(57)【要約】  本発明の投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、前記複数のレンズは、正と負の屈折力を有する重複しない４つのレンズ群へと分割でき、以下の関係式を満たす。【数３４】2007513372.tif 000044  上記関係式中、ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、ＮＡは第２対象物側の最大開口数、φi はｉ番目のレンズの屈折力をｍｍ-1単位で表した値、ｋは前記投影光学系に含まれるレンズの総数であり、Ｖ1 は０．０４５よりも大きい。【選択図】  図２
2007513372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０ｎｍよりも短い波長の光を用いて第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる投影光学系であって、
前記投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、
前記複数のレンズは重複しない４つのレンズ群に分割でき、
前記第１対象物に最も近接して配置された第１レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第１レンズ群に直接隣接するように配置された第２レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、
前記第２レンズ群に直接隣接するように配置された第３レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第３レンズ群に直接隣接するように配置された第４レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、かつ、
以下の関係式を満たすことを特徴とする投影光学系。
【数１】
2007513372.tif 000030
上記関係式中、
ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
φiはｉ番目のレンズの屈折力をｍｍ-1単位で表した値、
ｋは前記投影光学系に含まれるレンズの総数であり、
Ｖ1 は０．０４５よりも大きい。
【請求項２】
Ｖ1 が０．０５５よりも大きい請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
以下の関係式を満たす請求項１に記載の投影光学系。
【数２】
2007513372.tif 000031
上記関係式中、
ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
δi1はｉ番目のレンズの第１光学面での結像ビームの最大偏向角、
δi2はｉ番目のレンズの第２光学面での結像ビームの最大偏向角、
ｋは前記投影光学系に含まれるレンズの総数であり、
Ｖ2 は４よりも大きい。
【請求項４】
Ｖ2 が５よりも大きい請求項３に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記複数のレンズのうち、少なくとも５つのレンズが、それぞれ少なくとも１つの非球面を有する請求項１に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記非球面と、対応する理想的球形との間の軸方向の距離が約３００μｍよりも長く、かつ、約５００μｍ未満であり、
前記理想的球形は、前記非球面の中心及び外周が前記理想的球形上に位置するように選択される請求項５に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記第４レンズ群に含まれる２つのレンズの間に配置された開口絞りをさらに備え、前記第４レンズ群が、前記第１対象物と前記開口絞りとの間に位置する第１レンズ部分群と、前記開口絞りと前記第２対象物との間に位置する第２レンズ部分群とからなる請求項５に記載の投影光学系。
【請求項８】
以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数３】
2007513372.tif 000032
上記条件式中、
ｆ1 は前記第１、第２及び第３レンズ群と、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群とからなるレンズユニットの焦点距離、
ｆ2 は前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群の焦点距離、
βは前記投影光学系の倍率である。
【請求項９】
以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数４】
2007513372.tif 000033
上記条件式中、
ｆ1 は前記第１、第２及び第３レンズ群と、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群とからなるレンズユニットの焦点距離、
ｆ2 は前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群の焦点距離、
βは前記投影光学系の倍率である。
【請求項１０】
以下の条件式を満たす請求項１に記載の投影光学系。
【数５】
2007513372.tif 000034
上記条件式中、
ＬD は前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離、
Ｄbeamはビーム束の最大直径、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
ＦＤは前記第１対象物の最大フィールド高さである。
【請求項１１】
前記非球面の径方向の表面分布（radial surface profile）が、曲率の変曲点を最大で１つ有する請求項７に記載の投影光学系。
【請求項１２】
最大で１つの非球面の径方向の表面分布が、当該非球面の光学的有効領域に曲率の変曲点を有する請求項１１に記載の投影光学系。
【請求項１３】
前記投影光学系の焦点距離が２５０ｍｍよりも短い請求項１に記載の投影光学系。
【請求項１４】
前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群に含まれる少なくとも１つのレンズが正の屈折力を有するレンズであり、前記少なくとも１つのレンズが以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数６】
2007513372.tif 000035
上記条件式中、
ｉ1 は前記少なくとも１つのレンズの第１面への結像ビームの最大入射角、
ｉ2 は前記少なくとも１つのレンズの第２面への前記結像ビームの最大入射角、
ｕ1iは前記少なくとも１つのレンズの外側の前記第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ2iは前記少なくとも１つのレンズの内側の前記第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ1oは前記少なくとも１つのレンズの内側の前記第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ2oは前記少なくとも１つのレンズの外側の前記第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｆ4pは前記少なくとも１つのレンズの焦点距離である。
【請求項１５】
前記第１レンズ群が負の屈折力を有するレンズのみによって構成され、前記第１レンズ群に含まれるレンズのうちの１つが、凹面が前記第１対象物に向いているメニスカスレンズである請求項１に記載の投影光学系。
【請求項１６】
前記第２レンズ群が正の屈折力を有するレンズのみによって構成され、前記第２レンズ群に含まれるレンズのうちの少なくとも１つが、凹状の非球面を有する請求項１に記載の投影光学系。
【請求項１７】
前記第２レンズ群が少なくとも３つのレンズを備えた請求項１に記載の投影光学系。
【請求項１８】
前記第３レンズ群に含まれるレンズの少なくとも１つが非球面を有する請求項１に記載の投影光学系。
【請求項１９】
前記第３レンズ群が負の屈折力を有するレンズのみによって構成されている請求項１に記載の投影光学系。
