第２凹面ミラーＭ３とは別に開口絞りを設けずに、第２凹面ミラーＭ３自体が開口絞りの機能を有していてもよい。
ここで、レンズＬ１及びＬ３は、必ずしも必須ではないが、軸外の像高の像面湾曲や非点収差を補正し、良像域を拡張するために、非球面レンズとして導入するとよい。この場合、非球面レンズは実質的にパワーを有していない方が、上述したレンズ系の課題を克服するためには好ましい。レンズＬ２は、同方向に湾曲した屈折面を有する、所謂、メニスカスレンズ（曲率が無限大の平面ガラスも含む）である。レンズＬ２は、主に、レンズＬ１及びＬ３で発生した色収差の補正に寄与している。レンズＬ２の屈折面の湾曲する方向は、同心性の観点から、第２凹面ミラーＭ３と同じ方向であるとよい。レンズＬ２は、レンズＬ１及びＬ３と同様に、実質的にパワーを有していないため、上述したレンズ系の課題を克服することに寄与している。
図１（ｂ）は、実施例１における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図１（ｃ）は、実施例１における投影光学系１０の横収差を示す図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）を参照するに、縦収差及び横収差は、軸外の像高で補正されていることがわかる。実施例１における投影光学系１０は、瞳面に配置された第２凹面ミラーＭ３に対して対称系の配置となる等倍系であるため、基本的に、ディストーションは発生しない。また、コマや倍率色収差などの非対称系の収差も発生しない。また、投影光学系１０の全体の主な光学パワーをミラー系が分担しているため、レンズＬ１、Ｌ２及びＬ３で発生する色収差も本質的に小さい。
実施例１における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表１に示す。Ｒは曲率半径、Ｄは面間隔、Ｎは硝材である。Ｒの空欄は平面（曲率半径が無限大）であることを意味し、Ｎの空欄は屈折率が１であることを意味している。なお、ＮＡは物像面側で０．１２、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、使用像高は４９０ｍｍから５３０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例１における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれており、その係数を表１の下段に示す。
Figure 0006635904
非球面は、ｚ＝ｒｈ２／（１＋（１−（１＋ｋ）ｒ２ｈ２）１／2）＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２＋Ｆｈ１４＋Ｇｈ１６で表される。
ここで、光学系の大きさを比較する。図１３（ａ）は、従来の２つのミラーを有する光学系の断面を示す図であり、図１３（ｂ）は、実施例１における投影光学系１０の断面を示す図である。従来の２つのミラーを有する光学系と実施例１における投影光学系１０とは、同じ仕様で設計されており、同じ縮尺で図示されている。従って、物像間距離Ｈを１０６０ｍｍとする等しい条件において、主ミラーである最大凹面ミラーの直径Ｆは、従来ではφ１９６４ｍｍであるのに対して、実施例１ではφ１４１０ｍｍ（従来の７２％）である。また、光学系の全長Ｌは、従来では３４５９ｍｍであるのに対して、実施例１では１７４４ｍｍ（従来の５０％）である。このように、実施例１における投影光学系１０では、高さ及び全長が十分に短くなっている。
実施例１における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．１１
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．８０
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９７
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．９１
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９８
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５６
図１４を参照して、条件１における瞳突出量が、設計上、収差と光学系の大きさに与える影響を説明する。図１４において、瞳突出量Ｐｔを大きくしようとすると、例えば、第２凹面ミラーＭ３をＭ３’で示す位置に移動させると、主光線Ｒｐ及び周辺光線Ｒｍのそれぞれの光軸に対する傾き角を弱める必要がある。そこで、第１凸面ミラーＭ２の曲率を弱めると、図１４にＨで示すように、周辺光線Ｒｍが第１凹面ミラーＭ１の有効径と干渉してしまう。これを回避するためには、物体高Ｙを上げなければならないため、第１凹面ミラーＭ１の有効径が大きくなってしまう。このように、瞳突出量Ｐｔが大きくなると、光学系は、高さと奥行きの両方向に大型化してしまう。また、収差自体も干渉を避けながら高い物体高で追い込むため、悪化する傾向にある。
そこで、実施例１における投影光学系１０では、全長Ｌに対する瞳突出量Ｐｔの比率（Ｐｔ／Ｌｔ）を５％以上、且つ、２０％以下に設定している。下限値を設定した理由は、３つのミラーを有する光学系としての設計自由度を十分に発揮させるためである。これは、以下の実施例、特に、実施例２及び３において実現される。
＜実施例２＞
図２（ａ）は、実施例２における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例２では、等倍系である。実施例２における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例２における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表２に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．１２、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、３２０ｎｍ、使用像高は２０ｍｍから５２０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例２における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例２における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．２０
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．９０
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９９
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝１．１３
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９９
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５５
