JP2021113998A

JP2021113998A - カタディオプトリック光学系、照明光学系、露光装置および物品製造方法

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Abstract

【課題】小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系を提供する。【解決手段】物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系は、第１反射面、第２反射面、第３反射面および第４反射面と、前記物体面と前記第１反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第１反射面、前記屈折面、前記第２反射面、前記屈折面、前記第３反射面、前記第４反射面を順に経由して前記像面に至る。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、カタディオプトリック光学系、照明光学系、露光装置および物品製造方法に関する。

露光装置は、半導体装置や表示装置等の物品を製造するためのリソグラフィ工程において、投影光学系を介して原版のパターンを感光性の基板（表面にフォトレジスト層が形成された基板）に転写する装置である。例えば、表示装置を製造するための露光装置には、より大面積の基板に高解像度でパターンを転写可能な性能が求められている。このような要求に対応するためには、高解像力が得られ、かつ、大画面を露光可能な走査露光装置が有用である。走査露光装置は、原版と基板とを走査しながら円弧形状に整形された光で基板を露光する。この際に、円弧形状に整形された光で原版が照明され、円弧形状に整形された光によって原版のパターンが基板に投影される。

特許文献１には、円弧形状に整形された光で原版を照明する照明光学系が記載されている。ところで、物体を所望の形状で均一なエネルギーで照明するためには、照明光学系に設けられた視野絞りの開口部を物体に結像させる結像光学系が必要である。一般的に、このような結像光学系は、マスキング結像系と呼ばれる。大画面を照明する場合、視野絞り周辺の光学素子の大きさをできるだけ小さくするために、マスキング結像系は、ミラー系で構成され、拡大倍率をもつことが望ましい。

特許文献２には、収差を良好に抑えた結像光学系が記載されている。特許文献２に記載されたような結像光学系は、オフナー光学系と呼ばれており、３枚の曲率鏡で光を曲げて結像させる。オフナー光学系は、１回結像の等倍系であるが、特許文献３に記載されているように、３枚の曲率鏡の位置により拡大倍率を持たせることが可能である。また、特許文献４に記載されているように、複数回の結像によって収差を補正した光学系もある。

特公平０４−０７８００２号公報特開２０１０−２００１７号公報特開平０７−１４６４４２号公報特開昭６１−２０３４１９号公報

しかし、特許文献２、３に記載されたような結像光学系は、光学系のバックフォーカスが長いため、例えば、露光装置に搭載された場合、露光装置を大型化させうる。また、特許文献４に記載された光学系は、複数回結像のために、全長が長くなり、装置の大型化を招く。

本発明は、小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系およびそれを含む装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系に係り、該光学系は、第１反射面、第２反射面、第３反射面および第４反射面と、前記物体面と前記第１反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第１反射面、前記屈折面、前記第２反射面、前記屈折面、前記第３反射面、前記第４反射面を順に経由して前記像面に至る。

本発明によれば、小型で、収差の低減に有利な構成を有するカタディオプトリック光学系およびそれを含む装置が提供される。

本発明の１つの実施形態の照明光学系の構成を示す図。フライアイ光学系の概略構成を示す図。視野絞りの概略構成を示す図。設計例１のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例１のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例１のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。円弧形状に整形された照明光を示す図。設計例２のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例２のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例２のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。設計例３のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例３のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例３のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。設計例４のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例４のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例４のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。設計例５のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例５のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例５のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。設計例６のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例６のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例６のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。本発明の１つの実施形態に係る露光装置の構成を示す図。照度計測を説明する図。照度ムラ補正を説明する図。設計例７のカタディオプトリック光学系の構成を示す図。設計例７のカタディオプトリック光学系の展開図。設計例７のカタディオプトリック光学系のペッツバール和の分担度を示す図。光束の有効領域を表す図光学膜設計例１または２を付ける領域を表す図光学膜設計例３と４を付ける領域を表す図光学膜設計例１の光学特性を表す図光学膜設計例２の光学特性を表す図光学膜設計例３の光学特性を表す図光学膜設計例４の光学特性を表す図