【請求項２０】
前記第３レンズ群が負の屈折力を有するレンズを３つ以上備えた請求項１９に記載の投影光学系。
【請求項２１】
前記第３レンズ群において、負の屈折力を有する２つのレンズ間に正の屈折力を有するレンズが配置されている請求項１に記載の投影光学系。
【請求項２２】
前記第１レンズ部分群が、第１及び第２面を有する負の屈折力の少なくとも１つのレンズを備え、当該レンズが以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数７】
2007513372.tif 000036
上記条件式中、
ｃ11は前記少なくとも１つのレンズの前記第１面の曲率、
ｃ12は前記少なくとも１つのレンズの前記第２面の曲率である。
【請求項２３】
前記第１レンズ部分群が、正の屈折力を有するレンズを２つ〜４つ備えた請求項７に記載の投影光学系。
【請求項２４】
前記第１レンズ部分群が、第１及び第２面を有する負の屈折力の少なくとも１つのレンズを備え、当該レンズが以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数８】
2007513372.tif 000037
上記条件式中、
ｃ21は前記少なくとも１つのレンズの前記第１面の曲率、
ｃ22は前記少なくとも１つのレンズの前記第２面の曲率である。
【請求項２５】
前記第２レンズ部分群が、負の屈折力を有するレンズを１つだけ備えた請求項７に記載の投影光学系。
【請求項２６】
前記第２レンズ部分群が、正の屈折力を有するレンズに隣接して配置された負の屈折力を有するレンズを備え、前記正の屈折力を有するレンズは第２対象物に近い側に配置され、前記負の屈折力を有するレンズは以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数９】
2007513372.tif 000038
上記条件式中、
ｃ31は前記少なくとも１つのレンズの第１面の曲率、
ｃ32は前記少なくとも１つのレンズの第２面の曲率である。
【請求項２７】
前記第２レンズ部分群が、負の屈折力を有するレンズに隣接して配置された正の屈折力を有するレンズを備え、前記負の屈折力を有するレンズは第２対象物に近い側に配置され、前記負の屈折力を有するレンズは以下の条件式を満たす請求項７に記載の投影光学系。
【数１０】
2007513372.tif 000039
上記条件式中、
ｃ41は前記少なくとも１つのレンズの第１面の曲率、
ｃ42は前記少なくとも１つのレンズの第２面の曲率である。
【請求項２８】
前記第２レンズ部分群が、凹面が前記第２対象物に向いている正のメニスカスレンズを２つ以上４つ以下備えた請求項７に記載の投影光学系。
【請求項２９】
前記第１レンズ群は最大で２つの非球面レンズを含み、
前記第２レンズ群は最大で２つの非球面レンズを含み、
前記第３レンズ群は最大で１つの非球面レンズを含み、
前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群は最大で３つの非球面レンズを含み、
前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群は最大で３つの非球面レンズを含む請求項７に記載の投影光学系。
【請求項３０】
前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群において、非球面を有するレンズはいずれも、当該非球面を前記第２対象物側に備えている請求項７に記載の投影光学系。
【請求項３１】
前記第１レンズ群において、非球面を有するレンズはいずれも、当該非球面を前記第１対象物側に備えている請求項７に記載の投影光学系。
【請求項３２】
以下の条件式を満たす請求項１に記載の投影光学系。
【数１１】
2007513372.tif 000040
上記条件式中、
ＧD は光軸上におけるレンズの厚みを各レンズの軸方向厚みとした場合の、全てのレンズの軸方向厚みの合計、
ＬD は前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離である。
【請求項３３】
全てのレンズがフッ化カルシウムからなる請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３４】
全てのレンズがシリカからなる請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３５】
レンズ材料として１種類以上の結晶質材料が用いられている請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３６】
前記結晶質材料がフッ化物材料を含む請求項３５に記載の投影光学系。
【請求項３７】
前記第２対象物に最も近接して配置された４つのレンズの１以上がフッ化物材料からなり、前記１以上のレンズに用いられるフッ化物材料の光軸に対する結晶方位が、２以上のレンズにおいて同一である請求項３６に記載の投影光学系。
【請求項３８】
前記第２及び／又は第３レンズ群に含まれる１以上のレンズがフッ化物材料からなる請求項３５に記載の投影光学系。
【請求項３９】
前記第４レンズ群に含まれる前記正レンズのうちの１つがフッ化物材料からなる請求項３５に記載の投影光学系。
【請求項４０】
調節可能な開口絞りをさらに備え、前記開口絞りによって形成される開口の軸方向位置は前記開口の大きさによって変化し、前記開口の軸方向位置は、前記開口によって定められる面と光軸との交点によって定められる請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４１】
前記調節可能な開口絞りが、実質的に平面形状である複数の薄板（lamellae）を含む請求項４０に記載の投影光学系。
【請求項４２】
前記調節可能な開口絞りが、実質的に全て同一球形である複数の薄板を含む請求項４０に記載の投影光学系。
【請求項４３】
前記第２対象物側の開口数が０．９１よりも大きい請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４４】
前記第４レンズ群が少なくとも一対の直接隣接するレンズを含み、前記レンズ対に含まれる第１レンズは第１及び第２面を有し、前記レンズ対に含まれる第２レンズは第３面及び第４面を有し、前記第１、第２、第３及び第４面は、光軸に沿ってこの順に配置されており、かつ、以下の条件式を満たす請求項１に記載の投影光学系。
【数１２】
2007513372.tif 000041
上記条件式中、
ｄは前記第２面と前記第３面との間の最大距離、
ｃ51は前記第１面の曲率、
ｃ52は前記第４面の曲率であり、
Ｖ5 ＝１５ｍｍ、Ｖ6 ＝１０、Ｖ7 ＝０．００３ｍｍ-1である。
【請求項４５】
２５０ｎｍよりも短い波長の光を用いて第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる投影光学系であって、
前記投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、
前記複数のレンズは重複しない４つのレンズ群に分割でき、
前記第１対象物に最も近接して配置された第１レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第１レンズ群に直接隣接するように配置された第２レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、
前記第２レンズ群に直接隣接するように配置された第３レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第３レンズ群に直接隣接するように配置された第４レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、かつ、
以下の関係式を満たすことを特徴とする投影光学系。
【数１３】
2007513372.tif 000042
上記関係式中、
ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
δi1はｉ番目のレンズの第１光学面での結像ビームの最大偏向角、
δi2はｉ番目のレンズの第２光学面での結像ビームの最大偏向角、
ｋは前記投影光学系に含まれるレンズの総数であり、
Ｖ2 は４よりも大きい。
【請求項４６】
