JPH06265789A - 反射屈折投影光学系 - Google Patents

反射屈折投影光学系

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JPH06265789A
JPH06265789A JP5051718A JP5171893A JPH06265789A JP H06265789 A JPH06265789 A JP H06265789A JP 5051718 A JP5051718 A JP 5051718A JP 5171893 A JP5171893 A JP 5171893A JP H06265789 A JPH06265789 A JP H06265789A
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70216Mask projection systems
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビームスプリッターを用いること無く、且つ
一括露光方式を取ることが出来る結像性能の優れた反射
屈折投影光学系を提供する。 【構成】 物体面1上のパターンからの光が、第1収斂
群G1 を経て、第1平面鏡M1 の周辺部で反射された
後、第1凹面反射鏡M2 よりなる第2収斂群G2 に至
り、第2収斂群G2 で反射された光が第1平面鏡M1
開口内にそのパターンの第1中間像を結像する。この第
1中間像からの光が、第3収斂群G3 を経て、第2平面
鏡M3 の開口内にそのパターンの第2中間像を結像し、
この第2中間像からの光が第2凹面反射鏡M4 よりなる
第4収斂群G4 に至り、第4収斂群G4で反射された光
が第2平面鏡M3 の周辺で反射され、この反射光が、第
5収斂群G5 を経て像面2の表面にそのパターンの第3
中間像を結像する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される投影露光装置の、等倍又は縮小投影用の投
影光学系に適用して好適な反射屈折投影光学系に関し、
特に、光学系の要素として反射系を用いることにより、
紫外線波長域でサブミクロン単位の解像度を有する反射
屈折投影光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル(以下、「レチクル」と総称する)のパターン像
を投影光学系を介して例えば1/5程度に縮小して、感
光材(フォトレジスト等)が塗布された基板(ウエハ、
ガラスプレート等)上に露光する投影露光装置が使用さ
れている。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、
投影露光装置に使用されている投影光学系に要求される
解像力は益々高まっている。
【0003】この要求を満足するためには、照明光の波
長を短波長化し且つ投影光学系の開口数(NA)を大き
くしなければならない。しかしながら、照明光の波長が
短くなると、光の吸収のため実用に耐える硝材の種類が
限られてくる。特に、波長が300nm以下になると実
用上使える硝材は合成石英と蛍石だけとなる。両者のア
ッベ数は色収差を補正するのに十分な程離れていないの
で、波長が300nm以下になった場合には、屈折系だ
けで投影光学系を構成したのでは色収差補正が極めて困
難となる。また、蛍石は温度変化による屈折率の変化特
性、所謂温度特性が悪く、更にレンズ研磨の加工上で多
くの問題を持っているため、蛍石を多くの部分に使用す
ることはできない。従って、要求される解像力を有する
投影光学系を屈折系のみで形成することは非常に難し
い。
【0004】これに対して反射系は色収差が無いため、
反射系のみで投影光学系を構成することも試みられてい
るが、この場合、投影光学系が大型化し、且つ反射面の
非球面化が必要となる。即ち、反射系のみで投影光学系
を構成することも極めて困難である。そこで、反射系と
屈折系とを組み合わせた所謂反射屈折光学系で縮小投影
光学系を構成する技術が種々提案されている。その一例
として例えば特開昭63−163319号公報では、リ
ング視野光学系が提案されている。このリング視野光学
系では、入射光と反射光とが互いに干渉しないように軸
外光を用い、且つ軸外の輪帯部のみを露光するように構
成されている。
【0005】また、別の例として、例えば特公昭51−
27116号公報や特開平2−66510号公報におい
て、内部に半透鏡で構成されるビームスプリッターを配
置することにより、軸上付近の光束を使って一括してレ
チクルの像を投影する反射屈折光学系を備えた縮小投影
型露光装置が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、リング視野光学系では、入射光と反射光との干
渉を避けるため、多くのミラーを使って光束を何回も反
射させることが必要であり、そのため全体の光学系が複
雑になると共に、開口数を大きくすることが困難である
という不都合がある。
【0007】しかも、露光エリアが狭くレチクルのパタ
ーンを一括で例えばウエハ上に露光することも出来ない
ので、レチクルとウエハとを投影光学系の縮小倍率に応
じて互いに異なる速度で移動しながら露光する、所謂ス
キャン露光を行う必要があった。このため、投影露光装
置の機構部の構成が複雑となり、製造コスト及び露光精
度の点で不利であった。即ち、スキャン露光方式では、
超微細パターンをウエハ上に高精度に露光するのが困難
であり、製造コストも非常に高いものとならざるを得な
かった。
【0008】一方、軸上付近の光束を使って一括してレ
チクルの像を投影する従来の反射屈折光学系では、ウエ
ハ面からの反射光による内面反射や、ビームスプリッタ
ー以降の光学系の屈折面での内面反射によるフレアーが
多いという不都合があった。更に、光束の入射角度の変
化によるビームスプリッターの反射特性の不均一性、反
射膜による光の吸収、反射膜における光の位相変化、及
び反射膜自体の不均一性等が結像特性を劣化させるとい
う不都合があり、投影光学系としての総合的な解像力が
劣化し、特に半導体製造用露光装置の投影光学系として
は解像力が十分では無かった。また、ビームスプリッタ
ーによる光量損失のため、光の利用効率が25%〜10
%程度の低いものとなり、実用的とは言えなかった。
【0009】本発明は斯かる点に鑑み、半透鏡で構成さ
れるビームスプリッターを用いること無く、反射系と屈
折系とを用いて構成され、且つ軸外光束を用いて輪帯部
のみを露光するリング視野光学系とは異なり一括露光方
式を取ることが出来る、結像性能の優れた反射屈折投影
光学系を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の反射
屈折投影光学系は、例えば図1に示すように、第1面
(1)上のパターンの像を第2面(2)上に投影する光
学系であって、第1面(1)上のパターンの中間像
(3)を結像する第1部分結像光学系と、中間像(3)
の像を第2面(2)上に再結像する第2部分結像光学系
とを配置し、それら2つの部分結像光学系の少なくとも
一方の部分結像光学系は、第1の領域の光を通過させて
この第1の領域とは異なる第2の領域の光を反射すると
共にそれら第1の領域又は第2の領域に中間像(3)が
結像される選択光学系M1 と、この選択光学系を介して
導かれた光束を再びこの選択光学系に戻す凹面反射鏡M
2 と、第1面(1)と選択光学系M1 との間又は選択光
学系M1 と第2面(2)との間に配置された収斂群G1
とを有するものである。
【0011】なお、図1の光学系は第1部分結像光学系
が凹面反射鏡M2 を有する例であるが、第2部分結像光
学系が凹面反射鏡M4 を有する例が図2の光学系であ
る。即ち、図1の光学系及び図2の光学系は共に、本発
明の第1の反射屈折投影光学系に属する。
【0012】また、第2の反射屈折投影光学系は、例え
ば図3に示すように、第1面(1)上のパターンの像を
第2面(2)上に投影する光学系であって、第1面