以下、図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１、図２および図３を参照しながら本発明の１つの実施形態のカタディオプトリック光学系の構成について説明する。カタディオプトリック光学系は、例えば、露光装置の照明光学系１００に組み込まれうる。図１には、照明光学系１００の構成例が示されている。照明光学系１００は、光源部１２０、波長フィルタ１０４、第１光学系１０５、偏向ミラー１０７、第２光学系１４０、フライアイ光学系１０９、開口絞り１１０、第３光学系１５０、視野絞り１１１、第４光学系１６０を含みうる。照明光学系１００は、被照明面にある原版Ｍを照明するように構成される。光源部１２０は、光源１０１と、楕円ミラー１０２とを含みうる。

光源１０１は、例えば、高圧水銀ランプ、キセノンランプまたはエキシマレーザーでありうる。楕円ミラー１０２は、光源１０１から出た光を集光するための集光光学系であり、楕円形状の一部を用いた形状をしている。光源１０１は、楕円ミラー１０２の２つの焦点のうちの一方（第１焦点）に配置されうる。

光源１０１から出て、楕円ミラー１０２で反射した光は、楕円ミラー１０２のもう一方の焦点（第２焦点）の近傍に配置された波長フィルタ１０４に集光する。波長フィルタ１０４は、光のスペクトル分布を変更する。波長フィルタ１０４を通った光は、第１光学系１０５により偏向ミラー１０７に導かれ、偏向ミラー１０７で反射される。図１に示された例では、２つの光源部１２０が設けられているが、光源部１２０は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

第１光学系１０５は、面１０８が、楕円ミラー１０２の第２焦点から出た光に対して実質的にフーリエ変換の位置となるように構成されている。フーリエ変換面１０８からの光は、第２光学系１４０によりフライアイ光学系１０９に導かれる。第２光学系１４０は、フライアイ光学系１０９の入射面が面１０８に対して実質的にフーリエ変換位置となるように構成されている。

図２には、フライアイ光学系１０９が示されている。図２に示されるように、フライアイ光学系１０９は、２つのレンズ群１３１、１３２で構成されうる。各レンズ群は、複数の平凸レンズを平面上に配列して構成されうる。レンズ群１３１を構成する平凸レンズの焦点位置に、レンズ群１３２を構成する平凸レンズが配置されている。また、レンズ群１３１を構成する平凸レンズの凸面とレンズ群１３２を構成する平凸レンズの凸面と向かい合うように配置されている。このようなフライアイ光学系１０９の射出面側には二次光源分布（有効光源分布）が形成される。

フライアイ光学系１０９の射出面から射出した光束は、開口絞り１１０を介して、第３光学系１５０により視野絞り１１１に導かれる。開口絞り１１０は開口形状により被照明面の入射角度分布形状（有効光源）を決定する。第３光学系１５０は、視野絞り１１１の位置が開口絞り１１０に対して実質的にフーリエ変換面となるように構成されている。フライアイ光学系１０９の射出面側には、二次光源分布が形成されているので、視野絞り１１１上で一様な光強度分布となる。

図３には、視野絞り１１１の形状が例示されている。視野絞り１１１は、円弧形状の透過部２３以外の光を遮断する。視野絞り１１１を通過して円弧形状に整形された光は、第４光学系１６０を介して原版Ｍを均一に照明する。視野絞り１１１の開口部の形状は、円弧形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。視野絞り１１１の開口部は、例えば、円弧形状に内接する矩形形状を有してもよい。第４光学系１６０は、カタディオプトリック光学系である。以下では、第４光学系１６０をカタディオプトリック光学系１６０として説明する。

