(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のレンズ群を往復で光線が通過する反射屈折型の投影光学系であって、
前記レンズ群は、
少なくとも１枚の発散パワーを有するレンズ含む複数のレンズにて構成され、合成焦点距離が０よりも大きい集光パワーレンズ群と、
少なくとも１枚の発散パワーを有するレンズを含む複数のレンズにて構成され、前記集光パワーレンズ群と同符号の屈折率温度係数を有し、合成焦点距離が０よりも小さい発散パワーレンズ群とを備え、
前記集光パワーレンズ群が、焦点距離が１ｍ以下のレンズを含み、前記焦点距離が１ｍ以下のレンズは、隣接するレンズと前記焦点距離の１割以下の空気間隔で離間し配置される
ことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
環境温度の変動および光の吸収によるレンズの温度変動によって生じる焦点位置の変動が、前記集光パワーレンズ群と前記発散パワーレンズ群において正負逆になることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れか一項に記載の投影光学系を備え、物体面に描かれたパターンを基板に投影、露光する投影露光装置であって、
前記物体に露光光を照射する照明光学系と、
前記物体を透過した前記露光光を前記投影光学系に向けて偏向する第１平面鏡と、
前記投影光学系からの前記露光光を前記基板に向けて偏向する第２平面鏡と
を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系の反射光学素子と前記集光パワーレンズ群の間に、前記発散パワーレンズ群が配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記レンズ群は前記集光パワーレンズ群と前記発散パワーレンズ群のみから構成されることを特徴とする請求項４に記載の投影光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体面にある像を像面に投影する投影光学系、および、その投影光学系を用いてシリコンウェハやガラスなどの基板表面に、フォトマスク等に形成された所定のパターンを投影・露光する投影露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェハなどの半導体用基板、フラットディスプレイ用のガラス基板等に、所定の波長の紫外線を用いて、フォトマスク（レチクル）に形成された所定のパターンを投影・露光する様々な投影露光装置が提案されている。このような投影露光装置において、１枚の基板に複数個所露光し、更に複数枚を連続して露光する場合には、環境温度変化の影響、光学部材の光の吸収による熱の影響により、光学素子の曲率半径や屈折率、素子同士の空気間隔が変動し、焦点位置が変わることが知られている。
【０００３】
一方、基板の配線パターンの高精細化に伴い、投影光学系に要求される解像性が高まり、光学系の高ＮＡ化が要求されている。それにより投影光学系の焦点深度が浅くなり、焦点変動の影響が無視できなくなってきた。このような問題に対して、対物光学系に屈折率温度係数が負の正レンズと屈折率温度係数が正の正レンズとを組み合わせて、光学特性の変動を打ち消すことが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば反射屈折光学系を用いる投影露光装置の場合には、屈折率温度係数が正負逆のレンズをそれぞれ正レンズと負レンズのように組み合わせると、温度上昇時に焦点の変動方向が同じになり、環境温度の変動のように光学系の温度が一律に変わるような場合、焦点位置の変動が大きくなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、環境温度の変化および露光光吸収によるレンズの温度変化に基づく焦点位置の変動を抑制した投影光学系を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の投影光学系は、集光パワーレンズ群と、集光パワーレンズ群と同符号の屈折率温度係数を有する発散パワーレンズ群とを備え、集光パワーレンズ群は、焦点距離が１ｍ以下のレンズを含み、焦点距離が１ｍ以下のレンズは、隣接するレンズと焦点距離の１割以下の空気間隔で離間し配置されることを特徴としている。