(1)上のパターンの中間像(3)を結像する第1部分
結像光学系と、中間像(3)の像を第2面(2)上に結
像する第2部分結像光学系とを配置し、その第1部分結
像光学系は、光軸に対して斜めに配置され第1の領域の
光を通過させて該第1の領域とは異なる第2の領域の光
を反射する選択光学系M1 と、第1面(1)上のパター
ンからの光束を選択光学系M1 に導く第1収斂群G1
と、選択光学系M1 で反射された光束を反射して選択光
学系M1 のその第1の領域又はその第2の領域内にその
パターンの中間像(3)を結像する第1凹面反射鏡M2
とを有し、その第2部分結像光学系は、選択光学系M1
内の中間像(3)からの光束を再び選択光学系M1 に戻
す第2凹面反射鏡M4 と、選択光学系M1 で再び反射さ
れた光束より中間像(3)の像を第2面(2)上に結像
する第2収斂群G5 とを有するものである。
【0013】また、第3の反射屈折投影光学系は、例え
ば図4に示すように、第1面(1)上のパターンの像を
第2面(2)上に投影する光学系であって、第1面
(1)より順に、第1面(1)上のパターンからの光束
を収斂する焦点距離f1 の第1収斂群G1 と、第1の領
域の光を通過させて該第1の領域とは異なる第2の領域
の光を反射し、第1収斂群G1 からの光束を後続の光学
系に導く第1選択光学系M 1 と、第1凹面反射鏡M2
含み、第1選択光学系M1 からの光束を反射して第1選
択光学系M1 のその第1の領域又はその第2の領域内に
そのパターンの第1中間像(3)を結像する焦点距離f
2 の第2収斂群G2 と、第1中間像(3)からの光束を
収斂してそのパターンの第2中間像(4)を結像する焦
点距離f3 の第3収斂群G3 と、第1の領域の光を通過
させて該第1の領域とは異なる第2の領域の光を反射す
ると共に、該第1の領域又は該第2の領域内に第2中間
像(4)が結像される第2選択光学系M3 と、第2凹面
反射鏡M4 を含み、第2中間像(4)からの光束を第2
選択光学系M3 に戻す焦点距離f4 の第4収斂群G4
と、第2選択光学系M3 により導かれた光束を収斂し
て、第2面(2)上にそのパターンの第3中間像を結像
する焦点距離f5 の第5収斂群G5 と、を有するもので
ある。
【0014】この場合、その第1選択光学系及びその第
2選択光学系の一例は、例えば図4に示すように、それ
ぞれ所定形状の開口(H1 ,H2 )を有し、これら開口
内にそれぞれそのパターンの中間像(3,4)が結像さ
れる反射鏡(M1 ,M3 )である。
【0015】また、その第1選択光学系及びその第2選
択光学系の他の例は、例えば図5に示すように、それぞ
れ所定形状の反射部を有し、これら反射部内にそれぞれ
そのパターンの中間像(3,4)が結像される小型反射
鏡(M1 ′,M3 ′)である。従って、図4の光学系と
図5の光学系とは光学的に等価である。
【0016】この場合、図1の光学系は図4の光学系か
ら、第2選択光学系M3 〜第5収斂群G5 を省いたもの
と等価であり、図2の光学系は図4の光学系から、第1
収斂群G1 〜第1選択光学系M1 を省いたものと等価で
ある。また、図3の光学系は図4の光学系から第3収斂
群G3 を省いたものと等価である。従って、本発明によ
る第1及び第2の反射屈折投影光学系は、それぞれ本発
明による第3の反射屈折投影光学系から、収斂群G1
5 及び選択光学系M1,2 の中の何れかの要素を省い
たものと考えることができる。そして、このように省か
れた収斂群G1〜G5 のペッツバール和を0とみなすこ
とにより、以下の条件式(1)〜(10)において本発明
の第3の反射屈折投影光学系に対して課している条件
は、それぞれ本発明の第1及び第2の反射屈折投影光学
系にも適用されるものである。
【0017】即ち、先ず、第1収斂群G1 〜第5収斂群
5 の個別のペッツバール和をそれぞれp1 〜p5 とし
たとき、次の条件を満足することが望ましい。 p1+p3+p5 >0 且つ p2+p4 <0 (1)
【0018】また、第1収斂群G1 及び第2収斂群G2
による第1中間像(3)の結像倍率をβ12、全系の結像
倍率をβとしたとき、次の条件を満足することが望まし
い。 0.1≦|β12|≦2 (2) また、第3収斂群G3 による第1中間像(3)から第2
中間像(4)への結像倍率をβ3 としたとき、次の条件
を満足することが望ましい。
【0019】 0.1≦|β3 |≦2 (3)
【0020】更に、第4収斂群G4 及び第5収斂群G5
による第2中間像(3)から第3中間像(4)への結像
倍率をβ45としたとき、次の条件を満足することが望ま
しい。 0.1≦|β45|≦2 (4) また、第1選択光学系M1 内で中間像(3)が結像され
る領域H1 の周辺部と第3収斂群G3 の瞳面とを共役の
関係に設定し、第3収斂群G3 の瞳面と第2選択光学系
3 内で中間像(4)が結像される領域H2 の周辺部と
を共役の関係に設定することが望ましい。
【0021】更に、第1収斂群G1 の後側主点と第1選
択光学系M1 内で中間像(3)が結像される位置との間
隔を第1収斂群G1 の焦点距離f1 とほぼ等しく設定
し、第1面(1)側でほぼテレセントリック光学系とな
ることが望ましい。また、第5収斂群G5 の前側主点と
第2選択光学系M3 内で中間像(4)が結像される位置
との間隔を第5収斂群G5 の焦点距離f5 とほぼ等しく
設定し、第2面(2)側でほぼテレセントリック光学系
となることが望ましい。
【0022】また、第1収斂群G1 の後側主点と第1選
択光学系M1 内で中間像(3)が結像される位置との間
隔を第1収斂群G1 の焦点距離f1 とほぼ等しく設定
し、第5収斂群G5 の前側主点と第2選択光学系M3
で中間像(4)が結像される位置との間隔を第5収斂群
5 の焦点距離f5 とほぼ等しく設定し、第1面(1)
側及び第2面(2)側でそれぞれほぼテレセントリック
光学系となることが望ましい。
【0023】
【作用】斯かる本発明の第1の反射屈折投影光学系によ
れば、第1部分結像光学系による第1面(1)上のパタ
ーンの中間像(3)が、第2部分結像光学系により第2
面(2)上にリレーされる。また、第1部分結像光学系
及び第2部分結像光学系の少なくとも一方に凹面反射鏡
2 が使用され、屈折系とその凹面反射鏡M2 との間の
光路を折り曲げる手段として、中央に開口を有する反射
鏡(例えば図1のM1 )又は中央部だけで光を反射する
小型反射鏡(例えば図5のM1 ′)等の選択光学系M1
が使用されており、この選択光学系M1 の中央部に中間
像(3)が結像されている。従って、従来のフレア等の
原因になると共に照明光の無駄が多いハーフミラー型の
ビームスプリッターが使用されていないため、光束の大
部分を有効に使うことができる。なお、図1〜図5の光
学系では、それぞれ第1面(1)は物体面、第2面
(2)は像面として表示されている。
【0024】勿論、選択光学系M1 の光軸付近の光束は
一部けられて結像に寄与しないため、輪帯状の瞳を持つ
光学系となり、そのときの遮蔽率により、結像特性は種
々に変化したものとなるという特徴を有する。しかしな
がら、最近では遮蔽部のない通常の屈折光学系を投影光
学系として使用する投影露光装置においても、わざわざ
照明光学系の光軸付近の光を遮蔽して解像力を上げる所
謂変形光源法が提案されているくらいであり、結像特性
の変化による像の変化は感光材の特性やレチクルの設計
により補うことが出来るものである。
【0025】それよりも、トータルの光量損失がハーフ
ミラーを使用するものに比べて少ないと共に、一括露光
が出来て複雑なスキャン露光を必要としないという利点
の方が大きい。また、本発明の第2の反射屈折投影光学
系によれば、例えば図3に示すように、第1凹面反射鏡
2 を有する第1部分結像光学系による第1面(1)上
のパターンの中間像(3)が、選択光学系M2 の光軸近
傍に結像され、この中間像(3)が第2凹面反射鏡M4
を有する第2部分結像光学系により第2面(2)上にリ
レーされる。従って、ハーフミラー型のビームスプリッ
