JP2007532938A - カタジオプトリック投影対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】相対的に少量の透明光学材料を用いて製造されうる小型のカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供する。
【解決手段】自身の物体平面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズにおいて、有効物体フィールドが、全面的に光軸の外側に配置されるとともに、第１の方向に長さＡを、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に幅Ｂを有する。前記有効物体フィールドを外囲する最小限の大きさの円形部分が、
【数１】

にしたがって前記有効物体フィールドの半径Ｒ_ＥＯＦを規定するようになっている。円形設計物体フィールドが前記光軸を中心とする、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦを有する。投影対物レンズは、本質的に、Ｒ_ＤＯＦより小さい半径座標を有する区域内において像収差に関して補正される。投影対物レンズは、Ｒ_ＤＯＦより大きい半径座標を有する区域内において完全に補正されるわけではない円形設計物体フィールドとを含む。
Ｒ_ＤＯＦ＝γＲ_ＥＯＦかつ１≦γ＜１．４の条件が満たされるカタジオプトリック投影対物レンズ。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自身の物体面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像平面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズに関する。

カタジオプトリック投影対物レンズは、たとえば、半導体素子およびその他の種類の微細素子の製造に用いられるとともに、以下では総称的に「マスク」または「レチクル」と呼ばれるフォトマスクまたはレチクル上のパターンを、感光性被覆材を有する物体上に超高解像度を有してある縮尺で投影する役割を果たす投影露光システム、特にウェーハスキャナまたはウェーハステッパにおいて用いられる。

さらに一層微細な構造を創出するためには、投影対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を増大させることと、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用いることとの両方が求められる。しかしながら、この波長領域において光学素子の製造に利用することができる十分に透明な材料、特に合成石英ガラスおよびフッ化物結晶は、ごく少数しかない。これらの利用可能な材料のアッベ数は、互いにかなり接近しているため、十分に良好に色補正（色収差を補正）された純粋に屈折性のシステムを得ることは困難である。

関連材料が高価であることと、大型のレンズを製造することができるだけの十分な大きさのフッ化カルシウム結晶の入手可能性が限られていることとが問題となっている。このため、使用されるレンズの個数と大きさとを減じることができ、かつ同時に結像の忠実度の維持または一層の向上に寄与しうる施策が望まれる。

光リソグラフィーにおいては、高解像度と良好な補正状態とが、相対的に大きい、本質的に平面状の像フィールドに関して得られなければならない。あらゆる光学設計に求められうる最も困難な要件は、特に全屈折型の設計である場合は、平らな像を有することであることが指摘されてきた。平らな像を得るためには、相反する屈折力のレンズが必要になり、このことは、レンズの屈折力の増加と、システムの長さの増加と、システムのガラス質量の増加と、レンズの曲率の増加によって引き起こされるより高次の像収差の増加とを招く。像フィールドを平面化するため、すなわちマイクロリソグラフィー用投影対物レンズにおけるペッツヴァルの和を補正するための従来手段は、Ｅ．グラッツェル（E. Glatzel）の論文「新規なマイクロリソグラフィー用レンズ（New lenses for microlithography）」、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２３７（１９８０）、ｐｐ．３１０〜３２０に記載されている。

凹面鏡は、かねてから、色補正と像の平面化との問題解決の一助として用いられてきた。凹面鏡は、正レンズのように正の屈折力を有するが、ペッツヴァル湾曲の符号は逆である。さらにまた、凹面鏡は、色の問題を引き起こさない。したがって、屈折性および反射性の素子、特にレンズと１個以上の凹面鏡とを組み合わせたカタジオプトリックシステムが主として前記の種類の高解像度の投影対物レンズの形成に用いられる。残念ながら、凹面鏡は、放射をまさにそれが到来した方向に送り返すため、光学設計に一体化させにくい。機械的な問題またはビームの口径食または瞳のオブスキュレーションによる問題を引き起こすことなく凹面鏡を一体化させるインテリジェント設計が望ましい。

設計上のまた他の目標は、投影対物レンズにより所定の開口数で口径食を起こすことなく有効に結像せしめられうる物体フィールドの大きさと形状とを最適化させることである。対応する物体フィールドは、以下では、「有効物体フィールド」と呼ばれる。この有効物体フィールドの大きさと、対応する有効像フィールドの大きさとは、投影対物レンズの倍率によって関連付けられる。しばしば、有効フィールドの大きさを最大限にして、投影対物レンズに関連する製造工程の生産性を向上させることが望まれる。任意の物体側開口数において、有効物体フィールドの大きさは、本明細書において物体側開口数と有効物体フィールドを含む最小限の大きさを有する円の半径Ｒ_ＥＯＦとの積として定義される「有効な幾何学的光伝導値」（すなわち「有効エタンデュ」）に対応する。

投影対物レンズの設計にあたって注意しなければならないさらに他のパラメータは、所望の性能を得るために投影対物レンズが像収差に関して十分に補正されなければならない物体フィールドの大きさである。これらの収差には、色収差、像面湾曲収差、歪曲、球面収差、非点収差等が含まれる。投影対物レンズが十分に補正されなければならないフィールドは、以下では、「設計物体フィールド」と呼ばれる。光学素子の個数および大きさは、この設計物体フィールドの大きさを増大させると一般に大幅に増加するため、一般に、設計物体フィールドの大きさを最小限にするように設計することが望ましい。任意の物体側開口数において、投影対物レンズは、本明細書において物体側開口数と設計物体フィールドの外側半径Ｒ_ＤＯＦ、すなわち物体フィールド半径との間における積として定義される「設計エタンデュ」の固有値を特徴としうる。

純屈折性の投影対物レンズにおいては、光軸を中心とする有効物体フィールドが用いられうる。同様に、共心の有効物体フィールドが、物理的ビームスプリッター、たとえば偏光選択ビーム分割面を有するビームスプリッターを有するカタジオプトリック投影対物レンズ、または中央瞳オブスキュレーションを有するシステムにおいて用いられうる。このようなシステムにおいては、有効エタンデュは、設計エタンデュに等しく（すなわちＲ_ＥＯＦ＝Ｒ_ＤＯＦ）、最適な大きさの有効フィールドが、最小限の大きさの設計物体フィールドとともに用いられうることがわかる。しかしながら、色補正は、高開口数の屈折性投影対物レンズにおいてますます困難になり、かつ物理的ビームスプリッターを有する設計は、偏光制御の点において操作困難になりうるため、１個以上の平面状折曲鏡による幾何学的ビーム分割を用いる設計と全ての光学素子に共通の１本の真っ直ぐな（折り曲げられない）光軸を有するいわゆる「インラインシステム」とに再分されうる代替のカタジオプトリック設計（軸外システム）が開発された。

これらの軸外システムにおいては、口径食を回避するために、軸外有効物体フィールド、すなわち全面的に光軸の外側に配置される有効物体フィールドが用いられなければならない。矩形の有効物体フィールドと、一般に「円環状フィールド」または「環状フィールド」と呼ばれる弓形の形状を有する有効物体フィールドとの両方が、この種の設計において提案された。

平面状折曲鏡を、瞳面付近または瞳面に位置する凹面鏡と該凹面鏡の前の負の屈折力とを有する単一のカタジオプトリック群と組み合わせて用いる折曲型カタジオプトリック投影対物レンズの代表的な例は、米国特許２００３／０２３４９１２ Ａ１または米国特許２００４／０１６０６７７ Ａ１に示されている。これらの種類の設計は、一般に矩形の有効物体フィールドとともに用いられる。

さまざまなカタジオプトリックインライン投影対物レンズが提案された。光学的な観点から、インラインシステムは、平面状折曲鏡を用いることによって引き起こされる偏光効果等の光学的問題が回避されうるため、好適でありうる。さらにまた、製造の観点から、インラインシステムは、光学素子の従来式の取付け技術を用いることができ、以って投影対物レンズの機械的安定性が高まるように設計されうる。

米国特許６，６００，６０８ Ｂ１に、投影対物レンズの物体平面内に配置されるパターンを第１の中間像に結像させる第１の純屈折性対物レンズ部分と、前記第１の中間像を第２の中間像に結像させる第２の対物レンズ部分と、前記第２の中間像を直接、すなわちさらに他の中間像を用いることなく像平面上に結像させる第３の対物レンズ部分とを有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズが開示されている。前記第２の対物レンズ部分は、中央穴を有する第１の凹面鏡と中央穴を有する第２の凹面鏡とを有するカタジオプトリック対物レンズ部分であり、前記凹面鏡は、互いに向き合うとともに、両者間において鏡間空間またはカタジオプトリック空洞部を形成する鏡面を有する。前記第１の中間像は、物体平面に隣接する前記凹面鏡の中央穴内において形成される一方で、前記第２の中間像は、物体平面に隣接する前記凹面鏡の中央穴内において形成される。この対物レンズは、軸対称性と、光軸を中心とするフィールドとを有するとともに、軸方向および横方向に良好な色補正を達成する。しかしながら、放射にさらされる前記凹面鏡の反射部分が、前記穴により中断されるため、システムの瞳は、オブスキュレーションを有する。

