(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体のパターンを第２物体上に投影するｉ線用投影光学系において、
前記投影光学系は、使用波長に対する屈折率１．５７以上の硝材を含む複数種類の硝材を有し、
前記投影光学系を構成する最像側の負レンズが、該最像側の負レンズの使用波長に対する焦点距離をｆ、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、前記最像側の負レンズの使用波長に対する屈折率をｎ、前記最像側の負レンズのアッベ数をνgとするとき、
|f/L|< 0.25
n≦1.55
νg>60
の条件式を満たし、
前記投影光学系内に少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１物体側から、
負レンズを１枚以上含む正レンズ群である第１レンズ群と、
負レンズを２枚以上含む負レンズ群である第２レンズ群と、
正レンズを３枚以上含む正レンズ群である第３レンズ群と、
負レンズを２枚以上含む負レンズ群である第４レンズ群と、
負レンズを２枚以上含み、かつ正レンズを３枚以上含む正レンズ群である第５レンズ群により構成され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】
前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の屈折力が、前記第１レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ５、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２記載の投影光学系。
0.04＜f1/L＜0.4
0.015＜-f2/L＜0.15
0.02＜f3/L＜0.2
0.015＜-f4/L＜0.15
0.03＜f5/L＜0.3
【請求項４】
前記第１物体側及び前記第２物体側がテレセントリックであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の投影光学系と、
前記第１物体としてのマスク及び前記第２物体としての基板を位置決めするステージ系と、
前記マスクを照明する照明光学系とを備え、
前記照明光学系からの露光光により前記マスクのパターンの像を前記投影光学系を介して前記基板上に投影することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
基板上に感光材料を塗布する第１工程と、
請求項５記載の露光装置の前記投影光学系を介して、前記基板上に前記マスクのパターンの像を投影する第２工程と、
前記基板上の前記感光材料を現像する第３工程と、
該現像後の感光材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成する第４工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１物体のパターンの像を第２物体上に投影するための投影光学系、この投影光学系を備え、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程中でマスクのパターンを基板上に転写する際に使用される露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、レジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する一括露光型（ステッパー等）、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が使用されている。半導体集積回路等のパターンの微細化が進むに従って、その種の露光装置に備えられている投影光学系に対しては特に解像力の向上が望まれている。投影光学系の解像力を向上させるには、露光波長をより短くするか、あるいは開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくすることが考えられる。
【０００３】
そこで近年、露光光については、水銀ランプのｇ線（436nm）から、ｉ線（365nm）が主に用いられるようになってきており、更に最近ではより短波長へ露光光は移行してきており、短波長の露光光のもとで使用できる投影光学系が開発されている。また、投影光学系においては、解像力の向上と共に、像歪の低減要求も一段と厳しくなってきている。ここで、像歪とは、投影光学系に起因するディストーション（歪曲収差）によるものの他、投影光学系の像側で焼き付けられるウエハの反り等によるものと、投影光学系の物体側で回路パターン等が描かれているレチクルの反りによるものがある。
【０００４】
近年益々転写パターンの微細化が進み、像歪の低減要求も一段と厳しくなってきている。そこで、ウエハの反りによる像歪への影響を少なくするために、投影光学系の像側での射出瞳位置を遠くに位置させる、所謂像側テレセントリック光学系が従来より用いられてきた。一方、レチクルの反りによる像歪の軽減についても、投影光学系の入射瞳位置を物体面から遠くに位置させる、所謂物体側テレセントリック光学系にすることが考えられ、またそのように投影光学系の入射瞳位置を物体面から比較的遠くに位置させる提案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
解像力を向上させるために短波長の露光光を用いる場合には、投影光学系を構成する硝材の透過率の低下が問題となり、高透過率を確保するために使用できる硝材も限られたものになってきている。更に、透過率の低下は光量の損失になるばかりでなく、損失の一部は硝材に吸収され、熱に変ることで内部の屈折率の変化やレンズ面の変形となり、結果的には結像性能を低下させる要因となっていた。また、広フィールドで高い解像力を得るには色収差の補正が必要であるが、限られた硝材において色収差を低減することは極めて困難であった。
【０００６】