ターが使用されていないため、光束の大部分を有効に使
うことができる。更に、凹面反射鏡(M2 ,M4)が2
個使用されているため、個々の凹面反射鏡の曲率半径
を、凹面反射鏡が1個使用されている場合に比べて2倍
にすることができ、諸収差が低減する。
【0026】また、本発明の第3の反射屈折投影光学系
によれば、例えば図4に示すように、第1収斂群G1
び主に第1凹面反射鏡M2 で構成される第2収斂群G2
による第1面(1)上のパターンの第1中間像(3)が
第1選択光学系M1 の光軸近傍に結像され、その第1中
間像(3)が第3収斂群G3 により第2選択光学系M3
の光軸近傍に第2中間像(4)としてリレーされ、その
第2中間像(4)が主に第2凹面反射鏡M4 で構成され
る第4収斂群G4 及び第5収斂群G5 により第2面
(2)上にリレーされる。従って、ハーフミラー型のビ
ームスプリッターが使用されていないため、光束の大部
分を有効に使うことができると共に、フレア等が減少す
る。
【0027】また、第1中間像(3)を第2中間像
(4)にリレーする第3収斂群G3 が設けられているた
め、投影倍率又は諸収差等の制御範囲が広がる。なお、
その第1選択光学系及びその第2選択光学系として、例
えば図4に示すように、それぞれ所定形状の開口(H
1 ,H2 )を有し、これら開口内にそれぞれそのパター
ンの中間像(3,4)が結像される反射鏡(M1 ,M
3 )を使用した場合と、例えば図5に示すように、それ
ぞれ所定形状の反射部を有し、これら反射部内にそれぞ
れそのパターンの中間像(3,4)が結像される小型反
射鏡(M1 ′,M3 ′)を使用した場合とは、光学的に
等価である。
【0028】次に、この第3の反射屈折投影光学系にお
いて、結像性能を向上、且つ像面をより平坦にするため
には、先ず光学系全体のペッツバール和を0付近にしな
ければならない。仮にペッツバール和が0付近にないと
投影像面は平坦なものとならず、湾曲したものとなる。
このため、第1収斂群G1 〜第5収斂群G5 の焦点距離
をそれぞれf1,f2,f3,f4 及びf5 とし、各群のペッ
ツバール和をそれぞれp1,p2,p3,p4 及びp5 とし、
各群のみかけの屈折率(各群の焦点距離をそれら各群の
ペッツバール和で割った値)をそれぞれn1,n2,n3,n
4 及びn5 とすると、次の関係が成立することが望まし
い。
【0029】 −0.01<p1+p2+p3+p4+p5 <0.01 (5)
【0030】この式を満足しないと像面は十分に平坦と
ならず、仮に下限を越えると像面は第1面(1)に対し
て凹の湾曲をし、仮に上限を越えると像面は第1面
(1)に対し凸の湾曲をする。本発明ではその(5)式
の条件を満足するために、全系のペッツバール和を第1
の部分和(p1+p3+p5 )と第2の部分和(p2+p4
とに分け、それぞれの部分和が(1)式の条件で示すよ
うに逆符号になるようにしている。
【0031】この場合、それぞれの群のペッツバール和
の内のp1,p3 及びp5 は、それぞれ次のように表され
る。 p1 =1/(f11 ) (6) p3 =1/(f33 ) (7) p5 =1/(f55 ) (8)
【0032】特に、2群及び4群のペッツバール和p2
及びp4 については、次の条件を満たすことが望まし
い。 0≦n2 2 ≦2/|R2 | (9) 0≦n4 4 ≦2/|R4 | (10)
【0033】これら(9)式及び(10)式において、
2 は第2収斂群G2 の一部を構成する第1凹面反射鏡
2 の曲率半径であり、n2 は第2収斂群G2 のみかけ
の屈折率であり、同様にR4 は第4収斂群G4 の一部を
構成する第2凹面反射鏡M4の曲率半径であり、n4
第4収斂群G4 のみかけの屈折率である。(9)式及び
(10)式において、それぞれ下限を越えると、全系の
ペッツバール和は正になり過ぎ、上限を越えると負にな
り過ぎる。
【0034】また、光学系の第1収斂群G1 と第2収斂
群G2 とによる第1次結像の結像倍率をβ12とし、全系
の結像倍率をβとすると、(2)式の条件を満足するこ
とが望ましく、仮に(2)式の下限を越えると、第1選
択光学系M1 上の第1中間像の結像領域H1 を大きく取
らなければならなくなり、遮蔽率が増えて、光量の損失
が大きくなり、結像性能が悪くなる。仮に(2)式の上
限を越えると、第1収斂群G1 と第2収斂群G2 とによ
る第1次結像における収差が大きくなり、やはり結像性
能が悪くなる。
【0035】また、第3収斂群G3 による第2次結像の
結像倍率をβ3 とすると、(3)式の条件を満足するこ
とが望ましく、仮に(3)式の下限を越えると、第2選
択光学系M3 上の第2中間像の結像領域H2 を大きく取
らなければならなくなり、仮に上限を越えると、遮蔽率
が増えて、光量の損失量が増えるのみならず、結像性能
が悪くなる。仮に(3)式の上限を越えると、第3収斂
群G3 による第2次結像における収差が大きくなり、や
はり結像性能が悪くなる。
【0036】また、第4収斂群G4 と第5収斂群G5
よる第3次結像の結像倍率をβ45とすると、(3)式の
条件を満足することが望ましく、仮に(4)式の下限を
越えると、第4収斂群G4 と第5収斂群G5 による第3
次結像における収差が大きくなり結像性能が悪くなる。
仮に(4)式の上限を越えると、第2選択光学系M3
で第2中間像(4)が結像される領域H2 を大きく取ら
なければならなくなり、遮蔽率が増えて、光量の損失量
が増して、結像性能が悪くなる。
【0037】また、第3収斂群G3 の中にある開口絞り
の位置(ここでは実際に光束が絞られることはなく、主
光線が光軸と交わる位置を言う)を瞳面sとすれば、第
1選択光学系M1 の領域H1 の周辺部から第2収斂群G
2 で反射して、再び領域H1を通って第3収斂群G3
中の瞳面sに到達する光路は、物体と像の関係にある。
つまり、領域H1 の周辺部と瞳面sとは共役の関係にあ
ることが望ましい。更に、瞳面sから第2選択光学系M
3 の領域H2 を経て第収斂群G4 で反射されて、再び領
域H2 の周辺部に到達する光路も、物体と像の関係にあ
り、瞳面sと領域H2 の周辺部とは共役の関係にあるこ
とが望ましい。
【0038】また、例えば図3に示すような、第3収斂
群G3 が省略された光学系においては、第1選択光学系
1 の領域H1 の周辺部を経て第2収斂群G2 で反射し
て、再び領域H1 を通り、その後第4収斂群G4 で反射
されて、再び領域H1 の周辺部に到達する光路も、物体
と像の関係にある。つまり、領域H1 の一方の面の周辺
部と領域H1 の他方の面の周辺部とは共役の関係にある
ことが望ましい。
【0039】また、例えば図1に示すような、第4収斂
群G4 及び第5収斂群G5 が省略された光学系において
は、第1選択光学系M1 の領域H1 の周辺部を経て第2
収斂群G2 で反射された後、再び領域H1 を通り、第3
収斂群G3 の中の瞳面sに到達する光路は、物体と像の
関係にある。つまり、領域H1 の周辺部と瞳面sとは共
役の関係にあることが望ましい。
【0040】また、例えば図2に示すような、第1収斂
群G1 及び第2収斂群G2 が省略された光学系において
は、第3収斂群G3 の中の瞳面sからでて、第2選択光
学系M3 の領域H2 を経て第4収斂群G4 で反射された
後、再び領域H2 に到達する光路も、物体と像の関係に
ある。つまり、瞳面sと領域H2 の周辺部とは共役の関
係にあることが望ましい。
【0041】仮に以上に述べたような共役関係が崩れる
と、領域H1 又は領域H2 による瞳面sの遮蔽部分が瞳
の中央から、像高に対応してずれてくるため、像高によ
って光学系の結像特性が変化してしまうという不都合が
生じる。また、第1面(1)側において、略々テレセン
トリック光学系であると、照明系の光学系が大きくなら
ず、都合が良い。そして、第2面(2)側において、略
々テレセントリック光学系であると、第2面(2)上の
感光基板までの距離が多少変化しても、倍率の変化はな
く、幾重もの重ね焼きを行っても寸法のずれがなくなり
