瞳補正を有する反射屈折投影対物系
【課題】異なる視野点における結像収差の補正が容易なマイクロリソグラフィのための反射屈折投影対物系を提供すること。
【解決手段】反射屈折投影対物系は、物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む。光学要素は、物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分と、第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分と、第２の中間像を像面上に結像し、かつ第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の屈折対物系部分とを形成する。物体面と第１の瞳面の間に配置された光学要素は、第１の瞳面に光学的に近く配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する。
【解決手段】反射屈折投影対物系は、物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む。光学要素は、物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分と、第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分と、第２の中間像を像面上に結像し、かつ第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の屈折対物系部分とを形成する。物体面と第１の瞳面の間に配置された光学要素は、第１の瞳面に光学的に近く配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影対物系の物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む反射屈折投影対物系に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射屈折投影対物系は、例えば、半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを加工するのに用いられる投影露光システム、特にウェーハスキャナ又はウェーハステッパに用いられ、以下に一般的に「マスク」又は「レチクル」と呼ぶフォトマスク又はレチクル上のパターンを感光コーティングを有する物体上に縮小スケールで超高分解能で投影するように機能する。
【０００３】
更に微細な構造を作り出すために、投影対物系の像側開口数（ＮＡ）を高めること、及びより短い波長、好ましくは、約２６０ｎｍより短い波長を有する紫外線を用いることの両方が求められている。しかし、光学要素を加工するのに利用可能なこの波長領域で十分に透明な非常に少ない材料、特に合成石英ガラス及びフッ化物結晶があるだけである。利用可能なこれらの材料のアッベ数は、互いに比較的近くに位置するので、十分良好に色補正された（色収差が補正された）純屈折システムを提供することは困難である。
【０００４】
光学リソグラフィでは、比較的大きくて事実上平面の照明視野に対して、高い分解能及び良好な補正状態を得なければならない。あらゆる光学設計に対して問われる可能性がある最も困難な要件は、その光学設計が、特に全屈折設計であった場合に、平坦な像を有することであると指摘されている。平坦な像を達成することは、より強力なレンズ、より長いシステム長、システムのより大きいガラス質量、及びより強いレンズ曲率から生じるより大きく、より高次の像収差をもたらす反対のレンズ屈折力を必要とする。
【０００５】
色補正及び像の平坦化の問題を解決するのに役立てるために、従来から凹面ミラーが用いられている。凹面ミラーは、正のレンズと同じく正の屈折力を有するが、反対の符号のペッツヴァル曲率を有する。また凹面ミラーは、色の問題を招かない。従って、上述の種類の高分解能投影対物系を構成するのに、屈折要素と反射要素を組み合わせ、特にレンズと少なくとも１つの凹面ミラーとを組み合わせる反射屈折システムが主に用いられている。
【０００６】
残念ながら凹面ミラーは、放射線をちょうどそれが到来した方向に送り返すので、光学設計内に統合することが困難である。機械的問題又はビーム口径食又は瞳掩蔽(pupil obscuration)に起因する問題を引き起こさずに凹面ミラーを統合する知的設計が望ましい。
【０００７】
また、ＤＵＶ（深紫外）及びＶＵＶ（真空紫外）用途のための投影対物系において一般的に用いられるフッ化カルシウム及び他の光学材料は、固有の複屈折を提供し、これらの材料に印加される機械的応力に応じた応力複屈折に起因して偏光効果を引き起こす恐れもあるから、一般的に、光学システムを通過する放射線の偏光状態を制御するのは困難である。
【０００８】
高い像側開口数ＮＡ、及び良好な補正状態を可能にする反射屈折投影対物系の一部の概念は、３つのカスケード（又は連結）結像対物系部分、及び厳密に２つの中間像を含む。第１の屈折対物系部分（略記号「Ｒ」）は、物体の第１の実中間像を発生させる。少なくとも１つの凹面ミラーを含む第２の反射屈折又は反射結像対物系部分（略記号「Ｃ」）は、第１の中間像から第２の実中間像を発生させる。第３の屈折対物系部分は、第２の中間像を像平面内に結像する。３つの光学的に共役な瞳面が存在するように、各結像対物系部分内に瞳面が形成される。一般的に第１の屈折対物系部分は、その後の結像段階に向けて第１の中間像のサイズ、位置、及び補正状態を適正に定める「中継」システムとして機能する。一般的に第２の対物系部分は、主な像視野曲率量を補正し（ペッツヴァル補正）、設計に依存して色補正への寄与がもたらされる。一般的に第３の対物系部分は、望ましい像側ＮＡを得るために、高密に束ねられたレンズを有する合焦群として最適化される。
【０００９】
これらの連結システムのうちの１つの部類は、第２の対物系部分の瞳面に又はそれに光学的に近く位置決めされた単一の凹面ミラーを軸上色収差（ＣＨＬ）及びペッツヴァル和を補正するためにこの凹面ミラーの前に配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズとの組合せに用いる。物体面と凹面ミラーの間、及び凹面ミラーと像面の間の光線の偏向は、多くの場合に、互いに対して直角に向きが定められた２つの平面折り返しミラーを有する偏向システムによって達成され、これら両方の折り返しミラーは、中間像に光学的に近く位置決めされる。それによって物体面と像面との平行な向きが得られる。入射放射線に対して傾斜して向きが定められた平面折り返しミラーは、回避又は補償することが困難な偏向放射線の偏光状態の変化を招く傾向を有する。平面折り返しミラーを単一の凹面ミラーとの組合せに用いる折り返し反射屈折投影対物系の代表例は、例えば、ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１、ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１、又はＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２に開示されている。
【００１０】
本出願人の特許出願ＵＳ２００５／０１９０４３５Ａ１又はＷＯ２００６／００５５４７Ａ１は、全ての光学要素に対して共通の真っ直ぐな光軸を有する折り返しのない反射屈折投影対物系の様々な例を示している。第２の対物系部分は、互いに対面する２つの凹面ミラーを含んでミラー間空間を形成し、このミラー間空間の内側に少なくとも第１の中間像が位置する。両方の凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔に位置し、すなわち、それぞれ第１の中間像及び第２の中間像に対して光学的により近い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１
【特許文献３】ＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２
【特許文献４】ＵＳ２００５／０１９０４３５Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２００６／００５５４７Ａ１
【特許文献６】ＵＳ６，９９５，８３３Ｂ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、異なる視野点における結像収差の補正が容易で真空紫外（ＶＵＶ）範囲における使用に適するマイクロリソグラフィのための反射屈折投影対物系を提供することである。別の目的は、結像収差の補正に際して視野依存変化を大幅に回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記及び他の目的に対する解決法として、本発明は、１つの考案に従って、物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む反射屈折投影対物系を提供し、光学要素は、物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分と、第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分と、第２の中間像を像面上に結像し、かつ第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の対物系部分とを形成し、物体面と第１の瞳面の間に配置された光学要素は、第１の瞳面に光学的に近く配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する。
【００１４】
本発明のこの態様によると、第１の瞳面の補正状態は標的的に(in a target manner)影響を受け、同等の従来技術のシステムよりもかなり弱い面曲率しか持たない（曲率半径がかなり大きい）第１の瞳面をもたらす。補正された瞳像は、瞳位置に位置決めされた補正要素によって誘起される補正効果の視野変動を回避することが望ましい。視野曲率は、入射瞳の第１の瞳面への結像の主な収差である。瞳像を補正するためには、視野曲率を補正するための手段を対物系部分内の瞳面の上流に位置決めすべきである。
【００１５】
フーリエレンズ群内では屈折力の特定の分配がもたらされ、投影対物系の入射瞳を第１の瞳面内に結像する瞳結像に影響を及ぼす。比較的大きい物体側開口数を有する放射線を第１の瞳面を通過するビームへと集光するには、フーリエレンズ群に全体的な正の屈折力が必要である。それによって像曲率に関して第１の瞳面の補正不足が生じる。第１の瞳面に光学的に近く負のレンズ群を設けることにより、フーリエレンズ群の第１の瞳面の曲率に対する全体的な効果を少なくとも部分的に相殺することができ、第１の瞳面の曲率に対する「平坦化効果」がもたらされる。
【００１６】
全ての視野点に対して基本的に一定の収差の補正を行うことが望ましい場合には、１つ又はそれよりも多くの補正要素を瞳面に又は該瞳面に対して光学的に近くに配置することができる。視野にわたる補正効果の変化は、異なる視野点からの光線束の瞳面の近くの経路にも依存する。大きい差の場合には、瞳面に又はその近くに配置された補正要素は、視野依存補正効果を有することができる。瞳面の補正状態が比較的良好な場合であっても、瞳面における異なる光線の入射角から異なる視野点への依存性が依然として存在する。瞳面の補正状態を改善することが望ましい。特に本発明のこの態様は、第１の瞳面の曲率を低減するための手段を提供する。
【００１７】
負のレンズ群と瞳面の間に少なくとも１つの（弱い）正のレンズを設けることは可能であるが、平坦化効果は、負のレンズ群と瞳面の間に正のレンズが配置されないように、負のレンズ群が第１の瞳面の直ぐ上流に配置される場合に改善することができる。
【００１８】
好ましくは、負のレンズ群の少なくとも１つの負のレンズは、第１の瞳面に非常に近くに又は該瞳面に配置される。負の屈折力が第１の瞳面に対して非常に近くに又は該瞳面に設けられた場合には、フーリエレンズ群の屈折力に対するこの負の屈折力の全体的な影響は比較的小さいが（主光線高さＣＲＨにおける小さい値に起因して）、それと同時に瞳結像の像視野曲率の補正に対する影響は比較的強いものとすることができ、第１の瞳面の曲率に対して平坦化効果が生じる。一部の実施形態では、負のレンズ群は、光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨにおいて条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が満たされるように、周辺光線高さＭＲＨが主光線高さＣＲＨよりも実質的に大きい領域に配置された少なくとも１つの負のレンズを含む。好ましくは、条件｜ＲＨＲ｜＜０．１が成り立つ。
【００１９】
一部の実施形態では、負のレンズ群は、単一の負のレンズによって形成され、それによって負の屈折力を第１の瞳面に近い軸上の幅狭な空間内に生成することができる。他の実施形態では、負のレンズ群は、少なくとも１つの負のレンズを含む２つ又はそれよりも多くのレンズによって形成することができ、レンズは組合せで負の屈折力を有する。
【００２０】
一部の実施形態では、負のレンズ群は、第１の瞳面の直ぐ上流に負の両凹レンズを含み、好ましくは、この負の両凹レンズが負のレンズ群の唯一のレンズであるように、その上流に正のレンズが、この負の両凹レンズの前に置かれる。それによって第１の瞳面の近くに負の屈折力の標的的な集中(targeted concentration)が得られる。
【００２１】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群は、第１の瞳面におけるペッツヴァル半径ＲPが、同等の物体側開口数を有する従来技術のシステムと比較して比較的大きい条件｜ＲP｜＞１５０ｍｍに従うように構成される。本明細書に用いるペッツヴァル半径は、第１の瞳面の曲率半径に対応する。ペッツヴァル半径は、フーリエレンズ群のペッツヴァル和１／ＲPの逆数に比例する。ペッツヴァル半径は、上記よりも有意に大きくし、例えば、２００ｍｍよりも大きくし、及び／又は２５０ｍｍよりも大きくすることができる。
【００２２】
一部の実施形態では、開口絞りが第１の瞳面に位置決めされる。開口絞りは、利用される像側開口数ＮＡを調節することを可能にする可変直径を有することができる。開口絞りの直径が、比較的平坦な第１の瞳面において変更された時には、テレセントリック性に対する有意な影響は僅かであるか又は全く発生しないことになるので、可変開口絞りを平面開口絞りとして設計することができる。
