(57)【要約】【課題】  開口数ＮＡ＞１で浸漬リソグラフィを可能にする値に達し得る非常に高い像側開口数の可能性を有する、真空紫外領域での使用に適したカタディオプトリック投影対物レンズを提供する。【解決手段】  投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズが、物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための少なくとも１つの凹面鏡を有する第２対物レンズ部分と、第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、投影対物レンズが最大レンズ直径Ｄｍａｘ、最大像視野高さＹ’、及び像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ２）であり、条件ＣＯＭＰ１＜１０が当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。【選択図】  図１
2008506159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
投影対物レンズが、最大レンズ直径Ｄｍａｘと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ２）であり、
次の条件
ＣＯＭＰ１＜１０
が当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項２】
ＮＡ＞１，２である、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項３】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されており、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されており、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項４】
ＮＬ個のレンズと、複数の中間像において連結されたＮＯＰ個の結像対物レンズ部分を有し、
ＣＯＭＰ２＝Ｄｍａｘ・ＮＬ／（Ｙ’・ＮＡ２）
ＣＯＭＰ３＝Ｄｍａｘ・ＮＬ／（ＮＯＰ・Ｙ’・ＮＡ２）
かつ、次の条件
ＣＯＭＰ２＜３００
ＣＯＭＰ３＜１００
の少なくとも１つが当てはまる、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５】
投影対物レンズが、第１非球面とこの第１非球面に直近の第２非球面を有する少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項６】
２重非球面が、２つの続いているレンズの近接した複数の非球面を向けることにより形成されている、請求項５に記載の投影対物レンズ。
【請求項７】
２重非球面の第１及び第２非球面の間で光学軸心に沿って測定された距離が、２重非球面を形成する２つのレンズのより薄い方の光学軸心に沿って測定された厚さよりも小さい、請求項６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８】
第３対物レンズ部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項６に記載の投影対物レンズ。
【請求項９】
２重非球面が、第２中間像と第３対物レンズ部分の瞳孔表面の光学的な間に位置付けられている、請求項８に記載の投影対物レンズ。
【請求項１０】
第１対物レンズ部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項６に記載の投影対物レンズ。
【請求項１１】
２重非球面が、第１対物レンズ部分の瞳孔表面又はその光学的な近傍に位置付けられている、請求項１０に記載の投影対物レンズ。
【請求項１２】
第１対物レンズ部分と第３対物レンズ部分が、２つの続いているレンズの近接した複数の非球面を向けることにより形成された少なくとも１つの２重非球面を各々有している、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１３】
第１投影対物レンズ部分が、レンズ表面を有する少なくとも１つのレンズを有しており、このレンズ表面を通過する光線の入射角度が６０°より大きい入射角度である、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１４】
レンズ表面が瞳孔表面の光学的な近くに位置付けられている、請求項１３に記載の投影対物レンズ。
【請求項１５】
第３対物レンズ部分の第１レンズとこのレンズに幾何学的に最も近い鏡の頂点との間の軸方向鏡−レンズ距離が、物表面ＯＳと像表面ＩＳの間の軸方向距離の５％よりも大きい、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１６】
全ての凹面鏡が非球面鏡表面を有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１７】
第１対物レンズ部分と第２対物レンズ部分と第３対物レンズ部分が、共通の真っ直ぐな光学軸心を共有している、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１８】
開口絞りが、第３対物レンズ部分において、収束ビームの領域の最大ビーム直径の領域と像表面の間に位置付けられている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１９】
投影対物レンズが像表面に最も近い最終レンズを有し、最終レンズが湾曲した入射表面と平面の出射表面を有する平凸正レンズであり、
最終レンズの入射表面の光学的自由直径がＤＩＡＬＬであり、入射表面の曲率半径がＲＬＬであり、光学軸心に沿って測定された入射表面と出射表面の間の軸方向距離がＴＬＬであり、
ここで、ＬＬ１＝ＴＬＬ／ＲＬＬ及びＬＬ２＝ＤＩＡＬＬ／ＲＬＬであり、
次の条件
（１）  １，１＜ＬＬ１＜２，２
（２）  ２，１＜ＬＬ２＜２，６
の少なくとも１つが当てはまる、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２０】
投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物表面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像表面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
第２対物レンズ部分が、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡を有しており、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されていて、
第１対物レンズ部分が第１Ｎ１ＡＳ個の非球面レンズを有し、
第３対物レンズ部分が第２Ｎ３ＡＳ個の非球面レンズを有し、
非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１ＡＳ／Ｎ３ＡＳが１よりも小さく、
像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項２１】
投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物表面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像表面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
第２対物レンズ部分が、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡を有し、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されていて、
第１対物レンズ部分が、第１Ｎ１ＡＳ個の非球面レンズを有し、
第３対物レンズ部分が、第２Ｎ３ＡＳ個の非球面レンズを有し、
非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１ＡＳ／Ｎ３ＡＳが０，５より小さい、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項２２】
条件ＮＡ≧１，２が像側開口数ＮＡに当てはまる、請求項２１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２３】
投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物表面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像表面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
第２対物レンズ部分が、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡を有しており、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されていて、
第１対物レンズ部分が第１Ｎ１ＡＳ個の非球面レンズを有し、条件Ｎ１ＡＳ＜３が当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項２４】
第３対物レンズ部分が第２Ｎ３ＡＳ個の非球面レンズを有し、非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１ＡＳ／Ｎ３ＡＳが１よりも小さい、請求項２３に記載の投影対物レンズ。
【請求項２５】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
投影対物レンズが、第１非球面と第１非球面に直近の第２非球面を有する少なくとも１つの２重非球面を有し、２重非球面が２つの連続するレンズの近接した複数の非球面を向けることにより形成されている、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項２６】
２重非球面の第１非球面と第２非球面の間の軸方向距離が、２重非球面を形成する２つの連続するレンズのより薄いほうの軸方向厚さよりも小さい、請求項２５に記載の投影対物レンズ。
【請求項２７】
第３対物レンズ部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項２５に記載の投影対物レンズ。
【請求項２８】
２重非球面が、第２中間像と第３対物レンズ部分の瞳孔表面の光学的な間に位置付けられている、請求項２７に記載の投影対物レンズ。
【請求項２９】
第１対物レンズ部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項２５に記載の投影対物レンズ。
【請求項３０】
２重非球面が、第１対物レンズ部分の瞳孔表面又はその光学的な近傍に位置付けられている、請求項２９に記載の投影対物レンズ。