都合が良い。
【0042】更に、第1面(1)側及び第2面(2)側
において、それぞれ略々テレセントリック光学系である
と、照明光学系が大きくならず、且つ第2面(2)上の
感光基板までの距離が多少変化しても、倍率の変化はな
く、幾重もの重ね焼きを行っても寸法のずれがなくなり
都合が良い。
【0043】
【実施例】以下、本発明による反射屈折投影光学系の種
々の実施例につき図面を参照して説明する。本例は、レ
チクルのパターンの像をフォトレジストが塗布されたウ
エハ上に所定倍率(等倍を含む)で投影する投影露光装
置の投影光学系に本発明を適用したものである。
【0044】以下の実施例ではレンズ配置を例えば図6
に示すように、展開光路図で表す。展開光路図において
は、反射面は透過面として表され、レチクル10からの
光が通過する順に各光学要素が配列される。また、凹面
反射鏡の部分(例えばr9 )では、平面の仮想面(例え
ばr10)が使用される。そして、レンズの形状及び間隔
を表すために、例えば図6に示すように、レチクル10
のパターン面を第0面として、レチクル10から射出さ
れた光がウェハ11に達するまでに通過する面を順次第
i面(i=1,2,‥‥)として、第i面の曲率半径r
i の符号は、展開光路図の中でレチクル10に対して凸
の場合を正にとる。また、第i面と第(i+1)面との
面間隔をdi とする。また、硝材として、CaF2 は蛍
石、SiO2 は石英ガラスをそれぞれ表す。石英ガラス
及び蛍石の使用基準波長(248nm)に対する屈折率
は次のとおりである。 石英ガラス: 1.508327 蛍 石 : 1.467845
【0045】また、使用基準波長が193nmでは石英
ガラスの屈折率は次のようになる。 石英ガラス: 1.56100
【0046】[第1実施例]この第1実施例は等倍の投
影光学系である。この第1実施例から以下の第3実施例
までは、図4の光学系に対応する実施例である。図6は
第1実施例の投影光学系の展開光路図であり、この図6
に示すように、レチクル10上のパターンからの光が、
第1収斂群G1 を経て、中央に開口を持ち光軸に対して
45°で斜設された第1平面鏡M1 の周辺部で反射され
た後、第1凹面反射鏡M2 よりなる第2収斂群G2 に至
り、第2収斂群G2 で反射された光が第1平面鏡M1
開口内にそのパターンの第1中間像を結像する。そし
て、この第1中間像からの光が、凹面反射鏡M31を有す
る第3収斂群G3 を経て、中央に開口を持ち光軸に対し
て45°で斜設された第2平面鏡M3 の開口内にそのパ
ターンの第2中間像を結像し、この第2中間像からの光
が第2凹面反射鏡M4 よりなる第4収斂群G4 に至り、
第4収斂群G4 で反射された光が第2平面鏡M3 の周辺
で反射される。このように反射された光が、第5収斂群
5 を経てウエハ11の表面にそのパターンの第3中間
像を結像する。
【0047】また、図7は図6中の第1収斂群G1 の詳
細な構成を示し、この図7に示すように、第1収斂群G
1 はレチクル10側から順に、レチクル10に凸面を向
けた正メニスカスレンズL11、両凸レンズ(以下、単に
「凸レンズ」という)L12、レチクル10に凹面を向け
た正メニスカスレンズL13及びレチクル10に凸面を向
けた正メニスカスレンズL14より構成されている。ま
た、図6に示すように、第3収斂群G3 は、レチクル1
0に凹面を向けた正メニスカスレンズL31、凹面反射鏡
31及びレチクル10に凹面を向けた正メニスカスレン
ズL32より構成され、第5収斂群G5 は、第1収斂群G
1 と対称に構成されている。
【0048】即ち、本例は、光軸近傍に開口を有する2
枚の平面鏡、3枚の凹面反射鏡及び10枚の屈折レンズ
よりなる対称型の光学系となっており、開口数は0.4
5、像高は10mm、最大ミラー半径は486mmであ
る。但し、ほとんど無収差に近い光学性能となっている
ので、光学系の比例拡大により、像高を2倍〜3倍に拡
大することが出来ることは明らかである。
【0049】屈折レンズは全て溶融石英よりなる一種類
の光学ガラスを使っているが、紫外線エキシマレーザー
光の193nmの波長における、1nmの波長幅に対し
て、軸上及び軸外の色消しがなされている。また球面収
差、コマ収差、非点収差、歪曲収差も良好に補正されて
いる。図6の第1実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表1に示す。以下の表において、第
10面、第14面及び第18面はそれぞれ凹面反射鏡を
展開光路図で表すための仮想面である。
【0050】
【表1】
【0051】また、図8(a)〜(c)は第1実施例の
縦収差図、図8(c)は第1実施例の倍率色収差図、図
8(e)は第1実施例の横収差図を示す。これらの収差
図において、符号J、P及びQは使用波長がそれぞれ2
48.4nm、247.9nm及び248.9nmであ
ることを示す。これら収差図より、本例においては開口
数が0.45と大きいにも拘らず、広いイメージサーク
ルの領域内で諸収差が良好に補正されていることが分か
る。また、色収差も良好に補正されている。
【0052】なお、図6において、開口を有する平面鏡
1,3 の代わりにそれぞれ図5に示すような小型平面
鏡M1,3 ′を使用しても、等価な光学系が実現でき
ることは既に説明した通りである。更に、平面鏡M1,
3 の代わりに、開口を有する凹面鏡又は凸面鏡を使用し
ても良く、更に小型凹面鏡や小型凸面鏡を使用しても良
い。
【0053】[第2実施例]この第2実施例も等倍の投
影光学系の例である。図9は第2実施例の投影光学系の
展開光路図であり、この図9に示すように、レチクル1
0上のパターンからの光が、第1収斂群G1 を経て、中
央に開口を持ち光軸に対して45°で斜設された第1平
面鏡M1 の周辺部で反射された後、第1凹面反射鏡M2
を含む第2収斂群G2 に至り、第2収斂群G2 で反射さ
れた光が第1平面鏡M1 の開口内にそのパターンの第1
中間像を結像する。そして、この第1中間像からの光
が、第3収斂群G3 を経て、中央に開口を持ち光軸に対
して45°で斜設された第2平面鏡M3 の開口内にその
パターンの第2中間像を結像し、この第2中間像からの
光が第2凹面反射鏡M4 を含む第4収斂群G4 に至り、
第4収斂群G4 で反射された光が第2平面鏡M3 の周辺
で反射される。このように反射された光が、第5収斂群
5 を経てウエハ11の表面にそのパターンの第3中間
像を結像する。
【0054】また、図9に示すように、第1収斂群G1
はレチクル10側から順に、凸レンズL11、両凹レンズ
(以下、単に「凹レンズ」という)L12、レチクル10
に凹面を向けた正メニスカスレンズL13及びレチクル1
0に凸面を向けた負メニスカスレンズL14より構成さ
れ、第2収斂群G3 は、レチクル10に凹面を向けた負
メニスカスレンズL21及び凹面反射鏡M2 よりなるマン
ジンミラーである。また、第3収斂群G3 は、凹レンズ
31、凸レンズL32、凹レンズL33、レチクル10に凹
面を向けた正メニスカスレンズL34、レチクル10に凸
面を向けた負メニスカスレンズL35、レチクル10に凹
面を向けた正メニスカスレンズL36、凸レンズL37、レ
チクル10に凸面を向けた負メニスカスレンズL38、凸
レンズL39及びこれらのレンズL31〜L39と対称なレン
ズL3A〜L3Iより構成されている。
【0055】そして、第4収斂群G4 は、レチクル10
に凹面を向けた負メニスカスレンズL41及び第2凹面反
射鏡M4 よりなるマンジンミラーであり、第5収斂群G
5 は、第1収斂群G1 と対称に構成されている。即ち、
本例は、中央に開口を持つ2枚の平面鏡、2枚の凹面反
射鏡及び28枚の屈折レンズよりなる対称型の光学系と
なっており、開口数は0.45、像高は5mm、最大ミ
ラー半径は75mmである。但し、本例もほとんど無収
差に近い光学性能が得られているので、光学系の比例拡
大により、像高を2倍〜3倍と更に大きくすることが出
来ることは明らかである。
