JP2007508591A - 反射屈折投影対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 好都合な構造で、像誤差を良好に補正することができる反射屈折投影対物レンズを提供する。
【解決手段】 投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを投影対物レンズの像面上に投影するための反射屈折投影対物レンズであって、物体面上にある物体側視野を第１実中間像に投影するための第１対物レンズ部分と、第１対物レンズ部分から到来する放射光線で第２実中間像を生成するための第２対物レンズ部分と、第２対物レンズ部分から到来する放射光線で第３実中間像を生成するための第３対物レンズ部分と、第３実中間像を像面上に投影するための第４対物レンズ部分と、を備える反射屈折投影対物レンズ。
【選択図】 図５

Description

本発明は、投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを投影対物レンズの像面上に投影するための反射屈折投影対物レンズに関する。

そのような投影対物レンズは、半導体部品及び他の微細構造部品を製造するためにマイクロリソグラフィ投影露光装置に使用されている。それらの目的は、以下に総称的にマスク又はレチクルと呼ぶフォトマスク又は線引き板のパターンを感光層被覆基板上に最高解像度かつ縮小倍率で投影することである。

ますます微細になる構造体を生成するためには、一方で投影対物レンズの像側の開口数（ＮＡ）を増加させ、他方で、ますます短い波長を、好ましくは波長が約２６０ｎｍ未満、たとえば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの紫外線を使用することが必要である。

光学リソグラフィでは、現在に至るまで純粋屈折投影対物レンズが主に使用されてきた。それらは、単一の光軸を有するだけである、機械的に非常に簡単な心合わせ構造によって特徴付けられる。光軸上に心合わせされた物体側視野を使用することも可能であり、これにより、補正すべき広がりが最小限に抑えられ、かつ対物レンズの位置合わせが簡単になる。

しかしながら、屈折構造の形式は、２つの基本的な像誤差、すなわち、色補正とペッツヴェル和（像側視野湾曲）の補正とによって大きく制約される。

１つの屈折材料だけ（一般的に１９３ｎｍに対してＳｉＯ_２、１５７ｎｍに対してＣａＦ_２）を使用する場合、色誤差を補正する可能性が非常に制限される。全面的な色収差補正を実行することができない。その場合、小さい第１凸部分と大きい第２凸部分とを有する単一ウェスト構造を選択することにより、最良の構造的妥協が達成される。

ペッツヴァル条件の補正（像側視野の平坦化）は、対物レンズに特徴的なウェスト構造を押しつけ、かつ非常に大きい最大レンズ直径を必要とし、これは、素材質量（レンズの制作に必要なレンズ材料部分の質量）を増加させる。ウェスト構造が確立されると、第１及び第２凸部分で最大直径を互いに一致させようとすることにより、質量最適構造が得られる。しかし、これは、横方向色収差の補正と対立する。

ペッツヴァル条件のより簡単な補正と色補正の可能性とは、反射屈折構造で達成される。この場合、ペッツヴァル補正は凹面鏡の湾曲によって達成され、色補正は、凹面鏡の前方の負レンズの屈折力（ＣＨＬ用）と凹面鏡に対する開口位置（ＣＨＶ）とによって達成される。

しかしながら、反射屈折構造の欠点として、軸外し物体側視野、すなわち（光学系内の幾何学的ビーム分割で）増加した広がり、又は一般的に偏光に関する問題を引き起こす物理的ビームスプリッタ素子のいずれかを伴って作動することが必要である。

軸外し反射屈折系では、光学構造の要件は、（１）広がりを最小限に抑えること、（２）それ用の取り付け技法を開発できるように、折り返しの幾何学的形状（ビーム偏位又は偏向）を構成すること、（３）ペッツヴァル和及び色収差を反射屈折鏡群内で一緒に補正することであると述べることができる。

広がりを小さく保つために、構造の折り返しは原則的に、低ＮＡ領域内（すなわち、たとえば物体の近傍）と、開口の近傍（すなわち、レチクル又は実中間像の近く）とで行われなければならない。

しかしながら、開口数が上昇すると、物体側の開口数が、したがってレチクルから第１折り返しまでの距離も増加し、そのため、広がりがより大きくなる。凹面鏡の直径及び折り返し鏡の寸法も大きくなる。これは、空間の可用性に関する問題を引き起こす可能性がある。

これには、最初に第１屈折リレー系によってレチクルを中間像上に投影し、中間像の近傍に第１折り返しを形成することによって対処することができる。そのような反射屈折系が、欧州特許出願第１１９１３７８Ａ１号に開示されている。それは、凹面鏡を備えた反射屈折対物レンズ部分を有する。光は物体面から第１中間像の近傍に位置する偏向（折り返し）鏡へ進み、そこから凹面鏡へ、さらに凹面鏡から、第２偏向鏡の近傍に第２実中間像を生成しながら、屈折対物レンズ部分に進み、この屈折対物レンズは第２中間像を像面（ウェハ）上に投影する。