【請求項３１】
第１対物レンズ部分と第３対物レンズ部分が、少なくとも１つの２重非球面を各々有している、請求項２５に記載の投影対物レンズ。
【請求項３２】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項２５に記載の投影対物レンズ。
【請求項３３】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
投影対物レンズが、最大レンズ直径Ｄｍａｘと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡ＞１，２と、ＮＬ個のレンズと、複数の中間像で連結されたＮＯＰ個の結像対物レンズ部分を有し、
ＣＯＭＰ１＝Ｄｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ２）
ＣＯＭＰ２＝Ｄｍａｘ・ＮＬ（Ｙ’・ＮＡ２）
ＣＯＭＰ３＝Ｄｍａｘ・ＮＬ（ＮＯＰ・Ｙ’・ＮＡ２）であり、
以下の条件
（１）  ＣＯＭＰ１＜１１
（２）  ＣＯＭＰ２＜３００
（３）  ＣＯＭＰ３＜１００
の少なくとも１つが当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項３４】
ＣＯＭＰ１＜１１かつＣＯＭＰ２＜３００である、請求項３３に記載の投影対物レンズ。
【請求項３５】
ＣＯＭＰ１＜１１かつＣＯＭＰ２＜３００かつＣＯＭＰ３＜１００である、請求項３３に記載の投影対物レンズ。
【請求項３６】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項３３に記載の投影対物レンズ。
【請求項３７】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３対物レンズ部分を有し、
開口絞りが、第３対物レンズ部分の最大ビーム直径の領域と収束ビームの領域の像表面の間に位置付けられている、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項３８】
３つの正レンズのみが開口絞りと像表面の間に設けられている、請求項３７に記載の投影対物レンズ。
【請求項３９】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項３７に記載の投影対物レンズ。
【請求項４０】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
投影対物レンズが像表面に最も近い最終レンズを有し、最終レンズが湾曲した入射表面と平面の出射表面を有する平凸正レンズであり、
ＴＬＬが光学軸心に沿って測定された入射表面と出射表面の間の軸方向距離であり、ＲＬＬが入射表面の曲率半径であり、ＤＩＡＬＬが最終レンズの入射表面の光学的自由直径であり、
ＬＬ１＝ＴＬＬ／ＲＬＬかつＬＬ２＝ＤＩＡＬＬ／ＲＬＬであり、
次の条件
（１）  １，１＜ＬＬ１＜２，２
（２）  ２，１＜ＬＬ２＜２，６
の少なくとも１つが当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項４１】
像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４２】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４３】
投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物表面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像表面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
第２対物レンズ部分が、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡を有し、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されており、
第１光学軸心長さＯＡＬ１が、物表面と物表面に幾何学的に最も近い凹面鏡の頂点の間で画定されており、第３光学軸心長さＯＡＬ３が、像表面に幾何学的に最も近い凹面鏡の頂点と像表面の間で画定されており、鏡群位置パラメータＭＧ＝ＯＡＬ１／ＯＡＬ３に条件ＭＧ＞０，７が当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項４４】
ＭＧ≧０，８である、請求項４３に記載の投影対物レンズ。
【請求項４５】
投影対物レンズの物平面に設けられたパターンを投影対物レンズの像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
少なくとも１つの凹面鏡を有していて第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
像表面の上流の８及び９個の連続するレンズのうちの少なくとも１つが、正の屈折力を有する、カタディオプトリック投影対物レンズ。
【請求項４６】
像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項４７】
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、
複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項４８】
照明系とカタディオプトリック投影対物レンズを有するマイクロリソグラフィでの使用のための投影露光系であって、投影対物レンズが請求項１に記載されたように構成されている、投影露光系。
【請求項４９】
半導体機器や他の種類のマイクロデバイスを製造するための方法であって、
予め定められたパターンを有するマスクを準備する工程と、
予め定められた波長を有する紫外光でマスクを照明する工程と、
パターンの像を、投影対物レンズの像平面の近傍に配置された感光性基質上に、請求項１に記載されたカタディオプトリック投影対物レンズを用いて投影する工程とを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物表面に配置されたパターンを像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類の投影対物レンズは、投影露光系、とくに半導体装置や他の種類のマイクロデバイスの製造に使用されるウェーハスキャナやウェーハステッパに利用されており、以後一般に「マスク」又は「レチクル」というフォトマスク又はレチクルのパターンを、感光性コーティングを有する物上に超高分解能で縮小スケールで投影するのに役立っている。
【０００３】
より微細な構造を製造する目的で、関連する投影対物レンズの像−端開口数（ＮＡ）を増加させるとともに、より短い波長、好ましくは約２６０ｎｍ未満の波長を有する紫外光を利用することが求められている。
【０００４】
しかしながら、その波長領域で要求される光学素子の製造に利用可能な充分に透過性の材料、とくに合成石英ガラスと結晶性フッ化物は、ほとんど存在しない。利用可能なこれらの材料のアッベ数は互いにかなり近いため、充分に良く色補正された（色収差のために補正された）純粋屈折性の系を提供するのは困難である。
【０００５】
リソグラフィにおいて半導体ウェーハのような平面の基質を露光するためには、平坦な（平面の）像が必須である。しかしながら、一般に光学系の像表面は湾曲しており、曲率の程度はペッツバル和により決定されている。ペッツバル和の補正は、増加された分解能で平面の表面に大きな物視野を投影することが求められている点で、より重要になっている。
【０００６】
平坦な像表面と良好な色補正を得るための１つのアプローチは、カタディオプトリック系の使用であり、これは複数のレンズのような複数の屈折素子と、鏡のような複数の反射素子の両方を組み合わせていて、好ましくは少なくとも１つの凹面鏡を有している。正の屈折力と負の屈折力のレンズが光学系での全屈折力に寄与するのに対し、表面曲率と色収差は互いに反対であり、凹面鏡は、正力レンズのような正の力を有するが、色収差に寄与することなく表面曲率に逆の効果を与える。
【０００７】
更に、大きなレンズを製造するのに充分大きな寸法の関連材料の高額な値段と、フッ化カルシウム結晶の有限の利用可能性が問題となっている。こうして、レンズの個数と寸法を減少させることを可能にして同時に結像の正確性を保持して更なる改良に寄与する手段が、望まれている。
【０００８】
少なくとも２つの凹面鏡を有する複数のカタディオプトリック投影対物レンズが提案されていて、良好な色補正と適度なレンズ量の要求を複数の系に提供している。ＵＳ  ６，６００，６０８  Ｂ１の特許は、投影対物レンズの物平面に配置されたパターンを第１中間像に結像するための第１純粋屈折対物レンズ部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、第２中間像を直接すなわち更なる中間像なしで像平面に結像するための第３対物レンズ部分を有する。第２対物レンズ部分は、中心穴を有する第１凹面鏡と、中心穴を有する第２凹面鏡を有するカタディオプトリック対物レンズ部分であり、これらの凹面鏡は互いに向いていて間に内部鏡スペース又はカタディオプトリックキャビティを画定する複数の鏡表面を有する。第１中間像は、物平面の隣の凹面鏡の中心穴内に形成されており、第２中間像は、物平面の隣の凹面鏡の中心穴内に形成されている。対物レンズは、軸方向対称性を有していて、良好な色補正を軸方向及び横方向に提供する。しかしながら、これらの凹面鏡の反射表面はそれらの穴で中断されているため、系の瞳孔は不明瞭になっている。
【０００９】
ＥＰ  １  ０６９  ４４８  Ｂ１の特許は、互いに向いた２つの凹面鏡を有するもう１つのカタディオプトリック投影対物レンズを開示している。これらの凹面鏡は、凹面鏡の近傍に位置付けられた中間像上に物を結像する第１カタディオプトリック対物レンズ部分の一部である。これは第２純粋屈折対物レンズ部分により像平面に結像される中間像に過ぎない。物は、カタディオプトリック結像系の像と同様に、互いに向いたこれらの鏡により画定された内部鏡スペースの外側に位置付けられている。２つの凹面鏡と、共通の真っ直ぐな光学軸心と、カタディオプトリック結像系によって形成されこれらの凹面鏡のうちの１つのそばに位置付けられた１つの中間像を有する複数の類似の系が、特開２００２−２０８５５１号公報と米国特許出願ＵＳ  ２００２／００２４１  Ａ１に開示されている。
【００１０】
欧州特許出願ＥＰ  １  ３３６  ８８７（ＵＳ  ２００４／０１３０８０６  Ａ１に対応する）は、１つの共通の真っ直ぐな光学軸心を有する複数のカタディオプトリック投影対物レンズを示し、その順で、中間像を生成するための第１カタディオプトリック対物レンズ部分と、第１中間像から第２中間像を生成するための第２カタディオプトリック対物レンズ部分と、第２中間像から像を形成する屈折第３対物レンズ部分を有する。各カタディオプトリック系は、互いに向いた２つの凹面鏡を有する。複数の中間像が、複数の凹面鏡で画定された複数の内部鏡スペースの外側にある。複数の凹面鏡が、複数の投影対物レンズの複数の中間像よりも、複数の瞳孔表面により近い複数の瞳孔表面に光学的に近くに位置付けられている。