【0056】また、第2収斂群G2 及び第4収斂群G4
は、それぞれ一枚の負メニスカスレンズを含み、屈折レ
ンズと凹面反射鏡とが分離されたタイプのマンジンミラ
ーの構成をとっている。このように、第2凹面反射鏡M
2 を含む第2収斂群G2 が、負メニスカスレンズL21
含むマンジンミラーであると、少ない種類の光学ガラス
でも軸上の色収差を容易に除去することが出来る。同様
に、第2凹面反射鏡M 4 を含む第4収斂群G4 が、負メ
ニスカスレンズL41を含むマンジンミラーである場合
も、少ない種類の光学ガラスで軸上の色収差を容易に除
去することが出来る。
【0057】従って、この第2実施例のように、第2収
斂群G2 が、負メニスカスレンズを含むマンジンミラー
であり、且つ第4収斂群G4 も、負メニスカスレンズを
含むマンジンミラーである場合には、全体として少ない
種類の光学ガラスで軸上の色収差を容易に除去すること
が出来る。本例の光学系も、屈折レンズは全て溶融石英
よりなる一種類の光学ガラスを使っているが、紫外線エ
キシマレーザー光の248nmの波長における、1nm
の波長幅に対して、軸上及び軸外の色消しがなされてい
る。また球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差も
良好に補正された結像性能の優れた光学系となってい
る。
【0058】第2実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表2に示す。以下の表において、第
12面及び第53面はそれぞれ凹面反射鏡を展開光路図
で表すための仮想面である。
【0059】
【表2】
【0060】また、図10(a)〜(c)は第2実施例
の縦収差図、図10(c)は第2実施例の倍率色収差
図、図10(e)は第2実施例の横収差図を示す。これ
ら収差図より、本例においても開口数が0.45と大き
いにも拘らず、広いイメージサークルの領域内で諸収差
が良好に補正されていることが分かる。また、色収差も
良好に補正されている。
【0061】[第3実施例]この第3実施例は縮小投影
を行う投影光学系の例である。図11は第3実施例の投
影光学系の展開光路図であり、この図11に示すよう
に、レチクル10上のパターンからの光が、第1収斂群
1 を経て、中央に開口を持ち光軸に対して45°で斜
設された第1平面鏡M1 の周辺部で反射された後、第1
凹面反射鏡M2を含む第2収斂群G2 に至り、第2収斂
群G2 で反射された光が第1平面鏡M1の開口内にその
パターンの第1中間像を結像する。そして、この第1中
間像からの光が、第3収斂群G3 を経て、中央に開口を
持ち光軸に対して45°で斜設された第2平面鏡M3
開口内にそのパターンの第2中間像を結像し、この第2
中間像からの光が第2凹面反射鏡M4 を含む第4収斂群
4 に至り、第4収斂群G 4 で反射された光が第2平面
鏡M3 の周辺で反射される。このように反射された光
が、第5収斂群G5 を経てウエハ11の表面にそのパタ
ーンの第3中間像を結像する。
【0062】また、図11に示すように、第1収斂群G
1 はレチクル10側から順に、レチクル10に凹面を向
けた正メニスカスレンズL11、レチクル10に凸面を向
けた負メニスカスレンズL12、凸レンズL13及びレチク
ル10に凸面を向けた負メニスカスレンズL14より構成
され、第2収斂群G3 は、レチクル10に凹面を向けた
負メニスカスレンズL21及び凹面反射鏡M2 よりなるマ
ンジンミラーである。また、第3収斂群G3 は、レチク
ル10に凹面を向けた負メニスカスレンズL31、レチク
ル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL32、レチク
ル10に凹面を向けた負メニスカスレンズL33、レチク
ル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL34、レチク
ル10に凸面を向けた負メニスカスレンズL35、レチク
ル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL36、レチク
ル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL37、凸レン
ズL38、凸レンズL39、凸レンズL3A、レチクル10に
凸面を向けた正メニスカスレンズL3B、レチクル10に
凹面を向けた負メニスカスレンズL3C、レチクル10に
凸面を向けた正メニスカスレンズL3D、凹レンズL 3E
凸レンズL3F及びレチクル10に凸面を向けた正メニス
カスレンズL3Gより構成されている。
【0063】そして、第4収斂群G4 は、レチクル10
に凹面を向けた負メニスカスレンズL41及び第2凹面反
射鏡M4 よりなるマンジンミラーであり、第5収斂群G
5 は、レチクル10に凸面を向けた正メニスカスレンズ
51、レチクル10に凸面を向けた負メニスカスレンズ
52、レチクル10に凸面を向けた正メニスカスレンズ
53、レチクル10に凹面を向けた負メニスカスレンズ
54及びレチクル10に凸面を向けた正メニスカスレン
ズL55より構成されている。
【0064】即ち、本例は、中央に開口を持つ2枚の平
面鏡、2枚の凹面反射鏡及び27枚の屈折レンズより構
成されており、結像倍率は0.25倍、開口数は0.4
5、物体高は20mm、最大ミラー半径は75mmであ
る。本例も、ほとんど無収差に近い光学性能となってい
るので、光学系の比例拡大により、像高を2倍〜3倍と
更に大きくすることが出来ることは明らかである。ま
た、第2収斂群G2 及び第4収斂群G4 は、それぞれ1
枚の負メニスカスレンズを含み、屈折レンズと反射鏡と
が分離されたタイプのマンジンミラーの構成をとってい
る。
【0065】本例の光学系も、屈折レンズは全て溶融石
英よりなる一種類の光学ガラスを使っているが、紫外線
エキシマレーザー光の193nmの波長における、1n
mの波長幅に対して、軸上及び軸外の色消しがなされて
いる。また、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収
差も良好に補正された結像性能の優れた光学系となって
いる。
【0066】第3実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表3に示す。以下の表において、第
12面及び第49面はそれぞれ凹面反射鏡を展開光路図
で表すための仮想面である。
【0067】
【表3】
【0068】また、図12(a)〜(c)は第3実施例
の縦収差図、図12(c)は第3実施例の倍率色収差
図、図12(e)は第3実施例の横収差図を示す。これ
ら収差図より、本例においても開口数が0.45と大き
いにも拘らず、広いイメージサークルの領域内で諸収差
が良好に補正されていることが分かる。また、色収差も
良好に補正されている。
【0069】[第4実施例]この第4実施例は、縮小投
影を行うと共に第3収斂群G3 を省略したタイプの投影
光学系である。即ち、本例は図3の光学系に対応する実
施例である。図13は第4実施例の投影光学系の展開光
路図であり、この図13に示すように、レチクル10上
のパターンからの光が、第1収斂群G1 を経て、中央に
開口を持ち光軸に対して45°で斜設された平面鏡M1
の表面の周辺部で反射された後、第1凹面反射鏡M2
含む第2収斂群G2 に至り、第2収斂群G2 で反射され
た光が平面鏡M1 の開口内にそのパターンの中間像を結
像する。そして、この中間像からの光が第2凹面反射鏡
4 を含む第4収斂群G4 に至り、第4収斂群G4 で反
射された光が平面鏡M1 の裏面の周辺で反射される。こ
のように反射された光が、第5収斂群G5 を経てウエハ
11の表面にそのパターンの像を結像する。本例の平面
鏡M1 は、例えば図6の第1平面鏡M1 と第2平面鏡M
3 とを貼り合わせたものと等価である。
【0070】また、図13に示すように、第1収斂群G
1 はレチクル10側から順に、レチクル10に凸面を向