【００２３】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群は、物体面の直後の第１の正のレンズ群（Ｐ）、第１の正のレンズ群の直後の第１の負のレンズ群（Ｎ）、第１の負のレンズ群の直後の第２の正のレンズ群、及び第２の正のレンズ群の直後にあって第１の瞳面に光学的に近く配置された第２の負のレンズ群から成る。従って、そのようなフーリエレンズ群は、２つの連続するＰ−Ｎ型のレンズ組合せを含む。第１の瞳面の球面収差、非点収差、及び視野曲率のような異なる収差に対する補正効果の有利な分配をこの構造において得ることができる。
【００２４】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群が、ＲＨＲ＞｜０．５｜である物体面に対して光学的に近いところに少なくとも１つの非球面表面を含み、更に｜ＲＨＲ｜＜０．２である第１の瞳面に対して光学的に近いところに少なくとも１つの非球面表面を含むことをもたらすことにより、フーリエレンズ群は、レンズ材料の消耗及び補正効果に関して改善されている。好ましくは、少なくとも１つの非球面表面は、物体面と第１の瞳面の間の中間領域で条件０．２＜｜ＲＨＲ｜＜｜０．５｜が当て嵌まる領域内に設けられる。視野面（物体面）及び第１の瞳面に近い非球面表面に加えて、中間領域内の非球面表面を設けることができる。
【００２５】
一部の実施形態では、高像側開口数を生じる上で大きな要因である第３の対物系部分は、結像過程の球面収差及びコマ収差の補正への有意な寄与を提供する。好ましくは、純屈折のものである第３の対物系部分は、第３の瞳面と像面の間に、正の前側レンズ群と、少なくとも光軸の周囲の周辺帯域内に負の屈折力を有する帯域レンズと、像面の直ぐ上流に投影対物系の最後の光学要素を含む正の後側レンズ群とをこの順序で含むことができる。
【００２６】
帯域レンズは、光軸の周囲の中心帯域内に正の屈折力を有することができる。帯域レンズは、負の帯域レンズの中心帯域から周辺帯域へと高まる負の屈折効果を生じるように構成された非球面レンズとして設計される。一部の実施形態では、帯域レンズは、物体面に対面する凹表面を有するメニスカスレンズである。帯域レンズは、最後の光学要素の直ぐ上流に配置することができる。
【００２７】
第３のレンズ群のこれらの特徴は、最終中間像を像面上に結像する最終結像部分システムを有する異なる投影対物系において、光学設計の種類及び第１のレンズ群とは関係なく有益である場合がある。
【００２８】
本発明は、異なる種類の投影対物系内に組み込むことができる。一部の実施形態では、反射屈折投影対物系は、直列システムとして、すなわち、投影対物系の全ての光学要素に対して共通する１つの真っ直ぐな（折り返しのない）光軸を有する反射屈折投影対物系として設計される。光学的な観点からは、直列システムは、平面折り返しミラーを利用することによって引き起こされる偏光効果のような光学的問題を大幅に回避することができるので好ましいものとすることができる。また製造の観点からも、直列システムは、光学要素のための従来の装着技術を利用することができ、それによって投影対物系の機械的安定性が改善されるように設計することができる。
【００２９】
一部の実施形態では、第２の対物系部分は、物体面から到来する放射線を受光するための物体側ミラー群入口と、出現する放射線を像面に向って射出するための像側ミラー群出口とを有するミラー群を有し、このミラー群は、偶数個の凹面ミラーを含む。一部の実施形態では、第２の対物系部分は、厳密に２つの凹面ミラーを有する。第２の対物系部分は、反射屈折のもの（少なくとも１つの凹面ミラーに加えて少なくとも１つの透明なレンズを含む）又は反射結像のもの（ミラーのみを有する）とすることができる。口径食なしに非常に高い像側開口数ＮＡ＞１で掩蔽のない結像を生成することができる一部の実施形態では、ミラー群の全ての凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔に位置する。
【００３０】
他の実施形態では、第２の対物系部分は、軸上色収差（ＣＨＬ）を補正してペッツヴァル和補正（シュプマンの原理）に寄与するために、第２の対物系部分の瞳面に又は該瞳面に対して光学的に近く位置決めされた厳密に１つの凹面ミラーを有し、更に凹面ミラーの前の比較的高い周辺光線高さの領域に配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズを有する。投影対物系は、光学面から到来する放射線を凹面ミラーに向けて偏向し、又は凹面ミラーから到来する放射線を像面に向けて偏向するように光軸に対して傾斜された第１の平面折り返しミラー（偏向ミラー）を含むことができる。物体面と像面の平行な向きを可能にするために、第１の平面折り返しミラーの光学的下流に第２の平面折り返しミラーを設け、第１の折り返しミラーに対して直角に向きを定めることができる。平面折り返しミラーを単一の凹面ミラーとの組合せに用いる折り返し反射屈折投影対物系の代表例は、例えば、ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１、ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１、ＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２、又はＵＳ６、９９５、８３３Ｂ２に開示されている。これらのシステムの一般的なレイアウトに関するこれらの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
【００３１】
以上及び他の特性は、特許請求の範囲においてのみならず、本明細書及び図面においても見ることができ、個々の特徴は、本発明の実施形態として及び他の分野において単独又は部分的組合せのいずれで用いることができ、個々に有利で特許取得可能な実施形態を表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による投影対物系の第１の実施形態の子午断面図である。
【図２】基準投影対物系の子午断面図である。
【図３Ａ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図３Ｂ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図３Ｃ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ａ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ｂ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ｃ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ａ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ｂ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ｃ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による投影対物系の子午断面図である。
【図７】図６の投影対物系のフーリエレンズ群ＬＧ１の拡大詳細図である。
【図８】図６の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図９】図６の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【図１０】図６における帯域レンズＬ３−１１に対する正規化瞳高さＰＨからの光線偏向角ＲＤＡの依存性の図である。
【図１１】反射屈折投影対物系の別の実施形態の子午断面図である。
【図１２】図１１の実施形態のフーリエレンズ群ＬＧ１の拡大詳細図である。
【図１３】図１１の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図１４】図１１の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【図１５】瞳面において単一の凹面ミラーを有する本発明の実施形態による別の投影対物系の子午断面図である。
【図１６】図１５の実施形態におけるフーリエレンズ群の拡大詳細図である。
【図１７】図１５の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図１８】図１５の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の好ましい実施形態の説明では、「光軸」という用語は、光学要素の曲率中心を通過する直線又は一連の直線セグメントを意味する。光軸は、折り返しミラー（偏向ミラー）によって折り返すことができる。本明細書で提供する例の場合では、物体は、集積回路の層のパターン、又はいずれか他のパターン、例えば、格子パターンを保持するマスク（レチクル）である。物体の像は、フォトレジスト層で被覆した基板として機能するウェーハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの構成要素又は光学格子のための基板のような他の種類の基板を利用することもできる。
【００３４】
図内に示している設計の仕様を開示するために表を提供している場合には、単一の表又は複数の表をそれぞれの図と同じ番号で示している。理解を容易にするために、複数の図において対応する特徴を同様の又は等しい参照識別記号で示している。レンズを指している場合に、識別記号Ｌ３−２は、第３の対物系部分内の第２のレンズを表している（光の伝播方向に見た時の）。
【００３５】
図１は、約λ≒１９３ｎｍのＵＶ作動波長に向けて設計された反射屈折投影対物系１００の第１の実施形態を示している。反射屈折投影対物系１００は、平面の物体面ＯＳ（対物面）に配置されたレチクル上のパターン像を平面の像面ＩＳ（像平面）内に、厳密に２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を作成しながら縮小スケール、例えば、４：１で投影するように設計される。有効な物体視野ＯＦ及び像視野ＩＦは軸外にあり、すなわち、光軸ＡＸから完全に外れている。第１の屈折対物系部分ＯＰ１は、物体面内のパターンを第１の中間像ＩＭＩ１へと拡大スケールで結像するように設計される。第２の反射結像（純反射）対物系部分ＯＰ２は、第１の中間像ＩＭＩ１を第２の中間像ＩＭＩ２へと１：１に近い倍率で結像する。第３の屈折対物系部分ＯＰ３は、第２の中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に高い縮小比で結像する。
【００３６】
図１では、投影ビームのビーム経路を辿るのを容易にするために、軸外物体視野ＯＦの外側視野点の主光線ＣＲの経路を太線で示している。本出願の目的では、「主光線」という用語（「プリンシパル・レイ」としても知られている）は、有効に用いられる物体視野ＯＦの最外側視野点（光軸から最も離れた）から入射瞳の中心へと延びる光線を表している。システムの回転対称性に起因して、主光線は、例証目的で図内に示している子午平面内の同等の視野点から選択することができる。基本的に物体側でテレセントリックな投影対物系では、主光線は、光軸に対して平行又は極めて小さい角度で物体面から射出する。結像過程は、周辺光線の軌道によって更に特徴付けられる。本明細書に用いる「周辺光線(marginal ray)」は、軸上物体視野点（光軸上の視野点）から開口絞りの縁部に延びる光線である。周辺光線は、軸外の有効物体視野が用いられる時には、口径食に起因して像形成に寄与することができない。主光線及び周辺光線は、投影対物系の光学特性を特徴付けるように選択される。そのような選択された光線と所定の軸上位置における光軸との間の半径方向距離をそれぞれ「主光線高さ」（ＣＲＨ）及び「周辺光線高さ」（ＭＲＨ）で表している。
【００３７】
３つの互いに共役な瞳面Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が、主光線ＣＲが光軸と交差する位置に形成される。第１の瞳面Ｐ１は、第１の対物系部分内で物体面と第１の中間像の間に形成され、第２の瞳面Ｐ２は、第２の対物系部分内で第１の中間像と第２の中間像の間に形成され、第３の瞳面Ｐ３は、第３の対物系部分内で第２の中間像と像面ＩＳの間に形成される。
【００３８】
第２の対物系部分ＯＰ２は、物体側に対面する凹ミラー表面を有する第１の凹面ミラーＣＭ１、及び像側に対面する凹ミラー表面を有する凹面ミラーＣＭ２を含む。ミラー表面は、両方とも連続し、又は分断されておらず、すなわち、これらのミラー表面は、反射に用いられる区域内に孔又は内腔を持たない。互いに対面するミラー表面は、反射屈折空洞を形成し、これをミラー間空間とも表し、ミラー間空間は、凹面ミラーによって形成される曲率面によって囲まれる。中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２は、両方とも反射屈折空洞内でミラー表面から十分に離れて位置する。
【００３９】
対物系１００は回転対称であり、全ての屈折及び反射光学構成要素に共通の１つの真っ直ぐな光軸ＡＸを有する（直列システム）。折り返しミラーは存在しない。偶数回の反射が発生する。物体面と像面とは平行である。像反転はない。凹面ミラーは小さい直径を有し、これらの凹面ミラーを互いに近接させ、これらの凹面ミラーの間に位置する中間像に比較的近接させることを可能にする。凹面ミラーは、両方とも軸対称面の軸外区画として構成されて照らされる。光ビームは、光軸に対面する凹面ミラーの縁部を口径食なしに通過する。両方の凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔して位置決めされ、その次の中間像に比較的近く位置決めされる。この対物系は、光軸を中心とする掩蔽のない円形の瞳を有し、従って、マイクロリソグラフィのための投影対物系としての使用を可能にする。
【００４０】
投影対物系１００は、対物系の射出面と像面の間の高屈折率液浸流体と併用される時には、λ＝１９３ｎｍにおいて像側開口数ＮＡ＝１．５５を有する液浸対物系として設計される。この投影対物系は、矩形の２６ｍｍ×５．５ｍｍ像視野に向けて設計され、物体視野半径（物体高さ）６３．７ｍｍを有する設計物体視野に向けて補正される。
【００４１】
この設計における仕様を表１に要約している。最も左の列は、屈折、反射、又はそうでなければ指定の面の番号を列記し、第２の列は、その面の曲率半径ｒ［ｍｍ］を列記し、第３の列は、非球面表面「ＡＳ」を示している。４番目の列は、「厚み」と記しているパラメータである、面と次の面の間の距離ｄ［ｍｍ］を列記し、５番目の列は、光学要素を加工するのに用いられる材料を列記し、更に６番目の列は、この光学要素の加工に用いられる材料の屈折率を列記している。７番目の列は、光学構成要素の光学的に利用可能で透明な半直径［ｍｍ］（光学的利用可能半径）を列記している。表における曲率半径ｒ＝０は、平面の面を意味している（無限半径を有する）。
【００４２】
