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JP2012108540A - カタディオプトリック投影対物系 - Google Patents

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Abstract

【課題】開口数ＮＡ＞１で液浸リソグラフィを可能にする値に達し得る非常に高い像側開口数の可能性を有する、真空紫外領域での使用に適したカタディオプトリック投影対物系を提供する。
【解決手段】投影対物レンズの物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物レンズが、物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物レンズ部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための少なくとも１つの凹面鏡を有する第２対物レンズ部分と、第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物レンズ部分を有し、投影対物レンズが最大レンズ直径Ｄmax、最大像視野高さＹ’、及び像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄmax／（Ｙ’・ＮＡ2）であり、条件ＣＯＭＰ１＜１０が当てはまる、カタディオプトリック投影対物系。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体面に配置されたパターンを像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系に関する。
この種類の投影対物系は、投影露光系、とくに半導体装置や他の種類のマイクロデバイスの製造に使用されるウェーハスキャナやウェーハステッパに利用されており、以後一般に「マスク」又は「レチクル」というフォトマスク又はレチクルのパターンを、感光性コーティングを有する物体上に超高分解能で縮小スケールで投影するのに役立っている。
より微細な構造を製造する目的で、関連する投影対物系の像側端開口数（ＮＡ）を増加させるとともに、より短い波長、好ましくは約２６０ｎｍ未満の波長を有する紫外光を利用することが求められている。
しかしながら、その波長領域で要求される光学素子の製造に利用可能な充分に透過性の材料、とくに合成石英ガラスと結晶性フッ化物は、ほとんど存在しない。利用可能なこれらの材料のアッベ数は互いにかなり近いため、充分に良く色補正された（色収差のために補正された）純粋屈折性の系を提供するのは困難である。
リソグラフィにおいて半導体ウェーハのような平面状の基板を露光するためには、平面状の（平面の）像が必須である。しかしながら、一般に光学系の像面は湾曲しており、湾曲の程度はペッツバル和により決定されている。ペッツバル和の補正は、増加された分解能で平面状の面に大きな物体視野を投影することが求められている点で、より重要になっている。
平面状の像面と良好な色補正を得るための１つのアプローチは、カタディオプトリック系の使用であり、これはレンズのような屈折素子と、鏡のような反射素子の両方を組み合わせていて、好ましくは少なくとも１つの凹面鏡を有している。正の屈折力と負の屈折力のレンズが光学系での全屈折力に寄与するのに対し、面曲率と色収差は互いに反対であり、凹面鏡は、正パワーレンズのような正のパワーを有するが、色収差に寄与することなく面曲率に逆の効果を与える。
更に、大きなレンズを製造するのに充分大きな寸法の関連材料の高額な値段と、フッ化カルシウム結晶の有限の利用可能性が問題となっている。こうして、レンズの個数と寸法を減少させることを可能にして同時に結像の正確性を保持して更なる改良に寄与する手段が、望まれている。
少なくとも２つの凹面鏡を有するカタディオプトリック投影対物系が提案されていて、良好な色補正と適度なレンズ量の要求を系に提供している。ＵＳ ６，６００，６０８ Ｂ１の特許は、投影対物系の物体平面に配置されたパターンを第１中間像に結像するための第１純粋屈折対物系部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、第２中間像を直接すなわち更なる中間像なしで像平面に結像するための第３対物系部分を有する。第２対物系部分は、中心穴を有する第１凹面鏡と、中心穴を有する第２凹面鏡を有するカタディオプトリック対物系部分であり、これらの凹面鏡は互いに対向しいて間に鏡間空間又はカタディオプトリックキャビティを画定する鏡面を有する。第１中間像は、物体平面の隣の凹面鏡の中心穴内に形成されており、第２中間像は、物体平面の隣の凹面鏡の中心穴内に形成されている。対物系は、軸方向対称性を有していて、良好な色補正を軸方向及び横方向に提供する。しかしながら、これらの凹面鏡の反射面はそれらの穴で中断されているため、系の瞳は不明瞭になっている。
ＥＰ １ ０６９ ４４８ Ｂ１の特許は、互いに対向した２つの凹面鏡を有するもう１つのカタディオプトリック投影対物系を開示している。これらの凹面鏡は、凹面鏡の近傍に位置付けられた中間像上に物体を結像する第１カタディオプトリック対物系部分の一部である。これは第２純粋屈折対物系部分により像平面に結像される中間像に過ぎない。物体は、カタディオプトリック結像系の像と同様に、互いに対向したこれらの鏡により画定された鏡間空間の外側に位置付けられている。２つの凹面鏡と、共通の真っ直ぐな光軸と、カタディオプトリック結像系によって形成されこれらの凹面鏡のうちの１つのそばに位置付けられた１つの中間像を有する類似の系が、特開２００２−２０８５５１号公報と米国特許出願ＵＳ ２００２／００２４１ Ａ１に開示されている。
欧州特許出願ＥＰ １ ３３６ ８８７（ＵＳ ２００４／０１３０８０６ Ａ１に対応する）は、１つの共通の真っ直ぐな光軸を有するカタディオプトリック投影対物系を示し、その順で、中間像を生成するための第１カタディオプトリック対物系部分と、第１中間像から第２中間像を生成するための第２カタディオプトリック対物系部分と、第２中間像から像を形成する屈折第３対物系部分を有する。各カタディオプトリック系は、互いに対向した２つの凹面鏡を有する。中間像が、凹面鏡で画定された鏡間空間の外側にある。凹面鏡が、投影対物系の中間像よりも、瞳面により近い瞳面に光学的に近くに位置付けられている。
国際特許出願ＷＯ ２００４／１０７０１１ Ａ１は、カタディオプトリック投影対物系を開示していて、これらは、１つの共通する真っ直ぐな光軸と２つ以上の中間像を有していて、ＮＡ＝１，２までの開口数で液浸リソグラフィに適している。少なくとも１つの凹面鏡が、投影対物系の中間像よりも瞳面のそれにより近い瞳面の光学的に近くに位置付けられている。
Ｔ．Ｍａｔｓｕｙａｍａ、Ｔ．Ｉｓｈｉｙａｍａ、Ｙ．Ｏｈｍｕｒａによる「ニコン投影レンズアップデート」、ＳＰＩＥ５３７７．６５（２００４）予稿集、光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ、Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ提供において、カタディオプトリック投影レンズの構成例が示されていて、これは従来の屈折光学ＤＵＶ系と、ＤＵＶ系のレンズ群の間に挿入された６鏡ＥＵＶ反射光学系の組み合わせである。第１中間像は、凸面鏡の上流の反射光学（純粋反射）群の第３鏡の後方に形成されている。第２中間像が、純粋屈折（反射光学）第２対物系部分により形成されている。第３対物系部分は、純粋屈折性であり、ペッツバル和補正のための第３対物系部分内の最小ビーム直径のウエストのところで負の屈折力を特徴付けている。
特開２００３−１１４３８７号公報と国際特許出願ＷＯ ０１／５５７６７ Ａは、共通の１つの真っ直ぐな光軸と、第１中間像を形成する第１カタディオプトリック投影対物系と、中間像をこの系の像平面上に結像するための第２カタディオプトリック対物系部分を有するカタディオプトリック対物系部分を開示している。凹及び凸面鏡が組み合わせて使用されている。
Ｄ．Ｄｅｊａｇｅｒによる「傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダ」、ＳＰＩＥ．Ｖｏｌ．２３７（１９８０）ｐ．２９２−２９８は、１：１望遠鏡正立リレー系の素子としての２つの凹面鏡からなるカメラビューファインダを開示している。この系は無限での物体を実像に結像するように構成されており、これは正立であり、接眼レンズを通して見ることができる。反射光学リレー系の上流及び下流の屈折系部分の別体の光軸は、互いに平行にずれている。互いに対向した凹面鏡を有する系を構成する目的で、鏡は傾斜されなければならない。著者らはこの種類の物理的に実現可能な系は、低い像品質を有すると結論付けている。
国際特許出願ＷＯ ９２／０５４６２及びＷＯ ９４／０６０４７とＯＳＡ／ＳＰＩＥ予稿集（１９９４）３８９頁以下「革新的広視野双眼鏡構成」は、とくに単一の折り曲げられない光軸を有するインライン系として構成された双眼鏡及び他の検査装置を開示している。幾つかの実施例は、光軸の一方の側に配置された物体側鏡面を有する第１凹面鏡と、第１鏡に対向していて光軸の反対側に配置された鏡面を有する第２凹面鏡を有し、これらの凹面鏡の面曲率は、鏡間空間を画定している。前側屈折群は、第１鏡の近くの第１中間像を形成し、第２中間像は２つの向かい合う鏡により形成されたスペースの外側に形成されている。垂直方向よりもより大きい水平方向にある狭い視野は、光軸光軸に対してずれて配置されている。物体側屈折群はコリメートされた入力を有し、像側屈折群はコリメートされた出力を有し、テレセントリックでない入射及び射出瞳が形成される。瞳形状は、円形でかつ光軸に中心付けられなければならないリソグラフィ投影レンズの瞳面と違って、半円形である。
ＰＣＴ出願であるＷＯ ０１／０４４６８２ Ａ１は、マンジャンミラーとして構成された１つの凹面鏡を有するウェーハ検査のためのカタディオプトリックＵＶ結像系を開示している。
１つの単一凹面鏡を有していて入射側及び射出側屈折結像部分系の間に配置されたカタディオプトリック結像部分系を有するカタディオプトリック投影対物系（いわゆるＲ−Ｃ−Ｒ系）が、例えば出願人により２００４年５月１７日に出願されたＵＳ出願シリアルナンバー６０／５７３，５３３に開示されている。Ｒ−Ｃ−Ｒ系の他の例が、ＵＳ ２００３／００１１７５５、ＷＯ ０３／０３６３６１又はＵＳ ２００２／０１９７９４６に示されている。
