JPS63178207A - カトプトリック系縮小結像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的には光学の分野に関し、より特定的には
カトプトリック系の、即ち有限の拡大又はその逆（即ち
縮小結像システム）を行うための準カセグレン形式の全
反射結像装置に関するものである。本発明は、超小型回
路のマイクロリソグラフィ的生産のために用いられ、非
化学線のアライメント波長及び遠紫外線露光波長の両方
における機能的な使用を特徴とする、完全に色的に補正
され且つ実質的に回折が制限された改良された縮小結像
システムを提供することを意図している。

〔従来の技術〕

このカトプトリック系結像システムの一般的なタイプの
典型的なものは、カセグレン望遠鏡という名の（１６７
２年にこの望遠鏡を発明した１７世紀のフランスの物理
学者カセグレンに因んで命名）カトプトリック系有限共
役（ｆｉｎｉｔｅ　ｃｏｎ−ｊｕｇａｔｅ）望遠鏡であ
る。このカセグレン望遠鏡は凹面の一次鏡の主焦点の内
側の軸上に配置された凸面鏡を特徴としており、この鏡
の組み合わせが一次鏡に設けられた開口を通ってきた光
線を方向付けて、−次鏡の向う側に位置する像を形成す
るようになっている。球面収差、非対称収差、非点収差
などの収差を最小限にするために、−次鏡と二次鏡の両
方について、非球面の表面が典型的に使用されている。

しかしながら、そのようにして最適に補正された場合、
有限共役カセグレン望遠鏡は非常に湾曲した焦点面にそ
の像を結び、その湾曲の半径は二次鏡の半径の約半分で
ある。従って、充分に補正された場合であってさえ、有
限共役カセグレン望遠鏡の有用な平坦な像面ば極めて限
定されている。

有限共役物を備えたカセグレン結像システムも、やはり
公知である。そのような有限共役結像システムは、前記
の有限共役システムよりも僅かにより平坦な像面を有し
得るものであるけれども、それらは典型的には、作動が
より限定されている。なぜならそれらの像は一般的に、
類似の有限共役結像システムよりも大きな収差を有して
いるからである。

どのような結像システムにおける収差も、波面が結像シ
ステムを通過するに際して理想的な球面形状から離脱す
ることによって定まるものである。理想的な球面からの
波面の離脱は、光路差（ＯＰＤ）と呼ばれる。ＯＰＤは
次の等式に従って、５つの定数Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４
．Ｓ５及びｉｉ！ｔ。

により、射出瞳の開口における点の座標Ｘ０ＳＹＯ（Ｙ
ｏ座標は結像点及び結像システムの軸線を含む子午線平
面にある）に対して関係している。

０ＰＤ＝Ｓ１　（Ｘｏ”＋Ｙｏ”）”＋５２Ｙｏ　（Ｘ
ｏ”＋Ｙｏ”）ｌｌｏ＋Ｓ３　（Ｘｏ”＋３Ｙｏ”）　
Ｈｏ”＋Ｓ４　（Ｘｏ”＋Ｙｏ”）　Ｈｏ２＋５５Ｙｏ
Ｈｏ３式中、符号Ｈｏは結像システムの軸線の上方にお
ける最終的な像の点の高さに関連している。従ってＨｏ
の最大値が像面の半径を画定することになる。これらの
５つの項の各々は、別々の「収差」であると考えられる
が、そこにおいて係数Ｓｔ、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４．Ｓ５は
ザイデルの和（Ｓｅｉｄｅｌ　ｓｕｍ）として参照され
る。これらの収差は、球面収差、コマ（非対称）収差、
非点収差、ペソツヴアル湾曲（１８４０年代前半に面の
湾曲を研究したハンガリーの数学者ペソツヴアルに因ん
で命名された像面湾曲）、及び歪曲収差のそれぞれであ
る。

カセグレン結像システムの欠点を修正するために可能な
一つの方法は、結像面を平坦にするための補正用反射光
学系を該システムに組み合わせ、そして他の収差を補正
することである。

そのような結像システムは、カタディオプトリック縮小
結像システムとして公知である。回折が制限されていな
いカタディオプトリック縮小結像システムの構造は、焦
点距離の長いカメラのレンズについて普通に使用されて
きている。

回折が実質的に制限されたようにして作動を行う、改良
されたカタディオプトリック縮小結像システムの構造が
提供されたとするならば、それは超小型回路のフォトリ
ソグラフィーによる製造にとって有用であろう。

超小型回路は文字通り顕微鏡的な寸法の構造を含んでい
るものであるから、超小型回路に必要とされるデザイン
にそっくりで寸法が大きなレチクルを先ず準備すること
が、一般的には便利である。このレチクルは次いで縮小
結像システムの物体として使用され、そして現在通常に
行われていることは、そのために反射縮小レンズを使用
することである。

現在の反射縮小レンズについての問題点は、それらのレ
ンズは前記した５つの収差とは実質的に無関係であるが
、一つの波長についてのみしか色的に補正されていない
ということである。

この色的に補正された一つの波長は通常は非常に明瞭に
画定されているので、像を形成するために使用される化
学線の光線のかなりの量は、その像に対して焦点からず
れて到達する。上記に提案したカタディオプトリック縮
小結像システムの構造は、この欠点を実質的に改善する
ものである。そのようなカタディオプトリック縮小結像
システムの結像能力の殆どの部分はその鏡面によっても
たらされるという事実により、結果的に生じたカタディ
オプトリック結像システムの色補正は、現在の反射シス
テムよりもかなり広範囲である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

将来において半導体ウェハー上に超小型回路をフォトリ
ソグラフィーにより製造するのに有用であるためには、
結像システムはフォトレジストで被覆された半導体ウェ
ハー上に、最小で０．４　ミクロンの回路を印刷するこ
とができなければならない。また結像システムの像は、
半導体ウェハー上に既に存在しており　（フォトリソグ
ラフィーの前段階において製造された）フォトレジスト
で被覆されている回路部分の厚み全体に適応するために
、受は入れ可能な視野深度を有していなければならない
。この組み合わせられた条件は、受は入れ可能な開口数
（例えば０．３ＮＡ）を有する上述の如きカタディオプ
トリック縮小結像システムのような結像システムを使用
し、そしてスペクトルの最後の遠紫外線の領域にまで（
２４８ｎｍの如き）わたる波長の化学線を使用すること
により充足され得るであろう。