いくつかの面は、非球面表面である（ＡＳと示している）。表１Ａは、非球面表面に関連するデータを列記しており、これらのデータから、次式を用いて非球面表面の表面形態のサジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）を高さｈの関数として計算することができる。
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ2）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）2ｈ2））］＋Ｃ１・ｈ4＋Ｃ２・ｈ6＋…
ここで、半径の逆数値（１／ｒ）は、問題とする面の面頂点における曲率であり、ｈは、この面上の点の光軸からの距離である。従って、サジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）は、ｚ方向、すなわち、光軸に沿って測定した問題とする面の頂点からのその点の距離を表している。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表１Ａに列記されている。
【００４３】
（矩形の）有効物体視野ＯＦを第１の中間像ＩＭＩ１へと結像する第１の対物系部分ＯＰ１は、物体面と第１の瞳面Ｐ１との間で全体的に正の屈折力を有する第１のレンズ群ＬＧ１と、第１の瞳面Ｐ１と第１の中間像ＩＭＩ１との間で全体的に正の屈折力を有する第２のレンズ群ＬＧ２とに再分割することができる。第１のレンズ群ＬＧ１は、投影対物系のテレセントリックな入射瞳を第１の瞳面Ｐ１内に結像し、それによって単一のフーリエ変換を実施するフーリエレンズ群方式で作用するように設計される。
【００４４】
第１のレンズ群は、物体側に非球面凸表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−１、物体側に非球面凹表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−２、像側に非球面凹表面を有する肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−３、及び第１の瞳面の直ぐ上流の射出面において非球面である負の両凹レンズＬ１−４を物体面からこの順序で含む。
【００４５】
負のレンズＬ１−４は、第１の瞳面Ｐ１に光学的に近くて光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨにおいて条件ＲＨＲ＜０．２が当て嵌まる位置に位置決めされた負のレンズ群を形成する。
【００４６】
任意的に、透明な平行平面プレートＰＰを第１の瞳面Ｐ１の近くに位置決めすることができる。平行平面プレートＰＰには、補正要素として作用する１つ又は２つの非球面表面を設けることができる。瞳面に近い位置に起因して、この平行平面プレートＰＰのあらゆる補正効果は、異なる視野点から発する全ての光線束に対して基本的に同じ影響を有し、それによって補正効果の視野変動が僅かしか又は全く得られない（基本的に視野一定の補正効果）。
【００４７】
好ましくは、補正要素は、投影露光システムから対物系を取り外さずに交換することができ、収差を補正するように構成された別の形態を有する別の補正要素と交換することができるように装着される。代替的又は追加的に、補正要素は、最も近い瞳位置又は光学システム内の他のレンズに対して移動又は傾斜し、補正機能を高めるように構成することができる。
【００４８】
第２のレンズ群ＬＧ２は、第１の瞳面の直ぐ下流に非球面射出凸表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−５、像側に凹表面を有する肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−６、並びに物体側に凹表面を有し、第１の中間像の直ぐ上流に非球面射出表面レンズを有する肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−７を含む。
【００４９】
この実施形態では単一の負の両凹レンズＬ１−４によって形成される負のレンズ群は、レンズＬ１−４の上流の正のレンズＬ１−１からＬ１−３によって生じる像視野曲率に対する効果を相殺し、それによって第１の瞳面Ｐ１を平坦化するのに有効であり、それと同時に一方では、フーリエレンズ群ＬＧ１の全体的な屈折力には僅かしか寄与しない。従って、負のレンズの負の屈折力を相殺するためにフーリエレンズ群内で付加的な正の屈折力を必要とすることなく、瞳面を平坦化することができる。これは、肉薄のレンズのシステム（フーリエレンズ群ＬＧ１を表す）を考えることによって理解することができる。このシステムの全体的な屈折力は、次式で表すことができる。
φ＝Σωiφi
ここで、φは、全体的な屈折力であり、φiは、屈折率ｉの単一のレンズの屈折力であり、ωiは、ＭＲＨiがレンズｉにおける周辺光線高さであり、ＭＲＨ1が第１の瞳面における周辺光線高さである時の比ＭＲＨi／ＭＲＨ1である。
【００５０】
像視野曲率は、ペッツヴァル和によって表すことができる。
ＰＴＺ＝Σφi／ｎi＝０
ここで、値ＰＴＺ＝０は、完全に平坦な（平面）面を表している。
【００５１】
像視野曲率を補正するためには、これらの条件に従ってシステム内の負の屈折力は、正の屈折力を補償すべきである。システムの正の全体的屈折力を得るためには、単一の負のレンズ又は複数の負のレンズの位置における周辺光線高さＭＲＨiが、正のレンズにおけるそれぞれの値よりも小さいことが必要である。これらの条件により、一般的に、低い周辺光線高さのところにある負のレンズは、より高い周辺光線高さのところにおける正の屈折力によって達成される像曲率を補償することになる。屈折投影対物系の典型的な「膨らみ−くびれ」構造は、これらの条件から生じる典型的な結果である。結像システムの物体面又は像面の近くに配置された負のレンズ群は、像視野曲率を低減するのに用いることができる。ここで、例えば、投影対物系の入射瞳を第１の瞳面内に結像する瞳結像を考えられたい。この瞳結像では、物体（入射瞳）は、テレセントリックシステムにあって一般的に接近不可能であり、これは物体（入射瞳）が、ほぼ無限遠に位置することによる。しかし、瞳結像における入射瞳の像は、主光線が光軸と交差する光学システムに配置された第１の瞳面である。この第１の瞳面の上流のその近くに負のレンズ群を設けることは、瞳結像の視野曲率を低減するのに用いることができ、すなわち、第１の瞳面を平坦化するのに用いることができる。
【００５２】
ここで、図１に示している第１の実施形態の一部の関連する特性を負のレンズ群を持たない図２に示している基準システムＲＥＦの対応する特性と比較することにより、フーリエレンズ群内で第１の瞳面に光学的に近く設けられた負のレンズ群の一部の有益な効果を説明する。基準システムＲＥＦ１では、図１の実施形態のそれぞれの特徴及び特徴群に対応する特徴及び特徴群を同じ参照識別記号で示している。基準システムＲＥＦの仕様が表２、表２Ａにおいて与えられる。
【００５３】
投影対物系内の様々な位置における投影対物系の補正状態を示すために、「視野曲線図」及び「スポットダイヤグラム」を用いることにする。視野曲線図は、近軸タンジェンシャル像位置又は近軸サジタル像位置と各視野高さにおける像平面との間の距離を表示する図である。スポットダイヤグラムは、ある一定の視野点から出現する光線束の像平面との交差点を表示する図である。スポットダイヤグラムでは、幾何学的「ＲＭＳ Ｒ」サイズが次式で与えられる。
ＲＭＳ Ｒ＝ＳＱＲＴ（ΣＲ2i）／ｋ＝ＳＱＲＴ(Σ（Ｘi−Ｘ0）2＋（Ｙi−Ｙ0）2)／ｋ
ここで、Ｘｉ、Ｙｉは、光線ｉの像平面におけるｘ及びｙ座標であり、ｋは、光線数であり、Ｘ０、Ｙ０は、像面内の光線座標の平均位置である。
【００５４】
図３は、図２Ａ及び図２Ｂのスポットダイヤグラム、並びに図２Ｃの視野曲線を用いて図２の基準システムＲＥＦの第１の瞳面Ｐ１の補正状態を示している。有意な像視野曲率が明らかである。第３の瞳面Ｐ３（第３の対物系部分ＯＰ３内の）の補正状態をスポットダイヤグラム（図４Ａ、図４Ｂ）及び視野曲線図（図４Ｃ）を用いて示している。図４の図は、有意な程度の非点収差を示している。第１の瞳Ｐ１の補正状態と第３の瞳Ｐ３の補正状態との大きな差が、図３と図４との比較から同じく明らかである。
【００５５】
入射瞳の第１の瞳面上への結像を実施する第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）のペッツヴァル半径ＲPは、ＲP＝−１３９ｍｍである。第３の瞳の結像の像視野曲率は、実質的に過補正され、ペッツヴァル半径ＲP＝＋１１０ｍｍを有する。第３の瞳Ｐ３と像面ＩＳの間の最後の正のレンズ群は、主に、必要な像側開口数ＮＡを生じるように機能する。従って、このレンズ群は、強い正の屈折力を有する。基準システムでは、このレンズ群によって生じる像視野曲率寄与は補償することが困難である。図４Ｃから明らかであるように、タンジェンシャルシェルを平坦化することによって補正の妥協点(compromise)が得られる。
【００５６】
以下では、３次の収差は、瞳像の収差を意味する。瞳像の物体は入射瞳であり、これは、物体空間内で無限遠に存在すると仮定する。
【００５７】
ザイデル収差の誤差和ＳＡ３（３次の球面収差）、ＣＭＡ３（３次のコマ収差）、ＡＳＴ３（３次の非点収差）、ＰＴＺ３（３次のペッツヴァル和）、及びＤＩＳ３（３次の歪曲）によって表される３次の収差は、以下の通りである：ＳＡ３＝−３．２７９６８９ｍｍ、ＣＭＡ３＝−０．６９３８６５ｍｍ、ＡＳＴ３＝−０．８１１６２３ｍｍ、ＰＴＺ３＝−５．０１１３９７ｍｍ、及びＤＩＳ３＝−６．３３１２２４ｍｍ。
【００５８】
第１の瞳面の直ぐ上流に負のレンズ群Ｌ１−４を含む図１の実施形態では、有意な改善が得られる。第１の瞳面Ｐ１の補正状態が、図５Ａ及び図５Ｂのスポットダイヤグラム、並びに図５Ｃの視野曲線において与えられる。ザイデル収差和は以下の通りである：ＳＡ３＝１．０８７４７２、ＣＭＡ３＝０．０８３４２５、ＡＳＴ３＝１．３４２２５３、ＰＴＺ３＝−２．６４２２８３、及びＤＩＳ３＝−２．２４２９６３。
【００５９】
スポットサイズは、基準システムにおけるものよりも有意に小さいことが明らかである（図３Ａ、３Ｂと図５Ａ、５Ｂとの間でスケールが１０倍異なることに注意されたい）。更に、タンジェンシャル及びサジタルシェルは、実質的に改善される（図３Ｃと図５Ｃとの間でスケールは２０倍異なる）。これらのデータは、有意に改善された補正状態を示している。第１の瞳面のペッツヴァル半径ＲPは、ＲP＝−２９０ｍｍであり、これは、基準システム（ＲP＝−１３９ｍｍ）と比較した場合に有意な改善である。
【００６０】
図６は、対物系の射出面と像面の間の高屈折率液浸流体と併用される時に、λ＝２４８ｎｍにおいて像側開口数ＮＡ＝１．４７を有するように設計された反射屈折投影対物系６００の第２の実施形態を示している。この投影対物系は、矩形の２６ｍｍ×５．５ｍｍ像視野に向けて設計される。ＮＡ＝１．４７では、光軸に対して最大の傾きを有する光線の伝播方向と光軸との間で測定される液浸液内の最大光線角度は、７２．６５°である。
【００６１】
対物系部分及びレンズ群の順序は、図１と同じであり、これを同じ参照識別記号を用いて示している。物体面ＯＳと第１の瞳面Ｐ１との間でフーリエ変換を実施する第１のレンズ群ＬＧ１を図７に詳細に示している。これらの仕様が表６、表６Ａにおいて与えられる。
【００６２】
第１のレンズ群ＬＧ１は、強く湾曲した入射表面及びほぼ平坦な射出表面を有する正の両凸レンズＬ１−１、物体面に対面する入射凹表面を有する負のメニスカスレンズＬ１−２、正の両凸レンズＬ１−３、光軸の周囲に正の屈折力を生じ、レンズの外縁に近い部分内で負の屈折力を生じる強非球面射出表面を有する肉薄の正のレンズＬ１−４、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流のそれに非常に近い単一の負の両凹レンズＬ１−５によって形成された負の群を物体面ＯＳから第１の瞳面Ｐ１へのこの順番で含む。このレンズ群の構造は、２つのＰ−Ｎ型のレンズ組合せを含み、ここで、Ｐは正の屈折力を表し、Ｎは負の屈折力を表している。レンズＬ１−１とＬ１−２とによって形成される第１のレンズ組合せは、瞳球面収差（ＰＳＡ）の補正への強い寄与を生じる。負のレンズＬ１−５は、３次の瞳球面収差（ＰＳＡ３）及びコマ収差（ＣＭＡ３）の補正に寄与する。正のレンズＬ１−３及びＬ１−４と、負のレンズＬ１−５とによって形成される第２のＰ−Ｎ組合せは、非点収差（ＡＳＴ３）及び像視野曲率（ＰＴＺ３）の補正を保証する。３次のザイデル収差への個々のレンズの寄与を表Ａに要約している。
【００６３】
（表Ａ）
【００６４】
入射瞳の第１の瞳面Ｐ１上への結像が良好な補正状態を有することは明らかである。これは、第１の瞳面内の物体高さ分率ＦＢＹの関数としてのＲＭＳスポットサイズ（ｍｍでの）の変化の図を示している図８からも明らかである。最良の焦点面は、指定された瞳位置から−０．３４６ｍｍのところにある。この平面は、図１に関連して解説した非球面平行平面プレートＰＰのような補正要素に対して好ましい位置を与える。図９の図は、タンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動が、基準システムＲＥＦと比較した時に有意に改善される（すなわち、低減する）ことを示している。第１の瞳面は、ペッツヴァル半径ＲP＝−２９１ｍｍによって表される僅かな曲率しか持たない。
【００６５】
図６の実施形態では、第３の対物系部分は、物体結像（物体面ＯＳと、それに対して光学的に共役な像面ＩＳとの間の結像）の球面収差及びコマ収差の補正への有意な寄与を生じる。第３の対物系部分は、第３の瞳面と像面ＩＳの間に、正の前側レンズとして機能する正の両凸レンズＬ３−１０、光軸から離れた周辺帯域内で負の屈折力を有し、光軸を含む中心領域内で正の屈折力を有する帯域レンズＬ３−１１、及び像面の直ぐ上流に正の後側レンズを形成する平凸レンズＬ３−１２をこの順序で含む。帯域レンズＬ３−１１は、回転対称非球面射出表面を有する。帯域レンズＬ３−１１の光学効果を例証するために、図１０の図は、横座標上に光線偏向角ＲＤＡ（度で）を、縦軸上に正規化瞳高さＰＨを示している。光軸から発する光線束に対して、光線偏向が明らかにされている。光軸（ＰＨ＝０）の周囲の中央領域と約ＰＨ＝０．９５における瞳縁部（ＰＨ＝１）との間で偏向の向きは符号を変化させることが明らかである。このレンズは、物体結像の球面収差及びコマ収差に対して強い補正効果を有する。
【００６６】
