JPH112761A

JPH112761A - 投影光学系およびそれを備えた露光装置

Info

Publication number: JPH112761A
Application number: JP9299049A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sakuta; 博伸作田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光学要素を最低限の数とした簡単な構成のもと
で、十分な作動距離を確保し、諸収差−特に軸上色収差
および球面収差−を良好に補正すること【解決手段】第１面（Ｏ）上のパターンの等倍像を第２
面（Ｉ）上に形成する投影光学系であって、第１面
（Ｏ）から離間して配置された正レンズ群（１１）と；
反射面に回転対称形状の位相分布が設けられ、正レンズ
群と共通の光軸（Ａｘ）を有する反射型回折光学素子
（１２）と；を備え、第１面（Ｏ）からの光が正レンズ
群（１１）を経た後、反射型回折光学素子（１２）で回
折されて再び正レンズ群（１１）を経て第２面（Ｉ）に
達するように、正レンズ群（１１）および反射型回折光
学素子（１２）が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１面の等倍像を
第２面上に投影する投影光学系を備えた露光装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、等倍の反射屈折光学系としては、
JOSA.vol49,No.7,pp713-716に開示されているダイソン
(Dyson)型光学系が知られている。このダイソン型光学
系は、図１７に示す如く、平凸レンズ１と凹面鏡２とを
組み合わせて構成されており、等倍の有限系である。

【０００３】図１７において、光軸Ａｘの上側を物体面
Ｏとし、光軸Ａｘの下側を像面Ｉとすると、物体面Ｏ上
の物点からでた光束は、平凸レンズ１の凸面１ａで屈折
して、その主光線が反射鏡２の頂点を向くように進行す
る。この光束は、反射面２で反射した後、光軸Ａｘに対
称に伝播して、平凸レンズ１を介した後、光軸Ａｘ下側
の像点に集光する。ここで、物体面Ｏおよび像面Ｉは反
射鏡２の曲率中心を含む面内にあり、平凸レンズ１の凸
面１ａの曲率中心もこれに一致している。また、平凸レ
ンズ１の平面１ｂと物体面・像面間距離は０であり、平
凸レンズ１の平面１ｂと物体面・像面は密着している。

【０００４】このとき、反射鏡２の曲率半径をR、平凸
レンズ１の凸面１ａの曲率半径をｒ、平凸レンズ１の凸
面１ａと反射鏡２の頂点間隔をＬ、平凸レンズ１の中心
厚をｄとすると、ペッツバール(petzval)条件・コンセ
ントリック(concentric)条件などから

【０００５】

【数１】

【０００６】となる。このダイソン型光学系は、球面収
差・コマ収差・歪曲収差がなく、サジタル像面もフラッ
トであり、また屈折レンズを用いているにもかかわらず
軸上色収差も全くなく、非点収差が許容される範囲が良
像域となっている。以下の表１にダイソン型光学系の光
学データを示す。

【０００７】なお、表１において、左端の数字は面番
号、Ｒは曲率半径、Ｄは面間隔、ＧＬＡは硝材名（空白
は空気）である。また、各表には、像側（物体側）の開
口数ＮＡ、物体高ＯＢＪＨＴを併せて示す。なお、表
１のダイソン型光学系は、凹面鏡２に対して完全対称形
の光学系であるため、表１では、物体面Ｏから凹面鏡２
までのものを示している。

【０００８】また、石英の屈折率は以下の通りである。波長λ 屈折率 440.0nm 1.466355 405.0nm 1.469587 360.0nm 1.475294

【０００９】

【表１】［比較例］ＮＡ＝０．１５ＯＢＪＨＴ＝３５ＲＤＧＬＡ 0 ∞ 0.000000 （物体面Ｏ） 1 ∞ 319.536713 石英（平凸レンズ１） 2 -319.53671 680.463287 3 -1000.00000 反射面（反射鏡２）また、図１８および図１９は、それぞれ表１のダイソン
型光学系の縦収差図および横収差図であり、図１８
（ａ）は球面収差図、図１８（ｂ）は非点収差図、図１
８（ｃ）は歪曲収差図、図１９（ａ）は像高１００％の
位置でのタンジェンシャル（メリジオナル）方向の横収
差、図１９（ｂ）は像高５７％の位置でのタンジェンシ
ャル（メリジオナル）方向の横収差、図１９（ｃ）は軸
上の位置での横収差、図１９（ｄ）は像高１００％の位
置でのサジタル方向の横収差、図１９（ｅ）は像高５７
％の位置でのサジタル方向の横収差である。