Ｖ2 が５よりも大きい請求項４５に記載の投影光学系。
【請求項４７】
２５０ｎｍよりも短い波長の光を用いて第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる投影光学系であって、
前記投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、
前記複数のレンズは重複しない４つのレンズ群に分割でき、
前記第１対象物に最も近接して配置された第１レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第１レンズ群に直接隣接するように配置された第２レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、
前記第２レンズ群に直接隣接するように配置された第３レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第３レンズ群に直接隣接するように配置された第４レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、
前記複数のレンズのうち、少なくとも５つのレンズが、それぞれ少なくとも１つの非球面を有し、
前記非球面と、対応する理想的球形との間の軸方向の距離が約３００μｍよりも長く、かつ、約５００μｍ未満であり、
前記理想的球形は、前記非球面の中心及び外周が前記理想的球形上に位置するように選択されることを特徴とする投影光学系。
【請求項４８】
有効径Ｄasを有する前記少なくとも５つの非球面のそれぞれが、前記非球面の、当該非球面を有するレンズ側とは反対側に配置された前記対応する理想的球形の曲率中心を有し、Ｄasは前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離ＬD の０．２倍である請求項４５に記載の投影光学系。
【請求項４９】
前記非球面の曲率の最大変化量の絶対値が３００ｍ-2よりも大きい請求項４５に記載の投影光学系。
【請求項５０】
２５０ｎｍよりも短い波長の光を用いて第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる投影光学系であって、
前記投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、
前記複数のレンズは重複しない４つのレンズ群に分割でき、
前記第１対象物に最も近接して配置された第１レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第１レンズ群に直接隣接するように配置された第２レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、
前記第２レンズ群に直接隣接するように配置された第３レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、
前記第３レンズ群に直接隣接するように配置された第４レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、かつ、
以下の関係式を満たすことを特徴とする投影光学系。
【数１４】
2007513372.tif 000043
上記関係式中、
ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
ＧD は光軸上におけるレンズの厚みを各レンズの軸方向厚みとした場合の、全てのレンズの軸方向厚みの合計であり、
Ｖ4 は４０未満である。
【請求項５１】
Ｖ4 が３５未満である請求項５０に記載の投影光学系。
【請求項５２】
２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを発生させる照明光学系と、
第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、
第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、
前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる請求項１〜５１のいずれかに記載の投影光学系とを備えた投影露光システム。
【請求項５３】
２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを発生させる照明光学系と、第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる請求項１〜５１のいずれかに記載の投影光学系とを備えた投影露光システムを使用することと、
前記２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを用いて、前記感光性基板上に前記パターニング構造を結像させることとを含む、微細構造装置の製造方法。
【請求項５４】
２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを発生させる照明光学系と、第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる請求項１〜５１のいずれかに記載の投影光学系とを備えた投影露光システムを使用することと、
前記２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを用いて、前記感光性基板上に前記パターニング構造を結像させることとを含む方法によって製造された微細構造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系に関し、特に、高開口数の投影光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）、ＬＳＩ、液晶素子、微細パターン部材及び微細機械部品等の半導体素子の製造においては、リソグラフィー工程が一般に用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィーに用いられる投影露光装置は、一般に、光源を有する照明光学系と投影光学系とを含んでいる。照明光学系からの光は、所与のパターンを有するレチクル（第１対象物）を照明し、投影光学系は、レチクルパターン（第１対象物）の像を感光性基板（第２対象物）の領域上に転写する。より小さいレチクルパターンの像を基板上に生成するために、投影光学系によってレチクルパターンの像のサイズが縮小されることもある。
【０００４】
より一層小さく、かつ、より高性能な小型装置が求められる傾向にあるため、かかる装置の製造に用いられる投影露光システムや投影光学系への要求もますます高まってきている。基板の露光においてより高い解像度を達成するために、開口数を高めた投影光学系が開発されている。さらに、基板の露光に使用される光の短波長化が図られている。これらの変更により、投影光学系の設計及びレンズ材料の選択に関し、全く新しい課題が生じることとなった。
【０００５】
近年開発された上述の投影露光システムにおいては、現在のところ、主として２００ｎｍよりも短い波長の照明光が使用されている。高開口数かつ短波長の投影光学系に好適に用いられる高品質なレンズ材料は、供給不足の傾向が見られ、かつ、一般的に高コストである。
【０００６】
従来技術において、開口数（投影光学系の基板側の開口数）が０．９までの投影光学系が公知である。投影光学系では収差補正が必要であることから、かかる投影光学系においては、一般に、結像ビーム（第１対象物の像を第２対象物の領域上に転写するビーム）の入射角及び偏向角が小さいことが好ましい。このため、投影光学系は、一般に、レンズの直径が大きく、かつ、第１対象物と第２対象物との間の距離、すなわち、レチクルと基板との間の距離が長い構成となる。しかし、レンズの直径が大きく、かつ、前記距離が長いということは、一般に、レンズ材料の量が多く、よって高コストであるということに他ならない。その結果、投影光学系はかなり重くなってしまうという傾向が見られる。
【０００７】
昨今の傾向に従い、２００ｎｍよりも短い波長の照明光を使用する、より一層開口数の高い投影光学系を、当該投影光学系の寸法を大きくするというアプローチを用いて開発しようとすれば、投影光学系及びこれに含まれるレンズの寸法が実用不可能な程度にまで大きくなってしまうことは避けられない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高開口数及び良好な結像性能を有する投影光学系を提供することである。