同様の構造を有する光学系が、国際出願第０３／０３６３６１Ａ１号に開示されている。

第１中間像を生成するための長い多重レンズリレー対物レンズ、偏光ビームスプリッタ、第２実中間像を生成するための凹面鏡を備えた反射屈折対物レンズ部分、及び第２中間像を像面上に投影するための屈折対物レンズ部分を有する反射屈折投影対物レンズが、米国特許第５，８６１，９９７号に開示されている。

しかしながら、そのような光学系の欠点は、第２屈折部分が、反射屈折部分内に補正を必要とする色及びペッツヴァルの不足補正成分を再び生じさせることである。

２つの実中間像を伴う他の反射屈折系が、日本特許出願第２００２−３７２６６８号及び米国特許第５，６３６，０６６号に開示されている。

本発明の目的は、好都合な構造で、像誤差を良好に補正することができる反射屈折投影対物レンズを提供することである。特に、製造技術の点で好都合である条件下でペッツヴァル和及び色収差を補正することができなければならない。

この目的は、本発明の形態の１つに従って、物体側視野を第１実中間像に投影するための第１対物レンズ部分と、第１対物レンズ部分から到来する放射光線で第２実中間像を生成するための第２対物レンズ部分と、第２対物レンズ部分から到来する放射光線で第３実中間像を生成するための第３対物レンズ部分と、第３実中間像を像面上に投影するための第４対物レンズ部分とを備える反射屈折投影対物レンズによって達成される。

発明を実施するための形態

したがって、そのような反射屈折投影対物レンズは、少なくとも３つの実中間像を有する。好適な光学系では、第３中間像は、直接的に、すなわち他の中間像を生成することなく、像面上に投影される。したがって、まさに３つの実中間像を有する光学系が好都合であることができる。

第１対物レンズ部分は、物体面から到来する放射光線を使用して、適当な位置に予め決定可能な補正状態で第１中間像を生成するためのリレー系として使用されることができる。

好ましくは、対物レンズ部分の少なくとも２つが反射屈折型であって、それぞれが凹面鏡を有する。特に、まさに２つの反射屈折対物レンズ部分を設けることができる。

１つの改良では、第２対物レンズ部分及び第３対物レンズ部分が、それぞれ凹面鏡を有する反射屈折系として構成される。放射光線を凹面鏡の方に偏向させるか、凹面鏡から到来する放射光線を後続の対物レンズ部分の方向に偏向させるかのいずれかのために、凹面鏡の各々に鏡面を割り当てることができる。例示的な実施形態によっては、ビーム偏向のために、たとえば完全反射鏡面（幾何学的ビーム分割）、全反射鏡面（幾何学的ビーム分割）又は偏光選択鏡面（物理的ビーム分割）を使用することができる。好ましくは、第４対物レンズ部分は純粋屈折型であって、高い像側開口数（ＮＡ）を生じるように最適化されることができる。

少なくとも２つの反射屈折サブ光学系を設けることには大きな利点がある。１つの反射屈折サブ光学系だけを有する光学系の本質的な不利点を理解するために、ペッツヴァル和及び色収差の補正が反射屈折部分内で行われる方法を考えることが必要である。長手方向色収差ＣＨＬに対するレンズの寄与率は、式：
ＣＨＬ∝ｈ^２・ψ・ν
によって得られる、すなわち、それは、周辺ビーム高さｈ（の二乗）、レンズの屈折力ψ、及び材料の分散νに比例する。他方、ペッツヴァル和に対する表面の寄与率は、表面の曲率及び屈折率変化（１鏡当たり−２）のみによって決まる。

したがって、色補正に対する反射屈折群の寄与率を大きくするためには、大きい周辺ビーム高さ（すなわち、大きい直径）にすることが必要であり、ペッツヴァル補正に対する寄与率を大きくするためには、大きい曲率（すなわち、小さいアールであり、これは最も好都合には小さい直径で達成される）を有することが必要である。これら２つの要求条件は、互いに衝突するものである。

ペッツヴァル補正（すなわち、像側視野曲率の補正）及び色補正に対する競合要求条件は、光学系に（少なくとも）１つの別の反射屈折部分を導入することによって解決することができる。

ここで、２つの反射屈折系は、一方がＣＨＬ補正のために平坦なアールを有する大きい直径になる傾向があり、他方はペッツヴァル補正のために急アールを有する小さい直径になる傾向があるように構成されることができる。

一般的に、上記及び他の像誤差の補正を２つ（以上）の反射屈折サブ光学系間で均一に、又は不均一に分散させるための自由度が利用可能である。これにより、緩められた構造内に顕著な補正状態で最大開口を得ることが可能である。