同時に、半導体ウェハー上に既に存在している（フォト
リソグラフィーの前段階において製造された）回路部分
と、提案されているカタディオプトリック結像システム
により形成されるレチクルの像とのアライメントを容易
にするためには、そのような結像システムの色補正が非
化学線の波長にまでわたるようにすることが極めて有用
である。色補正の範囲は、少なくとも普通に使用されて
いる一つの非化学線のアライメント波長、例えば５４６
ｎｍ　（水銀の緑のスペクトル）の如きを包含するべき
である。

しかしながら一般的には、５４６ｎｍから遠紫外線の波
長にまでわたる広範囲な色補正を有し、実質的に回折が
制限されたカタディオプトリック型の縮小結像システム
は、これまでに実施されてはいない。また、そのような
改良された有限共役カタディオプトリック縮小結像シス
テムを設計することは、現在のところ公知の光学材料を
使用することによっては可能であるように思われない。

天体用全焼望遠鏡のために高度に補正された平坦な像面
を提供する一つの方法は、ソサエティ・オヴ・フォト−
オプティカル・インストルメンテイション・エンジニア
ーズ（ＳＰＩＥ）によるオプティカル・エンジニアリン
グという雑誌の第２５巻第９号に公表されたディートリ
ッヒ・コルク、：Ｌ　（Ｄｉｅｔｒｉｃｈ　Ｋｏｒｓｃ
ｈ）の「大口径望遠鏡とパラボラ及び球面プライマリ−
との比較」と題する寄稿の１０−１０８頁に示されてい
る。この紙面には４つの非球面鏡と、一つの有限共役物
を備えた準カセグレン結像システムとが開示されている
。この結像システムの作動は、凹面のパラボラ的な一次
鏡と、凸面の三次鏡と、凹面の三次鏡と、そして凸面の
四次鏡とを使用することによって達成され、そこにおい
て中間像が三次鏡と三次鏡との間に形成され、二次、三
次及び四次の鏡は６次の多項式によって定義される。

三次及び四次の鏡を追加したことは、先に定義したザイ
デルの和のＳｌ、Ｓ２．Ｓ３及びＳ５をさらに抑制する
ことを可能ならしめ、完全に補正された二つの鏡を有す
るカセグレン望遠鏡で行い得るよりもより大きな、補正
された視野角を達成する。中間像を有するように結像シ
ステムを構成することは、平坦な像面を可能ならしめる
。これは、三次鏡が一次鏡までの軸方向の距離内におい
て中間像を形成するようにより少ない凸面鏡とされてお
り、三次鏡が強度の凹面鏡であってその主焦点を越えて
中間像を有し、それにより四次鏡との提携により最終的
な像を形成しうるようになっていることによるものであ
る。総ての鏡の半径の組み合わせは、ザイデルの和の８
４を、従ってその結果生ずるペソツヴアルの像面湾曲を
抑制するように選ばれる。四つの鏡を有する結像システ
ムについて、ザイデルの和の５４　（即ちペソツヴアル
の和）は単に５４＝１／Ｆ１＋１／Ｆ２＋１／Ｆ３＋１
／Ｆ４となり、式中Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３及びＦ４は四つの
鏡のそれぞれの焦点距離である。Ｆｌ及びＦ３は正の焦
点距離であり、Ｆ２及びＦ４は負の焦点距離であり、そ
して三次鏡の半径（従ってその焦点距離）は上記したよ
うにして変更されることから、Ｓ４について実質的にゼ
ロ値を達成することが可能である。一般的に、Ｓ４の抑
制は平坦な像面を達成するための基準である。なぜなら
、準カセグレン結像システムの鏡は、像平面よりも開口
平面に対して光学的に近くに配置される傾向があり、Ｓ
ｌ、Ｓ２．Ｓ３及びＳ５というザイデルの和の如き鏡面
の非球面補正を用いることによっては、像面を適当に平
坦にすることを達成するのは不可能だからである。

上述したような天体用の全焼望遠鏡の幾何学的形態は、
カトプトリック系縮小結像システムに使用するのには適
していない。これは先ず第一に、三次鏡が一次鏡による
物体の視野を不明瞭にしがちであること、そして第二に
は四次鏡が三次鏡の中央開口内に配置されていて、相対
的に非常に小さな直径寸法しか有していないからである
。このことは、これが像を形成する周辺光線に対する口
径食を厳しくし、像を形成する総ての光線が排除されて
しまうこともあり得ることを意味する。

四つの非球面鏡を有するカトプトリック系縮小結像シス
テムであって１０：１の縮小率を有するものが、ディー
・ジェイ・ニコラスにより５ＰＩＨの論文第６４５１０
号に「超ＬＳＩのリソグラフィーのための多重非球面シ
ステム」と題して記載されている。これはフロリダ州オ
ーランドにおいて１９８６年３月３１から４月４日にわ
たって開かれた光学及びオプトエレクトリックシステム
についての５ＰＩＥのテクニカル・シンポジウム・サウ
ス・イーストにおいて提示されたものである。

この結像システムは全体で約３．９メートルの光路長と
、二つの９０″の折曲とを有し、約０．７メートル掛け
る２メートルの面積の平坦な視野を有している。その結
像開口数は０．２４であり、その完全に補正された像面
の直径は１０龍である。

その四つの非球面鏡の表面輪部の計算は、摂動非球面と
して知られる技術を用いて行われた。

これはニコラス博士によって開発されたものであり、そ
の詳細は博士によりオプティカル・アクタという雑誌の
１９８４年号第３１巻第九号の１０６９−１０７８真の
「多重波長焦点光学における摂動非球面」と題する論文
に示されている。

上記した四つの非球面鏡を有するカトプトリック系縮小
結像システムであって１０：１の縮小率を有するものは
、歪曲された中間像を形成するために、その最初の二つ
の非球面鏡（両方とも凹面鏡である）を使用している。