【００１０】ここで、４０５は波長４０５ｎｍの光線に
よる収差曲線、３６０は波長３６０ｎｍの光線による収
差曲線、４４０は波長４４０ｎｍの光線による収差曲線
を示しており、図１８（ｂ）の非点収差図においては、
Ｍがメリジオナル像面、Ｓがサジタル像面を示してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】表１のダイソン型光学
系では、図１８および図１９の諸収差図に示される通
り、球面収差・コマ収差・歪曲収差がなく、サジタル像
面もフラットであり、軸上色収差も全くなく、非点収差
が許容される範囲が良像域となっているしかしながら、
表１のダイソン型光学系では、作動距離（平凸レンズの
最も物体側あるいは最も像側の面から物体面あるいは像
面までの距離）が０であるため、露光装置に用いる際に
は、マスクあるいはレチクルを保護するためのペリクル
膜と光学系とが干渉してしまう問題点がある。ここで、
表１のダイソン型光学系を、十分な作動距離を確保でき
るように変形しようとすると、軸上色収差および球面収
差を良好に補正することが困難となる。

【００１２】そこで、本発明は、光学要素を最低限の数
とした簡単な構成のもとで、十分な作動距離を確保し、
諸収差−特に軸上色収差および球面収差−を良好に補正
することを第１の目的とする。また、表１のダイソン型
光学系においては、図１８および図１９からも明らかな
ように、メリジオナル像面の曲がりが存在するため、良
像範囲（像面上において良好な結像性能が維持されてい
る領域）が制限されるため、広い露光領域を確保するこ
とが困難である。

【００１３】そこで、本発明は、広い露光領域の確保を
付加的な目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の第１の目的を達成
するために、本発明にかかる投影光学系は、第１面上の
パターンの等倍像を第２面上に形成する投影光学系であ
って、第１面から離間して配置された正レンズ群と；反
射面に回転対称形状の位相分布が設けられ、正レンズ群
と共通の光軸を有する反射型回折光学素子と；を備える
ものであり、第１面からの光が正レンズ群を経た後、反
射型回折光学素子で回折されて再び正レンズ群を経て第
２面に達するように、正レンズ群および反射型回折光学
素子が配置されるものである。

【００１５】上述の構成に基づいて、反射型回折光学素
子は、近軸領域で正屈折力を有する構成であることが好
ましい。また、本発明の好ましい態様によれば、正レン
ズ群は１枚の平凸レンズ素子で構成されるものである。
このとき、反射型回折素子上の位相分布は、光軸から周
辺へ向かうにつれて漸次位相の変化を与えるように定め
られていることが好ましい。すなわち、光軸から周辺へ
向かう方向に位相分布をとったときに、この位相が変曲
点を持たない分布であることが好ましい。

【００１６】また、本発明によれば、正レンズ群は、回
折光学素子側に凸面を向けた非球面を有することが好ま
しい。ここで、正レンズ群中の非球面は、光軸から周辺
へ向かうにつれて正の屈折力が増加するような形状また
は光軸から周辺へ向かうにつれて負の屈折力が減少する
ような形状であることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
説明する。図１は、本発明にかかる投影光学系の一実施
例の光路図であり、この投影光学系は、互いに共通の光
軸Ａｘを持つように配置された正レンズ群としての平凸
レンズ１１と、反射型回折光学素子としての凹面鏡１２
とから構成される。図１において、光軸Ａｘの上側を物
体面Ｏとし、光軸Ａｘの下側を像面Ｉとする。これらの
物体面Ｏおよび像面Ｉは、平凸レンズ１１の平面１１ｂ
（物体側あるいは像側に隣接する面）から所定の間隔と
なっており、この間隔が作動距離である。

【００１８】物体面Ｏ上の物点からでた光束は、平凸レ
ンズ１１の平面１１ｂおよび凸面１１ａで屈折された
後、凹面鏡１２へ向けて伝搬する。このとき、主光線は
凹面鏡１２の頂点に達する、すなわち凹面鏡１２が開口
絞りの位置となる。凹面鏡１２を反射型回折光学素子と
して機能させるために、凹面鏡１２の反射面には、光軸
Ａｘを中心とする回転対称形状の位相分布が設けられて
いる。ここで回折された光束は、光軸Ａｘに関して入射
する光束とほぼ対称に平凸レンズ１１へ向けて伝搬す
る。この光束は平凸レンズ１１の凸面１１ａで屈折され
た後、像面Ｉ上に物体の等倍像を形成する。