本発明による光学系は好ましくは、たとえば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍ以下の遠紫外線波長域内で使用される。

上記及び他の特徴は、説明及び図面とともに特許請求の範囲によって開示されており、本発明の実施形態及び他の分野において、個々の特徴をそれぞれ個別に、又は合わせて小組み合わせを形成して実現してもよく、また好都合かつ本質的に保護的な形を構成することができる。

図１は、本発明による投影対物レンズの第１実施形態を示す。図２は、ビーム偏向デバイス（折り返し構造又は折り返しデバイス）の領域の詳細図を示す。

本光学系は、光伝播方向に以下の部分を有する、すなわち光は、レチクル（物体面）（図面の左側）から第１屈折部分（Ｒ１）を通過して折り返し鏡（Ｆ１）上に伝播し、折り返し鏡は第１中間像（ＺＢ１）の近傍に位置する。第１折り返し鏡Ｆ１は光を第１（下向きの）反射屈折部分（ＨＯＡ１）に反射する。この部分は、動作中にはほぼ水平方向に並べられるであろう。そのような対物レンズ部分を以下に水平アーム（ＨＯＡ）とも呼ぶ。このＨＯＡ１は、光を折り返し鏡（Ｆ１、Ｆ２）の近傍の第２中間像（ＺＢ２）上に投影する。光は次に、図面の上部の他方の第２反射屈折部分（ＨＯＡ２）を通過し、この第２反射屈折部分は中間像（第３中間像ＺＢ３）を生成する。ＺＢ３は直接的に、すなわち別の中間像を伴わないで、第２屈折部分（Ｒ２）によってウェハ上に投影される。

以下の特徴が与えられ、図面からわかる。この構成は、正に３つの実中間像を有する。したがって、３＋１＝４つの可能な開口絞り位置（実瞳位置）が、すなわちリレー系Ｒ１内、凹面鏡Ｓ１、Ｓ２の近傍、及び第４サブ光学系Ｒ２内にある。この特別な例示の実施形態では、開口絞りがＲ１内にある。

折り返し鏡は中間像の近傍に位置し、それにより、広がりを最小限に抑える（物体の軸外しが最小限である）。しかしながら、中間像（すなわち、近軸中間像と周辺ビーム中間像との間の領域全体）は鏡面上になく、そのため、鏡面に想定される欠陥が像面上に鮮明に投影されることはない。

この特別の例示的な実施形態では、折り返し角が正確に９０°であり、特に９０°を超えない。これは、折り返し鏡の鏡層の性能にとって好都合である（以下を参照）。

レチクル平面（物体側視野の平面）は、取り付け技術の影響を受けない。切頭レンズは不必要である。全視野（２６×５．５ｍｍ^２）でＮＡが１．３の場合の光学系の性能データは約７．５ｍλであり、ＳｉＯ_２の素材質量が約９０ｋｇである。これは、屈折構成又はｈ構成ではまだ未達成の値である。レンズ径（光学的に自由）は３００ｍｍより相当に小さい。

以下の特徴はそれぞれ、単独でも、他の特徴と組み合わせても好ましいであろう。この構成は、正の屈折力を有する４つの視野レンズを含み、その各々は折り返し構造のすぐ近傍に位置する。確実に色補正を行うために、２つのＨＯＡの一方に少なくとも１つの負レンズがなければならない。各反射屈折部分内に、好ましくは凹面鏡のすぐ近くに少なくとも１つの負レンズがあるであろう。好都合な変更形は、２度にわたって通過する少なくとも３つのレンズを含む（図示の例示的な実施形態では、６つのレンズ、すなわち第２及び第３視野レンズと、ＣＨＬ補正用の２つの鏡の一方の前方の少なくとも１つの別の負レンズを２度にわたって通過する）。

好都合な変更形は、屈折部分（例示的な実施形態では、実質的にＲ２内の負レンズ）内に負の屈折力をほとんど伴わない。

この構成は、中間像に、特に第３中間像ＺＢ３に強いコマ収差を有する。これは、Ｒ２内に大きい入射角を有する表面を伴わないで、像空間内の正弦条件を補正するのを助ける。

表１は、構造の詳細を表形式で要約している。この表では、第１欄は、屈折面、反射面又は他の注目すべき表面の番号を示し、第２欄は、表面のアールｒ（ｍｍ単位）を示し、第３欄は、その表面から次の表面までの、厚さと呼ばれる距離ｄ（ｍｍ単位）を示し、第４欄は、部品の材料を示し、第５欄は、指定の入射面に続く部品の材料の屈折率を示す。第６欄は、光学部品の光学的に有効な自由直径の半分（ｍｍ単位）を示す。

