JP2000098228A

JP2000098228A - 投影露光装置及び露光方法、並びに反射縮小投影光学系

Info

Publication number: JP2000098228A
Application number: JP10266129A
Authority: JP
Inventors: Yuto Takahashi; 友刀高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】より少ない反射面で優れた光学性能を得る【解決手段】反射縮小投影光学系１００は、第１面１１
上の物体を第２面１２上に結像する第１反射光学系１０
と、第２面上の像を第３面１３上に結像する第２反射光
学系２０とを備え、第３面上に第１面上の物体の縮小像
を形成する。第１反射光学系は２つのミラーからなる第
１ミラー対Ｍ１，Ｍ２からなり、第２反射光学系は凸面
鏡及び凹面鏡からなる第２ミラー対Ｍ３，Ｍ４からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子、または薄膜磁気ヘッドなどのデバイスをリソ
グラフィ工程により製造する際に用いられる露光装置及
び露光方法、これらの露光装置及び方法に好適な反射縮
小投影光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造や半導体チップ実装
基板の製造ではますます微細化しており、これらのパタ
ーンを焼き付ける露光装置はより解像力の高いものが要
求されてきている。この要求を満足するためには、光源
の波長を短波長化し、かつＮＡ（光学系の開口数）を
大きくしなければならない。しかしながら、波長が短く
なると光の吸収のため実用に耐える光学ガラスが限られ
てくる。さらに、短波長の紫外線やＸ線になると、使用
できる光学ガラスは存在しなくなる。このような場合、
屈折光学系だけか、または反射屈折光学系で縮小投影光
学系を構成することは、まったく不可能となる。

【０００３】そのため、反射系のみで投影光学系を構成
する反射縮小光学系が例えば特開平9-211332号公報に提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平9-211332号
公報に開示されている投影光学系は、凹凸凹の反射鏡か
らなる２組の光学系により構成されており、２組の縮小
投影系の間に中間像を形成するものである。特開平9-21
1332号の投影光学系は、全体として６面の反射面を有し
ているため、収差補正の自由度は高いが、反射面の数が
多すぎるため光量ロスが多い問題点がある。さらに投影
光学系全体の結像性能は、各反射面の製造誤差により発
生する収差により低下するため、反射面の数が多すぎる
と各反射面の公差を極めて厳しく抑えなければならず、
製造が困難である問題点がある。従って、光学設計上で
の結像性能は高いが実際に製造されたものの結像性能が
十分でなくなる恐れがある。

【０００５】そこで、本発明は、比較的に反射面の数が
少なく抑えつつも極めて優れた結像性能を達成し、さら
に実際に製造されたものの結像性能も向上させることを
目的とする。

【０００６】

【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、本発明の請求項１にかかる反射縮小投影光学系
は、第１面上の物体を第２面上に結像する第１反射光学
系と、前記第２面上の像を第３面上に結像する第２反射
光学系とを備え、第３面上に第１面上の物体の縮小像を
形成する反射縮小投影光学系であって、前記第１反射光
学系は２つのミラーからなる第１ミラー対からなり、前
記第２反射光学系は凸面鏡及び凹面鏡からなる第２ミラ
ー対からなり、前記第１及び第２ミラー対は、前記第１
面からの光が前記第１ミラー対を経由した後に前記第２
面上に中間像を形成し、該中間像からの光が前記凸面鏡
及び前記凹面鏡の順で前記第２ミラー対を通過して前記
第３面へ向かうように位置決めされるものである。

【０００７】また、本発明の請求項２にかかる反射縮小
投影光学系は、第２面上に視野絞りが配置されるもので
ある。また、本発明の請求項３にかかる反射縮小投影光
学系では、前記第１反射光学系が縮小倍率を有するもの
である。また、本発明の請求項４にかかる反射縮小投影
光学系では、前記第２反射光学系が縮小倍率を有するも
のである。

【０００８】また、本発明の請求項５にかかる反射縮小
投影光学系では、前記第１ミラー対を構成する２つのミ
ラーのそれぞれの頂点の間に位置する開口絞りをさらに
有し、該開口絞りは、該開口絞りに入射する光束の全周
を囲む形状を有するものである。また、本発明の請求項
６にかかる反射縮小光学系では、前記開口絞りは、前記
第３面側がテレセントリックとなるように位置決めされ
る。

【０００９】また、本発明の請求項７にかかる反射縮小
光学系では、前記第１ミラー対は、前記中間像側に凹面
を向けた凹面鏡を有するものである。また、本発明の請
求項８にかかる反射縮小光学系では、前記第１ミラー対
を構成する２つのミラーの曲率をそれぞれC1、C2とし、
前記第２ミラー対中の前記凸面鏡の曲率をC3、前記第２
ミラー対中の前記凹面鏡の曲率をC4とするとき、（１） - 0.005 < ( C1 - C2 ) < 0.005 （２） - 0.005 < ( C3 - C4 ) < 0.005 （３） - 0.005 < ( C1 - C2 ) + ( C3 - C4 ) < 0.005 の条件式を満足するものである。