２００５年１月１４日に出願人により（２００４年１月１４日に出願されたＵＳ仮出願６０／５３６，２４８；２００４年７月１４日に出願されたＵ．Ｓ．６０／５８７，５０４；２００４年１０月１３日に出願された６０／６１７，６７４；２００４年７月２７日に出願された６０／５９１，７７５：及び２００４年９月２４日に出願された６０／６１２，８２３に基づいて）出願された「カタディオプトリック投影対物系」のＵＳ特許出願は、非常に高いＮＡを有していてＮＡ＞１で最大値ＮＡ＝１，２を有する液浸リソグラフィに適したカタディオプトリック投影対物系を開示している。投影対物系は、物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１対物系部分と、第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、第２中間像を直接像平面上に結像するための第３対物系部分からなる。第２対物系部分は、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡面を有する第２凹面鏡と、互いに対向しいて鏡間空間を画定する凹面鏡面を有する。全ての凹面鏡は瞳面から光学的に離れて位置付けられている。系は、適度なレンズ量消費で非常に高い開口数の可能性を有する。この文献とその優先書類の全開示は、言及によりこの出願書類に含められる。
ＵＳ ６，６００，６０８ Ｂ１ ＥＰ １ ０６９ ４４８ Ｂ１ 特開２００２−２０８５５１号公報 ＵＳ ２００２／００２４１ Ａ１ ＥＰ １ ３３６ ８８７ ＵＳ ２００４／０１３０８０６ Ａ１ ＷＯ ２００４／１０７０１１ Ａ１ 特開２００３−１１４３８７号公報 ＷＯ ０１／５５７６７ Ａ ＷＯ ９２／０５４６２ ＷＯ ９４／０６０４７ ＷＯ ０１／０４４６８２ Ａ１ ＵＳ出願シリアルナンバー６０／５７３，５３３ ＵＳ ２００３／００１１７５５ ＷＯ ０３／０３６３６１ ＵＳ ２００２／０１９７９４６ ＵＳ仮出願６０／５３６，２４８ Ｕ．Ｓ．６０／５８７，５０４ Ｕ．Ｓ．６０／６１７，６７４ Ｕ．Ｓ．６０／５９１，７７５ Ｕ．Ｓ．６０／６１２，８２３
Ｔ．Ｍａｔｓｕｙａｍａ、Ｔ．Ｉｓｈｉｙａｍａ、Ｙ．Ｏｈｍｕｒａによる「Ｎｉｋｏｎ投影レンズアップデート」、ＳＰＩＥ５３７７．６５（２００４）予稿集、光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ、Ｂ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ提供 Ｄ．Ｄｅｊａｇｅｒによる「傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダ」、ＳＰＩＥ．Ｖｏｌ．２３７（１９８０）ｐ．２９２−２９８ ＯＳＡ／ＳＰＩＥ予稿集（１９９４）３８９ｆｆ頁「革新的広視野双眼鏡構成」
本発明の目的の１つは、開口数ＮＡ＞１で液浸リソグラフィを可能にする値に達し得る非常に高い像側開口数の可能性を有する、真空紫外（ＶＵＶ）領域での使用に適したカタディオプトリック投影対物系を提供することである。もう１つの目的は、比較的少量の光学素子で構成され得るカタディオプトリック投影対物系を提供することである。更なる目的は、適度な寸法を有するコンパクトな高開口カタディオプトリック投影対物系を提供することである。
これらの及び他の目的に対する解決手段として、本発明は、１つの明確な記述によれば、投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための少なくとも１つの凹面鏡を有する第２対物系部分と、
第２中間像を像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
投影対物系が、最大レンズ直径Ｄmaxと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄmax／（Ｙ’・ＮＡ2）であり、
次の条件
ＣＯＭＰ１＜１０
が当てはまる、カタディオプトリック投影対物系を提供する。
本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。 本発明による投影対物系の第１実施例の長手断面図である。
一般に、投影対物系の寸法は、像側開口数ＮＡが増加されるにつれて劇的に増加する。経験的に、最大レンズ直径Ｄmaxは、Ｄmax〜ＮＡk（Ｋ＞１）にしたがって、ＮＡの一次の増加よりも多く増加する傾向にあることが分かった。値ｋ＝２は、この出願のために使用された近似値である。更に、最大レンズ直径Ｄmaxは、（像視野高さＹ’により表される）像視野の寸法に比例して増加することが分かった。一次の依存性は、この出願のために仮定されている。これらの事項に基づいて、第１コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１は、次のように定義される。
ＣＯＭＰ１＝Ｄmax／（Ｙ’・ＮＡ2）
像視野高さ及び開口数の所与の値に対して、第１コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１は、もしコンパクトな構成が望まれるなら、可能な限り小さくあるべきことは明らかである。
投影対物系を提供するために必要な全材料消費を考慮すれば、レンズの絶対数ＮLもまた問題となる。典型的には、少数のレンズを有する系は多数のレンズを有する系よりも好ましい。それゆえ、第２コンパクト性パラメータＣＯＭＰ２は、次のように定義される。
ＣＯＭＰ２＝ＣＯＭＰ１・ＮL
また、小さい値のＣＯＭＰ２はコンパクトな光学系を示している。
更に、本発明による投影対物系は、入射側視野平面を光学的に共役な射出側視野平面に結像するための少なくとも３つの対物系部分を有し、結像対物系部分は中間像で連結されている。典型的には、レンズの個数と投影対物系を構成するのに必要な材料は、光学系の結像対物系部分の個数ＮOPが大きければ大きい程、増加する。対物系部分毎のレンズの個数の平均ＮL／ＮOPを可能な限り小さく維持するのが望ましい。それゆえ、第３コンパクト性パラメータＣＯＭＰ３は次のように定義される。
ＣＯＭＰ３＝ＣＯＭＰ１・ＮL／ＮOP
低光学材料消費の投影対物系もまた、小さい値のＣＯＭＰ３で特徴付けられる。
値ＣＯＭＰ１＜１０であることは、非常にコンパクトな構成を意味している。ＣＯＭＰ１＜９．６となる値さえも、幾つかの実施例で得られている。幾つかの実施例においては、開口数が１，２より大きいが（すなわちＮＡ＞１，２）、低いコンパクト性が得られる。ＮＡ＝１，３又はＮＡ＝１，３５を有する幾つかの実施例が可能であり、超高分解能液浸リソグラフィが可能である。
幾つかの実施例において、低い値の第２コンパクト性パラメータを得ることができる。幾つかの実施例において、ＣＯＭＰ２＜２６０及び／又はＣＯＭＰ２＜２４０が得られる。ＣＯＭＰ２＜２２０の実施例が可能である。
代わりに、又は追加的に、低い値の第３コンパクト性パラメータＣＯＭＰ３が可能である。幾つかの実施例において、ＣＯＭＰ３＜８０、及び低い値のＣＯＭＰ３＜７０もまた可能である。
好ましい実施例において、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物系部分に配置されていて、瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、全ての凹面鏡が瞳面から光学的に離れて配置されている。
これらの実施例において、光軸の周りで中心付けられた円形の瞳が、中心付けられた光学系に設けられている。系部分の２以上の凹面鏡が第２中間像を形成するのに寄与して設けられていて、凹面鏡の使用領域は、軸方向対称照明からかなり逸脱している。好ましい実施例においては、ちょうど２つの凹面鏡が設けられていて、優秀な結像品質と非常に高い開口数を得るのに充分である。１つの共通の折り曲げられない（真っ直ぐな）光軸を有する系が設けられることが可能であり、これは製造、調整及びフォトリソグラフィ投影系への一体化を容易にする。平面状の折り曲げ鏡は必要ない。もっとも、１又はそれより多い平面の折り曲げ鏡がよりコンパクトな構成を得るために利用され得る。
全ての凹面鏡は、瞳面から「光学的に離れて」配置されていて、これはそれらが瞳面の光学的近傍の外側に配置されることを意味している。それらは、瞳面よりも視野面に光学的に近くに配置されてもよい。瞳面から光学的に離れた（すなわち瞳面の光学的近傍の外側の）好ましい位置は、光線高さ比Ｈ＝ｈC／ｈM＞１により特徴付けられてもよく、ここでｈCは主光線の高さであり、ｈMは結像プロセスの周縁光線高さである。周縁光線高さｈMは、（光軸に最も近い）内部視野点から開口絞りの縁へ進む周縁光線高さであり、主光線高さｈCは、（光軸から最も遠い）最外視野点から、光軸に対して平行又は小さな角度で進み、開口絞りが位置付けられる瞳面位置において光軸と交差する主光線の高さとすることができる。換言すれば、全ての凹面鏡は、主光線高さが周縁光線高さを超えている位置にある。
瞳面から「光学的に離れた」位置は、光ビームの断面形状が、瞳面で又はそこの直近で見出される円形形状からかなり逸脱している位置である。ここで使用される用語「光ビーム」は、物体面から像面に進む全ての光線の束を表している。瞳面から光学的に離れた鏡位置は、光ビームの伝播方向に直交する相互に垂直な方向で光ビームのビーム直径が互いから５０％より多く又は１００％逸脱した位置として定められてもよい。換言すれば、凹面鏡の照明された領域は、円からかなり逸脱した形状を有してもよく、ウェーハスキャナ用のリソグラフィ投影対物系での好ましい視野形状に対応する高アスペクト比の矩形に類似する形状を有してもよい。それゆえ、１つの方向が他よりもかなり小さなコンパクトな矩形又は矩形に近い形状を有する小さな凹面鏡が使用されてもよい。高開口光ビームがそれゆえ鏡の縁での口径食無しで系の中を導かれることができる。
明細書を通じて、「対物系部分」の用語は、投影対物系の結像部分系を意味しており、これは部分系の物体面の物体を部分系の物体面に光学的に共役な部分系の像面に結像可能である。部分系（すなわち対物系部分）により結像される物体は、投影対物系の物体面の物体又は中間像であってもよい。