図１又は図６に示している一般的なレイアウトを有する更に別の実施形態を図１１に示している。この仕様が表１１、図１１Ａにおいて与えられる。液浸型投影対物系１１００は、作動波長λ＝１９３ｎｍに向けて設計され、サイズ２６ｍｍ×４ｍｍの矩形視野において像側ＮＡ＝１．４３を有する。全てのレンズは、同じ材料、溶融石英（ＳｉＯ2）から作られる。第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）の構造を図１２に詳細に示している。第１の群は、４つのレンズのみ、すなわち、正の両凸レンズＬ１−１、正の両凸レンズＬ１−２、像側に凹表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−３、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流に負のレンズ群を形成する負の両凹レンズＬ１−４を含む。「Ｘ」で印している非球面表面は、視野依存及び開口依存の収差の補正を助けるために用いられる。物体面の直後の第１のレンズＬ１−１の入射側の非球面表面は、特に、歪曲のような視野依存収差の補正に寄与する。瞳面の直ぐ上流の負のレンズＬ１−４の射出側の非球面表面は、主に瞳収差を基本的に視野依存収差に影響を及ぼすことなく補正するのに有効である。両凸レンズＬ１−２の射出側の中間非球面は、視野依存収差及び開口依存収差の両方に影響を及ぼす。
【００６７】
第１の瞳面Ｐ１の補正状態を視野にわたるスポットＲＭＳの変化を示す図１３の図によって表しており、タンジェンシャル及びサジタルシェルが図１４において与えられる。
【００６８】
λ＝１９３ｎｍのＵＶ作動波長に向けて設計された更に別の実施形態の反射屈折投影対物系１５００を図１５に示している。投影対物系の射出面と像面との間で液浸流体を用いる液浸作動に用いられる時に、矩形の２６ｍｍ×５ｍｍ像視野において像側開口数ＮＡ＝１．５が得られる。この仕様を表１５、表１５Ａに提供している。
【００６９】
折り返し投影対物系１５００は、平面の物体面ＯＳ（対物面）に配置されたレチクル上のパターン像を平面の像面ＩＳ（像平面）上に厳密に２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を作成しながら、縮小スケール、例えば、４：１で投影するように設計される。矩形の有効物体視野ＯＦ及び像視野ＩＦは軸外であり、すなわち、光軸ＡＸから完全に外れている。第１の屈折対物系部分ＯＰ１は、物体面内のパターンを第１の中間像ＩＭＩ１へと結像するように設計される。第２の反射屈折（屈折／反射）対物系部分ＯＰ２は、第１の中間像ＩＭＩ１を第２の中間像ＩＭＩ２へと１：（−１）に近い倍率で結像する。第３の屈折対物系部分ＯＰ３は、第２の中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に強い縮小比で結像する。
【００７０】
主光線ＣＲが光軸と交差する位置に、３つの互いに共役な瞳面Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が形成される。第１の瞳面Ｐ１は、第１の対物系部分内で物体面と第１の中間像の間に形成され、第２の瞳面Ｐ２は、第２の対物系部分で第１の中間像と第２の中間像の間に形成され、第３の瞳面Ｐ３は、第３の対物系部分内で第２の中間像と像面ＩＳの間に形成される。
【００７１】
第２の対物系部分ＯＰ２は、単一の凹面ミラーＣＭを含む。第１の平面折り返しミラーＦＭ１は、物体面から到来する放射線を凹面ミラーＣＭの方向に反射するように、第１の中間像ＩＭＩ１に光学的に近く光軸に対して４５°の角度で配置される。第１の折り返しミラーの平面ミラー表面に対して直角に位置合わせられた平面ミラー表面を有する第２の折り返しミラーＦＭ２は、凹面ミラーＣＭから到来する放射線を物体面に対して平行な像面の方向に反射する。
【００７２】
折り返しミラーＦＭ１、ＦＭ２の各々は、エタンデュ（幾何学的光束）が小さく保たれるように中間像に光学的に近く位置する。中間像は、好ましくは、平面ミラー表面上に位置せず、それによって中間像と光学的に最も近いミラー表面との間に有限の最小距離が生じる。それによってスクラッチ又は不純物のようなミラー表面内のいずれの欠陥も、像面上に鮮明に結像されないことを保証する。
【００７３】
第１の対物系部分ＯＰ１は、各々が第１の瞳面Ｐ１の両側で正の屈折力を有する２つのレンズ群ＬＧ１、ＬＧ２を含む。第１のレンズ群ＬＧ１は、投影対物系のテレセントリックな入射瞳を第１の瞳面Ｐ１上に結像し、それによって単一のフーリエ変換を実施するフーリエレンズ群方式で作用するように設計される。
【００７４】
図１６は、物体面を第１の瞳面Ｐ１上に結像する第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）の拡大詳細図を示している。第１のレンズ群は、物体面に隣接する平行平面プレートＰＰ、肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−１、肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−２、非球面の像側凹表面を有する肉薄の強非球面メニスカスレンズＬ１−３、肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−４、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流のそれに光学的に近い単一の負の両凹レンズＬ１−５によって形成された負の群を含む。瞳面に向って凹面を成す正のメニスカスレンズは、光線束に対して強い収束効果を生じる強い正の屈折力を有するが、入射表面及び射出表面の同様の半径に起因して、像視野曲率への寄与が僅かしかない。
【００７５】
第１の瞳面Ｐ１の補正状態を視野にわたるスポットＲＭＳの変化を示す図１７の図によって表しており、タンジェンシャル及びサジタルシェルを図１８に提供している。
【００７６】
好ましい実施形態の上述の説明は、一例として提供したものである。提供した開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への明らかで様々な変更及び修正を見出すであろう。従って、全ての変更及び修正は、特許請求の範囲によって定められる本発明及びその均等物の精神及び範囲に収まるように含めることを求めるものである。
【００７７】
全ての特許請求の範囲の内容は、引用によって本明細書の一部とする。
【００７８】
（表１）
【００７９】
（表１Ａ）
【００８０】
（表２（基準））
【００８１】
（表２Ａ）
【００８２】
（表６）
【００８３】
（表６Ａ）
【００８４】
（表１１）
【００８５】
（表１１Ａ）
【００８６】
（表１５）
【００８７】
（表１５Ａ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影対物系の物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む反射屈折投影対物系に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射屈折投影対物系は、例えば、半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを加工するのに用いられる投影露光システム、特にウェーハスキャナ又はウェーハステッパに用いられ、以下に一般的に「マスク」又は「レチクル」と呼ぶフォトマスク又はレチクル上のパターンを感光コーティングを有する物体上に縮小スケールで超高分解能で投影するように機能する。
【０００３】
更に微細な構造を作り出すために、投影対物系の像側開口数（ＮＡ）を高めること、及びより短い波長、好ましくは、約２６０ｎｍより短い波長を有する紫外線を用いることの両方が求められている。しかし、光学要素を加工するのに利用可能なこの波長領域で十分に透明な非常に少ない材料、特に合成石英ガラス及びフッ化物結晶があるだけである。利用可能なこれらの材料のアッベ数は、互いに比較的近くに位置するので、十分良好に色補正された（色収差が補正された）純屈折システムを提供することは困難である。
【０００４】
光学リソグラフィでは、比較的大きくて事実上平面の照明視野に対して、高い分解能及び良好な補正状態を得なければならない。あらゆる光学設計に対して問われる可能性がある最も困難な要件は、その光学設計が、特に全屈折設計であった場合に、平坦な像を有することであると指摘されている。平坦な像を達成することは、より強力なレンズ、より長いシステム長、システムのより大きいガラス質量、及びより強いレンズ曲率から生じるより大きく、より高次の像収差をもたらす反対のレンズ屈折力を必要とする。
【０００５】
色補正及び像の平坦化の問題を解決するのに役立てるために、従来から凹面ミラーが用いられている。凹面ミラーは、正のレンズと同じく正の屈折力を有するが、反対の符号のペッツヴァル曲率を有する。また凹面ミラーは、色の問題を招かない。従って、上述の種類の高分解能投影対物系を構成するのに、屈折要素と反射要素を組み合わせ、特にレンズと少なくとも１つの凹面ミラーとを組み合わせる反射屈折システムが主に用いられている。
【０００６】
残念ながら凹面ミラーは、放射線をちょうどそれが到来した方向に送り返すので、光学設計内に統合することが困難である。機械的問題又はビーム口径食又は瞳掩蔽(pupil obscuration)に起因する問題を引き起こさずに凹面ミラーを統合する知的設計が望ましい。
【０００７】
また、ＤＵＶ（深紫外）及びＶＵＶ（真空紫外）用途のための投影対物系において一般的に用いられるフッ化カルシウム及び他の光学材料は、固有の複屈折を提供し、これらの材料に印加される機械的応力に応じた応力複屈折に起因して偏光効果を引き起こす恐れもあるから、一般的に、光学システムを通過する放射線の偏光状態を制御するのは困難である。
【０００８】
高い像側開口数ＮＡ、及び良好な補正状態を可能にする反射屈折投影対物系の一部の概念は、３つのカスケード（又は連結）結像対物系部分、及び厳密に２つの中間像を含む。第１の屈折対物系部分（略記号「Ｒ」）は、物体の第１の実中間像を発生させる。少なくとも１つの凹面ミラーを含む第２の反射屈折又は反射結像対物系部分（略記号「Ｃ」）は、第１の中間像から第２の実中間像を発生させる。第３の屈折対物系部分は、第２の中間像を像平面内に結像する。３つの光学的に共役な瞳面が存在するように、各結像対物系部分内に瞳面が形成される。一般的に第１の屈折対物系部分は、その後の結像段階に向けて第１の中間像のサイズ、位置、及び補正状態を適正に定める「中継」システムとして機能する。一般的に第２の対物系部分は、主な像視野曲率量を補正し（ペッツヴァル補正）、設計に依存して色補正への寄与がもたらされる。一般的に第３の対物系部分は、望ましい像側ＮＡを得るために、高密に束ねられたレンズを有する合焦群として最適化される。
【０００９】
これらの連結システムのうちの１つの部類は、第２の対物系部分の瞳面に又はそれに光学的に近く位置決めされた単一の凹面ミラーを軸上色収差（ＣＨＬ）及びペッツヴァル和を補正するためにこの凹面ミラーの前に配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズとの組合せに用いる。物体面と凹面ミラーの間、及び凹面ミラーと像面の間の光線の偏向は、多くの場合に、互いに対して直角に向きが定められた２つの平面折り返しミラーを有する偏向システムによって達成され、これら両方の折り返しミラーは、中間像に光学的に近く位置決めされる。それによって物体面と像面との平行な向きが得られる。入射放射線に対して傾斜して向きが定められた平面折り返しミラーは、回避又は補償することが困難な偏向放射線の偏光状態の変化を招く傾向を有する。平面折り返しミラーを単一の凹面ミラーとの組合せに用いる折り返し反射屈折投影対物系の代表例は、例えば、ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１、ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１、又はＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２に開示されている。
【００１０】
本出願人の特許出願ＵＳ２００５／０１９０４３５Ａ１又はＷＯ２００６／００５５４７Ａ１は、全ての光学要素に対して共通の真っ直ぐな光軸を有する折り返しのない反射屈折投影対物系の様々な例を示している。第２の対物系部分は、互いに対面する２つの凹面ミラーを含んでミラー間空間を形成し、このミラー間空間の内側に少なくとも第１の中間像が位置する。両方の凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔に位置し、すなわち、それぞれ第１の中間像及び第２の中間像に対して光学的により近い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１
【特許文献３】ＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２
【特許文献４】ＵＳ２００５／０１９０４３５Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２００６／００５５４７Ａ１
【特許文献６】ＵＳ６，９９５，８３３Ｂ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、異なる視野点における結像収差の補正が容易で真空紫外（ＶＵＶ）範囲における使用に適するマイクロリソグラフィのための反射屈折投影対物系を提供することである。別の目的は、結像収差の補正に際して視野依存変化を大幅に回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記及び他の目的に対する解決法として、本発明は、１つの考案に従って、物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素を含む反射屈折投影対物系を提供し、光学要素は、物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分と、第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分と、第２の中間像を像面上に結像し、かつ第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の対物系部分とを形成し、物体面と第１の瞳面の間に配置された光学要素は、第１の瞳面に光学的に近く配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する。
【００１４】
本発明のこの態様によると、第１の瞳面の補正状態は標的的に(in a target manner)影響を受け、同等の従来技術のシステムよりもかなり弱い面曲率しか持たない（曲率半径がかなり大きい）第１の瞳面をもたらす。補正された瞳像は、瞳位置に位置決めされた補正要素によって誘起される補正効果の視野変動を回避することが望ましい。視野曲率は、入射瞳の第１の瞳面への結像の主な収差である。瞳像を補正するためには、視野曲率を補正するための手段を対物系部分内の瞳面の上流に位置決めすべきである。
【００１５】