【００１０】また、本発明の請求項９にかかる反射縮小
光学系では、前記第１反射光学系は２枚のミラーのみか
らなり、前記第２反射光学系は２枚のミラーのみからな
るものである。また、本発明の請求項１０にかかる反射
縮小投影光学系では、前記第１のミラー対を構成するミ
ラーと前記第２のミラー対を構成するミラーとは、共通
の光軸に沿って配置されるものである。

【００１１】また、本発明の請求項１１にかかる反射縮
小投影光学系では、前記第１反射光学系と前記第２反射
光学系とは、光軸方向にそって所定の間隔を持つように
配置されるものである。また、本発明の請求項１２にか
かる反射縮小投影光学系では、反射縮小投影光学系を構
成する複数のミラーのうち、少なくとも２つのミラーは
該ミラーの基準軸に関して対称な外径を有しているもの
である。

【００１２】また、本発明の請求項１３にかかる投影露
光装置は、所定波長の光を投影原版へ導く照明光学系
と、該照明光学系からの光に基づいて、前記投影原版の
縮小像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備える
ものであって、投影光学系は、請求項１乃至１２の何れ
か一項記載の反射縮小投影光学系であり、前記反射縮小
投影光学系に対して前記投影原版及び前記感光性基板を
相対的に移動させつつ露光を行うものである。

【００１３】また、本発明の請求項１４にかかる露光方
法は、所定波長の光を投影原版へ導き、該光に基づいて
前記投影原版の縮小像を感光性基板上に形成する露光方
法であって、請求項１乃至１２の何れか一項記載の反射
縮小投影光学系を用いて前記縮小像を前記感光性基板上
に形成し、該縮小像を前記感光性基板上で走査させるも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基本的な構成につ
いて図１を参照して説明する。図１は後述の第１実施例
にかかる反射縮小投影光学系の横断面の光路図であり、
図１では光束の幅は横断面のみを表してある。図１に示
すように、本発明の反射縮小投影光学系１００は、第１
面１１上の物体を第２面１２上に結像する第１反射光学
系１０と、第２面１２上の像を第３面１３上に結像する
第２反射光学系２０とを備える構成を基本とし、第３面
１３上に第１面１１上の物体の縮小像を形成するもので
ある。そして、第１反射光学系１０は２つのミラーから
なる第１ミラー対Ｍ１，Ｍ２からなり、第２反射光学系
２０は凸面鏡Ｍ３及び凹面鏡Ｍ４からなる第２ミラー対
からなる。

【００１５】そして、第１面１１からの光は、第１ミラ
ー対Ｍ１，Ｍ２を経由した後に第２面１２上に中間像を
形成し、この中間像からの光は凸面鏡Ｍ３及び凹面鏡Ｍ
４の順で第２ミラー対Ｍ３，Ｍ４を通過して第３面１３
へ向かう。このように構成することにより、第２面１２
上に視野絞りＦＳを配置することが可能となり、また、
第１ミラー対Ｍ１，Ｍ２の頂点（反射面上において反射
面の基準軸と交差する点）の間に開口絞りＡＳを配置す
ることが可能となる。

【００１６】ここで、第１面１２上に視野絞りＦＳを配
置した場合には、第１面１１上を照明する照明系中の視
野絞りを設ける必要がなくなる。また、本発明において
は、開口絞りＡＳは、第１面１１と第１ミラー対中で最
も第１面１１側の反射面Ｍ１との間の光路中に配置され
ることが好ましい。この場合、本発明の光学系が全体と
して縮小倍率を有していることから、第１面側では光束
の幅は狭く抑えられており、この部分に開口絞りＡＳを
配置できると、開口絞りＡＳを保持する機械部品による
投影光路への干渉を避けることが可能である。さらにこ
の場合には、開口絞りＡＳの開口部形状を、開口絞りＡ
Ｓを通過する光束の全周を囲む形状とすることができ、
通常の開口絞りの構成を採用することができる。このと
き、開口絞りＡＳの光軸方向の位置は、第３面１３側が
テレセントリックとなるように位置決めされることが好
ましい。

【００１７】また、本発明においては、第１反射光学系
１０が縮小倍率を有することが好ましく、第２反射光学
系２０が縮小倍率を有することが好ましい。このように
構成することにより、全体の反射縮小光学系の縮小倍率
を各反射光学系で分担できるため、各反射光学系の負担
を軽くすることができる。また、本発明においては、第
１ミラー対Ｍ１，Ｍ２は、中間像側（第２面１２側）に
凹面を向けた凹面鏡Ｍ２を有することが好ましい。

