(57)【要約】  請求項１のプリアンブルに記載の投影対物系を提供する。本発明は、少なくとも１．５の視野アスペクト比（ｘ／ｙ）を有する物体平面（３）内の物体視野（２）を像平面（５）内の像視野（４）内へ結像するための投影対物系（１）に関する。投影対物系（１）は、物体視野（２）と像視野（４）の間のビーム経路に結像光（６）を誘導するための少なくとも２つの光学有効面（Ｍ１からＭ６）を有する。投影対物系（１）は、直方体エンベロープ（１１）を有する設置空間を占有する。直方体エンベロープは、縦寸法（ｚ２）及び２つの横寸法（ｘ２、ｙ２）にわたる。一実施形態では、物体視野（２）の短手寸法（ｙ１）に平行な直方体エンベロープ（１１）の横寸法（ｙｓ）は、物体視野（２）の長手寸法（ｘ１）よりも短い。代替的又は追加的に、直方体エンベロープの２つの横寸法（ｘ２、ｙ２）は、少なくとも１．１の横寸法アスペクト比（ｘ２、ｙ２）を有することができる。これは、従来技術に比較して少なくとも１つの寸法においてよりコンパクトに構成することができる投影対物系をもたらす。【選択図】図１
2010533882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体視野（２）と像視野（４）の間のビーム経路に結像光（６）を誘導するための少なくとも２つの光学有効面（Ｍ１からＭ６）を有する、少なくとも１．５の視野アスペクト比（ｘ／ｙ）を有する物体平面（３）内の該物体視野（２）を像平面（５）内の該像視野（４）に結像するための投影対物系（１）であって、
投影対物系（１）の光学有効面（Ｍ１からＭ６）、並びに投影対物系（１）の物体視野（２）及び投影対物系（１）の像視野（４）が、縦寸法（ｚ２）及び互いに垂直な２つの横寸法（ｘ２、ｙ２）にわたる直方体エンベロープ（１１）を有する設置空間を占有し、
前記直方体エンベロープ（１１）の前記縦寸法（ｚ２）は、物体平面（３）と像平面（４）の間の投影対物系（１）の長さによって決定され、
前記物体視野（２）の短手寸法（ｙ１）に対して平行に延びる前記直方体エンベロープ（１１）の前記横寸法（ｙ２）は、該物体視野（２）の長手寸法（ｘ１）よりも短い、
ことを特徴とする投影対物系。
【請求項２】
物体視野（２）と像視野（４）の間のビーム経路に結像光（６）を誘導するための少なくとも２つの光学有効面（Ｍ１からＭ６）を有する、少なくとも１．５の視野アスペクト比（ｘ／ｙ）を有する物体平面（３）内の該物体視野（２）を像平面（５）の該像視野（４）内に結像するための投影対物系（１）であって、
折り返しミラーのない投影対物系（１）の実施形態では物体視野（２）及び像視野（４）を含む投影対物系（１）の光学有効面（Ｍ１からＭ６）が、縦寸法（ｚ２）及び互いに垂直な２つの横寸法（ｘ２、ｙ２）にわたる直方体エンベロープ（１１）を有する設置空間を占有し、
前記直方体エンベロープ（１１）の前記２つの横寸法の一方（ｘ２）は、該２つの横寸法の他方（ｙ２）よりも少なくとも１．１の横寸法アスペクト比（ｘ２／ｙ２）だけ長い、
ことを特徴とする投影対物系。
【請求項３】
前記光学有効面（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つは、回転対称性を持たない自由形状曲面として具現化されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影対物系。
【請求項４】
１．５又はそれよりも大きく、好ましくは２又はそれよりも大きく、好ましくは２．５又はそれよりも大きく、更に好ましくは３又はそれよりも大きく、更に好ましくは３．５又はそれよりも大きく、更に好ましくは４又はそれよりも大きい横寸法アスペクト比（ｘ２／ｙ２）を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項５】
前記物体視野（２）及び前記像視野（４）は、矩形であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項６】
２又はそれよりも大きく、好ましくは５又はそれよりも大きく、更に好ましくは１０又はそれよりも大きく、更に好ましくは２５又はそれよりも大きく、更に好ましくは４０又はそれよりも大きく、更に好ましくは５０又はそれよりも大きく、更に好ましくは６０又はそれよりも大きい視野アスペクト比を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項７】
前記像平面（５）は、該像平面（５）に平行な前記物体平面（３）から距離を置いて配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項８】