【０００８】
投影光学系は反射屈折型の光学系であり、環境温度の変動および光の吸収によるレンズの温度変動によって生じる焦点位置の変動は、集光パワーレンズ群と発散パワーレンズ群において正負逆になる。
【０００９】
本発明の投影露光装置は、上記投影光学系を備え、物体面に描かれたパターンを基板に投影、露光する投影露光装置であって、物体に露光光を照射する照明光学系と、物体を透過した露光光を投影光学系に向けて偏向する第１平面鏡と、投影光学系からの露光光を基板に向けて偏向する第２平面鏡とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、環境温度の変化および露光光吸収によるレンズの温度変化に基づく焦点位置の変動を抑制した投影光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の投影露光装置における光学系の構成を示す側断面図である。
【図２】環境温度が１℃上昇したときの集光パワーレンズの焦点距離と焦点位置（ピント）の変動量との一般的関係を示すグラフである。
【図３】焦点距離が１ｍ以下の集光レンズについて、レンズの焦点距離に対するレンズと光の進行方向に隣接するレンズとの空気間隔との割合と焦点位置の変動量の関係を示した図である。
【図４】実施例の投影光学系における基準状態でのＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図５】基準状態から環境温度が１℃上昇したときの実施例の投影光学系におけるＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図６】露光光吸収により実施例のレンズ群の温度が上昇したときのＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図７】屈折率温度係数が正の材料を一部に用いた比較例１の投影光学系における基準状態でのＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図８】基準状態から環境温度が１℃上昇したときの比較例１の投影光学系におけるＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図９】露光光吸収により比較例１のレンズ群の温度が上昇したときのＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図１０】比較例２の投影光学系における基準状態でのＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図１１】基準状態から環境温度が１℃上昇したときの比較例２の投影光学系におけるＭＴＦカーブを示すグラフである。
【図１２】比較例２の投影光学系において、露光光吸収によりレンズの温度が上昇したときのＭＴＦカーブのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である投影光学系を用いた投影露光装置の概略的な構成を示す側断面図である。
【００１３】
投影露光装置１０は、シリコンウェハなどの基板Ｐの表面にレチクルＲなどのフォトマスクに描かれた所定のパターンを投影・露光する装置である。基板Ｐは、架台１１に設けられ、光軸に垂直な方向と回転方向および平行な方向へ基板Ｐを移動可能な基板ステージ１２上に載置され、真空吸着などの手段を用いて保持される。基板Ｐには、照明光学系１３からの光を用いて、レチクルＲに形成されたパターンが投影光学系（投影光学装置）１５を介して基板Ｐの表面に投影される。なお、レクチルＲは、光軸に垂直な方向および平行な方向へレクチルＲを移動可能なレチクルステージ１４に真空吸着などの手段を用いて保持される。
【００１４】