【００１８】この構成の場合、凹面鏡Ｍ２、凸面鏡Ｍ３
及び凹面鏡Ｍ４が見かけ上オフナー型光学系に近くなる
が、この構成の場合では凹面鏡Ｍ２から凸面鏡Ｍ３まで
の間に中間像を形成する構成であるため、オフナー型光
学系とは収差の補正原理が異なる。すなわち、オフナー
型光学系を変形して縮小倍率で用いるようにした光学系
（以下、変形オフナー型縮小光学系と呼ぶ）では、凹凸
凹の反射面のそれぞれで生じる収差を互いに相殺するよ
うに構成されている。しかしながら、本発明が上記構成
をとる場合には、第１面側の凹面鏡Ｍ２へ入射する光線
の角度は、変形オフナー型光学系と比較して、凹面鏡Ｍ
２の光軸（基準軸）に対してさらに角度がつくように入
射する。つまり、凹面鏡Ｍ２への入射光線と凹面鏡Ｍ２
からの射出光線とがなす角度が変形オフナー型光学系と
は全く逆方向となる。

【００１９】このことから、上記構成の場合では、第１
ミラー対中の凹面鏡Ｍ２の反射面での入射及び射出光線
の振る舞いが、凸面鏡Ｍ３及び凹面鏡Ｍ４で発生する収
差を凹面鏡Ｍ２で相殺するような補正の仕方をする変形
オフナー型光学系とは全く逆方向となる。この構成にお
いて、第１ミラー対中の凹面鏡Ｍ２は、第１ミラー対中
の別のミラーＭ１と第２面１２との間の光路中に配置さ
れることが好ましい。上述のように凹面鏡Ｍ２に対して
光軸との角度をつけるように光線を入射させる場合に
は、ミラーＭ１での反射により、第１面１１からミラー
Ｍ１へ向かう光束と、ミラーＭ１から凹面鏡Ｍ２へ向か
う光束及び凹面鏡Ｍ２から第２面へ向かう光束とを物理
的に分離しやすくなる。これにより、第１面１１からミ
ラーＭ１へ向かう光路中に開口絞りＡＳを配置すること
が容易となる。

【００２０】さて、本発明において、さらなる光学性能
を達成するためには、像面のコンロロールを行うことが
望ましい。この像面をなるべく平坦にするためには、各
反射光学系１０，２０のペッツバール和を極力小さくす
ることが良い。従って、第１反射光学系１０に関して
は、第１ミラー対を構成する２つのミラーＭ１，Ｍ２の
曲率をそれぞれC1、C2とするとき、（１） - 0.005 < ( C1 - C2 ) < 0.005 を満足することが好ましい。

【００２１】ここで、上記条件式（１）の下限を逸脱す
ると、第２面１２に形成される中間像面が凹に湾曲しす
ぎ、第２反射光学系２０中の凸面鏡Ｍ３で補正できる範
囲を越えてしまうことになり、視野絞りの像の劣化をも
たらす。また、条件式（１）の上限を逸脱すると、第２
面１２上の中間像面が凸に湾曲しすぎ、第２反射光学系
２０中の凹面鏡Ｍ４で補正できる範囲を越えてしまうこ
とになり、視野絞りの像の劣化をもたらす。

【００２２】また、第２反射光学系２０に関しては、第
２ミラー対中の凸面鏡Ｍ３の曲率をC3、第２ミラー対中
の凹面鏡の曲率をC4とするとき、（２） - 0.005 < ( C3 - C4 ) < 0.005 を満足することが好ましい。上記条件式（２）の下限を
逸脱すると、第３面上の像面が凹に湾曲しすぎ、第２ミ
ラー対中の凸面鏡Ｍ３で補正できる範囲を越えてしまう
ことになる。一方、条件式（２）の上限を逸脱すると、
第３面の像面が凸に湾曲しすぎ、両ミラー対の中の凹面
鏡Ｍ４で補正できる範囲を越えてしまうことになる。

【００２３】そして、反射縮小投影光学系１００全体で
は、２つのミラー対１０，２０にて発生するペッツバー
ル和を互いに相殺するように構成することが好ましく、（３） - 0.005 < ( C1 - C2 ) + ( C3 - C4 ) < 0.005 を満足することが好ましい。上記条件式（３）の下限を
逸脱すると、像面が凹に湾曲しすぎ、凸面鏡Ｍ３で補正
できる範囲を越えてしまうことになる。また、条件式
（３）の上限を逸脱すると、像面が凸に湾曲しすぎ、凹
面鏡Ｍ２，Ｍ４で補正できる範囲を越えてしまうことに
なる。

【００２４】ここで、以上の条件式（１）〜（３）を同
時に満足する構成とした場合には、像面の湾曲を極めて
良好に補正することができる。また、本発明において
は、第１反射光学系１０は２枚のミラーＭ１，Ｍ２のみ
からなり、第２反射光学系２０は２枚のミラーＭ３，Ｍ
４のみからなることが好ましい。これにより、本発明の
反射縮小投影光学系１００を、波長５〜１５ｎｍの軟Ｘ
線領域の光（本明細書では、この光を「ＥＵＶ(Extreme
Ultra Violet)光」と呼ぶ）や、この波長以下の硬Ｘ線
領域の光を露光光として用いる投影露光装置に適用した
場合、当該波長域における反射膜の反射率が低くても、
反射面の数が４面だけなので実用上十分な光量を確保す
ることができる。さらに、反射面の面形状誤差による結
像性能の劣化を招く恐れが少なくなる利点もある。