以下、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａを参照しながら、本発明の例示的な実施形態のカタディオプトリック光学系１６０について説明する。カタディオプトリック光学系１６０は、物体面ＯＢＪおよび像面ＩＭＧでテレセントリックである。カタディオプトリック光学系１６０は、第１ミラー（第１反射面）Ｍ１、第２ミラー（第２反射面）Ｍ２、第３ミラー（第３反射面）Ｍ３および第４ミラー（第４反射面）Ｍ４を含みうる。カタディオプトリック光学系１６０はまた、物体面ＯＢＪと第１ミラーＭ１との間に配置された正のパワーを有する屈折面を含みうる。該屈折面は、レンズＬ１によって構成されうる。物体面ＯＢＪから出た光は、該屈折面、第１ミラーＭ１、該屈折面、第２ミラーＭ２、該屈折面、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４を順に経由して像面ＩＭＧに至る。

前記屈折面は、１つのレンズＬ１によって構成されてもよいし、少なくとも２つのレンズによって構成されてもよい。後者においては、少なくとも２つのレンズのそれぞれの面が前記屈折面における互いに異なる領域を構成しうる。レンズＬ１は、２つの屈折面を有しうる。前記屈折面は、非球面形状を有しうる。前記屈折面は、３次のペッツバール項をＰ（Ｌ１）、前記カタディオプトリック光学系の全体の３次のペッツバール和をＰ（ｓｕｍ）としたときに、｜Ｐ（ｓｕｍ）｜＜｜Ｐ（Ｌ１）｜を満たすように構成されうる。

第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、第３ミラーＭ３および第４ミラーＭ４の少なくとも１つは、非球面形状を有しうる。

カタディオプトリック光学系１６０は、物体面ＯＢＪと像面ＩＭＧとの間に結像面を有しないように構成されうる。換言すると、カタディオプトリック光学系１６０は、像面ＩＭＧにのみ結像面を有する１回結像の光学系でありうる。

カタディオプトリック光学系１６０は、カタディオプトリック光学系１６０の全長をＴＴとし、物体面ＯＢＪと物体面ＯＢＪに最も近いパワー面との距離をＳ１としたときに、Ｓ１／ＴＴ＞０．１を満たすように構成されうる。カタディオプトリック光学系１６０は、物体面ＯＢＪから物体面ＯＢＪに最も近いパワー面までの距離をＳ１とし、最終パワー面から像面ＩＭＧまでの距離をＳｋとしたときに、Ｓｋ／Ｓ１＜３．０を満たすように構成されうる。

カタディオプトリック光学系１６０は、物体面ＯＢＪから射出する光の進行方向と像面ＩＭＧに入射するおける光の進行方向が同じであるように構成されうる。カタディオプトリック光学系１６０は、カタディオプトリック光学系１６０の瞳位置が第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間に位置するように構成されうる。カタディオプトリック光学系１６０は、物体面ＯＢＪの近傍および像面ＩＭＧの近傍の少なくとも一方に、テレセントリック性を補正するための非球面レンズを含みうる。

以下、カタディオプトリック光学系１６０の設計例を説明する。
（設計例１）
表１Ａには、設計例１の光学仕様が示されている。

光の波長は、３６５ｎｍ〜４３５ｎｍであり、ＮＡｉｌは、カタディオプトリック光学系１６０の像面ＩＭＧにおける開口数であり、設計例１では、０．０９である。露光幅、スリット幅、円弧Ｒは、第４光学系１６０の像面ＩＭＧにおける照明光の形状を規定するパタメータであり、図４Ｄに示されている。倍率は、カタディオプトリック光学系１６０の結像倍率である。

表１Ｂには、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

ｒ（ｍｍ）は面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、ｎは硝材である。ただし、空気の屈折率を１とし、−１となっている面は反射面を表す。ＳｉＯ_２は合成石英を表す。なお、各面の曲率中心は光軸上に位置している。

図４Ａには、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ここで、カタディオプトリック光学系１６０の物体面ＯＢＪは、円弧形状を有し、図４Ａには、円弧形状の中心から出た光と端から出た光とが示されている。図４Ａは、円弧形状の中心を通る断面を示している。したがって、図４Ａでは、円弧形状の端から出た光が反射面に当たっていないように見えるが、当該光は、図４Ａからずれた断面において反射面に当たっている。この点は、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａにも共通する。