【００１１】
国際特許出願ＷＯ  ２００４／１０７０１１  Ａ１は、複数のカタディオプトリック投影対物レンズを開示していて、これらは、１つの共通する真っ直ぐな光学軸心と２つ以上の中間像を有していて、ＮＡ＝１，２までの開口数で浸漬リソグラフィに適している。少なくとも１つの凹面鏡が、投影対物レンズの中間像よりも瞳孔表面のそれにより近い瞳孔表面の光学的に近くに位置付けられている。
【００１２】
Ｔ．Ｍａｔｓｕｙａｍａ、Ｔ．Ｉｓｈｉｙａｍａ、Ｙ．Ｏｈｍｕｒａによる「ニコン投影レンズアップデート」、ＳＰＩＥ５３７７．６５（２００４）予稿集、光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ、Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ提供において、カタディオプトリック投影レンズの構成例が示されていて、これは従来の屈折光学ＤＵＶ系と、ＤＵＶ系のレンズ群の間に挿入された６鏡ＥＵＶ反射光学系の組み合わせである。第１中間像は、凸面鏡の上流の反射光学（純粋反射）群の第３鏡の後方に形成されている。第２中間像が、純粋屈折（反射光学）第２対物レンズ部分により形成されている。第３対物レンズ部分は、純粋屈折性であり、ペッツバル和補正のための第３対物レンズ部分内の最小ビーム直径のウエストのところで負の屈折力を特徴付けている。
【００１３】
特開２００３−１１４３８７号公報と国際特許出願ＷＯ  ０１／５５７６７  Ａは、共通の１つの真っ直ぐな光学軸心と、第１中間像を形成する第１カタディオプトリック投影対物レンズと、中間像をこの系の像平面上に結像するための第２カタディオプトリック対物レンズ部分を有する複数のカタディオプトリック対物レンズ部分を開示している。凹及び凸面鏡が組み合わせて使用されている。
【００１４】
Ｄ．Ｄｅｊａｇｅｒによる「傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダ」、ＳＰＩＥ．Ｖｏｌ．２３７（１９８０）ｐ．２９２−２９８は、１：１望遠鏡正立リレー系の複数の素子としての２つの凹面鏡からなる複数のカメラビューファインダを開示している。この系は無限での物を実像に結像するように構成されており、これは正立であり、接眼レンズを通して見ることができる。反射光学リレー系の上流及び下流の複数の屈折系部分の複数の別体の光学軸心は、互いに平行にずれている。互いに向いた複数の凹面鏡を有する系を構成する目的で、複数の鏡は傾斜されなければならない。著者らはこの種類の物理的に実現可能な系は、低い像品質を有すると結論付けている。
【００１５】
国際特許出願ＷＯ  ９２／０５４６２及びＷＯ  ９４／０６０４７とＯＳＡ／ＳＰＩＥ予稿集（１９９４）３８９ｆｆ頁「革新的広視野双眼鏡構成」は、とくに単一の曲げられていない光学軸心を有するインライン系として構成された双眼鏡及び他の検査装置を開示している。幾つかの実施例は、光学軸心の一方の側に配置された物側鏡表面を有する第１凹面鏡と、第１鏡を向いていて光学軸心の反対側に配置された鏡表面を有する第２凹面鏡を有し、これらの凹面鏡の表面曲率は、内部鏡スペースを画定している。前方屈折群は、第１鏡の近くの第１中間像を形成し、第２中間像は２つの向かい合う鏡により形成されたスペースの外側に形成されている。垂直方向よりもより大きい水平方向にある狭い視野は、光学軸心光学軸心に対してずれて配置されている。物側屈折群はコリメートされた入力を有し、像側屈折群はコリメートされた出力を有し、テレセントリックでない入射及び出射瞳が形成される。瞳孔形状は、円形でかつ光学軸心に中心付けられなければならない複数のリソグラフィ投影レンズの瞳孔表面と違って、半円形である。
【００１６】
ＰＣＴ出願であるＷＯ  ０１／０４４６８２  Ａ１は、マンジャンミラーとして構成された１つの凹面鏡を有するウェーハ検査のためのカタディオプトリックＵＶ結像系を開示している。
【００１７】
１つの単一凹面鏡を有していて入射側及び出射側屈折結像副系の間に配置されたカタディオプトリック結像副系を有する複数のカタディオプトリック投影対物レンズ（いわゆるＲ−Ｃ−Ｒ系）が、例えば出願人により２００４年５月１７日に出願されたＵＳ出願シリアルナンバー６０／５７３，５３３に開示されている。Ｒ−Ｃ−Ｒ系の他の例が、ＵＳ  ２００３／００１１７５５、ＷＯ  ０３／０３６３６１又はＵＳ  ２００２／０１９７９４６に示されている。
【００１８】
２００５年１月１４日に出願人により（２００４年１月１４日に出願されたＵＳ仮出願６０／５３６，２４８；２００４年７月１４日に出願されたＵ．Ｓ．６０／５８７，５０４；２００４年１０月１３日に出願された６０／６１７，６７４；２００４年７月２７日に出願された６０／５９１，７７５：及び２００４年９月２４日に出願された６０／６１２，８２３に基づいて）出願された「カタディオプトリック投影対物レンズ」のＵＳ特許出願は、非常に高いＮＡを有していてＮＡ＞１で最大値ＮＡ＝１，２を有する浸漬リソグラフィに適したカタディオプトリック投影対物レンズを開示している。投影対物レンズは、物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１対物レンズ部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、第２中間像を直接像平面上に結像するための第３対物レンズ部分からなる。第２対物レンズ部分は、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡と、互いに向いていて内部鏡スペースを画定する複数の凹面鏡表面を有する。全ての凹面鏡は複数の瞳孔表面から光学的に離れて位置付けられている。系は、適度なレンズ量消費で非常に高い開口数の可能性を有する。この文献とその優先書類の全開示は、言及によりこの出願書類に含められる。
【特許文献１】ＵＳ  ６，６００，６０８  Ｂ１
【特許文献２】ＥＰ  １  ０６９  ４４８  Ｂ１
【特許文献３】特開２００２−２０８５５１号公報
【特許文献４】ＵＳ  ２００２／００２４１  Ａ１
【特許文献５】ＥＰ  １  ３３６  ８８７
【特許文献６】ＵＳ  ２００４／０１３０８０６  Ａ１
【特許文献７】ＷＯ  ２００４／１０７０１１  Ａ１
【特許文献８】特開２００３−１１４３８７号公報
【特許文献９】ＷＯ  ０１／５５７６７  Ａ
【特許文献１０】ＷＯ  ９２／０５４６２
【特許文献１１】ＷＯ  ９４／０６０４７
【特許文献１２】ＷＯ  ０１／０４４６８２  Ａ１
【特許文献１３】ＵＳ出願シリアルナンバー６０／５７３，５３３
【特許文献１４】ＵＳ  ２００３／００１１７５５
【特許文献１５】ＷＯ  ０３／０３６３６１
【特許文献１６】ＵＳ  ２００２／０１９７９４６
【特許文献１７】ＵＳ仮出願６０／５３６，２４８
【特許文献１８】Ｕ．Ｓ．６０／５８７，５０４
【特許文献１９】Ｕ．Ｓ．６０／６１７，６７４
【特許文献２０】Ｕ．Ｓ．６０／５９１，７７５
【特許文献２１】Ｕ．Ｓ．６０／６１２，８２３
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｙａｍａ、Ｔ．Ｉｓｈｉｙａｍａ、Ｙ．Ｏｈｍｕｒａによる「Ｎｉｋｏｎ投影レンズアップデート」、ＳＰＩＥ５３７７．６５（２００４）予稿集、光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ、Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ提供
【非特許文献２】Ｄ．Ｄｅｊａｇｅｒによる「傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダ」、ＳＰＩＥ．Ｖｏｌ．２３７（１９８０）ｐ．２９２−２９８
【非特許文献３】ＯＳＡ／ＳＰＩＥ予稿集（１９９４）３８９ｆｆ頁「革新的広視野双眼鏡構成」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的の１つは、開口数ＮＡ＞１で浸漬リソグラフィを可能にする値に達し得る非常に高い像側開口数の可能性を有する、真空紫外（ＶＵＶ）領域での使用に適したカタディオプトリック投影対物レンズを提供することである。もう１つの目的は、比較的少量の光学素子で構成され得るカタディオプトリック投影対物レンズを提供することである。更なる目的は、適度な寸法を有するコンパクトな高開口カタディオプトリック投影対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
これらの及び他の複数の目的に対する解決手段として、本発明は、１つの明確な記述によれば、投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズであって、
物平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための少なくとも１つの凹面鏡を有する第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
投影対物レンズが、最大レンズ直径Ｄｍａｘと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ２）であり、
次の条件
ＣＯＭＰ１＜１０
が当てはまる、カタディオプトリック投影対物レンズを提供する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
一般に、複数の投影対物レンズの複数の寸法は、像側開口数ＮＡが増加されるにつれて劇的に増加する。経験的に、最大レンズ直径Ｄｍａｘは、Ｄｍａｘ〜ＮＡｋでＫ＞１では、ＮＡの一次の増加よりも多く増加する傾向にあることが分かった。値ｋ＝２は、この出願のために使用された近似値である。更に、最大レンズ直径Ｄｍａｘは、（像視野高さＹ’により表される）像視野の寸法に比例して増加することが分かった。一次の依存性は、この出願のために仮定されている。これらの事項に基づいて、第１コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１は、次のように定義される。
【００２２】
ＣＯＭＰ１＝Ｄｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ２）
像視野高さ及び開口数の所与の値のために、第１コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１は、もしコンパクトな構成が望まれるなら、可能な限り小さくあるべきことは明らかである。
【００２３】
投影対物レンズを提供するために必要な全材料消費を考慮すれば、複数のレンズの絶対数ＮＬもまた問題となる。典型的には、少数のレンズを有する系は多数のレンズを有する系よりも好ましい。それゆえ、第２コンパクト性パラメータＣＯＭＰ２は、次のように定義される。
【００２４】
ＣＯＭＰ２＝ＣＯＭＰ１・ＮＬ
また、小さい値のＣＯＭＰ２はコンパクトな光学系を示している。
【００２５】