【００２５】また、本発明においては、第１のミラー対
を構成するミラーＭ１，Ｍ２と、第２のミラー対を構成
するミラーＭ３，Ｍ４とは、共通の光軸Ａｘに沿って配
置されることが好ましい。これにより、各ミラーＭ１〜
Ｍ４の鏡筒組み込み・調整が容易となる。また、本発明
においては、第１反射光学系１０と第２反射光学系２０
とは、光軸方向にそって所定の間隔を持つように配置さ
れることが好ましい。これにより、各ミラーＭ１〜Ｍ４
の間に形成される往復光路を少なくすることができるた
め、結果としてオフ・アクシス形状（基準軸に対して非
対称な外形を有する形状）のミラーを少なくすることが
できる。

【００２６】また、本発明においては、反射縮小投影光
学系１００を構成する複数のミラーＭ１〜Ｍ４のうち、
少なくとも２つのミラーＭ１，Ｍ４はこれらミラーの基
準軸に関して対称な外径を有していることが好ましい。
これにより、ミラー製造時の作業の困難性が減り、かつ
組み込み・調整作業が容易となる。また、本発明におい
ては、複数のミラーの全ての表面形状を回転対称な非球
面形状とすることが好ましい。

【００２７】次に、図２を参照して、本発明にかかる反
射縮小投影光学系１００を組み込んだ投影露光装置につ
いて説明する。図２には、本発明にかかる反射縮小光学
系１００を組み込んだ投影露光装置ＥＸの全体構成が概
略的に示されている。この投影露光装置ＥＸは、露光用
の照明光として波長５〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の光
（ＥＵＶ光）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方
式により露光動作を行う投影露光装置である。なお、図
２においては、投影原版としての反射型レチクルＲの縮
小像をウエハＷ上に形成する反射縮小投影光学系系の光
軸方向をＺ方向とし、このＺ方向と直交する紙面内方向
をＹ方向とし、これらＹＺ方向と直交する紙面垂直方向
をＸ方向とする。

【００２８】この投影露光装置ＥＸは、投影原版（マス
ク）としての反射型レチクルＲに描画された回路パター
ンの一部の像を反射縮小投影光学系１００を介して感光
性基板としてのウエハＷ上に投影しつつ、レチクルＲと
ウエハＷとを反射縮小投影光学系１００に対して１次元
方向（ここではＹ軸方向）に相対走査することによっ
て、反射型レチクルＲの回路パターンの全体をウエハＷ
上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャ
ン方式で転写するものである。

【００２９】ここで、本実施形態における露光用の照明
光であるＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、
ＥＵＶ光が通過する光路は真空チャンバーＶＣにより覆
われて外気より遮断されている。まず、図２における照
明光学系系について説明する。レーザ光源３０は、赤外
域〜可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例
えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレ
ーザなどを適用できる。このレーザ光は集光光学系３１
により集光されて、位置３２に集光する。ノズル３３は
気体状の物体を位置３２へ向けて噴出し、この噴出され
た物体は位置３２において高照度のレーザ光を受ける。
このとき、噴出された物体がレーザ光のエネルギで高温
になり、プラズマ状態に励起され、低ポテンシャル状態
へ遷移する際にＥＵＶ光を放出する。

【００３０】この位置３２の周囲には、集光光学系を構
成する楕円鏡３４が配置されており、この楕円鏡３４
は、その第１焦点が位置３２とほぼ一致するように位置
決めされている。楕円鏡３４の内表面には、ＥＵＶ光を
反射するための多層膜が設けられており、ここで反射さ
れたＥＵＶ光は、楕円鏡３４の第２焦点で一度集光した
後、集光光学系を構成する放物面鏡３５へ向かう。放物
面鏡３５は、その焦点が楕円鏡３４の第２焦点位置とほ
ぼ一致するように位置決めされており、その内表面に
は、ＥＵＶ光を反射するための多層膜が設けられてい
る。

【００３１】放物面鏡３５から射出されるＥＵＶ光は、
ほぼコリメートされた状態でオプティカルインテグレー
タとしての反射型フライアイ光学系３６へ向かう。反射
型フライアイ光学系３６は、複数の反射面を集積してな
る第１の反射素子群３６ａと、第１の反射素子群３６ａ
の複数の反射面と対応した複数の反射面を有する第２の
反射素子群３６ｂとで構成されている。これら第１及び
第２の反射素子群３６ａ，３６ｂを構成する複数の反射
面上にもＥＵＶ光を反射させるための多層膜が設けられ
ている。

【００３２】放物面鏡３５からのコリメートされたＥＵ
Ｖ光は、第１の反射素子群３６ａにより波面分割され、
各々の反射面からのＥＵＶ光が集光されて複数の光源像
が形成される。これら複数の光源像が形成される位置の
近傍のそれぞれには、第２の反射素子群３６ｂの複数の
反射面が位置決めされており、これら第２の反射素子群
３６ｂの複数の反射面は、実質的にフィールドミラーの
機能を果たす。このように、反射型フライアイ光学系３
６は、放物面鏡３５からの略平行光束に基づいて、２次
光源としての多数の光源像を形成する。尚、このような
反射型フライアイ光学系３６については、本願出願人に
よる特願平10-47400号に提案されている。