けた負メニスカスレンズL11、凸レンズL12、レチクル
10に凸面を向けた負メニスカスレンズL13、レチクル
10に凸面を向けた正メニスカスレンズL14、レチクル
10に凸面を向けた負メニスカスレンズL15、レチクル
10に凹面を向けた正メニスカスレンズL16、凸レンズ
17、レチクル10に凹面を向けた負メニスカスレンズ
18及びレチクル10に凸面を向けた正メニスカスレン
ズL19より構成され、第2収斂群G3 は、レチクル10
に凹面を向けた負メニスカスレンズL21及び凹面反射鏡
2 よりなるマンジンミラーである。
【0071】また、第4収斂群G4 は、レチクル10に
凹面を向けた負メニスカスレンズL 41及び第2凹面反射
鏡M4 よりなるマンジンミラーであり、第5収斂群G5
は、凸レンズL51、レチクル10に凹面を向けた負メニ
スカスレンズL52、レチクル10に凸面を向けた正メニ
スカスレンズL53、レチクル10に凸面を向けた正メニ
スカスレンズL54、レチクル10に凸面を向けた負メニ
スカスレンズL55、凸レンズL56、レチクル10に凹面
を向けた負メニスカスレンズL57、凸レンズL 58及び凹
レンズL59より構成されている。
【0072】即ち、本例は、中央に開口を持つ1枚の平
面鏡(正確には2枚の平面鏡を貼り合わせた平面鏡)、
2枚の凹面反射鏡及び20枚の屈折レンズより構成さ
れ、結像倍率は0.2倍、開口数は0.5、物体高は2
5mm、最大ミラー半径は115mmである。但し、本
例もほとんど無収差に近い光学性能となっているので、
光学系の比例拡大により、像高を2倍〜3倍と更に大き
くすることが出来ることは明らかである。また、第2収
斂群G2 及び第4収斂群G4 はそれぞれ、1枚の負メニ
スカスレンズを含み、屈折レンズと反射鏡とが分離され
たタイプのマンジンミラーの構成をとっている。
【0073】本例の光学系において、屈折レンズは溶融
石英及び蛍石の2種類の光学ガラスを使っているが、紫
外線エキシマレーザー光の248nmの波長における、
1nmの波長幅に対して、軸上及び軸外の色消しがなさ
れている。また球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲
収差も良好に補正された結像性能の優れた光学系となっ
ている。
【0074】第4実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表4に示す。以下の表において、第
21面及び第27面はそれぞれ凹面反射鏡を展開光路図
で表すための仮想面である。
【0075】
【表4】
【0076】また、図14(a)〜(c)は第4実施例
の縦収差図、図14(c)は第4実施例の倍率色収差
図、図14(e)は第4実施例の横収差図を示す。これ
ら収差図より、本例においても開口数が0.45と大き
いにも拘らず、広いイメージサークルの領域内で諸収差
が良好に補正されていることが分かる。また、色収差も
良好に補正されている。
【0077】[第5実施例]この第5実施例は、縮小投
影を行うと共に第4収斂群G4 及び第5収斂群G5を省
略したタイプの投影光学系である。即ち、本例は図1の
光学系に対応する実施例である。図15はこの第5実施
例の投影光学系の展開光路図であり、この図15に示す
ように、レチクル10上のパターンからの光が、第1収
斂群G1 を経て、中央に開口を持ち光軸に対して45°
で斜設された平面鏡M1 の周辺部で反射された後、凹面
反射鏡M2 を含む第2収斂群G2 に至り、第2収斂群G
2 で反射された光が平面鏡M1 の開口内にそのパターン
の中間像を結像する。そして、この中間像からの光が、
第3収斂群G3 を経て、ウエハ11の表面にそのパター
ンの像を結像する。
【0078】また、図15に示すように、第1収斂群G
1 はレチクル10側から順に、レチクル10に凸面を向
けた正メニスカスレンズL11、レチクル10に凸面を向
けた負メニスカスレンズL12、凸レンズL13及び凹レン
ズL14より構成され、第2収斂群G3 は、レチクル10
に凹面を向けた負メニスカスレンズL21及び凹面反射鏡
2 よりなるマンジンミラーである。また、第3収斂群
3 は、レチクル10に凹面を向けた正メニスカスレン
ズL31、レチクル10に凹面を向けた正メニスカスレン
ズL32、凸レンズL33、レチクル10に凸面を向けた負
メニスカスレンズL34、凸レンズL35、凸レンズL36
レチクル10に凹面を向けた負メニスカスレンズL37
凸レンズL38、レチクル10に凸面を向けた正メニスカ
スレンズL39、レチクル10に凹面を向けた負メニスカ
スレンズL3A、凸レンズL3B、レチクル10に凸面を向
けた負メニスカスレンズL3C、レチクル10に凸面を向
けた正メニスカスレンズL3D及びレチクル10に凸面を
向けた負メニスカスレンズL3Eより構成されている。
【0079】即ち、本例は、中央に開口を持つ1枚の平
面鏡、1枚の凹面反射鏡及び19枚の屈折レンズより構
成され、結像倍率は0.25倍、開口数は0.45、像
高は5mm、最大ミラー直径は75mmである。但し、
本例もほとんど無収差に近い光学性能となっているの
で、光学系の比例拡大により、像高を2倍〜3倍と更に
大きくすることが出来ることは明らかである。また、第
2収斂群G2 は、1枚の負メニスカスレンズを含み、屈
折レンズと反射鏡とが分離されたタイプのマンジンミラ
ーの構成をとっている。
【0080】本例の光学系も、屈折レンズは全て溶融石
英よりなる一種類の光学ガラスを使っているが、紫外線
エキシマレーザー光の193nmの波長における、1n
mの波長幅に対して、軸上及び軸外の色消しがなされて
いる。また、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収
差も良好に補正された結像性能の優れた光学系となって
いる。
【0081】第5実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表5に示す。以下の表において、第
12面は凹面反射鏡を展開光路図で表すための仮想面で
ある。
【0082】
【表5】
【0083】また、図16(a)〜(c)は第5実施例
の縦収差図、図16(c)は第5実施例の倍率色収差
図、図16(e)は第5実施例の横収差図を示す。これ
ら収差図より、本例においても開口数が0.45と大き
いにも拘らず、広いイメージサークルの領域内で諸収差
が良好に補正されていることが分かる。また、色収差も
良好に補正されている。
【0084】[第6実施例]この第6実施例は縮小投影
を行うと共に、第1収斂群G1 及び第2収斂群G2を省
略した投影光学系である。即ち、本例は図2の光学系に
対応するものである。図17は第6実施例の投影光学系
の展開光路図であり、この図17に示すように、レチク
ル10上のパターンからの光が、第3収斂群G3 を経
て、中央に開口を持ち光軸に対して45°で斜設された
平面鏡M3 の開口内にそのパターンの中間像を結像し、
この第2中間像からの光が凹面反射鏡M4 を含む第4収
斂群G4に至り、第4収斂群G4 で反射された光が平面
鏡M3 の周辺で反射される。このように反射された光
が、第5収斂群G5 を経てウエハ11の表面にそのパタ
ーンの像を結像する。
【0085】また、図17に示すように、第3収斂群G
3 はレチクル10から順に、レチクル10に凸面を向け
た負メニスカスレンズL31、レチクル10に凸面を向け
た負メニスカスレンズL32、レチクル10に凹面を向け
た負メニスカスレンズL33、レチクル10に凸面を向け
た負メニスカスレンズL34、レチクル10に凹面を向け
た正メニスカスレンズL35、凸レンズL36、レチクル1
0に凹面を向けた正メニスカスレンズL37、凸レンズL
38、レチクル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL
39、凸レンズL3A、凸レンズL3B、レチクル10に凹面
を向けた負メニスカスレンズL3C、レチクル10に凸面
を向けた負メニスカスレンズL3D、凹レンズL3E、凸レ