「上流」又は「下流」の用語がこの明細書において使用されているときは、これらの用語は、対物系の物体平面から像平面に進む光ビームの光学パスに沿った相対的な位置を意味する。それゆえ、第２中間像の上流の位置は、光学的に物体平面と第２中間像の間の位置である。
「中間像」の用語は、一般に完全光学系により形成されて物体面と光学的に共役な面に位置する「近軸中間像」を意味する。それゆえ、中間像の位置(location)や位置(position)についてどこが参照されても、物体面と光学的に共役なこの面の軸方向の位置(position)を意味する。
本発明のもう１つの態様によれば、投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系が、
物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
第２中間像を像面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する第２凹面鏡が、第２中間像の上流に配置されており、
瞳面が、物体平面及び第１中間像の間と、第１及び第２中間像の間と、第２中間像と像面の間に形成されており、
全ての凹面鏡が瞳面から光学的に離れて配置されており、
第１対物系部分が第１の数であるＮ１AS個の非球面レンズを有し、
第３対物系部分が第２の数であるＮ３AS個の非球面レンズを有し、
非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１AS／Ｎ３ASが１よりも小さく、
像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい。
製造の観点から、球面レンズ面のみを有するレンズを有することが望まれるが、一定数の非球面レンズが像収差の充分な補正を得るために要求されるのは明らかである。第３対物系部分が第１対物系部分よりも多く非球面レンズを有する構成は、投影対物系における非球面レンズの個数ＮASを、非球面レンズの製造が製造されるべき非球面レンズの数が大きいゆえに決定的な問題となる許容限界を超えて増加させることなく良好な補正状況を得る可能性を有することが分かった。
幾つかの実施例において、第１対物系部分は球面レンズのみを有し、Ｎ１AS＝０となるようになっている。全て球面の屈折対物系部分は、とくに製造容易である。全て球面の第１対物系部分は、１又はそれより多い非球面レンズ、例えば１つ又は２つ又は３つ又は４つ又は５つのレンズを有する第３対物系部分と組み合わせられてもよい。好ましくは条件１≦Ｎ３AS≦７が満たされる。
好ましくは、第１対物系部分は、４つ以下の非球面レンズを有し、すなわちＮ１AS≦４である。
第１対物系部分は、多くの場合、少数のレンズで構成されることが可能であり、これにより第１対物系部分のレンズ材料消費ととくに軸方向におけるコンパクトな寸法が最適化されることが分かった。幾つかの実施例において、第１対物系部分は、５つ以下のレンズを有し、第１対物系部分のレンズの個数Ｎ１Lは、条件Ｎ１L≦５を満たすようになっている。Ｎ１L＝４を有する実施例が可能である。もっとも、Ｎ１L＝５が多くの場合好ましいようである。
幾つかの実施例において、第１対物系部分は正レンズのみを有し、これにより、第１中間像の形成が、第１対物系部分で小さな最大レンズ直径で達成され得る。他の実施例において、少なくとも１つの負レンズが、とくに第１対物系部分内の補正を改善するために有利だろう。ちょうど１つの負レンズがその目的のためにしばしば好ましい。負レンズは、像側で凹形のレンズ面を有してもよく、第１対物系部分の瞳面と第１中間像の間に設けられてもよい。
レンズ、鏡及び／又は板の本質的に平らな面、プリズム等のような光学素子に設けられた非球面が、光学系の補正状況と全寸法と材料消費の両方を改善するのに利用され得ることが分かる。幾つかの実施例において、投影対物系は、第１非球面と、第１非球面に直近の第２非球面を含む少なくとも１つの「２重非球面」を含み、これにより、伝播するビームが、中間の球面又は平面状の面を通過することなく、２つの非球面を通過することが可能となる。２重非球面は、いくつかの実施例において、非常に強力な補正手段であることが分かった。
２重非球面は、非球面入射面と非球面射出面を有する両非球面レンズの構造を取ってもよい。幾つかの好ましい実施例において、２重非球面は２つの続いているレンズの隣接する非球面を対向させることにより形成される。これにより、入射及び射出側の両方で非球面により画定された「エアスペース」を得ることができる。「エアスペース」は、屈折率ｎが約１である別のガスのエアで満たされ得る。２重非球面の非球面が、続いているレンズの対向するレンズ面に分布している場合、非球面は、もし望まれるなら非常に近くに一緒に位置付けられ得る。２重非球面の第１及び第２非球面の間で光軸に沿って測定された光学的距離は、それゆえ２重非球面を形成する連続するレンズのうちのより薄い方の（光軸に沿って測定された）厚さよりも小さくてもよい。屈折力の複合放射分布は、こうして光軸に沿った軸方向に狭い領域で画定された位置で、得られることが可能である。
幾つかの実施例において、第３対物系部分は、少なくとも１つの２重非球面を有する。好ましくは、この２重非球面は、光学的に第２中間像と第３対物系部分の瞳面の間に位置付けられ、これにより好ましくは一般に発散するビームの領域での光線角度に影響を与える。第２の２重非球面がこの対物系部分に設けられてもよい。
代わりに、又は組み合わせて、第１対物系部分は、少なくとも１つの２重非球面を有してよい。２重非球面は第１対物系部分内に設けられる場合、第１対物系部分の２重非球面が第１対物系部分の瞳面又は該瞳面の光学的に近くに位置付けられるとき、有利であることが分かった。
先に指摘されたように、レンズにおける多数の非球面を避けることは、投影対物系の製造を容易化することに寄与するだろう。一定の条件下で、単一の非球面の補正作用は、大きい入射角度の光線がその面で生じている１又はそれより多い球面で近似されることが可能である。幾つかの実施例において、第１対物系部分は、レンズ面を通過する光線の入射角度が６０°より大きな入射角度を含むレンズ面を有する少なくとも１つのレンズを有する。好ましくは、その面は瞳面に光学的に近くてもよい。この場合の入射の角度（入射角度）は、レンズ面に光線が入射する点でのレンズ面の法線とその光線で囲まれる角度で定義される。この種の高入射角度面は、非球面の数を減少させるために用いられてもよい。
先の及び他の特性は、特許請求の範囲においてだけでなく、明細書及び図面においても見出すことが可能であり、個々の特徴は、単独又はそれらの組み合わせで、本発明の実施例のように及び他の分野で使用されてもよく、有利で特許可能な実施例を個別に表わしてもよい。
以下に示す本発明の好ましい実施例の説明において、「光軸」の用語は、関係する光学素子の曲率中心を通過する直線又は一連の直線部分をいうものとする。光軸は、折り曲げ鏡（偏向鏡）又は他の反射面により折り曲げられる。ここで提示された例において、関係する物体は、集積回路のパターン又は何らかの他のパターン、例えば格子パターンを担持するマスク（レチクル）である。ここで表現された例において、物体の像は、液晶ディスプレイの構成部品又は光学格子のための基板のような他の種類の基板もまた可能であるけれども、フォトレジストの層で覆われた基板としての役割を果たすウェーハ上に投影される。
図面に示された構成の仕様を開示するための表が与えられている場合、その表は、図面と同一の数字により示されている。図面において対応する構成は、理解を容易にするため類似又は同一の参照符号で指示されている。レンズが指示される場合、Ｌ３−２は、（光伝播方向で見たとき）第３対物系部分の第２レンズを意味する。
図１は、約１９３ｎｍ紫外作動波長のために構成された本発明によるカタディオプトリック投影レンズ１００の第１実施例を示す。これは、平面状の物体面ＯＳ（物体面）に配置されたレチクル上のパターンの像を、平面状の像面ＩＳ（像面）に例えば４：１の縮小スケールで投影するために構成されており、ちょうど２つの実中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を生成している。第１屈折対物系部分ＯＰ１は、物体面のパターンを第１中間像ＩＭＩ１に拡大スケールで結像するために構成されている。第２反射光学（純粋反射）対物系部分ＯＰ２は、ＩＭＩ２を１：１に近い倍率で結像する。第３屈折対物系部分ＯＰ３は、第２中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に強い縮小比で結像する。第２対物系部分ＯＰ２は、物体側を向いた凹面鏡面を有する第１凹面鏡ＣＭ１と、像側を向いた凹面鏡面を有する第２凹面鏡ＣＭ２を含む。これらの鏡面は両方とも連続的又は完全であり、すなわちそれらは穴又は孔を有していない。これらの互いに対向した鏡面は、カタディオプトリックキャビティを画定し、これは鏡間空間とも呼ばれていて、凹面鏡によって画定された曲面により囲まれている。中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２は、鏡面から充分離れていて、カタディオプトリックキャビティの内側に両方とも位置する。
凹面鏡の各鏡面は、物理的な鏡面の縁を越えて延び、鏡面を有する数学的な面である「湾曲面」又は「湾曲の面」を画定する。第１及び第２凹面鏡は、共通の回転対称軸を有する回転対称湾曲面の部分である。
対物系１００は、回転対称であり、全ての屈折及び反射光学コンポーネントに共通な１つの真っ直ぐな光軸ＡＸを有する。折り曲げ鏡は存在しない。凹面鏡は、小さな直径を有していて、それらを一緒に近くに置き、それらの間にある中間像のかなり近くに置くことを可能にしている。これらの凹面鏡は両方とも軸方向対称面の軸外部分として構成されて照明される。光ビームは、口径食なしで、光軸を向いたこれらの凹面鏡の縁のそばを通過する。
投影対物系１００は、例えば純水のような高屈折率液浸液と共に使用されるとき、像面ＩＳに最も近い対物系の射出面と像面ＩＳの間で、像側開口数ＮＡ＝１，２を有するλ＝１９３ｎｍの液浸対物系として構成されている。屈折第１対物系部分ＯＰ１は、球面レンズのみを有する。凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２は両方とも非球面鏡である。第３対物系部分ＯＰ３は、その対物系部分の瞳面Ｐ３の位置（結像の主光線ＣＲが光軸ＡＸと交差する場所）の近くの１つの非球面（レンズＬ３−９の入射面）と、最終の像側平凸レンズＬ３−１３の直ぐ上流にある最終から２番目のレンズＬ３−１２の射出側の第２非球面を有する。最終レンズは、投影対物系の動作時において液浸液と接触し、この明細書において「液浸レンズ」とも呼ばれる。投影対物系は全ての収差に対して充分に補正されるわけではないが、第３レンズ部分に全て置かれた少数の非球面レンズ（ＮAS＝２）で結像が可能であることが見て取れる。