【００３３】本実施形態では、２次光源の形状を制御す
るために、第２の反射素子３６ｂ近傍にσ絞りＡＳ１が
設けられている。このσ絞りＡＳ１は、例えば互いに形
状が異なる複数の開口部をターレット上に設けたものか
らなる。そして、σ絞り制御ユニットＡＳＣ１により、
どの開口部を光路内に配置するのかの制御が行われる。

【００３４】さて、反射型フライアイ光学系３６により
形成された２次光源からのＥＵＶ光は、この２次光源位
置の近傍が焦点位置となるように位置決めされたコンデ
ンサミラー３７へ向かい、このコンデンサミラー３７に
て反射集光された後に、光路折り曲げミラー３８を介し
て、反射型レチクルＲ上に達する。これらコンデンサミ
ラー３７及び光路折り曲げミラー３８の表面には、ＥＵ
Ｖ光を反射させる多層膜が設けられている。そして、コ
ンデンサミラー３７は、２次光源から発するＥＵＶ光を
集光して、反射型レチクルＲを重畳的に均一照明する。

【００３５】なお、本実施形態では、反射型レチクルＲ
へ向かう照明光と、該反射型レチクルＲにて反射されて
投影系９へ向かうＥＵＶ光との光路分離を空間的に行う
ために、照明系は非テレセントリック系であり、かつ反
射縮小投影光学系１００もレチクル側非テレセントリッ
クな光学系としている。さて、反射型レチクルＲ上に
は、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射膜が設けら
れており、この反射膜は、感光性基板としてのウエハＷ
上へ転写すべきパターンの形状に応じたパターンとなっ
ている。この反射型レチクルＲにて反射されて、反射型
レチクルＲのパターン情報を含むＥＵＶ光は、反射縮小
投影光学系系１００に入射する。

【００３６】反射縮小投影光学系１００は、前述におい
て説明した通り、ミラーＭ１〜Ｍ４の４枚構成からな
り、ミラーＭ１と反射型レチクルＲとの間の光路中（ミ
ラーＭ１とミラーＭ２との頂点の間）に可変開口絞りＡ
Ｓ２が配置されている。この可変開口絞りＡＳ２は、そ
の開口部の口径が可変となるように構成されており、そ
の口径は可変開口絞り制御ユニットＡＳＣ２により制御
される。

【００３７】また、ミラーＭ２とミラーＭ３との間の光
路中の中間像形成位置には視野絞りＦＳが配置されてい
る。なお、反射縮小投影光学系１００を構成するミラー
Ｍ１〜Ｍ４は、基材上にＥＵＶ光を反射する多層膜を設
けたものからなる。反射型レチクルＲにて反射されたＥ
ＵＶ光は、反射縮小投影光学系１００を通過して、ウエ
ハＷ上の円弧形状の露光領域内に、所定の縮小倍率β
（例えば｜β｜＝１／４，１／５，１／６）のもとで反
射型レチクルＲのパターンの縮小像を形成する。なお、
本実施形態においては、露光領域の形状は、反射縮小投
影光学系１００内に設けられた視野絞り１００により規
定される。

【００３８】また、反射型レチクルＲは少なくともＹ方
向に沿って移動可能なレチクルステージＲＳにより支持
されており、ウエハＷはＸＹＺ方向に沿って移動可能な
ウエハステージＷＳにより支持されている。これらのレ
チクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳの移動は、
それぞれレチクルステージ制御ユニットＲＳＣ及びウエ
ハステージ制御ユニットＷＳＣにより制御される。露光
動作の際には、照明系により反射型レチクルＲに対して
ＥＵＶ光を照射しつつ、反射縮小投影光学系１００に対
して反射型レチクルＲ及びウエハＷを、投影系の縮小倍
率により定まる所定の速度比で移動させる。これによ
り、ウエハＷ上の所定のショット領域内には、反射型レ
チクルＲのパターンが走査露光される。

【００３９】なお、本実施形態において、σ絞りＡＳ
１、可変開口絞りＡＳ２、視野絞りＦＳは、ＥＵＶ光を
十分に遮光するために、Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどの金属から
構成されることが好ましい。

【００４０】

【実施例】以下、本発明にかかる反射縮小投影光学系の
数値実施例について説明する。図１は第１実施例の反射
縮小投影光学系の横断面の光路図であり、図４は第２実
施例の反射縮小投影光学系の横断面の光路図である。な
お、図１及び図４において、横断面における光束の幅の
みを示している。