欧州特許１ ０６９ ４４８ Ｂ１に、互いに向き合う２個の凹面鏡と、軸外物体および像フィールドとを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。前記凹面鏡は、物体を１個の凹面鏡に隣接して配置される中間像上に結像させる第１のカタジオプトリック対物レンズ部分の一部分である。これは、唯一の中間像であり、前記中間像は、第２の純屈折性対物レンズ部分により像面に結像せしめられる。前記物体とカタジオプトリック結像システムの前記像とは、互いに向き合う鏡によって形成される鏡間空間の外側に配置される。２個の凹面鏡と、共通の直線状光軸と、カタジオプトリック結像システムにより形成されるとともに１個の前記凹面鏡の横に配置される１個の中間像とを有する同様のシステムが、米国特許出願２００２／００２４７４１ Ａ１に開示されている。

米国特許出願第２００４／０１３０８０６号（欧州特許出願第１ ３３６ ８８７号に対応）には、軸外物体および像フィールドと、１本の共通の直線状光軸と、次に記載の順序で、第１の中間像を創出する第１のカタジオプトリック対物レンズ部分と前記第１の中間像から第２の中間像を創出する第２のカタジオプトリック対物レンズ部分と前記第２の中間像から像を形成する屈折性の第３の対物レンズ部分とを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。各カタジオプトリック系は、互いに向き合う２個の凹面鏡を有する。前記中間像は、前記凹面鏡により形成される鏡間空間の外側に位置する。

特開２００３−１１４３８７号および国際特許出願０１／５５７６７ Ａには、１本の共通の直線状光軸を有する軸外物体および像フィールドと、中間像を形成する第１のカタジオプトリック対物レンズ部分と、前記中間像をこのシステムの像平面上に結像させる第２のカタジオプトリック対物レンズ部分とを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。凹面および凸面鏡は、組み合わされて用いられる。

米国特許出願２００３／０２３４９９２ Ａ１に、１本の共通の直線状光軸を有する軸外物体および像フィールドと、中間像を形成する第１のカタジオプトリック対物レンズ部分と、前記中間像を像平面上に結像させる第２のカタジオプトリック対物レンズ部分とを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。各カタジオプトリック対物レンズ部分において、凹面および凸面鏡が、１個の単レンズと組み合わされて用いられる。

国際特許出願２００４／１０７０１１ Ａ１には、１本の共通の直線状光軸を有する軸外物体および像フィールドを有する、光軸から遠く離れたフィールド中心を有する円弧状の有効物体フィールドを用いる浸漬リソグラフィー用に設計されるさまざまなカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。これらの投影対物レンズは、２個、４個または６個の曲面鏡を有するさまざまな種類の鏡群を含む。２個〜４個の中間像を有する実施形態が開示されている。米国特許出願２００４／０２１８１６４ Ａ１には、円弧状の形状を有する照明フィールドをもたらすように設計される照明システムが開示されている。さらにまた、偏光選択性の物理的ビームスプリッターを有するカタジオプトリック投影対物レンズとの組み合わせも開示されている。

本出願人の２００４年１月１４日出願の米国仮出願第６０／５３６，２４８号には、非常に高いＮＡを有するとともに、ＮＡ＞１での浸漬リソグラフィーに適するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。この投影対物レンズは、物体平面内に設けられるパターンを第１の中間像に結像させる第１の対物レンズ部分と、前記第１の中間像を第２の中間像に結像させる第２の対物レンズ部分と、前記第２の中間像を直接像平面上に結像させる第３の対物レンズ部分とからなる。前記第２の対物レンズ部分は、第１の連続的な鏡面を有する第１の凹面鏡と、第２の連続的な鏡面を有する第２の凹面鏡とを含み、前記凹面状の鏡面は、互いに向き合うとともに、鏡間空間を形成する。全ての鏡は、光学的に瞳面から遠くに配置される。このシステムは、適度な消費量のレンズ質量で非常に高い開口数を得ることができる潜在性を有する。
米国特許２００３／０２３４９１２ Ａ１ 米国特許２００４／０１６０６７７ Ａ１ 米国特許６，６００，６０８ Ｂ１ 欧州特許１ ０６９ ４４８ Ｂ１ 米国特許出願２００２／００２４７４１ Ａ１ 米国特許出願第２００４／０１３０８０６号 欧州特許出願第１ ３３６ ８８７号 特開２００３−１１４３８７号 国際特許出願 ０１／５５７６７ Ａ 米国特許出願２００３／０２３４９９２ Ａ１ 国際特許出願２００４／１０７０１１ Ａ１ 米国特許出願２００４／０２１８１６４ Ａ１ 米国仮出願第６０／５３６，２４８号 Ｅ．グラッツェル（E. Glatzel）の論文「新規なマイクロリソグラフィー用レンズ（New lenses for microlithography）」、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２３７（１９８０）、ｐｐ．３１０〜３２０

本発明の目的は、相対的に少量の透明光学材料を用いて製造されうる小型のカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のさらに他の目的は、ＮＡ＞１の開口数での浸漬リソグラフィーを可能にする値に達しうる非常に高い像側開口数を得ることができる潜在性を有する、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ー用カタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のまた他の目的は、投影対物レンズ内における正の屈折力を有するレンズによって引き起こされる像面湾曲収差の補正に有効な、軸方向にコンパクトに配置される鏡を有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のまた他の目的は、投影に有効に使用される物体フィールドの大きさと、投影対物レンズが像面収差に関して補正されなければならないフィールドの大きさとの間における有利な比を有するカタジオプトリック投影対物レンズを提供することにある。本発明のさらに他の目的は、投影に有効に使用される物体フィールドを最適な形状にして、投影対物レンズが像面収差に関して補正されなければならないフィールドの大きさを最小限に抑えることができるカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。

発明を実施する形態

前記およびその他の目的を達成する手段として、本発明は、ひとつの態様によれば、自身の物体面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズにおいて、
光軸と；
全面的に前記光軸の外側に配置されるとともに、第１の方向の長さＡと前記第１の方向に垂直な第２の方向の幅Ｂとを有して、自身を外囲する最小限の大きさの円形部分が、

にしたがって、自身の半径Ｒ_ＥＯＦを規定するようになる有効物体フィールドと；
前記光軸を中心とする、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦを有する円形設計物体フィールドであって、Ｒ_ＤＯＦより小さい半径座標を有する区域において、投影対物レンズが像面収差に関して本質的に補正され、Ｒ_ＤＯＦより大きい半径座標を有する区域においては、投影対物レンズは完全には補正されない円形設計物体フィールドとからなり、
Ｒ_ＤＯＦ＝γＲ_ＥＯＦ
かつ
１≦γ＜１．４
の条件が満たされるカタジオプトリック投影対物レンズを提供するものである。

本発明のこの態様にしたがった投影対物レンズは、大きい有効物体フィールドの使用を可能にする一方で、同時に投影対物レンズが十分に補正されなければならない物体フィールド半径を高開口数においても相対的に小さくすることができて、半径方向にコンパクトな大きさの投影対物レンズ、すなわち小さいレンズおよび鏡直径を用いて浸漬リソグラフィー用のＮＡ＞１の像側開口数を得ることができるようになる。

好適な実施形態において、γが１．３未満またはさらに１．２未満となりうるようなより小さい値のγが得られる。１から約５％以下だけ外れるγを有する実施形態を以下に説明する。

大きいＮＡ値を得るのに特に適するいくつかの実施形態において、光学設計は、特に、長さ方向に対して垂直な幅方向における有効物体フィールドの側方縁部領域が光軸を通る交差メリジオナル平面と重複する一方で、内側縁部の中心区域が光軸から長さ方向に半径距離Ｄ_ｌを有するような寸法とされうる弓形の軸外環状フィールドに対して最適化される。この距離は、かなり小さくなり得、すなわち有効物体フィールドは、光軸に非常に接近して配置されうる。いくつかの実施形態において、前記距離Ｄ_ｌは、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦのわずか６０％になる。

好適な実施形態は、偶数個の鏡、特に偶数個の曲面鏡を有しており、全ての曲面鏡は、凹面鏡である。いくつかの実施形態においては、正確に２個の凹面鏡が、鏡群内において設けられる。また他の実施形態では、正確に４個の凹面鏡が、鏡群内において設けられる。少なくとも１個の凹面鏡は、非球面鏡とされて、収差、特に瞳の球面収差の補正を向上させることを可能にしうる。