図４Ａにおいて、ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２およびＭ３は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ１（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ１（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通り、ＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｍ１とＬ１の間に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図４Ｂには、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。カタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、およびＳ１、ＳＫは、図４Ｂに示されるように定義される。展開図は、カタディオプトリック光学系１６０の全体のパワー配置の理解を容易にするための参考図であり、実際のカタディオプトリック光学系１６０は、ミラーを有する。図４Ｂにおいて、ミラーは、それと等価な薄肉のレンズで示されている。この点は、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂにも共通する。

図４Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。ここで、ペッツバール項は、レンズＬ１およびミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のパワーを屈折率で割った値である。ペッツバール和（ＳＵＭ）は、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項の総和である。

表１Ｃには、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋが示されている。

カタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴは、カタディオプトリック光学系１６０の物体面ＯＢＪから像面ＩＭＧまでの複数の面の間隔の単純和である。つまり、全長ＴＴは、表１Ｂのｄの絶対値を積算した値である。Ｓ１は、物体面ＯＢＪから第１パワー面（物体面ＯＢＪに最も近いパワー面、つまり面番号１の面）までの距離、Ｓｋは、最終パワー面（像面ＩＭＧに最も近いパワー面、つまり面番号１０の面）から像面ＩＭＧまでの距離である。

Ｓ１／ＴＴは、ＴＴに対するＳ１の比率であり、この値が大きいと、例えば、物体面ＯＢＪの近傍に複数の視野絞りを配置させたりでき、設計の自由度が増す。Ｓｋ／Ｓ１は、Ｓ１に対するＳｋの比率であり、カタディオプトリック光学系１６０が拡大系の場合、この値が小さければ小さいほどコンパクトな光学系であると言うことができる。

表１Ｄには、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

Ｐ（ｓｕｍ）はカタディオプトリック光学系１６０のペッツバール和（ＳＵＭ）、Ｐ（Ｌ１）はＬ１のペッツバール項を表している。また、スポットＲＭＳは、有効領域内のＲＭＳスポット径の最悪値、ｄｉｓｔは歪曲、テレセン（ｒａｎｇｅ）はスリット幅方向のテレセントリック性のばらつきを表している。

設計例１のように、物体面ＯＢＪから出た光束は、レンズＬ１を３度にわたって透過する。光束が１度目にレンズＬ１を透過する領域と、光束が２度目にレンズＬ１を透過する領域とが重なっていなければ、必ずしも同じレンズＬ１を用いる必要はない。しかし、像面ＩＭＧのＮＡが大きい場合や、拡大倍率が小さい場合など、光束が透過する領域の分離が困難な場合は、同じレンズＬ１を用いる必要がある。
（設計例２）
表２Ａには、設計例２の光学仕様が示されている。

光の波長は３６５ｎｍ〜４３５ｎｍであり、ＮＡｉｌは０．０９である。表２Ｂ１、表２Ｂ２には、設計例２のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

面番号１のＡＳＰは非球面を表し、その形状は、表２Ｂ２に記載された数値を用いて、式（１）のように、ｈの関数として表される。式（１）において、ｈは光軸からの距離、Ｚは光軸方向の位置である。

・・・式（１）
図５Ａには、設計例２のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ２は負のパワーを有する非球面レンズである。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２およびＭ３は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番にＬ２（面番号１、２）、Ｌ１（面番号３、４）、Ｍ１（面番号５）、Ｌ１（面番号６、７）、Ｍ２（面番号８）、Ｌ１（面番号９、１０）、Ｍ３（面番号１１）、Ｍ４（面番号１２）を通る。該光束は、その後に、ＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｍ１とＬ１の間に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図５Ｂには、設計例２のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図５Ｃには、Ｌ１、Ｌ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。

表２Ｃには、設計例２のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表２Ｄには、設計例２のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例２のカタディオプトリック光学系１６０は、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０に比べて、テレセン（ｒａｎｇｅ）の値が小さくなっている。これは負パワーを持つ非球面レンズＬ２により、テレセン（ｒａｎｇｅ）が補正されているためである。