この中間像は次に残りの二つの非球面鏡によって形成さ
れる最終的な像（中間像から生成される）を正確にコン
ボリユートして歪曲したものである。この残りの二つの
非球面鏡は、有限（約１：１）の共役を備えたカセグレ
ン結像システムとして配置されている。最初の二つの凹
面鏡及びカセグレン結像システムを構成している残りの
二つの鏡のベッツヴアルの和は、前述したように実質的
にゼロである。

上記した四つの非球面鏡を有するカトプトリック系縮小
結像システムであってｌＯ：１の縮小率を有するものの
幾何学的な形態も、以下の理由によって、超小型回路の
フォトリソグラフィーによる再生に使用するのに適して
いない。即ちまず、光学回路の全体の寸法が大きすぎる
。また折曲された形状は、研究所におけるアライメント
においてしか適当でない。そして、システムの種々の入
力瞳及び出力瞳を歪曲することなしに折曲を取り込むこ
とは困難である。

必要とされることは、寸法が適当であり、軸方向に配設
されるような形状を総ての鏡が備えることである。また
そのような形状は、ペソツヴアルの和（Ｓ４）が実質的
にゼロでなければならない。それらは準カセグレンの形
態を有するべきであり、摂動非球面の最適化された鏡面
を使用し、総ての鏡について周辺光線入射角がかなり減
少されていること（上述した天体望遠鏡の凹面のパラボ
ラ−次鏡への周辺光線入射角は最大２６．５６度である
）を特徴とすべきである。このことは残りのザイデルの
和を抑制するために必要とされる非球面補正の量を減少
させ、またそのような補正に必要とされる非球面鏡面の
数を最小で二つにまで減少させることも可能である。

従って本発明の主たる目的は、改良されたカトプトリッ
ク系縮小結像システムであって、一つは凸状で一つは凹
状であり基底半径の等しい二つの鏡が軸方向に配置され
ており、物体からの光線は凹面鏡に設けられた開口を介
して結像装置に入射し、凸面鏡から凹面鏡へと反射し、
そして凹面鏡から反射して凸面鏡に設けられた開口を介
して凸面鏡の向う側に位置する像を形成するものを提供
することである。

本発明の別の目的は、改良されたカトプトリック系縮小
結像システムであって、各々の公称像平面において背中
合わせに連結された、倍率の異なる二つのカトプトリッ
ク系縮小結像サブシステム（上記上たる目的において記
載されたような）を有し、倍率の大きな方の縮小結像サ
ブシステムが物体から光線を受け、倍率の小さい方の縮
小結像サブシステムはその公称物平面においで結像装置
の像を形成するものを提供することである。

本発明の別の目的は、改良されたカトプトリック系縮小
結像システムであって、等しくない倍率のカトプトリッ
ク系縮小結像サブシステムを連結した組における各々の
カトプトリック系縮小結像サブシステムが、カトプトリ
ック系縮小結像システムの作動をさらに最適化するよう
に、相互に関連した態様で修正されているものを提供す
ることである。

本発明のさらに別の目的は、改良されたカトプトリック
系縮小結像システムであって、結像システムの第二の鏡
による中間反射を介して、結像システムの第一の鏡と結
像システムの第三の鏡との間の光路長、及び結像システ
ムの第三の鏡と像との間の光路長を延伸するように使用
される三つの鏡を有するものを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、改良されたカトプトリック
系縮小結像システムであって、一つは凸状で一つは凹状
であり基底半径の等しい二つの鏡が軸方向に配置されて
おり、物体からの光線は凹面鏡に設けられた開口を介し
て結像装置に入射し、凸面鏡の第一の部分から凹面鏡の
第一の部分へと反射し、凹面鏡の第一の部分から凸面鏡
の第二の部分へと戻って反射し、凸面鏡の第二の部分か
ら凹面鏡の第二の部分へと再び戻って反射し、及び最後
に凹面鏡の第二の部分から凸面鏡の開口を介して凸面鏡
の向う側に位置する像を形成するために反射するものを
提供することである。

本発明のさらに別の目的は、新規な構成を有する別のカ
トプトリック系縮小結像システムであって、一つは実で
もう一つは虚である異なる公称物体位置を有する二つの
カセグレン結像サブシステムが共通の物体位置で連結さ
れており、カトプトリック系縮小結像システムの物体は
虚の物体位置を有するカセグレン結像サブシステムの公
称像位置に配置されており、カトプトリック系縮小結像
システムの像は実の物体位置を有するカセグレン結像サ
ブシステムの公称像位置に配置されているものを提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

これらの目的及び他の目的は、添付の図面を検分し及び
関連する説明を読むことによって明らかになるであろう
。これらの目的は、図示された本発明の好ましい実施例
によれば、準カセグレン型の改良されたカトプトリック
系縮小結像システムであって、物体からの光線が結像シ
ステムの一つの鏡に設けられた開口を介して結像システ
ム中に入射し、結像システムの別の鏡に設けられた開口
を介して結像システムを出ていって像を形成することに
より達成される。

改良されたカトプトリック系縮小結像システムの第一の
実施例においては、一つは凸状で一つは凹状であり基底
半径の等しい二つの鏡が軸方向に配置され、物体からの
光線は凹面鏡に設けられた開口を介して結像装置に入射
し、凸面鏡から凹面鏡へと反射し、そして凹面鏡から反
射して凸面鏡に設けられた開口を介して凸面鏡の向う側
に位置する像を形成する。

改良されたカトプトリック系縮小結像システムについて
の第二の実施例においては、倍率の異なる二つのカドブ
トリンク系縮小結像サブシステム（上記したような）が
、各々の公称像平面において背中合わせに連結されてい
る。このカトプトリック系縮小結像システムにおいては
、倍率の大きな方の縮小結像サブシステムが物体から光
線を受け、倍率の小さい方の縮小結像サブシステムがそ
の公称物平面において結像装置の像を形成するようにな
っている。この改良されたカトプトリック系縮小結像シ
ステムの改良例においては、上記したようなカトプトリ
ック系縮小結像サブシステムを連結した組における各々
のカトプトリック系縮小結像サブシステムが、カトプト
リック系縮小結像システムの作動をさらに最適化するよ
うに、相互に関連した態様で修正されている。