【００４１】第１及び第２実施例の反射縮小投影光学系
１００は、第１面１１上の物体の縮小像を第２面１２上
に結像する第１反射光学系１０と、第２面１２上の像を
第３面１３上に縮小結像する第２反射光学系２０とを有
している。第１反射光学系１０は、２つのミラーＭ１，
Ｍ２からなる第１ミラー対を有しており、第２反射光学
系２０は、それぞれ回転対称非球面形状の凸面鏡Ｍ３及
び凹面鏡Ｍ４からなる第２ミラー対を有している。ここ
で、ミラーＭ１は、図１の第１実施例では近軸上におい
てパワーを有しない回転対称非球面形状であり、図４の
第２実施例では凸面形状を有する回転対称非球面であ
る。また、ミラーＭ２は凹面形状を有する回転対称非球
面である。

【００４２】ここで、各ミラーＭ１〜Ｍ４は、共通の光
軸Ａｘ上に沿って互いに共軸となるように配置されてお
り、この光軸Ａｘ上であって第１面１１とミラーＭ１と
の間の光路中には開口絞りＡＳが配置される。そして、
第１面１１からの光は、開口絞りＡＳ、ミラーＭ１、ミ
ラーＭ２を順に通過して第２面１２上に縮小像を形成
し、この縮小像からの光は、ミラーＭ３、ミラーＭ４を
順に通過して第３面１３に達し、この第３面上に縮小像
を形成する。

【００４３】上述の通り、第１及び第２実施例における
ミラーＭ１〜Ｍ４は非球面形状を有しているが、この非
球面形状は次式で表される。

【００４４】

【数１】

【００４５】ここで、Ｙは中心接平面から非球面までの距離、ｃは中心曲率ｒは光軸からの距離ｋはコニック定数Ａは４次の非球面係数Ｂは６次の非球面係数Ｃは８次の非球面係数Ｄは１０次の非球面係数である。

【００４６】なお、第１実施例の反射縮小投影光学系
は、縮小倍率｜β｜が１／４倍、像側の開口数ＮＡが
０．１、最大物体高は１２０ｍｍであり、露光領域は
半径３０ｍｍで幅１ｍｍの輪帯形状を有している。ここ
で、走査露光を行うことにより、全体として２６×３３
ｍｍのショット領域に対して露光を行うことができる。
また、物体面としての第１面と最終像面としての第３面
との間の距離は１４５１ｍｍであり、複数のミラーＭ１
〜Ｍ４の有効径のうち、最大有効径は５４２ｍｍであ
る。

【００４７】また、第２実施例の反射縮小投影光学系
は、縮小倍率｜β｜が１／４倍、像側の開口数ＮＡが
０．１、最大物体高は６０ｍｍであり、露光領域は半
径１５ｍｍで幅１ｍｍの輪帯形状を有している。ここ
で、走査露光を行うことにより、全体として２６×３３
ｍｍのショット領域に対して露光を行うことができる。
また、物体面としての第１面と最終像面としての第３面
との間の距離は１２７９ｍｍであり、複数のミラーＭ１
〜Ｍ４の有効径のうち、最大有効径は３０６ｍｍであ
る。

【００４８】以下の表１乃至表４に第１及び第２実施例
の反射縮小投影光学系の諸元の値を掲げる。表１及び表
３において、左端には各反射面の面番号を示し、ＲＤＹ
は各光学面の曲率半径、ＴＨＩは各反射面間の面間隔を
示す。そして、ＲＤＹの列に各反射面の近軸曲率半径を
表し、ＴＨＩの列に各面間隔を表している。また、表１
及び表３中において、Ｄ０は第１面１１（レチクル面）
から最も第１面側の光学面までの距離、ＷＤは最も第３
面側の光学面から第３面（最終像面）までの距離、βは
第１面側から反射縮小投影光学系へ光が入射するときの
反射縮小投影光学系系の横倍率、ＮＡは第３面側の開口
数をそれぞれ表している。なお、表１及び表２におい
て、近軸曲率半径ＲＤＹの符号は第１面１１側に向けて
凸となる場合を正とし、面間隔ＴＨＩは反射面の前後で
符号が反転するものとしている。

【００４９】また、表２及び表４には、第１及び第２実
施例の各ミラーＭ１〜Ｍ４の非球面データを示す。

【００５０】

【表１】［第１実施例］Ｄ０＝ 430.079395 ＷＤ＝ 642.640534 ｜β｜＝ 0.2498 ＮＡ＝ 0.1 面番号ＲＤＹＴＨＩ 0 ∞ 430.079395 第１面１１（物体面） 1 ∞ 328.252083 開口絞りＡＳ 2 ∞ -567.459189 ミラーＭ１ 3 1042.96191 871.304731 ミラーＭ２ 4 ∞ 293.356081 第２面１２（中間像面） 5 409.29671 -547.201623 ミラーＭ３ 6 655.87223 642.640534 ミラーＭ４ 7 ∞ 第３面１３（最終像面）

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】［第２実施例］Ｄ０＝ 421.533199 ＷＤ＝ 626.912313 ｜β｜＝ 0.2500 ＮＡ＝ 0.1 面番号ＲＤＹＴＨＩ 0 ∞ 421.533199 第１面１１（物体面） 1 ∞ 195.113908 開口絞りＡＳ 2 2430.13474 -533.860357 ミラーＭ１ 3 894.29705 851.779609 ミラーＭ２ 4 ∞ 271.729305 第２面１２（中間像面） 5 449.09562 -553.918512 ミラーＭ３ 6 651.05560 626.912313 ミラーＭ４ 7 ∞ 第３面１３（最終像面）