設計例２では、非球面レンズＬ２が物体面ＯＢＪの近傍に配置されているが、非球面レンズＬ２は、像面ＩＭＧの近傍に配置されうる。即ち、非球面レンズは、物体面ＯＢＪの近傍および像面ＩＭＧの近傍の少なくとも一方に配置されうる。ただし、拡大系の場合、像面ＩＭＧの近傍の光学素子の有効径は大きくなるので、できれば物体面ＯＢＪの近傍に配置されることが好ましい。
（設計例３）
表３Ａには、設計例３の光学仕様が示されている。

光の波長は３３５ｎｍ〜４０５ｎｍ、ＮＡｉｌは０．１２６である。表３Ｂ１、表３Ｂ２には、設計例３のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

面番号２、４、８のＡＳＰは非球面を表しており、その形状は、前述の式（１）によって定義される。図６Ａには、設計例３のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２は負のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ３は平面ミラーである。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ１（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ１（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通り、ＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｍ２の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図６Ｂには、設計例３のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図６Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。

表３Ｃには、設計例３のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表３Ｄには、設計例３のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例３のカタディオプトリック光学系１６０は、設計例１、２のカタディオプトリック光学系１６０に比べて、Ｓ１／ＴＴの値が大きい。非球面レンズＬ２により光学系の収差およびテレセンが良好に補正されており、それによってＳ１が大きくなるようなパワー配置が可能となっている。
（設計例４）
表４Ａには、設計例４の光学仕様が示されている。

光の波長は３６５ｎｍ〜４３５ｎｍ、ＮＡｉｌは０．０９である。表４Ｂ１、表４Ｂ２には、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

面番号２、４、８、９のＡＳＰは非球面を表し、その形状は、前述の式（１）によって定義される。図７Ａは、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１、Ｍ３およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ１（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ１（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通る。そして、該光束は、その後にＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｌ１の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図７Ｂには、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図７Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。表４Ｃには、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表４Ｄには、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例４のカタディオプトリック光学系１６０は、設計例１のカタディオプトリック光学系１６０に比べて、全長ＴＴが短い。非球面レンズＬ１および非球面ミラーＭ３によりカタディオプトリック光学系１６０の収差およびテレセン性が良好に補正されており、それにより全体的にコンパクトなパワー配置が可能となっている。
（設計例５）
表５Ａには、設計例５の光学仕様が示されている。

光の波長は３３５ｎｍ〜４０５ｎｍ、ＮＡｉｌは０．１０８である。表５Ｂ１、表５Ｂ２には、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

面番号２、４、８、９のＡＳＰは非球面を表しており、その形状は、前述の式（１）によって定義される。図８Ａには、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。光学系の断面図を表している。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２およびＭ３は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ１（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ１（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通り、ＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｌ１の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図８Ｂには、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図８Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。図８Ｂには、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図８Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。

表５Ｃには、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表５Ｄには、設計例５のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例５のカタディオプトリック光学系１６０は、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０に比べて、Ｓｋ／Ｓ１の値が小さい。これは設計値４に比べて、ＮＡｉｌの値が大きいため、Ｍ３で反射する光とＭ４から像面ＩＭＧに向かう光との分離のために、Ｍ４を像面ＩＭＧの側に移動させたためである。
（設計例６）
表６Ａには、設計例６の光学仕様が示されている。

光波長は３３５ｎｍ〜４０５ｎｍ、ＮＡｉｌは０．１２６である。表６Ｂ１、表６Ｂ２には、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

面番号２、４、８、９のＡＳＰは非球面を表しており、その形状は、前述の式（１）によって定義される。図９Ａには、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１は正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２およびＭ３は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

図９Ｂには、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図９Ｃには、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。

表６Ｃには、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表６Ｄには、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例６のカタディオプトリック光学系１６０は、設計例４のカタディオプトリック光学系１６０に比べて、Ｓｋ／Ｓ１の値が小さい。これは設計値４に比べて、ＮＡｉｌの値が大きいため、Ｍ３で反射する光とＭ４から像面ＩＭＧに向かう光との分離のために、Ｍ４をより像面近傍に位置させたためである。
（露光装置）
図１０には、本発明の１つの実施形態に係る露光装置４００の構成が示されている。露光装置４００は、照明光学系１００を含み、照明光学系１００からのスリット光により基板を走査露光する。照明光学系１００は、開口部の形状を調整可能なスリット機構１８１を備えている。