また他の態様によれば、本発明は、自身の物体面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズにおいて：
前記有効物体フィールドから到来する放射を鏡群の鏡群入口の方へと収束させる正の屈折力を有する前側レンズ群と；
物体側の鏡群入口と像側の鏡群出口とを有する前記鏡群と；
前記鏡群出口から出射する放射を前記有効像面上に集束させる正の屈折力を有する後側レンズ群とを光軸に沿って前記の順序で含み、
前記鏡群は、少なくとも２個の曲面鏡を含み、１個の曲面鏡は、前記有効物体フィールドから前記有効像フィールドへと通過する投影ビームの放射を第１の反射部分内において受ける曲面鏡面を有し、前記曲面鏡面は、該鏡面を含むとともに前記曲面鏡の縁部を超えて延在する曲率面を形成し、
前記投影ビームは、前記曲率面上において前記第１の反射部分から偏移する第２の部分内に少なくとも１回入射し、
全ての曲面鏡において、
（１） ｜Ｒ_ＣＲＨ｜＜１／αまたは｜Ｒ_ＣＲＨ｜＞α
かつ
（２） α＝１．４
の条件が、前記第１の反射部分における主光線の第１の主光線高さＣＲＨ_１と、関連ある前記第２の部分における同じ主光線の第２の主光線高さＣＲＨ_２との間における主光線高さ比Ｒ_ＣＲＨ＝ＣＲＨ_１／ＣＲＨ_２に関して満たされるカタジオプトリック投影対物レンズを提供するものである。

投影ビームの断面を制御して、凹面鏡の領域内における投影ビームの区域が互いに介在しうるか、または寄り添いうるようにすると、大きい軸外有効物体フィールドが、高い開口数において、相対的に小さい設計物体フィールド用の設計に関して得られうることがわかった。これは、投影ビームを案内し、かつ整形して、投影ビームが凹面鏡に対して往復方向に、または凹面鏡の縁部を越えて案内される領域内における比較可能な軸方向位置での投影ビームの主光線高さが有意に異なるようにすると容易であることがわかった。主光線高さを大きく相違させることにより、フィールドフットプリント（たとえばフィールド面に近接するビーム断面）の大きさを有意に異ならせて、フットプリントの相互介在配置が可能になるようにすることができる。

前記の条件（１）および（２）は、１／α＜｜Ｒ_ＣＲＨ｜＜αかつα＝１．４の条件がいずれの凹面鏡に関しても満たされてはならないという意味にも言い表されうる。換言すれば、｜Ｒ_ＣＲＨ｜の値が１に等しくなることまたは１に近くなることは、回避されなければならない。

本発明は、さらにまた、光源から光を受けるとともに、自身の出射面において自身の光軸の外側に配置される軸外照明フィールドを形成する照明システムと、カタジオプトリック投影対物レンズとからなる投影露光システムにおいて、前記照明システムが本発明にしたがったカタジオプトリック投影対物レンズの一実施形態に適合化せしめられる投影露光システムに関する。好ましくは、前記照明システムは、いくつかの実施形態において長さ方向に対して垂直な幅方向における照明フィールドの側方縁部領域が前記光軸を通る交差メリジオナル平面と重複する一方で、内側縁部の中心区域が光軸から長さ方向にある半径距離を有するような寸法とされる円弧状の照明フィールドを創出するように設計される。

前記およびその他の特徴は、特許請求の範囲だけではなく、詳細な説明および図面にも示されており、個別の特徴は、単独または組み合わされた形態のいずれの形でも本発明の一実施形態として、かつその他の分野において用いられうるとともに、個別に有利かつ特許可能な実施形態を表しうる。

以下の本発明の好適な実施例の説明において、「光軸」という用語は、光学素子の曲率中心を通る直線または一連の直線分を指すものとする。本明細書において示されるこれらの例の場合は、物体は、集積回路のパターンまたは何らかのその他のパターン、たとえば格子パターンのいずれかを有するマスク（レチクル）である。本明細書において示される例において、物体の像は、フォトレジスト層により被覆される基板としての役割を果たすウェーハ上に投影されるが、液晶表示装置の構成要素または光学格子等のその他の種類の基板も可能である。

複数個の鏡を有する実施例が説明される。別段の記載がない限り、これらの鏡は、放射が鏡上において反射される順序にしたがって番号付けされる。換言すれば、鏡の番号は、鏡を、幾何学的な位置によるのではなく、放射の光路に沿った位置によって示している。

「前側」および「後側」という用語と、「上流」および「下流」という用語とは、光軸に沿う相対的な位置に関し、「前側」および「上流」は、物体面により近い位置に関する。

それが適切である場合は、異なる実施形態の同一または同様の特徴または特徴群は、同様の参照符号によって示される。参照番号が用いられる場合は、これらの参照番号は、実施形態間において１００または１００の倍数だけ大きくなっている。

表を用いて、図に示される設計の詳細を開示する場合は、表は、それぞれの図と同じ番号によって示される。

図１に、走査ステップ式の浸漬リソグラフィーによって大規模集積回路構成品を製作するのに用いられるウェーハスキャナＷＳの形態をとるマイクロリソグラフィー用投影露光システムの略図が示されている。この投影露光システムは、光源として、１９３ｎｍの動作波長を有するエキシマーレーザーＬからなり、その他の動作波長、たとえば１５７ｎｍまたは２４８ｎｍもまた可能である。下流の照明システムＩＬＬは、自身の出射面ＥＳにおいて、下流のカタジオプトリック投影対物レンズＰＯのテレセントリック要件に適合せしめられた大型の鮮鋭な境界の均質に照明される照明フィールドＩＦを生じしめる。この照明システムＩＬＬは、照明モードを選択するための装置を有するとともに、本例においては、可変コヒーレンス度を有する従来式軸上照明と軸外照明、特に環状照明（照明システムの瞳面内において環状の照明領域を有する）および双極子または四極子照明との間において切換え可能である。

前記照明システムの下流には、マスクＭを保持し、かつ操作して、前記マスクが投影対物レンズＰＯの物体面ＯＳと一致する照明システムの出射面ＥＳ内に位置するとともに、前記平面内において、照明システムと投影対物レンズとに共通の光軸ＯＡ（すなわちＺ方向）に対して垂直な走査方向（Ｙ方向）に移動せしめられて走査操作されるようにする装置ＲＳ（レチクル段）が配置される。

縮小投影対物レンズＰＯは、マスクにより提供されるパターンの像を４：１の縮尺でフォトレジスト層により被覆されるウェーハＷ上に結像させるように設計される。その他の縮尺、たとえば５：１または８：１もまた可能である。感光基板としての役割を果たすウェーハＷは、フォトレジスト層を有する平面状の基板面ＳＳが本質的に投影対物レンズの平面状の像面ＩＳと一致するように配置される。前記ウェーハは、スキャナ駆動装置からなって、該ウェーハをマスクＭと同期的に該マスクと平行に移動させる装置ＷＳ（ウェーハ段）によって保持される。この装置ＷＳは、さらにまた、マニピュレータを含んで、前記ウェーハを光軸ＯＡに対して平行なＺ方向と前記軸に対して垂直なＸおよびＹ方向とのいずれにも移動させる。前記光軸に対して垂直に延在する少なくとも１本の傾斜軸を有する傾斜装置が一体化される。

ウェーハＷを保持するために用いられる前記装置ＷＳ（ウェーハ段）は、浸漬リソグラフィー用に構成される。前記装置は、スキャナ駆動装置により移動せしめられうるとともに、その底部がウェーハＷを受ける平坦な凹部を有する受容装置ＲＤからなる。周縁部は、液体浸漬媒質ＩＭ用の上方に開口する扁平な液密受容部を形成し、前記浸液媒質は、図示されない装置によって前記受容部内に導入されるとともに、前記受容部から排出されうる。前記縁部の高さは、対物レンズの出射面とウェーハ表面との間における作動距離が適正に設定された場合に、充填される前記浸漬媒質がウェーハＷの表面ＳＳを完全に覆うことができ、かつ投影対物レンズＰＯの出射側端部部分が前記浸漬液内に浸りうるような寸法とされる。

投影対物レンズＰＯは、平凸レンズＰＣＬを像面ＩＳに最も近い最後の光学素子として有し、前記レンズの平面状出射面が投影対物レンズＰＯの最後の光学面となる。投影露光システムの動作時において、前記最後の光学素子の出射面は、浸漬液ＩＭ内に完全に浸されるとともに、前記浸漬液によって濡らされる。本例の場合は、屈折率ｎ_Ｉ≒１．４３７（１９３ｎｍ）を有する超純水が浸漬液として用いられる。

図１の差込略図に示されているように、照明システムＩＬＬは、弓形の形状を有する照明フィールドＩＦ（円環状フィールドまたは環状フィールド）を生じしめることができる。この弓形照明フィールドの大きさおよび形状は、マスク上のパターンの像を投影対物レンズの像面に投影するのに実際に用いられる投影対物レンズの有効物体フィールドＯＦの大きさおよび形状を決定する。照明フィールドＩＦは、走査方向に対して平行な長さＡと、走査方向に対して垂直な幅Ｂとを有する。光軸により近い湾曲状内側縁部ＩＥと、光軸からより離れるとともにＹ方向に長さＡだけ半径方向に偏移する外側縁部ＯＥとは、同じ縁部半径を有する。幅方向（Ｘ方向）の側方縁部領域は、Ｘ方向と光軸（Ｚ方向）とにより形成される交差メリジオナル平面ＣＭＰと重複する一方で、Ｙ軸上における内側縁部ＩＥの中心区域は、光軸からある半径方向距離を有する。前記照明フィールドは光軸を含まない（軸外照明フィールド）が、走査方向に対して垂直な交差メリジオナル平面を横切って両側に延在することが独特の特徴である。以下でも図２に関連して説明される、照明システムと投影対物レンズとの間の界面における特定の条件が、以下に詳細に説明されるように、コンパクトな軸方向および半径方向の寸法を有する高いＮＡの浸漬対物レンズの使用を可能にする。