【００５３】

【表４】

【００５４】以下の表５に第１及び第２実施例の反射縮
小投影光学系の条件対応数値を掲げる。

【００５５】

【表５】第１実施例第２実施例 C1 0.000000 0.0004115 C2 0.0009588 0.0011182 C3 0.0024432 0.0022267 C4 0.0015246 0.0015359 (1) (C1-C2) -0.000959 -0.000707 (2) (C3-C4) 0.000919 0.000691 (3) (C1-C2)+(C3-C4) -0.000040 -0.000016 図３及び図５に、第１及び第２実施例の反射縮小投影光
学系の第１面上でのコマ収差図を示す。このコマ収差図
は、波長１３．４ｎｍの光を用いて第３面側から光線追
跡することにより得られている。ここで、図３（ａ）は
物体高Ｙ＝１２２ｍｍにおけるメリジオナル方向のコマ
収差図、図３（ｂ）は物体高Ｙ＝１２０ｍｍにおけるメ
リジオナル方向のコマ収差図、図３（ｃ）は物体高Ｙ＝
１１８ｍｍにおけるメリジオナル方向のコマ収差図、図
３（ｄ）は物体高Ｙ＝１２２ｍｍにおけるサジタル方向
のコマ収差図、図３（ｅ）は物体高Ｙ＝１２０ｍｍにお
けるサジタル方向のコマ収差図、図３（ｆ）は物体高Ｙ
＝１１８ｍｍにおけるサジタル方向のコマ収差図であ
る。また、図５（ａ）は物体高Ｙ＝６２ｍｍにおけるメ
リジオナル方向のコマ収差図、図５（ｂ）は物体高Ｙ＝
６０ｍｍにおけるメリジオナル方向のコマ収差図、図５
（ｃ）は物体高Ｙ＝５８ｍｍにおけるメリジオナル方向
のコマ収差図、図５（ｄ）は物体高Ｙ＝６２ｍｍにおけ
るサジタル方向のコマ収差図、図５（ｅ）は物体高Ｙ＝
６０ｍｍにおけるサジタル方向のコマ収差図、図５
（ｆ）は物体高Ｙ＝５８ｍｍにおけるサジタル方向のコ
マ収差図である。

【００５６】図３及び図５からも明らかな通り、第１及
び第２実施例の反射縮小投影光学系は、ＥＵＶ光の１
３．４ｎｍの単波長において、球面収差、コマ収差とも
ほぼ無収差に近い状態まで良好に補正され、かつ露光領
域内におけるディストーションも良好に補正されてい
る。さて、上記第１及び第２実施例では、各ミラーＭ１
〜Ｍ４を光軸回転対称な高次非球面形状として、各ミラ
ーＭ１〜Ｍ４にて発生する高次収差を補正して良好な結
像性能を達成している。ここで、各ミラーの反射面の面
形状誤差や反射縮小投影光学系の製造時における組み立
て誤差等に起因する回転非対称な収差成分を補正するた
めに、回転対称非球面を回転非対称な非球面としても良
い。

【００５７】また、上述の第１及び第２実施例では、使
用波長としてＥＵＶ光の１３．４ｎｍを用いているが、
本発明にかかる反射縮小投影光学系はＥＵＶ光のもとで
の使用には限られない。本発明にかかる反射縮小投影光
学系は、例えば５ｎｍ以下の硬Ｘ線領域や、１００ｎｍ
〜２００ｎｍの真空紫外領域においても使用可能であ
る。ここで、硬Ｘ線領域の光源としては、例えばシンク
ロトロン放射光などが使用でき、真空紫外領域の光源と
しては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ
２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）などを用いること
ができる。

【００５８】また、上述の第１及び第２実施例では、第
１反射光学系を縮小倍率とし、第２反射光学系を縮小倍
率としているが、例えば第１反射光学系を縮小倍率と
し、第２反射光学系を等倍または拡大倍率とすること
や、第１反射光学系を等倍または拡大倍率とし、第２反
射光学系を縮小倍率としても良い。さて、上述の各実施
例では、第１面１１とミラーＭ１との間の光路中に開口
絞りを配置する構成としたが、第１面１１からミラーＭ
１へ向かう光路とミラーＭ１からミラーＭ２へ向かう光
路との光軸直交方向の間隔が狭くなる場合には、光束の
全周を覆う形状の開口絞り（円形開口を持つ開口絞り）
を配置することが困難となる場合がある。この場合に
は、例えば特開平6-230287号公報において提案されてい
るように、第１反射光学系１０中に光束の周縁の一部を
規定する開口絞りを設け、第２反射光学系２０中に光束
の周縁の他部を規定する開口絞りを設ければ良い。この
とき、図６に示す如く、第１反射光学系１０中の開口絞
りＳ１は図１の反射縮小投影光学系の開口絞り位置に配
置すれば良く、第２反射光学系２０中の開口絞りＳ２は
ミラーＭ３からミラーＭ４へ向かう光束中の主光線が光
軸Ａｘを横切る位置近傍に配置すれば良い。

