(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体の像を第２物体上に投影する投影光学系において、
前記投影光学系は、前記第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、負の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とを有し、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ1 、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ2 、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ3 、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ4 、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ5 、前記第１レンズ群乃至第３レンズ群の合成焦点距離をｆ1-3 、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群の合成焦点距離をｆ4-5 、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、以下の条件を満足し、
０．１＜ｆ1 ／ｆ3 ＜１７
０．１＜ｆ2 ／ｆ4 ＜１４
０．０１＜ｆ5 ／Ｌ＜０．８
ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＜２．５
前記第１レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを有し、
前記第２レンズ群は、少なくとも２枚の負レンズを有し、
前記第３レンズ群は、少なくとも３枚の正レンズを有し、
前記第４レンズ群は、少なくとも３枚の負レンズを有し、
前記第５レンズ群は、少なくとも５枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズと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物体から前記投影光学系全体の第１物体側焦点までの軸上距離をＩとし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
１．０＜Ｉ／Ｌ
【請求項３】
前記第２レンズ群は、最も第１物体側に配置されて前記第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて前記第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つメニスカス形状の後方レンズと、前記第２レンズ群中の前方レンズと前記第２レンズ群中の後方レンズとの間に配置される中間レンズ群を含み、
前記中間レンズ群は、前記第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズと、負の屈折力を持つ第２レンズと、負の屈折力を持つ第３レンズとを少なくとも有し、
前記第２レンズ群中の前記第２レンズから前記第３レンズまでの合成焦点距離をｆn とし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の投影光学系。
−１．４  ＜ｆn ／Ｌ＜  −０．１２３
【請求項４】
前記第５レンズ群は、両凹形状の負レンズと、該両凹形状の負レンズの第１物体側に隣接して配置されて第２物体側に凸面を向けた第１正レンズと、前記両凹形状の負レンズの第２物体側に隣接して配置されて第１物体側に凸面を向けた第２正レンズとを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第５レンズ群中の前記第１正レンズの前記凸面の曲率半径をｒ5P1 とし、前記第５レンズ群中の前記両凹形状の負レンズにおける第１物体側の凹面の曲率半径ｒ5n1 とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項４記載の投影光学系。
０＜（ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＜１
【請求項６】
前記第５レンズ群中の前記両凹形状の負レンズにおける第２物体側の凹面の曲率半径ｒ5n2 とし、前記第５レンズ群中の第２正レンズの前記凸面の曲率半径ｒ5p2 とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項４または請求項５記載の投影光学系。
０＜（ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＜１
【請求項７】
前記第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズと、前記第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズとの間には、前記両凹形状の負レンズと、前記第１正レンズと、前記第２正レンズとが配置されることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項８】
前記第３レンズ群の焦点距離をｆ3 、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ5 とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項記載の投影光学系。
０．８０＜ｆ3 ／ｆ5 ＜１．００
【請求項９】
前記第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、前記第４レンズ群中の前方レンズと前記第４レンズ群中の後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有し、
前記第４レンズ群中の最も第１物体側に配置された前方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4Fとし、前記第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項記載の投影光学系。
１．０３＜｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜
【請求項１０】
前記第２レンズ群中の中間レンズ群における負の屈折力の第３レンズの第２物体側のレンズ面から第２レンズ群における後方レンズの第１物体側のレンズ面までの軸上距離をＤとし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項記載の投影光学系。
０．０５＜Ｄ／Ｌ＜０．４
【請求項１１】
前記第４レンズ群の焦点距離をｆ4 とし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項記載の投影光学系。
−０．０９８＜ｆ4 ／Ｌ＜−０．００５
【請求項１２】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ2 とし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項記載の投影光学系。
−０．８＜ｆ2 ／Ｌ＜−０．０５０
【請求項１３】
前記第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、前記第４レンズ群中の前記前方レンズと前記第４レンズ群中の前記後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有し、
前記第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とし、前記後方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4R2 とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項記載の投影光学系。
−１．００≦（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＜０
【請求項１４】
前記第２レンズ群中の中間レンズ群における正の屈折力の第１レンズは、第２物体側に凸面を向けたレンズ形状を有し、前記第２レンズ群中の中間レンズ群における正の屈折力を持つ第１レンズの第２物体側のレンズ面の屈折力をφ21とし、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、以下の条件を満足することを特徴とする請求項３乃至請求項１３の何れか一項記載の投影光学系。
０．５４＜１／（φ21・Ｌ）＜１０
【請求項１５】
前記第２レンズ群中の最も第１物体側に配置されて前記第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズの焦点距離をｆ2F、前記第２レンズ群中の最も第２物体側に配置されて前記第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズの焦点距離をｆ2Rとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項３乃至１４の何れか一項記載の投影光学系。
０≦ｆ2F／ｆ2R＜１８
【請求項１６】
前記第２レンズ群中の中間レンズ群は、負の屈折力を持つことを特徴とする請求項３乃至１５の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項１７】