本発明により解決されるひとつの問題を概説するものとして、図２に、マイクロリソグラフィーの投影工程において実際に用いられる有効物体フィールドＯＦが、投影対物レンズの設計物体フィールドＤＯＦ内においてどのように配置されうるかを示す、投影対物レンズの物体フィールド側における軸方向図のさまざまな略図が示されている。

図２（ａ）〜（ｃ）に、従来設計の例が示される一方で、図２（ｄ）には、本発明の実施形態が示されている（図１の差込図参照）。Ｒ_ＤＯＦおよびＲ_ＥＯＦという用語は、（ｅ）に図示されている。全ての例において、有効物体フィールドＯＦの長さＡおよび幅Ｂに関する大きさ、したがってアスペクト比ＡＲ＝Ｂ／Ａは、同一である。好ましくは、前記アスペクト比は、２：１〜１０：１の範囲内とされうる。有効物体フィールドを外囲する円形部分は、半径Ｒ_ＥＯＦを有しており、この半径は、図２の全ての例において同一である。各々の例において、有効物体フィールドＯＦは、光軸ＯＡに対して、有効物体フィールド内の全てのフィールド点が、所定の開口数において、投影ビームの口径食を生じることなく結像せしめられるように配置される。

設計物体フィールドＤＯＦは、有効物体フィールドを外囲する、光軸ＯＡと同軸の最小半径Ｒ_ＤＯＦの円形部分である。この設計物体フィールドは、意図されるリソグラフィー工程に関して十分な結像忠実度を有する投影対物レンズにより投影されうる物体面の全てのフィールド点を含む。換言すれば、Ｒ_ＤＯＦより小さい半径座標を有する区域内において、全ての像収差は、意図される投影の目的に関して十分に補正される一方で、少なくとも１つの収差は、設計物体フィールドの外側のフィールド点における所望のスレッショルド値を上回る。有効物体フィールドの形状および位置によって、光軸上および光軸の近傍のフィールド点を含む設計物体フィールドの全てのフィールド点は、十分に補正されうる。軸外有効物体フィールド、特に弓形の形状を有する軸外有効物体フィールド用に設計される投影対物レンズにおいては、十分な補正状態を有するフィールド点が、光軸のまわりにおいて環状区域（有効物体フィールドの位置を含む）を形成する一方で、光軸上および光軸のまわりの領域は、十分に補正されなくてもよい場合もありうる。設計物体フィールドの大きさは、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦを特徴とする。投影対物レンズの補正が容易になるほど、設計物体フィールド半径は小さくなるため、一般に、設計物体フィールド半径を最小限にすることが望ましい。

その一方で、効率的な投影工程を達成して、たとえば微細構造の半導体素子を製造するためには、有効に使用される物体フィールドＯＦを十分に大きくすることが望ましい。走査操作用に設計されるほとんどの投影露光システムでは、スリット状の物体フィールドＯＦが用いられ、結像対象のパターンと露光対象の基板とが、投影段階において走査方向Ｙに同期的に移動せしめられる。従来的に、走査方向Ｙに対して平行な長さＡと、前記走査方向に対して垂直な幅Ｂとを有する矩形の有効物体フィールドＯＦが用いられている（（ａ）および（ｂ）参照）。さらにまた、しばしば「円環状フィールド」または「環状フィールド」と呼ばれる弓形の物体フィールドが用いられることも周知である。図（ｃ）に示されるように、弓形のフィールドは、交差走査方向Ｘ（走査方向Ｙに対して垂直）において同じ幅Ｂを有する寸法とされうる。光軸により近い内側縁部ＩＥと、光軸からさらに遠い外側縁部ＯＥとは、同じ縁部半径Ｒ_Ｅを有しており、この縁部半径は、偶然にも、図（ｃ）の例においては設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦに対応するが、有効物体フィールドのベンディングによっては、前記半径と異なりうる（図６参照）。有効物体フィールドＯＦの長さＡは、走査方向Ｙにおける内側縁部ＩＥと外側縁部ＯＥとの間の半径方向の偏移によって決定される。

前記のように、有効物体フィールドを外囲する円形部分は、ＡおよびＢにのみ従属するとともに、全ての例に関して、以下のように計算される半径Ｒ_ＥＯＦを有する：

（ａ）の例は、純屈折性の投影対物レンズまたは偏光ビームスプリッター等の物理的ビームスプリッターを有するカタジオプトリック投影対物レンズまたは中心瞳オブスキュレーションを有するカタジオプトリック投影対物レンズに一般的である、光軸ＯＡを中心とする有効物体フィールドを示す。ここで、共心有効物体フィールドの設計物体フィールド直径

に関して、以下の条件が成り立つ：

「有効エタンデュ」は、本明細書において、物体側開口数と有効物体フィールドの半径Ｒ_ＥＯＦとの積として定義される一方で、「設計エタンデュ」は、本明細書において、物体側開口数と設計物体フィールドの半径Ｒ_ＤＯＦとの積として定義されることを考慮すると、エタンデュ比γは、以下のように定義される：
γ＝Ｒ_ＤＯＦ／Ｒ_ＥＯＦ
共心有効物体フィールドを有する設計は、γ＝１の最適エタンデュ比を有することとなり、相対的に大きい有効物体フィールドが、相対的に小さい寸法の設計物体フィールドを用いて結像せしめられうることがわかる。

本明細書の最初に説明されたように、共心の有効物体フィールドは、放射を凹面鏡に、かつ／または凹面鏡から案内する１個以上の平面状の折曲鏡を有するカタジオプトリック投影対物レンズには使用され得ない。その代わりとして、軸外の物体フィールドが用いられなければならない。図（ｂ）に一例が示されている。最小限の要件として、矩形の有効物体フィールドＯＦの内側縁部ＩＥは、光軸ＯＡのすぐ外側においてＹ≒０の位置に配置されなければならない。この場合は、この偏心（軸外）有効物体フィールドのまわりにおける設計物体フィールドの半径

は、以下の条件を満たすことになる：

しかし、現実的なシステムにおいては、製造許容差が観察されなければならないため、かつ中間像を正確に折曲鏡上に配置することは一般に推奨されないか、または不可能であるため、有限の偏移ＯＹが、有効物体フィールドＯＦの内側縁部ＩＥと光軸ＯＡとの間において存在する。したがって、この現実的な場合の矩形の有効物体フィールドにおける設計物体フィールド半径

の合理的な最低値は、以下の条件において観察されると考えられる：

図２（ａ）および（ｂ）間における比較から、軸外有効物体フィールドを有する投影対物レンズは、一般により大きい半径の設計物体フィールドを必要とすることは明白である。任意の開口数において、この要件は、一般に、共心有効物体フィールドを有する純屈折性のシステムまたはその他のシステムと比べて、レンズおよびその他の光学素子の大きさを増大させる必要性に対応する。

同様の問題は、軸外の弓形フィールドが用いられる場合に認められる（図（ｃ）参照）。一般に、走査方向における最小限の偏移ＯＹが、口径食を回避するために必要とされる。

以下に示されるように、本発明の好適な実施形態にしたがったカタジオプトリックインライン投影対物レンズは、

の半径を有する設計物体フィールド内に配置される長さＡおよび幅Ｂを有する有効物体フィールドを、口径食を生じることなく結像させることを可能にし、ここで、
１≦γ＜１．４
である。

矩形の有効物体フィールドを有する好適な設計が、γ≧１．４以上を特徴とすることが見出されたことを考慮すると、より好ましいエタンデュ比に向けたさらなる改良は、投影対物レンズを、所定の形状を有する弓形の有効物体フィールドが口径食を生じることなく結像せしめられうるように設計することによって得られる。ここで、エタンデュ比γ＜１．２が得られうる。いくつかの実施形態においては、軸外有効物体フィールドを交差メリジオナル平面ＣＭＰと側方縁部領域内で重複させることができる（図２（ｄ）参照）。ここで、エタンデュ比γ＜１．１が得られうる。

図１に関連して例証的に説明されたようなマイクロリソグラフィー用投影露光システムに用いられるようにされるカタジオプトリック投影対物レンズの好適な実施形態を以下に詳細に説明する。