図２（ｂ）は、実施例２における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図２（ｃ）は、実施例２における投影光学系１０の横収差を示す図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）を参照するに、縦収差及び横収差がよく補正されていることがわかる。ディストーションは、軸外の使用像高の範囲において縦軸と平行になっているが、これは、露光スリット内で一定倍率が発生していることを示している。実施例２における投影光学系１０は、対称配置の等倍系であるため、ディストーションは、ゼロであるべきである。但し、厳密には、テレセントリックが０．００１ｒａｄ程度のオーダーで発生し、収差が最小になる最適像面位置が光軸方向に微少量だけ移動した場合、両者の積だけ結像点のずれが発生し、倍率変化が生じる。その結果、ディストーションは、縦軸からシフトすることになる。この現象は、最適化を行えば容易に解消できるため、倍率の僅かなずれは問題ではない。露光スリット内で倍率が一定である点が重要であり、これにより、マスクと基板とを走査する際に、マスクのパターンを露光スリット内で多重露光しても、基板への転写像のずれが発生せず、コントラストの高い像を形成することができる。
＜実施例３＞
図３（ａ）は、実施例３における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例３では、等倍系である。実施例３における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例３における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表３に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．１２、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、３２０ｎｍ、使用像高は４８０ｍｍから５２０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例３における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例３における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０５
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．９０
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９８
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．９３
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９７
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．６２
図３（ｂ）は、実施例３における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図３（ｃ）は、実施例３における投影光学系１０の横収差を示す図である。
＜実施例４＞
図４（ａ）は、実施例４における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例４では、等倍系である。実施例４における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例４における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表４に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．１２、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、３２０ｎｍ、使用像高は４８０ｍｍから５２０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例４における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例４における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．１４
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．８４
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．８７
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．８０
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．８９
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５７
図４（ｂ）は、実施例４における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図４（ｃ）は、実施例４における投影光学系１０の横収差を示す図である。
実施例４において、条件３は０．８７、条件４は０．８０であるが、完全な同心性であれば、これらは１．０となる。ここで、同心性からの乖離の許容値を規定するという観点から考えると、１．０以上でも等価な許容範囲が存在する。例えば、条件３では、１／０．８７＝１．１５、条件４では、１／０．８０＝１．２５という値が上限値として設定される。
＜実施例５＞
図５（ａ）は、実施例５における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例５では、等倍系である。実施例５における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例５における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表５に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．０８、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、３２０ｎｍ、使用像高は４８０ｍｍから５２０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例５における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例５における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０７
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．７６
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９６
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．８６
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９８
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５６
図５（ｂ）は、実施例５における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図５（ｃ）は、実施例５における投影光学系１０の横収差を示す図である。
＜実施例６＞