改良されたカトプトリック系縮小結像システムの第三の
実施例においては、三つの鏡が使用され、結像システム
の第二の鏡による中間反射を介して、結像システムの第
一の鏡と結像システムの第三の鏡との間の光路長、及び
結像システムの第三の鏡と像との間の光路長が延伸され
る。この改良されたカトプトリック系縮小結像システム
の第二の鏡は、凹面、平坦又は凸面でありうる。しかし
四つの反射（第一の鏡から、第二の鏡から、第三の鏡か
ら、及び再び第二の鏡から）と関連する四つの焦点距離
の各々の逆数によるペソツヴアルの和は、実質的にゼロ
でなければならない。

改良されたカトプトリック系縮小結像システムの第四の
実施例においては、一つは凸状で一つは凹状であり基底
半径の等しい二つの鏡が軸方向に配置され、物体からの
光線は凹面鏡に設けられた開口を介して結像装置に入射
し、凸面鏡の第一の部分から凹面鏡の第一の部分へと反
射し、凹面鏡の第一の部分から凸面鏡の第二の部分へと
戻って反射し、凸面鏡の第二の部分から凹面鏡の第二の
部分へと再び戻って反射し、及び最後に凹面鏡の第二の
部分から凸面鏡の開口を介して凸面鏡の向う側に位置す
る像を形成するために反射する。

さらに別のカトプトリック系縮小結像システムにおいて
は、一つは実でもう一つは虚である異なる公称物体位置
を有する二つのカセグレン結像サブシステムが共通の物
体位置で連結され、カトプトリック系縮小結像システム
の物体は虚の物体位置を有するカセグレン結像サブシス
テムの公称像位置に配置され、カトプトリック系縮小結
像システムの像は実の物体位置を有するカセグレン結像
サブシステムの公称像位置に配置される。

〔実施例〕

第１図に示されているものは、準カセグレンを逆にした
形態の、改良されたガトプトリソク系縮小結像システム
１０である。これは凸面鏡１２と凹面鏡１４とを有し、
凸面鏡１２及び凹面鏡１４は等しい基底半径（ｂａｓｅ
　ｒａｄｉｕｓ）を有し、軸方向に配置されている。物
体１６からの光線は凹面鏡１４に設けられた開口１８を
介して結像システムｌＯに入射し、凸面鏡１２から凹面
鏡１４へと反射し、そして凹面鏡１２から反射して、凸
面鏡１２に設けられた開口２２を介して、凸面鏡１２の
向う側に位置する像２０を形成する。第１図から看取さ
れ得るように、結像システム１０は周辺光線の入射角２
４がかなり減少されたことを特徴としている。

これは、像２０を形成している光線が、通常のカセグレ
ン結像における物体からの光線の如（に凸面鏡の開口の
周囲へと押しやられるのではなく、凸面鏡１２に設けら
れた開口２２を介して通過することによるものである。

これら二つの鏡に必要とされる基底半径は、次の連立方
程式の解から導かれる。

ｓ＝Ｌ十り。

ｓ’　＝ｓＲ／　（２ｓ＋Ｒ） ｓ”＝ｓ＋ｓ’　−Ｌ。

１１１、、ＳＩ″バ２Ｓ”−Ｒ） ｓ”＝Ｌ＋Ｌｉ 式中、Ｓは物体１６から凸面鏡１２の表面を画定してい
る湾曲の頂点２６までの距離、Ｓ′は頂点２６から凸面
鏡１２の後ろ側に配置された物体１６の虚像２８までの
距離、Ｓ”は虚像２８から凹面鏡１４の表面を画定して
いる湾曲の頂点３０までの距離、Ｓ”は頂点３０から像
２０までの距離、Ｌは頂点２６から頂点３０までの距離
、Ｌｏは物体１６から頂点３０までの距離、そしてＬｉ
は頂点２６から像２０までの距離である。

この結像システム１０は根本的に、その最小縮小率によ
って限定される。最小縮小率Ｍは、門・ｓ（ｓ″）／ｓ
”（ｓ”） であり、これは上記の方程式をＬｏ＝Ｌｉ＝Ｏであると
して求めることにより決定され得る。その場合、Ｒ＝２
Ｌ／３及びト２＋３である。

一つの実際的なシステム（Ｌｏ及びＬｉの値がゼロでな
い）のための仕様（長さの値は龍で示されている）は、
次の如きである。

Ｌ＝８５０ Ｌｏ＝１００ Ｌｉ・５０ ｓ＝９５０ ｓ’＝３３２ ｓ’＝１１８２ Ｉｌｌ・９００ Ｒ＝１０２２ Ｈ・３．７５ 結像システム１０の光路の全長は１０００ｍｍである。

また、結像システ立１０の像２０が有し得る有効な像面
の直径は２５龍であり、開口数はｏ、３、掩蔽値は０．
３８である。ここで掩蔽値とは、有効開口の内径を該開
口の外径で割った比率である。

第２図に示されているのは、二つのカトプトリック系縮
小結像サブシステム４２及び４４を有する、改良された
カトプトリック系縮小結像システム４０である。これら
の部品の各々は第１図に示した如きものであるが、異な
る倍率を有するようにされている。これらのサブシステ
ムは各々の公称像平面４６及び４８のそれぞれにおいて
、青申合わせに連結されている。倍率の大きな方の結像
サブシステム４２は物体５ｏがらその公称物平面５２で
光線を受は取り、倍率の小さな方の結像サブシステム４
４は、結像システム４０の像５４をその公称物干面５６
において形成する。結像サブシステム４４は結像システ
ム１０と幾何学的形状が類似しており、その倍率は約３
．８である。他方結像サブシステム４２は、その公称物
干面５２から凸面鏡６０を画定している湾曲の頂点５８
までの光路がかなり長くなっている。これにより、その
倍率は最大６又は７となる。結像システム４０全体の倍
率は、結像サブシステム４２の倍率を結像サブシステム
４４の倍率で割った値であるから、結像システム４０全
体の倍率は２程度となりうる。