更に、本発明による複数の投影対物レンズは、入射側視野平面を光学的に共役した出射側視野平面に結像するための少なくとも３つの対物レンズ部分を有し、複数の結像対物レンズ部分は複数の中間像で連結されている。典型的には、レンズの個数と投影対物レンズを構成するのに必要な材料は、光学系の結像対物レンズ部分の個数ＮＯＰが大きければ大きい程、増加する。対物レンズ部分毎のレンズの個数の平均ＮＬ／ＮＯＰを可能な限り小さく維持するのが望ましい。それゆえ、第３コンパクト性パラメータＣＯＭＰ３は次のように定義される。
【００２６】
ＣＯＭＰ３＝ＣＯＭＰ１・ＮＬ／ＮＯＰ
もう一度、低光学材料消費の複数の投影対物レンズが、小さい値のＣＯＭＰ３で特徴付けられる。
【００２７】
値ＣＯＭＰ１＜１０であることは、非常にコンパクトな構成を意味している。ＣＯＭＰ１＜９．６となる値さえも、幾つかの実施例で得られている。幾つかの実施例においては、開口数が１，２より大きいが（すなわちＮＡ＞１，２）、低いコンパクト性が得られる。ＮＡ＝１，３又はＮＡ＝１，３５を有する幾つかの実施例が可能であり、超高分解能浸漬リソグラフィが可能である。
【００２８】
幾つかの実施例において、低い値の第２コンパクト性パラメータを得ることができる。幾つかの実施例において、ＣＯＭＰ２＜２６０及び／又はＣＯＭＰ２＜２４０が得られる。ＣＯＭＰ２＜２２０の複数の実施例が可能である。
【００２９】
代わりに、又は追加的に、低い値の第３コンパクト性パラメータＣＯＭＰ３が可能である。幾つかの実施例において、ＣＯＭＰ３＜８０、及び低い値のＣＯＭＰ３＜７０もまた可能である。
【００３０】
好ましい複数の実施例において、第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物レンズ部分に配置されていて、複数の瞳孔表面が、物平面と第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像平面の間に形成されていて、全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されている。
【００３１】
これらの実施例において、光学軸心の周りで中心付けられた円形の瞳孔が、中心付けられた光学系に設けられている。複数の系部分の２以上の凹面鏡が第２中間像を形成するのに寄与して設けられていて、複数の凹面鏡の使用領域は、軸方向対称照明からかなり逸脱している。好ましい複数の実施例においては、ちょうど２つの凹面鏡が設けられていて、優秀な結像品質と非常に高い開口数を得るのに充分である。１つの共通の曲げられていない（真っ直ぐな）光学軸心を有する複数の系が設けられることが可能であり、これは製造、調整及び複数のフォトリソグラフィ投影系への一体化を容易にする。平坦な折り曲げ鏡は必要ない。もっとも、１又はそれより多い平面の折り曲げ鏡がよりコンパクトな構成を得るために利用され得る。
【００３２】
全ての凹面鏡は、複数の瞳孔表面から「光学的に離れて」配置されていて、これはそれらが瞳孔表面の光学的近傍の外側に配置されることを意味している。それらは、複数の瞳孔表面よりも複数の視野表面の光学的に近くに配置されて良い。瞳孔表面から光学的に離れた（すなわち瞳孔表面の光学的近傍の外側の）好ましい位置は、光線高さ比Ｈ＝ｈＣ／ｈＭ＞１により特徴付けられて良く、ここでｈＣは主光線の高さであり、ｈＭは結像工程の外縁光線の高さである。外縁光線高さｈＭは、（光学軸心に最も近い）内部の視野地点から開口絞りのエッジへ通る外縁光線の高さであり、主光線高さｈＣは、（光学軸心から最も遠い）最外視野地点から、光学軸心に対して平行又は小さな角度で通っていて瞳孔表面位置において光学軸心と交差する主光線の高さであり、そこに開口絞りが位置付けられてよい。換言すれば、全ての凹面鏡は、主光線高さが外縁光線高さを超えている位置にある。
【００３３】
瞳孔表面から「光学的に離れた」位置は、光ビームの横断面形状が、瞳孔表面で又はそこの直近で見出される円形形状からかなり逸脱している位置である。ここで使用されるような「光ビーム」の用語は、物表面から像表面に通る全ての光線の束を表している。瞳孔表面から光学的に離れた複数の鏡位置は、光ビームの伝播方向に直交する相互に垂直な複数の方向で光ビームのビーム直径が互いから５０％より多く又は１００％逸脱した位置として定められて良い。換言すれば、複数の凹面鏡の照明された複数の領域は、円からかなり逸脱した形状を有して良く、複数のウェーハスキャナ用の複数のリソグラフィ投影対物レンズでの好ましい視野形状に対応する高アスペクト比矩形状に類似する形状を有して良い。それゆえ、１つの方向が他よりもかなり小さなコンパクトな矩形又は矩形に近い形状を有する複数の小さな凹面鏡が使用されて良い。高開口光ビームがそれゆえ複数の鏡エッジで口径食無しで系を通って案内され得る。
【００３４】
明細書を通じて、「対物レンズ部分」の用語は、投影対物レンズの結像副系を意味しており、これは副系の物表面の物を副系の物表面に光学的に共役した副系の像表面に結像可能である。副系（すなわち対物レンズ部分）により結像された物は、投影対物レンズの物表面又は中間像の物であってよい。
【００３５】
「上流」又は「下流」の用語がこの明細書において使用されているときは、これらの用語は、対物レンズの物平面から像平面に通る光ビームの光学パスに沿った複数の相対的な位置を意味する。それゆえ、第２中間像の上流の位置は、物平面と第２中間像の光学的に間の位置である。
【００３６】
「中間像」の用語は、一般に完全光学系により形成されて物表面と光学的に共役した表面に配置された「近軸中間像」を意味する。それゆえ、中間像の配置や位置に言及がなされるときは、物表面と光学的に共役したこの表面の軸方向の配置を意味する。
【００３７】
本発明のもう１つの面によれば、投影対物レンズの物表面に設けられたパターンを投影対物レンズの像表面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズが、
物表面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物レンズ部分と、
第２中間像を像表面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、
第１連続鏡表面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡表面を有する第２凹面鏡が、第２中間像の上流に配置されており、
複数の瞳孔表面が、物平面及び第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像表面の間に形成されており、
全ての凹面鏡が瞳孔表面から光学的に離れて配置されており、
第１対物レンズ部分が第１Ｎ１ＡＳ個の非球面レンズを有し、
第３対物レンズ部分が第２Ｎ３ＡＳ個の非球面レンズを有し、
非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１ＡＳ／Ｎ３ＡＳが１よりも小さく、
像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい。
【００３８】
製造の観点から、複数の球面レンズ表面のみの複数のレンズを有することが望まれるが、一定数の非球面レンズが像収差の充分な補正を得るために要求されるのは明らかである。第３対物レンズ部分が第１対物レンズ部分よりも多い非球面レンズを有する構成は、投影対物レンズにおける非球面レンズの個数ＮＡＳを限界量を超えて増加させることなく良好な補正状況を得る可能性を有し、そこでは複数の非球面レンズの製造は、製造されるべき複数の非球面レンズの大きい数ゆえに、決定的な問題となることが分かった。
【００３９】
幾つかの実施例において、第１対物レンズ部分は複数の球面レンズのみを有し、Ｎ１ＡＳ＝０となるようになっている。全て球面の複数の屈折対物レンズ部分は、とくに製造容易である。全て球面の第１対物レンズ部分は、１又はそれより多い非球面レンズ、例えば１又は２又は３又は４又は５のレンズを有する第３対物レンズ部分と組み合わせられて良い。好ましくは条件１≦Ｎ３ＡＳ≦７が満たされる。
【００４０】
好ましくは、第１対物レンズ部分は、わずか４つの非球面レンズを有し、すなわちＮ１ＡＳ≦４である。
【００４１】
第１対物レンズ部分は、多くの場合、少数のレンズで構成されることが可能であり、これによりとくに軸方向における第１対物レンズ部分のレンズ材料消費とコンパクトな寸法が最適化されることが分かった。幾つかの実施例において、第１対物レンズ部分は、わずか５つのレンズを有し、第１対物レンズ部分のレンズの個数Ｎ１Ｌは、条件Ｎ１Ｌ≦５を満たすようになっている。Ｎ１Ｌ＝４を有する複数の実施例が可能である。もっとも、Ｎ１Ｌ＝５が多くの場合好ましいようである。
【００４２】
幾つかの実施例において、第１対物レンズ部分は複数の正レンズのみを有し、これにより、第１中間像の形成が、第１対物レンズ部分で小さな最大レンズ直径で達成され得る。他の複数の実施例において、少なくとも１つの負レンズが、とくに第１対物レンズ部分内の補正を改善するために有益だろう。ちょうど１つの負レンズがその目的のためにしばしば好ましい。負レンズは、像側で凹形のレンズ表面を有して良く、第１対物レンズ部分の瞳孔表面と第１中間像の間に設けられて良い。
【００４３】
複数のレンズ、複数の鏡及び／又は複数の板の本質的に平らな面、複数のプリズム等のような複数の光学素子に設けられた複数の非球面が、光学系の補正状況と全寸法と材料消費を改善するのに利用され得る。幾つかの実施例において、投影対物レンズは、第１非球面と、第１非球面の直近の第２非球面を有する少なくとも１つの「２重非球面」を有し、これにより、伝播するビームが、中間の球面又は平面状の表面を通過することなく、２つの非球面を通過することが可能となる。
【００４４】
２重非球面は、非球面入射表面と非球面出射表面を有する両非球面レンズの構造を有して良い。幾つかの好ましい実施例において、２重非球面は２つの続いているレンズの近接した非球面を向けることにより形成される。これにより、入射及び出射側の両方で複数の非球面により画成された「エアスペース」を得ることができる。「エアスペース」は、屈折率ｎが約１である別のガスのエアで満たされ得る。２重非球面の複数の非球面が続いている複数のレンズの複数のレンズ表面を向いて分散されている所では、複数の非球面は、もし望まれるなら非常に近くに一緒に位置付けられ得る。２重非球面の第１及び第２非球面の間で光学軸心に沿って測定された光学的距離は、それゆえ２重非球面を形成する複数の連続するレンズのうちのより薄いものの（光学軸心に沿って測定された）厚さよりも小さくてい良い。屈折力の複合放射分布は、こうして光学軸心に沿った軸方向に狭い領域で画定された位置で、得られることが可能である。
【００４５】
幾つかの実施例において、第３対物レンズ部分は、少なくとも１つの２重非球面を有する。好ましくは、この２重非球面は、第２中間像と第３対物レンズ部分の瞳孔表面の光学的な間に位置付けられ、これにより好ましくは一般に発散するビームの領域での光線角度に影響を与える。第２の２重非球面がこの対物レンズ部分に設けられて良い。
【００４６】