この発明の課題は、両側テレセントリックとしながらも、使用する硝材の露光光の吸収による結像性能の悪化を抑え、かつ十分大きな開口数と広い露光領域とを確保しつつ、諸収差を極めて良好に補正し得る投影光学系、それを備えた露光装置及びデバイス製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投影光学系は、第１物体のパターンを第２物体上に投影するｉ線用投影光学系において、前記投影光学系は、使用波長に対する屈折率１．５７以上の硝材を含む複数種類の硝材を有し、前記投影光学系を構成する最像側の負レンズが、該最像側の負レンズの使用波長に対する焦点距離をｆ、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、前記最像側の負レンズの使用波長に対する屈折率をｎ、前記最像側の負レンズのアッベ数をνgとするとき、
|f/L|< 0.25、n≦1.55、νg>60
の条件式を満たし、前記投影光学系内に少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする。ここで像側のレンズは、露光光のエネルギー密度が高い所に位置するレンズである。また硝材（光学硝子）においては、一般的に低屈折率のものほど、短波長での透過率が高く、アッベ数も大きい。
【０００８】
この請求項１記載の投影光学系によれば、投影光学系が使用波長に対する屈折率１．５７以上の屈折率の高い硝材を含んでいることから諸収差の補正を良好に行うことができる。また最像側の負レンズ、即ち露光光のエネルギー密度が高いところに位置する負レンズが、|f/L|< 0.25、n≦1.55の条件式を満たす。即ち最像側の負レンズが適切な負のパワーを有し、かつ使用波長に対する屈折率が低いため、露光光のエネルギー密度が高い所に位置するレンズでありながら高い透過率を確保することができ、かつ色による像面湾曲収差（波長が変化したときの像面湾曲収差の変化）の補正を良好に行うことができる。
【００１０】
また、最像側の負レンズがνg>60の条件式を満たす。即ち、最像側の負レンズの硝材にアッベ数が更に高いものが用いられているため、色による像面湾曲収差の補正を更に良好に行うことができる。
【００１４】
また、請求項２記載の投影光学系は、前記第１物体側から、負レンズを１枚以上含む正レンズ群である第１レンズ群と、負レンズを２枚以上含む負レンズ群である第２レンズ群と、正レンズを３枚以上含む正レンズ群である第３レンズ群と、負レンズを２枚以上含む負レンズ群である第４レンズ群と、負レンズを２枚以上含み、かつ正レンズを３枚以上含む正レンズ群である第５レンズ群により構成されることを特徴とする。
【００１５】
この請求項２記載の投影光学系によれば、ディストーション、高次の像面湾曲、高次の球面収差やコマ収差の発生を抑えながら、コンパクトな投影光学系を実現することができる。
【００１６】
また、請求項３記載の投影光学系は、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の屈折力が、前記第１レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の使用波長に対する焦点距離をｆ５、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬとするとき、
0.04＜f1/L＜0.4
0.015＜-f2/L＜0.15
0.02＜f3/L＜0.2
0.015＜-f4/L＜0.15
0.03＜f5/L＜0.3
の条件式を満たすことを特徴とする。
【００１７】
ここで、0.04＜f1/L＜0.4の条件式は、第１レンズ群の最適な屈折力を規定するものである。この第１レンズ群が0.04＜f1/L＜0.4の条件式を満たすことにより、投影光学系のディストーションを良好に補正することができる。また、0.015＜-f2/L＜0.15の条件式は、第２レンズ群の最適な屈折力を規定するものである。この第２レンズ群が0.015＜-f2/L＜0.15の条件式を満たすことにより、投影光学系の高次の像面湾曲を良好に補正することができる。また、0.02＜f3/L＜0.2の条件式は、第３レンズ群の最適な屈折力を規定するものである。この第３レンズ群が0.02＜f3/L＜0.2の条件式を満たすことにより、投影光学系の長大化を招くことなく投影光学系の高次の球面収差やディストーションを良好に補正することができる。
【００１８】
また、0.015＜-f4/L＜0.15の条件式は、第４レンズ群の最適な屈折力を規定するものである。この第４レンズ群が0.015＜-f4/L＜0.15の条件式を満たすことにより、投影光学系に高次の球面収差やコマ収差を発生させることなく、高次の像面湾曲を良好に補正することができる。更に、0.03＜f5/L＜0.3の条件式は、第５レンズ群の最適な屈折力を規定するものである。この第５レンズ群が0.03＜f5/L＜0.3の条件式を満たすことにより、投影光学系に高次の球面収差を発生させることなくコンパクトな投影光学系を実現することができる。
【００１９】
また、請求項４記載の投影光学系は、前記第１物体側及び前記第２物体側がテレセントリックであることを特徴とする。
また、請求項５記載の露光装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の投影光学系と、前記第１物体としてのマスク及び前記第２物体としての基板を位置決めするステージ系と、前記マスクを照明する照明光学系とを備え、前記照明光学系からの露光光により前記マスクのパターンの像を前記投影光学系を介して前記基板上に投影することを特徴とする。
【００２０】
この請求項５記載の露光装置によれば、投影光学系が大きい開口数で、かつ両側テレセントリックに構成されているため、高い解像度が得られると共に、マスクや基板に反りが生じても投影倍率が変化することを防止できる。また、広い露光領域が得られるため、大きなチップパターンを一度に露光することができる。更にエネルギー密度の高い所に位置するレンズに、低屈折率で透過率の高い硝材を使用することで、硝材の吸収によって生じる結像性能の悪化を抑制し高い結像性能を得ることができる。また像側の負レンズに、低屈折率硝材を使用することで、広フィールドの投影光学系に発生しがちな色による像面湾曲収差を補正でき高い結像性能を得ることができる。
【００２１】