図２は、全て球面の第１対物系部分ＯＰ１と第３対物系部分ＯＰ３の１つだけの非球面レンズＬ３−４を有する対物系２００の第２実施例を示す。開口絞りＡＳは、第３対物系部分のその瞳面ＰＳ３の領域に設けられている。この場合４つのレンズだけからなり、全てのレンズが正の球面レンズである第１対物系の開口絞りのために良く補正された位置は必要ではない。これにより第１対物系部分の非常に単純でコンパクトな構成が得られる。
投影対物系２００は、高屈折率液浸液、例えば純水と共に使用されるとき、対物系の射出面と像面の間で、像側開口数ＮＡ＝１，２０を有するλ＝１９３ｎｍの液浸レンズとして構成されている。この構成のための仕様が表２にまとめられている。最も左の欄は、屈折、反射、又は他に明示された面の番号を示し、第２欄は、その面の半径ｒ[ｍｍ]を示し、第３欄は、光学素子の「厚さ」と呼ばれるパラメータである面と次の面の間の距離ｄ[ｍｍ]を示し、第４欄はその光学素子を製造するために用いられた材料を示し、第５欄はその製造のために使用された材料の屈折率を示す。第６欄は、光学素子の光学的に利用可能な有効半直径[ｍｍ]を示す。表中の半径ｒ＝０は、（無限半径を有する）平面状の面を意味する。
この特定の実施例の場合においては、３つの面（面９、１０、１８）が非球面である。表２Ａはこれらの非球面のための関連データを示し、そこから、それらの面図形のサジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）が高さｈの関数として次の式を用いて算出され得る。
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ2）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）2ｈ2））］＋Ｃ１・ｈ4＋Ｃ２・ｈ6＋．．．．，
ここで半径の逆数（１／ｒ）は、面頂点での当該面の曲率であり、ｈは光軸からその点までの距離である。サジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）は、こうして、ｚ方向に沿って、すなわち光軸に沿って計測された当該面の頂点からその点までの距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表２Ａに示されている。
この実施例において、非球面凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２に加えて少数のレンズ（ＮL＝１３）と１つの非球面レンズ（Ｌ３−４）のみで、多くの収差が高度に補正されるのは注目に値する。とくに全ての３次及び５次収差がゼロである。テレセントリシティの変化は、その視野に渡って補正される。高次（７次以上）の歪曲がその視野に渡って補正される。像側での瞳収差が補正されて、像側開口数ＮＡ＝１，２がその視野に渡って一定であるようになっている。２つの実光線は軸上で補正され、４つの開口光線は中間視野点で補正される。高次（７次以上）の非点収差が視野の縁と中間視野点で補正される。この補正状況は、（焦点レンズ群として作動する）最も大きいレンズにおいて直径２１８ｍｍである第３対物系部分のレンズ直径がかなり小さい対物系で得られる。第３対物系部分の第１レンズＬ３−１は、幾何学的に最も近い鏡（第１凹面鏡ＣＭ１）の頂点に対して比較的大きな幾何学的距離を有し、その軸方向鏡−レンズ距離ＭＬＤは９０ｍｍである。これは物体面ＯＳと像面ＩＳの間の軸方向距離の約７．５％であり、この物体−像距離は「トラック長さ」とも呼ばれる。像側第１凹面鏡ＣＭ１と第３対物系部分の第１レンズの間の大きな幾何学的距離ＭＬＤは、第３対物系部分における小さなレンズ直径に寄与する。
像側の最終レンズＬ３−９（液浸レンズ）は、短い半径（５０ｍｍ）の球状入射面を有しており、これにより小さな入射角度がその面で得られる。
この構成は、より高次のペッツバル湾曲とより高次のサジッタ軸外球面収差が支配的であるのが明らかである残留収差に関して最適化されることが可能である。第１対物系部分に１つのレンズを加えること及び／又は１以上の更なる非球面を設けることが、残留収差を減少させるのに寄与する。図２の構成の更なる発展の例が図３に示されており、そこでは像側の凹面を有するメニスカスレンズとして構成された追加の負レンズＬ１−４が、その瞳面Ｐ１と第１中間像の間で第１対物系部分に加えられている。この修正は、先述の残留収差を補正することを可能にする。この例は、とりわけ、基本的な構成が、少数のレンズと少数の非球面レンズの全体的に単純な構成で、結像誤差を補正するための高い柔軟性を可能にすることを例示している。
投影対物系４００の第４実施例が図４に示されており、その仕様が表４と４Ａに与えられている。図２及び３の実施例と同様に、１つだけの非球面レンズ、すなわち非球面射出面を有する正のメニスカスレンズＬ３−４が、この系において、第３対物系部分ＯＰ３におけるその対物系部分の瞳面Ｐ３に光学的に近い開口絞りＡＳの上流の最も大きなビーム直径の領域に置かれている。第１対物系部分ＯＰ１は、全て球面であり、Ｐ−Ｐ−Ｐ−Ｎ−Ｐのシーケンスにおいて負レンズＬ１−４を１つだけ有し、ここで「Ｐ」は、正レンズを意味し、「Ｎ」は負レンズを意味する。構成の観点から、像側凹面鏡ＣＭ１と第３レンズ部分ＯＰ３の第１レンズＬ３−１の間の大きな軸方向距離が明らかであり、この距離ＭＬＤは、トラック長さの１０％よりも大きい。
図５は、図３及び４の系の変形例を示し、そこでは主に第１対物系部分ＯＰ１における僅かな修正が、改良された補正に活用されている。図５の結果としての構成は、２つの視野点を有し、これらは非点収差とペッツバル湾曲の両方のために補正され、非点収差を有さない視野ゾーンが焦点の合った状態となる。
本発明のより好ましい構成において、視野に対する歪曲、非点収差、ペッツバル湾曲及びテレセントリシティ変化は、（第１中間像ＩＭＩ１を形成するリレー系の役割を果たす）第１対物系部分ＯＰ１と非球面鏡に加えていくつかの球面レンズの同様な構成で、非常に高次まで全て補正され得る。
２つの非球面鏡ＣＭ１、ＣＭ２は、少数の非球面レンズで良好な補正を得るのに重要なのが明らかである。２つの非球面鏡は、一般に、歪曲及びテレセントリシティ変化のような２つの主光線収差が非常に高次まで補正される構成を可能にする。もし２つの非球面鏡の変形が正確に設定されるなら、これらの２つの収差がこれらの鏡により正確に補正され得る。１つの注目に値する点は、追加的に、全て球面の第１対物系部分ＯＰ１で非点収差とペッツバル湾曲が高度に補正され得ることである。
単独で又は組み合わせで、収差補正に関する構成の種類の正の特性に寄与し得る少なくとも３つの特徴があることが明らかである。１つの態様は、凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２が同一又はほぼ同一である他の実施例と比較して、凹面鏡が、好ましくは半径に関して非常に異なっていてよいことである。更に、中間像ＩＭＩ１及び／又はＩＭＩ２での多くのコマ収差が、少数の非球面レンズでの補正を容易にすることが明らかである。また、像側凹面鏡ＣＭ１の頂点と第３対物系部分の第１レンズの間の著しく大きなエアスペース（鏡−レンズ距離ＭＬＤ）は、有利な特性に寄与するのが明らかである。
物体側及び像側及び／又は投影対物系、すなわち第１対物系部分ＯＰ１および第３対物系部分ＯＰ３は、独立して構成され得ることも明らかである。とくに、第３対物系（焦点レンズ群）は、視野収差に多くの注意を払うことなく、開口収差に対して構成されることが可能であり、構成に関して比較的単純である第１対物系部分は、視野収差を補償するために構成されることが可能であり、その補償は非球面レンズ無しで、又は少数の非球面レンズのみで、例えば１つの非球面レンズのみで、得られるだろう。
先の実施例は、全てのレンズが球面であってもよい４つ又は５つのレンズのみのかなり単純な第１対物系部分を有する構成が利用可能であることを示している。このようなかなり単純なリレーレンズ群は、極めて高次まで視野収差に対して補正することができる。開口収差は好ましくは第３対物系部分で補正され、第３対物系部分はいくつかの非球面だけのかなり単純な構成を有してもよく、第３対物系部分における非球面レンズの個数は、好ましくは第１対物系部分における非球面レンズの個数よりも大きい。
図６及び７は、密接に関連した実施例６００、７００を示し、そこでは屈折第１及び第３対物系部分における非球面レンズの個数は、先の実施例と比較して増加している。対物系７００の仕様は、表７及び７Ａに与えられている。開口収差に関する改良が得られる。とくに、７つの非球面レンズが使用され、そこでＮ１AS＝２及びＮ３AS＝５であり、非球面レンズ比ＡＳＲ＝０．４となっている。第１対物系部分ＯＰ１において２つの非球面レンズＬ１−２及びＬ１−５を有する図６の構成は、その視野に渡って５ミリ波の波面収差を有する。
１つの２重非球面ＤＡが、第３対物系部分ＯＰ３において、著しく増大するビーム直径の領域で、光学的に第２中間像ＩＭＩ２と対物系部分の瞳面Ｐ３の間に設けられている。２重非球面は、正レンズＬ３−６の非球面射出面と、そこの直近に続く正メニスカスレンズＬ３−７の非球面入射面により形成されている。２つの非球面の軸方向距離は、２重非球面に隣接するより薄い方のレンズＬ３−７の厚さよりも小さく、非球面は接近している。これにより、屈折力の合成放射分布が、ビームの特定領域で得られ、こうして像の補正に強く寄与する。