照明光学系１３は、ショートアークランプなどを用いた光源１６からの光をフライアイインテグレータ１７、コリメートレンズ１８などを通して均一な平行光としてレチクルＲに照射し、露光光はレチクルＲを透過して投影光学系１５へと導かれる。なお、光源から照射される光には、ｇ線、ｈ線、ｉ線と呼ばれる波長４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの光が含まれ、照明光学系１３は、図示しない波長フィルタやダイクロイックミラーを用いて光源１６から放射された光のうち、所定の波長の光のみを投影光学系１５へと供給する。また、その光量は、図示しないシャッター等により制御される。
【００１５】
投影光学系１５は、集光パワーを有する凹面鏡（反射光学素子）Ｍ０、複数のレンズ（屈折光学素子）からなる屈折光学系１９から構成されるが、レクチル（物体面）Ｒからの光を屈折光学系１９に向けて偏向する第１平面鏡Ｍ１と、屈折光学系１９からの光を基板Ｐに向けて偏向する第２平面鏡Ｍ２を含めた形で構成されてもよい。レクチルＲを介した光は、第１平面鏡Ｍ１により屈折光学系１９に向けて反射され、屈折光学系１９を通った光は凹面鏡Ｍ０で反射されて再び屈折光学系１９に入射される。その後、光は第２平面鏡Ｍ２によって反射され投影光学系１５の像面に対応する基板Ｐの表面において結像する。
【００１６】
凹面鏡Ｍ０には、温度膨張係数が低いセラミックスガラスのような低膨張材料が用いられ、温度変動による膨張は極めて小さい。本実施形態において、屈折光学系１９は、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３からなる集光パワーレンズ群１９Ｃ（焦点距離＞０）と、レンズＬ４、Ｌ５からなる発散パワーレンズ群１９Ｄ（焦点距離＜０）から構成される。なお、集光パワーレンズ群１９Ｃ、発散パワーレンズ群１９Ｄの各々は、少なくとも１枚の発散パワーを有するレンズを含む。
【００１７】
また、屈折率温度係数の符号と集光／発散パワーとの組合せによる温度上昇時におけるレンズの焦点位置の変化は、集光パワーのレンズでは、（１）屈折率温度係数が正のときには、焦点距離が短くなり焦点位置がレンズに近づき（集光パワーが増大）、（２）屈折率温度係数が負のときには、焦点距離が長くなり焦点位置がレンズから遠ざかる（集光パワーが低減）。また、発散パワーのレンズでは、（３）屈折率温度係数が正のときには、焦点距離が短くなり焦点位置がレンズから遠ざかり（発散パワーが増大）、屈折率温度係数が負のときには、焦点距離が長くなり焦点位置がレンズに近づく（発散パワーが低減）。
【００１８】
したがって、屈折光学系１９を構成する集光パワーレンズ群１９Ｃと発散パワーレンズ群１９Ｄのレンズ材の屈折率温度係数を同符号とすると、各レンズ群１９Ｃ、１９Ｄの温度変化による焦点位置の変動の方向は逆になり（正負逆になり）、投影光学系１５全体では変動が相殺される。以上のことから、本実施形態では、屈折光学系１９を構成するレンズの屈折率温度係数が全て同符号に設定される。例えばレンズ材料には、蛍石が用いられ、この場合全てのレンズの屈折率温度係数は負となる。
【００１９】
また、本実施形態では、環境温度変化による光学特性の悪化を防止するため、集光パワーレンズ群１９Ｃの中の焦点距離が１ｍ以下のレンズについては、そのレンズと隣り合うレンズ間の空気間隔が焦点距離の１割以下となるように各レンズＬ１〜Ｌ５を配置する。なお、本実施形態で用いられるレンズＬ１〜Ｌ５の焦点距離［ｍｍ］、屈折率温度係数の符号、レンズ間の空気間距離［ｍｍ］の組合せの具体例は、後述する実施例の表１に示される。また、本実施形態の投影露光装置１０は、動作環境温度が例えば２３℃±３℃以内の範囲の下で使用される。
【００２０】
次に図２、図３を参照して、集光パワーレンズ群１９Ｃの中で焦点距離が１ｍ以下のレンズの隣接する空気間隔を１割以下とする理由について説明する。
【００２１】
ある一定の空気間隔に配置された集光パワーレンズ群を通る光線は、温度が上昇するにしたがって短い距離で次のレンズに入射するため、光学系全体では焦点位置がレンズから離れる方向に移動する。この焦点位置の移動は、空気間隔が広がるほど、また、温度変動の影響が大きいほど大きくなる。
【００２２】
例えば、反射屈折光学系を構成する屈折レンズの全ての屈折率温度係数が負であるダイソンタイプの光学系において、環境温度が１℃上昇したときの集光パワーレンズの焦点距離［ｍ］と焦点位置（ピント）の変動量［μｍ］との関係の一般的な計算例（表１の具体例に対応）を図２のグラフに示す。なお、図２において、プロットされた点は計算値に対応し、曲線は、プロット点に対応する近似曲線である。