代わりに、又は組み合わせて、第１対物レンズ部分は、少なくとも１つの２重非球面を有してよい。２重非球面は第１対物レンズ部分内に設けられるところで、第１対物レンズ部分の２重非球面が第１対物レンズ部分の瞳孔表面又はその光学的な近くに位置付けられるとき、有益であることが分かった。
【００４７】
先に述べられたように、複数のレンズにおいて多数の非球面を回避することは、投影対物レンズの製造を容易化することに寄与するだろう。一定の条件下で、単一の非球面の補正作用は、１又はそれより多い球面で近似されることが可能であり、そこでは大きい入射角度の光線がその表面で生じている。幾つかの実施例において、第１対物レンズ部分は、レンズ表面を有する少なくとも１つのレンズを有し、そこでそのレンズ表面を通過する光線の入射角度は、６０°より大きな入射角度を有する。好ましくは、その表面は瞳孔表面に光学的に近くて良い。この場合の入射の角度（入射角度）は、レンズ表面に光線が入射する地点でのレンズ表面の法線とその光線で囲まれた角度で定義される。この種の高入射角度表面は、非球面の数を減少させるために用いられて良い。
【００４８】
先の及び他の特性は、特許請求の範囲だけでなく、明細書及び図面にも見出すことが可能であり、個々の特徴は、単独又は組み合わせで、本発明の実施例のように又は他の分野で使用されてよく、有利で特許可能な実施例を個別に表現して良い。
【実施例】
【００４９】
以下に示す本発明の好ましい実施例の説明において、「光学軸心」の用語は、関連する複数の光学素子の複数の曲率中心を通過する直線又は直線部分の連続をいうものとする。光学軸心は、複数の折り曲げ鏡（複数の偏向鏡）又は他の複数の反射表面により折り曲げられる。ここで表現された複数の例において、関連する物は、集積回路のパターン又は何らかの他のパターン、例えば格子パターンを支えるマスク（レチクル）である。ここで表現された複数の例において、物の像は、フォトレジストの層で覆われた基質として役立つウェーハ上に投影される。複数の液晶ディスプレイ又は複数の光学格子のための複数の基質のような他の複数の種類の基質もまた実現可能である。
【００５０】
複数の表が設けられていて図面に示された構成の仕様を示しており、その表又は複数の表は、複数の図面と同一の数字により示されている。複数の図面において対応する複数の構成は、理解を容易にするため類似又は同一の複数の参照符号で示されている。複数のレンズが示されていて、Ｌ３−２は、（光伝播方向で見たとき）第３対物レンズ部分の第２レンズを意味する。
【００５１】
図１は、約１９３ｎｍ紫外作動波長のために構成された本発明によるカタディオプトリック投影レンズ１００の第１実施例を示す。これは、平坦な物表面ＯＳ（物面）に配置されたレチクル上のパターンの像を、平坦な像表面ＩＳ（像面）に例えば４：１の縮小スケールで投影するために構成されており、ちょうど２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を生成している。第１屈折対物レンズ部分ＯＰ１は、物表面のパターンを第１中間像ＩＭＩ１に拡大スケールで結像するために構成されている。第２反射光学（純粋反射）対物レンズ部分ＯＰ２は、ＩＭＩ２を１：１に近い倍率で結像する。第３屈折対物レンズ部分ＯＰ３は、第２中間像ＩＭＩ２を像表面ＩＳ上に強い縮小比で結像する。第２対物レンズ部分ＯＰ２は、物側を向いた凹面鏡表面を有する第１凹面鏡ＣＭ１と、像側を向いた凹面鏡表面を有する第２凹面鏡ＣＭ２を有する。これらの鏡表面は両方とも連続的又は完全であり、すなわちそれらは穴又は孔を有していない。これらの互いに向いた鏡表面は、カタディオプトリックキャビティを画定し、これは内部鏡スペースとも呼ばれていて、複数の凹面鏡によって画定された複数の曲面により囲まれている。中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２は、複数の鏡表面から充分離れていて、カタディオプトリックキャビティの内側に両方とも設けられる。
【００５２】
凹面鏡の各鏡表面は、「曲率表面」又は「曲率の表面」を画定し、これは、物理的鏡表面の複数のエッジを越えて延びていて、鏡表面を有する数学的表面である。第１及び第２凹面鏡は、回転対称の共通の軸心を有する複数の回転対称曲率表面の複数の部分である。
【００５３】
対物レンズ１００は、回転対称であり、全ての屈折及び反射光学コンポーネントに共通な１つの真っ直ぐな光学軸心ＡＸを有する。折り曲げ鏡は存在しない。複数の凹面鏡は、小さな直径を有していて、それらを一緒に近くに置いてそれらの間にある複数の中間像のかなり近くに置くことを可能にしている。これらの凹面鏡は両方とも複数の軸方向対称表面の軸ずれ部分として構成されて照明される。光ビームは、口径食なしで、光学軸心を向いたこれらの凹面鏡のエッジのそばを通過する。
【００５４】
投影対物レンズ１００は、例えば純水のような高率浸漬流体と共同で使用されるとき、像表面ＩＳに最も近い対物レンズの出射表面と像表面ＩＳの間で、像側開口数ＮＡ＝１，２を有するλ＝１９３ｎｍの浸漬対物レンズとして構成されている。屈折第１対物レンズ部分ＯＰ１は、複数の球面レンズのみを有する。凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２は両方とも非球面鏡である。第３対物レンズ部分ＯＰ３は、その対物レンズ部分の瞳孔表面Ｐ３の位置（結像の主光線ＣＲが光学軸心ＡＸと交差する場所）の近くの１つの非球面（レンズＬ３−９の入射表面）と、最終の像側平凸レンズＬ３−１３の直ぐ上流にある最終から２番目のレンズＬ３−１２の出射側の第２非球面を有する。最終レンズは、投影対物レンズの操作時において浸漬流体と接触し、この明細書において「浸漬レンズ」とも呼ばれる。投影対物レンズは全ての収差に対して充分に補正されるわけではないが、それは第３レンズ部分に全て置かれた少数の非球面レンズ（ＮＡＳ＝２）で結像が可能であることを示している。
【００５５】
図２は、全て球面の第１対物レンズ部分ＯＰ１と第３対物レンズ部分ＯＰ３の１つだけの非球面レンズＬ３−４を有する対物レンズ２００の第２実施例を示す。開口絞りＡＳは、第３対物レンズ部分のその瞳孔表面ＰＳ３の領域に設けられている。良く補正された位置は第１対物レンズの開口絞りのために必要ではなく、これはこの場合４つのレンズだけからなり、全てのレンズが正の球面レンズである。これにより第１対物レンズ部分の非常に単純でコンパクトな構成が得られる。
【００５６】
投影対物レンズ２００は、高率浸漬流体、例えば純水と共同して使用されるとき、対物レンズの出射表面と像表面の間で、像側開口数ＮＡ＝１，２０を有するλ＝１９３ｎｍの浸漬レンズとして構成されている。この構成のための仕様が表２にまとめられている。最も左の欄は、屈折、反射、又は他に明示された表面の番号を示し、第２欄は、その表面の半径ｒ[ｍｍ]を示し、第３欄は、光学素子の「厚さ」と呼ばれるパラメータである表面と次の表面の間の距離ｄ[ｍｍ]を示し、第４欄はその光学素子を製造するために用いられた材料を示し、第５欄はその製造のために使用された材料の屈折率を示す。第６欄は、光学素子の光学的に利用可能な明確な有効半径[ｍｍ]を示す。表中の半径ｒ＝０は、（無限半径を有する）平坦な表面を意味する。
【００５７】
この特定の実施例の場合においては、３つの表面（表面９、１０、１８）が非球面である。表２Ａはこれらの非球面のための関連データを示し、そこから、それらの表面図形のサジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）が高さｈの関数として次の式を用いて算出され得る。
【００５８】
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ２）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）２ｈ２））］＋Ｃ１・ｈ４＋Ｃ２・ｈ６＋．．．．，
ここで半径の逆数（１／ｒ）は、表面頂点での当該表面の曲率であり、ｈは光学軸心からその地点までの距離である。サジッタ又は上昇高さｐ（ｈ）は、こうして、ｚ方向に沿って、すなわち光学軸心に沿って計測された当該表面の頂点からその地点までの距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表２Ａに示されている。
【００５９】
この実施例において、非球面凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２に加えて少数のレンズ（ＮＬ＝１３）と１つの非球面レンズ（Ｌ３−４）のみで、多くの収差が高度に補正されるのは注目に値する。とくに全ての３次及び５次収差がゼロである。テレセントリシティの変化は、その視野に渡って補正される。高次（７次以上）の歪曲がその視野に渡って補正される。像側での瞳孔収差が補正されて、像側開口数ＮＡ＝１，２がその視野に渡って一定であるようになっている。２つの実光線は軸心上で補正され、４つの開口光線は中間像地点で補正される。高次（７次以上）の非点収差が視野のエッジと中間像地点で補正される。この補正状況は、（焦点レンズ群として作動する）第３レンズ部分のレンズ直径がかなり小さい対物レンズで得られ、最も大きいレンズで直径２１８ｍｍである。第３対物レンズ部分の第１レンズＬ３−１は、幾何学的に最も近い鏡（第１凹面鏡ＣＭ１）の頂点に対して比較的大きな幾何学的距離を有し、そこでその軸方向鏡レンズ距離ＭＬＤは９０ｍｍである。これは物表面ＯＳと像表面ＩＳの間の軸方向距離の約７．５％であり、この物−像距離は「トラック長さ」とも呼ばれる。像側第１凹面鏡ＣＭ１と第３対物レンズ部分の第１レンズの間の大きな幾何学的距離ＭＬＤは、第３対物レンズ部分における小さなレンズ直径に寄与する。
【００６０】
像側の最終レンズＬ３−９（浸漬レンズ）は、短い半径（５０ｍｍ）の球状入射表面を有しており、これにより小さな入射角度がその表面で得られる。
【００６１】
この構成は、残留収差に関して最適化されることが可能であり、そこではより高次のペッツバル曲率とより高次のサジッタ軸外球面収差が支配的であるのが明らかである。第１対物レンズ部分に１つのレンズを加えること及び／又は１以上の更なる非球面を設置することが、残留収差を減少させるのに寄与する。図２の構成の更なる発展の例が図３に示されており、そこで像側の凹形表面を有するメニスカスレンズとして構成された追加の負レンズＬ１−４が、その瞳孔表面Ｐ１と第１中間像の間で第１対物レンズ部分に加えられている。この修正は、先述の残留収差を補正することを可能にする。この例は、とりわけ、基本的な構成が、少数のレンズと少数の非球面レンズを有する全体的に単純な構成で、結像エラーを補正するための高い柔軟性を可能にすることを例示している。
【００６２】
投影対物レンズ４００の第４実施例が図４に示されており、その仕様が表４と４Ａに与えられている。図２及び３の実施例と同様に、１つだけの非球面レンズ、すなわち非球面出射表面を有する正のメニスカスレンズＬ３−４が存在し、この系において、その対物レンズ部分の瞳孔表面Ｐ３に光学的に近い開口絞りＡＳの最も大きなビーム直径上流の領域で、第３対物レンズ部分ＯＰ３に置かれている。第１対物レンズ部分ＯＰ１は、全て球面であり、Ｐ−Ｐ−Ｐ−Ｎ−Ｐのシーケンスの負レンズＬ１−４を１つだけ有し、ここで「Ｐ」は、正レンズを意味し、「Ｎ」は負レンズを意味する。構成の観点から、像側凹面鏡ＣＭ１と第３レンズ部分ＯＰ３の第１レンズＬ３−１の間の大きな軸方向距離が明らかであり、この距離ＭＬＤは、トラック長さの１０％よりも大きい。