フーリエレンズ群内では屈折力の特定の分配がもたらされ、投影対物系の入射瞳を第１の瞳面内に結像する瞳結像に影響を及ぼす。比較的大きい物体側開口数を有する放射線を第１の瞳面を通過するビームへと集光するには、フーリエレンズ群に全体的な正の屈折力が必要である。それによって像曲率に関して第１の瞳面の補正不足が生じる。第１の瞳面に光学的に近く負のレンズ群を設けることにより、フーリエレンズ群の第１の瞳面の曲率に対する全体的な効果を少なくとも部分的に相殺することができ、第１の瞳面の曲率に対する「平坦化効果」がもたらされる。
【００１６】
全ての視野点に対して基本的に一定の収差の補正を行うことが望ましい場合には、１つ又はそれよりも多くの補正要素を瞳面に又は該瞳面に対して光学的に近くに配置することができる。視野にわたる補正効果の変化は、異なる視野点からの光線束の瞳面の近くの経路にも依存する。大きい差の場合には、瞳面に又はその近くに配置された補正要素は、視野依存補正効果を有することができる。瞳面の補正状態が比較的良好な場合であっても、瞳面における異なる光線の入射角から異なる視野点への依存性が依然として存在する。瞳面の補正状態を改善することが望ましい。特に本発明のこの態様は、第１の瞳面の曲率を低減するための手段を提供する。
【００１７】
負のレンズ群と瞳面の間に少なくとも１つの（弱い）正のレンズを設けることは可能であるが、平坦化効果は、負のレンズ群と瞳面の間に正のレンズが配置されないように、負のレンズ群が第１の瞳面の直ぐ上流に配置される場合に改善することができる。
【００１８】
好ましくは、負のレンズ群の少なくとも１つの負のレンズは、第１の瞳面に非常に近くに又は該瞳面に配置される。負の屈折力が第１の瞳面に対して非常に近くに又は該瞳面に設けられた場合には、フーリエレンズ群の屈折力に対するこの負の屈折力の全体的な影響は比較的小さいが（主光線高さＣＲＨにおける小さい値に起因して）、それと同時に瞳結像の像視野曲率の補正に対する影響は比較的強いものとすることができ、第１の瞳面の曲率に対して平坦化効果が生じる。一部の実施形態では、負のレンズ群は、光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨにおいて条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が満たされるように、周辺光線高さＭＲＨが主光線高さＣＲＨよりも実質的に大きい領域に配置された少なくとも１つの負のレンズを含む。好ましくは、条件｜ＲＨＲ｜＜０．１が成り立つ。
【００１９】
一部の実施形態では、負のレンズ群は、単一の負のレンズによって形成され、それによって負の屈折力を第１の瞳面に近い軸上の幅狭な空間内に生成することができる。他の実施形態では、負のレンズ群は、少なくとも１つの負のレンズを含む２つ又はそれよりも多くのレンズによって形成することができ、レンズは組合せで負の屈折力を有する。
【００２０】
一部の実施形態では、負のレンズ群は、第１の瞳面の直ぐ上流に負の両凹レンズを含み、好ましくは、この負の両凹レンズが負のレンズ群の唯一のレンズであるように、その上流に正のレンズが、この負の両凹レンズの前に置かれる。それによって第１の瞳面の近くに負の屈折力の標的的な集中(targeted concentration)が得られる。
【００２１】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群は、第１の瞳面におけるペッツヴァル半径ＲPが、同等の物体側開口数を有する従来技術のシステムと比較して比較的大きい条件｜ＲP｜＞１５０ｍｍに従うように構成される。本明細書に用いるペッツヴァル半径は、第１の瞳面の曲率半径に対応する。ペッツヴァル半径は、フーリエレンズ群のペッツヴァル和１／ＲPの逆数に比例する。ペッツヴァル半径は、上記よりも有意に大きくし、例えば、２００ｍｍよりも大きくし、及び／又は２５０ｍｍよりも大きくすることができる。
【００２２】
一部の実施形態では、開口絞りが第１の瞳面に位置決めされる。開口絞りは、利用される像側開口数ＮＡを調節することを可能にする可変直径を有することができる。開口絞りの直径が、比較的平坦な第１の瞳面において変更された時には、テレセントリック性に対する有意な影響は僅かであるか又は全く発生しないことになるので、可変開口絞りを平面開口絞りとして設計することができる。
【００２３】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群は、物体面の直後の第１の正のレンズ群（Ｐ）、第１の正のレンズ群の直後の第１の負のレンズ群（Ｎ）、第１の負のレンズ群の直後の第２の正のレンズ群、及び第２の正のレンズ群の直後にあって第１の瞳面に光学的に近く配置された第２の負のレンズ群から成る。従って、そのようなフーリエレンズ群は、２つの連続するＰ−Ｎ型のレンズ組合せを含む。第１の瞳面の球面収差、非点収差、及び視野曲率のような異なる収差に対する補正効果の有利な分配をこの構造において得ることができる。
【００２４】
一部の実施形態では、フーリエレンズ群が、ＲＨＲ＞｜０．５｜である物体面に対して光学的に近いところに少なくとも１つの非球面表面を含み、更に｜ＲＨＲ｜＜０．２である第１の瞳面に対して光学的に近いところに少なくとも１つの非球面表面を含むことをもたらすことにより、フーリエレンズ群は、レンズ材料の消耗及び補正効果に関して改善されている。好ましくは、少なくとも１つの非球面表面は、物体面と第１の瞳面の間の中間領域で条件０．２＜｜ＲＨＲ｜＜｜０．５｜が当て嵌まる領域内に設けられる。視野面（物体面）及び第１の瞳面に近い非球面表面に加えて、中間領域内の非球面表面を設けることができる。
【００２５】
一部の実施形態では、高像側開口数を生じる上で大きな要因である第３の対物系部分は、結像過程の球面収差及びコマ収差の補正への有意な寄与を提供する。好ましくは、純屈折のものである第３の対物系部分は、第３の瞳面と像面の間に、正の前側レンズ群と、少なくとも光軸の周囲の周辺帯域内に負の屈折力を有する帯域レンズと、像面の直ぐ上流に投影対物系の最後の光学要素を含む正の後側レンズ群とをこの順序で含むことができる。
【００２６】
帯域レンズは、光軸の周囲の中心帯域内に正の屈折力を有することができる。帯域レンズは、負の帯域レンズの中心帯域から周辺帯域へと高まる負の屈折効果を生じるように構成された非球面レンズとして設計される。一部の実施形態では、帯域レンズは、物体面に対面する凹表面を有するメニスカスレンズである。帯域レンズは、最後の光学要素の直ぐ上流に配置することができる。
【００２７】
第３のレンズ群のこれらの特徴は、最終中間像を像面上に結像する最終結像部分システムを有する異なる投影対物系において、光学設計の種類及び第１のレンズ群とは関係なく有益である場合がある。
【００２８】
本発明は、異なる種類の投影対物系内に組み込むことができる。一部の実施形態では、反射屈折投影対物系は、直列システムとして、すなわち、投影対物系の全ての光学要素に対して共通する１つの真っ直ぐな（折り返しのない）光軸を有する反射屈折投影対物系として設計される。光学的な観点からは、直列システムは、平面折り返しミラーを利用することによって引き起こされる偏光効果のような光学的問題を大幅に回避することができるので好ましいものとすることができる。また製造の観点からも、直列システムは、光学要素のための従来の装着技術を利用することができ、それによって投影対物系の機械的安定性が改善されるように設計することができる。
【００２９】
一部の実施形態では、第２の対物系部分は、物体面から到来する放射線を受光するための物体側ミラー群入口と、出現する放射線を像面に向って射出するための像側ミラー群出口とを有するミラー群を有し、このミラー群は、偶数個の凹面ミラーを含む。一部の実施形態では、第２の対物系部分は、厳密に２つの凹面ミラーを有する。第２の対物系部分は、反射屈折のもの（少なくとも１つの凹面ミラーに加えて少なくとも１つの透明なレンズを含む）又は反射結像のもの（ミラーのみを有する）とすることができる。口径食なしに非常に高い像側開口数ＮＡ＞１で掩蔽のない結像を生成することができる一部の実施形態では、ミラー群の全ての凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔に位置する。
【００３０】
他の実施形態では、第２の対物系部分は、軸上色収差（ＣＨＬ）を補正してペッツヴァル和補正（シュプマンの原理）に寄与するために、第２の対物系部分の瞳面に又は該瞳面に対して光学的に近く位置決めされた厳密に１つの凹面ミラーを有し、更に凹面ミラーの前の比較的高い周辺光線高さの領域に配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズを有する。投影対物系は、光学面から到来する放射線を凹面ミラーに向けて偏向し、又は凹面ミラーから到来する放射線を像面に向けて偏向するように光軸に対して傾斜された第１の平面折り返しミラー（偏向ミラー）を含むことができる。物体面と像面の平行な向きを可能にするために、第１の平面折り返しミラーの光学的下流に第２の平面折り返しミラーを設け、第１の折り返しミラーに対して直角に向きを定めることができる。平面折り返しミラーを単一の凹面ミラーとの組合せに用いる折り返し反射屈折投影対物系の代表例は、例えば、ＵＳ２００３／０２３４９１２Ａ１、ＵＳ２００４／０２３３４０５Ａ１、ＷＯ２００５／１１１６８９Ａ２、又はＵＳ６、９９５、８３３Ｂ２に開示されている。これらのシステムの一般的なレイアウトに関するこれらの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
【００３１】
以上及び他の特性は、特許請求の範囲においてのみならず、本明細書及び図面においても見ることができ、個々の特徴は、本発明の実施形態として及び他の分野において単独又は部分的組合せのいずれで用いることができ、個々に有利で特許取得可能な実施形態を表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による投影対物系の第１の実施形態の子午断面図である。
【図２】基準投影対物系の子午断面図である。
【図３Ａ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図３Ｂ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図３Ｃ】図２の基準システムの第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ａ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ｂ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図４Ｃ】図２に示す基準システムの第３の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ａ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ｂ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図５Ｃ】図１に示す第１の実施形態の第１の瞳面の補正状態を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による投影対物系の子午断面図である。
【図７】図６の投影対物系のフーリエレンズ群ＬＧ１の拡大詳細図である。
【図８】図６の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図９】図６の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【図１０】図６における帯域レンズＬ３−１１に対する正規化瞳高さＰＨからの光線偏向角ＲＤＡの依存性の図である。
【図１１】反射屈折投影対物系の別の実施形態の子午断面図である。
【図１２】図１１の実施形態のフーリエレンズ群ＬＧ１の拡大詳細図である。
【図１３】図１１の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図１４】図１１の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【図１５】瞳面において単一の凹面ミラーを有する本発明の実施形態による別の投影対物系の子午断面図である。
【図１６】図１５の実施形態におけるフーリエレンズ群の拡大詳細図である。
【図１７】図１５の投影対物系のＲＭＳスポットサイズの視野変動を表す図である。
【図１８】図１５の実施形態におけるタンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の好ましい実施形態の説明では、「光軸」という用語は、光学要素の曲率中心を通過する直線又は一連の直線セグメントを意味する。光軸は、折り返しミラー（偏向ミラー）によって折り返すことができる。本明細書で提供する例の場合では、物体は、集積回路の層のパターン、又はいずれか他のパターン、例えば、格子パターンを保持するマスク（レチクル）である。物体の像は、フォトレジスト層で被覆した基板として機能するウェーハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの構成要素又は光学格子のための基板のような他の種類の基板を利用することもできる。
【００３４】
図内に示している設計の仕様を開示するために表を提供している場合には、単一の表又は複数の表をそれぞれの図と同じ番号で示している。理解を容易にするために、複数の図において対応する特徴を同様の又は等しい参照識別記号で示している。レンズを指している場合に、識別記号Ｌ３−２は、第３の対物系部分内の第２のレンズを表している（光の伝播方向に見た時の）。
【００３５】
図１は、約λ≒１９３ｎｍのＵＶ作動波長に向けて設計された反射屈折投影対物系１００の第１の実施形態を示している。反射屈折投影対物系１００は、平面の物体面ＯＳ（対物面）に配置されたレチクル上のパターン像を平面の像面ＩＳ（像平面）内に、厳密に２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を作成しながら縮小スケール、例えば、４：１で投影するように設計される。有効な物体視野ＯＦ及び像視野ＩＦは軸外にあり、すなわち、光軸ＡＸから完全に外れている。第１の屈折対物系部分ＯＰ１は、物体面内のパターンを第１の中間像ＩＭＩ１へと拡大スケールで結像するように設計される。第２の反射結像（純反射）対物系部分ＯＰ２は、第１の中間像ＩＭＩ１を第２の中間像ＩＭＩ２へと１：１に近い倍率で結像する。第３の屈折対物系部分ＯＰ３は、第２の中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に高い縮小比で結像する。
【００３６】