【００１９】なお、本発明でいう位相分布とは、例えば
フレネルレンズ面のように、反射点の光軸からの距離に
応じて、反射する光束に所定の位相の遅れまたは所定の
位相の進みを与えるものである。本実施の態様における
凹面鏡１２上の位相分布は、作動距離を確保したことに
より発生する色収差および球面収差を補正する機能を有
している。

【００２０】まず、色収差補正について、図２を参照し
て近軸的に説明する。図２（ａ）に示すように、ピッチ
Ｐの位相分布を持つ反射型回折光学素子を考え、波長λ
の光が光軸に平行に入射する（入射角θ＝０）とき、回
折された光は、焦点距離ｆＤ（凹面鏡１２の焦点距離は
含まない）の位置に集光する。ここで、１次回折光の回
折角θ’は、

【００２１】

【数２】

【００２２】であるため、

【００２３】

【数３】

【００２４】で表される。この（４）式より、

【００２５】

【数４】

【００２６】が得られる。また、軸上色収差量ＬＣは、
軸上光束のマージナル光線（最周縁光線）の各光学要素
での光軸からの高さ（入射高）をｈ、各光学要素の焦点
距離をｆ、各光学要素のアッベ数をνとするとき、

【００２７】

【数５】

【００２８】で表されるから、色消し条件（ＬＣ＝０）
を満足させる場合には、

【００２９】

【数６】

【００３０】となる。但し（７）式において、ｆＤは位
相分布自体の焦点距離、ｆＬは平凸レンズ１１の焦点距
離、ｈＤは位相分布が設けられた反射型回折光学素子
（凹面鏡１２）上でのマージナル光線の入射高、ｈＬは
平凸レンズ１１でのマージナル光線の入射高、νＤは位
相分布が持つアッベ数、νＬは平凸レンズ１１のアッベ
数である。尚、反射鏡は色収差が発生しないため、
（７）式では凹面鏡１２そのものは無視している。

【００３１】また、位相分布が持つアッベ数は、着目す
る３つの波長をλ１、λ２、λ３（但し、λ２＜λ１＜
λ３）とするとき、

【００３２】

【数７】

【００３３】で表され、その絶対値｜νＤ｜は一般的に
屈折材料のアッベ数よりも小さくなる。図２（ｂ）に示
した通り、本発明では、平凸レンズ１１におけるマージ
ナル光線の入射高ｈＬよりも、位相分布が設けられた反
射型回折光学素子（凹面鏡１２）上でのマージナル光線
の入射高ｈＤの方が大きくなる構成であり、位相分布が
持つアッベ数の絶対値｜νＤ｜よりも平凸レンズ１１の
アッベ数の絶対値｜νＬ｜のほうが大きいため、平凸レ
ンズ１１の焦点距離ｆＬよりも位相分布自体の焦点距離
ｆＤの方が大きくなる。したがって、前述した（５）式
からも分かるように、位相分布のピッチＰがその焦点距
離ｆＤに依存することから、本発明による構成では、基
本的に位相分布自体のピッチＰを大きくすることがで
き、位相分布を設けた反射型回折光学素子自体の製造が
容易となる利点がある。

【００３４】本実施の形態では、近軸的には、上記
（７）式をほぼ満足する正の屈折力の位相分布を与えて
おり、球面収差を補正するために平凸レンズの凸面の曲
率を緩くしている。ここで、正レンズ群を１枚の平凸レ
ンズで構成する際には、反射型回折素子上の位相分布
が、光軸から周辺へ向かうにつれて漸次位相の変化を与
えるように定められていることが好ましい。すなわち、
光軸を原点として位相分布の変化曲線を考えたときに、
この曲線に変曲点が存在しないことが好ましい。このよ
うな形状とならない場合には、作動距離を確保すること
により発生する球面収差を補正することができないため
好ましくない。

【００３５】なお、本発明においては、凹面鏡１２の位
置が開口絞り位置となるため、光学系全体としては開口
絞り位置に対して対称となる。したがって、コマ収差、
歪曲収差、倍率色収差などは原理的に発生しない。さ
て、本発明においては、正レンズ群の焦点距離（平凸レ
ンズの凸面の曲率半径）と、正レンズ群と凹面鏡との間
隔とを適宜設定することにより、非点収差を減少させる
ことが可能であるが、正レンズ群中のレンズ面のうち凹
面鏡側に向けられた凸面を非球面とすることで、さらに
非点収差を減少させることが可能である。なお、ここで
いう凹面鏡側に向けられた凸面とは、物体面側あるいは
像面側に向けられた凹面も含む概念である。