前記中間レンズ群の負の屈折力を持つレンズは、前記第２レンズ及び前記第３レンズのみであり、前記第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第２レンズの焦点距離をｆ22とし、前記第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第３レンズの焦点距離をｆ23とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項３乃至請求項１６の何れか一項記載の投影光学系。
０．７＜ｆ22／ｆ23
【請求項１８】
前記投影光学系は両側テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項１９】
前記投影光学系を構成するレンズは非貼合せであることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一項記載の投影光学系。
【請求項２０】
所定のパターンが形成された投影原版の像を基板上に露光する投影露光装置において、
請求項１乃至１９の何れか一項記載の投影光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２１】
所定のパターンが形成された投影原版の像を基板上に露光する投影露光方法において、
請求項１乃至１９の何れか一項記載の投影光学系を用いて、第１面上に配置された前記投影原版の像を前記基板上に露光することを特徴とする投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、第１物体のパターンを第２物体としての基板等に投影するための投影光学系に関するものであり、特に、第１物体としてのレチクル（マスク）上に形成された半導体用または液晶用のパターンを第２物体としての基板（ウェハ、プレート等）上に投影露光するのに好適な投影光学系に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路のパターンの微細化が進むに従って、ウェハの焼付けに用いられる投影光学系に対し要求される性能もますます厳しくなってきている。このような状況の中で、投影光学系の解像力の向上については、露光波長λをより短くするか、あるいは投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする事が考えられる。
【０００３】
近年においては、転写パターンの微細化に対応するために、露光用の光源は、ｇ線(436nm) の露光波長の光を発するものからｉ線(365nm) の露光波長の光を発するものが主として用いられるようになってきており、さらには、より短波長の光を発する光源、例えばエキシマレーザ（248nm,193nm)が用いられようとしている。
【０００４】
そして、以上の各種の露光波長の光によってレチクル上のパターンをウェハ上に投影露光するための投影光学系が提案されている。
投影光学系においては、解像力の向上と共に要求されるのは、像歪を少なくすることである。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ェ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等によるものがある。
【０００５】
近年ますます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、ウェハの反りによる像歪への影響を少なくするためには、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。
【０００６】
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。それらの例としては、特開昭６３−１１８１１５号、特開平４−１５７４１２号、特開平５−１７３０６５号等のものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の各特許公報にて提案された光学系の中には、物体側と像側とが共にテレセントリックである、所謂両側テレセントリック投影光学系が開示されている。しかしながら、以上の各特許公報にて提案されている両側テレセントリック投影光学系では、露光領域が十分には広くなく、さらには各収差、特にディストーションの補正が十分ではなかった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的大きな開口数を持ち、両側テレセントリック性及び諸収差、特にディストーションの良好なる補正が極めて広い露光領域において達成された高性能な投影光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明による投影光学系は、第１物体の像を第２物体上に投影する投影光学系であって、第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、負の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とを有するように構成される。そして、第１レンズ群の焦点距離をｆ1 、第２レンズ群の焦点距離をｆ2 、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 、第４レンズ群の焦点距離をｆ4 、第５レンズ群の焦点距離をｆ5 、第１レンズ群乃至第３レンズ群の合成焦点距離をｆ1-3 、第４レンズ群及び第５レンズ群の合成焦点距離をｆ4-5 、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足するように構成されるものである。
（１）            ０．１＜ｆ1 ／ｆ3 ＜１７
（２）            ０．１＜ｆ2 ／ｆ4 ＜１４
（３）          ０．０１＜ｆ5 ／Ｌ＜０．８
（４）                  ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＜２．５
以上の構成に基づいて、第１物体から投影光学系全体の第１物体側焦点までの軸上距離をＩとし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（５）              １．０＜Ｉ／Ｌ
また、本発明において、第２レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つメニスカス形状の後方レンズと、第２レンズ群中の前方レンズと第２レンズ群中の後方レンズとの間に配置される中間レンズ群を含むように構成されることが好ましく、この中間レンズ群は、第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズと、負の屈折力を持つ第２レンズと、負の屈折力を持つ第３レンズとを少なくとも有するように構成されることが好ましい。そして、第２レンズ群中の第２レンズから第３レンズまでの合成焦点距離をｆn とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（６）        −１．４  ＜ｆn ／Ｌ＜  −０．１２３
また、第５レンズ群は、両凹形状の負レンズと、この両凹形状の負レンズの第１物体側に隣接して配置されて第２物体側に凸面を向けた第１正レンズと、両凹形状の負レンズの第２物体側に隣接して配置されて第１物体側に凸面を向けた第２正レンズとを含むように構成されることが好ましい。
【００１０】
また、第５レンズ群中の第１正レンズの凸面の曲率半径をｒ5P1 第５レンズ群中の両凹形状の負レンズにおける第１物体側の凹面の曲率半径ｒ5n1 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（７）        ０＜（ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＜１
また、第５レンズ群中の両凹形状の負レンズにおける第２物体側の凹面の曲率半径ｒ5n2 とし、第５レンズ群中の第２正レンズの凸面の曲率半径ｒ5p2 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（８）        ０＜（ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＜１
また、第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズと、第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズとの間には、両凹形状の負レンズと、この両凹形状の負レンズの第１物体側に隣接して配置されて第２物体側に凸面を向けた第１正レンズと、両凹形状の負レンズの第２物体側に隣接して配置されて第１物体側に凸面を向けた第２正レンズとが配置されることが好ましい。
【００１１】
また、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 、第５レンズ群の焦点距離をｆ5 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（９）              ０．８０＜ｆ3 ／ｆ5 ＜１．００