また、請求項６記載のデバイスの製造方法は、基板上に感光材料を塗布する第１工程と、請求項５記載の露光装置の前記前記投影光学系を介して、前記基板上に前記マスクのパターンの像を投影する第２工程と、前記基板上の前記感光材料を現像する第３工程と、該現像後の感光材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成する第４工程とを有することを特徴とする。この請求項６記載のデバイスの製造方法によれば、基板上において高い解像度でデバイス用の回路パターンを形成することができる。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１は、投影光学系を備えた投影露光装置の構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成された投影原版としてレチクルＲが配置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
【００２４】
投影光学系ＰＬは、瞳位置近傍に可変の開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ側及びウエハＷ側において、実質的にテレセントリックとなっている。照明光学装置ＩＳは、露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。照明光学装置ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
【００２５】
図２は、第１の実施例にかかる投影光学系のレンズ断面図である。この投影光学系ＰＬは、第１物体としてのレチクルＲ側から、負レンズＬ１０１及び正レンズＬ１０２，Ｌ１０３，Ｌ１０４により構成される正レンズ群（第１レンズ群）Ｇ１、負レンズＬ２０１，Ｌ２０２，Ｌ２０３，Ｌ２０４により構成される負レンズ群（第２レンズ群）Ｇ２、正レンズＬ３０１，Ｌ３０２，Ｌ３０３，Ｌ３０４，Ｌ３０５，Ｌ３０６により構成される正レンズ群（第３レンズ群）Ｇ３、負レンズＬ４０１，Ｌ４０２，Ｌ４０３により構成される負レンズ群（第４レンズ群）Ｇ４、負レンズＬ５０５，Ｌ５０９，Ｌ５１１及び正レンズＬ５０１，Ｌ５０２，Ｌ５０３，Ｌ５０４，Ｌ５０６，Ｌ５０７，Ｌ５０８，Ｌ５１０，Ｌ５１２により構成される正レンズ群（第５レンズ群）Ｇ５の５群によって構成されている。そして、レチクル（物体面）Ｒ側及び第２物体としてのウエハ（像面）Ｗ側の両方でテレセントリックとなっている。
【００２６】
また、投影光学系ＰＬ内に非球面ＡＳＰ１〜ＡＳＰ４を有するように構成されている。即ち第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１０４のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ１として構成されており、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２０３のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ２として構成されており、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４０２のレチクルＲ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ３として構成されており、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５０８のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ４として構成されている。
【００２７】
この投影光学系ＰＬは、屈折率１．５７以上の硝材を含む複数種類の硝材を有しており、最像側の負レンズＬ５１１が、この最像側の負レンズＬ５１１の焦点距離をｆ、レチクルＲからウエハＷまでの距離をＬ、最像側の負レンズＬ５１１の屈折率をｎとするとき、
|f/L|< 0.25  …（１）
n≦1.55      …（２）
の条件式を満たす。この条件式（１）、（２）を満たす最像側の負レンズＬ５１１は適切な負のパワーを有している。ここで硝材（光学硝子）においては、一般的に低屈折率のものほど、短波長での透過率が高い。また最像側のレンズ付近は、露光光のエネルギー密度が高くなっている。更に硝材（光学硝子）においては、一般的に低屈折率のものほど、アッベ数が大きい。従って、条件式（１）、（２）を満たす最像側の負レンズＬ５１１によって、露光光のエネルギー密度が高い所に位置するレンズでありながら、高い透過率を確保することができ、かつ色による像面湾曲収差の補正を良好に行うことができる。即ち、色の像面湾曲の曲がり又は色に関する高次収差の補正を良好に行うことができる。
【００２８】
更に、最像側の負レンズＬ５１１が、νｇ>50    …（３）の条件式を満たすように、更に好ましくは、νｇ>60    …（４）の条件式を満たすように構成されている。ここで、νｇは最像側の負レンズのアッベ数であり、アッベ数は、以下の数式で定義される。
【００２９】
νg=(nd-1)/(ng-nd)
nd:d線(587.6nm)の屈折率
ng:g線(435.8nm)の屈折率
最像側の負レンズＬ５１１が条件式（３）、更には（４）を満たすため、色による像面湾曲収差の補正を更に良好に行うことができる。
【００３０】
上述のように、この投影光学系ＰＬは、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の５群により構成されており、各レンズ群(第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５)の屈折力が以下の条件式を満たすように構成されている。
【００３１】
0.04＜f1/L＜0.4         …（５）
0.015＜-f2/L＜0.15      …（６）
0.02＜f3/L＜0.2         …（７）
0.015＜-f4/L＜0.15      …（８）
0.03＜f5/L＜0.3         …（９）
この条件式において、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５の焦点距離、ＬはレチクルＲ（第１物体）からウエハＷ（第２物体）までの距離を示す。
【００３２】