【０００９】
さらに、本発明の他の目的は、コンパクトな設計、特に、物体平面（すなわち、第１対象物）と像平面（すなわち、第２対象物）との間隔が短い設計とされ、及び／又は比較的小さい直径及び／又は比較的少量のレンズ材料からなるレンズを備えながらも、良好な結像性能を発揮する投影光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、２５０ｎｍ、好ましくは２００ｎｍよりも短い波長の光を用いて第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる投影光学系であって、前記投影光学系は、当該投影光学系の光軸に沿って配置された複数のレンズを備え、前記複数のレンズは重複しない４つのレンズ群に分割でき、前記第１対象物に最も近接して配置された第１レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、前記第１レンズ群に直接隣接するように配置された第２レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力であり、前記第２レンズ群に直接隣接するように配置された第３レンズ群の全体としての屈折力が負の屈折力であり、前記第３レンズ群に直接隣接するように配置された第４レンズ群の全体としての屈折力が正の屈折力である投影光学系を提供する。かかる構成の投影光学系により、後述する本発明の第１、第２、第３及び第４の態様の少なくとも１つが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
好ましい実施の形態において、前記第１、第２、第３及び第４レンズ群のそれぞれが全体として示す屈折力の絶対値の合計が最大値（特に、その他の可能なレンズ群への分割によって得られる値と比較した場合の最大値）となっている。
【００１２】
本明細書中で使用されるレンズという用語は、単一のレンズ素子を指すものであり、複数のレンズ素子によって構成される光学系を指すものではない。
【００１３】
前記投影光学系は、純粋に屈折型、すなわちジオプトリックな投影光学系であるのが好ましい。すなわち、ミラー等の反射光学素子を含まないのが好ましい。
【００１４】
本発明の投影光学系における、光軸方向に負レンズ群、正レンズ群、負レンズ群、正レンズ群の順（第１対象物を起点とした順）でのレンズ群の配置により、一般に「単一くびれ型（single waist type）」と呼ばれる投影光学系が得られる。くびれとは、投影光学系の狭窄部、すなわち、最小直径部分を指す。具体的には、前記くびれは、前記第３レンズ群のレンズによって形成される。
【００１５】
本発明の第１の態様においては、以下の関係式を満たす投影光学系が提供される。
【００１６】
【数１５】
2007513372.tif 000003
【００１７】
上記関係式中、
ｙは前記投影光学系によって結像される最大画像フィールドの直径の半分をｍｍ単位で表した値、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
φi はｉ番目のレンズの屈折力をｍｍ-1単位で表した値、
ｋは前記投影光学系に含まれるレンズの総数であり、
Ｖ1 は０．０４５よりも大きい。
【００１８】
本発明の例示的な実施の形態において、Ｖ1 は０．０５５よりも大きい。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る投影光学系においては、比較的屈折力の高いレンズが使用されており、従って、前記第１対象物の像を前記第２対象物の領域上に転写するために使用される結像ビームの偏向角／入射角がかなり大きくなる場合がある。比較的屈折力の高いレンズを使用することにより、投影光学系を、コンパクトな設計、特に、前記第１対象物と前記第２対象物との間の距離が比較的短い設計とすること、並びに、比較的直径の小さいレンズを使用することが可能となる。例えば、前記第１対象物と前記第２対象物との間の距離を約１０００ｍｍ程度と短くすることが可能となる。本発明の投影光学系に含まれるレンズの最大直径は、約３００ｍｍよりも小さければよい。
【００２０】
前記投影光学系における高屈折力レンズの使用程度の好適な目安となるのは、当該投影光学系における全てのレンズの平均屈折力φm である。これは、下記式によって与えられる。
【００２１】
【数１６】
2007513372.tif 000004
【００２２】
上記式中のφi 及びｋは、先に定義した通りである。
【００２３】
投影光学系の設計において重要なさらに別の要素として、エタンデュ（etendue）Ｅが挙げられ、これは、下記式によって表すことができる。
【００２４】
【数１７】
2007513372.tif 000005
【００２５】
よって、式（１）は、以下のように表すこともできる。
【００２６】
【数１８】
2007513372.tif 000006
【００２７】
本発明者らは、上述したように、φm とＥとの積が０．０４５よりも大きい場合、特に０．０５５よりも大きい場合に、良好な結像特性を有する投影光学系の有利なコンパクトな設計が実現できることを見出した。
【００２８】
本発明の第２の態様においては、以下の関係式を満たす投影光学系が提供される。
【００２９】
【数１９】
2007513372.tif 000007
【００３０】
上記関係式中、ｙ、ＮＡ、及びｋは先に定義した通りであり、
δi1はｉ番目のレンズの第１光学面での結像ビームの最大偏向角、
δi2はｉ番目のレンズの第２光学面での結像ビームの最大偏向角であり、
Ｖ2 は４よりも大きい。
【００３１】
さらに別の例示的な実施の形態において、Ｖ2 は５よりも大きい。
【００３２】
簡略化すると、この関係式は下記のように表すことができる。
【００３３】
【数２０】
2007513372.tif 000008
【００３４】
上記関係式中、δｍは、前記投影光学系に含まれる複数のレンズの表面における結像ビームの最大偏向角の絶対値の平均値であり、式（５）に含まれる下記式によって定義される。
【００３５】
【数２１】
2007513372.tif 000009
【００３６】
高入射角及び高偏向角の少なくとも一方を意図的に使用した良好な結像特性を有する投影光学系は、光学系においては、各レンズ面への光ビームの入射角が小さければ小さいほど、収差が小さくなり、公差が大きくなるという一般的な教示とは著しい対照をなすものである。
【００３７】
特に、本発明の投影光学系における高屈折力レンズの使用及び高入射角／高偏向角の発生に関しては、投影光学系における非球面の使用により、収差等の結像誤差の補正を有利に行うことができる。結像誤差とは、本明細書中では、結像特性の最適値からのあらゆる「ずれ」を指すものと定義される。
【００３８】
本発明の投影光学系の例示的な実施の形態においては、前記複数のレンズのうち、少なくとも５つのレンズが、それぞれ非球面を少なくとも１つ有している。例示的な一実施の形態においては、投影露光システムに含まれる非球面の数は１０以下である。
【００３９】
本明細書中で用いられる「非球面」という用語は、非球面と最適合球面（best fitting sphere）との間の軸方向の最大距離が２μｍ以上であるものを指すと理解されるべきである。この定義により、意図しない変形を含む球面や、投影光学系の特定の設計に内在的な収差ではなく、一般的に製造工程に起因する収差を補正するためにレンズ／投影光学系の製造後に通常導入される非球面部分は除外される。ある面の非球度を説明するという目的のために、（仮想の）理想的球形、すなわち、最適合球面が、前記非球面の中心及び外周が前記最適合球面上に位置するように選択され、前記最適合球面と前記非球面との間の軸方向の距離が決定される。径方向の表面分布（radial surface profile）及び上述のように選択された最適合球面を、図１ａに示している。非球面が収差に与える影響、特に、結像性能の向上に関して非球面が与えるパラメータについての詳細な研究が行われ、文献に記録されてきた。
【００４０】