露光装置４００は、原版を保持する原版ステージ３００と、基板を保持する基板ステージ３０２と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系３０１とを有する。投影光学系３０１は、例えば、物体面から像面に至る光路において、第１凹反射面７１、凸反射面７２、第２凹反射面７３が順に配列された投影光学系である。

露光装置４００は、更に、基板ステージ３０２に到達した光の照度分布を計測することで基板の露光領域における照度ムラを計測する計測部３０４を備えうる。また、基板ステージ３０２と計測部３０４との間には、スリット板３０３が介在している。スリット板３０３は、制御部（不図示）により制御の下、駆動部（不図示）によって、図４Ｄの露光幅方向にスキャン駆動されうる。

計測部３０４は、図１０に示されるように、センサ３０５と、スリット板３０３を通過した光をセンサ３０５に導くための光学系とを含みうる。計測部３０４の動作は、概ね以下のようなものである。

図１１に示されるように、基板ステージ３０２に結像する光の領域４０１に対し、スリット板３０３をＸ方向にスキャンさせる。このとき、領域４０１に結像する光のうち、スリット板３０３の開口部３０６に結像した光のみが、計測部３０４内に入射する。計測部３０４内に入射した光は、光学系を介してセンサ３０５に導かれる。スリット板３０３をＸ方向にスキャンさせながら、センサ３０５に到達する光のエネルギーを読み取ることで、領域４０１内の位置ごとの照度を計測する。これにより照度ムラを算出することができる。

上述したように、照明光学系１００が有するスリット機構１８１の開口幅を調節することにより、照度ムラを低減することができる。例えば、計測部３０４により、図１２（Ａ）に示されるような照度ムラが計測されたとする。この場合、照度が低下している部分のスリット機構１８１の幅を局所的に拡げ、照度が上昇している部分のスリット機構１８１の幅を局所的に狭くすることで、図１２（Ｂ）のように照度分布を均一にすることができる。

本発明の１つの実施形態の物品製造方法は、露光装置４００によって基板を露光する露光工程と、前記基板を現像する現像工程と、を含みうる。露光工程で露光される基板は、表面にフォトレジストを有し、露光工程において、該フォトレジストに原版のパターンの潜像が形成されうる。現像工程では、該潜像が現像されてレジストパターンが形成されうる。現像工程の後に、例えば、該レジストパターンを介して基板がエッチングされ、又は、基板にイオンが注入されうる。このようにして形成されうる物品は、例えば、表示装置（表示パネル）、半導体装置（半導体チップ）等を含みうる。（設計例７）
表７Ａには、設計例７の光学仕様が示されている。

光波長は３３５ｎｍ〜４０５ｎｍ、ＮＡｉｌは０．０９である。表７Ｂには、設計例７のカタディオプトリック光学系１６０の構成が示されている。

図１３Ａには、設計例７のカタディオプトリック光学系１６０の断面図が示されている。ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面を表している。Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ正のパワーを有するレンズであり、２つの屈折面を有する。該２つの屈折面のパワーの合計が正のパワーを有する。よって、少なくとも１つの屈折面は、正のパワーを有する。Ｍ１は第１ミラー（第１反射面）、Ｍ２は第２ミラー（第２反射面）、Ｍ３は第３ミラー（第３反射面）、Ｍ４は第４ミラー（第４反射面）である。Ｍ１およびＭ４は正のパワーを有するミラー（反射面）、Ｍ２およびＭ３は負のパワーを有するミラー（反射面）である。

物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ２（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ２（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通り、ＩＭＧで結像する。カタディオプトリック光学系１６０の瞳は、Ｌ２の近傍に位置し、瞳位置に開口絞りがあってもよい。

図１３Ｂには、設計例６のカタディオプトリック光学系１６０の展開図が示されている。図１３Ｃには、Ｌ１、Ｌ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の３次のペッツバール項、および、カタディオプトリック光学系１６０の全体の３次のペッツバール和（ＳＵＭ）が示されている。