【００３６】この凹面鏡側に凸面を向けた非球面は、光
軸Ａｘから周辺へ向かうにつれて正の屈折力が増加する
ような形状または光軸Ａｘから周辺へ向かうにつれて負
の屈折力が減少するような形状であることが好ましい。
このような形状とならない場合には、非点収差の補正が
困難となるため好ましくない。次に、図３を参照して、
反射型回折光学素子としての凹面鏡１２上に設けられる
位相分布の実際の形状の決定の一例について説明する。

【００３７】前述したように、位相分布にて回折された
光には、光軸Ａｘからの距離に応じて所定の位相の進み
が与えられる。このときの位相の分布を、位相分布上で
の光軸Ａｘからの距離ｒの関数である位相関数φ（ｒ）
で定義する。この位相関数φ（ｒ）は、位相分布上での
光軸Ａｘからの距離をｒとし、波長をλとするとき、

【００３８】

【数８】

【００３９】で表される。但し、（９）式において、ｃ
１，ｃ２，ｃ３，ｃ４．．．は係数である。このとき、
位相分布上において光軸Ａｘからの距離ｒの点と、凹面
鏡１２の基準球面における光軸Ａｘからの距離ｒの点と
の光軸Ａｘ方向のずれを距離ｒの関数Ｓ（ｒ）で表す
と、

【００４０】

【数９】

【００４１】となる。但し（１０）式において、ｉ＝
０，１，２．．．であり、これは波長の整数倍ごとに形
成される輪帯の数を表している。ｎは、反射面の屈折率
であるため、ｎ＝−１となり、これを（１０）式に代入
すると、

【００４２】

【数１０】

【００４３】となる。図３（ａ）は、上記（１１）式で
与えられる形状を有する位相分布の一例を示す図であ
り、破線が凹面鏡１２の基準球面の曲率半径を示してい
る。このように位相分布の実際の形状は、断面が鋸歯状
でブレーズ化されている。なお、図３（ａ）に示す位相
分布では、基準球面を光軸Ａｘ方向に沿って変形したキ
ノフォーム(Kinoform)形状であるが、図３（ｂ）に示す
ように、キノフォーム形状を階段近似(binary approxim
ation)したバイナリ形状であっても良い。また、上述の
例では、基準球面を単純に光軸Ａｘ方向に変形したが、
例えば位相分布に入射する光線に沿った方向に変形して
も良い。次に、図４は、本発明にかかる投影光学系をマ
スクＭの等倍像を感光性基板としてのプレートＰ上に形
成する露光装置を概略的に示す図である。

【００４４】図４において、マスクＭは、投影光学系の
物体面に位置するようにマスクステージＭＳに保持され
ており、プレートＰは、投影光学系の像面に位置するよ
うにＸＹ方向に沿って移動可能なプレートステージＰＳ
に保持されている。また、照明光学系ＩＳは、マスクＭ
上の所定の照明領域を露光光で均一に照明する。この露
光光としては、例えばアーク光源としての水銀ランプの
輝線であるｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０４
ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）のうちの少なくとも１つの
輝線を用いることができ、例えばこれら３つの輝線を用
いて光量を稼ぎ、スループットの向上を図ることができ
る。

【００４５】また、投影光学系は、２つの光路偏向プリ
ズムＰ１，Ｐ２と、平凸レンズ１１と、反射面に位相分
布が設けられた凹面鏡とから構成されている。マスクＭ
上の照明領域からの光は、第１の光路偏向プリズムＰ１
中の反射面にて偏向された後に、平凸レンズ１１の図中
上半分に入射し、平凸レンズ１１の凸面１１ａで屈折さ
れて凹面鏡１２に達する。この凹面鏡１２で回折された
光は、再び平凸レンズ１１へ向かい、平凸レンズ１１の
凸面で屈折された後に、平凸レンズ１１の図中下半分か
ら射出し、第２の光路折曲げプリズムＰ２へ達する。こ
の光は、第２の光路折曲げプリズムＰ２にて偏向された
後にプレートＰに達する。このときプレートＰにはマス
クＭの照明領域内のパターンの等倍の倒立像が形成され
る。