上述の条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１の最適な屈折力を規定するものである。この第１レンズ群Ｇ１が条件式（５）を満たすことにより、投影光学系ＰＬのディストーションを良好に補正することができる。即ち、f1/Lの値が条件式（５）の上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１で発生する正のディストーションが、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５で発生する負のディストーションを補正しきれなくなるため好ましくない。一方、f1/Lの値が条件式（５）の下限を超えると、高次の正のディストーションが発生する要因となるため好ましくない。なお、第１レンズ群Ｇ１に含まれる非球面（正レンズＬ１０４のウエハＷ側のレンズ面）ＡＳＰ１は、投影光学系ＰＬのディストーションの良好な補正に寄与している。
【００３３】
また、上述の条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ２の最適な屈折力を規定するものである。この第２レンズ群Ｇ２が条件式（６）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲を良好に補正することができる。即ち、-f2/Lの値が条件式（６）の上限を超えると、高次の像面湾曲の補正が不十分となり、像面の平坦化の達成が困難となるため好ましくない。一方、-f2/Lの値が条件式（６）の下限を超えると、負のディストーションの発生が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３だけでは、この大きな負のディストーションの良好な補正が困難となるため好ましくない。なお、第２レンズ群Ｇ２に含まれる非球面（負レンズＬ２０３のウエハＷ側のレンズ面）ＡＳＰ２は、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。
【００３４】
また、上述の条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ３の最適な屈折力を規定するものである。この第３レンズ群Ｇ３が条件式（７）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの長大化を招くことなく投影光学系ＰＬの高次の球面収差やディストーションを良好に補正することができる。即ち、f3/Lの値が条件式（７）の上限を超えると、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とで形成する望遠系の望遠比（telehoto ratio）が大きくなり、投影光学系ＰＬの長大化を招くと共に、第３レンズ群Ｇ３で発生する正のディストーションの発生量が小さくなり、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５で発生する負のディストーションを良好に補正できなくなるため好ましくない。一方、f3/Lの値が条件式（７）の下限を超えると、高次の球面収差が発生し良好な結像性能をレチクルＲ（第２物体）上で得ることができなくなるため好ましくない。
【００３５】
また、上述の条件式（８）は、第４レンズ群Ｇ４の最適な屈折力を規定するものである。この第４レンズ群Ｇ４が条件式（８）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差やコマ収差を発生させることなく、高次の像面湾曲を良好に補正することができる。即ち、-f4/Lの値が条件式（８）の上限を超えると、高次の像面湾曲の補正が不十分となり、像面の平坦化の悪化を招くため好ましくない。一方、-f4/Lの値が条件式（８）の下限を超えると、高次の球面収差やコマ収差の発生する要因となるため好ましくない。なお、第４レンズ群Ｇ４に含まれる非球面（負レンズＬ４０２のレチクルＲ側のレンズ面）ＡＳＰ３は、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。
【００３６】
更に、上述の条件式（９）は、第５レンズ群Ｇ５の最適な屈折力を規定するものである。この第５レンズ群Ｇ５が条件式（９）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差を発生させることなくコンパクトな投影光学系ＰＬを実現することができる。即ち、f5/Lの値が条件式（９）の上限を超えると、第５レンズ群Ｇ５全体の屈折力が弱くなり過ぎ、結果的に投影光学系ＰＬの長大化を招くため好ましくない。一方、f5/Lの値が条件式（９）の下限を超えると、高次の球面収差が発生し、レチクルＲ上の像のコントラストの悪化を招くため好ましくない。なお、第５レンズ群Ｇ５に含まれる非球面（負レンズＬ５０８のウエハＷ側のレンズ面）ＡＳＰ４は、投影光学系ＰＬの高次の球面収差の発生の抑制に寄与している。
【００３７】
次に、第１の実施例にかかる投影光学系の諸元値を表１、表２、表３に示す。ただし、表１において、Ｄ０はレチクルＲ（第１物体）から第１レンズ群Ｇ１の最もレチクルＲ側のレンズ面までの光軸上の距離、ＷＤは第５レンズ群Ｇ５の最もウエハＷ（第２物体）側のレンズ面からウエハＷまでの光軸上の距離（作動距離）、βは投影光学系の投影倍率、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウエハＷ側の開口数、Φｅｘｐは投影光学系のウエハＷ面における円形の露光領域（投影領域）の直径、Ｌは物像間（レチクルＲとウエハＷとの間）の光軸上の距離である。
【００３８】
【表１】
0004228130.tif 000002
また、表２において、Ｎｏ．はレチクルＲ（第１物体）側からのレンズ面の順序、ｒは該当レンズ面の曲率半径、ｄは該当レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の間隔、ｎはｉ線（λ=365.015nm）における硝材屈折率、νｇはアッベ数をそれぞれ示している。
【００３９】
【表２】
0004228130.tif 000003
0004228130.tif 000004
また、表３において、非球面形状を表す係数を示す。ここで非球面形状を以下に示す数式１にて定義する。
【００４０】