以下に示される全ての実施形態において、全ての曲面鏡の曲率面は、鏡群軸をも示す共通の回転対称軸を有する。鏡群軸は、投影対物レンズの光軸ＯＡと一致する。偶数個の鏡を有するカタジオプトリック投影対物レンズ、特にインラインシステムとも呼ばれる軸対称装置が、このようにして得られる。これらの設計においては、いかなる平面状折曲鏡も用いられないか、または必要とされない。有効物体フィールドおよび像フィールドは、軸外であり、すなわち光軸からある半径方向距離に配置される。全ての装置は、光軸を中心とする円形の瞳を有して、以ってマイクロリソグラフィー用投影対物レンズとして使用されうる。

図３に、平面状の物体面ＯＳ（物体平面）内に配置されるレチクル上のパターンの像を平面状の像面ＩＳ（像平面）上にある縮尺、たとえば４：１で投影する一方で、正確に４個の中間実像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２、ＩＭＩ３およびＩＭＩ４を創出するように設計されるカタジオプトリック投影対物レンズ３００の実施形態のメリジオナル平面（Ｙ−Ｚ平面）におけるレンズ断面図が示されている。光軸ＯＡの外側に配置される軸外有効物体フィールドＯＦは、これにより、軸外像フィールドＩＦ上に投影される。前記有効物体フィールドＯＦは、一般に図２（ｄ）にしたがった形状の弓形「環状フィールド」である。メリジオナル平面（図の平面）内における軸外物体フィールドＯＦの外側フィールド点の主光線ＣＲの軌道は、ビーム路を辿りやすくするために、太線で図示されている。

本出願において、「主光線」（プリンシパルレイとしても知られる）という用語は、有効に使用される物体フィールドＯＦの最外側フィールド点（光軸から最も遠い）から放射されるとともに、少なくとも１個の瞳面位置において光軸と交差する光線を指す。システムの回転対称性により、主光線は、実証のために図に示されるように、メリジオナル平面において物体高さＲ_ＤＯＦを有する同等のフィールド点から選択されうる。物体側において本質的にテレセントリックである投影対物レンズでは、主光線は、物体面から平行に、または光軸に対して非常に小さい角度をなして出射する。結像工程は、さらにまた、周辺光線の軌道を特徴とする。本明細書において用いられるところの「周辺光線」とは、軸方向の物体フィールド点（光軸上）から開口絞りＡＳの縁部へと至る光線である。この周辺光線は、軸外有効物体フィールドが用いられる場合は、口径食により像形成に寄与しないことがある。主光線および周辺光線は、投影対物レンズの光学特性を特徴付けるために選択されうる。

５個のレンズによってもたらされる正の屈折力を有する、物体面のすぐ後続の第１のレンズ群ＬＧ１は、結像サブシステムとして作用して、第１の中間像ＩＭＩ１を形成する。物体面と第１の中間像との間において形成される前側瞳面ＦＰＳは、第１のレンズ群ＬＧ１の像側端部領域内において、主光線ＣＲが光軸ＯＡと交差する軸方向位置に配置される。

光軸に垂直な鏡群平面ＭＧＰに対して鏡面対称に配置される４個の凹面鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４によって構成される純反射性の（カトプトリック）鏡群ＭＧは、前記第１の中間像から第２の中間像ＩＭＩ２を、かつ前記第２の中間像から第３の中間像ＩＭＩ３を形成するように設計される。全ての中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２、ＩＭＩ３は、凹面鏡によって形成されるカタジオプトリック空洞部内に配置される。

４個の正レンズによってもたらされる正の屈折力を有する第２のレンズ群ＬＧ２は、前記第３の中間像ＩＭＩ３から第４の中間像ＩＭＩ４を形成する結像システムである。第３および第４の中間像間において形成される後側瞳面ＲＰＳは、第２のレンズ群の入口領域内において、該レンズ群の第１のレンズの入射面に接近して位置する。

１２個のレンズ（２個のみが負レンズ）によってもたらされる正の屈折力を有する第３のレンズ群ＬＧ３は、縮小倍率を有する集束レンズ群として設計されて、前記第４の中間像ＩＭＩ４を像面ＩＳ上にある縮尺で結像させる。

極小ビーム直径を特徴とするくびれ領域ＣＯＮは、第４の中間像ＩＭＩ４の位置を含んで、第２および第３のレンズ群ＬＧ２およびＬＧ３間において形成される。

第１のレンズ群ＬＧ１は、物体フィールドから到来する放射を鏡群入口の方へと収束させるように設計される前側レンズ群ＦＬＧを形成する。第２のレンズ群ＬＧ２と第３のレンズ群ＬＧ３とは、組み合わさって、鏡群出口ＭＧＯから出射する放射を像面上に集束させる後側レンズ群ＲＬＧとしての役割を果たす。

純反射性の（カトプトリック）鏡群ＭＧは、ペッツヴァルの和の強力な過剰補正をもたらして、該鏡群の上流および下流のレンズの正の屈折力の逆の効果を打ち消すように設計される。この目的のために、鏡群ＭＧは、光軸に対して物体フィールドＯＦとは反対側に配置される第１の凹面鏡Ｍ１と、光軸に対して物体フィールド側に配置される第２の凹面鏡Ｍ２と、これもまた光軸に対して物体フィールド側に配置される第３の凹面鏡Ｍ３と、物体フィールドとは反対側に配置される第４の凹面鏡Ｍ４とによって構成される。凹面鏡の各鏡面は、物理的な鏡面の縁部を超えて延在し、かつ該鏡面を含む数学的な面である「曲率面」または「曲率の面」を形成する。全ての凹面鏡は、光軸上において共通の回転対称軸を有する回転対称の曲率面の一部分である。

物体側の鏡Ｍ２およびＭ４は、共通の鏡基板上に形成される共通の曲率面を有する鏡対を形成する。鏡群入口ＭＧＩは、鏡Ｍ２およびＭ４間において光軸を含む前記鏡基板内の穴によって形成される。鏡の構成が、光軸に対して垂直な対称面（鏡群平面ＭＧＰ）に対して鏡面対称であるため、鏡群出口ＭＧＯが第３の鏡Ｍ３と第１の鏡Ｍ１との間において共通の鏡基板内の穴により形成される出口側において、対称条件が得られる。鏡群入口ＭＧＩと鏡群出口ＭＧＯとのいずれもが光軸を含む。

鏡群入口ＭＧＩは、前側瞳面ＦＰＳに幾何学的に近接する軸方向位置を有する。主光線高さ（すなわち光軸と主光線との間における半径方向距離）は、前側瞳面において零に等しいため、鏡群入口の透光部における入口主光線高さＣＲＨＩは小さい。図３において、点ＴＩは、主光線が鏡群入口を通過する位置を示す。主光線が位置Ｒ１（点）において衝突する第１の鏡Ｍ１上における反射後に、放射ビームは、光軸を横切って、第２の鏡Ｍ２に入射する。第２の鏡の第２の反射部分（フットプリント）は、主光線が第２の鏡に衝突する位置Ｒ２（点）を含む。対応する第２の主光線高さＣＲＨ２は、第１の主光線高さより大きい（光線高さは、この場合は物体フィールド側を正値として、光軸に対して半径方向に測定される）。第２の中間像の形成および第３の鏡Ｍ３（主光線がＲ３において衝突する）上における反射の後に、放射ビームは、再び光軸を横切って、第４の鏡Ｍ４上において、主光線が該第４の鏡上で反射される位置Ｒ４（点）を含む第４の反射部分に入射する。対応する第４の主光線高さＣＲＨ４は、入口主光線高さＣＲＨＩより小さくなる。さらにまた、第２および第４の主光線高さＣＲＨ２およびＣＲＨ４は、互いに逆の符号を有する。さらにまた、ビームが鏡群から出射する位置（ＴＯ）において測定される出口主光線高さＣＲＨＯより、第１の主光線高さＣＲＨ１は小さく、第３の主光線高さＣＲＨ３は大きくなる。また、第１および第３の主光線高さＣＲＨ１およびＣＲＨ３は、逆の符号を有する。

入口主光線高さＣＲＨＩの小さい絶対値は、鏡群入口が瞳面に緊密に近接していることを示す。これに対して、第２および第４の反射における主光線高さの大きい絶対値は、これらの反射が、瞳面から光学的に遠く離れて、近くのフィールド面（第２の反射の場合はＩＭＩ２、第４の反射の場合はＩＭＩ３）に光学的により接近して起こることを示す。鏡群の対称性により、第１および第３の鏡Ｍ１、Ｍ３上における反射もまた、瞳面よりフィールド面に接近し、鏡群内における全ての反射が、瞳面から光学的に遠いフィールド面に接近して起こることがわかる。

鏡群の対称性により、前側瞳面ＦＰＳは、鏡群入口付近に配置される一方で、光学的に共役の後側瞳面ＲＰＳは、鏡群出口付近に位置する。鏡群内において、３個の中間像（フィールド面に対応）が配置される。光の伝搬路に沿って見ると、第１の中間像ＩＭＩ１は、Ｍ１における第１の反射の上流に配置され、第２の中間像ＩＭＩ２は、Ｍ２およびＭ３間において第２および第３の反射間に配置され、第３の中間像ＩＭＩ３は、Ｍ４における第４の反射のすぐ下流に配置される。鏡群平面ＭＧＰは、鏡群入口と鏡群出口との間において、投影ビームにより５回通過される。