【００４６】この図４の例では、２つの光路偏向プリズ
ムＰ１，Ｐ２により、それぞれ光路を９０°偏向させる
構成としてマスクＭおよびプレートＰを互いに平行とし
ているため、これらマスクＭおよびプレートＰを投影光
学系に対して相対的に移動させて走査露光を行うことが
容易となる。また、図５（ａ）に示すように、２つの光
路偏向プリズムのうちの一方をダハプリズム２ａとすれ
ば、マスクＭの等倍の正立正像をプレートＰ上に形成す
ることができる。このときには、マスクＭとプレートＰ
とを一体的に、投影光学系に対して走査しながら露光を
行うことができ、走査露光により形成される帯状の露光
領域をつなぐステッチングを行うことが容易となる。ま
た、本発明においては、正レンズ群は１枚の平凸レンズ
には限られず、例えば図５（ｂ）に示すように、正レン
ズ１３と負レンズ１４との接合レンズで構成しても良
い。これにより、正レンズ群によりある程度の色収差補
正が可能となるため、凹面鏡１２上の位相分布が担って
いる色収差補正の負担を減らすことができる。このと
き、位相分布自体の焦点距離はより長くなるため、その
ピッチが大きくなり、位相分布を有する回折光学素子の
製造がより容易となる利点がある。また、正レンズ群を
接合レンズとすることにより、各像高におけるテレセン
トリシティ（telecentricity：主光線と光軸との平行
度）の改善および各波長におけるテレセントリシティの
改善が可能となる。なお、この図５（ｂ）の例において
は、接合レンズには限られず、正レンズ１３および負レ
ンズ１４の間を空気間隔としても良い。

【００４７】また、図５（ｃ）に示すように、本発明に
よる投影光学系を２組用いて、第１の投影光学系による
中間像を第２の投影光学系で再結像させる構成としても
良い。このときには、図５（ａ）の例と同様に、マスク
Ｍの等倍の正立正像をプレートＰ上に形成することがで
きる。また、以上の例では、２つの光路偏向プリズムに
より、それぞれ９０°光路を偏向させる構成としたが、
図５（ｄ）に示す如く、マスクＭとプレートＰとを凹面
鏡１２側の間隔が大きくなるように配置しても良い。

【００４８】以上の図５（ａ）−（ｄ）に示した投影光
学系は、図４に示した露光装置に適用できることはいう
までもない。また、光路偏向プリズムの代わりに、折曲
げ鏡を用いても良いことはいうまでもない。また、本発
明の投影光学系は、例えば特開平８−２１１２９４号に
開示されている投影露光装置の投影光学系として用いる
ことができる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の数値実施例を説明する。図１
は、実施例１の投影光学系の光路図であり、図７および
図８は、それぞれ実施例１の縦収差図および横収差図で
ある。図１において、実施例１の投影光学系は、正レン
ズ群としての平凸レンズ１１と、表面に位相分布が設け
られた凹面鏡１２とから構成されている。ここで、図１
の光路図では、光路偏向プリズムを平凸レンズと併せた
形で示している。

【００５０】以下の表２に実施例１の光学データを示
す。なお、表２において、左端の数字は面番号、Ｒは曲
率半径、Ｄは面間隔、ＧＬＡは硝材名（空白は空気）で
ある。また、表２には、像側（物体側）の開口数ＮＡ、
物体高ＯＢＪＨＴを併せて示す。なお、表２の実施例
１の光学系は、凹面鏡１２に対して完全対称形の光学系
であるため、表２では、物体面Ｏから凹面鏡１２までの
ものを示している。

【００５１】また、石英の屈折率は以下の通りである。波長λ 屈折率 440.0nm 1.466355 405.0nm 1.469587 360.0nm 1.475294

【００５２】

【表２】［実施例１］ＮＡ＝０．１５ＯＢＪＨＴ＝３５ＲＤＧＬＡ 0 ∞ 10.205249 （物体面Ｏ） 1 ∞ 303.427804 石英（平凸レンズ１１） 2 -326.64845 684.916741 3 -1000.00000 反射面（反射鏡１２）また、実施例１において、反射鏡１２（面番号３）には
光軸Ａｘを中心とした回転対称形状の位相分布が設けら
れており、上記表２には、位相分布が設けられている凹
面鏡１２の基準球面の曲率半径を示してある。この位相
分布は上記（９）式で示される位相関数φ（ｒ）を有す
る。以下に位相分布データを示す。なお、以下の位相分
布データにおいて、『Ｅ−ｋ』とは、１０のーｋ乗を意
味する。［第３面の位相分布データ］基準波長 405nm 回折光次数＋１次係数ｃ１ -3.7763E-07 係数ｃ２ 6.1590E-12 係数ｃ３〜ｃＮ 0 上記位相分布データで表される位相関数を図６に示す。
図６において、横軸は位相分布における光軸からの距離
を示し、縦軸は位相のずれ（単位は波長）を示す。この
ように、実施例１の位相分布は、１次回折光を用いてお
り、光軸から離れるにつれて位相の進みが生じるような
形状となっている。