図８及び９は、構成が非常に類似する実施例８００、９００を示す。投影対物系９００の仕様が表９、９Ａに与えられている。像側開口数ＮＡ＝１，２であり、約６ミリ波の波面誤差が６つの非球面レンズのみで得られ、そこでは１つの非球面レンズ（瞳面Ｐ１の近くに置かれた像側凹面を有する正メニスカスＬ１−５）が第１対物系部分に設けられ、残りの５つの非球面レンズは、第３対物系部分ＯＰ３内に分散されている。これらの非球面レンズは、両凹負メニスカスＬ３−２と、レンズペアＬ３−５、Ｌ３−６が非球面を対向させることにより形成された２重非球面ＤＡと、開口絞りＡＰに近い両凸正レンズＬ３−９と、開口絞りと像面ＩＳの間の正レンズＬ３−１０を有する。図８の光線分布に示されるように、第１対物系部分ＯＰ１により形成されたリレー部分の前側瞳は、かなり良く補正される。中間像ＩＭＩ１及びＩＭＩ２の両方に対してコマ収差がほとんど又は全く無い焦点領域（低コマ収差中間像）が明らかである。低コマ収差中間像ＩＭＩ２は、入射側にある厚い正レンズＬ３−１と、第１レンズＬ３−１と開口絞りＡＳの僅かに上流の最大ビーム直径の領域との間の著しいウエストＷ（すなわちビーム直径のくびれ領域）を有する屈折対物系部分ＯＰ３によって、像面上に再度焦点合わせされる。２重非球面ＤＡは、ウエストと開口絞りＡＳの間の発散ビーム内に設けられている。
図１０の投影対物系１０００は、幾つかの点において、図８及び９に示された実施例の変形として考えられてもよい。その仕様が表１０、１０Ａに与えられている。第３対物系部分ＯＰ３は、５つの非球面レンズを有し、実施例８００及び９００と比較すると、比較的類似の構成および配置を有するが、第１対物系部分ＯＰ１に非球面レンズはなく、ＮAS＝５となっている。注目すべきことに、正レンズの直ぐ下流での物体側凹面を有する負メニスカスレンズＬ１−７と像側両凸正レンズＬ１−６からなる全て球面のダブレットが、瞳面Ｐ１の近くに位置付けられている。正レンズＬ１−６から射出してそれに続く負レンズＬ１−７に入射する光線の高い入射角度がこの領域に与えられ、その入射角度は６０°より大きい角度を含む。急激な傾斜変化を有する非球面を製造することの困難性を有する実施例８００、９００の非球面レンズＬ１−５の光学的効果は、かなり高い入射角度（６０°−６５°の範囲）を使用して、第１対物系部分ＯＰ１の瞳面の近くの同様な領域で、少なくとも部分的にシミュレートされ得ることが明らかである。ダブレットレンズＬ１−６、Ｌ１−７の球面の製造はより容易であるため、時には、高い入射角度が生じる１以上のレンズ面で非球面レンズを置き換えることにより、製造のしやすさが向上し得る。
非球面を複数の球面で置き換えることを考える場合、最も重要なことはベースの球面曲率であるのは明らかである。球面ダブレットは、それゆえ、非球面−非常に高次の非球面でさえ−を置き換えできるだろう。
実施例１０００の変形例の補正状況が、その視野に渡って４、５ミリ波と６ミリ波の間にある。これが示唆していることは、この補正が全て球面の第１対物系部分ＯＰ１で得られることが可能であり、良好な性能を得るために完全な構成は、多くの非球面レンズを必要としないことである（ここでは５つのレンズ非球面のみ）。
カタディオプトリック投影対物系１１００の仕様は、表１１、１１Ａに与えられている。実施例は、互いに非常に近くにある２つのかなり強い非球面レンズ面を有する「２重非球面」が、非常に強力な構成コンポーネントであってもよいことを示す良い例である。ここで、レンズＬ３−４及びＬ３−５により形成される２重非球面ＤＡは、例えば図８、９、及び１０で示される実施例と同様に、第３対物系部分ＯＰ３内で増加するビーム直径の領域にある。加えて、レンズＬ１−５及びＬ１−６の対向する面によって形成された第２の２重非球面ＤＡは、前側瞳、すなわち第１対物系部分ＯＰ１の瞳面Ｐ１の光学的に近くに存在する。この実施例において、ＮAS＝８、Ｎ１AS＝３及びＮ３AS＝５である。補正は、第３対物系部分において開口絞りＡＳの近くにある２２０ｍｍの最大レンズ直径で、ＮＡ＝１，２で約２，５ミリ波のみである。これは、この構成が、少数の非球面レンズで良好な光学的性能を得る可能性を例示している。
図１２は、（先の例におけるＮＡ＝１，２ではなく）ＮＡ＝１，３を有するλ＝１９３ｎｍの液浸対物系を示す。（第３対物系部分ＯＰ３において開口絞りＡＳの直ぐ上流にある）最大レンズ直径は２７０ｍｍである。Ｎ１AS＝２及びＮ３AS＝６のちょうど８個の非球面レンズがある。これらは、レンズＬ３−４及びＬ３−５により形成され、第３対物系部分のウエストＷと開口絞りＡＳの間の発散ビームの領域に位置付けられた１つの２重非球面ＤＡを含む。視野半径は６６ｍｍである。補正はその視野に渡って約４から６ミリ波である。その構成は、厳密にテレセントリックな入力を仮定している。中間像における光線の構成から、中間像において大きな量のコマ収差が存在するのは明白である。
ＮＡ＝１，３のカタディオプトリック液浸対物系１３００の更なる実施例が図１３に示されている。その仕様は表１３、１３Ａに与えられている。ＮAS＝１０、Ｎ１AS＝４及びＮ３AS＝６である。像側開口数ＮＡ＝１，３は対物系１２００のそれに対応しているが、最大レンズ直径は、（実施例１２００における２７０ｍｍではなく）２５０ｍｍに過ぎない。依然として、波面誤差はその視野に渡ってのみ４ミリ波である。その構成もまた、実絞りの欠如により特徴付けられていて、テレセントリックな入力が要求されるようになっている。大きな量のコマ収差もまた中間像において存在する。
図１４におけるカタディオプトリック液浸対物系１４００（仕様は表１４及び１４Ａで与えられる）は、ＮＡ＝１，３と比較的小さい最大レンズ直径を有する高ＮＡカタディオプトリック液浸対物系のもう１つの例であり、その最大レンズのレンズ直径は２５０ｍｍに過ぎない。１１のうちの４つの非球面レンズが第１対物系部分ＯＰ１にあり、残りの７つの非球面レンズは第３対物系部分内に分散されている。先の構成と比較すると、非球面レンズの製造のしやすさは、全ての非球面レンズ面が１，０ｍｍ未満で球面から変形しており、各非球面に対して１５０ｍｍより大きい局所非球面半径を有するという要求条件に従うことにより向上する。３つの２重非球面が設けられる。第１対物系部分ＯＰ１内で瞳面Ｐ１に位置付けられたレンズＬ１−６及びＬ１−７により形成された、１つの２重非球面ＤＡは、かなり高い入射角度を有するように構成されており、これは短い局所非球面半径（これは製造がより困難である）と同様な効果を有するのが明らかである。第３対物系部分ＯＰ３には２つの２重非球面ＤＡ、すなわち第３対物系部分内で最小レンズ直径の領域の負レンズＬ３−１、Ｌ３−２の対向する面により形成された１つの２重非球面と、最大ビーム直径の領域と像面ＩＳの間に位置付けられた開口絞りＡＳと第２中間像ＩＭＩ２の間の最大ビーム直径増加の領域におけるレンズＬ３−３及びＬ３−４の対向する面により形成された、１つの２重非球面に続く２重非球面がある。図１１から１３の実施例のように、大きな量のコマ収差が中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２において存在する。
図１５におけるカタディオプトリック液浸対物系１５００（仕様は表１５及び１５Ａ）は、図１４に示された実施例の変形である。対物系１５００に存在するレンズの寸法及び種類は、本質的に同じである。追加の両凸正レンズＬ３−１が第２中間像ＩＭＩ２の直後に導入されていて、これにより第３対物系部分ＯＰ３の入射側に正の屈折力を提供するという点で、違いがある。ＮＡ＝１，３での良好な性能が得られる。
基本構成は、ＮＡ＝１，３で、より高い像側開口数の可能性を有する。図１６におけるカタディオプトリック液浸対物系１６００（仕様は表１６及び１６Ａ）は、図１５の構成に基づいているが、ＮＡ＝１，３５を得るために最適化されている。この実施例におけるように、第１対物系部分には（４つの非球面レンズを含む）１０のレンズが、第３対物系部分には（７つの非球面レンズを含む）１２のレンズがある。これらのレンズの基本的な種類は同じであるが、レンズ厚さ、面半径及びレンズ位置は僅かに異なる。開口数が増大するにつれて、開口絞りＡＳを、第３対物系ＯＰ３において最大ビーム直径の領域（両凸レンズＬ３−８）と像面ＩＳの間の強くビームを収束させる領域に置くのが有利であることが明らかである。ここで、３つの正レンズのみが、開口絞りと像面の間に置かれる。
所望の開口数が高ければ高いほど、第２対物系部分ＯＰ２を像面の幾何学的に近くに置くのが有利だろう。便宜のために、好ましくは２つの非球面凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２だけからなる第２対物系部分ＯＰ２は、以下で「鏡群」とも呼ぶ。この特徴を説明する目的で、第１光軸長さＯＡＬ１が、物体面に幾何学的に最も近い凹面鏡ＣＭ２の頂点と物体面ＯＳの間で画定され、第３光軸長さＯＡＬ３が、像面に幾何学的に最も近い凹面鏡（ＣＭ１）の頂点と像面の間で画定される（図１６を参照）。この定義に基づいて、鏡群位置パラメータＭＧ＝ＯＡＬ１／ＯＡＬ３が定められ、この値が大きくなると、鏡群が投影対物系の更に像側に位置付けられる。表１７において、ＯＡＬ１、ＯＡＬ３及びＭＧの値は、ここで説明された全ての実施例をまとめたものである。これらのデータに基づけば、鏡群位置パラメータＭＧ＞０，７は、高い像側開口数を得る目的で望ましいことは明らかである。好ましくは、ＭＧ≧０，８である。より好ましくは、ＭＧ≧０，９である。
ここで説明された各投影対物系は、投影放射線が射出面ＥＳにおいて投影対物系から射出する高ＮＡ像側端部を有し、射出面ＥＳは、像面ＩＳに配置された平面状の基板面と射出面の間で均一な距離を可能にするために、好ましくは平面である。像面に最も近くて射出面ＥＳを形成するレンズは、ここでは「最終レンズ」ＬＬと呼ばれる。好ましくは、最終レンズは、ほとんどの実施例で球面状に湾曲した、湾曲した入射面ＥＮＳと平面状の射出面を有する平凸正レンズである。高ＮＡを得る目的で、湾曲した入射面ＥＮＳにより与えられる大きな屈折力が可能な限り像面に近くに配置されるように、最終レンズを構成するのが有利であることが分かった。更に、最終レンズＬＬの入射面ＥＮＳの大きな曲率、すなわち小さい曲率半径が望ましいのが明らかである。ＴLLが光軸上の最終レンズの厚さ（すなわち光軸に沿って測定された入射面ＥＮＳと射出面ＥＳの間の軸方向距離）であり、ＲLLが最終レンズの物体側頂点半径（すなわち入射面ＥＮＳの半径）であり、ＤＩＡLLが最終レンズの入射面の光学的自由直径である場合、パラメータＬＬ１＝ＴLL／ＲLLとＬＬ２＝ＤＩＡLL／ＲLLは好ましくは一定の範囲内に入るべきである。とくに、もし条件１，１＜ＬＬ１＜２，２がＬＬ１に当てはまるなら、それが有利であることが分かった。好ましくは、上限は、１，８又は１，７又は１，６より更に小さくても良い。パラメータＬＬ１は、入射面の曲率の中心が射出面と一致する半球レンズで１になるため、ＬＬ１に関する条件は、湾曲した入射面の曲率の中心が最終レンズの外側にとくに像面を越えて存在する、非半球の最終レンズが好ましいことを示している。