【００５９】このように本発明は上述の実施形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を
とり得る。

【００６０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、従来のオ
フナー型や変形オフナー型とは異なる収差補正原理を用
いることにより、比較的に反射面の数が少なく抑えつつ
も極めて優れた結像性能を達成し、さらに実際に製造さ
れたものの結像性能も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の反射縮小投影光学系の横断面の光
路図である。

【図２】本発明の反射縮小投影光学系を備えた露光装置
の構成を示す図である。

【図３】第１実施例のコマ収差図である。

【図４】第２実施例の反射縮小投影光学系の横断面の光
路図である。

【図５】第２実施例のコマ収差図である。

【図６】反射縮小投影光学系の変形例の光路図である。

【符号の説明】

１０：第１反射光学系１１：第１面１２：第２面１３：第３面２０：第２反射光学系１００：反射縮小投影光学系ＡＳ：開口絞りＡｘ：光軸ＦＳ：視野絞りＭ１〜Ｍ４：ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上の物体を第２面上に結像する第１
反射光学系と、前記第２面上の像を第３面上に結像する
第２反射光学系とを備え、第３面上に第１面上の物体の
縮小像を形成する反射縮小投影光学系において、前記第１反射光学系は２つのミラーからなる第１ミラー
対からなり、前記第２反射光学系は凸面鏡及び凹面鏡からなる第２ミ
ラー対からなり、前記第１及び第２ミラー対は、前記第１面からの光が前
記第１ミラー対を経由した後に前記第２面上に中間像を
形成し、該中間像からの光が前記凸面鏡及び前記凹面鏡
の順で前記第２ミラー対を通過して前記第３面へ向かう
ように位置決めされていることを特徴とする反射縮小投
影光学系。
【請求項２】前記第２面上には、視野絞りが配置されて
いることを特徴とする請求項１記載の反射縮小投影光学
系。
【請求項３】前記第１反射光学系は、縮小倍率を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の反射縮小投影
光学系。
【請求項４】前記第２反射光学系は、縮小倍率を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の反
射縮小投影光学系。
【請求項５】前記第１ミラー対を構成する２つのミラー
のそれぞれの頂点の間に位置する開口絞りをさらに有
し、該開口絞りは、該開口絞りに入射する光束の全周を囲む
形状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一
項記載の反射縮小投影光学系。
【請求項６】前記開口絞りは、前記第３面側がテレセン
トリックとなるように位置決めされることを特徴とする
請求項５記載の反射縮小投影光学系。
【請求項７】前記第１ミラー対は、前記中間像側に凹面
を向けた凹面鏡を有することを特徴とする請求項１乃至
６の何れか一項記載の反射縮小投影光学系。
【請求項８】前記第１ミラー対を構成する２つのミラー
の曲率をそれぞれC1、C2とし、前記第２ミラー対中の前
記凸面鏡の曲率をC3、前記第２ミラー対中の前記凹面鏡
の曲率をC4とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７
の何れか一項記載の反射縮小投影光学系。 - 0.005 < ( C1 - C2 ) < 0.005 - 0.005 < ( C3 - C4 ) < 0.005 - 0.005 < ( C1 - C2 ) + ( C3 - C4 ) < 0.005
【請求項９】前記第１反射光学系は２枚のミラーのみか
らなり、前記第２反射光学系は２枚のミラーのみからなることを
特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の反射縮小
投影光学系。
【請求項１０】前記第１のミラー対を構成するミラーと
前記第２のミラー対を構成するミラーとは、共通の光軸
に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至
９の何れか一項記載の反射縮小投影光学系。
【請求項１１】前記第１反射光学系と前記第２反射光学
系とは、光軸方向にそって所定の間隔を持つように配置
されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項
記載の反射縮小投影光学系。
【請求項１２】前記反射縮小投影光学系を構成する複数
のミラーのうち、少なくとも２つのミラーは該ミラーの
基準軸に関して対称な外径を有していることを特徴とす
る請求項１乃至１１の何れか一項記載の反射縮小投影光
学系。
【請求項１３】所定波長の光を投影原版へ導く照明光学
系と、該照明光学系からの光に基づいて、前記投影原版の縮小
像を感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、前記投影光学系は、請求項１乃至１２の何れか一項記載
の反射縮小投影光学系であり、前記反射縮小投影光学系に対して前記投影原版及び前記
感光性基板を相対的に移動させつつ露光を行うことを特
徴とする投影露光装置。
【請求項１４】所定波長の光を投影原版へ導き、該光に
基づいて前記投影原版の縮小像を感光性基板上に形成す
る露光方法において、請求項１乃至１２の何れか一項記載の反射縮小投影光学
系を用いて前記縮小像を前記感光性基板上に形成し、該
縮小像を前記感光性基板上で走査させることを特徴とす
る露光方法。