【００５３】さて、図７（ａ）は球面収差図、図７
（ｂ）は非点収差図、図７（ｃ）は歪曲収差図、図８
（ａ）は像高１００％の位置でのタンジェンシャル（メ
リジオナル）方向の横収差、図８（ｂ）は像高５７％の
位置でのタンジェンシャル（メリジオナル）方向の横収
差、図８（ｃ）は軸上の位置での横収差、図８（ｄ）は
像高１００％の位置でのサジタル方向の横収差、図８
（ｅ）は像高５７％の位置でのサジタル方向の横収差で
ある。

【００５４】ここで、４０５は波長４０５ｎｍの光線に
よる収差曲線、３６０は波長３６０ｎｍの光線による収
差曲線、４４０は波長４４０ｎｍの光線による収差曲線
を示しており、図７（ｂ）の非点収差図においては、Ｍ
がメリジオナル像面、Ｓがサジタル像面を示している。
これら図７および図８の諸収差図から、実施例１の投影
光学系が、簡素な構成でありながら、３６０ｎｍ〜４４
０ｎｍというｇ線からｉ線をカバーする広い波長帯域に
わたり色収差補正がなされ、他の各諸収差も良好に補正
されていることがわかる。

【００５５】図９は、実施例２の投影光学系の光路図で
あり、図１１および図１２は、それぞれ実施例２の縦収
差図および横収差図である。図９において、実施例２の
投影光学系は、正レンズ群としての平凸レンズ１１と、
表面に位相分布が設けられた凹面鏡１２とから構成され
ている。ここで、図９の光路図では、光路偏向プリズム
を平凸レンズと併せた形で示している。

【００５６】以下の表３に実施例２の光学データを示
す。なお、表３において、左端の数字は面番号、Ｒは曲
率半径、Ｄは面間隔、ＧＬＡは硝材名（空白は空気）で
ある。また、表３には、像側（物体側）の開口数ＮＡ、
物体高ＯＢＪＨＴを併せて示す。なお、表３の実施例
２の光学系は、凹面鏡１２に対して完全対称形の光学系
であるため、表３では、物体面Ｏから凹面鏡１２までの
ものを示している。

【００５７】また、石英の屈折率は以下の通りである。波長λ 屈折率 440.0nm 1.466355 405.0nm 1.469587 360.0nm 1.475294

【００５８】

【表３】［実施例２］ＮＡ＝０．１５ＯＢＪＨＴ＝３５ＲＤＧＬＡ 0 ∞ 10.000000 （物体面Ｏ） 1 ∞ 303.427804 石英（平凸レンズ１１） 2 -326.64845 684.115967 3 -1000.00000 反射面（反射鏡１２）また、実施例２において、反射鏡１２（面番号３）には
光軸Ａｘを中心とした回転対称形状の位相分布が設けら
れており、上記表３には、位相分布が設けられている凹
面鏡の基準球面の曲率半径を示してある。この位相分布
は上記（９）式で示される位相関数φ（ｒ）を有する。
以下に位相分布データを示す。なお、以下の位相分布デ
ータにおいて、『Ｅ−ｋ』とは、１０のーｋ乗を意味す
る。［第３面の位相分布データ］基準波長 405nm 回折光次数＋１次係数ｃ１ -4.6631E-07 係数ｃ２ 6.3310E-12 係数ｃ３〜ｃＮ 0 上記位相分布表される位相関数を図１０に示す。図１０
において、横軸は位相分布における光軸からの距離を示
し、縦軸は位相のずれ（単位は波長）を示す。このよう
に、実施例２の位相分布は、１次回折光を用いており、
光軸から離れるにつれて位相の進みが生じるような形状
となっている。また、実施例２においては、平凸レンズ
１１の凸面１１ａに非球面が設けられており、この非球
面形状は、以下の（１２）式で表される。

【００５９】

【数１１】

【００６０】なお、上記（１２）式において、非球面の
頂点での接平面からのサグ量をＺとし、Ｃを曲率半径の
逆数、ｙを非球面の光軸Ａｘからの高さ、κを円錐係数
としている。以下に非球面のデータを示す。［第２面の非球面データ］ κ＝0.006529 ここで、図１１（ａ）は球面収差図、図１１（ｂ）は非
点収差図、図１１（ｃ）は歪曲収差図、図１２（ａ）は
像高１００％の位置でのタンジェンシャル（メリジオナ
ル）方向の横収差、図１２（ｂ）は像高５７％の位置で
のタンジェンシャル（メリジオナル）方向の横収差、図
１２（ｃ）は軸上の位置での横収差、図１２（ｄ）は像
高１００％の位置でのサジタル方向の横収差、図１２
（ｅ）は像高５７％の位置でのサジタル方向の横収差で
ある。