【００２３】
図２のグラフにおいて、焦点距離が１ｍ以上であると、焦点位置の変動量が約６μｍ以下となり光学系に与える影響は微小である。しかし、焦点距離が１ｍ以下であると焦点位置の変動量が６μｍ以上となり光学系に与える影響が大きい。焦点距離が１ｍのときの焦点位置の変動量を近似曲線で計算すると５．８３μｍとなり、この光学系における焦点深度±７μｍよりも十分小さい。すなわち、焦点距離が１ｍ以上のときは、更に焦点位置の変動量が小さく、何ら制約なくレンズを配置しても焦点位置の変動量が小さく、光学性能に与える影響が小さい。
【００２４】
一方、図２において焦点距離が１ｍ以下になると、焦点位置（ピント）の変動量［μｍ］は急激に大きくなる。図３に、図２の焦点距離が１ｍ以下の集光レンズについて、「焦点距離」に対する「光の進行方向に隣接するレンズとの間の空気間隔」の割合を横軸、焦点位置（ピント）の変動量［μｍ］を縦軸としてプロットしたグラフを示す。なお、図３の直線はプロット点の回帰直線である。
【００２５】
図３に示されるように、焦点距離に対する空気間隔（光の進行方向に隣接するレンズとの間の空気間隔）が１割以下のときに、光学系に対する焦点位置の変動量は約５μｍ以下と小さくなる。図３の近似直線で計算すると、焦点距離が１ｍ以下の集光レンズであっても隣接する空気間隔との割合が１割以下であると焦点位置の変動量は４．８３μｍ以下になり焦点深度±７μｍより十分小さくできる。したがって、焦点距離が１ｍ以内の集光レンズを使っても、隣接するレンズとの空気間隔を狭くすることにより、焦点位置の変動を小さくすることができ、光学性能を向上しながらも光学系を小型化することができる。
【００２６】
なお本実施形態では、集光レンズが複数枚使用されるが、個々の変動量が小さいため発散レンズによる逆の焦点位置の変動量で容易に補正することができる。
【実施例】
【００２７】
次に、表１に本実施形態の投影光学系１５の実施例におけるレンズＬ１〜Ｌ５の焦点距離と屈折率温度係数、隣り合うレンズ間の空気間隔およびレンズＬ５と凹面鏡Ｍ０の間の空気間隔を示す。
【表１】
0005571967.tif 000002
【００２８】
また表２に、表１に示される実施例において、環境温度が１℃上昇したときの光学素子の変動を示す。なお表２に示される曲率半径成分［μｍ］、間隔・厚み成分［μｍ］、屈折率成分［μｍ］は、それぞれ集光パワーレンズ群１９Ｃと発散パワーレンズ群１９Ｄにおける合成値である。
【表２】
0005571967.tif 000003
【００２９】
表２に示されるように、実施例において、集光パワーレンズ群１９Ｃの焦点位置の変動量は、各成分の合算によりは１６．２８μｍであり、発散パワーレンズ群１９Ｄの変動量は−１６．２８μｍである。すなわち、集光パワーレンズ群１９Ｃと発散パワーレンズ群１９Ｄの焦点位置の変動方向は逆向きであり、その絶対値も等しいため互いに打ち消し合い、その合計値は０．００μｍとなる。例えば波長３６５ｎｍでＮＡ０．１６の投影光学系の焦点深度を計算すると±７μｍであり、０．００μｍはこれよりも十分に小さい値で焦点深度内に収まっている。
【００３０】
なお、表２では、集光パワーレンズ群１９Ｃと発散パワーレンズ群１９Ｄの間の空気間隔の変動量は集光パワーレンズ群１９Ｃに加算し、レンズＬ５と凹面鏡Ｍの間の空気間隔の変動量は発散パワーレンズ群１９Ｄに加算してある。また、空気間隔の鏡筒材質は真鍮の膨張係数を使って算出してある。また、＋符号がレンズから離れる方向、−符号がレンズに近づく方向の変動量に対応する。
【００３１】
以上のように、実施例によれば、環境温度１℃上昇時の焦点変動は、正負逆になり略相殺され、焦点深度内に収まる。
【００３２】
次に図４、５に、投影光学系１５の基準状態（基準温度２３℃での設計値）でのＭＴＦカーブと、基準状態から環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブをそれぞれ示す。図４に示されるように、基準状態においてＭＴＦカーブは解像限界に近い理想的なＭＴＦカーブを描くが、環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブも図５に示されるように基準状態のＭＴＦカーブと遜色のない理想的なカーブを描き、良好な光学性能が維持される。