また、第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、第４レンズ群中の前方レンズと第４レンズ群中の後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有するように構成されることが好ましい。そして、第４レンズ群中の最も第１物体側に配置された前方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4Fとし、第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１０）    １．０３＜｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜
また、第２レンズ群中の中間レンズ群における負の屈折力の第３レンズの第２物体側のレンズ面から第２レンズ群における後方レンズの第１物体側のレンズ面までの軸上距離をＤとし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１１）  ０．０５＜Ｄ／Ｌ＜０．４
また、第４レンズ群の焦点距離をｆ4 とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１２）    −０．０９８＜ｆ4 ／Ｌ＜−０．００５
また、第２レンズ群の焦点距離をｆ2 とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１３）    −０．８＜ｆ2 ／Ｌ＜−０．０５０
また、第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、第４レンズ群中の前方レンズと第４レンズ群中の後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有するように構成されることが好ましく、第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とし、後方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4R2 とするとき、以下の条件（１４）を満足することが好ましい。
（１４）    −１．００≦（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＜０
また、第２レンズ群中の中間レンズ群における正の屈折力の第１レンズは、第２物体側に凸面を向けたレンズ形状を有することが好ましく、第２レンズ群中の中間レンズ群における正の屈折力を持つ第１レンズの第２物体側のレンズ面の屈折力をφ21とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１５）        ０．５４＜１／（φ21・Ｌ）＜１０
また、第２レンズ群中の最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズの焦点距離をｆ2F、第２レンズ群中の最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズの焦点距離をｆ2Rとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１６）              ０≦ｆ2F／ｆ2R＜１８
また、本発明において、第２レンズ群中の中間レンズ群は、負の屈折力を持つように構成されることが好ましい。
【００１２】
また、中間レンズ群の負の屈折力を持つレンズは、第２レンズ及び第３レンズのみであることが好ましく、第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第２レンズの焦点距離をｆ22とし、第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第３レンズの焦点距離をｆ23とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１７）        ０．７＜ｆ22／ｆ23
また、第１レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを有し、第２レンズ群は、少なくとも２枚の負レンズを有し、第３レンズ群は、少なくとも３枚の正レンズを有し、第４レンズ群は、少なくとも３枚の負レンズを有し、第５レンズ群は、少なくとも５枚の正レンズ及び少なくとも１枚の負レンズとを有するように構成されることが好ましい。
【００１３】
【作用】
本発明の投影光学系では、第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、負の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とを少なくとも有する構成としている。
【００１４】
まず、正の屈折力を持つ第１レンズ群はテレセントリック性を維持しながら主にディストーションの補正に寄与しており、具体的には、第１レンズ群にて正のディストーションを発生させて、この第１レンズ群よりも第２物体側に位置する複数のレンズ群にて発生する負のディストーションをバランス良く補正している。負の屈折力を持つ第２レンズ群及び負の屈折力を持つ第４レンズ群は、主にペッツバール和の補正に寄与し、像面の平坦化を図っている。負の屈折力を持つ第２レンズ群及び正の屈折力を持つ第３レンズ群では、この２つのレンズ群において逆望遠系を形成しており、投影光学系のバックフォーカス（投影光学系の最も第２物体側のレンズ面等の光学面から第２物体までの距離）の確保に寄与している。正の屈折力を持つ第５レンズ群は、ディストーションの発生を抑えることと、第２物体側での高ＮＡ化に十分対応するために特に球面収差の発生を極力抑えることとに主に寄与している。
【００１５】
条件（１）では、正の屈折力の第１レンズ群の焦点距離ｆ1 と正の屈折力の第３レンズ群の焦点距離ｆ3 との最適な比率、即ち、第１レンズ群と第３レンズ群との最適な屈折力（パワー）配分を規定している。この条件（１）は、主にディストーションをバランス良く補正するためのものであり、この条件（１）の下限を越えると、第３レンズ群の屈折力が第１レンズ群の屈折力に対して相対的に弱くなるため、負のディストーションが大きく発生する。また、条件（１）の上限を越えると、第１レンズ群の屈折力が第３レンズ群の屈折力に対して相対的に弱くなるため、負のディストーションが大きく発生する。
【００１６】
条件（２）では、負の屈折力の第２レンズ群の焦点距離ｆ2 と負の屈折力の第４レンズ群の焦点距離ｆ4 との最適な比率、即ち、第２レンズ群と第４レンズ群との最適な屈折力（パワー）配分を規定している。この条件（２）は、主にペッツバール和を小さくして、広い露光フィールドを確保しながら、像面湾曲を良好に補正するためのものであり、この条件（２）の下限を越えると、第４レンズ群の屈折力が第２レンズ群の屈折力に対して相対的に弱くなるため、正のペッツバール和が大きく発生する。また、条件（２）の上限を越えると、第２レンズ群の屈折力が第４レンズ群の屈折力に対して相対的に弱くなるため、正のペッツバール和が大きく発生する。なお、第４レンズ群の屈折力を第２レンズ群の屈折力に対して相対的に強くして、広い露光フィールドのもとでペッツバール和をよりバランス良く補正するためには、上記条件（２）の下限値を０．８として、０．８＜ｆ2 ／ｆ4 とすることが好ましい。
【００１７】
条件（３）では、正の屈折力の第５レンズ群の焦点距離ｆ5 と第１物体（レチクル等）と第２物体（ウェハ等）までの距離（物像間距離）Ｌとの最適な比率を規定している。この条件（３）は、大きな開口数を保ちながら球面収差、ディストーション及びペッツバール和をバランス良く補正するためのものである。この条件（３）の下限を越えると、第５レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎ、この第５レンズ群にて負のディストーションのみならず負の球面収差が甚大に発生する。この条件（３）の上限を越えると、第５レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、これに伴って負の屈折力の第４レンズ群の屈折力も必然的に弱くなり、この結果、ペッツバール和を良好に補正することができない。
【００１８】
条件（４）は、十分に広い露光領域を達成し、十分なるディストーションの補正を行なうために、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群及び正の第３レンズ群の合成焦点距離ｆ1-3 と負の第４レンズ群及び正の第５レンズ群の合成焦点距離ｆ4-5 との最適な比率を規定したものである。
この条件（４）の上限を越えると、十分に広い露光領域の確保が困難になり、また負のディストーションの発生を招く。なお、正のディストーションの発生を抑えるためには、上記条件（４）の下限値を１．５とし、１．５＜ｆ1-3 ／ｆ4-5 とすることが好ましい。また、負のディストーションをさらに良好に補正するためには、上記条件（４）の上限値を２．２とし、ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＜２．２とすることが好ましい。
【００１９】
さらに、第１物体から投影光学系全体の第１物体側焦点までの軸上距離をＩとし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、
以下の条件（５）を満足することが好ましい。
（５）              １．０＜Ｉ／Ｌ
条件（５）では、第１物体から投影光学系全体の第１物体側焦点までの軸上距離Ｉと、第１物体（レチクル等）から第２物体（ウェハ等）までの距離（物像間距離）Ｌとの最適な比率を規定している。ここで、投影光学系全体の第１物体側焦点とは、投影光学系の光軸に対して近軸領域での平行光を投影光学系の第２物体側から入射させ、その近軸領域の光が投影光学系を射出する時に、その射出光が光軸と交わる点を意味するものである。