【００６１】ここで、４０５は波長４０５ｎｍの光線に
よる収差曲線、３６０は波長３６０ｎｍの光線による収
差曲線、４４０は波長４４０ｎｍの光線による収差曲線
を示しており、図１１（ｂ）の非点収差図においては、
Ｍがメリジオナル像面、Ｓがサジタル像面を示してい
る。これら図１１および図１２の諸収差図から、実施例
２の投影光学系が、簡素な構成でありながら、３６０ｎ
ｍ〜４４０ｎｍというｇ線からｉ線をカバーする広い波
長帯域にわたり色収差補正がなされ、他の各諸収差も良
好に補正されていることがわかる。

【００６２】図１３は、実施例３の投影光学系の光路図
であり、図１５および図１６は、それぞれ実施例３の縦
収差図および横収差図である。図１３において、実施例
３の投影光学系は、光路偏向プリズムＰ１，Ｐ２と、平
凸レンズ１３と、平凸レンズ１３側に凹面を向けた負メ
ニスカスレンズ１４と、表面に位相分布が設けられた凹
面鏡１２とから構成されている。ここで、図１３の投影
光学系では、平凸レンズ１３と負メニスカスレンズ１４
とが正レンズ群となっている。また、図１３の光路図で
は、光路偏向プリズムＰ１，Ｐ２を鏡像展開した形で示
している。

【００６３】以下の表４に実施例３の光学データを示
す。なお、表４において、左端の数字は面番号、Ｒは曲
率半径、Ｄは面間隔、ＧＬＡは硝材名（空白は空気）で
ある。また、表４には像側（物体側）の開口数ＮＡ、物
体高ＯＢＪＨＴを併せて示す。なお、表４の実施例３
の光学系は、凹面鏡１２に対して完全対称系の光学系で
あるため、表４では、物体面Ｏから凹面鏡１２間でのも
のを示している。また、石英およびF２の屈折率は以下
の通りである。

【００６４】波長λ 石英の屈折率Ｆ２の屈折率 440.0nm 1.466355 1.641035 405.0nm 1.469587 1.650529 360.0nm 1.475294 1.668734

【００６５】

【表４】 [実施例３] ＮＡ＝０．１５ＯＢＪＨＴ＝３５ＲＤＧＬＡ 0 ∞ 10.000023 （物体面Ｏ） 1 ∞ 50.000000 石英（光路偏向プリズムＰ１，Ｐ２） 2 ∞ 0.300000 3 ∞ 135.181861 石英（平凸レンズ１３） 4 -188.39923 0.100000 5 -186.70165 86.259062 Ｆ２（負メニスカスレンズ１４） 6 -279.63373 711.939268 7 -1000.00000 反射面（反射鏡１２）また、実施例３において、反射鏡１２（面番号７）には
光軸Axを中心とした回転対称形状の位相分布が設けられ
ており、上記表４には、位相分布が設けられている凹面
鏡１２の基準球面の曲率半径を示してある。この位相分
布は上記（９）式で示される位相関数φ（r）を有す
る。以下に位相分布データを示す。なお、以下の位相分
布データにおいて、「E-k」とは、１０の−ｋ乗を意味
する。 [第７面の位相分布データ] 基準波長 405nm 回折光次数１次係数ｃ１ -2.9686E-07 係数ｃ２ 6.6505E-12 係数ｃ３〜ｃＮ 0 上記位相分布データで表わされる位相関数を図１４に示
す。図１４において、横軸は位相分布における光軸から
の距離を示し、縦軸は位相のずれ（単位は波長）を示
す。このように、実施例３の位相分布は、１次回折光を
用いており、光軸から離れるにつれて位相の進みが生じ
るような形状となっている。さて、図１５（ａ）は球面
収差図、図１５（ｂ）は非点収差図、図１５（ｃ）は歪
曲収差図、図１６（ａ）は像高１００％の位置でのタン
ジェンシャル（メリジオナル）方向の横収差、図１６
（ｂ）は像高５７％の位置でのタンジェンシャル（メリ
ジオナル）方向の横収差、図１６（ｃ）は軸上の位置で
の横収差、図１６（ｄ）は像高１００％の位置でのサジ
タル方向の横収差、図１６（ｅ）は像高５７％の位置で
のサジタル方向の横収差である。