第３の態様において、前記複数のレンズのうち、少なくとも５つのレンズが、それぞれ少なくとも１つの非球面を有し、前記非球面と最適合球面との間の軸方向の距離が約３００μｍよりも長く、かつ、約５００μｍ未満である投影光学系が提供される。上述したように、最適合球面は、前記非球面の中心及び外周が前記最適合球面上に位置するように選択される。上述の値は、使用されるレンズ表面の非球度が比較的強い、すなわち、最適合球面からのずれが比較的大きいことを示している。このような非球面は、前記第１レンズ群内に配置されるのが好ましく、及び／又は、投影光学系に開口絞りが設けられている場合には、前記開口絞りの近傍に設けるのが好ましい。
【００４１】
前記投影光学系における非球面レンズの使用は、前記投影光学系の長さを縮小し、レンズ材料の必要量を低減し、かつ、結像性能を向上させる上で有用である。
【００４２】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記非球面の曲率の最大変化量（ｄｃ／ｄｓ）の絶対値が３００ｍ-2よりも大きい。
【００４３】
前記投影光学系の例示的な実施の形態、特に、本発明の第３の態様によれば、有効径Ｄasを有する前記少なくとも５つの非球面のそれぞれが、前記非球面の、当該非球面を有するレンズ側とは反対側に配置された前記最適合球面の曲率中心を有し、Ｄasは前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離ＬD の０．２倍である。言い換えれば、非球面は、全体的に凹形状を有するレンズ面に配置されているのが好ましい。
【００４４】
最適合球面との軸方向の距離が先に定義したような大きさである非球面を有するレンズを製造するためには、製造工程そのもの、及び、製造された非球面の光学的試験の両方に関して厳しい要求が課せられる。このような非球面の試験に関しては、干渉計技術が好ましく使用される。非球面の干渉計測定に関しては、非球面波面と比較される参照波の波面を、測定対象波面との理想的な適合を達成するために非球面とする必要がある。このため、レンズの非球面の干渉計測定に適した非球面波面を生成することが可能な、いわゆる「ヌル光学素子（null-optics）」又は「ヌル系（null-system）」を開発する必要がある。変形が大きく、かつ、ゼルニケ係数の値が大きい非球面に関しては、屈折系を有する干渉計が必要であるが、かかる屈折系は非常に複雑で、事実上実現不可能及び／又は経済的見地から製造不可能である。
【００４５】
非球面の変形が大きい場合、前記非球面の干渉計測定に際し、一般に、コンピュータ生成ホログラム、すなわち、回折系を使用することが必要となる。コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）は、少数の屈折素子と適宜組み合わせることにより、あるいは、それ自体で、ほぼあらゆる種類の波面を生成することができる。しかし、コンピュータ生成ホログラムもまた、ＣＧＨの製造に用いられる電子ビーム、レーザビーム、及びフォトリソグラフィー技術等の技術に起因する制限により、製造性、特にその大きさに関し、実用上の限界に直面する。
【００４６】
本発明の一実施の形態によれば、前記投影光学系内において、上述のように非球面をレンズの全体的に凹状の面に位置するように配置することにより、この問題を克服することができるか、あるいは少なくとも緩和することができる。レンズの全体的に凹状の面とは、先に定義したように、前記非球面の、当該非球面を有するレンズ側とは反対側に配置された最適合球面の曲率中心を有する面のことである。さらに別の例示的な実施の形態によれば、約２００ｍｍよりも大きい最大直径を有するレンズの一部である全非球面が、凹面全体に位置している。さらに別の例示的な実施の形態によれば、上述の条件に従って配置された非球面が、半径が３００ｍｍよりも大きく、及び／又は２０００ｍｍ未満である関連最適合球面を有している。下限値は製造に関連する要因によって決定され、上限値は非球面の干渉計測定に使用される「ヌル光学素子」の実現可能な最大長さによって決定される。
【００４７】
偏向角／入射角がかなり大きくなるような非球面及び球面を有する投影光学系によれば、使用するガラスの量、特にガラスの質量が比較的少量でよく、よって、投影光学系のコスト及び重量を低減する上で有用である。
【００４８】
本発明の第４の態様においては、以下の関係式を満たす投影光学系が提供される。
【００４９】
【数２２】
2007513372.tif 000010
【００５０】
上記関係式中、ｙ及びＮＡは、先に定義した通りであり、ＧD は光軸上におけるレンズの厚みを各レンズの軸方向厚みとした場合の、全てのレンズの軸方向厚みの合計であり、Ｖ4 は４０未満である。
【００５１】
例示的な実施の形態においては、Ｖ4 は３５未満である。
【００５２】
ＧD は、前記投影光学系において使用されるレンズ材料の量、特に質量の好適な指標であり、よって、前記レンズ材料に関するコストの好適な指標である。
【００５３】
例示的な実施の形態において、前記投影光学系は、前記第４レンズ群に含まれる２つのレンズの間に配置された開口絞りをさらに備えている。これらの実施の形態においては、前記第４レンズ群が、前記第１対象物（より厳密には、前記第３レンズ群）と前記開口絞りとの間に位置する第１レンズ部分群と、前記開口絞りと前記第２対象物との間に位置する第２レンズ部分群とからなる。
【００５４】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、以下の条件式が満たされる。
【００５５】
【数２３】
2007513372.tif 000011
【００５６】
上記条件式中、
ｆ1 は前記第１、第２及び第３レンズ群と、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群とからなるレンズユニットの焦点距離、
ｆ2 は前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群の焦点距離、
βは前記投影光学系の倍率である。
【００５７】
本発明の別の実施の形態においては、以下の条件式が満たされる。
【００５８】
【数２４】
2007513372.tif 000012
【００５９】
上記条件式中、ｆ1 、ｆ2 及びβは、先に定義した通りである。
【００６０】
前記開口絞りと前記第１対象物との間に存在する全てのレンズを含むレンズユニットの焦点距離と、前記開口絞りと前記第２対象物との間に存在する全てのレンズを含む第４レンズ群の第２レンズ部分群の焦点距離とが一致していなければ、無限焦点の投影光学系となる。
【００６１】
本発明の投影光学系の例示的な実施の形態においては、以下の条件式が満たされる。
【００６２】
【数２５】
2007513372.tif 000013
【００６３】
上記条件式中、
ＬD は前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離、
Ｄbeamはビーム束の最大直径、
ＮＡは前記第２対象物側の最大開口数、
ＦＤは前記第１対象物の最大フィールド高さである。
【００６４】
本明細書中で使用される「設計上の距離」又は「設計上の長さ」という用語は、前記第１対象物と前記第２対象物とが共に合焦したときの、動作モードもしくは露光モードにおける、すなわち、前記投影光学系の設計によって予見される、前記第１対象物と前記第２対象物との間の距離を意味する。
【００６５】
本発明の投影光学系の例示的な実施の形態においては、前記非球面の径方向の表面分布が、曲率の変曲点を最大で１つ有する。さらに別の例示的な実施の形態によれば、最大で１つの非球面の径方向の表面分布が、当該非球面の光学的有効領域に曲率の変曲点を有する。非球面は一般に回転対称であるため、本明細書中で使用される１つの変曲点とは、変曲点が非球面の面上で所与の形状、特に円形状に広がっている実施の形態も包含するものと考えられる。例えば、図１ａに示す径方向の表面分布も、変曲点を１つのみ有する非球面に該当すると考えられる。
【００６６】
例示的な実施の形態においては、前記投影光学系の焦点距離が２５０ｍｍよりも短い。この特定の焦点距離を選択することにより、特に第２対象物側において、前記投影光学系の良好なテレセントリック性を実現することが可能となる。
【００６７】
本発明の投影光学系の例示的な実施の形態において、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群に含まれる少なくとも１つのレンズが正の屈折力を有するレンズであり、前記少なくとも１つのレンズが以下の条件式を満たす。