図１では、投影ビームのビーム経路を辿るのを容易にするために、軸外物体視野ＯＦの外側視野点の主光線ＣＲの経路を太線で示している。本出願の目的では、「主光線」という用語（「プリンシパル・レイ」としても知られている）は、有効に用いられる物体視野ＯＦの最外側視野点（光軸から最も離れた）から入射瞳の中心へと延びる光線を表している。システムの回転対称性に起因して、主光線は、例証目的で図内に示している子午平面内の同等の視野点から選択することができる。基本的に物体側でテレセントリックな投影対物系では、主光線は、光軸に対して平行又は極めて小さい角度で物体面から射出する。結像過程は、周辺光線の軌道によって更に特徴付けられる。本明細書に用いる「周辺光線(marginal ray)」は、軸上物体視野点（光軸上の視野点）から開口絞りの縁部に延びる光線である。周辺光線は、軸外の有効物体視野が用いられる時には、口径食に起因して像形成に寄与することができない。主光線及び周辺光線は、投影対物系の光学特性を特徴付けるように選択される。そのような選択された光線と所定の軸上位置における光軸との間の半径方向距離をそれぞれ「主光線高さ」（ＣＲＨ）及び「周辺光線高さ」（ＭＲＨ）で表している。
【００３７】
３つの互いに共役な瞳面Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が、主光線ＣＲが光軸と交差する位置に形成される。第１の瞳面Ｐ１は、第１の対物系部分内で物体面と第１の中間像の間に形成され、第２の瞳面Ｐ２は、第２の対物系部分内で第１の中間像と第２の中間像の間に形成され、第３の瞳面Ｐ３は、第３の対物系部分内で第２の中間像と像面ＩＳの間に形成される。
【００３８】
第２の対物系部分ＯＰ２は、物体側に対面する凹ミラー表面を有する第１の凹面ミラーＣＭ１、及び像側に対面する凹ミラー表面を有する凹面ミラーＣＭ２を含む。ミラー表面は、両方とも連続し、又は分断されておらず、すなわち、これらのミラー表面は、反射に用いられる区域内に孔又は内腔を持たない。互いに対面するミラー表面は、反射屈折空洞を形成し、これをミラー間空間とも表し、ミラー間空間は、凹面ミラーによって形成される曲率面によって囲まれる。中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２は、両方とも反射屈折空洞内でミラー表面から十分に離れて位置する。
【００３９】
対物系１００は回転対称であり、全ての屈折及び反射光学構成要素に共通の１つの真っ直ぐな光軸ＡＸを有する（直列システム）。折り返しミラーは存在しない。偶数回の反射が発生する。物体面と像面とは平行である。像反転はない。凹面ミラーは小さい直径を有し、これらの凹面ミラーを互いに近接させ、これらの凹面ミラーの間に位置する中間像に比較的近接させることを可能にする。凹面ミラーは、両方とも軸対称面の軸外区画として構成されて照らされる。光ビームは、光軸に対面する凹面ミラーの縁部を口径食なしに通過する。両方の凹面ミラーは、瞳面から光学的に遠隔して位置決めされ、その次の中間像に比較的近く位置決めされる。この対物系は、光軸を中心とする掩蔽のない円形の瞳を有し、従って、マイクロリソグラフィのための投影対物系としての使用を可能にする。
【００４０】
投影対物系１００は、対物系の射出面と像面の間の高屈折率液浸流体と併用される時には、λ＝１９３ｎｍにおいて像側開口数ＮＡ＝１．５５を有する液浸対物系として設計される。この投影対物系は、矩形の２６ｍｍ×５．５ｍｍ像視野に向けて設計され、物体視野半径（物体高さ）６３．７ｍｍを有する設計物体視野に向けて補正される。
【００４１】
この設計における仕様を表１に要約している。最も左の列は、屈折、反射、又はそうでなければ指定の面の番号を列記し、第２の列は、その面の曲率半径ｒ［ｍｍ］を列記し、第３の列は、非球面表面「ＡＳ」を示している。４番目の列は、「厚み」と記しているパラメータである、面と次の面の間の距離ｄ［ｍｍ］を列記し、５番目の列は、光学要素を加工するのに用いられる材料を列記し、更に６番目の列は、この光学要素の加工に用いられる材料の屈折率を列記している。７番目の列は、光学構成要素の光学的に利用可能で透明な半直径［ｍｍ］（光学的利用可能半径）を列記している。表における曲率半径ｒ＝０は、平面の面を意味している（無限半径を有する）。
【００４２】
いくつかの面は、非球面表面である（ＡＳと示している）。表１Ａは、非球面表面に関連するデータを列記しており、これらのデータから、次式を用いて非球面表面の表面形態のサジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）を高さｈの関数として計算することができる。
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ2）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）2ｈ2））］＋Ｃ１・ｈ4＋Ｃ２・ｈ6＋…
ここで、半径の逆数値（１／ｒ）は、問題とする面の面頂点における曲率であり、ｈは、この面上の点の光軸からの距離である。従って、サジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）は、ｚ方向、すなわち、光軸に沿って測定した問題とする面の頂点からのその点の距離を表している。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表１Ａに列記されている。
【００４３】
（矩形の）有効物体視野ＯＦを第１の中間像ＩＭＩ１へと結像する第１の対物系部分ＯＰ１は、物体面と第１の瞳面Ｐ１との間で全体的に正の屈折力を有する第１のレンズ群ＬＧ１と、第１の瞳面Ｐ１と第１の中間像ＩＭＩ１との間で全体的に正の屈折力を有する第２のレンズ群ＬＧ２とに再分割することができる。第１のレンズ群ＬＧ１は、投影対物系のテレセントリックな入射瞳を第１の瞳面Ｐ１内に結像し、それによって単一のフーリエ変換を実施するフーリエレンズ群方式で作用するように設計される。
【００４４】
第１のレンズ群は、物体側に非球面凸表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−１、物体側に非球面凹表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−２、像側に非球面凹表面を有する肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−３、及び第１の瞳面の直ぐ上流の射出面において非球面である負の両凹レンズＬ１−４を物体面からこの順序で含む。
【００４５】
負のレンズＬ１−４は、第１の瞳面Ｐ１に光学的に近くて光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨにおいて条件ＲＨＲ＜０．２が当て嵌まる位置に位置決めされた負のレンズ群を形成する。
【００４６】
任意的に、透明な平行平面プレートＰＰを第１の瞳面Ｐ１の近くに位置決めすることができる。平行平面プレートＰＰには、補正要素として作用する１つ又は２つの非球面表面を設けることができる。瞳面に近い位置に起因して、この平行平面プレートＰＰのあらゆる補正効果は、異なる視野点から発する全ての光線束に対して基本的に同じ影響を有し、それによって補正効果の視野変動が僅かしか又は全く得られない（基本的に視野一定の補正効果）。
【００４７】
好ましくは、補正要素は、投影露光システムから対物系を取り外さずに交換することができ、収差を補正するように構成された別の形態を有する別の補正要素と交換することができるように装着される。代替的又は追加的に、補正要素は、最も近い瞳位置又は光学システム内の他のレンズに対して移動又は傾斜し、補正機能を高めるように構成することができる。
【００４８】
第２のレンズ群ＬＧ２は、第１の瞳面の直ぐ下流に非球面射出凸表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−５、像側に凹表面を有する肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−６、並びに物体側に凹表面を有し、第１の中間像の直ぐ上流に非球面射出表面レンズを有する肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−７を含む。
【００４９】
この実施形態では単一の負の両凹レンズＬ１−４によって形成される負のレンズ群は、レンズＬ１−４の上流の正のレンズＬ１−１からＬ１−３によって生じる像視野曲率に対する効果を相殺し、それによって第１の瞳面Ｐ１を平坦化するのに有効であり、それと同時に一方では、フーリエレンズ群ＬＧ１の全体的な屈折力には僅かしか寄与しない。従って、負のレンズの負の屈折力を相殺するためにフーリエレンズ群内で付加的な正の屈折力を必要とすることなく、瞳面を平坦化することができる。これは、肉薄のレンズのシステム（フーリエレンズ群ＬＧ１を表す）を考えることによって理解することができる。このシステムの全体的な屈折力は、次式で表すことができる。
φ＝Σωiφi
ここで、φは、全体的な屈折力であり、φiは、屈折率ｉの単一のレンズの屈折力であり、ωiは、ＭＲＨiがレンズｉにおける周辺光線高さであり、ＭＲＨ1が第１の瞳面における周辺光線高さである時の比ＭＲＨi／ＭＲＨ1である。
【００５０】
像視野曲率は、ペッツヴァル和によって表すことができる。
ＰＴＺ＝Σφi／ｎi＝０
ここで、値ＰＴＺ＝０は、完全に平坦な（平面）面を表している。
【００５１】
像視野曲率を補正するためには、これらの条件に従ってシステム内の負の屈折力は、正の屈折力を補償すべきである。システムの正の全体的屈折力を得るためには、単一の負のレンズ又は複数の負のレンズの位置における周辺光線高さＭＲＨiが、正のレンズにおけるそれぞれの値よりも小さいことが必要である。これらの条件により、一般的に、低い周辺光線高さのところにある負のレンズは、より高い周辺光線高さのところにおける正の屈折力によって達成される像曲率を補償することになる。屈折投影対物系の典型的な「膨らみ−くびれ」構造は、これらの条件から生じる典型的な結果である。結像システムの物体面又は像面の近くに配置された負のレンズ群は、像視野曲率を低減するのに用いることができる。ここで、例えば、投影対物系の入射瞳を第１の瞳面内に結像する瞳結像を考えられたい。この瞳結像では、物体（入射瞳）は、テレセントリックシステムにあって一般的に接近不可能であり、これは物体（入射瞳）が、ほぼ無限遠に位置することによる。しかし、瞳結像における入射瞳の像は、主光線が光軸と交差する光学システムに配置された第１の瞳面である。この第１の瞳面の上流のその近くに負のレンズ群を設けることは、瞳結像の視野曲率を低減するのに用いることができ、すなわち、第１の瞳面を平坦化するのに用いることができる。
【００５２】
ここで、図１に示している第１の実施形態の一部の関連する特性を負のレンズ群を持たない図２に示している基準システムＲＥＦの対応する特性と比較することにより、フーリエレンズ群内で第１の瞳面に光学的に近く設けられた負のレンズ群の一部の有益な効果を説明する。基準システムＲＥＦ１では、図１の実施形態のそれぞれの特徴及び特徴群に対応する特徴及び特徴群を同じ参照識別記号で示している。基準システムＲＥＦの仕様が表２、表２Ａにおいて与えられる。
【００５３】
投影対物系内の様々な位置における投影対物系の補正状態を示すために、「視野曲線図」及び「スポットダイヤグラム」を用いることにする。視野曲線図は、近軸タンジェンシャル像位置又は近軸サジタル像位置と各視野高さにおける像平面との間の距離を表示する図である。スポットダイヤグラムは、ある一定の視野点から出現する光線束の像平面との交差点を表示する図である。スポットダイヤグラムでは、幾何学的「ＲＭＳ Ｒ」サイズが次式で与えられる。
ＲＭＳ Ｒ＝ＳＱＲＴ（ΣＲ2i）／ｋ＝ＳＱＲＴ(Σ（Ｘi−Ｘ0）2＋（Ｙi−Ｙ0）2)／ｋ
ここで、Ｘｉ、Ｙｉは、光線ｉの像平面におけるｘ及びｙ座標であり、ｋは、光線数であり、Ｘ０、Ｙ０は、像面内の光線座標の平均位置である。
【００５４】
図３は、図２Ａ及び図２Ｂのスポットダイヤグラム、並びに図２Ｃの視野曲線を用いて図２の基準システムＲＥＦの第１の瞳面Ｐ１の補正状態を示している。有意な像視野曲率が明らかである。第３の瞳面Ｐ３（第３の対物系部分ＯＰ３内の）の補正状態をスポットダイヤグラム（図４Ａ、図４Ｂ）及び視野曲線図（図４Ｃ）を用いて示している。図４の図は、有意な程度の非点収差を示している。第１の瞳Ｐ１の補正状態と第３の瞳Ｐ３の補正状態との大きな差が、図３と図４との比較から同じく明らかである。
【００５５】
入射瞳の第１の瞳面上への結像を実施する第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）のペッツヴァル半径ＲPは、ＲP＝−１３９ｍｍである。第３の瞳の結像の像視野曲率は、実質的に過補正され、ペッツヴァル半径ＲP＝＋１１０ｍｍを有する。第３の瞳Ｐ３と像面ＩＳの間の最後の正のレンズ群は、主に、必要な像側開口数ＮＡを生じるように機能する。従って、このレンズ群は、強い正の屈折力を有する。基準システムでは、このレンズ群によって生じる像視野曲率寄与は補償することが困難である。図４Ｃから明らかであるように、タンジェンシャルシェルを平坦化することによって補正の妥協点(compromise)が得られる。
【００５６】
以下では、３次の収差は、瞳像の収差を意味する。瞳像の物体は入射瞳であり、これは、物体空間内で無限遠に存在すると仮定する。
【００５７】
ザイデル収差の誤差和ＳＡ３（３次の球面収差）、ＣＭＡ３（３次のコマ収差）、ＡＳＴ３（３次の非点収差）、ＰＴＺ３（３次のペッツヴァル和）、及びＤＩＳ３（３次の歪曲）によって表される３次の収差は、以下の通りである：ＳＡ３＝−３．２７９６８９ｍｍ、ＣＭＡ３＝−０．６９３８６５ｍｍ、ＡＳＴ３＝−０．８１１６２３ｍｍ、ＰＴＺ３＝−５．０１１３９７ｍｍ、及びＤＩＳ３＝−６．３３１２２４ｍｍ。
【００５８】
第１の瞳面の直ぐ上流に負のレンズ群Ｌ１−４を含む図１の実施形態では、有意な改善が得られる。第１の瞳面Ｐ１の補正状態が、図５Ａ及び図５Ｂのスポットダイヤグラム、並びに図５Ｃの視野曲線において与えられる。ザイデル収差和は以下の通りである：ＳＡ３＝１．０８７４７２、ＣＭＡ３＝０．０８３４２５、ＡＳＴ３＝１．３４２２５３、ＰＴＺ３＝−２．６４２２８３、及びＤＩＳ３＝−２．２４２９６３。
【００５９】
スポットサイズは、基準システムにおけるものよりも有意に小さいことが明らかである（図３Ａ、３Ｂと図５Ａ、５Ｂとの間でスケールが１０倍異なることに注意されたい）。更に、タンジェンシャル及びサジタルシェルは、実質的に改善される（図３Ｃと図５Ｃとの間でスケールは２０倍異なる）。これらのデータは、有意に改善された補正状態を示している。第１の瞳面のペッツヴァル半径ＲPは、ＲP＝−２９０ｍｍであり、これは、基準システム（ＲP＝−１３９ｍｍ）と比較した場合に有意な改善である。
【００６０】