【００６６】ここで、４０５は波長４０５nmの光線によ
る収差曲線、３６０は波長３６０nmの光線による収差曲
線、４４０は波長４４０nmの光線による収差曲線を示し
ており、図１５（ｂ）の非点収差図においては、Ｍがメ
リジオナル像面、Ｓがサジタル像面を示している。これ
ら図１５および図１６の諸収差図から、実施例３の投影
光学系が、簡素な構成でありながら、３６０nm〜４４０
nmというg線からi線をカバーする広い波長帯域にわたり
色収差補正がなされ、他の各諸収差も良好に補正されて
いることがわかる。また、実施例３におけるテレセント
リシティは各波長、各像高において１mrad以下であり、
実施例１および実施例２に比べ改善効果がある。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、反射屈折光学系の凹面
鏡の表面に回転対称な位相分布を設けることで、光学部
品の数を増加させることなくが色収差の低減が可能とな
り、照明光の帯域幅を広げることができるため、照明光
の帯域幅を広げて光量の増加を図り、露光時間の減少に
よるスループットの大幅改善が可能となる。また、この
とき、スループットの改善を試みず、光源輝度を低下さ
せれば光源の低消費電力化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光路図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図である。

【図３】位相分布の実際の形状の一例を示す図である。

【図４】発明の実施の形態にかかる露光装置を概略的に
示す図である。

【図５】投影光学系の変形例を示す図である。

【図６】実施例１の位相分布の位相関数を表す図であ
る。

【図７】実施例１の縦収差図である。

【図８】実施例１の横収差図である。

【図９】実施例２の光路図である。

【図１０】実施例２の位相分布の位相関数を表す図であ
る。

【図１１】実施例２の縦収差図である。

【図１２】実施例２の横収差図である。

【図１３】実施例３の光路図である。

【図１４】実施例３の位相分布の位相関数を表す図であ
る。

【図１５】実施例３の縦収差図である。

【図１６】実施例３の横収差図である。

【図１７】比較例の光路図である。

【図１８】比較例の縦収差図である。

【図１９】比較例の横収差図である。

【符号の説明】

１１：平凸レンズ（正レンズ群），１２：凹面鏡，Ｏ：物体面，Ｉ：像面，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５１８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上のパターンの等倍像を第２面上に
形成する投影光学系において、前記第１面から離間して配置された正レンズ群と；反射
面に回転対称形状の位相分布が設けられ、前記正レンズ
群と共通の光軸を有する反射型回折光学素子と；を備
え、前記第１面からの光が前記正レンズ群を経た後、前記反
射型回折光学素子で回折されて再び前記正レンズ群を経
て前記第２面に達するように、前記正レンズ群および前
記反射型回折光学素子が配置されていることを特徴とす
る投影光学系。
【請求項２】前記反射型回折光学素子は、近軸領域で正
屈折力を有することを特徴とする請求項１記載の投影光
学系。
【請求項３】前記正レンズ群は１枚の平凸レンズ素子で
構成されることを特徴とする請求項１または２記載の投
影光学系。
【請求項４】前記反射型回折光学素子上の位相分布は、
前記光軸から周辺へ向かうにつれて漸次位相の変化を与
えるように定められていることを特徴とする請求項３記
載の投影光学系。
【請求項５】前記正レンズ群は、前記回折光学素子側に
凸面を向けた非球面を有することを特徴とする請求項１
乃至４の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項６】前記正レンズ群中の前記非球面は、前記光
軸から周辺へ向かうにつれて正の屈折力が増加するよう
な形状または前記光軸から周辺へ向かうにつれて負の屈
折力が減少するような形状であることを特徴とする請求
項５記載の投影光学系。
【請求項７】所定のパターンが形成されたマスク上の所
定の照明領域を露光光で照明する照明光学系と；請求項
１乃至６の何れか一項記載の投影光学系と；を備え、前
記照明領域からの光に基づいて前記マスクの前記パター
ンの等倍像を感光性基板上に投影することを特徴とする
露光装置。
【請求項８】前記投影光学系は、前記マスクと前記正レ
ンズ群との間の光路中に配置された第１の光路折曲げプ
リズムと、前記正レンズ群と前記感光性基板との間に配
置された第２の光路折曲げプリズムとを備えることを特
徴とする請求項７記載の露光装置。