投影対物系（１）が、反射方式で具現化されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項９】
投影対物系（１）が、偶数個のミラー（Ｍ１からＭ６）を有することを特徴とする請求項８に記載の投影対物系。
【請求項１０】
投影対物系（１）が、６個のミラー（Ｍ１からＭ６）を有することを特徴とする請求項９に記載の投影対物系。
【請求項１１】
１という像縮尺を有し、かつ前記物体平面と前記像平面の間の中心に位置決めされた平面に対して鏡面対称方式で具現化されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１２】
投影対物系（１）が、ゼロ以外の物体像シフト（ｄOIS）を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１３】
物体側でテレセントリックであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１４】
像側でテレセントリックであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の投影対物系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の投影対物系に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような投影対物系は、ＵＳ４，７９６，９８４、ＵＳ６，８１３，０９８Ｂ２、ＵＳ３，７４８，０１５、及びＪＰ１０−３４０８４８Ａから公知である。そのような投影対物系は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造に関して又は微細構造半導体構成要素をベース層上に付加すること（ウェーハレベルパッケージング、ＷＬＰ）に関連して用いることができる。
【０００３】
従来技術で公知の投影対物系は、かなり大きい量の設置空間を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ４，７９６，９８４
【特許文献２】ＵＳ６，８１３，０９８Ｂ２
【特許文献３】ＵＳ３，７４８，０１５
【特許文献４】ＪＰ１０−３４０８４８Ａ
【特許文献５】ＵＳ２００７／００５８２６９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、少なくとも１つの寸法においてよりコンパクトに構成することができるように、冒頭で示した種類の投影対物系を更に発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この目的は、請求項１に明記している特徴を有する投影対物系により、及び請求項２に明記している特徴を有する投影対物系により解決される。
【０００７】
以下に用いる「エンベロープ」という用語は、次のように定める：すなわち、直方体エンベロープは、投影対物系の実光学有効面、すなわち、有効なビームに実際に露出される面の全体が空間的に挿入されることができる可能な限り最小の直方体設置空間を表す。
【０００８】
本発明は、直方体エンベロープの横寸法が物体視野の長手寸法よりも小さくて１に等しくないアスペクト比を示すような投影対物系の寸法を、投影対物系の結像品質がいかなる有意な損失も被ることなく提供することが可能であることを明確にした。投影対物系の光学有効面は、このより小さい横寸法の方向に互いに接近して移動する。このより小さい横寸法の軸の方向には、投影対物系と相互作用する付加的な構成要素を投影対物系の中心軸の近くに移動することができる。それによって投影対物系が用いられる全体システムの構造的一体性が高められる。そのような投影対物系は、設置空間が１つの方向で制限されているシステムに収容することができる。投影対物系の少なくとも個々の光学有効面、特にその開口に関して最も大きい光学有効面には、基本的に矩形開口、すなわち、１以外の開口アスペクト比を設けることができる。開口は、投影対物系の光学有効面上の光学使用区域を意味すると理解される。投影対物系の光学有効面は、専ら、投影対物系内を進む結像ビームを偏向するだけではなく、それと同時に結像効果をも有するような面とすることができる。本発明による投影対物系では、従来技術における同等の投影対物系よりも全体的に小さい光学有効面を有する光学構成要素を用いることができる。それによって個々の光学構成要素の重量が低減し、従って、重量によって引き起こされる結像誤差発生源が回避される。