設計例７のＬ１、Ｌ２は、一例であって、それぞれが、正のパワーを有するレンズであればこれに限定されない。

表７Ｃには、設計例７のカタディオプトリック光学系１６０の全長ＴＴ、Ｓ１、Ｓｋ、Ｓ１／ＴＴ、Ｓｋ／Ｓ１が示されている。

表７Ｄには、設計例７のカタディオプトリック光学系１６０の光学性能が示されている。

設計例７のＬ１、Ｌ２は、一例であって、それぞれが、正のパワーを有するレンズであればこれに限定されない。
（反射防止膜１）
設計例４のカタディオプトリック光学系１６０に構成されている、レンズＬ１の反射防止膜について説明する。

図７Ａのように、物体面ＯＢＪから所定のＮＡで出た光束は、ＯＢＪから順番に、Ｌ１（面番号１、２）、Ｍ１（面番号３）、Ｌ１（面番号４、５）、Ｍ２（面番号６）、Ｌ１（面番号７、８）、Ｍ３（面番号９）、Ｍ４（面番号１０）を通る。そして、該光束は、その後にＩＭＧで結像する。

図１４Ａは、レンズＬ１のＲ１面（ＯＢＪ側に近い面）をＯＢＪ側から見た図である。図１４Ａの鎖線に囲われた領域５００は、ＯＢＪからでた光束が最初にＬ１のＲ１面に入射するときの有効領域であり、表４Ｂ１の面１に相当する。領域５００を通過する光の面入射角度は5°〜２０°である。また、図１４（Ａ）の一点鎖線で囲われた領域５０１は、２度目にＬ１のＲ１面に入射するときの有効領域であり、表４Ｂ１の面５に相当する。領域５０１を通過する光の面入射角度は３５°〜５０°である。図１４Ａに記す二点鎖線で囲われた領域５０２は、３度目にレンズＬ１のＲ１面に入射するときの有効領域である。表４Ｂ１の、面７に相当する。領域５０２を通過する光の面入射角度は３５°〜５０°である。図１４Ｂの実線で囲われた領域５０３は、領域５００、５０１および５０２を含む領域である。領域５０３に表８Ａのような光学膜設計例１の光学膜が設けられうる。

光学膜設計例１は、誘電体材料を用いた３層構成の反射防止膜である。基板層であるSiO₂の上に順にAl₂O₅、ZrO₂、MgF₂の薄層を積む。各層の膜厚は、表に記載されている値とする。ただし、膜種の屈折率ｎと膜の物理的な厚みｄの積ｎｄで表している。

図１５Ａに光学膜設計例１の反射率特性を示す。波長３５０〜４５０ｎｍ、入射角度５°〜２０°および３５°〜５０°において反射率２％以下の特性を持つ。（反射防止膜２）
領域５０３には、表８Ｂに示すような光学膜設計例２の光学膜が設けられてもよい。

光学膜設計例２は、誘電体材料を用いた７層構成の反射防止膜である。図１５Ｂに光学膜設計例２の反射率特性を示す。波長３５０〜４５０ｎｍ、入射角度５°〜２０°および３５°〜５０°において反射率１％以下の特性を持つ。光学膜設計例２は、膜の層数を増やした効果で、３層構造の光学膜設計例１よりも反射率が抑えられている。
（反射防止膜３および４）
図１４Ｃに記す実線で囲われた領域５０５は、領域５００を含む領域である。また、図１４Ｃの実線で囲われた領域５０６は、領域５０１および領域５０２を含む領域である。領域５０５に表８Ｃ１のような光学膜設計例３、領域５０５に表８Ｃ２のような光学膜設計例４を付ける。

光学膜設計例３、４はそれぞれ、誘電体材料を用いた３層構成の反射防止膜である。図１５Ｃ１に光学膜設計例３、図１５Ｃ２に光学膜設計例４の反射率特性を示す。

光学膜設計例３は、波長３５０〜４５０ｎｍ、入射角度５°〜２０°において反射率１％以下の特性を持つ。また、光学膜設計例４は波長３５０〜４５０ｎｍ、入射角度３５°〜５０°において反射率１％以下の特性を持つ。