【００６８】
【数２６】
2007513372.tif 000014
【００６９】
上記条件式中、
ｉ1 は前記少なくとも１つのレンズの第１面への結像ビームの最大入射角、
ｉ2 は前記少なくとも１つのレンズの第２面への前記結像ビームの最大入射角、
ｕ1iは前記少なくとも１つのレンズの外側の前記第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ2iは前記少なくとも１つのレンズの内側の前記第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ1oは前記少なくとも１つのレンズの内側の前記第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｕ2oは前記少なくとも１つのレンズの外側の前記第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角、
ｆ4pは前記少なくとも１つのレンズの焦点距離である。
【００７０】
上述の角度を、図１ｂに概略的に示している。前記少なくとも１つのレンズの焦点距離に関する制約により、通常の面平行板の例は除外される。
【００７１】
本発明の例示的な実施の形態において、前記第１レンズ群が負の屈折力を有するレンズのみによって構成され、前記第１レンズ群に含まれるレンズのうちの１つが、凸面が前記第１対象物に向いているメニスカスレンズである。
【００７２】
本発明の例示的な実施の形態においては、前記第２レンズ群が正の屈折力を有するレンズのみによって構成され、前記第２レンズ群に含まれるレンズのうちの少なくとも１つが、（全体的に）凹状の非球面を有する。本発明のさらに別の例示的な実施の形態によれば、前記第２レンズ群が少なくとも３つのレンズを備えている。
【００７３】
本発明の例示的な実施の形態においては、前記第３レンズ群に含まれるレンズの少なくとも１つが非球面を有する。
【００７４】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第３レンズ群が負の屈折力を有するレンズのみによって構成されている。
【００７５】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第３レンズ群が負の屈折力を有するレンズを３つ以上備えている。さらに別の例示的な実施の形態においては、前記第３レンズ群において、負の屈折力を有する２つのレンズ間に正の屈折力を有するレンズが配置されている。
【００７６】
本発明に係る投影光学系の実施の形態は、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群が、第１及び第２面を有する負の屈折力の少なくとも１つのレンズを備え、当該レンズが以下の条件式を満たしていれば有利であることが分かっている。
【００７７】
【数２７】
2007513372.tif 000015
【００７８】
上記条件式中、
ｃ11は前記少なくとも１つのレンズの前記第１面の曲率、
ｃ12は前記少なくとも１つのレンズの前記第２面の曲率である。
【００７９】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群が、正の屈折力を有するレンズを２つ〜４つ備えている。
【００８０】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群（もまた）、第１及び第２面を有する負の屈折力の少なくとも１つのレンズを備え、当該レンズが以下の条件式を満たす。
【００８１】
【数２８】
2007513372.tif 000016
【００８２】
上記条件式中、
ｃ21は前記少なくとも１つのレンズの前記第１面の曲率、
ｃ22は前記少なくとも１つのレンズの前記第２面の曲率である。
【００８３】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群が、負の屈折力を有するレンズを１つだけ備えている。
【００８４】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群が、正の屈折力を有するレンズに隣接して配置された負の屈折力を有するレンズを備え、前記正の屈折力を有するレンズは（前記負の屈折力を有するレンズに対して）第２対象物に近い側に配置され、前記負の屈折力を有するレンズは以下の条件式を満たす。
【００８５】
【数２９】
2007513372.tif 000017
【００８６】
上記条件式中、
ｃ31は前記少なくとも１つのレンズの第１面の曲率、
ｃ32は前記少なくとも１つのレンズの第２面の曲率である。
【００８７】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群が、負の屈折力を有するレンズに隣接して配置された正の屈折力を有するレンズを備え、前記負の屈折力を有するレンズは第２対象物に近い側に配置され、前記負の屈折力を有するレンズは以下の条件式を満たす。
【００８８】
【数３０】
2007513372.tif 000018
【００８９】
上記条件式中、
ｃ41は前記少なくとも１つのレンズの第１面の曲率、
ｃ42は前記少なくとも１つのレンズの第２面の曲率である。
【００９０】
本発明の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群が、凹面が前記第２対象物に向いている正のメニスカスレンズを２つ以上４つ以下備えている。この実施の形態は、無収差設計を実現する上で有用である。
【００９１】
本発明の例示的な実施の形態において、前記第１レンズ群は最大で２つの非球面レンズを含み、前記第２レンズ群は最大で２つの非球面レンズを含み、前記第３レンズ群は最大で１つの非球面レンズを含み、前記第４レンズ群の前記第１レンズ部分群は最大で３つの非球面レンズを含み、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群は最大で３つの非球面レンズを含む。本発明の例示的な一実施の形態においては、これらの非球面レンズのそれぞれが、非球面を１つだけ備えている。
【００９２】
本発明の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群の前記第２レンズ部分群において、非球面を有するレンズはいずれも、当該非球面を前記第２対象物側に備えている。
【００９３】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記第１レンズ群において、非球面を有するレンズはいずれも、当該非球面を前記第１対象物側に備えている。
【００９４】
本発明の投影光学系の実施の形態において、以下の条件式が満たされていれば有利である。
【００９５】
【数３１】
2007513372.tif 000019
【００９６】
上記条件式中、
ＧD は、先に定義した通り、全てのレンズの軸方向厚みの合計、
ＬD は前記第１対象物と前記第２対象物との間の設計上の距離である。
【００９７】
単数又は複数の好適なレンズ材料の選択は、結像ビームに使用される光、よって第２対象物の露光に用いられる光の波長に大きく依存する。レンズ材料は、小型化や低密度化等の現象によって起こる透過率の増加又は屈折率の変化のような、照射によって誘発される著しいダメージを受けにくいのが望ましく、よって、低い複屈折（応力によって生じる複屈折及び固有の複屈折の両方）を示すのが理想的である。
【００９８】
レンズ材料の適切な選択及び配置により、投影光学系における色収差の補正が可能となり、よって、投影光学系の光学設計に課せられる要求が若干緩和される。
【００９９】
溶融シリカ、特に合成溶融シリカは、１９３ｎｍ等の短波長を用いて露光を行う投影露光システムにおいて、最も一般的に使用されている材料である。溶融シリカ材料は紫外線によって誘発されるダメージを受けやすいが、これは、溶融シリカ材料の化学的及び物理的性質に関係がある。そして、これらの性質は、溶融シリカ材料の製造及び／又は処理の方法に密接に関連している。高強度照射への露光により、所与の材料で形成されたレンズの露光領域において、密度の変化、特に高密度化又は低密度化が起こることが分かっている。投影露光装置におけるレンズの露光領域の密度の変化は、一般に、前記レンズの光学特性に悪影響を及ぼすものと考えられている。特に、波面の歪曲は高密度化又は低密度化を示すものであり、例えば、適切な干渉計測法によって測定及び決定することができる。例えば、レンズ材料を高密度化すれば、前記材料を通る物理的な経路は縮小されるが、屈折率の変化、一般的には大幅な屈折率の増加が起こり、最終的に得られる効果は光路の増加となる。低密度化現象に関しては、これと逆のことが言える。