一つのシステムについての仕様は、次の通りである。

結像サブシステム４２について Ｌ＝２２９ Ｌｏ＝３５６ Ｌｉ＝２５ ｓｍ５８４ ｓ’＝１１７ ｓ”＝３４６ Ｓ”’　＝２５４ Ｒ・２９３ 台＝６．７９ 結像サブシステム４４について Ｌ・２２９ Ｌｏ・５１ Ｌｉ＝２５ ｓｍ２７９ Ｓ”＝９４ Ｓ″＝３２３ Ｓ”°・２５４ Ｒ・２８４ 阿・３．７７ 結像システム４０について光路の全長は９１４ｍｍであ
る。全倍率は１．８０である。そして、結像システム４
０の像５４はまた、有効な像面直径２５ｍ■、開口数０
．３及び掩蔽値０．３８を有し得るものである。

第３図に示されているのは、結像システム４゜と同様に
二つの縮小結像サブシステム７２及び７４を有している
、改良されたカトプトリック系縮小結像システム７０で
ある。しかしながらこの結像システム７０においては、
結像サブシステム７２及び７４の各々は、相互連関され
た態様で修正されており、これらにより構成される結像
システム７００作動をさらに最適化するようになってい
る。この結像システム７０全体の倍率は、結像サブシス
テム７４の凸面鏡７６の曲率半径を増加させ、そして結
像サブシステム７２の凸面鏡７８の曲率半径を減少させ
ることにより増加されている。ペソツヴアルの和が実質
的に変化しないようにするために、これら二つの基底半
径の逆数の合計は、同じ値に保持される。付随的に、結
像サブシステム７４のＬ及びＬｏの値を変化させずに維
持するために、結像サブシステム７４の凹面鏡８０の曲
率半径も増加される。また付随的に、結像サブシステム
７２の凹面鏡８２の曲率半径は、ペソツヴアルの和が実
質的に変化せずに保持されるように（そしてそれにより
前述の如く実質的にゼロに等しいように）、凹面鏡８０
及び８２の基底半径の逆数の合計値を維持するのに充分
な値へと減少される。

上記ｄ概説した変化を行うことの基本的な利点は、中間
像を形成している光線の開口数が減少するということで
ある。このことは、凸面鏡７６及び７８に設けられる開
口がより小さくされることを可能ならしめ、また結像シ
ステム４０と比較して、結像システム７０のための開口
−像面の合計が関連して増加することを可能ならしめる
。

一つのシステムについての仕様は次の通りである。

結像サブシステム７２について Ｌ＝４８２ ＬＯ＝１２８ Ｌｉ＝２５ ｓｍ６１０ Ｓｏ・１２１ ｓ”＝６０３ ｓｍ”・５０７ Ｒｃｖｘ＝３０２ Ｒｃｃｖ＝５４５ 門＝５．９９ 結像サブシステム７４について Ｌ＝３０５ Ｌｏ・５Ｉ Ｌｉ・２５ ｓ＝３５６ ｓ’＝２０７ ｓ’＝５１２ ｓ”＝３３０ Ｒｃｖｘ＝９９１ Ｒｃｃｖ＝４０１ Ｍ＝２．６６ 結像システム７０についての光路の全長は１０１６ｍｍ
である。全倍率は２．２５である。結像システム７０の
像８４は、有効像面の直径３５龍、開口数０．３及び掩
蔽率０．３３を有し得る。そしてペンッヴアルの和は次
の通りである。

５４＝２（１１５４５＋１／４０１−１／３０２−１／
９９１）・０．００第４図に示されているのは、三つの
鏡を有する改良されたカトプトリック系縮小結像システ
ム９０である。最初の鏡９２は一般に凸面である。

第二の鏡９４は平坦なものとして示されているが、一般
的には、凸面、平面、凹面の何れであってもよい。第三
の鏡９６は、一般に凹面である。物体９８からの光線は
第二の鏡９４に設けられた開口ｌＯＯを介して結像シス
テム９０に入射し、第一の鏡９２から第二の鏡９４に反
射し、第二の鏡９４がら第三の鏡９６へと反射し、第三
の鏡９６から第二の鏡９４へと戻って反射し、そして第
二の鏡９４から反射して、第一の鏡９２に設けられた開
口１０４を介して、第一の鏡９２の向う側に位置する像
ｌｏ２を形成する。これまでに説明したように、鏡の反
射の逆数の合計は実質的にゼロでなければならない。し
かし、第二の鏡９４からの反射が二回あることから、ペ
ソッヴアルの和の計算は次のようになる。

５４＝２（１／Ｒｍ９２＋２／Ｒｍ９４＋１／Ｒｍ９６
）　＝０．００式中、１／Ｒｍ９２は負であり、２／Ｒ
ｍ９４は第二の鏡９４が凸面鏡の場合には負、平面の場
合にはゼロ、凹面鏡の場合には正であり、そして１／Ｒ
ｍ９６は正である。この構成の実質的な効果は、Ｓ”及
びＳ”のための有効光路長をかなり長く、結像システム
９０全体の光路長よりも長くできるということである。

第二の鏡９４が平面であり（第４図に示されているよう
に）、第一及び第三の鏡９２及び９．６の表面を画定す
るのに用いられている湾曲の頂点１０６及び１０８のそ
れぞれが距離Ｌｄだけ軸方向に離間されている場合につ
いての仕様は、次の通りである。

Ｌ＝６１０ Ｌｏ＝１０２ Ｌｄ・５１ Ｌｉ・５１ ｓ＝７１１ Ｓ゛・３５６ ｓ”＝１６２６ ｓＩｌｌ・１２７０ Ｒ・１４２６ Ｍ＝２．５６ 結像システム９０についての全光路長は７６２龍である
。結像システム９０の像１０２は、像面の直径３５關、
開口数０．３及び掩蔽率０．３８を有することができる
。これらは全光路長が比較的短いことをもって達成され
るが、しかしその代償として、第三の鏡９６の直径はか
なり大きい。