表２は、対応の非球面データを示し、非球面の立ち上がり高さ（矢）は、次の法則：
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ^２／(１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）^２ｈ^２）］＋Ｃ１^＊ｈ^４＋Ｃ２^＊ｈ^６＋・・・
によって計算される。

但し、アールの逆数（１／ｒ）が表面頂点での表面曲率を表し、ｈは、光学軸から表面点までの距離を表す。したがって、ｐ（ｈ）は、この立ち上がり高さ、言い換えると、ｚ方向、すなわち、光学軸の方向の表面頂点から表面点までの距離を示す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２・・・は表２に示されている。

多くの変更形が可能である。図３は、より好都合な鏡層用の適当な反射屈折サブ光学系（ＨＯＡ）を備えた適当な変更形を例として示す。本実施形態では、ＨＯＡが水平から２０°だけ傾斜している。この方法で、折り返し鏡に対する入射角をさらに減少させることができる。

原則的に、折り返し鏡の順序を入れ替えることもできる。本例で示されているように、光路はまず、折り返し１の前にＨＯＡ１からＨＯＡ２までのビームを横切り、次にビームはＦ２によって折り返されて、交差することなくＲ２に入る。この変更形では、大きく突出した凸部分でＲ２の全長をより短かくすることができる。

本例では２つの平面鏡で示されているビーム分割の代わりに、ビームスプリッタキューブ（スモールキューブ）を用いてもよい。しかしながら、この場合、第１反射でビームスプリッタ層に１００％反射からのずれがあると、ウェハ上で光が散乱するという問題が生じる可能性があることを念頭に置く必要がある。ビームスプリッタの材料の複屈折によって想定できる問題は、適当な補償手段によって小さく抑えられることができる。

図１に示されている光学系は、２つの平面折り返し鏡が互いにわずかな距離をおいて背中合わせに配置されるように構成されている。一定の状況下では、単一の二重鏡体を使用してこれを行うことができる。原則的に、図４に示されているように、固体プリズムでビーム偏向を実行することも可能である。この場合、光は最初、折り返しプリズムに入射し、プリズムの斜辺面で第１折り返し反射が起きる。ＨＯＡ１及びＨＯＡ２を通過した後、同じ斜辺面であるが、その後側で第２折り返し反射が起きる。

レンズの加熱の理由から、このプリズム用にＣａＦ_２を選択しなければならないことを述べる必要がある。しかしながら、１９３ｎｍに対する屈折率ｎ＝１．５、かつ約０．３の開口数が中間像に存在する場合、ビーム断面全体にわたる全反射は現実的ではなく、そのため、高性能の反射層を斜辺に塗布する必要がある。

結像倍率に関して言うと、原則的には投影対物レンズの異なった結像倍率、特に４ｘ、５ｘ、６ｘが可能である。より大きい結像倍率（たとえば、５ｘ又は６ｘ）は、物体側の開口を減少させ、したがって折り返し形態を緩めるので、好都合であろう。

リレー系Ｒ１（第１サブ光学系）は、ＨＯＡ１及びＨＯＡ２のように１：１に近い結像倍率を必ずしも有する必要はない。本例では特に、折り返し形態を緩めるために、拡大第１対物レンズ部分Ｒ１が好都合であろう。

図１に示された光学系は、液浸対物レンズとして構成されている。たとえば、１９３ｎｍ用の液浸媒体として超純水が適当であるが、本発明による投影対物レンズを、たとえばＮＡが０．９５でウェハ上に有限作動距離をおいた乾燥対物レンズとして構成することも可能である。

上記実施形態は、２つの純粋屈折光学群と、２つの反射屈折光学群と、３つの中間像とを有し、２つの反射屈折サブ光学系は異なった構造である。

サブ光学系を以下にレンズモジュールとも呼ぶ。光学系は４つのレンズモジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４を有する。正の屈折力を有する第１レンズモジュールＭ１は、その物体としてレチクルを有し、中間像ＺＢ１を形成する。この第１中間像が、正の屈折力を有する第２反射屈折レンズモジュールＭ２の物体であって、それは中間像ＺＢ２を形成する。この第２中間像が、正の屈折力を有する反射屈折レンズモジュールＭ３の物体であって、それは中間像ＺＢ３を形成する。正の屈折力を有するレンズモジュールＭ４は、ＺＢ３をウェハ（Ｗ）上に結像する。

屈折前側光学系（第１サブ光学系、リレー系）は、非対称的に構成されている。２つの偏向平面鏡（折り返し鏡）間の距離を短くし、それにより、物像シフト（ＯＩＳ）、すなわち物体側の光軸と像側の光軸との間の横方向ずれが小さいままであるようにすべきである。