【００２０】
この条件（５）の下限を越えると、投影光学系の第１物体側でのテレセントリック性が大幅に崩れて、第１物体の光軸方向のずれに起因する倍率の変動並びにディストーションの変動が大きくなり、その結果、第１物体の像を所望の倍率のもとで忠実に第２物体上に投影することが困難となる。なお、第１物体の光軸方向のずれに起因する倍率の変動並びにディストーションの変動をより十分に抑えるためには、上記条件（５）の下限値を１．７として、１．７＜Ｉ／Ｌとすることが好ましい。さらに、投影光学系のコンパクト化を維持しながら、瞳の球面収差及びディストーションを共にバランス良く補正するためには、上記条件（５）の上限値を６．８として、Ｉ／Ｌ＜６．８とすることが好ましい。
【００２１】
また、第２レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つメニスカス形状の後方レンズと、第２レンズ群中の前方レンズと第２レンズ群中の後方レンズとの間に配置される中間レンズ群を含み、中間レンズ群は、第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズと、負の屈折力を持つ第２レンズと、負の屈折力を持つ第３レンズとを少なくとも有することが好ましい。
【００２２】
ここで、第２レンズ群において、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズは、像面湾曲、コマ収差の補正に寄与し、第２レンズ群における最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つメニスカス形状の後方レンズは、主にコマ収差の補正に寄与している。なお、後方レンズはまた像面湾曲の補正にも寄与している。また、前方レンズと後方レンズとの間に配置された中間レンズ群において、正の屈折力を持つ第１レンズは、像面湾曲の補正に大きく寄与している負の屈折力の第２及び第３レンズにて発生する負のディストーションの補正に寄与している。また、中間レンズ群において、正の屈折力を持つ第１レンズの第２物体側に２枚以上の負屈折力のレンズが配置されているため、コマ収差の発生を抑えることができる。
【００２３】
そして、第２レンズ群中の第２レンズから第３レンズまでの合成焦点距離をｆn とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件（６）を満足することが好ましい。
（６）        −１．４  ＜ｆn ／Ｌ＜  −０．１２３
条件（６）では、第２レンズ群中の中間レンズ群における負の屈折力の第２レンズから負の屈折力の第３レンズまでの合成焦点距離ｆn と第１物体から第２物体までの距離（物像間距離）Ｌとの最適な比率を規定している。但し、ここで言う第２レンズ群の中間レンズ群における負の屈折力の第２レンズから負の屈折力の第３レンズまでの合成焦点距離ｆn とは、第２レンズ及び第３レンズの２枚のレンズの合成焦点距離を意味するのみならず、第２レンズと第３レンズとの間に複数のレンズが存在する場合には、第２レンズから第３レンズまでの２枚以上のレンズを含めた上での合成焦点距離を意味する。
【００２４】
この条件（６）は、負のディストーションの発生を抑えながらペッツバール和を小さく保つためのものである。この条件（６）の下限を越えると、第２レンズ群中の中間レンズ群における負の第２レンズから負の第３レンズまでの少なくとも２枚の負レンズを含む負のサブレンズ群の屈折力が弱くなり過ぎるため、正のペッツバール和が大きく発生するのみならず、第３レンズ群の屈折力も弱くなり、投影光学系のコンパクト化が困難となる。なお、ペッツバール和を良好に補正しつつより十分なるコンパクト化を図るには、上記条件（６）の下限値を−０．１５０として、−０．１５０＜ｆn ／Ｌとすることが好ましい。
【００２５】
この条件（６）の上限を越えると、第２レンズ群中の中間レンズ群における負の第２レンズから負の第３レンズまでの少なくとも２枚の負レンズを含む負のサブレンズ群の合成屈折力が強くなり過ぎるため、広い露光領域にわたって負のディストーションを良好に補正することが困難になる。なお、ディストーション並びにコマ収差を十分に補正するためには、上記条件（６）の上限値を−０．１２９として、ｆn ／Ｌ＜−０．１２９とすることが好ましい。
【００２６】
また、主に３次の球面収差を良好に補正するためには、第５レンズ群は、両凹形状の負レンズと、該両凹形状の負レンズの第１物体側に隣接して配置されて第２物体側に凸面を向けた第１正レンズと、両凹形状の負レンズの第２物体側に隣接して配置されて第１物体側に凸面を向けた第２正レンズとを含むことが好ましい。
【００２７】
そして、第５レンズ群中の第１正レンズの凸面の曲率半径をｒ5P1 第５レンズ群中の両凹形状の負レンズにおける第１物体側の凹面の曲率半径ｒ5n1 とするとき、以下の条件（７）を満足することが好ましい。
（７）        ０＜（ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＜１
また、第５レンズ群中の両凹形状の負レンズにおける第２物体側の凹面の曲率半径ｒ5n2 とし、第５レンズ群中の第２正レンズの凸面の曲率半径ｒ5p2 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（８）        ０＜（ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＜１
条件（７）及び条件（８）はともに、第５レンズ群中の両凹形状の負レンズの両側に形成される気体レンズの好適な形状を規定して３次の球面収差を良好に補正するためのものである。ここで、条件（７）及び条件（８）の下限を越えると、３次の球面収差が補正不足となり、逆に条件（７）及び条件（８）の上限を越えると、３次の球面収差が補正過剰となり、好ましくない。
【００２８】
ここで、３次の球面収差をより良好に補正するためには、条件（７）の下限値を０．０１として、０．０１＜（ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）とすることがさらに好ましく、条件（１２）の上限値を０．７として、（ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＜０．７とすることがさらに好ましい。また、３次の球面収差をより良好に補正するためには、条件（８）の下限値を０．０１として、０．０１＜（ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）とすることがさらに好ましく、条件（１２）の上限値を０．７として、（ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＜０．７とすることがさらに好ましい。なお、上記条件（７）及び条件（８）を共に満足する場合には、３次の球面収差をさらに良好に補正することができる。
【００２９】
ここで、第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズと、第５レンズ群中の少なくとも１枚の正レンズとの間には、両凹形状の負レンズと、該両凹形状の負レンズの第１物体側に隣接して配置されて第２物体側に凸面を向けた第１正レンズと、両凹形状の負レンズの第２物体側に隣接して配置されて第１物体側に凸面を向けた第２正レンズとが配置されることが好ましい。この構成により、高ＮＡ化に応じて発生しがちな高次の球面収差の発生を抑えることができる。
【００３０】
また、第３レンズ群の焦点距離をｆ3 、第５レンズ群の焦点距離をｆ5 とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（９）              ０．８０＜ｆ3 ／ｆ5 ＜１．００
上記条件（９）は、第３レンズ群と第５レンズ群との好適な屈折力の比を規定するものである。まず、第３レンズ群と第５レンズ群との屈折力をほぼ等しくすることによって、非対称収差（特にコマ収差、ディストーション）の発生を抑えることが可能となり、条件（９）の如く、第３レンズ群に比べて第５レンズ群の屈折力を僅かに弱めることによって、特に負のディトーションの発生を抑えることができる。
【００３１】
ここで、条件（９）の下限を越えると、正のディストーション及びコマ収差が発生するため好ましくなく、条件（９）の上限を越えると、負のディトーション及びコマ収差が発生するため好ましくない。
また、負の屈折力を持つ第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、第４レンズ群中の前方レンズと第４レンズ群中の後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有することが好ましい。ここで、第４レンズ群中の前方レンズと後方レンズとの間に、１枚以上の負レンズを配置することによって、ペッツバール和及び球面収差を良好に補正することができる。そして、第４レンズ群中の最も第１物体側に配置された前方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4Fとし、第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とするとき、以下の条件（１０）を満足することが好ましい。
（１０）    １．０３＜｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜
条件（１０）の下限を越えると、コマ収差が発生するため好ましくない。さらに、コマ収差の発生を抑えるためには、条件（１０）の下限値を１．１０とし、１．１０＜｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜とすることが好ましい。
【００３２】
また、第２レンズ群中の中間レンズ群中における負の屈折力の第３レンズの第２物体側のレンズ面から第２レンズ群中における後方レンズの第１物体側のレンズ面までの軸上距離をＤとし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件（１１）を満足することがより望ましい。
（１１）  ０．０５＜Ｄ／Ｌ＜０．４
条件（１１）の下限を越えると、第２物体側での十分なるバックフォーカスを確保することが困難となるのみならず、ペッツバール和を良好に補正することも困難となる。条件（１１）の上限を越えると、コマ収差と負のディストーションが大きく発生する。さらには、例えば、第１物体としてのレチクルを保持するレチクルステージと第１レンズ群との機械的な干渉を避けるために、第１物体と第１レンズ群との間の空間を十分に確保することが好ましい場合があるが、条件（１１）の上限を越えた場合には、この空間を十分に確保することが困難となるという問題もある。
【００３３】
また、第４レンズ群は、第４レンズ群の焦点距離をｆ4 とし、第１物体と第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１２）    −０．０９８＜ｆ4 ／Ｌ＜−０．００５
条件（１２）の下限を越えると、球面収差の補正が困難となるため好ましくない。また、条件（１２）の上限を越えると、コマ収差が発生するため好ましくない。球面収差及びペッツバール和を良好に補正するためには、条件（１２）の下限値を−０．０７８として、−０．０７８＜ｆ4 ／Ｌとすることが好ましく、さらにコマ収差の発生を抑えるためには条件（１２）の上限値を−０．０４７として、ｆ4 ／Ｌ＜−０．０４７とすることが好ましい。
【００３４】
また、第２レンズ群は、第２レンズ群の焦点距離をｆ2 とし、第１物体と第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１３）    −０．８＜ｆ2 ／Ｌ＜−０．０５０
ここで、条件（１３）の下限を越えると、正のペッツバール和が発生するため好ましくない。また、条件（１３）の上限を越えると、負のディストーションが発生するため好ましくない。なお、ペッツバール和をさらに良好に補正するためには、条件（１３）の下限値を−０．１６として、−０．１６＜ｆ2 ／Ｌとすることが好ましい。
【００３５】
また、負の屈折力を持つ第４レンズ群は、最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズと、最も第２物体側に配置されて第１物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズと、第４レンズ群中の前方レンズと第４レンズ群中の後方レンズとの間に配置された少なくとも１枚以上の負レンズとを有し、第４レンズ群中の最も第２物体側に配置された後方レンズにおける第１物体側の曲率半径をｒ4R1 とし、この後方レンズにおける第２物体側の曲率半径をｒ4R2 とするとき、以下の条件（１４）を満足することが好ましい。
（１４）    −１．００≦（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＜０
条件（１４）の下限を越えると、第４レンズ群中の最も第２物体側に位置する負の後方レンズは両凹形状となり、高次の球面収差が発生し、逆に、条件（１４）の上限を越えると、第４レンズ群中の最も第２物体側に位置する負の後方レンズは正の屈折力を持つことになり、ペッツバール和の補正が難しくなる傾向となる。
【００３６】
また、第２レンズ群中の中間レンズ群中の正の屈折力の第１レンズの第２物体側のレンズ面は第２物体側に凸面を向けたレンズ形状とすることが望ましく、このとき、第２レンズ群中の中間レンズ群中の正の第１レンズの第２物体側のレンズ面の屈折力をφ21とし、第１物体から第２物体までの距離をＬとするとき、以下の条件（１５）を満足することがより好ましい。
（１５）        ０．５４＜１／（φ21・Ｌ）＜１０
但し、ここで言う、中間レンズ群中の正の屈折力の第１レンズの第２物体側のレンズ面の屈折力とは、第１レンズの媒質の屈折率をｎ1 とし、その第１レンズの第２物体側のレンズ面に接している媒質の屈折率をｎ2 、第１レンズの第２物体側のレンズ面の曲率半径をｒ21とするとき、次式にて与えられるものである。
【００３７】
φ21＝（ｎ2 −ｎ1 ）／ｒ21
条件（１５）の下限を越えると、高次のディストーションが発生し、逆に、条件（１５）の上限を越えると、第１レンズ群においてディストーション補正をより過剰に行なう必要がでてくるため、瞳の球面収差が発生し好ましくない。
また、第２レンズ群中の前方レンズ及び後方レンズは、第２レンズ群中の最も第１物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ前方レンズの焦点距離をｆ2F、第２レンズ群中の最も第２物体側に配置されて第２物体側に凹面を向けた負の屈折力を持つ後方レンズの焦点距離をｆ2Rとするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
（１６）              ０≦ｆ2F／ｆ2R＜１８
条件（１６）では、第２レンズ群中の後方レンズの焦点距離ｆ2Rと第２レンズ群中の前方レンズの焦点距離をｆ2Fとの最適な比率を規定している。この条件（１６）の下限及び上限を越えると、第１レンズ群或いは第３レンズ群の屈折力のバランスが崩れ、ディストーションを良好に補正すること或いはペッツバール和と非点収差とを同時に良好に補正することが困難となる。
【００３８】
なお、ペッツバール和をさらに良好に補正するためには、第２レンズ群中の中間レンズ群は、負の屈折力を有することが好ましい。
また、ペッツバール和を良好に補正するためには、中間レンズ群の負の屈折力を持つレンズは、第２レンズ及び第３レンズのみであることが好ましい。第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第２レンズの焦点距離をｆ22とし、第２レンズ群中の負の屈折力を持つ第３レンズの焦点距離をｆ23とするとき、以下の条件（１７）を満足することが好ましい。
（１７）        ０．７＜ｆ22／ｆ23
条件（１７）の下限を越えると、負の第２レンズの屈折力が負の第３レンズの屈折力に対して相対的に強くなり、負の第２レンズにて、コマ収差と負のディストーションが大きく発生する。ペッツバール和を良好に補正するためには、上記条件（１７）の下限値を１．６として、１．６＜ｆ22／ｆ23とすることが好ましい。また、コマ収差及び負のディストーションの発生を抑えるためには、上記条件（１７）の上限値を１８として、ｆ22／ｆ23＜１８とすることが好ましい。
【００３９】
なお、以上の各レンズ群において、十分なる収差機能を果たさせるには、具体的には、以下の構成とすることが望ましい。
まず、第１レンズ群において高次のディストーション並びに瞳の球面収差の発生を抑える機能を持たせるには、この第１レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを有することが好ましく、第２レンズ群においてペッツバール和を補正しつつコマ収差の発生を抑えるためには、この第２レンズ群は、少なくとも２枚の負レンズを有することが好ましい。第３レンズ群において球面収差及びペッツバール和の悪化を抑える機能を持たせるには、この第３レンズ群は、少なくとも３枚の正レンズを有することが好ましく、さらには、第４レンズ群においてペッツバール和を補正しつつコマ収差の発生を抑える機能を持たせるには、この第４レンズ群は、少なくとも３枚の負レンズを有することが好ましい。また、第５レンズ群において負のディストーション及び球面収差の発生を抑える機能を持たせるには、この第５レンズ群は、少なくとも５枚の正レンズを有することが好ましい。さらに第５レンズ群において、球面収差を補正する機能を持たせるには、この第５レンズ群は、少なくとも１枚の負レンズを有することが好ましい。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明による実施例について詳述する。本発明の各実施例における投影光学系は、図１に示す露光装置に適用したものである。
まず、図１について簡単に説明すると、図示の如く、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のレチクルＲ（第１物体）が配置されており、投影光学系ＰＬの像面には基板としてのウェハＷ（第２物体）が配置されている。ここで、レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持されており、ウェハＷは２次元方向に移動可能に構成されたウェハステージＷＳ上に保持されている。また、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系装置ＩＳが配置されている。
【００４１】
以上の構成により、照明光学装置ＩＳから供給される光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成される。すなわち、照明光学装置ＩＳは、レチクルＲをケーラー照明のもとで均一照明する。そして、投影光学系ＰＬにより、ケーラー照明されたレチクルＲのパターン像がウェハＷ上に露光（転写）される。
【００４２】
本実施例では、照明光学装置ＩＳ内部に配置される光源として、ｉ線(365nm) を供給する水銀ランプとしたときの投影光学系の例を示している。以下、図２〜図５を参照して、各実施例の投影光学系の構成について説明する。尚、図２〜図５は、それぞれ本発明による第１〜第４実施例の投影光学系のレンズ構成図である。