図６（ａ）は、実施例６における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例６では、等倍系である。実施例６における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例６における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表６に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．１２、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、３２０ｎｍ、使用像高は４８０ｍｍから５２０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例６における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例６における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０７
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．８９
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９３
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．８３
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９０
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．６６
図６（ｂ）は、実施例６における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図６（ｃ）は、実施例６における投影光学系１０の横収差を示す図である。
＜実施例７＞
図７（ａ）は、実施例７における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例７では、等倍系である。実施例７における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例１と同じである。
実施例７における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表７に示す。なお、ＮＡは物像面側で０．１３、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、使用像高は５００ｍｍから５３０ｍｍである。従って、露光スリット幅は３０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例７における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例７における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０６
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．７６
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９６
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．８４
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９８
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５７
図７（ｂ）は、実施例７における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。図７（ｃ）は、実施例７における投影光学系１０の横収差を示す図である。
＜実施例８＞
図８（ａ）は、実施例８における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例８では、倍率１．２５倍の拡大系である。投影光学系１０は、正のパワーを有する第１凹面ミラーＭ１と、負のパワーを有する第１凸面ミラーＭ２と、正のパワーを有する第２凹面ミラーＭ３と、正のパワーを有する第３凹面ミラーＭ５とを含む。
レンズＬ１は、物体面Ｏの近傍に配置され、レンズＬ３は、像面Ｉの近傍に配置されている。レンズＬ２は、第２凹面ミラーＭ３の近傍に配置されている。物体面Ｏからの光は、レンズＬ１、第１凹面ミラーＭ１、第１凸面ミラーＭ２、レンズＬ２、第２凹面ミラーＭ３、レンズＬ２、第１凸面ミラーＭ２、第３凹面ミラーＭ５、レンズＬ３を順に通って像面Ｉで結像する。第２凹面ミラーＭ３は、投影光学系１０の瞳面に配置されている。
実施例８における投影光学系１０において、等倍系と異なる点は、第１凸面ミラーＭ２で２回目の反射をした光が第３凹面ミラーＭ５、レンズＬ３の順に進む点だけである。その他の構成については、実施例１乃至実施例７で説明した等倍系と同じである。
実施例８における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表８に示す。なお、ＮＡは像面側で０．０８、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、使用像高は６２５ｍｍから６７５ｍｍである。従って、露光スリット幅は５０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例８における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例８における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０３
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．８５
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．９１
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．７２
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９０
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５９
条件７として、比率（（Ｒ５／Ｒ１）／Ｂ）＝１．００
図８（ｂ）は、実施例８における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。
＜実施例９＞
図９（ａ）は、実施例９における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例９では、倍率１．３８倍の拡大系である。実施例９における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例８と同じである。