これらの利点を提供することができる実施形態がある。一例が図５に示されている。

レンズモジュールＭ１は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ２とからなる。主ビームは、これらの２つのレンズ群の間で光軸と交差する。そこに好適な絞り面Ｂ１が得られる。

第１レンズ群ＬＧ１は好ましくは、少なくとも２つの正レンズ、すなわち、視野に近い少なくとも１つのレンズＬ１と、開口に近い少なくとも１つのレンズＬ２とからなる。

第２レンズ群ＬＧ２は、少なくとも２つのレンズ、すなわち、視野に近い少なくとも１つのレンズＬ３と、開口に近い少なくとも１つのレンズＬ４とからなる。

好ましくは以下の条件が、必ずしも同時でなくてもよいが、好ましくは同時に満たされる。

ＬＧ１＝ＬＧ２
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４
Ｌ１＝Ｌ４； Ｌ２＝Ｌ３
ここで、２つのレンズが等しいことは、それらのアールが等しいこととして理解されたい。したがって、レンズの厚さは等しくないであろう。レンズは、同一工具で作製可能でなければならない。群が等しいことは、それらのレンズが等しいことである。そのような光学系は、レンズの作製及び試験が簡略化されるので、制作に関して利点を与える。

これらのレンズの配置は、光軸に垂直な平面に関して対称的でも、非対称的でもよい。ここでは、絞り面Ｂ１に関して対称的な構造が好ましい。開口絞りの配置は、この平面上であることが好ましい。この配置は、いずれの非対称像誤差も中間像ＺＢ１に発生させないので、有利である。

第１レンズモジュールＭ１の結像倍率βは、好ましくはβ＝１である。

好ましくは、第１レンズモジュールは、実質的に対称的に構成されるが、非対称的に動作する（β≠１）。この準対称的配置の利点は、さらなる補正及び他の非対称的像誤差（主にコマ）に必要な色倍率差の値の導入である。

物体空間内のテレセントリーを補正するために、好ましくはレンズＬ１は非球面を備えている。

第１中間像内の球面収差を補正するために、好ましくはレンズＬ３及び／又はＬ４の１つが少なくとも１つの非球面を備えている。これは、折り返し形態を緩め、かつ小さい広がり（幾何学的光誘導値）を可能にする。

第１レンズモジュールＭ１は好ましくは、「低ペッツヴァル」形式に、すなわちペッツヴァル和を減少させたレンズで構成される。「低ペッツヴァル」構造は、低いペッツヴァル和を有するレンズ、特に適当なメニスカスを使用することによって作製されることができる。テレセントリー、球面収差及び非点収差は、レンズ１及び２又は３及び４上の非球面によって補正される。考えられる構造が図６に示されている。表３は、この第１サブ光学系の仕様を示す。

一般的に、鏡面と最も近い中間像との間の距離は、有限最小距離と最大距離との間になければならない。最大距離は、たとえば光学系の長さの１／１０又は１／１５又は１／２０でよい。最小距離は、それに比べて小さくなければならない。

第１レンズモジュールＭ１は好ましくは、第１折り返し鏡Ｓ１が近軸中間像（ＺＢ１）の後に位置する場合には球面過補正され、近軸中間像（ＺＢ１）が折り返し鏡Ｓ１の後に位置する場合には球面不足補正されなければならない。これにより、中間像が鏡面上に位置しないようにすることができる。

ペッツヴァル和は好ましくは、最外側視野点及び最内側視野点の焦点が、第１折り返し鏡からほぼ同一距離に位置するように調節される。その場合、中間像を鏡面の近くへ移動させることができ、像側視野は鏡面から離れる方向に湾曲する。これにより、折り返し形態が緩められ、小さい広がりが可能になる。

レンズモジュールＭ１及びＭ２は好ましくは、二重テレセントリック形式に構成される。これにより、第２及び第３中間像内の非点収差を補正することが可能になる。

好ましくは、第１レンズモジュールは、負レンズをまったく有していない。

別の好適な実施形態では、第１レンズモジュールＭ１内のペッツヴァル和を補正又は大幅に減少させることも有益である。このために、物体の近く又は像の近くの負レンズを使用してもよい。

２つの反射屈折レンズモジュールＭ２及びＭ３は好ましくは、軸対称形式に構成される（すべてのレンズを２度にわたって通過する）。

それらは好ましくは、対応の中間像の近くの正レンズ群ＬＧ３（ＬＧ５）と、凹面鏡の近くの負レンズ群ＬＧ４（ＬＧ６）とからなる。主ビームは、２つの凹面鏡上で再び光軸と交差する。これは、別の２つの好適な絞り位置Ｂ２及びＢ３を与える。