物体面に最も近い鏡頂点（鏡Ｍ２、Ｍ４）と像面に最も近い鏡頂点（鏡Ｍ１、Ｍ３）との間における軸方向距離として定義される軸方向鏡群長さＭＧＬは、投影対物レンズの軌跡全長ＴＴ（物体面と像面間の軸方向距離）の３０％未満となり、軸方向にコンパクトな鏡群であることがわかる。

前記第２の中間像は、主光線ＣＲが第２の中間像の領域において光軸に対して略平行に進むという事実によって示されるように、本質的にテレセントリックである。本質的に平行なビームが、第１および第２の鏡Ｍ１、Ｍ２間において存在して、第２の瞳面Ｐ２を第２の鏡の焦点に接近して形成する。同様に、平行ビームは、第３および第４の鏡Ｍ３、Ｍ４間において存在して、第３の瞳面Ｐ３を第３の鏡Ｍ３の焦点付近に形成する。

投影対物レンズ３００は、対物レンズの出射面と像面との間における高屈折率浸漬液、たとえば純水とともに用いられる場合にＮＡ＝１．３５の像側開口数を有するλ＝１９３ｎｍ用浸漬対物レンズとして設計される。詳細は、表３にまとめられている。最左側欄に、屈折性、反射性またはその他の指定の面の番号が列挙されており、第２欄に、その面の半径ｒ［ｍｍ］が列挙され、第３欄には、光学面の「厚さ」と呼ばれるパラメータである、その面と次の面との間における距離ｄ［ｍｍ］が列挙され、第４欄には、その光学素子の製造に用いられる材料が列挙され、第５欄には、その材料の屈折率が列挙されている。第６欄には、その光学素子の光学的に利用可能な有効半径［ｍｍ］が列挙されている。表中の半径ｒ＝０は、平面（無限半径を有する）を示す。

表３の数多くの面は、非球面である。表３Ａに、これらの非球面の関連データが列挙されており、このデータから、高さｈの関数としての面形状のサジッタまたは突出高さｐ（ｈ）が、下式を用いて計算されうる：

ここで、半径の逆数（１／ｒ）は、問題の面の面頂点における曲率であり、ｈは、光軸からその面上の点までの距離である。したがって、サジッタまたは突出高さｐ（ｈ）は、前記問題の面の頂点から前記点までのｚ方向、すなわち光軸に沿って測定される距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表３Ａに列挙されている。

図３の実施形態において、物体側の鏡Ｍ２およびＭ４は、同じ曲率面を有して、両方の鏡に共通の鏡基板を用いることが可能になっている。同様に、像側の鏡Ｍ１、Ｍ３の面曲率は同一であり、これらの鏡に共通の基板を用いることが可能になっている。しかしながら、物体側の鏡と像側の鏡との曲率面は、異なる。また他の実施形態においては、物体側の鏡と像側の鏡とが同一の面曲率を有し得、以って鏡群の鏡の製造が容易になりうる。また、４個の別々の鏡基板を用いて、以って面曲率と各鏡の頂点位置とに関して収差制御の柔軟性を高めることを可能にすることもできる。

有効に使用されるフィールドに関して高い幾何学的光伝導値（エタンデュ、開口数と対応するフィールドの大きさとの積）を得るためのいくつかの考慮事項を以下に示す。前記に説明されたように、放射は、瞳面（前側瞳面ＦＰＳ）に幾何学的に接近している鏡群入口ＭＧＩにおいて４枚鏡式設計に入射し、鏡群出口ＭＧＯもまた瞳面（後側瞳面ＲＰＳ）に幾何学的に接近しており、鏡群が光学システム内において瞳結像を行なうことがわかる。さらに、各々の鏡面は、鏡が光学システムの瞳面よりフィールド面に光学的に接近しているという意味において、フィールド面（中間像）に光学的に接近して配置される。特に、主光線高さは、周辺光線高さより大きく、鏡面において周辺光線高さの２倍をも上回る。瞳面の領域におけるビームの口径食を回避するために、ビームは、鏡群入口または鏡群出口を形成する鏡の幾何学的に最も近い縁部を通過しなければならない。鏡上におけるビームのフットプリントに関しては、フットプリント全体が、口径食を引き起こす鏡の縁部を通過するのではなく、鏡の反射部分上に位置するように注意しなければならない。また他の実際的な要件は、十分に大きい有効物体フィールドを可能な限り光軸の近くに得て、投影対物レンズが十分に補正されなければならない設計物体フィールド直径を最小限に抑えることである。これらの条件下において、瞳の大きさ（すなわち瞳面におけるビームのビーム直径）が、鏡群入口と鏡群出口とに幾何学的に接近する瞳平面において可能な限り小さくなるように光学システムを設計することが有効であることがわかった。この部分における小さい瞳により、幾何学的に接近したフィールド（隣接する鏡上または該鏡の近辺にある）を、ビームを鏡縁部に衝突させることなく、光軸に可能な限り接近させて位置させることが可能になる。さらに近軸主光線角度ＣＲＡと瞳の大きさとの積が光学結像システムにおいて定数（ラグランジュの不変量）であることを考慮すると、小さい瞳は、その瞳面における大きい主光線角度に対応する。これに関連して、本明細書に示される種類の鏡群を有するカタジオプトリックインラインシステムにおいては、最大主光線角度ＣＲＡ_ｍａｘを臨界値より大きくして、以って鏡群入口および鏡群出口に近接して小さい瞳と斜めビーム路とを形成させて、さらに、それによって高開口数においても大きい軸外物体フィールドを光軸に近接して位置させることが有効であることがわかった。

鏡群入口に近接する前側瞳面ＦＰＳにおける最大主光線角度ＣＲＡ_ｍａｘは、図３において約４０°である。ＣＲＡ_ｍａｘの有効値は、約２０°〜約５０°の間の範囲内でありうる。より低い値では、瞳の大きさが増大して、補正対象となる設計物体フィールド直径を大きくしなければ口径食を回避することがより困難になる。前記上限より高い値では、鏡面を光軸からさらに遠くまで延在させなければならないことがあり、以って鏡群の大きさが半径方向に拡大するとともに、鏡の製造と取付けとがより困難になる。

投影対物レンズは、図２（ｄ）に示されるものと同様の弓形の環状フィールドから発する放射を、口径食を生じることなく投影するようになっている。その結果として、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦは、共心の軸外物体フィールド（図２（ａ））を有するシステムにおいて得られうる最小設計物体フィールド半径Ｒ_ＥＯＦに非常に近くなる。ここで、Ｒ_ＤＯＦ＝５６ｍｍの設計物体フィールド半径が、Ｂ＝２６ｍｍおよびＡ＝５．５ｍｍを有する環状フィールドに関して得られる。Ｒ_ＥＯＦ＝５３．１５となり、これは、エタンデュ比γ＝１．０５に対応する。

γの値をさらに一層小さくして、γ＝１に近づけること、またはさらにはγ＝１にすることが可能である。しかし、この場合は、より極端な形状の環状フィールドが必要になる。

投影対物レンズを透過する投影ビームの特定の特性を以下に図４を参照して説明する。（ａ）に、図３のシステムが示されており、物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４と像側の鏡Ｍ１、Ｍ３との曲率面は、各対をなす鏡Ｍ１、Ｍ３およびＭ２、Ｍ４が１個の鏡対として共通の基板上に形成されうることを示すために、光軸を横切って延在せしめられている。図（ｂ）および（ｃ）には、投影ビームの「フットプリント」が示されている。投影ビームの「フットプリント」は、光軸に対して直交する任意の面における投影ビームの大きさと形状とを表す。前記図のビームのフットプリントは、物体側の鏡または像側の鏡の曲率面上において選択されるフィールド点のフィールド点フットプリントの軸方向投影図（Ｚ方向に対して平行）によって得られる。図４（ｂ）の投影図に、鏡群入口ＭＧＩに近接する物体側の鏡Ｍ２およびＭ４上における反射の状態と、投影ビームが鏡群に入射するＭＧＩを形成する透光部における状態とが示されている。これに対して、図４（ｃ）には、鏡群出口ＭＧＯに近接する像側の鏡Ｍ１およびＭ３上における状態が図示されており、以って像側の鏡Ｍ１、Ｍ３上における反射のフットプリントと、投影ビームが鏡群ＭＧから出射する、光軸のまわりの透光部におけるフットプリントとが示されている。

いずれの側においても、光軸を含むとともに鏡群に入射または鏡群から出射する時の投影ビームを表す中央のフットプリントは、光軸のＹ方向のいずれかの側における鏡上での反射を表す上方または下方の腎臓形のフットプリント（ｙ方向）と重複しない。遷移時（ＭＧＩまたはＭＧＯにおける）のフットプリントと、Ｍ１〜Ｍ４での反射を表すフットプリントとの間における重複がないため、鏡群の入口または出口付近において、ビームの口径食が回避される。