第５図に示されているものは、凸面鏡１１２と凹面鏡１
１４とを有する改良されたカトプトリ・７り系縮小結像
システム１１０であり、そこにおいて凸面鏡１１２及び
凹面鏡１１４は基底半径が等しく、また軸方向に配置さ
れている。物体１１６からの光線は凹面鏡１１４に設け
られた開口１１８を介して結像システム１１０に入射し
、凸面鏡１１２の第一の部分１２０から凹面鏡１１４の
第一の部分１２２へと反射し、凹面鏡１１４の第一の部
分１２２から凸面鏡１１２の第二の部分１２４へと反射
して戻り、凸面鏡１１２の第二の部分１２４から凹面鏡
１１４の第二の部分１２６へと再び反射し、そして最後
に凹面鏡１１４の第二の部分１２６から反射して、凸面
鏡１１２に設けられた開口１３０を介し、凸面鏡１１２
の向う側に位置する像１２８を形成する。

これら二つの鏡１１２．１１４に必要とされる基底半径
は、次の連立方程式の解から導かれる。

ｓ＝Ｌ＋Ｌ。

ｓ　’　＝ｓＲ／　（２ｓ＋Ｒ） ｓ’＝ｓ”＋Ｌ Ｓ″ｌ＝ｓ”／（２ｓ”−Ｒ） Ｓ”８５ｍ１−Ｌ ダ′＝ｓ″″／（２ｓ”−Ｒ） ｍｓ−ｍｓ””＋Ｌ ＊＋＋ｓ＋＝ｓ”″”／（２ｓ””−Ｒ）ｓ＋＋＋＋”
・Ｌ＋Ｌｉ 式中、Ｓは物体１１６から凸面鏡１１２の表面を画定し
ている湾曲の頂点１３２までの距離、Ｓ′は頂点１３２
から凸面鏡１１２の後ろ側に配置された物体１１６の虚
像１３４までの距離、Ｓ”は虚像１３４から凹面鏡１１
４の表面を画定している湾曲の頂点１３６までの距離、
Ｓ”は頂点１３６から凸面ｖ１１１２のさらに後ろに配
置された虚像１３４の虚像１３８までの距離、ｓｍ”は
虚像１３８から頂点１３２までの距離、Ｓ″”は頂点１
３２から虚像１３８の虚像１４０までの距離、Ｓ””は
虚像１４０から頂点１３６までの距離、Ｓ””は頂点１
３６から像１２８までの距離、Ｌは頂点１３２から頂点
１３６までの距離、ＬＯは物体１１６から頂点１３６ま
での距離、そしてしｉは頂点１３２から像１２８までの
距離である。

この結像システム１０は根本的に、その最小縮小率によ
って限定される。最小縮小率Ｍは、Ｍ＝ｓ　（ｓ”）Ｓ
”（ｓ””）／ｓ’　（ｓ″＋）ｓ＋＋ｍ＋（ｓ””）
であり、これは上記の方程式をＬｏ＝Ｌｉ・０であると
して求めることにより決定され得る。その場合、Ｒ・１
．７ＯＬでありＭ＝１．９６である。

一つのシステムについて、仕様は次の通りである。

Ｌ＝６１０ Ｌｏ＝１０２ しｉ・５１ Ｓ・７１１ Ｓ’＝３０７ Ｓ″・９１６ ｓ”＝１３１１ ｓ”＝７０２ Ｓ′″”＝２３３４ Ｓ″′・２９４３ ｓｍ１・６６０ Ｒ＝１０７９ Ｍ＝２．６４ この結像システム１１０の全体の光路長は７６２龍であ
る。この結像システム１１０の像１２８は、像面の直径
２５ｍｍ、開口数０．３及び掩蔽（ｌ！！０．３８を有
することができる。

第６図に示されているのは、二つのカセグレン結像サブ
システム１５２及び１５４からなる、カトプトリック系
縮小結像システム１５０である。

これらのサブシステムは、それぞれ異なる公称物体位置
１５６及び１５８を有している。公称物体位置１５６及
び１５８は、それらの内の一つ（１５６）が虚であり、
もう一つ（１５Ｂ）が実である。これら二つのカセグレ
ン結像サブシステム１５２及び１５４は、虚の物体位置
１５６と実の物体位置１５８の重ね合わせを含む共通の
物体位置において連結されている。カトプトリック系縮
小結像システム１５０の物体１６０は、カセグレン結像
サブシステム１５２の公称像位置１６２に配置され、そ
してカトプトリック系縮小結像システム１５０の像１６
４は、カセグレン結像サブシステム１５４の公称像位置
１６６に形成される。

カトプトリック系縮小結像システム１５０のペソツヴア
ルの和を実質的にゼロにする一つの方法は、カセグレン
結像サブシステム１５２の凸面鏡１６８と凹面鏡１７０
が等しい曲率半径となるようにすることであり、またカ
セグレン結像サブシステム１５４の凹面鏡１７２と凸面
鏡１７４が等しい曲率半径となるようにすることである
。従って、鏡１６８と１７０、及び鏡１７２と１７４の
それぞれの組の各々の鏡の焦点距離は、大きさが等しく
て符号が反対となり、それゆえそれらの逆数（及びＳ４
の値）は、合計が実質的にゼロとなる。

しかしながら、これらによって構成されるカトプトリッ
ク系縮小結像システムは、これまでに記載した種々の他
のカトプトリック系縮小結像システムよりも重要性の少
ないものである。

なぜなら、鏡１６８及び１７４により、開口１７６の掩
蔽度が増加するからである。このことは、第７図の光学
回路を分析することによって検証され得る。第７図に示
されているものは、等しい曲率半径Ｒを有する凹面鏡１
８２及び凸面鏡１８４を備えたカセグレン結像サブシス
テム１８０であり、その鏡の公称物体位置は、無限遠に
位置している。カセグレン結像サブシステム１８０の最
大限可能な像面−開口の合計は、その像位置を凹面鏡１
８２の表面を画定している湾曲の頂点１８６にできるだ
け近づけて設定し、そしてその開口が凹面鏡１８２の軸
方向の位置にあるように設定することにより得られる。

例えば、像が凹面鏡１８２と凸面鏡１８４の間の距離り
の１．２５倍の位置に設定された場合、このＬは次の連
立方程式の解により見出される。

ｓ＝Ｒ／２ ｓ’＝ｓ−Ｌ ｓ’＝１．２５（Ｌ）Ｒ／（２（１，２５）Ｌ＋Ｒ）式
中、Ｓは凹面鏡１Ｂ２の主焦点１８８と頂点１８６との
間の距離、Ｓ″は主焦点１８８と凸面鏡１８４の表面を
画定している湾曲の頂点１９０との間の距離である。導
き出される値は、Ｌ、ｓ及びＳ゛のそれぞれについて、
０．２９ＯＲ１０，５００１１１及び０．２１０１？で
ある。