レンズ群ＬＧ３及びＬＧ５は好ましくは、１つ又は２つの正レンズからなり、レンズ群ＬＧ４及びＬＧ６は好ましくは、２つ以下、又は多くても３つの負レンズからなる。

以下の条件は好ましくは、個別又は組み合わせの形で満たされる。

ＬＧ３＝ＬＧ５
ＬＧ４＝ＬＧ６
Ｓ２＝Ｓ３
但し、Ｓ２及びＳ３は凹面鏡であり、群が等しいことは、それらのレンズが等しいこととして理解されたい。

したがって、収差負荷（ペッツヴァル及びＣＨＬ）は、２つのレンズモジュール全体に分散される。屈折力、したがって収差の寄与が最小限に抑えられるので、この構造は非常に有利である。

２つのレンズモジュールＭ２及びＭ３も好ましくは、準対称的に動作する（βは１とわずかに異なる）。これにより、光学系全体についてＣＨＶの簡単な補正が可能になる。

別の好適な構造では、レンズ群ＬＧ３及びＬＧ５の各々が２つの正レンズからなる。２つの等しいレンズが好ましい。これは、これらのレンズ群の収差寄与を緩和する。

レンズモジュールＭ２及びＭ３の構造は、レンズモジュールＭ２内のレンズ群ＬＧ３及びＬＧ４、及びレンズモジュールＭ３内のレンズ群ＬＧ５及びＬＧ６の屈折レンズ素子のペッツヴァル和が互いに打ち消し合うようなものであることも好ましい。特に、以下が当てはまるであろう。

（−ＰＴＺ（Ｓ２）／８）＜ＰＴＺ（ＬＧ３＋ＬＧ４）＜（ＰＴＺ（Ｓ２）／８）
及び
（−ＰＴＺ（Ｓ３）／８）＜ＰＴＺ（ＬＧ５＋ＬＧ６）＜（ＰＴＺ（Ｓ３）／８）
このため、主に、レンズモジュールＭ１及びＭ４のペッツヴァル湾曲の補償のために、凹面鏡Ｓ２及びＳ３のペッツヴァルの寄与が残る。

群ＬＧ４及び／又はＬＧ６のレンズの少なくとも１つ、又は鏡Ｓ２及び／又はＳ３がそれぞれ非球面を備えることが好ましい。これにより、中間像ＺＢ２及びＺＢ３内の球面収差を補正し、したがって、折り返しを緩め、それにより広がりを減少させることが可能である。

第４レンズモジュールＭ４は好ましくは、３つのレンズ群、すなわち視野の近くの第１レンズ群ＬＧ７、第２レンズ群ＬＧ８及び第３レンズ群ＬＧ９からなる。主ビームは、レンズ群ＬＧ８及びＬＧ９間で光軸と交差し、したがって好適な第４絞り面Ｂ４を形成する。

ＬＧ８は好ましくは、像面に対して湾曲した、大きいビーム角を有する少なくとも１つの表面を含む。像側のレンズ面として、これは負メニスカスレンズに、又は負両凹面レンズに属するであろう。これは実質的に、正弦条件の補正に寄与する。

好ましくは、レンズ群ＬＧ９は負レンズをまったく有していない。

これらの３つのレンズ素子は好ましくは、結晶方向が異なったＣａＦ_２からなる。

２つの反転鏡Ｓ１及びＳ３は好ましくは、両側で反射する単一の平行平面プレートとして構成される。それは好ましくは、透過性が高い材料で構成されなければならない。これにより、反射層を塗布する前に平行度を調べることが容易になる。折り返し鏡に好適な材料は、ＳｉＯ_２である。

そのような構造により、２つの鏡間の距離を減少させ、したがって、ＯＩＳ（物像シフト）を減少させることが可能になる。

４つ以上の中間像を有する光学系も、本発明の範囲内で可能である。これらは、必要な空間及び光学補正を最適化するためにさらに大きい設計自由度を与えるであろう。図７、図８及び図９は、例としてそのような光学系の実施形態を示す。

これらの光学系は、以下のレンズモジュール、すなわち、
β≒１の２つの純粋屈折レンズモジュールＭＲ１及びＭＲ２と、
β≒１の２つの反射屈折モジュールＭＫ１及びＭＫ２と、
β∈［１／３、１／６］の屈折モジュールＭＲ３と、
を有し、各モジュールは実物体を有し、かつ結像倍率βの実像を与える。

これらの４つのモジュールを互いに結合することにより、β∈［１／３、１／６］の結像倍率が得られる。

図７は、３つの屈折モジュールすべてがレチクル及びウェハと共に、１つの光軸上に配置されている光学系構造を示す。レチクルＲは、レンズモジュールＭＲ１によって第１中間像ＺＢ１に投影される。反射屈折モジュールＭＫ１が、第１中間像を第２中間像ＺＢ２に投影する。第２屈折モジュールＭＲ２が、第２中間像を第３実中間像ＺＢ３に投影する。この実中間像は、第２反射屈折モジュールＭＫ２用の物体として使用され、この第２反射屈折モジュールＭＫ２は第４中間像ＺＢ４を与える。この最後の中間像は、屈折光学系ＭＲ３によってウェハ上に投影される。