更に、そのような小さい光学有効面の製造は、簡素化することができる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の代替的又は追加的な変形によると、横寸法に関して大きく異なる投影対物系寸法を提供することができる。この関連において、投影対物系の折り返しミラーのないエンベロープは、平面折り返しミラーが考慮されない投影対物系のエンベロープを表している。すなわち、反射面から反射される光、並びに反射面を貫通することが許される光の両方を用いるビームスプリッタもまた、この意味で折り返しミラーを構成するものである。従って、そのようなビームスプリッタを有する投影対物系は、折り返しミラーのない投影対物系を構成しない。従って、少なくとも１つの平面折り返しミラーを有する投影対物系のエンベロープは、その投影対物系を上記平面折り返しミラーを持たない等価な対物系で置換し、かつ次いでこの置換した投影対物系のエンベロープが決定されることにより設計される。請求項１に記載の投影対物系のエンベロープも、折り返しミラーのない投影対物系とすることができる。請求項２に記載の投影対物系は、短手横寸法の方向にコンパクトに構成することができる。互いに垂直な物体の２つの寸法の比は、下記では常にアスペクト比として理解され、定義によってアスペクト比が常に１よりも大きいか又は等しくなるように短手寸法に対する長手寸法という比を常に考える。回転対称軸の回りに正確に又は近似的に配置された構成要素を有するこれまでに公知の投影対物系の横寸法アスペクト比は、正確に１であるか又は１に近いかのいずれかであり、従って、１．１よりは有意に小さい。本発明による少なくとも１．１という横寸法アスペクト比を有する投影対物系は、各場合に短手横寸法の方向にコンパクトに構成することができる。他の点に関しては、請求項２に記載の投影対物系の利点は、請求項１に記載の投影対物系のものに対応する。
【００１０】
請求項３に記載の少なくとも１つの自由形状曲面は、本発明による投影対物系の設計を簡素化する。自由形状曲面は、例えば、ＵＳ２００７／００５８２６９Ａ１から公知である。１という開口アスペクト比を有する従来設計と比較した結像品質の低下は、事実上完全に回避することができる。
【００１１】
請求項４に記載の横寸法アスペクト比は、各場合に短手開口軸の方向に投影対物系の特に高いコンパクト性を可能にする。
【００１２】
請求項５に記載の矩形視野は、そのような投影対物系の典型的な用途、特にＦＰＤ及びＷＬＰ用途に対して十分に適応している。矩形視野の代わりに、少なくとも１．５という視野アスペクト比を有する縁部において異なる方式でも制限された視野、例えば、湾曲又はリングセグメント形状視野も可能である。
【００１３】
短手視野軸に沿った走査方向を有する走査投影に関連して利用することができる請求項６に記載の視野アスペクト比は、特にＦＰＤ及びＷＬＰ用途に特に良好に適応される。特に、請求項１に記載の投影対物系の構成が可能であり、そこでは、投影対物系は、物体視野及び像視野の２つの長手寸法にわたる平面に対して垂直の位置では、物体視野が長手視野寸法に沿って延びるよりも小さい設置空間を用いる。従って、投影対物系は、２つの長手視野寸法が及ぶ平面に対して垂直の位置で特にコンパクトに構成することができる。
【００１４】
請求項７に記載の物体平面から距離を置いて配置された像平面は、投影対物系の折り返しミラーを持たない実施形態を可能にし、それによってここでもまた投影対物系のコンパクト性が高められる。
【００１５】
請求項８に記載の投影対物系の１つの反射光学設計は、広帯域化される。少なくとも１．１という横アスペクト比を用いて、反射投影対物系のミラー上、少なくともこの開口アスペクト比の短手側を含む主平面において小さい入射角を実現することができる。これは、反射投影対物系のミラー面に対して高効率かつ高反射性コーティングを用いる可能性をもたらす。
【００１６】
請求項９に記載の偶数個のミラーにより、通常は、物体視野と像視野が分離させられる。更に、この場合、ミラー上又はその直前に開口ダイヤフラム又は開口絞りを備える必要はない。
【００１７】
請求項１０に記載の６個のミラーは、コンパクトであると同時に良好な像品質を示す投影対物系を可能にする。
【００１８】
請求項１１に記載の鏡面対称な投影対物系は、技術的な製造に関して利点を提供する。
【００１９】
請求項１２に記載の投影対物系は、投影対物系の周辺の構成要素に関して対応する構造的要件に適応させることができる。この場合、物体視野と像視野は、必ずしも一直線に配置する必要はない。
【００２０】
請求項１３及び／又は請求項１４に記載のテレセントリック投影対物系は、投影対物系の最初の光学有効面までの物体の距離、又は投影対物系の最後の光学有効面までの結像が起こるはずの撮像要素の距離の位置的な精度に関する要件を低減する。