さらに、それぞれＭ２、Ｍ４またはＭ１、Ｍ３での反射を表す上側および下側のフットプリントは重複しない。これらのフットプリントが重複することなく介在し合うことは明らかである。これは、交差走査方向（Ｘ方向）の反射フットプリントが有意に異なる寸法を有することによって可能になる。各々の場合において、ｘ方向の上側の反射（それぞれＭ２またはＭ３）のフットプリントの直径は、それぞれＭ１、Ｍ４における下側の反射のそれぞれの直径の８０％未満または７０％未満である。この大きさの相違により、各フットプリントに関して、側方縁部（Ｘ方向）が、光軸と交差走査方向であるＸ方向とによって張られる交差メリジオナル平面ＣＭＰを横切って延在するように、フットプリントを介在させることが可能になる。フットプリントを重複させずに、このような態様で介在させることができるため、円弧状の有効物体フィールドＯＦは、側方縁部（Ｘ方向）がＸ−Ｚ平面（交差メリジオナル平面ＣＭＰ）を横切って延在するような態様で、物体フィールドに接近して配置されうる（図２（ａ）参照）。これにより、非常に小さい半径の設計物体フィールドＤＯＦを得ることができて、光学設計が有意に容易になる。

鏡上のフットプリントが、図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように重複しない実施形態において、鏡群のそれぞれの鏡は、同一または同様の頂点位置を有しうる物理的に分離された鏡として設計されうる。次に、鏡縁部の実際の形状を限定する鏡の物理的な分離は、口径食を回避するために、反射されるそれぞれのフットプリントの腎臓形の形状に適合せしめられなければならない。

光軸のいずれかの側の２個の鏡が共通の鏡基板上において共通の曲率面を共有する実施形態では、関連ある反射、たとえば物体側の鏡Ｍ２およびＭ４上における反射のフットプリントは、ビームの口径食を引き起こすことなく重複しうることは、注目に値する。

前記に指摘されたように、曲面鏡によって形成される曲率面上における投影ビームのフットプリントが、介在し合うか、または寄り添い合う態様に配置されうるような寸法を有する場合は、小さい設計物体フィールド半径を得ることが有利であることがわかった。たとえば、Ｍ２およびＭ４における反射の腎臓形フットプリントは、鏡群入口ＭＧＩにおいて鏡Ｍ２およびＭ４により形成される曲率面を介した投影ビームの透過を表す中央のフットプリントのまわりにおいて寄り添っている。さらにまた、Ｍ２およびＭ４における異なる寸法の反射フットプリントは、該フットプリントが、好ましくはフットプリントの側方縁部領域が交差メリジオナル平面ＣＭＰと重複する程度に互いに寄り添い合うことを可能にする。

中間像に近接するフットプリントの寸法は、主に光学システム内におけるそれぞれの位置での投影ビームの主光線高さＣＲＨによって決定されることは、注目に値する。たとえば、反射に対応する主光線高さと幾何学的に近接する透光に対応する主光線高さとが、等しいが、逆の符号を有する場合は、フットプリントの側方縁部は、直接対向し合って、側方縁部が交差メリジオナル平面を超えて延在することはありえないようになる。このような条件下では、図２（ｄ）に略図で示されるような最小限の大きさの円弧状の有効物体フィールドは、一般に不可能である。

観察されるフットプリントが、光学的に共役の中間像の領域内にあるシステムでは、比較されるフットプリントは、本質的に鮮鋭な物体フィールドの像を表す。この場合は、それぞれのフットプリントにおける主光線高さの比は、本質的に、中間像間における倍率に対応する。倍率が単一体と有意に異なる場合は、有意に異なる寸法のフットプリントが得られ、これによって、フットプリントを本質的に図４（ｂ）および（ｃ）に示されるように互いに介在させることが可能になる。しかし、フットプリントの大きさが決定される臨界面が、中間像の有意に外側に位置する場合は、フットプリントの大きさは、それぞれの位置における周辺光線高さにも影響され、これは、本質的に、焦点はずれ量または次の中間像までの光学距離を示す。この場合も、主光線高さの有意な差が、有意に異なる寸法を有するフットプリントを得て、図４（ｂ）および（ｃ）の配置と同様の介在配置を可能にするための前提条件になると思われる。

図５に、鏡群の凹面鏡の所定の曲率面におけるフットプリントの代表的な例が図示されて、第１の反射部分における第１の主光線高さと関連ある第２の部分（反射性または透過性）における同じ主光線の第２の主光線高さＣＲＨ_２との間における主光線高さ比Ｒ_ＣＲＨ＝ＣＲＨ_１／ＣＲＨ_２と、フットプリントの相対的な大きさとの間における関係が示されている。主光線ＣＲの入射位置は、（ｃ）において、それぞれＣＲ_１およびＣＲ_２として示される。各々の場合において、有効物体フィールドは、一般に、図２（ｄ）にしたがった形状および位置（縁部が交差メリジオナル平面ＣＭＰと重複）を有して、極端な環状フィールドにおいてγを１に近づけること、またはγ＝１にすることを可能にする。フットプリントは、観察される前記面が正確に中間像によって形成される面内にないことによる焦点はずれを示す円によって取り巻かれる各フィールド点（点）における主光線を示すいくつかの個別のフィールド点によって形成される。

Ｒ_ＣＲＨ＝１（図（ａ）参照）の場合は、フットプリントは、本質的に同じ大きさを有し、このために、フットプリントは、側方縁部領域において重複することになる。両方のフットプリントが鏡対の同じ鏡面上における反射に対応しない限り、ビームの口径食が起こる。Ｒ_ＣＲＨ＝１．３（図（ｂ）参照）でも、依然としてフットプリントの重複が起こる。（ｃ）において、第２の部分内における下側のフットプリントの大きさは、主光線高さ比が約Ｒ_ＣＲＨ＝１．６に増加するため、さらに減じられる。いかなる重複も起こらず、介在し合うフットプリント間において、十分な余裕高（側方距離）が得られて、口径食のない結像が可能になることは明白である。余裕高と大きさの差とは、主光線高さ比が、たとえば、（ｅ）において、Ｒ_ＣＲＨ＝約８．０に増加すると増加する。鏡面を中間像により接近させて配置することができる場合および／または有効物体フィールドの長さＡが、前記の実施形態の場合より小さく選択される場合は、フットプリントの分離が、Ｒ_ＣＲＨがより小さい値、たとえばＲ_ＣＲＨ＝１．４でも得られうる。

したがって、投影ビームが、第１の主光線高さＣＲＨ_１により表される、鏡群の曲面鏡の第１の反射部分において所定の大きさのフットプリントを生じしめ、投影ビームが、透光または反射のいずれであっても、同じ曲率面上において前記第１の反射部分に対して偏移する第２の部分に入射する場合は、第２の部分内における主光線高さに対応する第２の主光線高さＣＲＨ_２は、第１の反射部分における第１の主光線高さと有意に異なって、それぞれのフットプリントが、口径食を引き起こすことなく、緊密に近接することが可能になる。主光線高さの差は、設計の全ての曲面鏡に関して得られなければならない。好ましくは、
｜Ｒ_ＣＲＨ｜＜１／α または ｜Ｒ_ＣＲＨ｜＞α
かつ
α＝１．４
の条件が、第１の反射部分における第１の主光線高さと関連ある第２の部分における第２の主光線高さＣＲＨ_２との間における主光線高さ比Ｒ_ＣＲＨ＝ＣＲＨ_１／ＣＲＨ_２に関して満たされるべきである。前記第２の部分は、投影ビームが、第１の反射が起こる曲面鏡により形成される曲率面を透過する透光部分でありうる。さらにまた、前記第２の部分は、第１の反射が起こる曲面鏡により形成される曲率面に近接する鏡面を有する鏡群のまた他の曲面鏡の反射面に付随することも可能である。好ましくは、α≧１．６、より好ましくは、α≧１．８、さらに一層好ましくは、α≧２．０である。図３の実施形態において、ＴＯでの出射ビームと第３の鏡での反射（Ｒ３）との間において像側で測定すると、α＝２．９２となる。

図３および４の実施形態において、投影対物レンズのそれぞれのフィールド面に近接する反射を表すフットプリント（中間像）は、互いに有意に離間することは明白である。同様に、有意な側方距離が、中央のフットプリント（瞳フットプリント）と、隣接するフィールドフットプリント（反射に対応）との間において存在する。このことは、図４（ｂ）に示されたフットプリントの略図である図６（ａ）の略図に示されている。こうした条件下において、環状フィールドの大きさは、たとえば長さＡを１０％または２０％または３０％だけ増加させることにより、増大せしめられうる。この場合に、より大きい有効物体フィールドが得られて、以って製造工程の生産性が高まる。