【数１】
0004228130.tif 000005
ただし、Ｚはｓａｇ量、ｈは光軸からの距離、ｒは面頂点の曲率半径、ｋは円錐係数（ｋ＝０の時は球面）である。
【００４１】
【表３】
0004228130.tif 000006
また、表４において、第１の実施例にかかる上記条件式（１）〜（９）に対応する値（条件対応値）を示す。
【００４２】
【表４】
0004228130.tif 000007
図３は、第１の実施例にかかる投影光学系の縦収差及びディストーション（歪曲収差）を示し、図４は、その子午方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差（コマ収差）を示している。各収差図において、Ｎ．Ａ．は投影光学系ＰＬのウエハＷ側の開口数、field heightはウエハＷ側の像高を示しており、非点収差図中において、点線は子午像面（タンジェンシャル像面）、実線は球欠像面（サジタル像面）を示している。なお、球面収差は実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。横収差（コマ収差）についても同様に、実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。
【００４３】
この第１の実施例にかかる投影光学系は、両側テレセントリックであるにも拘わらず、広い露光領域の全てにおいて、特にディストーションが良好に補正されていると共に、色も含めた収差もバランス良く補正されていることが理解できる。
【００４４】
次に、第２の実施例にかかる投影光学系の構成を説明する。図５は、第２の実施例にかかる投影光学系のレンズ断面図である。この投影光学系ＰＬは、第１物体としてのレチクルＲ側から、負レンズＬ１０１及び正レンズＬ１０２，Ｌ１０３，Ｌ１０４により構成される正レンズ群（第１レンズ群）Ｇ１、負レンズＬ２０１，Ｌ２０２，Ｌ２０３，Ｌ２０４により構成される負レンズ群（第２レンズ群）Ｇ２、正レンズＬ３０１，Ｌ３０２，Ｌ３０３，Ｌ３０４，Ｌ３０５，Ｌ３０６により構成される正レンズ群（第３レンズ群）Ｇ３、負レンズＬ４０１，Ｌ４０２，Ｌ４０３により構成される負レンズ群（第４レンズ群）Ｇ４、負レンズＬ５０４，Ｌ５０８，Ｌ５１０及び正レンズＬ５０１，Ｌ５０２，Ｌ５０３，Ｌ５０５，Ｌ５０６，Ｌ５０７，Ｌ５０９，Ｌ５１１により構成される正レンズ群（第５レンズ群）Ｇ５の５群によって構成されている。
【００４５】
また、投影光学系ＰＬ内に非球面ＡＳＰ１〜ＡＳＰ４を有するように構成されている。即ち第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１０４のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ１として構成されており、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２０３のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ２として構成されており、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４０２のレチクルＲ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ３として構成されており、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５０８のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ４として構成されている。
【００４６】
この投影光学系ＰＬは、屈折率１．５７以上の硝材を含む複数種類の硝材を有し、最像側の負レンズＬ５１０が、上述の条件式（１）、（２）を満たしている。従って、この条件式（１）、（２）を満たす最像側の負レンズＬ５１０によって、露光光のエネルギー密度が高い所に位置するレンズでありながら高い透過率を確保し、かつ良好に色収差の補正を行うことができる。
【００４７】
更に、最像側の負レンズＬ５１０が、上述の条件式（３）、好ましくは（４）を満たすように構成されている。この条件式（３）、更には（４）を満たす最像側の負レンズＬ５１０において、色による像面湾曲収差の補正を良好に行うことができる。
【００４８】
上述のように、この投影光学系ＰＬは、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の５群により構成されており、各レンズ群（第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５）の屈折力が、上述の条件式（５）〜（９）を満たすように構成されている。
【００４９】
上述の条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１の最適な屈折力を規定するものである。この第１レンズ群Ｇ１が条件式（５）を満たすことにより、投影光学系ＰＬのディストーションを良好に補正することができる。なお、第１レンズ群Ｇ１に含まれる非球面（正レンズＬ１０４のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ１はディストーションの良好な補正に寄与している。また、上述の条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ２の最適な屈折力を規定するものである。この第２レンズ群Ｇ２が条件式（６）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲を良好に補正することができる。なお、第２レンズ群Ｇ２に含まれる非球面（負レンズＬ２０３のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ２は投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。また、上述の条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ３の最適な屈折力を規定するものである。この第３レンズ群Ｇ３が条件式（７）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの長大化を招くことなく投影光学系ＰＬの高次の球面収差やディストーションを良好に補正することができる。