【００３３】
また、表３に、レンズＬ１〜Ｌ５における露光光の吸収による各レンズＬ１〜Ｌ５での温度上昇［℃］と、曲率半径成分［μｍ］、レンズ厚み成分［μｍ］、屈折率成分［μｍ］における変動量とその合成値［μｍ］、および集光レンズ群１９Ｃ、拡散レンズ群１９Ｄでの合計を示すとともに、集光レンズ群１９Ｃ、拡散レンズ群１９Ｄの変動を合算した焦点位置の変動値を示す。
【表３】
0005571967.tif 000004
【００３４】
なお、表３の値は、投影光学系１５に、３７５，０００［ｍＪ／ｃｍ２］の積算光量の光が入射されたときの各レンズＬ１〜Ｌ５の温度変化と光学系の各成分の変動量を示しており、各値は、各レンズに照射される露光光の面積とレンズの材質の吸収率から、各レンズに吸収されるエネルギーの相対値を算出し、光源からの入射エネルギーから実験的に得た温度測定データを基に算出した。ただし、この計算において、レンズ自身の発熱による空気間隔の変動は無視した。
【００３５】
表３に示されるように、投影光学系１５の露光光の吸収による各レンズＬ１〜Ｌ５の温度上昇による焦点位置の変動は、集光パワーレンズ群１９Ｃにおいて−７．１７μｍであり、発散パワーレンズ群１９Ｄにおいて１０．３８μｍであった。すなわち、集光パワーレンズ群１９Ｃと発散パワーレンズ群１９Ｄそれぞれの焦点位置の変動は逆方向であり（正負逆であり）、これらは相殺し、投影光学系１５全体としては、３．２１μｍとなる。この変動値は、前述した波長３６５ｎｍの光に対するＮＡ０．１６の投影光学系の焦点深度±７μｍに比べ十分に小さく、本実施例では、露光光の吸収による影響を抑止し、光学性能が維持されている。
【００３６】
また図６に、表３に示された露光光吸収によりレンズが温度上昇したときの投影光学系１５のＭＴＦカーブを示す。図６に示されるように、基準温度状態に比べると、ＭＴＦカーブは若干悪くなるが、光学性能は大きく崩れていない。
【００３７】
以上のように、実施例の投影光学系１５では、露光対象である基板Ｐの位置を初期位置に維持したままでも、投影光学系１５が環境温度の変化や露光光の吸収によるレンズの発熱の影響を受けることで基板Ｐが焦点深度から外れることがなく、光学性能が低下することがない。
【００３８】
次に、屈折光学系の一部のレンズに屈折率温度係数が正の材料（屈折率温度係数が同符号でない材料）を用いた場合の焦点位置の変動について比較例１を参照して説明する。なお、比較例１では、レンズＬ１〜Ｌ５、凹面鏡Ｍ０の光学素子間の空気間隔と焦点距離、またレンズＬ１〜Ｌ５の屈折率温度係数の組合せが異なるだけで他の構成は実施例と同様である。
【００３９】
表４に比較例１の投影光学系におけるレンズＬ１〜Ｌ５の焦点距離と屈折率温度係数、隣り合うレンズ間の空気間隔およびレンズＬ５と凹面鏡Ｍ０の間の空気間隔を示す。
【表４】
0005571967.tif 000005
【００４０】
比較例１では、実施例と同様にレンズＬ１〜Ｌ３が集光パワーレンズ群として機能し、レンズＬ４、Ｌ５が発散パワーレンズ群として機能する。ただし、比較例１では、レンズＬ１、Ｌ３の屈折率温度係数が負とされ、レンズＬ２、Ｌ４、Ｌ５の屈折率温度係数が正とされる。
【００４１】
また、比較例１では、焦点距離が１ｍ以下の集光レンズがＬ１とＬ３であり、焦点距離は７６０．１９ｍｍと６２６．２９ｍｍである。これに隣接するレンズとの空気間隔は、Ｌ１が１７．１１ｍｍであり、Ｌ３が２５．４７ｍｍと３１１．９１ｍｍである。したがって、比較例１ではレンズの焦点距離の１割を越える空気間隔が存在する。
【００４２】
表５に環境温度が１℃上昇したときの焦点位置の変動を計算したシミュレーション結果を示す。
【表５】
0005571967.tif 000006
【００４３】
ただし、集光パワーレンズ群と発散パワーレンズ群の間の空気間隔の変動量は集光パワーレンズ群に加算し、レンズＬ５と凹面鏡Ｍ０間の空気間隔の変動量は発散パワーレンズ群に加算している。また、鏡筒材質に真鍮の膨張係数を用いて空気間隔が計算され、正負の符号は＋符号がレンズから離れる方向、−符号がレンズに近づく方向の変動量を表す。