図６は、対物系の射出面と像面の間の高屈折率液浸流体と併用される時に、λ＝２４８ｎｍにおいて像側開口数ＮＡ＝１．４７を有するように設計された反射屈折投影対物系６００の第２の実施形態を示している。この投影対物系は、矩形の２６ｍｍ×５．５ｍｍ像視野に向けて設計される。ＮＡ＝１．４７では、光軸に対して最大の傾きを有する光線の伝播方向と光軸との間で測定される液浸液内の最大光線角度は、７２．６５°である。
【００６１】
対物系部分及びレンズ群の順序は、図１と同じであり、これを同じ参照識別記号を用いて示している。物体面ＯＳと第１の瞳面Ｐ１との間でフーリエ変換を実施する第１のレンズ群ＬＧ１を図７に詳細に示している。これらの仕様が表６、表６Ａにおいて与えられる。
【００６２】
第１のレンズ群ＬＧ１は、強く湾曲した入射表面及びほぼ平坦な射出表面を有する正の両凸レンズＬ１−１、物体面に対面する入射凹表面を有する負のメニスカスレンズＬ１−２、正の両凸レンズＬ１−３、光軸の周囲に正の屈折力を生じ、レンズの外縁に近い部分内で負の屈折力を生じる強非球面射出表面を有する肉薄の正のレンズＬ１−４、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流のそれに非常に近い単一の負の両凹レンズＬ１−５によって形成された負の群を物体面ＯＳから第１の瞳面Ｐ１へのこの順番で含む。このレンズ群の構造は、２つのＰ−Ｎ型のレンズ組合せを含み、ここで、Ｐは正の屈折力を表し、Ｎは負の屈折力を表している。レンズＬ１−１とＬ１−２とによって形成される第１のレンズ組合せは、瞳球面収差（ＰＳＡ）の補正への強い寄与を生じる。負のレンズＬ１−５は、３次の瞳球面収差（ＰＳＡ３）及びコマ収差（ＣＭＡ３）の補正に寄与する。正のレンズＬ１−３及びＬ１−４と、負のレンズＬ１−５とによって形成される第２のＰ−Ｎ組合せは、非点収差（ＡＳＴ３）及び像視野曲率（ＰＴＺ３）の補正を保証する。３次のザイデル収差への個々のレンズの寄与を表Ａに要約している。
【００６３】
（表Ａ）
【００６４】
入射瞳の第１の瞳面Ｐ１上への結像が良好な補正状態を有することは明らかである。これは、第１の瞳面内の物体高さ分率ＦＢＹの関数としてのＲＭＳスポットサイズ（ｍｍでの）の変化の図を示している図８からも明らかである。最良の焦点面は、指定された瞳位置から−０．３４６ｍｍのところにある。この平面は、図１に関連して解説した非球面平行平面プレートＰＰのような補正要素に対して好ましい位置を与える。図９の図は、タンジェンシャルシェル及びサジタルシェルの視野変動が、基準システムＲＥＦと比較した時に有意に改善される（すなわち、低減する）ことを示している。第１の瞳面は、ペッツヴァル半径ＲP＝−２９１ｍｍによって表される僅かな曲率しか持たない。
【００６５】
図６の実施形態では、第３の対物系部分は、物体結像（物体面ＯＳと、それに対して光学的に共役な像面ＩＳとの間の結像）の球面収差及びコマ収差の補正への有意な寄与を生じる。第３の対物系部分は、第３の瞳面と像面ＩＳの間に、正の前側レンズとして機能する正の両凸レンズＬ３−１０、光軸から離れた周辺帯域内で負の屈折力を有し、光軸を含む中心領域内で正の屈折力を有する帯域レンズＬ３−１１、及び像面の直ぐ上流に正の後側レンズを形成する平凸レンズＬ３−１２をこの順序で含む。帯域レンズＬ３−１１は、回転対称非球面射出表面を有する。帯域レンズＬ３−１１の光学効果を例証するために、図１０の図は、横座標上に光線偏向角ＲＤＡ（度で）を、縦軸上に正規化瞳高さＰＨを示している。光軸から発する光線束に対して、光線偏向が明らかにされている。光軸（ＰＨ＝０）の周囲の中央領域と約ＰＨ＝０．９５における瞳縁部（ＰＨ＝１）との間で偏向の向きは符号を変化させることが明らかである。このレンズは、物体結像の球面収差及びコマ収差に対して強い補正効果を有する。
【００６６】
図１又は図６に示している一般的なレイアウトを有する更に別の実施形態を図１１に示している。この仕様が表１１、図１１Ａにおいて与えられる。液浸型投影対物系１１００は、作動波長λ＝１９３ｎｍに向けて設計され、サイズ２６ｍｍ×４ｍｍの矩形視野において像側ＮＡ＝１．４３を有する。全てのレンズは、同じ材料、溶融石英（ＳｉＯ2）から作られる。第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）の構造を図１２に詳細に示している。第１の群は、４つのレンズのみ、すなわち、正の両凸レンズＬ１−１、正の両凸レンズＬ１−２、像側に凹表面を有する正のメニスカスレンズＬ１−３、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流に負のレンズ群を形成する負の両凹レンズＬ１−４を含む。「Ｘ」で印している非球面表面は、視野依存及び開口依存の収差の補正を助けるために用いられる。物体面の直後の第１のレンズＬ１−１の入射側の非球面表面は、特に、歪曲のような視野依存収差の補正に寄与する。瞳面の直ぐ上流の負のレンズＬ１−４の射出側の非球面表面は、主に瞳収差を基本的に視野依存収差に影響を及ぼすことなく補正するのに有効である。両凸レンズＬ１−２の射出側の中間非球面は、視野依存収差及び開口依存収差の両方に影響を及ぼす。
【００６７】
第１の瞳面Ｐ１の補正状態を視野にわたるスポットＲＭＳの変化を示す図１３の図によって表しており、タンジェンシャル及びサジタルシェルが図１４において与えられる。
【００６８】
λ＝１９３ｎｍのＵＶ作動波長に向けて設計された更に別の実施形態の反射屈折投影対物系１５００を図１５に示している。投影対物系の射出面と像面との間で液浸流体を用いる液浸作動に用いられる時に、矩形の２６ｍｍ×５ｍｍ像視野において像側開口数ＮＡ＝１．５が得られる。この仕様を表１５、表１５Ａに提供している。
【００６９】
折り返し投影対物系１５００は、平面の物体面ＯＳ（対物面）に配置されたレチクル上のパターン像を平面の像面ＩＳ（像平面）上に厳密に２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を作成しながら、縮小スケール、例えば、４：１で投影するように設計される。矩形の有効物体視野ＯＦ及び像視野ＩＦは軸外であり、すなわち、光軸ＡＸから完全に外れている。第１の屈折対物系部分ＯＰ１は、物体面内のパターンを第１の中間像ＩＭＩ１へと結像するように設計される。第２の反射屈折（屈折／反射）対物系部分ＯＰ２は、第１の中間像ＩＭＩ１を第２の中間像ＩＭＩ２へと１：（−１）に近い倍率で結像する。第３の屈折対物系部分ＯＰ３は、第２の中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に強い縮小比で結像する。
【００７０】
主光線ＣＲが光軸と交差する位置に、３つの互いに共役な瞳面Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が形成される。第１の瞳面Ｐ１は、第１の対物系部分内で物体面と第１の中間像の間に形成され、第２の瞳面Ｐ２は、第２の対物系部分で第１の中間像と第２の中間像の間に形成され、第３の瞳面Ｐ３は、第３の対物系部分内で第２の中間像と像面ＩＳの間に形成される。
【００７１】
第２の対物系部分ＯＰ２は、単一の凹面ミラーＣＭを含む。第１の平面折り返しミラーＦＭ１は、物体面から到来する放射線を凹面ミラーＣＭの方向に反射するように、第１の中間像ＩＭＩ１に光学的に近く光軸に対して４５°の角度で配置される。第１の折り返しミラーの平面ミラー表面に対して直角に位置合わせられた平面ミラー表面を有する第２の折り返しミラーＦＭ２は、凹面ミラーＣＭから到来する放射線を物体面に対して平行な像面の方向に反射する。
【００７２】
折り返しミラーＦＭ１、ＦＭ２の各々は、エタンデュ（幾何学的光束）が小さく保たれるように中間像に光学的に近く位置する。中間像は、好ましくは、平面ミラー表面上に位置せず、それによって中間像と光学的に最も近いミラー表面との間に有限の最小距離が生じる。それによってスクラッチ又は不純物のようなミラー表面内のいずれの欠陥も、像面上に鮮明に結像されないことを保証する。
【００７３】
第１の対物系部分ＯＰ１は、各々が第１の瞳面Ｐ１の両側で正の屈折力を有する２つのレンズ群ＬＧ１、ＬＧ２を含む。第１のレンズ群ＬＧ１は、投影対物系のテレセントリックな入射瞳を第１の瞳面Ｐ１上に結像し、それによって単一のフーリエ変換を実施するフーリエレンズ群方式で作用するように設計される。
【００７４】
図１６は、物体面を第１の瞳面Ｐ１上に結像する第１のレンズ群ＬＧ１（フーリエレンズ群）の拡大詳細図を示している。第１のレンズ群は、物体面に隣接する平行平面プレートＰＰ、肉薄の正のメニスカスレンズＬ１−１、肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−２、非球面の像側凹表面を有する肉薄の強非球面メニスカスレンズＬ１−３、肉厚の正のメニスカスレンズＬ１−４、及び第１の瞳面Ｐ１の直ぐ上流のそれに光学的に近い単一の負の両凹レンズＬ１−５によって形成された負の群を含む。瞳面に向って凹面を成す正のメニスカスレンズは、光線束に対して強い収束効果を生じる強い正の屈折力を有するが、入射表面及び射出表面の同様の半径に起因して、像視野曲率への寄与が僅かしかない。
【００７５】
第１の瞳面Ｐ１の補正状態を視野にわたるスポットＲＭＳの変化を示す図１７の図によって表しており、タンジェンシャル及びサジタルシェルを図１８に提供している。
【００７６】
好ましい実施形態の上述の説明は、一例として提供したものである。提供した開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への明らかで様々な変更及び修正を見出すであろう。従って、全ての変更及び修正は、特許請求の範囲によって定められる本発明及びその均等物の精神及び範囲に収まるように含めることを求めるものである。
【００７７】
全ての特許請求の範囲の内容は、引用によって本明細書の一部とする。
【００７８】
（表１）
【００７９】
（表１Ａ）
【００８０】
（表２（基準））
【００８１】
（表２Ａ）
【００８２】
（表６）
【００８３】
（表６Ａ）
【００８４】
（表１１）
【００８５】
（表１１Ａ）
【００８６】
（表１５）
【００８７】
（表１５Ａ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素、
を含み、
前記光学要素は、
前記物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分、
前記第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ前記第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分、及び
前記第２の中間像を前記像面上に結像し、かつ前記第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の対物系部分、
を形成し、
前記物体面と前記第１の瞳面との間に配置された光学要素が、該第１の瞳面に対して光学的に近くに配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する、
ことを特徴とする反射屈折投影対物系。
【請求項２】
前記負のレンズ群は、正のレンズが該負のレンズ群の負のレンズと前記第１の瞳面との間に配置されないように、該第１の瞳面の直ぐ上流に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投影対物系。
【請求項３】
前記負のレンズ群は、光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨに対して条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が満たされるように周辺光線高さＭＲＨが主光線高さＣＲＨよりもかなり大きい領域に配置された少なくとも１つの負のレンズを含む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】
前記負のレンズ群は、単一の負のレンズによって形成されること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】
前記負のレンズ群は、前記第１の瞳面の直ぐ上流に負の両凹レンズを含む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】
前記負のレンズ群は、正のレンズが前記負の両凹レンズと前記第１の瞳面との間に配置されないような該第１の瞳面の直ぐ上流に配置された単一の負の両凹レンズであること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】
前記フーリエレンズ群は、前記第１の瞳面におけるペッツヴァル半径ＲPが条件：｜ＲP｜＞１５０ｍｍに従うように構成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】
前記フーリエレンズ群は、前記物体面の直ぐ下流の第１の正のレンズ群、該第１の正のレンズ群の直後の第１の負のレンズ群、該第１の負のレンズ群の直後の第２の正のレンズ群、及び該第２の正のレンズ群の直後にあって前記第１の瞳面に対して光学的に近くに配置された第２の負のレンズ群から成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】
前記第１の負のレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件｜ＲＨＲ｜＞０．５が成り立つ領域において前記物体面に対して光学的に近くに配置され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】
前記第１の負のレンズ群は、前記物体面に対面する凹面を有する負のメニスカスレンズを含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の投影対物系。
【請求項１１】
前記フーリエレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件｜ＲＨＲ｜＞０．５が成り立つ前記物体面に光学的に近い少なくとも１つの非球面表面と、条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が成り立つ前記第１の瞳面に光学的に近い少なくとも１つの非球面表面とを含む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】
前記フーリエレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件０．２＜｜ＲＨＲ｜＜０．５が成り立つ領域において、前記物体面と前記第１の瞳面との間の中間領域に少なくとも１つの非球面表面を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１３】