このように、レンズＬ１のＲ１面には、領域によって種類の異なる光学膜が付けられている。反射防止膜１〜４は一例であって、膜の材料、層数、膜厚等はこれに限定されない。

本明細書に記載の反射防止膜は、レンズＬ１のＲ１面にスポットを当てて説明したが、本来、反射防止膜は光学素子の入射面もしくは射出面に施されるべきである。よって、光学素子が複数ある場合は、それぞれの面で所望の光学特性が満たされるように、膜の構成を最適化するのが望ましい。また、光学反射部材については、反射防止膜ではなく、反射膜（所望の波長で反射率が高くなるような膜）を構成するのが望ましい。

１６０：カタディオプトリック光学系、ＯＢＪ：物体面、ＩＭＧ：像面、Ｌ１、Ｌ２：レンズ、Ｍ１〜Ｍ４：ミラー

本発明の１つの側面は、物体面から出た光を像面に向けるカタディオプトリック光学系に係り、前記カタディオプトリック光学系は、第１反射面、第２反射面、第３反射面および第４反射面と、前記物体面と前記第１反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、前記物体面から出た光は、前記屈折面を少なくとも１回通過するとともに、前記第１反射面、前記第２反射面、前記第３反射面、および前記第４反射面を順に経由して前記像面に至り、前記正のパワーを有する屈折面における３次のペッツバール項をＰ（Ｌ１）、前記カタディオプトリック光学系の全体の３次のペッツバール和をＰ（ｓｕｍ）としたときに、｜Ｐ（ｓｕｍ）｜＜｜Ｐ（Ｌ１）｜を満たす。

Claims

物体面および像面でテレセントリックであるカタディオプトリック光学系であって、
第１反射面、第２反射面、第３反射面および第４反射面と、
前記物体面と前記第１反射面との間に配置された正のパワーを有する屈折面と、を含み、
前記物体面から出た光が前記屈折面、前記第１反射面、前記屈折面、前記第２反射面、前記屈折面、前記第３反射面、前記第４反射面を順に経由して前記像面に至る、
ことを特徴とするカタディオプトリック光学系。
前記屈折面が１つのレンズによって構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のカタディオプトリック光学系。
前記屈折面が少なくとも２つのレンズによって構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面と前記第１反射面との間に、前記屈折面を含む２つの屈折面が配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面と前記像面との間に結像面を有しない、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記正のパワーを有する屈折面は、非球面形状を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記第１反射面、前記第２反射面、前記第３反射面および前記第４反射面の少なくとも１つは、非球面形状を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記正のパワーを有する屈折面は、３次のペッツバール項をＰ（Ｌ１）、前記カタディオプトリック光学系の全体の３次のペッツバール和をＰ（ｓｕｍ）としたときに、
｜Ｐ（ｓｕｍ）｜＜｜Ｐ（Ｌ１）｜
を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記カタディオプトリック光学系の全長をＴＴとし、前記物体面と前記物体面に最も近いパワー面との距離をＳ１としたときに、
Ｓ１／ＴＴ＞０．１
を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面から前記物体面に最も近いパワー面までの距離をＳ１とし、最終パワー面から前記像面までの距離をＳｋとしたときに、
Ｓｋ／Ｓ１＜３．０
を満たすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面から射出する光の進行方向と前記像面に入射するおける光の進行方向が同じである、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記カタディオプトリック光学系の瞳位置が前記第１反射面と前記第２反射面との間に位置する、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面の近傍および前記像面の近傍の少なくとも一方に、テレセントリック性を補正するための非球面レンズを更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
前記物体面と前記第１反射面との間に配置された屈折面に形成されている光学膜と、前記第２反射面と前記第３反射面との間に配置された屈折面に形成されている光学膜とは、互いに種類が異なることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系を有することを特徴とする照明光学系。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のカタディオプトリック光学系を有する露光装置。
請求項１６に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。