【００４３】
図２〜図５に示す如く、各実施例の投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ1 と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ2 と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ3 と、負の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ4 と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ5 とを有し、物体側（レチクルＲ側）及び像側（ウェハＷ側）において実質的にテレセントリックとなっており、縮小倍率を有するものである。
【００４４】
図２〜図５に示す各実施例の投影光学系においては、それぞれ物像間距離（物体面から像面までの光軸に沿った距離、またはレチクルＲからウェハＷまでの光軸に沿った距離）Ｌが1000、像側の開口数ＮＡが0.3 、投影倍率βが1/2.5 、ウェハＷでの露光領域の直径が51.9である。
まず、図２に示す第１実施例の具体的なレンズ構成について説明すると、第１レンズ群Ｇ1 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ11と、両凹形状の負レンズＬ12と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ13と、両凸形状の正レンズＬ14とを有している。
【００４５】
そして、第２レンズ群Ｇ2 は、最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた形状の負レンズ（負メニスカスレンズ：前方レンズ）Ｌ2Fと、最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた形状の負メニスカスレンズ（後方レンズ）Ｌ2Rと、これらの負レンズＬ2Fと負レンズＬ2Rとの間に配置されて負の屈折力を持つ中間レンズ群Ｇ2Mとを有している。この中間レンズ群Ｇ2Mは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ：第１レンズ）ＬM1と、像側に凹面を向けた形状の負メニスカスレンズ（第２レンズ）ＬM2と、像側に凹面を向けた形状の負レンズ（両凹形状の負レンズ：第３レンズ）ＬM3とを有している。
【００４６】
第３レンズ群Ｇ3 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ31，Ｌ32と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ33と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ34と、物体側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ35，Ｌ36とを有している。
【００４７】
第４レンズ群は、最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた形状の負レンズ（両凹形状の負レンズ：前方レンズ）Ｌ41と、最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた負レンズ（負メニスカスレンズ：後方レンズ）Ｌ43とを有し、これらの前方レンズＬ41及び後方レンズＬ43の間に配置された両凹形状の負レンズＬ42をさらに有している。
【００４８】
第５レンズ群Ｇ5 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ50，Ｌ51と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ52と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ：第１正レンズ）Ｌ53と、両凹形状の負レンズＬ54と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ：第２正レンズ）Ｌ55と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ56と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ57と、両凹形状の負レンズＬ58と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ59とを有している。
【００４９】
本実施例においては、第４レンズ群Ｇ4 中の前方レンズＬ41の像側の凹面と後方レンズＬ43の物体側の凹面との間に開口絞りＡＳが配置される。
本実施例の第１レンズ群Ｇ1 においては、両凸形状の正レンズＬ11の像側の凸面と両凹形状の負レンズＬ12の物体側の凹面とが同程度の曲率を有しかつ比較的近接した構成となっている。そして、この第１レンズ群Ｇ1 においては、両凹形状の負レンズＬ12の像側の凹面と両凸形状の正レンズＬ13の物体側の凸面とが同程度の曲率を有しかつ比較的近接した構成となっている。本実施例では、これらの近接したレンズ面の組のそれぞれにおいて、高次のディストーションを補正している。
【００５０】
また、本実施例においては、第２レンズ群Ｇ2 中の前方レンズＬ2Fが像側に凹面を向けたメニスカス形状で構成されているため、コマ収差の発生を軽減することができる。本実施例においては、第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける正屈折力の第１レンズＬM1が像側に凸面を向けた形状のみならず物体側にも凸面を向けた両凸形状で構成されているため、瞳の球面収差の発生を抑えることができる。
【００５１】
そして、本実施例における第４レンズ群Ｇ4 では、開口絞りＡＳの物体側に凹面を像側に向けた形状の負レンズ（前方レンズ）Ｌ41を配置し、かつ開口絞りＡＳの像側に凹面を物体側に向けた負レンズ（後方レンズ）Ｌ43を配置している構成であるため、非対称収差、特にコマ収差の発生を抑えることができる。
また、本実施例においては、第３レンズ群Ｇ3 から第５レンズ群Ｇ5 までのレンズ群が第４レンズ群中に位置する開口絞りＡＳを挟んでほぼ対称的な屈折力配置を持つため、非対称収差、特にコマ収差やディストーションの発生を抑制することができる。
【００５２】
本実施例においては、第５レンズ群Ｇ5 中の第１正レンズＬ53が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されているため、高ＮＡ化に伴う高次の球面収差の発生を抑制することができる。また、本実施例においては、像側に凸面を向けた正レンズＬ57、両凹形状の負レンズＬ58及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ59を像面の近傍に配置することによって、球面収差及び非点収差を補正している。
【００５３】
図３に示す第２実施例のレンズ構成は、先に述べた図２に示す第１実施例と類似したレンズ構成を有する。ここで、第２実施例では、第３レンズ群Ｇ3 が、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の３枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ31，Ｌ32，Ｌ33と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ34と、物体側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ35，Ｌ36とから構成されている点において、第１実施例のものとは異なるが、その機能は前述の第１実施例のものと同様である。
【００５４】
また、第２実施例の第４レンズ群は、最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた形状の負レンズ（負メニスカスレンズ：前方レンズ）Ｌ41と、最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた負レンズ（負メニスカスレンズ：後方レンズ）Ｌ43とを有し、これらの前方レンズＬ41及び後方レンズＬ43の間に配置された両凹形状の負レンズＬ42をさらに有している点で第１実施例とは異なるが、その機能は同様である。
【００５５】
そして、第２実施例において、第５レンズ群Ｇ5 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ50，Ｌ51と、両凸形状の正レンズＬ52と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ：第１正レンズ）Ｌ53と、両凹形状の負レンズＬ54と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ：第２正レンズ）Ｌ55と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ56と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ57と、両凹形状の負レンズＬ58と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ59とから構成されている点で第１実施例のものとは異なる。
【００５６】