実施例９における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表９に示す。なお、ＮＡは像面側で０．０８、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、使用像高は６９０ｍｍから７４５ｍｍである。従って、露光スリット幅は５５ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例９における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例９における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．１２、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ２）＝０．０９
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．６７、作動距離（Ｗ２／Ｒ２）＝０．７９
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝１．０２、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ５）＝０．８７
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．９０、同心性（Ｒ３／Ｒ５）＝０．６５
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝１．０２、同心性（Ｒ３／Ｌｔ２）＝０．９３
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．５５、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ２）＝０．５９
条件７として、比率（（Ｒ５／Ｒ１）／Ｂ）＝１．００
図９（ｂ）は、実施例９における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。
＜実施例１０＞
図１０（ａ）は、実施例１０における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例１０では、倍率０．７５倍の縮小系である。実施例１０における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例９と同じである。
実施例１０における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表１０に示す。なお、ＮＡは像面側で０．１０７、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、使用像高は５００ｍｍから５４０ｍｍである。従って、露光スリット幅は４０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例１０における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例１０における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．０２、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ２）＝０．１１
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．８４、作動距離（Ｗ２／Ｒ２）＝０．６７
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝０．８８、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ５）＝１．０１
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝０．６９、同心性（Ｒ３／Ｒ５）＝０．８９
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝０．９０、同心性（Ｒ３／Ｌｔ２）＝１．０２
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．６１、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ２）＝０．５５
条件７として、比率（（Ｒ５／Ｒ１）／Ｂ）＝１．０３
図１０（ｂ）は、実施例１０における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。
＜実施例１１＞
図１１（ａ）は、実施例１１における投影光学系１０の構成を示す断面図である。投影光学系１０は、実施例１１では、倍率１．２５倍の拡大系である。実施例１１における投影光学系１０の光学素子の配置や結像関係は、実施例８と同じである。
実施例１１における投影光学系１０の具体的な数値例を以下の表１１に示す。なお、ＮＡは像面側で０．０８、補正波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、使用像高は６２５ｍｍから６７５ｍｍである。従って、露光スリット幅は５０ｍｍである。かかる使用像高から、一括露光幅は７５０ｍｍ以上確保される。実施例１１における投影光学系１０には、ミラー面とレンズ面のそれぞれに非球面が複数面含まれている。
Figure 0006635904
実施例１１における投影光学系１０は、以下の条件を満たしている。
条件１として、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ１）＝０．１６、瞳突出量（Ｐｔ／Ｌｔ２）＝０．１１
条件２として、作動距離（Ｗ１／Ｒ２）＝０．４１、作動距離（Ｗ２／Ｒ２）＝１．３０
条件３として、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ１）＝１．０６、同心性（（Ｒ２＋Ｄ）／Ｒ５）＝０．９２
条件４として、同心性（Ｒ３／Ｒ１）＝１．０１、同心性（Ｒ３／Ｒ５）＝０．７１
条件５として、同心性（Ｒ３／Ｌｔ１）＝１．３５、同心性（Ｒ３／Ｌｔ２）＝０．７３
条件６として、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ１）＝０．３９、作動距離（Ｗ１／Ｌｔ２）＝０．６７
条件７として、比率（（Ｒ５／Ｒ１）／Ｂ）＝１．１５
図１１（ｂ）は、実施例１１における投影光学系１０の縦収差及びディストーションを示す図である。
実施例１１において、条件７は１．１５であるが、拡大系又は縮小系の倍率が、理想的には、Ｒ５／Ｒ１の比で決定されるという原理から考えると、（Ｒ５／Ｒ１）／Ｂの値が１．０以下の等価な許容範囲が存在する。従って、Ｒ５／Ｒ１）／Ｂ＝１／１．１５＝０．８７という値が下限値として設定される。
また、実施例１乃至実施例１１における投影光学系１０の各数値や条件をまとめて以下の表１２及び表１３に示す。
Figure 0006635904
Figure 0006635904
本実施形態における投影光学系（各実施例の投影光学系１０）は、例えば、マスクのパターンの像を基板に投影する投影光学系として、基板を露光する露光装置に適用することができる。図１５は、投影光学系１０を有する露光装置１００の構成を示す図である。
マスクＭは、パターンが形成された原版である。基板Ｐは、感光性レジストが塗布されたプレートである。マスクＭ及び基板Ｐのそれぞれは、移動ステージに保持され、矢印方向に同期走査される。これにより、マスクＭのパターンが基板Ｐに転写される。光源からの光でマスクＭを照明する照明光学系やその他のユニットについては、図示を省略している。投影光学系１０は、実施例１の設計例を適用している。