【００２１】
本発明の例示的な実施形態を図に基づいて詳細に以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】選択された結像ビームを含むｙ−ｚ平面における投影対物系の断面図である。
【図２】選択された結像ビームを含むｘ−ｚ平面における図１による投影対物系の断面図である。
【図３】図１による投影対物系の像視野にわたる波面の視野プロフィールを示す図である。
【図４】投影対物系の像視野にわたる歪みの視野プロフィールを示す、図３と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
相対的な位置を明確にするために、下記ではｘ−ｙ−ｚ直交座標システムを用いることにする。図１では、ｘ方向は、投影平面に対して垂直に閲覧者に面している。ｙ方向は上を向き、ｚ方向は左に面している。
【００２４】
図１は、物体平面３内の物体視野２を像平面５内の像視野４内へ結像するための投影対物系１のｙ−ｚ断面図を示している。物体平面３は、像平面５と平行に延び、後者から距離を置いて配置される。物体平面３と像平面５の間の距離は、１，６００ｍｍである。
【００２５】
図２は、投影対物系１をｘ−ｚ断面図に示している。
【００２６】
物体視野２と像視野４は、サイズが等しい。従って、投影対物系１は、１という像縮尺を有する。投影対物系１は、物体側及び像側で０．１という開口数ＮＡを有する。視野２、４は、ｘ方向に４８０ｍｍ延びている。視野２、４は、ｙ方向に８ｍｍ延びている。視野２、４は矩形であり、各々は、ｘ方向に４８０ｍｍの延びｘ１、及びｙ方向に８ｍｍの延びｙ１を有し、従って、６０という視野アスペクト比（ｘ／ｙ）を有する。
【００２７】
投影対物系１は、反射方式で設計され、結像ビームを物体視野２から像視野４に当てるために下記にＭ１からＭ６と示す合計で６個のミラーを有する。従って、投影対物系１は、偶数個のミラーを有する。
【００２８】
投影対物系１を通過する結像ビームの例として、図１は、その各々が視野点から発する２つの三重結像ビーム６を示している。各々において、隣接し、２つの視野点の一方に属する結像ビームは、物体平面３と第１のミラーＭ１の間、及び最後のミラーＭ６と像平面４の間で互いに対して平行に進む。従って、投影対物系１は、物体側と像側でテレセントリックである。
【００２９】
物体平面３と像平面５の間の中心に位置決めされたｘ−ｙ中心平面７に対して、投影対物系１は、鏡面対称方式では具現化されない。
【００３０】
投影対物系１は、有限の物体像シフトｄOIS、すなわち、中心物体視野点を通る法線が像平面５を通る貫通点と、中心像視野点との間の距離を有する。投影対物系１のこの物体像シフトは、６．６ｍｍになる。
【００３１】
様々な物体視野点に属する結像ビーム６は、ミラーＭ１とミラーＭ２の間で交差する。従って、投影対物系１の内部瞳７ａは、ミラーＭ１とミラーＭ２の間に位置し、湾曲面上に存在する。同じ物体視野点に属する結像ビーム６は、ミラーＭ２とミラーＭ３の間で交差する。従って、そこには、投影対物系１の中間像が位置決めされる。これに対応する中間像平面７ｂも、湾曲面上に位置決めされる。様々な物体視野点に属する結像ビーム６は、ミラーＭ５とミラーＭ６の間で再度交差する。従って、そこには投影対物系１の付加的な内部瞳７ｃが存在し、内部瞳７ｃも、湾曲面上に位置決めされる。１：１という像縮尺に起因して、この対物系は、反対の光方向に作動させることができる。従って、この場合、物体平面３と像平面５は、役割を切り換える。
【００３２】
ミラーＭ１からＭ６の光学的に有効な反射面は、回転対称軸を持たない自由形状曲面として具現化される。立ち上がり高さＺは、以下の式に従ってミラーＭ１からＭ６の光学有効面に対して距離ｒ2＝Ｘ2＋Ｙ2の関数として特定することができる。
【００３３】
【数１】
2010533882.tif 000003
【００３４】
ここで、以下の通りである。
【００３５】
【数２】
2010533882.tif 000004
【００３６】
光学有効面Ｍ１からＭ６の形態及び位置の光学データを指定するいくつかの表を下記に列記する。このデータは、光学光線追跡プログラム「Ｃｏｄｅ  Ｖ（登録商標）」のフォーマットに対応する。
【００３７】
（表１）
2010533882.tif 000005
【００３８】
（表２）
2010533882.tif 000006
2010533882.tif 000007
【００３９】
（表３）
2010533882.tif 000008
【００４０】