【００５０】
また、上述の条件式（８）は、第４レンズ群Ｇ４の最適な屈折力を規定するものである。この第４レンズ群Ｇ４が条件式（８）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差やコマ収差を発生させることなく、高次の像面湾曲を良好に補正することができる。なお、第４レンズ群Ｇ４に含まれる非球面（負レンズＬ４０２のレチクルＲ側レンズ面）ＡＳＰ３は、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。
【００５１】
更に、上述の条件式（９）は、第５レンズ群Ｇ５の最適な屈折力を規定するものである。この第５レンズ群Ｇ５が条件式（９）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差を発生させることなくコンパクトな投影光学系ＰＬを実現することができる。なお、第５レンズ群Ｇ５に含まれる非球面（正レンズＬ５０６のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ４は、投影光学系ＰＬの高次の球面収差の発生の抑制に寄与している。
【００５２】
次に、第２の実施例にかかる投影光学系の諸元値を表５、表６、表７に示す。ただし、表５において、Ｄ０はレチクルＲ（第１物体）から第１レンズ群の最もレチクルＲ側のレンズ面までの光軸上の距離、ＷＤは第５レンズ群の最もウエハＷ（第２物体）側のレンズ面からウエハＷまでの光軸上の距離（作動距離）、βは投影光学系の投影倍率、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウエハW側の開口数、Φｅｘｐは投影光学系のウエハW面における円形の露光領域（投影領域）の直径、Ｌは物像間（レチクルＲとウエハＷとの間）の光軸上の距離である。
【００５３】
【表５】
0004228130.tif 000008
また，表６において、Ｎｏ．はレチクルＲ（第１物体）側からのレンズ面の順序、ｒは該当レンズ面の曲率半径、ｄは該当レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の間隔、ｎはｉ線（λ=365.015nm）における硝材屈折率、νgをそれぞれ示している。
【００５４】
【表６】
0004228130.tif 000009
0004228130.tif 000010
また，表７において、非球面形状を表す係数を示している。非球面形状を定義する数式は上記第１の実施例にかかる非球面形状定義する数式１と同一である。
【００５５】
【表７】
0004228130.tif 000011
また、表８において、第２の実施例にかかる条件式（１）〜（９）に対応する値（条件対応値）を示す。
【００５６】
【表８】
0004228130.tif 000012
図６は、第２の実施例にかかる投影光学系の縦収差及びディストーション（歪曲収差）を示し、図７は、その子午方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差（コマ収差）を示している。各収差図において、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウエハＷ側の開口数、field heightはウエハW側の像高を示しており、非点収差図中において、点線は子午像面（タンジェンシャル像面）、実線は球欠像面（サジタル像面）を示している。なお、球面収差は実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。横収差（コマ収差）についても同様に、実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。
【００５７】
この第２の実施例にかかる投影光学系においても、両側テレセントリックであるにも拘わらず、広い露光領域の全てにおいて、特にディストーションが良好に補正されていると共に、色も含めた収差もバランス良く補正されていることが理解できる。
【００５８】
次に、第３の実施例にかかる投影光学系の構成を説明する。図８は、第３の実施例にかかる投影光学系のレンズ断面図である。この投影光学系ＰＬは、第１物体としてのレチクルＲ側から、負レンズＬ１０１及び正レンズＬ１０２，Ｌ１０３，Ｌ１０４により構成される正レンズ群（第１レンズ群）Ｇ１、負レンズＬ２０１，Ｌ２０２，Ｌ２０３，Ｌ２０４により構成される負レンズ群（第２レンズ群）Ｇ２、正レンズＬ３０１，Ｌ３０２，Ｌ３０３，Ｌ３０４，Ｌ３０５により構成される正レンズ群（第３レンズ群）Ｇ３、負レンズＬ４０１，Ｌ４０２，Ｌ４０３により構成される負レンズ群（第４レンズ群）Ｇ４、負レンズＬ５０４，Ｌ５０８，Ｌ５１０及び正レンズＬ５０１，Ｌ５０２，Ｌ５０３，Ｌ５０５，Ｌ５０６，Ｌ５０７，Ｌ５０９，Ｌ５１１により構成される正レンズ群（第５レンズ群）Ｇ５の５群によって構成されている。そして、レチクル（物体面）Ｒ側及び第２物体としてのウエハ（像面）Ｗ側の両方でテレセントリックとなっている。
【００５９】
また、投影光学系ＰＬ内に非球面ＡＳＰ１〜ＡＳＰ５を有するように構成されている。即ち第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ１０４のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ１として構成されており、第２レンズ群Ｇ２の負レンズＬ２０３のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ２として構成されており、第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ３０５のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ３として構成されており、第４レンズ群Ｇ４の負レンズＬ４０２のレチクルＲ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ４として構成されており、第５レンズ群Ｇ５の正レンズＬ５０７のウエハＷ側のレンズ面が非球面ＡＳＰ５として構成されている。