【００４４】
環境温度が１℃上昇したときの集光パワーレンズ群における焦点位置の変動量は３３．４９μｍであり、発散パワーレンズ群における焦点位置の変動量は９．１２μｍである。両レンズ群において焦点位置の変動方向が同じであるため、移動が相殺されることはなく、投影光学系全体で焦点位置の移動量は４２．６１μｍとなる。これは、比較例１の光学系の焦点深度±７μｍを超えてしまう。
【００４５】
ここで、図７に比較例１の基準状態（基準温度２３℃）でのＭＴＦカーブを示し、図８に環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブを示す。比較例１においても、基準状態のＭＴＦカーブは、解像限界に近い理想的なカーブであり、光学性能に問題ない。しかし、図８に示されるように環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブは光学性能が大幅に低下している。
【００４６】
次に、表６を参照して、比較例１の投影光学系の各レンズＬ１〜Ｌ５における露光光吸収による温度上昇時の焦点位置の変動の仕方について説明する。
【表６】
0005571967.tif 000007
【００４７】
表６の結果を計算するのに用いられた各条件は、表３を参照して説明を行った実施例のときと同じである。表６に示されるように、レンズＬ１〜Ｌ５そのものの温度上昇による焦点位置の変動は、集光パワーレンズ群（Ｌ１〜Ｌ３）において１２．４７μｍ、発散パワーレンズ群（Ｌ４、Ｌ５）において５．０９μｍである。両レンズ群において、焦点位置が変動する方向は同じなので、移動量は足し合わされ、光学系全体としては１７．５６μｍとなる。この値は、比較例１の光学系における焦点深度±７μｍを超えてしまう。
【００４８】
なお図９に、比較例１の投影光学系における上記露光光吸収によるレンズ温度上昇時のＭＴＦカーブを示す。図９に示されるように、レンズ自体の温度が上昇したときのＭＴＦカーブは、基準温度状態に比べると光学性能が大幅に低下している。
【００４９】
このように、レンズの一部に屈折率温度係数が異符合の材料を用い、焦点距離が１ｍ以下の集光パワーのレンズに隣接する空気間隔がその焦点距離の１割以上のときには、環境温度や露光光の吸収によるレンズの発熱による焦点位置の変動量が大きく、初期位置に保持された基板Ｐの露光面は、焦点深度から外れてしまう。したがって、比較例１の投影光学系では、環境温度変動や露光光吸収によるレンズの発熱により光学性能が大幅に低下し、本実施形態のように、レクチルＲのパターンを基盤Ｐに高精度に投影・露光することができない。
【００５０】
次に比較例２を参照して、屈折率温度係数は実施例と同様に全て同符号であるが、焦点距離が１ｍ以下の集光パワーのレンズに隣接する空気間隔に関しては、その焦点距離の1割以上のものが存在する場合の焦点位置の変動について実施例との比較を行う。
【００５１】
比較例２の投影光学系と実施例の投影光学系の違いは、レンズＬ１〜Ｌ５、凹面鏡Ｍ０の間の空気間隔と、各レンズＬ１〜Ｌ５の焦点距離であり、これらの焦点距離および空気間隔の組合せは表７に示される。
【表７】
0005571967.tif 000008
【００５２】
なお、表７に示される配置の比較例２の屈折光学系においては、実施例とは異なり、レンズＬ１、Ｌ２が集光パワーレンズ群として機能し、レンズＬ３〜Ｌ５が発散パワーレンズ群として機能する。
【００５３】
表７に示されるように、焦点距離が１ｍ以下の集光レンズはレンズＬ２とレンズＬ３であり、各レンズＬ２、Ｌ３の焦点距離はそれぞれ９３４．１９ｍｍと８４３．４４ｍｍである。レンズＬ２と隣接するレンズＬ１、Ｌ３との間の空気間隔は、それぞれ１１１．９６ｍｍと１９２．９５ｍｍであり、レンズＬ３と隣接するレンズＬ２、Ｌ４との間の空気間隔は、１９２．９５ｍｍと１２．４６ｍｍである。したがって、レンズの焦点距離の１割を越える空気間隔が存在する。
【００５４】
また、表８に比較例２において環境温度が１℃上昇したときの焦点位置の変動の計算結果を示す。
【表８】
0005571967.tif 000009
【００５５】