【０１００】
紫外線を透過し、かつ、少なくとも現段階では、光学特性の変化に関連するこのような構造的変化を起こすものとは認められていないレンズ材料は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）である。従って、フッ化カルシウムは、典型的に使用されている１９３ｎｍや１５７ｎｍ等の遠紫外線の波長に好適な材料である。さらに、その他のアルカリ土類フッ化物材料もまた、フッ化カルシウムと同様の特性を有する好適なレンズ材料である。シリカ材料に見られる、照射によって誘発されるダメージのために、フッ化カルシウムは、投影光学系及びこれに対応する投影露光システムの長寿命を図る際に選択されるレンズ材料となっている。しかし、光学レンズの材料として好適に使用されるフッ化カルシウムは単結晶の形態にある必要があり、これはコストがかかるだけでなく、その製造も技術的に難しい。その結果、このような材料の供給量には限りがあり、これにより、その実使用がある程度制限されている。
【０１０１】
本発明の一実施の形態においては、全てのレンズがフッ化カルシウムからなる。これに代わる実施の形態においては、全てのレンズがシリカ、特に溶融シリカからなる。
【０１０２】
さらに別の実施の形態においては、レンズ材料として、１種類以上のレンズ材料、特に結晶質材料が用いられていてもよい。これらの実施の形態において、前記レンズ材料／結晶質材料は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、及びその他の好適なフッ化物等のフッ化物材料を含んでいてもよい。
【０１０３】
本発明の投影光学系の例示的な実施の形態において、前記第２対象物に最も近接して配置された４つのレンズの１以上がフッ化物材料からなり、前記１以上のレンズに用いられるフッ化物材料の光軸に対する結晶方位が、２以上のレンズにおいて同一である。例えば、４つのレンズ全てが〈１１０〉蛍石材料からなり、選択された特定の結晶格子が、４つのレンズ全ての光軸に対して、予め定められた一方位に配置されていてもよい。
【０１０４】
さらに別の例示的な実施の形態においては、前記投影光学系の長寿命化のために、前記第３レンズ群に含まれる１以上のレンズがフッ化物材料からなる。
【０１０５】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第２レンズ群に含まれる１以上のレンズがフッ化物材料からなる。好ましくは、前記第４レンズ群に含まれる前記正レンズのうちの１つがフッ化物材料からなる。これらの実施の形態は、色収差の補正、特に、横色収差の低減という点で、特に有利である。
【０１０６】
フッ化カルシウム又は別のフッ化物材料を前記投影光学系の１以上のレンズに使用する場合、レンズに使用するフッ化物の直径、厚み、及び結晶方位は、レンズに固有の複屈折によるコントラストの損失が０．５％未満となるように選択するのが好ましい。
【０１０７】
本発明の例示的な実施の形態において使用される開口絞りは、調節可能であるのが好ましい。非常にコンパクトな設計の投影光学系を実現するため、本発明の例示的な実施の形態に係る投影光学系は、調節可能な開口絞りを有し、前記開口絞りによって形成される開口の軸方向位置は前記開口の大きさによって変化し、前記開口の軸方向位置は、前記開口によって定められる面（すなわち、前記開口を含む面）と光軸との交点によって定められる。
【０１０８】
本発明の例示的な実施の形態においては、前記調節可能な開口絞りが、実質的に平面形状である複数の薄板を含む。あるいは、前記調節可能な開口絞りが、実質的に全て同一球形である複数の薄板を含んでいてもよい。このような開口の例が、同一譲受人による２０００年１０月４日出願の米国特許第６，４４５，５１０号公報に記載されている。この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。軸方向位置が大きさによって変化する開口は、前記開口の前後（第１対象物から第２対象物へと向かう光の進行方向において）のレンズを非常に近接した配置とする、すなわち、これら２つのレンズ間に必要な間隔の縮小を可能にする上で有利に用いられる。この性能により、開口絞りに直接隣接するレンズ間の間隔を大きくしなければならないという従来の要件を考慮する必要がなくなるため、投影光学系の設計に関する可能性がさらに広がる。
【０１０９】
本発明の投影光学系は、一般に、第２対象物側の開口数が高く、例示的な実施の形態においては、前記開口数は０．９１よりも大きい。
【０１１０】
本発明のさらに別の例示的な実施の形態においては、前記第４レンズ群が少なくとも一対の直接隣接するレンズを含み、前記レンズ対に含まれる第１レンズは第１及び第２面を有し、前記レンズ対に含まれる第２レンズは第３面及び第４面を有し、前記第１、第２、第３及び第４面は、光軸に沿ってこの順に配置されており、かつ、以下の条件式を満たす。
【０１１１】
【数３２】
2007513372.tif 000020
【０１１２】
上記条件式中、
ｄは前記第２面と前記第３面との間の最大距離、
ｃ51は前記第１面の曲率、
ｃ52は前記第４面の曲率であり、
Ｖ5 ＝１５ｍｍ、Ｖ6 ＝１０、Ｖ7 ＝０．００３ｍｍ-1である。
【０１１３】
さらに別の例示的な実施の形態においては、Ｖ5 ＝１０ｍｍ及び／又はＶ6 ＝１５及び／又はＶ7 ＝０．００４ｍｍ-1である。
【０１１４】
これらの実施の形態においては、第１面及び第４面、すなわち、２つの異なるレンズの２つの面によって、メニスカスレンズ、具体的には、メニスカスレンズの光学面が実質的に構成される。この配置は、前記投影光学系、特に、コンパクトな設計、すなわち、第１対象物と第２対象物との間の設計上の長さが短く、最大直径が比較的小さいレンズを備えた設計の投影光学系において、結像特性の点で有利であることが分かっている。
【０１１５】
本発明の投影光学系によれば、コンパクトな設計、特に、第１対象物と第２対象物との間の設計上の長さが短く、かつ、最大直径が比較的小さいレンズを備える設計、並びに、色収差の低減を実現することができる。
【０１１６】
本発明の別の態様においては、２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを発生させる照明光学系と、第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる、先に述べたような本発明の投影光学系とを備えた投影露光システムが提供される。
【０１１７】
本発明の別の態様においては、２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを発生させる照明光学系と、第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる、先に述べたような本発明の投影光学系とを備えた投影露光システムを使用することと、前記２５０ｎｍよりも短い波長の光の光ビームを用いて、前記感光性基板上に前記パターニング構造を結像させることとを含む、微細構造装置の製造方法が提供される。
【０１１８】
本発明のさらに別の態様は、上述の方法によって製造された微細構造装置に関する。
【０１１９】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。
【０１２０】
図１ａは、非球面１の径方向の表面分布を、これに適合する対応最適合球面２と共に示した概略図である。点３は非球面の中心、点４は非球面の外周を示している。点５は非球面レンズの曲率の変曲点を示している。図示している非球面は回転対称であるため、変曲点５は、前記非球面上で円形状に広がっており、前記非球面は、本明細書中で使用されている意味において、変曲点を１つのみ有するものと解釈される。Δは、最適合球面２からのずれ、すなわち、前記非球面と、前記非球面に最適合する理想的な球面２との間の軸方向の距離を示している。
【０１２１】