【００６３】
図５は、図３及び４の系の変形例を示し、そこでは主に第１対物レンズ部分ＯＰ１における僅かな修正が、改良された補正に活用されている。図５の結果としての構成は、２つの視野地点を有し、これらは非点収差とペッツバル曲率の両方のために補正され、非点収差を有さない視野ゾーンが焦点の合った状態となる。
【００６４】
本発明のより好ましい構成において、視野に対する歪曲、非点収差、ペッツバル曲率及びテレセントリシティ変化は、（リレー系として役立って第１中間像ＩＭＩ１を形成する）第１対物レンズ部分ＯＰ１の同様な構成と複数の非球面鏡に加えて２、３のみの球面レンズで、非常に高次に全て補正され得る。
【００６５】
２つの非球面鏡ＣＭ１、ＣＭ２は、少数の非球面レンズで良好な補正を得るのに重要なのが明らかである。２つの非球面鏡は、一般に、歪曲及びテレセントリシティ変化のような２つの主光線収差のために非常に高次に補正される構成を可能にする。もし２つの非球面鏡が正確に設定されるなら、これらの２つの収差がこれらの鏡により正確に補正され得る。１つの注目に値する点は、追加的に、全て球面の第１対物レンズ部分ＯＰ１で非点収差とペッツバル曲率が高度に補正され得ることである。
【００６６】
少なくとも３つの特徴があり、それらは、単独で又は組み合わせで、収差補正に関して構成種類の正の特性に寄与し得るのが明らかである。１つの観点は、凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２が同一又はほぼ同一である他の実施例と比較して、複数の凹面鏡は、好ましくは半径に関して非常に異なっていてよいことである。更に、中間像ＩＭＩ１及び／又はＩＭＩ２での多くのコマが、少数の非球面レンズで補正を容易にすることが明らかである。また、像側凹面鏡ＣＭ１の頂点と第３対物レンズ部分の第１レンズの間の著しく大きなエアスペース（鏡−レンズ距離ＭＬＤ）は、有益な特性に寄与するのが明らかである。
【００６７】
物側及び像側及び／又は投影対物レンズ、すなわち第１対物レンズ部分ＯＰ１および第３対物レンズ部分ＯＰ３は、独立して構成され得ることも明らかである。とくに、第３対物レンズ（焦点レンズ群）は、視野収差に多くの注意を払うことなく、開口収差のために構成されることが可能であり、構成に関して比較的単純である第１対物レンズ部分は、視野収差を補償するために構成されることが可能であり、その補償は複数の非球面レンズ無しで、又は少数の非球面レンズのみで、例えば１つの非球面レンズのみで、得られるだろう。
【００６８】
先の複数の実施例は、４つ又は５つのレンズのみのかなり単純な第１対物レンズ部分を有して利用可能であり、そこで全てのレンズが球面であって良いことを示している。このようなかなり単純なリレーレンズ群は、極めて高次に視野収差の補正を与えることができる。開口収差は好ましくは第３レンズ部分で補正され、これはわずか２、３の非球面でかなり単純な構成を有して良く、第３対物レンズ部分における非球面レンズの個数は、好ましくは第１対物レンズ部分における非球面レンズの個数よりも大きい。
【００６９】
図６及び７は、密接に関連した実施例６００、７００を示し、そこで屈折第１及び第３対物レンズ部分における非球面レンズの個数は、先の実施例と比較したときに増加されている。対物レンズ７００の仕様は、表７及び７Ａに与えられている。開口収差に関する改良が得られる。とくに、７つの非球面レンズが使用され、そこでＮ１ＡＳ＝２及びＮ３ＡＳ＝５であり、非球面レンズ比ＡＳＲ＝０．４となっている。第１対物レンズ部分ＯＰ１において２つの非球面レンズＬ１−２及びＬ１−５を有する図６の構成は、その視野に渡って５ミリ波の波面収差を有する。
【００７０】
１つの２重非球面ＤＡが、第３対物レンズ部分ＯＰ３に設けられていて、著しく増大するビーム直径の領域で、第２中間像ＩＭＩ２と対物レンズ部分の瞳孔表面Ｐ３の光学的な間にある。２重非球面は、正レンズＬ３−６の非球面出射表面と、そこの直近に続く正メニスカスレンズＬ３−７の非球面入射表面により形成されている。２つの非球面の軸方向距離は、２重非球面の近傍のより薄いレンズＬ３−７の厚さよりも小さく、非球面は直近にある。これにより、屈折力の合成放射分布は、ビームの特定領域で得られるようになっており、こうして像の補正に強く寄与する。
【００７１】
図８及び９は、実施例８００、９００を非常に似た構成で示す。投影対物レンズ９００の仕様が表９、９Ａに与えられている。像側開口数ＮＡ＝１，２であり、約６ミリ波の波面誤差が６つの非球面レンズのみで得られ、そこで１つの非球面レンズ（瞳孔表面Ｐ１の近くに置かれた像側凹形表面を有する正メニスカスＬ１−５）が第１対物レンズ部分に設けられ、残りの５つの非球面レンズは、第３対物レンズ部分ＯＰ３内に分散されている。これらの非球面レンズは、両凹負メニスカスＬ３−２と、レンズペアＬ３−５、Ｌ３−６により形成された２重非球面ＤＡと、開口絞りＡＰに近い両凸正レンズＬ３−９と、開口絞りと像表面ＩＳの間の正レンズＬ３−１０を有する。図８の光線分布に示されるように、第１対物レンズ部分ＯＰ１により形成されたリレー部分の前方瞳孔は、かなり良く補正される。中間像ＩＭＩ１及びＩＭＩ２の両方にとってコマ収差がほとんど又は全く無い焦点領域（低コマ中間像）であるのは明らかである。低コマ中間像ＩＭＩ２は、入射側にある厚い正レンズＬ３−１と、第１レンズＬ３−１及び開口絞りＡＳの僅かに上流の最大ビーム直径の領域で重要なウエストＷ（すなわちビーム直径のくびれ領域）を有する屈折対物レンズ部分ＯＰ３で、像表面上に再度焦点合わせされる。２重非球面ＤＡは、ウエストと開口絞りＡＳの間の発散ビーム内に設けられている。
【００７２】
図１０の投影対物レンズ１０００は、幾つかの点において、図８及び９に示された実施例の変形として考えられて良い。その仕様が表１０、１０Ａに与えられている。第３対物レンズ部分ＯＰ３は、５つの非球面レンズを有し、実施例８００及び９００と比較したとき、比較的類似の構成および位置付けを有するが、第１対物レンズ部分ＯＰ１に非球面レンズはなく、ＮＡＳ＝５となっている。注目すべきことに、正レンズの直ぐ下流での物側凹形表面を有する負メニスカスレンズＬ１−７と像側両凸正レンズＬ１−６からなる全て球面のダブレットが、瞳孔表面Ｐ１の近くに位置付けられている。正レンズＬ１−６から出射してそれに続く負レンズＬ１−７に入射する光線の高い入射角度がこの領域に与えられ、そこで入射角度は６０°より大きい角度を有している。急激な傾斜変化を有する非球面を製造することの困難性を有する実施例８００、９００の非球面レンズＬ１−５の光学的効果は、かなり高い入射角度（６０°−６５°の範囲）を使用して、第１対物レンズ部分ＯＰ１の瞳孔表面の近くの同様な領域で、少なくとも部分的にシミュレートされ得ることが明らかである。ダブレットレンズＬ１−６、Ｌ１−７の球面の製造はより容易であるため、時には、高い入射角度が生じる１以上のレンズ表面で非球面レンズを置き換えることにより、製造可能性が改良され得る。
【００７３】
非球面を複数の球面で置き換えることが考慮されるとき、最も重要なことはベースの球面曲率であるのは明らかである。球面ダブレットは、それゆえ、非常に高次の非球面でさえも、非球面を置き換えできるだろう。
【００７４】
実施例１０００の複数の変形例の補正状況が、その視野に渡って４、５及び６ミリ波の間にある。これが示唆していることは、この補正が全て球面の第１対物レンズ部分ＯＰ１で得られることが可能であり、良好な性能を得るために充分な構成は、多くの非球面レンズを必要としないことである（ここでは５つのレンズ非球面のみ）。
【００７５】
カタディオプトリック投影対物レンズ１１００の仕様は、表１１、１１Ａに与えられている。実施例は、互いに非常に近い２つのかなりの強度の非球面レンズ表面を有する「２重非球面」が、非常に強力な構成コンポーネントであって良いことを示す良い例である。ここで、レンズＬ３−４及びＬ３−５により形成される２重非球面ＤＡは、例えば図８、９、及び１０で示される実施例と同様に、第３対物レンズ部分ＯＰ３内で増加するビーム直径の領域で与えられる。加えて、レンズＬ１−５及びＬ１−６の表面を向けることによって形成された第２の２重非球面ＤＡは、前方瞳孔、すなわち第１対物レンズ部分ＯＰ１の瞳孔表面Ｐ１の光学的な近くに存在する。この実施例において、ＮＡＳ＝８、Ｎ１ＡＳ＝３及びＮ３ＡＳ＝５である。補正は、開口絞りＡＳに近い第３対物レンズ部分に与えられる２２０ｍｍの最大レンズ直径で、ＮＡ＝１，２で約２，５ミリ波のみである。これは、少数の非球面レンズで良好な光学的性能を得るこの構成の可能性を例示している。
【００７６】
図１２は、（先の例におけるＮＡ＝１，２の代わりに）ＮＡ＝１，３を有するλ＝１９３ｎｍの浸漬対物レンズを示す。（第３対物レンズ部分ＯＰ３内で開口絞りＡＳの直ぐ上流で与えられた）最大レンズ直径は２７０ｍｍである。Ｎ１ＡＳ＝２及びＮ３ＡＳ＝６を有するちょうど８個の非球面レンズがある。これらは、レンズＬ３−４及びＬ３−５により形成され、第３対物レンズ部分のウエストＷと、開口絞りＡＳの間の発散ビームの領域に位置付けられた１つの２重非球面ＤＡを有する。視野半径は６６ｍｍである。補正はその視野に渡って約４から６ミリ波である。その構成は、厳密にテレセントリックな入力を仮定している。複数の中間像における光線の構成から、複数の中間像において大量のコマが存在するのは明白である。
【００７７】
ＮＡ＝１，３を有するカタディオプトリック浸漬対物レンズ１３００の更なる実施例が図１３に示されている。その仕様は表１３、１３Ａに与えられている。ＮＡＳ＝１０、Ｎ１ＡＳ＝４及びＮ３ＡＳ＝６である。像側開口数ＮＡ＝１，３は対物レンズ１２００のそれに対応しているが、最大レンズ直径は、（実施例１２００における２７０ｍｍの代わりに）２５０ｍｍに過ぎない。依然として、波面誤差はその視野に渡ってのみ４ミリ波である。再び、その構成は、現実の絞りの欠如により特徴付けられていて、テレセントリックな入力が要求されるようになっている。再び大量のコマが複数の中間像のところで与えられている。
【００７８】
図１４におけるカタディオプトリック浸漬対物レンズ１４００（仕様は表１４及び１４Ａで与えられる）は、ＮＡ＝１，３と比較的小さい最大レンズ直径を有する高ＮＡカタディオプトリック浸漬対物レンズのもう１つの例であり、その最大レンズのレンズ直径は２５０ｍｍに過ぎない。１１のうちの４つの非球面レンズが第１対物レンズ部分ＯＰ１に与えられていて、残りの７つの非球面レンズは第３対物レンズ部分内で分散されている。先の複数の構成と比較したとき、複数の非球面レンズの製造可能性は、全ての非球面レンズ表面が１，０ｍｍ未満で球面から変形しており、各非球面に対して１５０ｍｍより大きい局在非球面半径を有することにより改良されている。３つの２重非球面が設けられる。１つの２重非球面ＤＡは、第１対物レンズ部分ＯＰ１内で瞳孔表面Ｐ１に位置付けられたレンズＬ１−６及びＬ１−７により形成されていて、かなり高い入射角度を有するように構成されており、これは短い局在非球面半径（これは製造がより困難である）と同様な効果を有するのが明らかである。第３対物レンズ部分ＯＰ３には２つの２重非球面ＤＡ、すなわち第３対物レンズ部分内で最小レンズ直径の領域の負レンズＬ３−１、Ｌ３−２の表面を向けることにより形成された１つの２重非球面と、最大ビーム直径の領域と像表面ＩＳの間に位置付けられた開口絞りＡＳと第２中間像ＩＭＩ２の間の最大ビーム直径増加の領域でレンズＬ３−３及びＬ３−４の表面を向けることにより形成された次の２重非球面がある。図１１から１３の実施例のように、大量のコマが中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２に存在する。