図８及び図９は、レチクルの軸がウェハの軸から大きく離れた位置にある２つの実施形態を示す。

他の構造も考えられる。しかしながら、この形式の光学系すべてを特徴付けるものは、モジュールの順序、すなわち、ＭＲ１−ＭＫ１−ＭＲ２−ＭＫ２−ＭＲ３である。軸の向きは、折り返し鏡ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４によって任意に決定することができる。

４つの中間像を有するこれらの光学系のモジュールの構造は、以下のように３つの中間像を有する光学系のものに対応する。モジュールＭＲ１及びＭＲ２は、モジュールＭ１に対応する。モジュールＭＫ１及びＭＫ２は、モジュールＭ２及びＭ３に対応する。モジュールＭＲ３は、モジュールＭ４に対応する。

収差補正も同様に実行される。連続線路は、最外側視野の主ビームに対応する。

これまで提示されている光学系では、鏡群の、すなわち反射屈折サブ光学系の光軸は一致しており、そのため、光軸の１つが傾斜すると、残りの傾斜も要求される。このことは、空間を作るために１つの軸を傾斜させると、残りの軸も傾斜し、そのため、使用可能な空間が再び狭くなることを意味する。

これらの問題を回避することができる光学結像系のさまざまな例示的な実施形態を以下に示す。それらは、独立的な光学系として、又はより複雑な反射屈折構造内のサブ光学系として使用されるであろう。

図９に示されている（サブ）光学系は、２つの実中間像と、とりわけ以下の特徴、すなわち、反射屈折レンズ群の光軸が互いに分離し、そのため、それらは相互に同軸的ではなく、互いに横方向にずれているという特徴とを有する。反射屈折サブ光学系Ｋ１及びＫ２は、軸対称形式に構成されている。各々は、物体の近くの正レンズ群ＫＬ１（ＫＬ１’）と、鏡の近くの負レンズ群ＫＬ２（ＫＬ２’）とを含む。

たとえば、図示の光学系は、上記形式のリレー系によって発生した物体側視野の第１中間像を、投影対物レンズの像面上に投影するサブ光学系として使用されることができる。その場合、光学系全体は３つの中間像を有する。

別の変更形によれば、この光学系において、鏡群の光軸の両方をウェハ平面の方向に傾斜させることができる。これにより、凹面鏡とレチクル平面との間の損失空間が増加する。

３つの中間像と、反射屈折部分の分離軸とを有する完全反射屈折光学系を、図１１を参照しながら説明する。本光学系は、４つのレンズモジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４からなる。正の屈折力を有する第１レンズモジュールＭ１は、その物体としてレチクルを有し、中間像ＺＢ１を形成する。この第１中間像は、正の屈折力を有する第２反射屈折レンズモジュールＭ２用の物体であり、第２反射屈折レンズモジュールＭ２は中間像ＺＢ２を形成する。この第２中間像は、正の屈折力を有する反射屈折レンズモジュールＭ３用の物体であり、この反射屈折レンズモジュールＭ３は中間像ＺＢ３を形成する。

反射屈折サブ光学系Ｍ２及びＭ３は、軸対称形式に構成されている。各々は、物体の近くの正レンズ群ＫＬ１（ＫＬ１’）と、鏡の近くの負レンズ群ＫＬ２（ＫＬ２’）とを含む。サブ光学系の好適な構造は、上記の変更形に対応するであろう。

偏光ビームスプリッタと３つの中間像とを有し、２度にわたって通過するものであるが、１つの反射屈折対物レンズ部分だけを有する反射屈折投影対物レンズを、図１２を参照しながら説明する。

レチクル（又は物体側視野の第１中間像）が、反射屈折系モジュールＭ２によって中間像ＺＢ１に投影される。ここで、円形入射光は、第１λ／４プレートによって直線偏光され、ビームスプリッタの偏光選択半透明層で反射して、ビームスプリッタを離れ、次に第２λ／４プレートによって円形偏光される。円形偏光は、凹面鏡によって反射し、それにより、その回転方向が変わり、再び第１折り返し鏡ＦＳ１によって反射して戻り、再びその回転方向が変わり、凹面鏡でもう一度反射し、回転方向が変わる。その結果、光が第２λ／４プレートを再び通過する前、それは第１通過中の方向と逆の回転方向を有する。したがって、光は直線偏光されるが、その振動平面は、第１λ／４プレート後の光の振動平面に対して垂直である。これにより、光がビームスプリッタを透過して、次の中間像ＺＢ２を形成することができる。この中間像は、屈折レンズモジュールＭ３によって結像倍率β∈［１／６、１／３］でウェハ上に投影される。