ンズL3F及び凸レンズL3Gより構成されている。
【0086】そして、第4収斂群G4 は、レチクル10
に凹面を向けた負メニスカスレンズL41及び凹面反射鏡
4 よりなるマンジンミラーであり、第5収斂群G5
は、レチクル10に凸面を向けた正メニスカスレンズL
51、レチクル10に凸面を向けた負メニスカスレンズL
52、レチクル10に凸面を向けた正メニスカスレンズL
53、レチクル10に凹面を向けた正メニスカスレンズL
54及びレチクル10に凸面を向けた負メニスカスレンズ
55より構成されている。
【0087】即ち、本例は、中央に開口を持つ1枚の平
面鏡、1枚の凹面反射鏡及び22枚の屈折レンズより構
成され、結像倍率は0.25倍、開口数は0.3、像高
は3mm、最大ミラー直径は41mmである。但し、本
例もほとんど無収差に近い光学性能となっているので、
光学系の比例拡大により、像高を2倍〜3倍と更に大き
くすることが出来ることは明らかである。また、第4収
斂群G4 は、1枚の負メニスカスレンズを含み、屈折レ
ンズと反射鏡とが分離されたタイプのマンジンミラーの
構成をとっている。
【0088】本例の光学系も、屈折レンズは全て溶融石
英よりなる一種類の光学ガラスを使っているが、紫外線
エキシマレーザー光の193nmの波長における、1n
mの波長幅に対して、軸上及び軸外の色消しがなされて
いる。また、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収
差も良好に補正された結像性能の優れた光学系となって
いる。
【0089】第6実施例における曲率半径ri 、面間隔
i 及び硝材を次の表6に示す。以下の表において、第
35面は凹面反射鏡を展開光路図で表すための仮想面で
ある。
【0090】
【表6】
【0091】また、図18(a)〜(c)は第6実施例
の縦収差図、図18(c)は第6実施例の倍率色収差
図、図18(e)は第6実施例の横収差図を示す。これ
ら収差図より、本例においても開口数が0.3でありイ
メージサークルの領域内で諸収差が良好に補正されてい
ることが分かる。また、色収差も良好に補正されてい
る。
【0092】次に、本発明では(1)式〜(4)式の条
件を満足することが望ましいとされているが、以下に、
上述の各実施例とそれらの条件との対応につき説明す
る。先ず、上述の各実施例における第1収斂群G1 〜第
5収斂群G5 のそれぞれの焦点距離をfi(i=1〜
5)、それぞれのペッツバール和をpi(i=1〜5)、
それぞれの見かけの屈折率をni(i=1〜5)、それぞ
れの結像倍率をβi(i=1〜5)とする。また、第2収
斂群G2 中の第1凹面反射鏡M2 及び第4収斂群G4
の第2凹面反射鏡M4 の曲率半径をそれぞれRi(i=
2,4)として、第1収斂群G1 及び第2収斂群G2
合成の結像倍率をβ12、第4収斂群G4 及び第5収斂群
5 の合成の結像倍率をβ45として、これらの結像倍率
β12及びβ45をβ ijで表す。上述の第1実施例〜第6実
施例の諸元をそれぞれ以下の表7〜表12にまとめる。
但し、全系をGT で表し、全系GT に対応するペッツバ
ール和pi及び結像倍率をβi の欄にはそれぞれ全系の
ペッツバール和及び結像倍率を示す。
【0093】
【表7】
【0094】
【表8】
【0095】
【表9】
【0096】
【表10】
【0097】
【表11】
【0098】
【表12】
【0099】次に、上記の表7〜表12に基づいて、条
件式(1)〜(4)のパラメータの値が各実施例でどの
ような値になっているのかを、次の表にまとめて示す。
【0100】
【表13】
【0101】また、本発明では、条件式(9)及び(1
0)を満足することも望ましいとされているが、それら
条件式(9)及び(10)に現れる第2収斂群G2 及び
第4収斂群G4 の各パラメータR2,2,2,4,4,
4 の値が各実施例でどのような値となっているかを、次
の表に示す。
【0102】
【表14】
【0103】また、表14より、各実施例において、条
件式(9)及び(10)の諸量n22,2/|R2 |,
4 4,2/|R4 |はそれぞれ次のようになってい
る。
【0104】
【表15】
【0105】これらの各表より、上述の各実施例では何
れも(1)式〜(4)式の条件と、(9)式及び(1
0)式の条件とが満足されていることが分かる。なお、
上述の各実施例においては、屈折光学系を構成する硝材
として石英、蛍石等の光学ガラスが使用されているが、
石英、蛍石等の光学ガラスは紫外線を通すことができる
ので、好都合である。
【0106】但し、使用する照明光が赤外線である場合
には、屈折光学系を構成する硝材として、シリコン(S
i)、ゲルマニウム(Ge)、硫化亜鉛(ZnS)又は
セレン化亜鉛(ZnSe)等の光学ガラスを使用するこ
ともできる。これらの硝材は赤外線に対する透過率が大
きいからである。また、屈折光学系を構成する材料とし
て、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどの
プラスチック光学材を使用するようにしてもよい。これ
により、量産性のある、低コストの光学系を実現でき
る。
【0107】更に、有限の距離にあるレチクル10の代
わりに、無限遠距離の物体の像を所定の観察面上に結像
する所謂一般の撮像レンズに本発明を適用することもで
きる。また、上述の各実施例の光学系を、軸外光束のみ
を用いて、軸外輪帯状物体を投影し、レチクル10とウ
エハ11とを投影光学系の倍率に対応して異なる速度で
移動しながら露光する、所謂スキャン露光用の露光装置
に適用することも可能である。これにより、投影光学系
を小型化できる。
【0108】また、上述実施例は、等倍又は縮小投影光
学系の例であるが、レチクル10とウエハ11との関係
を逆にすることにより拡大投影光学系としても使えるこ
とは明らかである。このような拡大光学系の用途として
は、紫外線顕微鏡等が有力である。このように、本発明
は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。
【0109】
【発明の効果】本発明の第1の反射屈折投影光学系によ
れば、選択光学系により光束の光路を折り曲げると共
に、凹面反射鏡からの光束でその選択光学系の光軸近傍
に中間像を結像するか、又はその選択光学系の光軸近傍
の中間像からの光を凹面反射鏡に導いている。従って、
ペッツバール和及び軸上色収差を良好に補正できる。ま
た、非対称光学系にありがちな歪曲収差及び倍率色収差
も、一部の屈折光学系との組み合わせにより良好に補正
することができ、球面収差及びコマ収差をも良好に補正
することができる。従って、ビームスプリッターを用い
ること無く、且つ一括露光方式を取ることが出来る結像
性能の優れた反射屈折投影光学系が提供できる利点があ
る。
【0110】また、本発明の第2の反射屈折投影光学系
によれば、ビームスプリッターを用いる必要が無く結像
性能が優れていると共に、一括露光方式を取ることが出
来る。更に、2枚の凹面反射鏡を用いることにより、各
凹面反射鏡の曲率半径を大きくでき収差を小さくできる
利点がある。また、本発明の第3の反射屈折投影光学系
によれば、ビームスプリッターを用いることが無く結像
性能が優れていると共に、一括露光方式を取ることが出
来る。更に、2枚の凹面反射鏡を用いることにより、各
凹面反射鏡の曲率半径を大きくでき収差を小さくできる
利点がある。更に、第1選択光学系と第2選択光学系と
の間に第3収斂群が設けられているため、結像倍率や諸
収差を広い範囲で制御できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による反射屈折投影光学系の第1の基本
構成を示す構成図である。
【図2】図1の基本構成の変形例を示す構成図である。
【図3】本発明による反射屈折投影光学系の第2の基本
構成を示す構成図である。
【図4】本発明による反射屈折投影光学系の第3の基本
構成を示す構成図である。