【００７９】
図１５におけるカタディオプトリック浸漬対物レンズ１５００（仕様は表１５及び１５Ａ）は、図１４に示された実施例の変形である。対物レンズ１５００に存在する複数のレンズの寸法及び種類は、本質的に同じである。追加の両凸正レンズＬ３−１が第２中間像ＩＭＩ２の直後に導入されていて、これにより第３対物レンズ部分ＯＰ３の入射側に正の屈折力を提供するという点で、違いがある。ＮＡ＝１，３での良好な性能が得られる。
【００８０】
基本構成は、ＮＡ＝１，３で、より高い像側開口数の可能性を有する。図１６におけるカタディオプトリック浸漬対物レンズ１６００（仕様は表１６及び１６Ａ）は、図１５の構成に基づいているが、ＮＡ＝１，３５を得るために最適化されている。この実施例におけるように、第１対物レンズ部分には１０のレンズ（４つの非球面レンズを有する）が、第３対物レンズ部分には１２のレンズ（７つの非球面レンズを有する）がある。これらのレンズの基本的な種類は同じであるが、レンズ厚さ、表面半径及びレンズ位置は僅かに異なる。開口数が増大するにつれて、開口絞りＡＳを、第３対物レンズＯＰ３において最大ビーム直径の領域（両凸レンズＬ３−８）と像表面ＩＳの間で強く収束するビームの領域に置くのが有益であることが明らかである。ここで、３つの正レンズのみが、開口絞りと像表面の間に置かれる。
【００８１】
所望の開口数が高ければ高いほど、第２対物レンズ部分ＯＰ２を像表面の幾何学的に近くに置くのが有益だろう。便宜のために、第２対物レンズ部分ＯＰ２は、好ましくは２つの非球面凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２だけからなり、以下で「鏡群」とも呼ばれる。この特徴を明らかにする目的で、第１光学軸心長さＯＡＬ１が物表面に幾何学的に最も近い凹面鏡ＣＭ２の頂点と物表面ＯＳの間に定められ、第３光学軸心長さＯＡＬ３が像表面に幾何学的に最も近い凹面鏡（ＣＭ１）の頂点と像表面の間に定められる（図１６を参照）。この定めに基づいて、鏡群位置パラメータＭＧ＝ＯＡＬ１／ＯＡＬ３が定められ、ここでこの値がより大きくなる傾向があると、更に鏡群が投影対物レンズの像側に位置付けられる傾向がある。表１７において、ＯＡＬ１、ＯＡＬ３及びＭＧの値は、ここで説明された全ての実施例をまとめたものである。これらのデータに基づけば、鏡群位置パラメータＭＧ＞０，７は、高い像側開口数を得る目的で望ましいことは明らかである。好ましくは、ＭＧ≧０，８である。より好ましくは、ＭＧ≧０，９である。
【００８２】
ここで説明された各投影対物レンズは、高ＮＡ像側端部を有し、そこで投影放射は出射表面ＥＳのところで投影対物レンズを出ているが、これは、像表面ＩＳに配置された平坦な基質表面と出射表面の間で均一な距離を可能にする目的で、好ましくは平坦である。像表面に最も近くて出射表面ＥＳを形成するレンズは、ここで「最終レンズ」ＬＬと呼ばれる。好ましくは、最終レンズは、たいていの実施例で球面状に湾曲した入射表面ＥＮＳと平坦な出射表面を有する平凸正レンズである。高ＮＡを得る目的で、湾曲した入射表面ＥＮＳにより提供された大きな屈折力が可能な限り像表面に近くに配置されるように、最終レンズを構成するのが有益であることが分かった。更に、強い曲率、すなわち最終レンズＬＬの入射表面ＥＮＳの小さい曲率半径が望ましいのが明らかである。もしＴＬＬが光学軸心上の最終レンズの厚さ（すなわち光学軸心に沿って測定された入射表面ＥＮＳと出射表面ＥＳの間の軸方向距離）であり、ＲＬＬが最終レンズの物側頂点半径（すなわち入射表面ＥＮＳの半径）であり、ＤＩＡＬＬが最終レンズの入射表面の光学的自由直径である場合、パラメータＬＬ１＝ＴＬＬ／ＲＬＬとＬＬ２＝ＤＩＡＬＬ／ＲＬＬは好ましくは複数の一定の範囲内に入るべきである。とくに、もし条件１，１＜ＬＬ１＜２，２がＬＬ１に当てはまるなら、それが有益であることが分かった。好ましくは、上限は、１，８又は１，７又は１，６より更に小さくても良い。パラメータＬＬ１は、曲率の中心又は入射表面が出射表面と一致する半球レンズで１になるため、ＬＬ１に関する条件は、湾曲した入射表面の曲率の中心が最終レンズの外側にとくに像表面を越えて存在する、非半球の最終レンズが好ましいことを示している。
【００８３】
交替的に、又は追加的に、条件２，１＜ＬＬ２＜２，６は、好ましくはＬＬ２に当てはまるべきである。上限はより小さくすることができ、例えば２，５又は２，４又は２，３である。ＬＬ１及びＬＬ２のためのそれぞれの値が表１８に示されている。もし上記条件の少なくとも１つが当てはまるなら、最終レンズの湾曲した入射表面で与えられる強い正の屈折力が像表面の近くに与えられ、これにより大きな像側開口数ＮＡが、とくにＮＡ＞１，１又はＮＡ＞１，２で、ＮＡ＝１，３又はＮＡ＝１，３５のように、得られることが可能となる。
【００８４】
中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２の補正状況に関して、幾つかの実施例において、両方の中間像が本質的に焦点合わせされ（すなわち多くの収差が高度に補正され）、他の複数の実施例においてかなりの収差、とくにコマが生じることが分かった（図１１−１６を比較）。第２中間像ＩＭＩ２のかなりのコマ収差が、対物レンズの全体的な補正に関して有益であって良い。凹面鏡ＣＭ１及びＣＭ２からなるカタディオプトリック第２対物レンズ部分は、第１中間像を第２中間像に本質的に対称なやり方で結像するのに有効であるため、通常はカタディオプトリック第２対物レンズ部分によりわずかなコマが導入されるに過ぎない。それゆえ、両方の中間像のコマに関する補正状況は類似する傾向にある。幾つかの実施例において、少なくとも第２中間像のためのかなりの量のコマが、全体的な補正にかなり寄与することが明らかである。次の説明がこの点に関して注目に値する。
【００８５】
全ての対物レンズの正弦条件の補正は、とくに非常に高い像側ＮＡを有する複数の対物レンズにとって、難しい。正弦条件の補正は、中間像のコマにより容易化されて良い。もし高ＮＡの像表面から低ＮＡの物表面への（すなわちリソグラフィにおける複数の投影対物レンズの意図された使用と比較したときの逆方向の）結像が考慮されるとき、第３対物レンズ部分（放射が入射するところ）は、一定の補正状況を有する中間像を提供する。この結像の球面収差が補正されると仮定すると、この結像の正弦条件が補正される場合は、中間像は本質的にコマのない状態となる。対照的に、正弦条件が補正されない場合は、その中間像はかなりの量のコマを有する。もし中間像がかなりの量のコマを有する場合、第３対物レンズ部分における正弦条件の補正が容易にされる。
【００８６】
ここで、第２中間像の像表面への（高ＮＡ端部に向けた）意図された方向における結像を考慮する。もし第２中間像が、とくにコマ無しで、良好な補正状況を有するなら、正弦条件の全体的な補正は、第２中間像を像表面上に結像する第３対物レンズ部分により影響を受けなければならないだろう。もし、対照的に、一定量のコマが第２中間像に存在するなら、第３対物レンズ部分は、より緩和された形で構成されることが可能である。これは、正弦条件の補正は、第３対物レンズ部分の光学的に上流の複数の対物レンズ部分、すなわち第１中間像を形成する屈折リレー系ＯＰ１と、カタディオプトリック第２対物レンズ部分ＯＰ２により、少なくとも部分的に影響を受け得るからである。それゆえ、コマの補正が第１屈折対物レンズ部分ＯＰ１と第３対物レンズ部分ＯＰ３の間に分布する構成は、屈折対物レンズ部分の各々がコマのために独立して補正される構成の複数の対物レンズと比較したときに、有利であろうことは明らかである。
【００８７】
先に述べられたように、本発明は、コンパクトな寸法でＮＡ＞１での浸漬リソグラフィに適した高ＮＡの投影対物レンズを構成可能にする。
【００８８】
表１９は、コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ３を計算するために必要な値と、仕様の表で表された各々の系のためのこれらのパラメータの各値をまとめたものである（表の番号（同じ番号の図に対応する）が表１９の欄１に与えられている）。更に、Ｎ１ＡＳ、Ｎ３ＡＳ、及びＡＳＲの各値が示されている。
【００８９】
表１９は、本発明による好ましい複数の実施例が、この明細書でレイアウトされた構成のルールにより適度の材料消費でコンパクトな構成が得られることを示す先の少なくとも１つの条件を、一般に述べていることを示す。更に、非球面レンズ番号及び分布を特徴付ける特定の値が示されている。
【００９０】
以下に、本発明による複数の投影対物レンズの更なる特徴的構成がまとめられており、そこで１以上の特徴が本発明の実施例に存在して良い。表２０及び２１にまとめられたパラメータは、これらの特徴を明らかにするのに使用される。
【００９１】
幾つかの実施例において、結像工程の主光線は特徴的な経路をとる。説明の目的で、主光線ＣＲは、最外視野地点（光学軸心ＡＸから最も遠い）から光学軸心と本質的に平行に出ていて、それぞれが結像対物レンズ部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の１つの中にある３つの連続した瞳孔表面位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で光学軸心と交差しており、理解を容易にするために図１６において太い線で描かれている。光学軸心ＡＸと主光線ＣＲの間で、主光線に沿った各位置に含まれる角度は、以下「主光線角度」ＣＲＡと呼ばれる。主光線ＣＲは、第１中間像ＩＭＩ１の位置のところで発散し（主光線高さが光伝播方向で増加し）、第２中間像ＩＭＩ２の位置のところで収束する。強く収束する主光線は、高い像側ＮＡと充分な補正を得るために有益であることが明らかである。
【００９２】
２つの凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２の間の領域において、主光線は、高い主光線角度ＣＲＡ（Ｍ）で光学軸心を横断し、その角度は好ましくは５８°と７５°の間、好ましくは６０°及び７０°の間となっている。（表２０を参照）
結像対物レンズ部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３により提供される倍率に関して、もし第２中間像ＩＭＩ２を高い縮小率で像表面上に結像する第３対物レンズ部分ＯＰ３の倍率β３が好ましくは０，１１≦β３≦０，１７の範囲内となるなら、有益なことが明らかである。所望の全縮小比（例えば１：４又は１：５）を得る目的で、第２対物レンズ部分ＯＰ２は、拡大比β２＜１を有することにより全ての縮小に寄与し得る。好ましくは、第２対物レンズ部分ＯＰ２を形成する鏡群は、０，８５≦β２≦１により特徴付けられる穏やかな減少効果を有するように構成されて良い。もし第２対物レンズ部分が全体的な減少にある程度寄与するなら、減少の主要な部分に責任を持つ第３対物レンズ部分はより緩和されたやり方で構成され得る。