開口が凹面鏡１８２の軸方向の位置に設定された場合、
像面の直径がゼロであることに等しい掩蔽値Ｏａは、ｓ
’／ｓまたは０．４２０である。出力瞳の位置Ａｏは、
次の連立方程式を解くことにより見出される。

ａ’＝−０，２９ＯＲ／（２（０，２９０）−１）ａ’
＝（−ａ’＋０．２９０Ｒ）／（２（ａ’／ｌ？＋０．
２９０）＋Ｉ）Ａｏ＝ａ”＋１．２５（０，２９０）Ｒ
式中、ａ゛は凹面鏡の後ろ側の開口の像（虚像）の位置
、ａ”は凸面鏡の後ろ側の開口の再度の像（やはり虚像
）の位置である。導き出される値は、ａ゛、ａ″及びＡ
ｏのそれぞれについて、０．６９ＯＲ。

０．３３１Ｒ及び０．６９４Ｒである。掩蔽はＲｆ／Ｒ
という割合と開口数（ＮＡ）の関数であり、この場合Ｒ
ｆは像面の半径である。掩蔽は、次の等式から求められ
る。

０ａ＝０．４２０（１＋（ａ”ハｏ）　（Ｒｆ／Ｒ）／
１．２５（０，２９０）　ｔａｎ　α）式中、αは開口
数のアークサインに等しい。もしもＲｆ／Ｒ＝０．０４
でありＮＡ・０．３であるならば、そのとき０ａ＝０．
４９である。しかしながら、カセグレン結像サブシステ
ム１５４は物体位置１５８に配置された実際の物体を有
していることから、このカセグレン結像サブシステムに
ついてのＯａの実際の値は、第６図において見られるよ
うにかなり大きいものである。従って、カトプトリック
系縮小結像システム１５０は幾分程度の劣った光学的作
動を行う可能性がある。

例示的な実施例についての以上の説明から認められるよ
うに、本発明はその最も広い側面からして、準カセグレ
ン形式の改良されたカトプトリック系結像システムであ
って、物体からの光線が結像システムの一つの鏡に設け
られた開口を介して結像システムに入射し、結像システ
ムの他の鏡に設けられた開口を介して結像システムを出
て行って像を形成するようになっているものを提供する
。各々の結像システムにおいて、反射の各々を行ってい
る鏡の曲率半径の逆数の合計は、好ましくは実質的にゼ
ロとなるようにされる。

第１図に関して本明細書で説明された第一〇カトプトリ
ック系縮小結像システムでは、一つは凸面でありもう一
つは凹面であって両方とも大体同じ基底半径を有する二
つの鏡が軸方向に配置され、物体からの光線は凹面鏡に
設けられた開口を介して結像システムに入射し、凸面鏡
から凹面鏡へと反射し、そして凹面鏡から反射して、凸
面鏡に設けられた開口を介し、凸面鏡の向う側に位置す
る像を形成する。

第２図に関して本明細書で説明された第二〇カトプトリ
ック系縮小結像システムでは、異なる倍率の二つのカト
プトリック系縮小結像サブシステムが、それらの公称像
平面において背中合わせに連結される。第３図に関して
説明された、このシステムの改善例においては、このよ
うに連結されて組となったカトプトリック系縮小結像サ
ブシステムの各々は、相互に連関された態様で修正され
る。

第４図に関して本明細書で説明された第三〇カトプトリ
ック系縮小結像システムでは、三つの鏡の組み合わせが
使用され、この三つの鏡の組み合わせの内の中間にある
鏡からの二回の反射を介して、システムの内部的な光路
及び出力光路が延伸される。

第５図に関して本明細書で説明された第四〇カトプトリ
ック系縮小結像システムでは、二つの鏡が使用され、光
線は凸面鏡の部分部分と凹面鏡の部分部分との間で多重
反射を行い、その後凹面鏡から反射して、凸面鏡に設け
られた開口を介し、凸面鏡の向う側に位置する像を形成
する。

第６図に関して本明細書で説明された、さらに別のカト
プトリック系縮小結像システムにおいては、二つのカセ
グレン結像サブシステムであって、一方は実で他方は虚
である異なる公称物体位置を有するものが、共通の物体
位置において連結されている。結像システムの物体は虚
の物体位置を有する結像サブシステムの公称像位置に配
置され、そして結像システムの像は実の物体位置を有す
る結像サブシステムの公称像位置に配置される。

本明細書において本発明は特定の実施例を参照すること
によって説明されてきたが、関連する技術及び知識を身
につけた当業者には、本発明がその最も広い側面におい
て、ここに特定的に説明したシステムの範囲を越えて修
正変更可能であること、従って本発明の範囲は、上記の
実施例によって限定されるものとは考えられないことが
理解されるであろう。