【図5】図4の基本構成の変形例を示す構成図である。
【図6】本発明の第1実施例の投影光学系を示す展開光
路図である。
【図7】第1実施例中の第1収斂群G1 の詳細な構成を
示す光路図である。
【図8】第1実施例の収差図である。
【図9】本発明の第2実施例の投影光学系を示す展開光
路図である。
【図10】第2実施例の収差図である。
【図11】本発明の第3実施例の投影光学系を示す展開
光路図である。
【図12】第3実施例の収差図である。
【図13】本発明の第4実施例の投影光学系を示す展開
光路図である。
【図14】第4実施例の収差図である。
【図15】本発明の第5実施例の投影光学系を示す展開
光路図である。
【図16】第5実施例の収差図である。
【図17】本発明の第6実施例の投影光学系を示す展開
光路図である。
【図18】第6実施例の収差図である。
【符号の説明】
1 物体面 2 像面 10 レチクル 11 ウエハ G1 第1収斂群 G2 第2収斂群 G3 第3収斂群 G4 第4収斂群 G5 第5収斂群 M1,M3 開口を有する平面鏡 H1,H2 開口 M2,M4 凹面反射鏡 M1′,M3′微小平面鏡

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1面上のパターンの像を第2面上に投
    影する光学系であって、 前記第1面上のパターンの中間像を結像する第1部分結
    像光学系と、前記中間像の像を前記第2面上に再結像す
    る第2部分結像光学系とを配置し、 前記2つの部分結像光学系の少なくとも一方の部分結像
    光学系は、第1の領域の光を通過させて該第1の領域と
    は異なる第2の領域の光を反射すると共に前記第1の領
    域又は第2の領域に前記中間像が結像される選択光学系
    と、該選択光学系を介して導かれた光束を再び該選択光
    学系に戻す凹面反射鏡と、前記第1面と前記選択光学系
    との間又は前記選択光学系と前記第2面との間に配置さ
    れた収斂群とを有することを特徴とする反射屈折投影光
    学系。
  2. 【請求項2】 第1面上のパターンの像を第2面上に投
    影する光学系であって、 前記第1面上のパターンの中間像を結像する第1部分結
    像光学系と、前記中間像の像を前記第2面上に結像する
    第2部分結像光学系とを配置し、 前記第1部分結像光学系は、光軸に対して斜めに配置さ
    れ第1の領域の光を通過させて該第1の領域とは異なる
    第2の領域の光を反射する選択光学系と、前記第1面上
    のパターンからの光束を前記選択光学系に導く第1収斂
    群と、前記選択光学系で反射された光束を反射して前記
    選択光学系の前記第1の領域又は前記第2の領域内に前
    記パターンの中間像を結像する第1凹面反射鏡とを有
    し、 前記第2部分結像光学系は、前記選択光学系内の前記中
    間像からの光束を再び前記選択光学系に戻す第2凹面反
    射鏡と、前記選択光学系で再び反射された光束より前記
    中間像の像を前記第2面上に結像する第2収斂群とを有
    することを特徴とする反射屈折投影光学系。
  3. 【請求項3】 第1面上のパターンの像を第2面上に投
    影する光学系であって、前記第1面より順に、 前記第1面上のパターンからの光束を収斂する焦点距離
    1 の第1収斂群と、 第1の領域の光を通過させて該第1の領域とは異なる第
    2の領域の光を反射し、前記第1収斂群からの光束を後
    続の光学系に導く第1選択光学系と、 第1凹面反射鏡を含み、前記第1選択光学系からの光束
    を反射して前記第1選択光学系の前記第1の領域又は前
    記第2の領域内に前記パターンの第1中間像を結像する
    焦点距離f2 の第2収斂群と、 前記第1中間像からの光束を収斂して前記パターンの第
    2中間像を結像する焦点距離f3 の第3収斂群と、 第1の領域の光を通過させて該第1の領域とは異なる第
    2の領域の光を反射すると共に、該第1の領域又は該第
    2の領域内に前記第2中間像が結像される第2選択光学
    系と、 第2凹面反射鏡を含み、前記第2中間像からの光束を前
    記第2選択光学系に戻す焦点距離f4 の第4収斂群と、 前記第2選択光学系により導かれた光束を収斂して、前
    記第2面上に前記パターンの第3中間像を結像する焦点
    距離f5 の第5収斂群と、を有することを特徴とする反
    射屈折投影光学系。
  4. 【請求項4】 前記第1選択光学系及び前記第2選択光
    学系は、それぞれ所定形状の開口を有し、該開口内にそ
    れぞれ前記パターンの中間像が結像される反射鏡である
    ことを特徴とする請求項3記載の反射屈折投影光学系。
  5. 【請求項5】 前記第1選択光学系及び前記第2選択光
    学系は、それぞれ所定形状の反射部を有し、該反射部内
    にそれぞれ前記パターンの中間像が結像される小型反射
    鏡であることを特徴とする請求項3記載の反射屈折投影
    光学系。
  6. 【請求項6】 前記第1収斂群〜前記第5収斂群の個別
    のペッツバール和をそれぞれp1 〜p5 としたとき、 p1+p3+p5 >0 且つ p2+p4 <0 の条件を満足することを特徴とする請求項3、4又は5
    記載の反射屈折投影光学系。
  7. 【請求項7】 前記第1収斂群及び第2収斂群による前
    記第1中間像の結像倍率をβ12としたとき、 0.1≦|β12|≦2 の条件を満足することを特徴とする請求項3、4、5又
    は6記載の反射屈折投影光学系。
  8. 【請求項8】 前記第3収斂群による前記第1中間像か
    ら前記第2中間像への結像倍率をβ3 としたとき、 0.1≦|β3 |≦2 の条件を満足することを特徴とする請求項3〜7記載の
    反射屈折投影光学系。
  9. 【請求項9】 前記第4収斂群及び第5収斂群による前
    記第2中間像から前記第3中間像への結像倍率をβ45
    したとき、 0.1≦|β45|≦2 の条件を満足することを特徴とする請求項3〜8記載の
    反射屈折投影光学系。
  10. 【請求項10】 前記第1選択光学系内で前記第1中間
    像が結像される領域の周辺部と前記第3収斂群の瞳面と
    を共役の関係に設定し、前記第3収斂群の瞳面と前記第
    2選択光学系内で前記第2中間像が結像される領域の周
    辺部とを共役の関係に設定したことを特徴とする請求項
    3〜9記載の反射屈折投影光学系。
  11. 【請求項11】 前記第1収斂群の後側主点と前記第1
    選択光学系内で前記第1中間像が結像される位置との間
    隔を前記第1収斂群の焦点距離f1 とほぼ等しく設定
    し、前記第1面側でほぼテレセントリック光学系となる
    ようにしたことを特徴とする請求項3〜10記載の反射
    屈折投影光学系。
  12. 【請求項12】 前記第5収斂群の前側主点と前記第2
    選択光学系内で前記第2中間像が結像される位置との間
    隔を前記第5収斂群の焦点距離f5 とほぼ等しく設定
    し、前記第2面側でほぼテレセントリック光学系となる
    ようにしたことを特徴とする請求項3〜11記載の反射
    屈折投影光学系。
  13. 【請求項13】 前記第1収斂群の後側主点と前記第1
    選択光学系内で前記第1中間像が結像される位置との間
    隔を前記第1収斂群の焦点距離f1 とほぼ等しく設定
    し、前記第5収斂群の前側主点と前記第2選択光学系内
    で前記第2中間像が結像される位置との間隔を前記第5
    収斂群の焦点距離f5 とほぼ等しく設定し、前記第1面
    側及び前記第2面側でそれぞれほぼテレセントリック光
    学系となるようにしたことを特徴とする請求項3〜12
    記載の反射屈折投影光学系。
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