マスクＭと基板Ｐとの間には、台形状の折り曲げミラーＤＭが配置されている。折り曲げミラーＤＭは、上述した第１折り曲げミラー及び第２折り曲げミラーを構成するものである。マスクＭからの光は、折り曲げミラーミラーＤＭの上側の反射面で垂直下方から水平方向に反射され、折り曲げミラーミラーＤＭの下側の反射面で水平方向から垂直下方に反射される。上述したように、作動距離に関する条件２又は条件６を満たすことによって、光学系を小型化しながらも折り曲げミラーＤＭを配置することが可能である。
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程を含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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、ＮＡ、像高、スリット幅、使用波長などは、各実施例に例示された数値に限定されるものではなく、例えば、露光装置の必要精度や仕様に応じて変更されるものであり、それらの条件も本発明に含まれる。また、非球面の配置やその球面からの偏位量も各実施例に限定されるものではない。なお、上述の実施形態、実施例の投影光学系は、特許文献２に開示されたマルチレンズ光学系の各々にも適用することができる。
１０：投影光学系 Ｍ１：第１凹面ミラー Ｍ２：第１凸面ミラー Ｍ３：第２凹面ミラー Ｍ５：第３凹面ミラー

Claims (17)

  1. 第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第３凹反射面とを有する投影光学系であって、
    物体面からの光が、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、前記第１凸反射面、前記第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面及び前記第３凹反射面が配置され、
    物体面と前記第１凹反射面との間、及び、前記第３凹反射面と像面との間に反射面がない状態において、前記物体面と前記第２凹反射面との間の距離をＬｔ１、前記第２凹反射面と前記像面との間の距離をＬｔ２、前記第１凹反射面と前記第２凹反射面との間の距離をＰｔ１、前記第２凹反射面と前記第３凹反射面との間の距離をＰｔ２としたとき、
    ０．０５≦Ｐｔ１／Ｌｔ１≦０．２ 又は ０．０５≦Ｐｔ２／Ｌｔ２≦０．２
    を満たすことを特徴とする投影光学系。
  2. 前記第１凸反射面の曲率半径をＲ２、前記第１凸反射面と前記反射面がない状態における物体面との間の距離をＷ１、前記第１凸反射面と前記反射面がない状態における像面との間の距離をＷ２としたとき、
    ０．７０≦Ｗ１／Ｒ２≦１．０ 又は ０．７０≦Ｗ２／Ｒ２≦１．０
    を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
  3. 前記第１凹反射面の曲率半径をＲ１、前記第１凸反射面の曲率半径をＲ２、前記第３凹反射面の曲率半径をＲ５、前記第１凹反射面と前記第１凸反射面との間の距離をＤ１、前記第１凸反射面と前記第３凹反射面との間の距離をＤ２としたとき、
    ０．８７≦（Ｒ２＋Ｄ１）／Ｒ１≦１．１５ 又は ０．８７≦（Ｒ２＋Ｄ２）／Ｒ５≦１．１５
    を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影光学系。
  4. 前記第１凹反射面の曲率半径をＲ１、前記第２凹反射面の曲率半径をＲ３、前記第３凹反射面の曲率半径をＲ５としたとき、
    ０．８≦Ｒ３／Ｒ１≦１．２５ 又は ０．８≦Ｒ３／Ｒ５≦１．２５
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  5. 物体面と前記第１凹反射面との間、及び、前記第３凹反射面と像面との間に反射面がない状態において、前記物体面と前記第２凹反射面との間の距離をＬｔ１、前記第２凹反射面と前記像面との間の距離をＬｔ２、前記第２凹反射面の曲率半径をＲ３としたとき、
    ０．９≦Ｒ３／Ｌｔ１≦１．１ 又は ０．９≦Ｒ３／Ｌｔ２≦１．１
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  6. 物体面と前記第１凹反射面との間、及び、前記第３凹反射面と像面との間に反射面がない状態において、前記物体面と前記第２凹反射面との間の距離をＬｔ１、前記第２凹反射面と前記像面との間の距離をＬｔ２、前記第１凸反射面と前記反射面がない状態における物体面との間の距離をＷ１、前記第１凸反射面と前記反射面がない状態における像面との間の距離をＷ２としたとき、
    ０．５≦Ｗ１／Ｌｔ１≦０．７ 又は ０．５≦Ｗ２／Ｌｔ２≦０．７
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  7. 前記物体面及び前記像面と前記第１凸反射面との間に、非球面形状を有するレンズを有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  8. 前記第１凸反射面と前記第２凹反射面との間に、第１面と第２面とが同じ方向に湾曲したメニスカスレンズを有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  9. 前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面及び前記第３凹反射面のうちの少なくとも１つの反射面は、非球面形状を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  10. 前記第１凸反射面と前記第２凹反射面との間に、開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  11. 前記開口絞りは、開口形状が可変であることを特徴とする請求項１０に記載の投影光学系。
  12. 前記投影光学系は、拡大系であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  13. 前記投影光学系は、縮小系であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  14. 前記第１凹反射面の曲率半径をＲ１、前記第３凹反射面の曲率半径をＲ５、前記投影光学系の結像倍率をＢとしたとき、
    Ｂ×０．８７≦（Ｒ５／Ｒ１）≦Ｂ×１．１５
    を満たすことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の投影光学系。
  15. 前記物体面側及び前記像面側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
  16. 光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、
    前記マスクのパターンの像を基板に投影する請求項１乃至１５のうちいずれか１項に記載の投影光学系と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  17. 請求項１６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
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