また、本発明はこれまでに説明した光学系の範晴を越え
る広がりを有するものであって、上記の如き光学系を半
導体超小型回路のマイクロリソグラフィーによる製造に
使用することにも及び、さらに上記の如き光学系をマイ
クロリソグラフィー用の装置に含めることにも及ぶこと
も理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一つは凸面でもう一つは凹面であり等しい基
底半径の二つの鏡が軸方向に配置されており、物体から
の光線が凹面鏡に設けられた開口を介して結像システム
に入射し、凸面鏡から凹面鏡へと反射し、そして凹面鏡
から反射して、凸面鏡に設けられた開口を介し、凸面鏡
の向う側に位置する像を形成するようになっている、等
しい曲率半径の二つの鏡を有する改良されたカトプトリ
ック系縮小結像システムを示す断面図である。 第２図は、公称像平面において背中合わせに連結された
倍率の異なる二つのカドブトリンク系縮小結像サブシス
テム（第１図に示された如き）を有し、倍率の大きい縮
小結像サブシステムが物体からの光線を受け、倍率の小
さい縮小結像サブシステムがその公称物平面において力
トプトリソク系縮小結像システムの像を形成するように
なっている、改良されたカトプトリック系縮小結像シス
テムを示す断面図である。 第３図は、倍率の等しくない、カトプトリ・７り系縮小
結像サブシステムが連結された組を有しており、これら
のサブシステムが相互に関連した態様で修正されて、カ
トプトリック系縮小結像システムの作動をさらに最適化
するようになっている、改良されたカトプトリック系縮
小結像システムを示す断面図である。 第４図は、システムの第二の鏡による中間反射を介して
、結像システムの第一の鏡と結像システムの第三の鏡と
の間、及び結像システムの第三の鏡と像との間の光路長
を延長するように用いられる三つの鏡を有する、改良さ
れたカトプトリック系縮小結像システムを示す断面図で
ある。 第５図は、一つは凸面でもう一つは凹面であり基底半径
が等しく軸方向に配置された二つの鏡を有し、物体から
の光線が凹面鏡に設けられた開口を介して結像システム
に入射し、凸面鏡の第一の部分から凹面鏡の第一の部分
へと反射し、凹面鏡の第一の部分から凸面鏡の第二の部
分へと反射して戻り、凸面鏡の第二の部分から凹面鏡の
第二の部分へと再び反射し、最後に凹面鏡の第二の部分
から反射して、凸面鏡に設けられた開口を介し、凸面鏡
の向う側に位置する像を形成するようになっている、改
良されたカトプトリック系縮小結像システムを示す断面
図である。 第６図は、一方は実で他方は虚である異なる公称物体位
置を有し共通の物体位置において連結された、二つのカ
セグレン結像サブシステムを含み、カドブトリンク系縮
小結像システムの物体は虚の物体位置を有するカセグレ
ン結像サブシステムの公称像位置に配置され、カトプト
リック系縮小結像システムの像は実の物体位置を有する
カセグレン結像サブシステムの公称像位置に配置される
ようになっている、カトプトリック系縮小結像システム
を示す断面図である。 第７図は、公称物体位置が無限遠にあるカセグレン結像
サブシステムの限定された像面−開口の合計を示す断面
図である。 １０．４０，７０，９０．１１０．１５０・・・結像シ
ステム１２．７６．７８．１１２．１６８．１７４．１
８４・・・凸面鏡１４．６０，８０，８２，１１４，１
７０，１７２，１８２　・・・凹面鏡１６．５０．９８
，１１６．１６０・・・物体１８．２２，１００，１０
４，１１８，１３０−・・開口２０．５４，８４，１０
２，１２８，１６４・・・像４２．４４，７２．７４・
・・結像サブシステム４６、４８・・・公称像平面 ５２．５６・・・公称物平面 ９２・・・第一の鏡 ９４・・・第二の鏡 ９６・・・第三の鏡 １２０・・・凸面鏡の第一の部分 １２２・・・凹面鏡の第一の部分 １２４・・・凸面鏡の第二の部分 １２６・・・凹面鏡の第二の部分 １５２、１５４．１８０・・・カセグレン結像サブシス
テム１５６、１５８・・・公称物体位置 １６２、１６６・・・公称像位置 出願人代理人　　　古　谷　　　態 量　　　溝部孝彦 同　　　古谷　聡 コゴ刀２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　物体の像を形成するためのカトプトリック系縮小結
   像装置であって、 一つは凸状で一つは凹状であり軸方向に配 置された基底半径の等しい二つの鏡と、前記物体からの
   光線は前記凹面鏡に設けられた開口を介して結像装置に
   入射し、前記凸面鏡から前記凹面鏡へと反射し、そして
   前記凹面鏡から反射して前記凸面鏡に設けられた開口を
   介して前記凸面鏡の向う側に位置する像を形成すること
   を特徴とする結像装置。 ２　各々の公称像平面において背中合わせに連結された
   、倍率の異なる二つのカトプトリック系縮小結像サブシ
   ステムを有し、倍率の大きな方の縮小結像サブシステム
   はその公称物平面において物体から光線を受け、倍率の
   小さい方の縮小結像サブシステムはその公称物平面にお
   いて結像装置の像を形成することをさらに特徴とする、
   特許請求の範囲第１項記載の結像装置。 ３　前記カトプトリック系縮小結像サブシステムの各々
   は相互連関された態様で修正されており、倍率の小さい
   方の縮小結像サブシステムの凸面鏡の曲率半径は大きさ
   が拡大され、倍率の大きな方の縮小結像サブシステムの
   凸面鏡の曲率半径は大きさが縮小され、且つこれらの逆
   数の合計が実質的に一定であるようにされていることを
   さらに特徴とする、特許請求の範囲第２項記載の結像装
   置。 ４　結像装置の第二の鏡による中間反射を介して、結像
   装置の第一の鏡と結像装置の第三の鏡との間の光路長、
   及び結像装置の第三の鏡と像との間の光路長を延伸する
   ように使用される三つの鏡を有することをさらに特徴と
   する、特許請求の範囲第１項記載の結像装置。 ５　前記凸面鏡の第一の部分から前記凹面鏡の第一の部
   分への光線の反射と、前記凹面鏡の前記第一の部分から
   前記凸面鏡の第二の部分へと戻る反射と、前記凸面鏡の
   前記第二の部分から前記凹面鏡の第二の部分へと再び戻
   る反射と、及び最後に前記凹面鏡の前記第二の部分から
   前記凸面鏡の前記開口を介して前記凸面鏡の向う側に位
   置する像を形成するための反射とを有することをさらに
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の結像装置。 ６　物体の像を形成するためのカトプトリック系縮小結
   像装置であって、 公称物体位置が異なる二つのカセグレン結 像サブシステムを有し、公称物体位置の一つは実でもう
   一つは虚であり、これら二つのカセグレン結像サブシス
   テムは共通の物体位置で連結されており、カトプトリッ
   ク系縮小結像装置の物体は虚の物体位置を有するカセグ
   レン結像サブシステムの公称像位置に配置されており、
   カトプトリック系縮小結像装置の像は実の物体位置を有
   するカセグレン結像サブシステムの公称像位置に配置さ
   れていることを特徴とする結像装置。