開口絞りが、前記第１の瞳面に位置決めされ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】
前記第１の瞳面に挿入されるか、又は該第１の瞳面に光学的に近い瞳空間に挿入されるように構成された少なくとも１つの補正要素を含む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。
【請求項１５】
前記補正要素は、少なくとも１つの非球面表面を有する平面プレートであることを特徴とする請求項１４に記載の投影対物系。
【請求項１６】
第１の形状を有する補正要素が、投影露光装置から投影対物系を取り外すことなく、該第１の形状とは異なる第２の形状を有する別の補正要素と交換されるように構成されることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の投影対物系。
【請求項１７】
前記補正要素は、最も近い瞳位置に対して移動又は傾斜されるように構成されることを特徴とする請求項１４、請求項１５、又は請求項１６に記載の投影対物系。
【請求項１８】
前記第３の対物系部分は、前記第３の瞳面と前記像面の間に、
正の前側レンズ群、
少なくとも光軸の周囲の周辺帯域において負の屈折力を有する帯域レンズ、及び
前記像面の直ぐ上流に投影対物系の最後の光学要素を含む正の後側レンズ群、
をこの順序で含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１９】
前記帯域レンズは、正の屈折力を有する中心帯域を有することを特徴とする請求項１８に記載の投影対物系。
【請求項２０】
前記帯域レンズは、前記負の帯域レンズの中心帯域から周辺帯域へと高まる負の屈折効果をもたらすように構成された非球面レンズであることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の投影対物系。
【請求項２１】
前記帯域レンズは、前記物体面に対面する凹表面を有するメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１８、請求項１９、又は請求項２０に記載の投影対物系。
【請求項２２】
反射屈折投影対物系の全ての光学要素に共通する１つの真っ直ぐな光軸を有する直列システムとして設計されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２３】
前記第２の対物系部分は、厳密に２つの凹面ミラーを有することを特徴とする請求項２２に記載の投影対物系。
【請求項２４】
前記第２の対物系部分は、前記第２の瞳面に又は該第２の瞳面に対して光学的に近くに位置決めされた厳密に１つの凹面ミラーと、大きい周辺光線高さの領域で該凹面ミラーの前の配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズとを有することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２５】
前記第３の対物系部分は、純屈折性であることを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２６】
最後の光学要素と前記像面との間の像側作動距離が、１よりもかなり大きい屈折率を有する液浸媒体で充填されるように、収差に関して適応させた液浸対物系として設計されることを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２７】
液浸媒体と共に用いられる時に像側開口数ＮＡ＞１．１を有することを特徴とする請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２８】
像側開口数ＮＡ≧１．４を有することを特徴とする請求項２７に記載の投影対物系。
【請求項２９】
約１２０ｎｍから約２６０ｎｍに及ぶ波長範囲に収まる紫外線を用いる使用に向けて構成されることを特徴とする請求項１から請求項２８のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項３０】
照明システム及び反射屈折投影対物系を有するマイクロリソグラフィにおける使用のための投影露光システムであって、
投影対物系が、請求項１から請求項２９のいずれか１項に従って構成される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
半導体素子又は他の種類のマイクロデバイスを加工する方法であって、
パターンを有するマスクを準備する段階と、
規定の波長を有する紫外線で前記マスクを照明する段階と、
請求項１から請求項２９のいずれか１項に記載の反射屈折投影対物系を用いて、前記パターンの像を投影対物系の像平面の近くに配置された感光基板上に投影する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
物体面に配置された軸外物体視野を投影対物系の像面に配置された軸外像視野上に結像するように配置された複数の光学要素、
を含み、
前記光学要素は、
前記物体面から到来する放射線から第１の中間像を発生させ、かつ第１の瞳面を含む第１の屈折対物系部分、
前記第１の中間像を第２の中間像へと結像する少なくとも１つの凹面ミラーを含み、かつ前記第１の瞳面と光学的に共役な第２の瞳面を含む第２の対物系部分、及び
前記第２の中間像を前記像面上に結像し、かつ前記第１及び第２の瞳面と光学的に共役な第３の瞳面を含む第３の対物系部分、
を形成し、
前記物体面と前記第１の瞳面との間に配置された光学要素が、該第１の瞳面に対して光学的に近くに配置された負のレンズ群を含むフーリエレンズ群を形成する、
ことを特徴とする反射屈折投影対物系。
【請求項２】
前記負のレンズ群は、正のレンズが該負のレンズ群の負のレンズと前記第１の瞳面との間に配置されないように、該第１の瞳面の直ぐ上流に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投影対物系。
【請求項３】
前記負のレンズ群は、光線高さ比ＲＨＲ＝ＣＲＨ／ＭＲＨに対して条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が満たされるように周辺光線高さＭＲＨが主光線高さＣＲＨよりもかなり大きい領域に配置された少なくとも１つの負のレンズを含む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】
前記負のレンズ群は、単一の負のレンズによって形成されること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】
前記負のレンズ群は、前記第１の瞳面の直ぐ上流に負の両凹レンズを含む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】
前記負のレンズ群は、正のレンズが前記負の両凹レンズと前記第１の瞳面との間に配置されないような該第１の瞳面の直ぐ上流に配置された単一の負の両凹レンズであること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】
前記フーリエレンズ群は、前記第１の瞳面におけるペッツヴァル半径ＲPが条件：｜ＲP｜＞１５０ｍｍに従うように構成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】
前記フーリエレンズ群は、前記物体面の直ぐ下流の第１の正のレンズ群、該第１の正のレンズ群の直後の第１の負のレンズ群、該第１の負のレンズ群の直後の第２の正のレンズ群、及び該第２の正のレンズ群の直後にあって前記第１の瞳面に対して光学的に近くに配置された第２の負のレンズ群から成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】
前記第１の負のレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件｜ＲＨＲ｜＞０．５が成り立つ領域において前記物体面に対して光学的に近くに配置され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】
前記第１の負のレンズ群は、前記物体面に対面する凹面を有する負のメニスカスレンズを含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の投影対物系。
【請求項１１】
前記フーリエレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件｜ＲＨＲ｜＞０．５が成り立つ前記物体面に光学的に近い少なくとも１つの非球面表面と、条件｜ＲＨＲ｜＜０．２が成り立つ前記第１の瞳面に光学的に近い少なくとも１つの非球面表面とを含む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】
前記フーリエレンズ群は、前記光線高さ比ＲＨＲに対して条件０．２＜｜ＲＨＲ｜＜０．５が成り立つ領域において、前記物体面と前記第１の瞳面との間の中間領域に少なくとも１つの非球面表面を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１３】
開口絞りが、前記第１の瞳面に位置決めされ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】
前記第１の瞳面に挿入されるか、又は該第１の瞳面に光学的に近い瞳空間に挿入されるように構成された少なくとも１つの補正要素を含む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。
【請求項１５】
前記補正要素は、少なくとも１つの非球面表面を有する平面プレートであることを特徴とする請求項１４に記載の投影対物系。
【請求項１６】
第１の形状を有する補正要素が、投影露光装置から投影対物系を取り外すことなく、該第１の形状とは異なる第２の形状を有する別の補正要素と交換されるように構成されることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の投影対物系。
【請求項１７】
前記補正要素は、最も近い瞳位置に対して移動又は傾斜されるように構成されることを特徴とする請求項１４、請求項１５、又は請求項１６に記載の投影対物系。
【請求項１８】
前記第３の対物系部分は、前記第３の瞳面と前記像面の間に、
正の前側レンズ群、
少なくとも光軸の周囲の周辺帯域において負の屈折力を有する帯域レンズ、及び
前記像面の直ぐ上流に投影対物系の最後の光学要素を含む正の後側レンズ群、
をこの順序で含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項１９】
前記帯域レンズは、正の屈折力を有する中心帯域を有することを特徴とする請求項１８に記載の投影対物系。
【請求項２０】
前記帯域レンズは、前記負の帯域レンズの中心帯域から周辺帯域へと高まる負の屈折効果をもたらすように構成された非球面レンズであることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の投影対物系。
【請求項２１】
前記帯域レンズは、前記物体面に対面する凹表面を有するメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１８、請求項１９、又は請求項２０に記載の投影対物系。
【請求項２２】
反射屈折投影対物系の全ての光学要素に共通する１つの真っ直ぐな光軸を有する直列システムとして設計されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２３】
前記第２の対物系部分は、厳密に２つの凹面ミラーを有することを特徴とする請求項２２に記載の投影対物系。
【請求項２４】
前記第２の対物系部分は、前記第２の瞳面に又は該第２の瞳面に対して光学的に近くに位置決めされた厳密に１つの凹面ミラーと、大きい周辺光線高さの領域で該凹面ミラーの前の配置された１つ又はそれよりも多くの負のレンズとを有することを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２５】
前記第３の対物系部分は、純屈折性であることを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２６】
最後の光学要素と前記像面との間の像側作動距離が、１よりもかなり大きい屈折率を有する液浸媒体で充填されるように、収差に関して適応させた液浸対物系として設計されることを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２７】
液浸媒体と共に用いられる時に像側開口数ＮＡ＞１．１を有することを特徴とする請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項２８】
像側開口数ＮＡ≧１．４を有することを特徴とする請求項２７に記載の投影対物系。
【請求項２９】
約１２０ｎｍから約２６０ｎｍに及ぶ波長範囲に収まる紫外線を用いる使用に向けて構成されることを特徴とする請求項１から請求項２８のいずれか１項に記載の投影対物系。
【請求項３０】
照明システム及び反射屈折投影対物系を有するマイクロリソグラフィにおける使用のための投影露光システムであって、
投影対物系が、請求項１から請求項２９のいずれか１項に従って構成される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
半導体素子又は他の種類のマイクロデバイスを加工する方法であって、
パターンを有するマスクを準備する段階と、
規定の波長を有する紫外線で前記マスクを照明する段階と、
請求項１から請求項２９のいずれか１項に記載の反射屈折投影対物系を用いて、前記パターンの像を投影対物系の像平面の近くに配置された感光基板上に投影する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−３３２８６（Ｐ２０１３−３３２８６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４０８６０（Ｐ２０１２−２４０８６０）
【出願日】平成２４年１０月３１日（２０１２．１０．３１）
【分割の表示】特願２００９−５５１９１６（Ｐ２００９−５５１９１６）の分割
【原出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月３１日（２０１２．１０．３１）
【分割の表示】特願２００９−５５１９１６（Ｐ２００９−５５１９１６）の分割
【原出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
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