【００６０】
この投影光学系ＰＬは、屈折率１．５７以上の硝材を含む複数種類の硝材を有し、最像側の負レンズＬ５１０が、上述の条件式（１）、（２）を満たしている。従って、この条件式（１）、（２）を満たす最像側の負レンズＬ５１０によって、露光光のエネルギー密度が高い所に位置するレンズでありながら高い透過率を確保し、かつ色による像面湾曲収差の補正を良好に行うことができる。
【００６１】
更に、最像側の負レンズＬ５１０が、上述の条件式（３）、好ましくは（４）を満たすように構成されている。この条件式（３）、更には（４）を満たす最像側の負レンズＬ５１０において、色による像面湾曲収差の補正を更に良好に行うことができる。
【００６２】
上述のように、この投影光学系ＰＬは、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の５群により構成されており、各レンズ群（第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５）の屈折力が、上述の条件式（５）〜（９）を満たすように構成されている。
【００６３】
上述の条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１の最適な屈折力を規定するものである。この第１レンズ群Ｇ１が条件式（５）を満たすことにより、投影光学系のディストーションを良好に補正することができる。なお、第１レンズ群Ｇ１に含まれる非球面（正レンズＬ１０４のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ１はディストーションの良好な補正に寄与している。また、上述の条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ２の最適な屈折力を規定するものである。この第２レンズ群Ｇ２が条件式（６）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲を良好に補正することができる。なお、第２レンズ群Ｇ２に含まれる非球面（負レンズＬ２０３のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ２は投影光学系ＰＬの高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。
【００６４】
また、上述の条件式（７）は、第３レンズ群Ｇ３の最適な屈折力を規定するものである。この第３レンズ群Ｇ３が条件式（７）を満たすことにより、投影光学系ＰＬの長大化を招くことなく投影光学系ＰＬの高次の球面収差やディストーションを良好に補正することができる。なお、第３レンズ群Ｇ３に含まれる非球面（正レンズＬ３０５のウエハＷ側レンズ面）ＡＳＰ３は、投影光学系ＰＬの長大化を抑制しつつ投影光学系ＰＬの高次の球面収差やディストーションの良好な補正に寄与している。
【００６５】
また、上述の条件式（８）は、第４レンズ群Ｇ４の最適な屈折力を規定するものである。この第４レンズ群Ｇ４が条件式（８）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差やコマ収差を発生させることなく、高次の像面湾曲を良好に補正することができる。なお、第４レンズ群Ｇ４に含まれる非球面（負レンズＬ４０２のレチクルＲ側レンズ面）ＡＳＰ４は、投影光学系の高次の像面湾曲の良好な補正に寄与している。
【００６６】
更に、上述の条件式（９）は、第５レンズ群Ｇ５の最適な屈折力を規定するものである。この第５レンズ群Ｇ５が条件式（９）を満たすことにより、投影光学系ＰＬに高次の球面収差を発生させることなくコンパクトな投影光学系ＰＬを実現することができる。なお、第５レンズ群Ｇ５に含まれる（正レンズＬ５０７のウエハＷ側レンズ面）非球面ＡＳＰ５は、投影光学系ＰＬの高次の球面収差の発生の抑制に寄与している。
【００６７】
この第３の実施例にかかる投影光学系の諸元値を表９、表１０、表１１に示す。ただし、表９において、Ｄ０はレチクルＲ（第１物体）から第１レンズ群の最もレチクルＲ側のレンズ面までの光軸上の距離、ＷＤは第５レンズ群の最もウエハＷ（第２物体）側のレンズ面からウエハＷまでの光軸上の距離（作動距離）、βは投影光学系の投影倍率、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウエハＷ側の開口数、Φｅｘｐは投影光学系のウエハＷ面における円形の露光領域（投影領域）の直径、Ｌは物像間（レチクルＲとウエハＷとの間）の光軸上の距離である。
【００６８】
【表９】
0004228130.tif 000013
また、表１０において、Ｎｏ．はレチクルＲ（第１物体）側からのレンズ面の順序、ｒは該当レンズ面の曲率半径、ｄは該当レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の間隔、ｎはｉ線（λ=365.015nm）における硝材屈折率、νgをそれぞれ示している。
【００６９】
【表１０】
0004228130.tif 000014
0004228130.tif 000015
また、表１１において、非球面形状を表す係数を示している。非球面形状を定義する数式は第１の実施例にかかる非球面形状を定義する数式１と同一である。
【００７０】
【表１１】
0004228130.tif 000016
また、表１２において、第３の実施例にかかる上記条件式（１）〜（９）に対応する値（条件対応値）を示す。
【００７１】
【表１２】
0004228130.tif 000017
図９は、第３の実施例にかかる投影光学系の縦収差及びディストーション(歪曲収差)を示し、図１０は、その子午方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差（コマ収差）を示している。各収差図において、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウエハＷ側の開口数、field heightはウエハＷ側の像高を示しており、非点収差図中において、点線は子午像面（タンジェンシャル像面）、実線は球欠像面（サジタル像面）を示している。球面収差は実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。横収差（コマ収差）についても同様に、実線が基準波長のｉ線(365.015nm)、破線が基準波長に対し+3nm(368.015nm)、一点鎖線が基準波長に対し-3nm(362.015nm)の収差を示している。