交替的に、又は追加的に、条件２，１＜ＬＬ２＜２，６は、好ましくはＬＬ２に当てはまるべきである。上限はより小さくすることができ、例えば２，５又は２，４又は２，３である。ＬＬ１及びＬＬ２のためのそれぞれの値が表１８に示されている。もし上記条件の少なくとも１つが当てはまるなら、最終レンズの湾曲した入射面により与えられる大きな正の屈折力が像面の近くに与えられ、これにより大きな像側開口数ＮＡが、とくにＮＡ＞１，１又はＮＡ＞１，２で、ＮＡ＝１，３又はＮＡ＝１，３５のように、得られることが可能となる。
中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２の補正状況に関して、幾つかの実施例において、両方の中間像が本質的に焦点合わせされ（すなわち多くの収差が高度に補正され）、他の実施例においてかなりの収差、とくにコマ収差が生じることが分かった（図１１−１６を比較）。第２中間像ＩＭＩ２のかなりのコマ収差が、対物系の全体的な補正に関して有利であってもよい。凹面鏡ＣＭ１及びＣＭ２からなるカタディオプトリック第２対物系部分は、第１中間像を第２中間像に本質的に対称なやり方で結像するのに有効であるため、通常はカタディオプトリック第２対物系部分によりわずかなコマが導入されるに過ぎない。それゆえ、両方の中間像のコマに関する補正状況は類似する傾向にある。幾つかの実施例において、少なくとも第２中間像に対するかなりの量のコマ収差が、全体的な補正にかなり寄与することが明らかである。次の説明がこの点に関して注目に値する。
対物系全体の正弦条件の補正は、とくに非常に高い像側ＮＡを有する対物系に対して、難しい。正弦条件の補正は、中間像のコマ収差により容易にすることができる。高ＮＡの像面から低ＮＡの物体面への（すなわちリソグラフィにおける投影対物系の意図された使用と比較すると逆方向の）結像を考える場合、（放射線が入射する）第３対物系部分は、一定の補正状況を有する中間像を提供する。この結像の球面収差が補正されると仮定すると、この結像の正弦条件が補正される場合は、中間像は本質的にコマ収差のない状態となる。対照的に、正弦条件が補正されない場合は、その中間像はかなりの量のコマ収差を有する。中間像がかなりの量のコマ収差を有する場合、第３対物系部分における正弦条件の補正が容易にされる。
ここで、第２中間像の像面への（高ＮＡ端部に向けた）意図された方向における結像を考える。もし第２中間像が、とくにコマ収差無しで、良好な補正状況を有するなら、正弦条件の全体的な補正は、第２中間像を像面上に結像する第３対物系部分により影響を受けなければならないだろう。対照的に、もし一定量のコマ収差が第２中間像に存在するなら、第３対物系部分は、より緩和された形で構成されることが可能である。これは、正弦条件の補正は、第３対物系部分の光学的に上流の対物系部分、すなわち第１中間像を形成する屈折リレー系ＯＰ１と、カタディオプトリック第２対物系部分ＯＰ２により、少なくとも部分的に影響を受け得るからである。それゆえ、コマの補正が第１屈折対物系部分ＯＰ１と第３対物系部分ＯＰ３の間に分布する構成は、屈折対物系部分の各々がコマ収差に対して独立して補正される構成の対物系と比較したときに、有利であることができることは明らかである。
先に述べられたように、本発明は、コンパクトな寸法でＮＡ＞１での液浸リソグラフィに適した高ＮＡの投影対物系を構成可能にする。
表１９は、コンパクト性パラメータＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ３を計算するために必要な値と、各々の系についてのこれらのパラメータの各値をまとめたものは、仕様の表で表されている（表の番号（同じ番号の図に対応する）が表１９の欄１に与えられている）。更に、Ｎ１AS、Ｎ３AS、及びＡＳＲの各値が示されている。
表１９は、本発明による好ましい実施例が、一般に、この明細書で説明された設計ルールにより適度の材料消費でコンパクトな構成が得られることを示す先に与えられた少なくとも１つの条件に従うことを示す。更に、非球面レンズ番号及び分布を特徴付ける特定の値が示されている。
以下に、本発明による投影対物系の更なる特徴的構成がまとめられており、そこで１以上の特徴が本発明の実施例に存在してもよい。表２０及び２１にまとめられたパラメータは、これらの特徴を明らかにするのに使用される。
幾つかの実施例において、結像プロセスの主光線は特徴的な経路をとる。説明の目的で、最外視野点（光軸ＡＸから最も遠い）から光軸と本質的に平行に進み、それぞれが結像対物系部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の１つの中にある３つの連続した瞳面位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で光軸と交差する主光線ＣＲが、理解を容易にするために図１６において太い線で描かれている。主光線に沿った各位置における光軸ＡＸと主光線ＣＲの間で囲まれる角度は、以下「主光線角度」ＣＲＡと呼ばれる。主光線ＣＲは、第１中間像ＩＭＩ１の位置のところで発散し（主光線高さが光伝播方向で増加し）、第２中間像ＩＭＩ２の位置のところで収束する。強く収束する主光線は、高い像側ＮＡと充分な補正を得るために有利であることが明らかである。
２つの凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２の間の領域において、主光線は、高い主光線角度ＣＲＡ（Ｍ）で光軸を横断し、その角度は好ましくは５８°と７５°の間、好ましくは６０°及び７０°の間となっている。（表２０を参照）
結像対物系部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３により与えられる倍率に関して、もし第２中間像ＩＭＩ２を高い縮小率で像面上に結像する第３対物系部分ＯＰ３の倍率β3が好ましくは０，１１≦β3≦０，１７の範囲内となるなら、有利なことが明らかである。所望の全体の縮小比（例えば１：４又は１：５）を得る目的で、第２対物系部分ＯＰ２は、拡大比β2＜１を有することにより全体の縮小に寄与し得る。好ましくは、第２対物系部分ＯＰ２を形成する鏡群は、０，８５≦β2≦１により特徴付けられる穏やかな縮小効果を有するように構成されてもよい。もし第２対物系部分が全体の縮小にある程度寄与するなら、縮小の主要な部分に責任を持つ第３対物系部分はより緩和されたやり方で構成され得る。
第２凹面鏡ＣＭ２の直後の第３対物系部分ＯＰ３の入射側にある最初の２つ又は３つのレンズにより与えられた（焦点距離ｆによって特徴付けられる）屈折力は、この入射群を全体の屈折力が負になるように構成することにより良好な性能に寄与することができる。図２、４、１４、１５、１６の実施例において、入射群は、第３対物系部分の最初の２つのレンズにより形成され、入射群焦点距離ｆ３（Ｌ１．．．２）を与える。図７、９、１０、１１、１２、１３の実施例において、入射群は、３つの連続したレンズにより形成され、これにより入射群の焦点距離ｆ３（Ｌ１．．．３）を与える。値が表２０に与えられている。
他方、第２凹面鏡に続く第３対物系部分に存在すべき負レンズは多くはなく、負レンズの個数Ｎ３NLは、全ての実施例において３以下であり（表２１におけるパラメータＫ７ａ＝ＹＥＳ）、図２、４、１４、１５、１６の実施例において３より小さい（表２１においてパラメータＫ７＝ＹＥＳ）。
更に、もし第３対物系部分ＯＰ３の第１レンズＬ３−１の光学的自由直径ＤＩＡ31が、開口絞りの直径ＤＩＡASよりもかなり小さい場合、有利であるのは明らかである。好ましくは、直径比ＤＲ＝ＤＩＡ31／ＤＩＡASは０，９よりも小さくあるべきである。より好ましくは、上の値の０，８、更に好ましくは上の値の０，７は超えられるべきでない。直径比ＤＲの値が表２１に与えられている。
更に、もし第２凹面鏡の後の全てのレンズ（すなわち第３対物系部分のレンズ）のうち５０％を超えるものが、第２凹面鏡ＣＭ２に続く第２中間像ＩＭＩ２の直径よりも小さい光学的自由直径を有するなら、この条件は、表２１のパラメータＫ１０により示されるように、全ての実施例について満たされる。
また、第１屈折投影対物系部分ＯＰ１の全てのレンズは、好ましくは第１中間像の近軸寸法よりも小さくあるべきである。もしこの条件が満たされるなら、表２０におけるパラメータＫ９は満たされる。
強い正の屈折力を与えて高ＮＡ像端部で強いビーム収束を得る目的で、もし仮に像面の上流にある８及び９個の連続したレンズのうちの少なくとも１つが正の屈折力を有するなら、好ましい。これは表２１のパラメータＫ１１により例示され、これはもし条件が満たされるなら「ＹＥＳ」であり、もし条件が満たされないなら「ＮＯ」である。
この文脈において、もし開口絞りＡＳの位置が、第３対物系部分ＯＰ３内の最大ビーム直径の位置と像面の間の収束ビームの領域にある場合、高ＮＡを得るために有利であることが明らかであるのを明記するに値する。この特性は、表２０で示される比ＡＳ−ＩＳ／ＴＴにより例示され、ここでＡＳ−ＩＳは開口絞りＡＳの位置と像面ＩＳの間の幾何学的距離であり、ＴＴは対物系の「トラック長さ」、すなわち物体面と像面の間の幾何学的距離である。比ＡＳ−ＩＳ／ＴＴは、０，０９及び０，１８の間の範囲とすることができる（表２０を参照）。
この特徴は、とくに図１２から１６の実施例で顕著である。
更なる特徴的構成がコマビームの経路から明らかである。ここで、「コマビーム」は、光軸から最も離れた物体視野点から出て、開口の縁において開口絞りを通過するビームをいう。それゆえコマビームは、どのレンズ直径が使用されなければならないかを決定するのに寄与する。このコマビームと光軸により囲まれる角度は、以下において「コマビーム角度ＣＢＡ」と呼ばれる。第１対物系部分の最終レンズにおける屈折の後の（第１中間像ＩＭＩ１の上流の）そのビームの角度は、ＣＢＡ１と呼ばれ、像側第３対物系部分ＯＰ３の第１レンズにおける屈折の直ぐ上流のコマビームの角度は、ＣＢＡ３と呼ばれる。これらの角度の値が表２１に与えられている。両方のコマビーム角度について５°未満の値が有利であることができることが明らかである（表２１）。