ただし、集光パワーレンズ群と第２のレンズ群間の空気間隔の変動量は集光パワーレンズ群に加算し、レンズＬ５と凹面鏡Ｍ０間の空気間隔の変動量は拡散パワーレンズ群に加算している。また、鏡筒材質に真鍮の膨張係数を用いて空気間隔が計算され、正負の符号は＋符号がレンズから離れる方向、−符号がレンズに近づく方向の変動量を表す。
【００５６】
表８に示されるように、比較例２において、環境温度が１℃上昇したときの集光パワーレンズ群の焦点位置の変動量は８．９７μｍであり、発散パワーレンズ群の焦点位置の変動量は１１．３８μｍである。両レンズ群において、焦点位置の変動方向は同じであり、結果として光学系全体では、２０．３５μｍとなる。この値は、比較例２の投影光学系の焦点深度±７μｍを超えてしまう。
【００５７】
また、図１０に比較例２の投影光学系の基準状態でのＭＴＦカーブ、図１１に比較例２の投影光学系において環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブを示す。図１０に示されるように、比較例２においても、基準状態のＭＴＦカーブは、解像限界に近い理想的なカーブで光学性能に問題ないが、環境温度が１℃上昇したときのＭＴＦカーブは限界解像力の解像は見込めないほど大幅に光学性能が低下する。
【００５８】
次に、表９を参照して、比較例２の投影光学系の各レンズＬ１〜Ｌ５における露光光吸収による温度上昇時の焦点位置の変動の仕方について説明する。
【表９】
0005571967.tif 000010
【００５９】
表９の結果を計算するのに用いられた各条件は、表３を参照して説明を行った実施例のときと同じである。表９に示されるように、レンズＬ１〜Ｌ５そのものの温度上昇による焦点位置の変動は、集光パワーレンズ群（Ｌ１、Ｌ２）において７．１３μｍ、発散パワーレンズ群（Ｌ３〜Ｌ５）において−０．９７μｍであった。すなわち、両レンズ群の焦点位置の変動する方向は逆なので相殺され、光学系全体として６．１６μｍとなり、比較例２の投影光学系における焦点深度±７μｍ内に収まる。しかし、以下図１２を参照して説明するように比較例２における露光光吸収の影響は無視しえるものではない。
【００６０】
図１２は、比較例２の投影光学系において、露光光吸収によりレンズの温度が上昇したときのＭＴＦカーブのグラフである。図１２に示されるように、比較例２の投影光学系において、露光光吸収によりレンズの温度が上昇したときのＭＴＦカーブは、基準状態に比べると若干光学性能が低下している。
【００６１】
すなわち、比較例２の投影光学系では、実施例と同じく屈折レンズの屈折率温度係数は同符号（負）である。そのため、露光光吸収などによりレンズ自身の温度が上昇するだけであれば、焦点位置の変動は相殺され、比較例２の光学系において光学性能が大幅に低下することはない。しかし、連続露光が継続する場合には、レンズの温度の上昇により、雰囲気温度、すなわち環境温度が上昇してしまう。このため、比較例２の場合、焦点距離１ｍ以下の集光レンズに隣接する空気間隔が焦点距離の１割以上の箇所があるため、環境温度の変化で焦点位置の変動を焦点深度内に維持できず、光学性能が低下してしまう。
【００６２】
以上のように、本実施形態の投影光学系によれば、環境温度の変化および露光光吸収による光学素子の温度変化による焦点位置の変動を微小とすることができ、かつ焦点距離１ｍ以下の集光レンズを採用することができるので投影光学系を小型化できる。これにより、小型な投影露光装置においても、環境温度変化の影響、光学素子の露光光の吸収による温度上昇による焦点位置の変動を抑え、１枚の基板に複数個所露光し、更に複数枚を連続して露光することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  投影露光装置
１１  架台
１２  基板ステージ
１３  照明光学系
１４  レクチルステージ
１５  投影光学系
１６  光源
１９  屈折光学系
１９Ｃ  集光パワーレンズ群
１９Ｄ  発散パワーレンズ群
Ｍ０  凹面鏡（反射光学素子）
Ｍ１  第１平面鏡
Ｍ２  第２平面鏡
Ｐ  基板
Ｒ  レクチル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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