本実施例においても、第４レンズ群Ｇ4 中の前方レンズＬ41の像側の凹面と後方レンズＬ43の物体側の凹面との間に開口絞りＡＳが配置される。
本実施例においては、第５レンズ群Ｇ5 中の第１正レンズＬ53が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されており、第５レンズ群中の第２正レンズＬ55が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されているため、高ＮＡ化に伴う高次の球面収差の発生を抑制することができる。また、本実施例においては、第５レンズ群中の第２正レンズＬ55が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されているため、高ＮＡ化に伴う高次の球面収差の発生を抑制することができる。さらに、本実施例においては、像側に凸面を向けた正レンズＬ57、両凹形状の負レンズＬ58及び物体側に凸面を向けた正レンズＬ59を像面の近傍に配置することによって、球面収差及び非点収差を補正している。
【００５７】
なお、第２実施例における第１及び第２レンズ群Ｇ1 ，Ｇ2 、第４レンズ群Ｇ4 は、上述の第１実施例と同様の機能を達成している。
図４に示す第３実施例のレンズ構成は、先に述べた図２に示す第１実施例と類似したレンズ構成を有する。ここで、第３実施例では、第３レンズ群Ｇ3 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ31，Ｌ32と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ33と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ34と、物体側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ35，Ｌ36とから構成されている点で第１実施例のものとは異なる。
【００５８】
また、第３実施例において、第４レンズ群は、最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた形状の負レンズ（負メニスカスレンズ：前方レンズ）Ｌ41と、最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた負レンズ（負メニスカスレンズ：後方レンズ）Ｌ43とを有し、これらの前方レンズＬ41及び後方レンズＬ43の間に配置された両凹形状の負レンズＬ42をさらに有している点で第１実施例のものとは異なる。
【００５９】
そして、第３実施例の第５レンズ群Ｇ5 は、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の正メニスカスレンズＬ50と、像側に凸面を向けた形状の２枚の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ51，Ｌ52と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ：第１正レンズ）Ｌ53と、両凹形状の負レンズＬ54と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ：第２正レンズ）Ｌ55と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ56と、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ57と、両凹形状の負レンズＬ58と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ59とを有している。
【００６０】
本実施例においても、第４レンズ群Ｇ4 中の前方レンズＬ41の像側の凹面と後方レンズＬ43の物体側の凹面との間に開口絞りＡＳが配置される。
本実施例においては、第５レンズ群Ｇ5 中の第１正レンズＬ53が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されているため、高ＮＡ化に伴う高次の球面収差の発生を抑制することができる。尚、本実施例における第１乃至第４レンズ群Ｇ1 〜Ｇ4 は、上述の第１実施例と同様の機能を有している。
【００６１】
図５に示す第４実施例のレンズ構成は、先に述べた図２に示す第１実施例と類似したレンズ構成を有する。ここで、第４実施例では、第１レンズ群Ｇ1 が、物体側から順に、像側に凸面を向けた形状の正レンズ（正メニスカスレンズ）Ｌ11と、物体側に凹面を向けた形状の負レンズ（両凹形状の負レンズ）Ｌ12と、物体側に凸面を向けた形状の正レンズ（両凸形状の正レンズ）Ｌ13と、両凸形状の正レンズＬ14とから構成されている点において第１実施例のものとは異なる。
【００６２】
また、第４実施例の第４レンズ群は、最も物体側に配置されて像側に凹面を向けた形状の負レンズ（負メニスカスレンズ：前方レンズ）Ｌ41と、最も像側に配置されて物体側に凹面を向けた負レンズ（負メニスカスレンズ：後方レンズ）Ｌ43とを有し、これらの前方レンズＬ41及び後方レンズＬ43の間に配置された両凹形状の負レンズＬ42をさらに有している点で第１実施例のものとは異なる。
【００６３】
本実施例においても、第４レンズ群Ｇ4 中の前方レンズＬ41の像側の凹面と後方レンズＬ43の物体側の凹面との間に開口絞りＡＳが配置される。
ここで、本実施例の第１レンズ群Ｇ1 においては、正メニスカスレンズＬ11の像側の凸面と両凹形状の負レンズＬ12の物体側の凹面とが同程度の曲率を有しかつ比較的近接した構成となっており、両凹形状の負レンズＬ12の像側の凹面と両凸形状の正レンズＬ13の物体側の凸面とが同程度の曲率を有しかつ比較的近接した構成となっている。本実施例では、これらの近接したレンズ面の組のそれぞれにおいて、高次のディストーションを補正している。本実施例においては、第５レンズ群Ｇ5 中の第１正レンズＬ53が、両凹形状の負レンズＬ54に対向する凸面を有し、かつ該負レンズＬ54の反対側のレンズ面も凸面で構成されているため、高ＮＡ化に伴う高次の球面収差の発生を抑制することができる。なお、第４実施例における第２乃至第４レンズ群Ｇ2 〜Ｇ4 は、上述の第１実施例と同様の機能を達成している。
以下の表１乃至表８において、それぞれ本実施例における各実施例の諸元の値並びに条件対応値を掲げる。
【００６４】
但し、表中において、左端の数字は物体側（レチクルＲ側）からの順序を表し、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎは露光波長λが365nm の場合における硝材の屈折率、ｄ0 は第１物体（レチクルＲ）から第１レンズ群Ｇ1 の最も物体側（レチクルＲ側）のレンズ面（第１レンズ面）までの光軸に沿った距離、βは投影光学系の投影倍率、Ｂｆは第５レンズ群Ｇ5 の最も像側（ウェハＷ側）のレンズ面から像面（ウェハＷ面）までの光軸に沿った距離、ＮＡは投影光学系の像側（ウェハＷ側）における開口数、Ｌは物体面（レチクルＲ面）から像面（ウェハＷ面）までの物像間距離を表している。また、表中において、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、ｆ1-3 は第１レンズ群Ｇ1 乃至第３レンズ群Ｇ3 の合成焦点距離、ｆ4-5 は第４レンズ群Ｇ4 及び第５レンズ群Ｇ5 の合成焦点距離、Ｉは第１物体（レチクル）から投影光学系全体の第１物体側焦点までの軸上距離（但し、投影光学系全体の第１物体側焦点とは、投影光学系の光軸に関する近軸領域での平行光を投影光学系の第２物体側から入射させ、その近軸領域の光が投影光学系を射出する時に、その射出光が光軸と交わる点を意味する）、ｆn は第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける第２及び第３レンズ（ＬM2，ＬM3）の合成焦点距離、ｒ5p1 は第５レンズ群Ｇ5 中の第１正レンズ（Ｌ53）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ5n1 は第５レンズ群Ｇ5 中の両凹形状の負レンズ（Ｌ54）の物体側（レチクルＲ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ5p2 は第５レンズ群Ｇ5 中の第２正レンズ（Ｌ55）の物体側（レチクルＲ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ5n2 は第５レンズ群Ｇ5 中の両凹形状の負レンズ（Ｌ54）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ4Fは第４レンズ群Ｇ4 中の前方レンズ（Ｌ41）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ4R1 は第４レンズ群Ｇ4 中の後方レンズ（Ｌ43）の物体側（レチクルＲ側）のレンズ面の曲率半径、ｒ4R2 は第４レンズ群Ｇ4 中の後方レンズ（Ｌ43）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面の曲率半径、Ｄは第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける第３レンズ（ＬM3）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面から第２レンズ群Ｇ2 における後方レンズ（Ｌ2R）の物体側（レチクルＲ側）のレンズ面までの軸上距離、φ21は第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける第１レンズ（ＬM1）の像側（ウェハＷ側）のレンズ面の屈折力、ｆ2Fは第２レンズ群Ｇ2 中の前方レンズ（ｒ2F）の焦点距離、ｆ2Rは第２レンズ群Ｇ2 中の後方レンズ（ｒ2R）の焦点距離、ｆ22は第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける第２レンズ（ＬM2）の焦点距離、ｆ23は第２レンズ群Ｇ2 中の中間レンズ群Ｇ2Mにおける第３レンズ（ＬM3）の焦点距離を表している。