【００７２】
この第３の実施例にかかる投影光学系においても、両側テレセントリックであるにも拘わらず、広い露光領域の全てにおいて、特にディストーションが良好に補正されていると共に、色も含めた収差もバランス良く補正されていることが理解できる。
【００７３】
なお、上記の実施の形態では、露光光としてｉ線（λ=365.015nm）の光を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、エキシマレーザ光等の極紫外光や、水銀ランプのｇ線（波長435.8nm）等、更にはそれ以外の紫外領域の光を使用する場合にも適用できることは言うまでもない。
【００７４】
次に、図１１に示すフローチャートを参照して、上述の各実施例にかかる投影光学系を有する投影露光装置を用いてウエハＷ上に所定の回路パターンを形成する際の動作の説明を行う。
【００７５】
先ず、図１１のステップＳ１において、１ロットのウエハＷ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ２において、その１ロットのウエハＷ上の金属膜状にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３において、上記実施例の投影光学系ＰＬ（図２，５又は図８）を備えた図１の投影露光装置を用いて、レチクルＲ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウエハＷ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ４において、その１ロットのウエハＷ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ５において、その１ロットのウエハＷ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、レチクルＲ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハＷ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
【００７６】
この際に、この投影光学系は、両側テレセントリックであるが、使用する硝材の吸収による結像性能の悪化を抑え、開口数Ｎ．Ａ．が大きくできるため、レチクルＲの反りや露光対象の各ウエハＷに反りがあっても、各ウエハＷ上に微細な回路パターンを高い解像度で安定して形成できる。また、投影光学系ＰＬの露光領域が広いため、大きなデバイスを高いスループットで製造できる。
【００７７】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００７８】
【発明の効果】
この発明の投影光学系によれば、両側テレセントリックとしながらも、使用する硝材の露光光の吸収による結像性能の悪化を抑えることができ、大きな開口数と広い露光領域とを確保しつつ、諸収差、特にディストーションを極めて良好に補正することができる。また、投影光学系をコンパクトで高性能なものとすることができる。
【００７９】
また、この発明の露光装置によれば、両側テレセントリックとしながらも、使用する硝材の露光光の吸収による結像性能の悪化を抑え、大きな開口数と広い露光領域が得られる投影光学系を備えているため、マスクや基板に反りがあっても基板上に高い解像度でマスクパターン像を転写できる。また、投影光学系の露光領域が広いため、極めて微細な回路パターンを基板上の広い露光領域に形成することができる。更に、この発明のデバイスの製造方法によれば、マスクや基板に反りがある場合でも高性能なデバイスをスループット良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる投影光学系を備えた投影露光装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】この発明の第１の実施例にかかる投影光学系の縦収差を示す図である。
【図４】この発明の第１の実施例にかかる投影光学系の横収差を示す図である。
【図５】この発明の第２の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】この発明の第２の実施例にかかる投影光学系の縦収差を示す図である。
【図７】この発明の第２の実施例にかかる投影光学系の横収差を示す図である。
【図８】この発明の第３の実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図９】この発明の第３の実施例にかかる投影光学系の縦収差を示す図である。
【図１０】この発明の第３の実施例にかかる投影光学系の横収差を示す図である。
【図１１】この発明の各実施例にかかる投影光学系を用いた半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
ＩＳ…照明光学装置、Ｒ…レチクル、ＲＳ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、ＡＳ…開口絞り、Ｗ…ウエハ、ＷＳ…ウエハステージ、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、Ｇ５…第５レンズ群。
【図１】
0004228130.tif 000018
【図２】
0004228130.tif 000019
【図３】
0004228130.tif 000020
【図４】
0004228130.tif 000021
【図５】
0004228130.tif 000022
【図６】
0004228130.tif 000023
【図７】
0004228130.tif 000024
【図８】
0004228130.tif 000025
【図９】
0004228130.tif 000026
【図１０】
0004228130.tif 000027
【図１１】
0004228130.tif 000028