レチクルとビームスプリッタとの間の空間が狭すぎ、そのため、レチクルをビームスプリッタからより遠く離して配置する必要があり、それにより、広がりの増加が発生する場合、レチクルを中間像ＺＢ０内に投影する第１レンズモジュールＭ１（リレー系）をレチクルとビームスプリッタとの間に配置することが有利である。

光学系モジュールＭ１及びＭ２は、結像倍率β≒１を有する。

反射屈折群は像側視野湾曲及び長手方向色収差の両方を補正するので、この光学群を２度にわたって通過することが有利である。それにより、この群の直径及び屈折力の両方を減少させることができる。したがって、凹面鏡の直径がより小さくなり、そのため、中間空間内のレチクルに近い空間を空ける。

レンズモジュールＭ３内の好適な第３絞り位置の近傍に追加されるλ／４プレートにより、光をウェハ上に円形に当てることが確実にできる。

折り返し鏡ＦＳ２は、レチクル面及びウェハ面を平行に延在させるように配置される。

２つの他の好都合な絞り位置は、第１モジュールＭ１内と、凹面鏡の近傍である。

第１レンズモジュールを使用しない場合、特に大きい開口（ＮＡ＞０．８）では、結果的に生じる中間像をビームスプリッタにより近づけるために、正の屈折力を有して結像倍率β≒１である屈折前側群をレチクルとビームスプリッタとの間に配置することが有利である。これは、ビームスプリッタの寸法を減少させる。

非対称構造を有する本発明による投影対物レンズの第１実施形態を示す。 図１の折り返し手段の詳細図を示す。 図１に示されている光学系の変更形を示す。 プリズムを有する別の折り返し手段を示す。 ほぼ対称的な構造を有する本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。 像側視野曲率が小さいリレー系を示す。 本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。 本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。 本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。 反射屈折系の分離光軸を有する本発明による投影対物レンズの一実施形態を示す。 反射屈折系の分離光軸を有する本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。 偏光ビームスプリットと２度にわたって通過する反射屈折対物レンズとを有する本発明による投影対物レンズの別の実施形態を示す。

Claims (14)

1. 投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを投影対物レンズの像面上に投影するための反射屈折投影対物レンズであって、
   物体面上にある物体側視野を第１実中間像に投影するための第１対物レンズ部分と、
   第１対物レンズ部分から到来する放射光線で第２実中間像を生成するための第２対物レンズ部分と、
   第２対物レンズ部分から到来する放射光線で第３実中間像を生成するための第３対物レンズ部分と、
   第３実中間像を像面上に投影するための第４対物レンズ部分と、
   を備える反射屈折投影対物レンズ。
2. 正に３つの中間像が与えられる、請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 対物レンズ部分の２つが反射屈折型であって、それぞれが凹面鏡を有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
4. 第１対物レンズ部分は屈折型であり、第２対物レンズ部分及び第３対物レンズ部分は、それぞれ凹面鏡を有する反射屈折光学系として構成され、放射光線を凹面鏡の方に偏向させるか、凹面鏡から到来する放射光線を後続の対物レンズ部分の方向に偏向させるかのいずれかのために、凹面鏡の各々に鏡面が割り当てられている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
5. すべての中間像は、鏡面の近傍に配置される、請求項１に記載の投影対物レンズ。
6. すべての中間像は、鏡面から距離を置いて配置される、請求項１に記載の投影対物レンズ。
7. 鏡面から中間像までの最大距離は、投影対物レンズの全長の１０％未満である、請求項１に記載の投影対物レンズ。
8. 第１対物レンズ部分は、非対称的に構成されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
9. 第１対物レンズ部分は、光軸に垂直な平面に関してほぼ対称的に構成されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
10. 第１対物レンズ部分は、同一アールのレンズ面を有する少なくとも２つのレンズを有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
11. 第２対物レンズ部分及び第３対物レンズ部分は、非対称的に構成され、対物レンズ部分の一方は、主に視野湾曲を補正するように構成され、他方の対物レンズ部分は、主に色補正用に構成されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
12. 第２対物レンズ部分及び第３対物レンズ部分は、互いに関してほぼ対称的に構成されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
13. 第１反射屈折対物レンズ部分は第１光軸を有し、第２反射屈折対物レンズ部分は第２光軸を有し、第１及び第２光軸は同軸的に配置されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
14. 第１反射屈折対物レンズ部分は第１光軸を有し、第２反射屈折対物レンズ部分は第２光軸を有し、第１及び第２光軸は、互いに対して軸外し配置されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
    
    

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