【００９３】
第２凹面鏡ＣＭ２の直後の第３対物レンズ部分ＯＰ３の入力側にある最初の２つ又は３つのレンズにより提供された屈折力（焦点距離ｆによって特徴付けられる）は、この入射群を構成することにより良好な性能に寄与して良く、この入射群の全屈折力が負になるようになっている。図２、４、１４、１５、１６の実施例において、入射群は、第３対物レンズ部分の最初の２つのレンズにより形成され、入射群焦点距離ｆ３（Ｌ１．．．２）を与える。図７、９、１０、１１、１２、１３の実施例において、入射群は、３つの連続したレンズにより形成され、これにより入射群の焦点距離ｆ３（Ｌ１．．．３）を与える。値が表２０に与えられている。
【００９４】
他方、第２凹面鏡に続く第３対物レンズ部分に存在すべき負レンズは多くはなく、負レンズの個数Ｎ３ＮＬは、全ての実施例において３以下であり（表２１におけるパラメータＫ７ａ＝ＹＥＳ）、図２、４、１４、１５、１６の実施例において３より小さい（表２１においてパラメータＫ７＝ＹＥＳ）。
【００９５】
更に、もし第３対物レンズ部分ＯＰ３の第１レンズＬ３−１の光学的自由直径ＤＩＡ３１が、開口絞りの直径ＤＩＡＡＳよりもかなり小さい場合、有益であるのは明らかである。好ましくは、直径比ＤＲ＝ＤＩＡ３１／ＤＩＡＡＳは０，９よりも小さくあるべきである。より好ましくは、上の値の０，８、更に好ましくは上の値の０，７は超えられるべきでない。直径比ＤＲのための値が表２１に与えられている。
【００９６】
更に、もし第２凹面鏡の後の全てのレンズ（すなわち第３対物レンズ部分の複数のレンズ）のうち５０％を超えるものが、第２凹面鏡ＣＭ２に続く第２中間像ＩＭＩ２の直径よりも小さい光学的自由直径を有するなら、この条件は、表２１のパラメータＫ１０により示されるように、全ての実施例について満たされる。
【００９７】
また、第１屈折投影対物レンズ部分ＯＰ１の全てのレンズは、好ましくは第１中間像の近軸寸法よりも小さくあるべきである。もしこの条件が満たされるなら、表２０におけるパラメータＫ９は満たされる。
【００９８】
強い正の屈折力を与えて高ＮＡ像端部で強いビーム収束を得る目的で、もし仮に像表面の上流にある８及び９個の連続したレンズのうちの少なくとも１つが正の屈折力を有するなら、好ましい。これは表２１のパラメータＫ１１により例示され、これはもし条件が満たされるなら「ＹＥＳ」であり、もし条件が満たされないなら「ＮＯ」である。
【００９９】
この文脈において、もし開口絞りＡＳの位置が、第３対物レンズ部分ＯＰ３内の最大ビーム直径の位置と像表面の間の収束ビームの領域にある場合、高ＮＡを得るために有益であることが明らかであるのを明記する価値がある。この特性は、表２０で示される比ＡＳ−ＩＳ／ＴＴにより例示され、ここでＡＳ−ＩＳは開口絞りＡＳの位置と像表面ＩＳの間の幾何学的距離であり、ＴＴは対物レンズの「トラック長さ」、すなわち物表面と像表面の間の幾何学的距離である。比ＡＳ−ＩＳ／ＴＴは、０，０９及び０，１８の間の範囲になるだろう（表２０を参照）。
【０１００】
この特徴は、とくに図１２から１６の実施例で顕著である。
【０１０１】
更なる特徴的構成がコマビームの経路から明らかである。ここで、「コマビーム」は、光学軸心から最も離れた物視野地点から出て開口のエッジにおける開口絞りを通過するビームをいう。コマビームはそれゆえ、どのレンズ直径が使用されなければならないかを決定するのに寄与する。このコマビームと光学軸心により包含される角度は、以下において「コマビーム角度ＣＢＡ」と呼ばれる。第１対物レンズ部分の最終レンズにおける（第１中間像ＩＭＩ１の上流の）屈折の後のそのビームの角度は、ＣＢＡ１と呼ばれ、像側第３対物レンズ部分ＯＰ３の第１レンズにおける屈折の直ぐ上流にあるコマビームの角度は、ＣＢＡ３と呼ばれる。これらの角度の値が表２１に与えられている。両方のコマビーム角度にとって５°未満の値が有益であってよいことが明らかである（表２１）。
【０１０２】
上記されたように、主光線は連結された対物レンズ部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の瞳孔表面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３において光学軸心に交差している。第１及び第３対物レンズ部分内で複数の瞳孔表面が開口絞りを設定するためにアクセス可能であり、これらの位置は複数の開口位置とも呼ばれる。開口絞りにおけるビーム直径ＤＩＡＡＳと、第１対物レンズ部分の瞳孔表面Ｐ１におけるビーム直径ＤＩＡＰ１は、開口絞りの位置において共役しており、一定の範囲内にあるべきである。比ＤＩＡＡＳ／ＤＩＡＰ１は１より大きくなるべきである。好ましくは、条件ＤＩＡＡＳ／ＤＩＡＰ１＞２が満たされるべきである。（表２１を参照）
上記された全ての系は、実物から実像を（例えばウェーハに）形成するための完全な計であって良いことが理解されるべきである。もっとも、複数の系はより大きな複数の系の部分的な複数の系として使用されて良い。例えば、上記された系のための「物」は、物平面の上流の結像系（リレー系）により形成される像であってよい。同様に、上記された系により形成された像は、像面の下流の系（リレー系）のための物として使用されて良い。
【０１０３】
上記された好ましい複数の実施例の説明が、例として与えられた。与えられた開示から、当業者は本発明とそれに付随する複数の利点を理解するだけでなく、開示された複数の構造及び複数の方法への種々の変更及び修正を見出すだろう。それゆえ、記載された複数の請求項により定義された本発明の思想及び範囲内で、全ての変更と修正及びその等価物がカバーされる。
【０１０４】
全ての請求項の内容は、言及によりこの明細書の一部をなす。
【表２】
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【表２Ａ】
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【表４】
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【表４Ａ】
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【表７】
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【表７Ａ】
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【表９】
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【表９Ａ】
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【表１０】
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【表１０Ａ】
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【表１１】
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【表１１Ａ】
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【表１２】
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【表１２Ａ】
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【表１３】
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【表１３Ａ】
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【表１４】
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【表１４Ａ】
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【表１５】
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【表１５Ａ】
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【表１６】
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【表１６Ａ】
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【表１７】
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【表１８】
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【表１９】
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【表２０】
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【表２１】
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【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明による投影対物レンズの第１実施例の長手断面図である。
【図２】本発明による投影対物レンズの第２実施例の長手断面図である。
【図３】本発明による投影対物レンズの第３実施例の長手断面図である。
【図４】本発明による投影対物レンズの第４実施例の長手断面図である。
【図５】本発明による投影対物レンズの第５実施例の長手断面図である。
【図６】本発明による投影対物レンズの第６実施例の長手断面図である。
【図７】本発明による投影対物レンズの第７実施例の長手断面図である。
【図８】本発明による投影対物レンズの第８実施例の長手断面図である。
【図９】本発明による投影対物レンズの第９実施例の長手断面図である。
【図１０】本発明による投影対物レンズの第１０実施例の長手断面図である。
【図１１】本発明による投影対物レンズの第１１実施例の長手断面図である。
【図１２】本発明による投影対物レンズの第１２実施例の長手断面図である。
【図１３】本発明による投影対物レンズの第１３実施例の長手断面図である。
【図１４】本発明による投影対物レンズの第１４実施例の長手断面図である。
【図１５】本発明による投影対物レンズの第１５実施例の長手断面図である。
【図１６】本発明による投影対物レンズの第１６実施例の長手断面図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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