【００６５】
【表１】
0003819048.tif 000002
0003819048.tif 000003
0003819048.tif 000004
【００６６】
【表２】
〔第１実施例の条件対応値〕
（１）  ｆ1 ／ｆ3 ＝ 1.93
（２）  ｆ2 ／ｆ4 ＝ 1.94
（３）  ｆ5 ／Ｌ  ＝ 0.104
（４）  ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＝ 2.01
（５）  Ｉ／Ｌ＝ 2.55
（６）  ｆn ／Ｌ＝ -0.131
（７）  （ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＝ 0.397
（８）  （ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＝ 0.0239
（９）  ｆ3 ／ｆ5 ＝   0.990
（１０）｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜＝ 6.93
（１１）Ｄ／Ｌ＝ 0.0628
（１２）ｆ4 ／Ｌ＝ -0.0493
（１３）ｆ2 ／Ｌ＝ -0.953
（１４）（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＝ -0.757
（１５）１／（φ21・Ｌ）＝ 8.97
（１６）ｆ2F／ｆ2R＝ 0.424
（１７）ｆ22／ｆ23＝ 2.17
【００６７】
【表３】
0003819048.tif 000005
0003819048.tif 000006
0003819048.tif 000007
【００６８】
【表４】
〔第２実施例の条件対応値〕
（１）  ｆ1 ／ｆ3 ＝ 2.04
（２）  ｆ2 ／ｆ4 ＝ 1.40
（３）  ｆ5 ／Ｌ  ＝ 0.110
（４）  ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＝ 2.00
（５）  Ｉ／Ｌ＝ 2.84
（６）  ｆn ／Ｌ＝ -0.130
（７）  （ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＝ 0.439
（８）  （ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＝ 0.0216
（９）  ｆ3 ／ｆ5 ＝   0.824
（１０）｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜＝ 4.41
（１１）Ｄ／Ｌ＝ 0.0611
（１２）ｆ4 ／Ｌ＝ -0.0502
（１３）ｆ2 ／Ｌ＝ -0.0701
（１４）（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＝ -0.889
（１５）１／（φ21・Ｌ）＝ 1.99
（１６）ｆ2F／ｆ2R＝ 1.15
（１７）ｆ22／ｆ23＝ 3.00
【００６９】
【表５】
0003819048.tif 000008
0003819048.tif 000009
0003819048.tif 000010
【００７０】
【表６】
〔第３実施例の条件対応値〕
（１）  ｆ1 ／ｆ3 ＝ 2.48
（２）  ｆ2 ／ｆ4 ＝ 1.45
（３）  ｆ5 ／Ｌ  ＝ 0.112
（４）  ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＝ 1.97
（５）  Ｉ／Ｌ＝ 2.42
（６）  ｆn ／Ｌ＝ -0.138
（７）  （ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＝ 0.156
（８）  （ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＝ 0.0762
（９）  ｆ3 ／ｆ5 ＝   0.859
（１０）｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜＝ 2.30
（１１）Ｄ／Ｌ＝ 0.0533
（１２）ｆ4 ／Ｌ＝ -0.0604
（１３）ｆ2 ／Ｌ＝ -0.0873
（１４）（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＝ -0.365
（１５）１／（φ21・Ｌ）＝ 1.59
（１６）ｆ2F／ｆ2R＝ 11.7
（１７）ｆ22／ｆ23＝ 2.11
【００７１】
【表７】
0003819048.tif 000011
0003819048.tif 000012
0003819048.tif 000013
【００７２】
【表８】
〔第４実施例の条件対応値〕
（１）  ｆ1 ／ｆ3 ＝ 2.75
（２）  ｆ2 ／ｆ4 ＝ 1.73
（３）  ｆ5 ／Ｌ  ＝ 0.107
（４）  ｆ1-3 ／ｆ4-5 ＝ 2.06
（５）  Ｉ／Ｌ＝ 2.41
（６）  ｆn ／Ｌ＝ -0.135
（７）  （ｒ5p1 −ｒ5n1 ）／（ｒ5p1 ＋ｒ5n1 ）＝ 0.587
（８）  （ｒ5p2 −ｒ5n2 ）／（ｒ5p2 ＋ｒ5n2 ）＝ 0.0116
（９）  ｆ3 ／ｆ5 ＝   0.900
（１０）｜（ｒ4F−ｒ4R1 ）／（ｒ4F＋ｒ4R1 ）｜＝ 3.08
（１１）Ｄ／Ｌ＝ 0.0521
（１２）ｆ4 ／Ｌ＝ -0.0541
（１３）ｆ2 ／Ｌ＝ -0.0939
（１４）（ｒ4R1 −ｒ4R2 ）／（ｒ4R1 ＋ｒ4R2 ）＝ -0.713
（１５）１／（φ21・Ｌ）＝ 1.71
（１６）ｆ2F／ｆ2R＝ 7.76
（１７）ｆ22／ｆ23＝ 2.51
以上の各実施例の諸元の値より、各実施例による投影光学系は、広い露光領域と比較的大きな開口数とを確保しながら、物体側（レチクルＲ側）及び像側（ウェハＷ側）において良好なテレセントリック性が実現されていることが理解できる。
【００７３】
また、図６乃至図９は、それぞれ本実施例による第１乃至第４実施例における諸収差図を示している。
ここで、各収差図において、ＮＡは投影光学系の開口数、Ｙは像高を示しており、また、各非点収差図において、破線は子午的像面（メリジオナル像面）を表し、実線は球欠的像面（サジタル像面）を表している。
【００７４】
各収差図の比較より、各実施例とも広い露光領域（像高）及び比較的大きな開口数を持つにもかかわらず、諸収差がバランス良く補正され、特にディストーションが像全体にわたり殆ど零に近い状態まで極めて良好に補正され、極めて広い露光領域において高解像力を持つ投影光学系が達成されていることが理解される。
【００７５】
なお、上述の各実施例では、ｉ線(365nm) の露光光を供給する水銀ランプを光源として用いた例を示したが、これに限ることなく例えばｇ線(435nm) の露光光を供給する水銀ランプ、193nm,248nm の光を供給するエキシマレーザ等の極紫外光源を用いたものに適用しうることは言うまでもない。
また、以上の各実施例では、投影光学系を構成するレンズが非貼合せであることにより、貼合せ面が経時変化するという問題点を回避することができる。そして、上述の各実施例において、投影光学系を構成するレンズを複数の光学材料から構成しているが、光源の波長域が広帯域でない場合には、単一硝材、例えば石英（ＳｉＯ2 ）から構成しても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、比較的大きな開口数を持ち、両側テレセントリック性及び諸収差の良好なる補正が極めて広い露光領域において達成された高性能な投影光学系を実現できる。
特に、本発明では、極めて広い露光領域全体にわたりディストーションが良好に補正された高性能な投影光学系を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例による投影光学系を露光装置に適用した際の概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明による第１実施例の投影光学系のレンズ構成図である。
【図３】本発明による第２実施例の投影光学系のレンズ構成図である。
【図４】本発明による第３実施例の投影光学系のレンズ構成図である。
【図５】本発明による第４実施例の投影光学系のレンズ構成図である。
【図６】第１実施例による投影光学系の諸収差図である。
【図７】第２実施例による投影光学系の諸収差図である。
【図８】第３実施例による投影光学系の諸収差図である。
【図９】第４実施例による投影光学系の諸収差図である。
【符号の説明】
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、
Ｇ2M…  第２レンズ群中の中間レンズ群、
Ｒ  …  レチクル（第１物体）、
Ｗ  …  ウェハ（第２物体）、
ＡＳ…  開口絞り、
【図１】
0003819048.tif 000014
【図２】
0003819048.tif 000015
【図３】
0003819048.tif 000016
【図４】
0003819048.tif 000017
【図５】
0003819048.tif 000018
【図６】
0003819048.tif 000019
【図７】
0003819048.tif 000020
【図８】
0003819048.tif 000021
【図９】
0003819048.tif 000022