表１は、像平面５（像、厚み＝０）から始めて、ミラーの基本半径Ｒ＝１／ｃ（半径）及び互いに対する相対距離（厚み）を含む。表２は、「Ｃｏｄｅ  Ｖ（登録商標）」における「ＳＰＳ  ＸＹＰ−」（特殊面ｘ−ｙ多項式）面の面記述に従った単項式ＸmＹnに対する多項式係数Ｃを含む。表３は、「Ｃｏｄｅ  Ｖ（登録商標）」による符号慣例に従った光学有効面のｙ偏芯及びｘ軸回りの回転を含む。ｘ偏芯及びｙ軸回りの回転、並びにｘの奇数乗の多項式係数は、ゼロに等しい。それによってｙ−ｚ中心平面９に関するシステムの鏡面対称性が強制される（図２を参照されたい）。従って、上記ｙ−ｚ中心平面９に関して投影対物系１は鏡面対称である。
【００４１】
その基本構造からは、投影対物系１の設計は、ｘ−ｙ中心平面７に対して鏡面対称な設計を近似するものである。物体視野２から見た最初のミラーＭ１からＭ３の各々は、像視野４から見た対応するミラーＭ４からＭ６を有する。ミラー対Ｍ１／Ｍ６、Ｍ２／Ｍ５、及びＭ３／Ｍ４の開口及び位置は、ｘ−ｙ中心平面７上に投影された場合に互いに近似する。
【００４２】
図２は、３つの選択された視野点に対する結像ビーム６をｘ−ｚ平面に示しており、更に、各視野点に対して三重結像ビーム６を示している。図２の最も低い視野点１０は、各場合に投影対物系１の中心物体視野点又は中心像視野点である。
【００４３】
ミラーＭ１からＭ６は、各々が１に等しくない開口アスペクト比ｘ／ｙを有する。ミラーＭ１からＭ６の各々は、基本的に矩形の開口を有し、これらの開口の延びは、短手視野軸ｙの方向よりも長手視野軸ｘの方向に有意に長い。ミラーＭ１からＭ６の正確な開口アスペクト比を下記の表に示す。
【００４４】
（表）
2010533882.tif 000009
【００４５】
ミラーＭ１からＭ６のうちの１つの上への結像ビーム６のうちの１つの最大入射角は、ｘ−ｚ平面で発生し（ミラーＭ２）、約３８．２°になる。
【００４６】
ｙ−ｚ対称平面（子午平面）内でミラーＭ１からＭ６上へと進む結像ビームの最大入射角は、１２．３°になる（ミラーＭ２）。
【００４７】
図３は、像視野４にわたる波面の視野プロフィールを示している。この点に関して、ｘ軸とｙ軸の異なる縮尺を明示している。波面の補正は、１７ｍλのＲＭＳ値よりも小さい。３６５ｎｍの結像光の作動波長では、この補正は、６ｎｍのＲＭＳ値に対応する。
【００４８】
図４は、像視野４にわたる歪みを示している。視野にわたる歪みの最大値は、約１７０ｎｍである。
【００４９】
投影対物系１の光学有効面Ｍ１からＭ６は、直方体エンベロープ１１内に示すことができる設置空間を占有する。エンベロープ１１の６つの側面は、対になってｘ−ｙ平面、ｘ−ｚ平面、及びｙ−ｚ平面に対して平行に延びている。エンベロープ１１のｘ−ｙ平面に対して平行に延びる側面対は、物体平面３及び像平面５に対応する。図１及び図２では、他の２つの側面対は、一点鎖線を用いて例示している。
【００５０】
エンベロープ１１は、ｚ方向に縦寸法（ｚ２）、かつｘ及びｙ方向に２つの横寸法（ｘ２、ｙ２）にわたる。エンベロープ１１の縦寸法（ｚ２）は、物体平面３と像平面５の間の投影対物系１の長さによって決定され、１，６００ｍｍになる。エンベロープ１１の横寸法（ｘ２）は、最も大きい光学有効面の最大ｘ寸法、及び従ってミラーＭ３のｘ方向の開口によって決定され、１，７６５ｍｍになる。エンベロープ１１の横寸法（ｙ２）は、ｘ横寸法よりも大幅に短く、３８０ｍｍである。従って、ｘ横寸法とｙ横寸法の間の１つの横寸法アスペクト比は、４．６よりも大きい。投影対物系１のｙ方向の延び（ｙ２＝３８０ｍｍ）は、視野のｘ方向の延び（ｘ１＝４８０ｍｍ）よりも短い。
【００５１】
本明細書に示していない対応する投影対物系の他の実施形態は、ｘ横寸法とｙ横寸法の間で異なる横寸法アスペクト比、例えば、１．５又はそれよりも大きく、２又はそれよりも大きく、２．５又はそれよりも大きく、３又はそれよりも大きく、又は４又はそれよりも大きい横寸法アスペクト比を有することができる。
【００５２】
本明細書に示していない一実施形態では、投影対物系は、ｘ−ｙ中心平面７に対して鏡面対称方式で設計される。
【図１】
2010533882.tif 000010
【図２】
2010533882.tif 000011
【図３】
2010533882.tif 000012
【図４】
2010533882.tif 000013
【国際調査報告】
2010533882.tif 000014
2010533882.tif 000015
2010533882.tif 000016
2010533882.tif 000017
2010533882.tif 000018
2010533882.tif 000019