上記されたように、主光線は連結された対物系部分ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の瞳面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３において光軸に交差している。第１及び第３対物系部分内の瞳面は、開口絞りを設けるために利用可能であるので、これらの位置は開口位置とも呼ばれる。開口絞りにおけるビーム直径ＤＩＡASと、開口絞りの位置に対して共役な第１対物系部分の瞳面Ｐ１におけるビーム直径ＤＩＡP1は、一定の範囲内にあるべきである。比ＤＩＡAS／ＤＩＡP1は１より大きくなるべきである。好ましくは、条件ＤＩＡAS／ＤＩＡP1＞２が満たされるべきである。（表２１を参照）
上記の全ての系は、実物体から実像を（例えばウェーハに）形成するための完全な系であってもよいことが理解されるべきである。もっとも、その系はより大きな系の部分的な系として使用されてもよい。例えば、上記の系のための「物体」は、物体平面の上流の結像系（リレー系）により形成される像であってもよい。同様に、上記の系により形成された像は、像面の下流の系（リレー系）のための物体として使用されてもよい。
上記の好ましい実施例の説明が、例として与えられた。与えられた開示から、当業者は本発明とそれに付随する利点を理解するだけでなく、開示された構造及び方法に対する種々の変更及び修正を見出すだろう。それゆえ、記載された請求項により定義された本発明の思想及び範囲内で、全ての変更と修正及びその等価物がカバーされる。
全ての請求項の内容は、言及によりこの明細書の一部をなす。
〔表２〕
Figure 2012108540
〔表２Ａ〕
Figure 2012108540
〔表４〕
Figure 2012108540
〔表４Ａ〕
Figure 2012108540
〔表７〕
Figure 2012108540
〔表７Ａ〕
Figure 2012108540
〔表９〕
Figure 2012108540
〔表９Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１０〕
Figure 2012108540
〔表１０Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１１〕
Figure 2012108540
〔表１１Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１２〕
Figure 2012108540
〔表１２Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１３〕
Figure 2012108540
〔表１３Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１４〕
Figure 2012108540
〔表１４Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１５〕
Figure 2012108540
〔表１５Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１６〕
Figure 2012108540
〔表１６Ａ〕
Figure 2012108540
〔表１７〕
Figure 2012108540
〔表１８〕
Figure 2012108540
〔表１９〕
Figure 2012108540
〔表２０〕
Figure 2012108540
〔表２１〕
Figure 2012108540
ここで説明された各投影対物系は、投影放射線が射出面ＥＳにおいて投影対物系から射出する高ＮＡ像側端部を有し、射出面ＥＳは、像面ＩＳに配置された平面状の基板面と射出面の間で均一な距離を可能にするために、好ましくは平面である。像面に最も近くて射出面ＥＳを形成するレンズは、ここでは「最終レンズ」ＬＬと呼ばれる。好ましくは、最終レンズは、ほとんどの実施例で球面状に湾曲した、湾曲した入射面ＥＮＳと平面状の射出面を有する平凸正レンズである。高ＮＡを得る目的で、湾曲した入射面ＥＮＳにより与えられる大きな屈折力が可能な限り像面に近くに配置されるように、最終レンズを構成するのが有利であることが分かった。更に、最終レンズＬＬの入射面ＥＮＳの大きな曲率、すなわち小さい曲率半径が望ましいのが明らかである。ＴLLが光軸上の最終レンズの厚さ（すなわち光軸に沿って測定された入射面ＥＮＳと射出面ＥＳの間の軸方向距離）であり、ＲLLが最終レンズの物体側頂点半径（すなわち入射面ＥＮＳの半径）であり、ＤＩＡLLが最終レンズの入射面の光学的自由直径である場合、パラメータＬＬ１＝ＴLL／ＲLLとＬＬ２＝ＤＩＡLL／ＲLLは好ましくは一定の範囲内に入るべきである。とくに、もし条件０，４６≦ＬＬ１≦０，６９がＬＬ１に当てはまるなら、それが有利であることが分かった。パラメータＬＬ１は、入射面の曲率の中心が射出面と一致する半球レンズで１になるため、ＬＬ１に関する条件は、湾曲した入射面の曲率の中心が最終レンズの外側にとくに像面を越えて存在する、非半球の最終レンズが好ましいことを示している。
交替的に、又は追加的に、条件１，１５≦ＬＬ２≦１，６７は、好ましくはＬＬ２に当てはまるべきである。ＬＬ１及びＬＬ２のためのそれぞれの値が表１８に示されている。もし上記条件の少なくとも１つが当てはまるなら、最終レンズの湾曲した入射面により与えられる大きな正の屈折力が像面の近くに与えられ、これにより大きな像側開口数ＮＡが、とくにＮＡ＞１，１又はＮＡ＞１，２で、ＮＡ＝１，３又はＮＡ＝１，３５のように、得られることが可能となる。
〔表１８〕
Figure 2012108540

Claims (49)

  1. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記投影対物系が、最大レンズ直径Ｄmaxと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡを有し、ＣＯＭＰ１＝Ｄmax／（Ｙ’・ＮＡ2）であり、
    次の条件
    ＣＯＭＰ１＜１０
    が当てはまる、カタディオプトリック投影対物系。
  2. ＮＡ＞１，２である、請求項１に記載の投影対物系。
  3. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、前記第２対物系部分に配置されており、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されており、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項１に記載の投影対物系。
  4. ＮL個のレンズと、中間像において連結されたＮOP個の結像対物系部分を有し、
    ＣＯＭＰ２＝Ｄmax・ＮL／（Ｙ’・ＮＡ2）
    ＣＯＭＰ３＝Ｄmax・ＮL／（ＮOP・Ｙ’・ＮＡ2）
    かつ、次の条件
    ＣＯＭＰ２＜３００
    ＣＯＭＰ３＜１００
    の少なくとも１つが当てはまる、請求項１に記載の投影対物系。
  5. 前記投影対物系が、第１非球面とこの第１非球面に直近の第２非球面を有する少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項１に記載の投影対物系。
  6. 前記２重非球面が、２つの続いているレンズの隣接する非球面を対向させることにより形成されている、請求項５に記載の投影対物系。
  7. 前記２重非球面の第１及び第２非球面の間で光軸に沿って測定された距離が、前記２重非球面を形成する２つのレンズのより薄い方の光軸に沿って測定された厚さよりも小さい、請求項６に記載の投影対物系。
  8. 前記第３対物系部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項６に記載の投影対物系。
  9. 前記２重非球面が、光学的に第２中間像と第３対物系部分の瞳面の間に位置付けられている、請求項８に記載の投影対物系。
  10. 前記第１対物系部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項６に記載の投影対物系。
  11. 前記２重非球面が、前記第１対物系部分の瞳面又は該瞳面の光学的に近傍に位置付けられている、請求項１０に記載の投影対物系。
  12. 前記第１対物系部分と前記第３対物系部分が、２つの続いているレンズの隣接する非球面を対向させることにより形成された少なくとも１つの２重非球面を各々有している、請求項１に記載の投影対物系。
  13. 前記第１投影対物系部分が、レンズ面を通過する光線の入射角度が６０°より大きい入射角度を含むレンズ面を有する少なくとも１つのレンズを有する、請求項１に記載の投影対物系。
  14. 前記レンズ面が、光学的に前記瞳面の近くに位置付けられている、請求項１３に記載の投影対物系。
  15. 前記第３対物系部分の第１レンズとこのレンズに幾何学的に最も近い鏡の頂点との間の軸方向鏡−レンズ距離が、物体面ＯＳと像面ＩＳの間の軸方向距離の５％よりも大きい、請求項１に記載の投影対物系。
  16. 全ての凹面鏡が非球面鏡面を有する、請求項１に記載の投影対物系。
  17. 第１対物系部分と第２対物系部分と第３対物系部分が、共通の真っ直ぐな光軸を共有している、請求項１に記載の投影対物系。
  18. 開口絞りが、前記第３対物系部分において、最大ビーム直径の領域と前記像面の間の収束ビームの領域に位置付けられている、請求項１に記載の投影対物系。
  19. 前記投影対物系が前記像面に最も近い最終レンズを有し、前記最終レンズが湾曲した入射面と平面の射出面を有する平凸正レンズであり、
    前記最終レンズの入射面の光学的自由直径がＤＩＡLLであり、前記入射面の曲率半径がＲLLであり、光軸に沿って測定された前記入射面と前記射出面の間の軸方向距離がＴLLであり、
    ここで、ＬＬ１＝ＴLL／ＲLL及びＬＬ２＝ＤＩＡLL／ＲLLであり、
    次の条件
    （１） １，１＜ＬＬ１＜２，２
    （２） ２，１＜ＬＬ２＜２，６
    の少なくとも１つが当てはまる、請求項１に記載の投影対物系。
  20. 投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記第２対物系部分が、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する第２凹面鏡を有しており、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されていて、