図１ｂは、本発明に係る投影光学系の実施の形態のレンズの一部を示している。図１ｂにおいて、レンズの外側の第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角としてｕ1iが、レンズの内側の第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角としてｕ2iが、レンズの内側の第１面における、結像ビームと光軸とのなす最大角としてｕ1oが、レンズの外側の第２面における、結像ビームと光軸とのなす最大角としてｕ2oが、説明のために付されている。
【０１２２】
図２に、本発明に係る投影光学系の第１の実施の形態における光路図を示す。括弧で示されているように、第１レンズ群ＬＧ１は、３つのレンズを含み、負の屈折力を有し、第２レンズ群ＬＧ２は、４つのレンズを含み、正の屈折力を有し、第３レンズ群ＬＧ３は、５つのレンズを含み、負の屈折力を有し、第４レンズ群ＬＧ４の第１部分群ＳＧ4 １は、７つのレンズを含み、正の屈折力を有し、第４レンズ群ＬＧ４の第２部分群ＳＧ4 ２は、７つのレンズを含み、正の屈折力を有している。前記投影光学系は、全部で２６個のレンズを含んでいる。第４レンズ群ＬＧ４はまた、第１部分群ＳＧ4 １と第２部分群ＳＧ4 ２との間に開口絞りを含んでいる。
【０１２３】
レンズの厚み、レンズ材料、光学面の半径、レンズの直径等のレンズパラメータについての詳細な情報は、下記（表１）、（表２）に示されている。また、投影光学系の非球面の位置とそのパラメータは、下記（表３）に示されている。非球面は、下記式によって特徴付けられる。
【０１２４】
【数３３】
2007513372.tif 000021
【０１２５】
上記式中、
ｒは非球面の頂点における曲率半径（近軸曲率）、ｈは非球面上のある一点の光軸からの距離（すなわち、非球面の光軸からの高さ）、ｐ（ｈ）は非球面の軸方向のサグ量、すなわち、接平面から非球面の頂点までの光軸方向に沿った距離、Ｋは円錐常数、Ｃ１〜Ｃ６は非球面係数である。
【０１２６】
下記（表３）から明らかなように、投影光学系の第１の実施の形態には、１０個の非球面が含まれており、これらの非球面は全て、全体的に凹状のレンズ面に配置されている。第１の実施の形態の投影光学系は、波長１９３ｎｍの結像ビーム用に設計されている。
【０１２７】
【表１】
2007513372.tif 000022
【０１２８】
【表２】
2007513372.tif 000023
【０１２９】
【表３】
2007513372.tif 000024
【０１３０】
図２から明らかなように、第１レンズ群ＬＧ１は、２つのメニスカスレンズを含み、一方のメニスカスレンズは凹面側が第２対象物に向いており、他方のメニスカスレンズは凹面側が第１対象物の方向を向いている。第１レンズ群ＬＧ１は、負の屈折力がかなり高く、結像ビーム束の強発散の達成に、３つのレンズしか必要としない。
【０１３１】
第３レンズ群ＬＧ３によってくびれが形成されるが、このくびれはペッツヴァル補正（Petzval correction）のために必要とされる。第３レンズ群ＬＧ３は、結像ビームを強力に発散させる。第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２によって第１レンズ配置（「膨大部（belly）」）が形成され、第４レンズ群ＬＧ４によって第２レンズ配置（「膨大部」）が形成される。第４レンズ群ＬＧ４の第１部分群ＳＧ4 １に含まれる第３及び第４レンズは、いずれも凹面が第２対象物の方向を向いたメニスカスレンズであるが、これらのレンズにより、大きな偏向角が得られる。第４レンズ群ＬＧ４の第２部分群ＳＧ4 ２において、光学面４５及び４８、すなわち、第２部分群ＳＧ4 ２の第２レンズの第１面及び同部分群の第３レンズの第２面により、メニスカスレンズが形成されている。第２レンズの第２面４６及び第３レンズの第１面４７は、非常に近接して配置されている。
【０１３２】
下記（表４）に、本発明の第１の実施の形態の特性パラメータを示す。
【０１３３】
【表４】
2007513372.tif 000025
【０１３４】
上記（表１）〜（表４）から分かるように、本発明の第１、第２、第３及び第４の態様が、第１の実施の形態において実現される。
【０１３５】
図３に、本発明に係る投影光学系の第２の実施の形態における光路図を示す。括弧で示されているように、第１レンズ群ＬＧ１は、負の屈折力の３つのレンズを含み、第２レンズ群ＬＧ２は、５つのレンズを含み、正の屈折力を有し、第３レンズ群ＬＧ３は、負の屈折力の３つのレンズを含み、投影光学系のくびれを形成している。第４群ＬＧ４の第１部分群ＳＧ4 １は、４つのレンズを含み、第４レンズ群ＬＧ４の第２部分群ＳＧ4 ２は、８つのレンズを含み、第４レンズ群ＬＧ４は正の屈折力を有する。第４レンズ群ＬＧ４は、調節可能な開口絞りをさらに備え、前記開口絞りは、開口の大きさを変更する際、球形の側面上を移動可能な複数の薄板を備えている。このように、調整時に光軸上のある一定の位置に固定される開口を設ける代わりに、開口の大きさを縮小すると、球形に沿って光路へ移動するような形状及び配置とされた薄板を有する調節可能な開口絞りが設けられている。従って、第１部分群ＳＧ4 １の最終レンズと第２部分群ＳＧ4 ２の第１レンズを、互いに近接させて配置することができる。第３レンズ群ＬＧ３の最終レンズと第１部分群ＳＧ4 １の第１レンズとによって第１ダブレットが形成され、第１部分群ＳＧ4 １の第２及び第３レンズによって第２ダブレットが形成されている。レンズ面２７は、第２対象物の方向の向かって凹状となった面であり、この面では、結像ビームはかなり大きな入射角及び偏向角を示す。このレンズ面は、特に投影光学系のコマ収差及び球面収差に関し、強力な補正効果を有している。第１部分群ＳＧ4 １の最終レンズのレンズ面３１及び第２部分群ＳＧ4 ２の第１レンズのレンズ面３４により、メニスカスレンズが形成されている。第１部分群ＳＧ4 １の最終レンズもまた、結像ビームの偏向角／入射角を大きくするというその作用のため、重要なレンズとなっている。第２部分群ＳＧ4 ２における第１レンズと第２レンズとの間に、エアーレンズが形成されている。第２部分群ＳＧ4 ２の第２レンズは、高い正の屈折力を有している。
【０１３６】
レンズの厚み、レンズ材料、光学面の半径、レンズの直径等のレンズパラメータについての詳細な情報は、下記（表５）、（表６）に示されている。また、投影光学系の非球面の位置とそのパラメータは、下記（表７）に示されている。下記（表７）から明らかなように、投影光学系の第２の実施の形態には、１０個の非球面が含まれており、これらの非球面は全て、全体的に凹状のレンズ面に配置されている。
【０１３７】
下記（表８）に、本発明の第２の実施の形態の特性パラメータを示す。
【０１３８】
【表５】
2007513372.tif 000026
【０１３９】
【表６】
2007513372.tif 000027
【０１４０】
【表７】
2007513372.tif 000028
【０１４１】
【表８】
2007513372.tif 000029
【０１４２】
上記（表５）〜（表８）から分かるように、本発明の第１、第２、第３及び第４の態様が、第２の実施の形態において実現される。
【０１４３】
本発明についてある特定の実施の形態を参照しながら説明してきたが、多くの代替、修正及び変形が当業者に明らかであることは明白である。従って、本明細書において述べた本発明の例示的な実施の形態は、説明のためのものであり、いかなる点においても本発明を限定するものではない。請求項によって定められる本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１ａ】図１ａは、レンズの非球面の径方向の表面分布を示す概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、レンズの２つの面における入射角及び偏向角を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る投影光学系の第１の実施の形態における光路図である。
【図３】図３は、本発明に係る投影光学系の第２の実施の形態における光路図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007513372.tif 000049
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2007513372.tif 000051