    前記第１対物系部分が第１の数であるＮ１AS個の非球面レンズを有し、
    前記第３対物系部分が第２の数であるＮ３AS個の非球面レンズを有し、
    非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１AS／Ｎ３ASが１よりも小さく、
    像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、カタディオプトリック投影対物系。
  21. 投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記第２対物系部分が、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する第２凹面鏡を有し、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されていて、
    前記第１対物系部分が、第１の数であるＮ１AS個の非球面レンズを有し、
    前記第３対物系部分が、第２の数であるＮ３AS個の非球面レンズを有し、
    非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１AS／Ｎ３ASが０，５より小さい、カタディオプトリック投影対物系。
  22. 条件ＮＡ≧１，２が像側開口数ＮＡに当てはまる、請求項２１に記載の投影対物系。
  23. 投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記第２対物系部分が、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する第２凹面鏡を有しており、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されていて、
    前記第１対物系部分が第１の数であるＮ１AS個の非球面レンズを有し、条件Ｎ１AS＜３が当てはまる、カタディオプトリック投影対物系。
  24. 前記第３対物系部分が第２の数であるＮ３AS個の非球面レンズを有し、非球面レンズ比ＡＳＲ＝Ｎ１AS／Ｎ３ASが１よりも小さい、請求項２３に記載の投影対物系。
  25. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    第２中間像を前記像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    投影対物系が、第１非球面と第１非球面に直近の第２非球面を有する少なくとも１つの２重非球面を有し、前記２重非球面が２つの連続するレンズの隣接する非球面を対向させることにより形成されている、カタディオプトリック投影対物系。
  26. 前記２重非球面の第１非球面と第２非球面の間の軸方向距離が、前記２重非球面を形成する２つの連続するレンズのより薄い方のレンズの軸方向厚さよりも小さい、請求項２５に記載の投影対物系。
  27. 前記第３対物系部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項２５に記載の投影対物系。
  28. 前記２重非球面が、光学的に前記第２中間像と前記第３対物系部分の瞳面の間に位置付けられている、請求項２７に記載の投影対物系。
  29. 前記第１対物系部分が少なくとも１つの２重非球面を有する、請求項２５に記載の投影対物系。
  30. 前記２重非球面が、前記第１対物系部分の瞳面又は該瞳面の光学的に近傍に位置付けられている、請求項２９に記載の投影対物系。
  31. 前記第１対物系部分と前記第３対物系部分が、少なくとも１つの２重非球面を各々有している、請求項２５に記載の投影対物系。
  32. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、前記第２対物系部分に配置されていて、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項２５に記載の投影対物系。
  33. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記投影対物系が、最大レンズ直径Ｄmaxと、最大像視野高さＹ’と、像側開口数ＮＡ＞１，２と、ＮL個のレンズと、中間像で連結されたＮOP個の結像対物系部分を有し、
    ＣＯＭＰ１＝Ｄmax／（Ｙ’・ＮＡ2）
    ＣＯＭＰ２＝Ｄmax・ＮL（Ｙ’・ＮＡ2）
    ＣＯＭＰ３＝Ｄmax・ＮL（ＮOP・Ｙ’・ＮＡ2）であり、
    以下の条件
    （１） ＣＯＭＰ１＜１１
    （２） ＣＯＭＰ２＜３００
    （３） ＣＯＭＰ３＜１００
    の少なくとも１つを満たす、カタディオプトリック投影対物系。
  34. ＣＯＭＰ１＜１１かつＣＯＭＰ２＜３００である、請求項３３に記載の投影対物系。
  35. ＣＯＭＰ１＜１１かつＣＯＭＰ２＜３００かつＣＯＭＰ３＜１００である、請求項３３に記載の投影対物系。
  36. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物系部分に配置されていて、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項３３に記載の投影対物系。
  37. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    第２中間像を前記像平面上に結像するための第３対物系部分を有し、
    開口絞りが、前記第３対物系部分において、最大ビーム直径の領域と前記像面の間の収束ビームの領域に位置付けられている、カタディオプトリック投影対物系。
  38. ３つの正レンズのみが前記開口絞りと前記像面の間に設けられている、請求項３７に記載の投影対物系。
  39. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、第２対物系部分に配置されていて、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項３７に記載の投影対物系。
  40. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記投影対物系が前記像面に最も近い最終レンズを有し、前記最終レンズが湾曲した入射面と平面の射出面を有する平凸正レンズであり、
    ＴLLが光軸に沿って測定された前記入射面と前記射出面の間の軸方向距離であり、ＲLLが前記入射面の曲率半径であり、ＤＩＡLLが前記最終レンズの入射面の光学的自由直径であり、
    ＬＬ１＝ＴLL／ＲLLかつＬＬ２＝ＤＩＡLL／ＲLLであり、
    次の条件
    （１） １，１＜ＬＬ１＜２，２
    （２） ２，１＜ＬＬ２＜２，６
    の少なくとも１つが当てはまる、カタディオプトリック投影対物系。
  41. 像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、請求項４０に記載の投影対物系。
  42. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、前記第２対物系部分に配置されていて、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項４０に記載の投影対物系。
  43. 投影対物系の物体面に設けられたパターンを投影対物系の像面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    前記第２中間像を前記像面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記第２対物系部分が、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する第２凹面鏡を有し、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されており、
    第１光軸長さＯＡＬ１が、前記物体面と前記物体面に幾何学的に最も近い凹面鏡の頂点の間で画定されており、第３光軸長さＯＡＬ３が、前記像面に幾何学的に最も近い凹面鏡の頂点と前記像面の間で画定されており、鏡群位置パラメータＭＧ＝ＯＡＬ１／ＯＡＬ３に条件ＭＧ＞０，７が当てはまる、カタディオプトリック投影対物系。
  44. ＭＧ≧０，８である、請求項４３に記載の投影対物系。
  45. 投影対物系の物体平面に設けられたパターンを投影対物系の像平面上に結像するためのカタディオプトリック投影対物系であって、
    前記物体平面に設けられたパターンを第１中間像に結像するための第１屈折対物系部分と、
    少なくとも１つの凹面鏡を有していて前記第１中間像を第２中間像に結像するための第２対物系部分と、
    第２中間像を前記像平面上に結像するための第３屈折対物系部分を有し、
    前記像面の上流の８及び９個の連続するレンズのうちの少なくとも１つが、正の屈折力を有する、カタディオプトリック投影対物系。
  46. 像側開口数ＮＡが１，２よりも大きい、請求項４５に記載の投影対物系。
  47. 第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡が、前記第２対物系部分に配置されていて、
    瞳面が、前記物体平面と前記第１中間像の間と、前記第１及び第２中間像の間と、前記第２中間像と前記像平面の間に形成されていて、
    全ての凹面鏡が前記瞳面から光学的に離れて配置されている、請求項４５に記載の投影対物系。
  48. 照明系とカタディオプトリック投影対物系を有するマイクロリソグラフィでの使用のための投影露光系であって、前記投影対物系が請求項１に記載されたように構成されている、投影露光系。
  49. 半導体装置や他の種類のマイクロデバイスを製造するための方法であって、
    予め定められたパターンを有するマスクを準備する工程と、
    予め定められた波長を有する紫外光でマスクを照明する工程と、
    パターンの像を、投影対物系の像平面の近傍に配置された感光性基板上に、請求項１に記載されたカタディオプトリック投影対物系を用いて投影する工程とを有する方法。
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