また、弓形フィールドの曲率（またはベンディング）を減じること（たとえば、フィールドの内側および外側縁部の縁部半径を増加させることによる）も可能である。これは、図６（ｂ）および（ｃ）の略図に示されている。図６（ｃ）に示されるように、弓形フィールドの曲率または「ベンディング」Ｂは、Ｂ＝ｂ／ａによりパラメータ化され得、ここで、ａは、有効物体フィールドと設計物体フィールドＤＯＦの縁部との間における接点を通る割線と設計物体フィールドＤＯＦの縁部との間における半径方向の距離であり、ｂは、前記割線と有効物体フィールドの外側縁部との間における半径方向の距離である。ここで、矩形の有効物体フィールドの場合は、Ｂ＝０であり、対応する設計物体フィールドのように湾曲する外側縁部を有する有効物体フィールドの場合は、Ｂ＝１である。０＜Ｂ＜１の場合は、メリジオナル断面におけるフットプリントは、互いにより近くに移動する一方で、フィールドの側方縁部（Ｘ方向）のフィールド点は、本質的に変化しないままになる。この種の扁平な環状フィールドの使用は、オーバースキャンを減少させるとともに、より単純な照明システムの使用を可能にするために用いられうる。

図７において、さまざまな値のベンディングパラメータＢおよびエタンデュ比γにおける凹面鏡の曲率面内のフットプリントの形状の略図が、（ａ）〜（ｃ）には円弧状の有効物体フィールドに関して、（ｅ）には、比較のために、ｂ＝０の矩形の有効物体フィールドに関して示されている。

図８に、互いに向き合うとともに、光軸の相反する側に配置される２個の凹面鏡のみを有する鏡群ＭＧを有する投影対物レンズ８００の図が示されている。詳細は、表８、８Ａに示されている。この投影対物レンズは、結像サブシステムとして作用して、第１の中間像ＩＭＩ１を形成する前側レンズ群ＦＬＧを有する。第２のカトプトリックサブシステムは、鏡群ＭＧによって形成されるとともに、前記第１の中間像から第２の中間像ＩＭＩ２を形成させるように設計される。後側レンズ群ＲＬＧは、結像サブシステムとして設計されて、前記第２の中間像を像面ＩＳ上にある縮尺で結像させる。鏡ＭＧは、物体側を向く連続的な（非断続的）鏡面を有する第１の凹面鏡Ｍ１と、像側を向く連続的な鏡面を有する第２の凹面鏡Ｍ２とによって構成される。鏡群入口ＭＧＩは、第２の鏡Ｍ２によって形成される曲率面が光軸ＯＡと交差する領域内に形成される一方で、鏡群出口ＭＧＯは、第１の鏡Ｍ１の曲率面が光軸と交差する領域内に形成される。両方の中間像（少なくとも該中間像の同軸部分）は、前記凹面鏡によって形成される鏡間空間内に配置される。いずれの鏡も、光学的に中間像付近、すなわち瞳面から光学的に遠くに配置される。鏡群入口は、幾何学的に、前側レンズ群ＦＬＧの出口レンズの近傍の前側瞳面ＦＰＳと第１の中間像との間の中間領域内に配置される。鏡群出口ＭＧＯは、前記第２の中間像の光学的に近傍かつ開口絞りＡＳが配置される後側瞳面ＲＰＳから光学的に遠くに位置する。

前記第２の中間像ＩＭＩ２を強い縮尺で像面ＩＳ上に結像させる役割を果たす屈折性結像サブシステムＲＬＧは、くびれ領域ＣＯＮの近傍において小直径を有する３個の負レンズによりもたらされる負の屈折力を有する。これらのレンズは、ペッツヴァルの和の補正に寄与する。

図８の実施形態は、本出願人の２００４年１月１４日出願の米国仮出願第６０／５３６，２４８号に開示されるところの基本設計を有する２枚鏡式インライン形カタジオプトリック投影対物レンズまたは本出願人の２００５年２月２３日出願の「カタジオプトリック投影対物レンズ」という名称の米国仮出願に開示されたシステムの変形態様である。これらの文献の開示内容は、参照により本明細書に取り入れられる。

弓形の物体フィールドＯＦと縮小像フィールドとの間において投影対物レンズを通過する投影ビームの固有の特性を以下に図９を参照して説明する。（ａ）において、図８のシステムは、物体側の鏡Ｍ２と像側の鏡Ｍ１との曲率面が、鏡の反射部分と、投影ビームが鏡の縁部を通過する対応する透光部との位置を示すために、光軸を横切って延在せしめられて図示されている。図９（ｂ）に、鏡Ｍ１における出口側のフットプリントが示されており、図９（ｃ）には、入口側のフットプリントが示されている。鏡群入口ＭＧＩにおける小直径のビーム断面と、フィールド面に近接する位置で予想される腎臓形と瞳面に近接する位置で予想される円形との中間物である形状とは、鏡群入口が前側瞳面ＦＰＳと第１の中間像ＩＭＩ１との間の中間に位置することを示す。これに対して、Ｍ２における反射の湾曲状の形状が有効物体フィールドの形状（図２（ｄ））と同様であることは、Ｍ２における反射と第２の中間像とが光学的に近接することを示す。（ｂ）に示される出口側では、状況は異なる。ここで、環状の形状のフットプリントにより示される、Ｍ１における反射は、フィールド面に光学的に近接して起こる。入口側とは逆に、鏡群出口ＭＧＯに近接するビーム断面もまた、物体フィールドの形状に酷似する形状を有しており、鏡群出口ＭＧＯが、第２の中間像ＩＭＩ２のフィールド面に光学的に近接して、かつ開口絞りＡＳが配置される次の瞳面ＲＰＳから光学的に遠くに位置することがわかる。

図９（ｂ）および（ｃ）から、鏡Ｍ１およびＭ２における反射と、前記鏡のそれぞれの曲率面を介する幾何学的に最も近接する投影ビームの透過との間において、いかなる重複も起こらず、以って口径食が回避されることは明白である。さらにまた、Ｍ１およびＭ２における反射のフットプリントの側方縁部領域は、図２（ｄ）に示されるように、交差メリジオナル平面ＣＭＰを超えて延在して、対応する物体フィールドが同様の特性を有することがわかる。反射時および透光時の対応するフットプリント間における主光線高さ比に関して、α＝１．６７の値が鏡群の像側において得られて、反射時および対応する透光時の主光線高さは、小さい設計物体フィールド半径において口径食を起こすことなく投影を可能にしうるだけの十分な差を有することがわかる。光軸に対向する鏡Ｍ１およびＭ２の縁部の可能な形状は、図９（ｂ）および（ｃ）に破線で示されている。側方鏡縁部（Ｘ方向）は、ビームの口径食を引き起こすことなく、交差メリジオナル平面ＣＮＰを超えて延在せしめられうることが明白である。この場合も、反射時のフットプリント（大）と対応する透光時のフットプリント（より小）との有意な大きさの相違によって、フットプリントを介在し合わせることが可能になる。ここで、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦ＝５６ｍｍが、Ｂ＝２６ｍｍおよびＡ＝５．５ｍｍを有する環状フィールドにおいて得られる。Ｒ_ＥＯＦ＝５３．１５の場合、これは、エタンデュ比γ＝１．０５に対応する。

図１０の略図に、非常に小さい設計物体フィールド半径において弓形のフィールドを投影するのに適する好適な実施形態のさらに他の独特の特性が示されている。図１０（ａ）には、物体面上の軸方向図が示されている。斜線領域ＯＣは、所定の像側開口数ＮＡ＝１．３５においてシステムにより口径食を生じることなく結像せしめられうる全ての物体フィールド点の集合体により形成される光チャネルを表す。この特定の光チャネルは、交差走査方向であるＸ方向に沿う側方縁部領域において交差メリジオナル平面ＣＭＰのいずれの側からもフィールド点を結像させる能力を有することは明白である。図（ｂ）および（ｃ）に、像側の鏡Ｍ１（ｂ）と物体側の鏡Ｍ２（ｃ）との領域におけるそれぞれのフットプリントが図示されている。これらの図から、光チャネルＯＣの外側縁部におけるフィールド点であっても、透過ビーム（ＭＧＯまたはＭＧＩにおける）と反射ビーム（鏡Ｍ１またはＭ２における）との間において、いかなる重複も起こらないことは明白である。

図８の設計に基づいて、以下の考慮事項は、好適な実施形態の独特の特性をさらに説明する役割を果たしうる。物体が無非点収差的に歪みなく中間像に結像せしめられると仮定すると、鏡上のフットプリントは、フィールド点の焦点はずれによってのみ改変されて、形状において同様となる。この場合は、フットプリントの形状は、それぞれの位置における主光線高さと周辺光線高さとにより推定されうる。図をさらに簡単にするために、以下の図において、Ｘ方向の側方縁部における最外側フィールド点は、交差メリジオナル平面ＣＭＰ上に配置されると仮定する（前記に説明されたように、側方縁部が交差メリジオナル平面と重複する場合に、設計物体フィールドの大きさの減少が達成されうる）。

フットプリントは、本質的に、以下に図１１および１２に関連して説明される３つの構成の１つをとりうる。図１１に、フィールド面の近傍のフットプリント（腎臓形）と瞳面の近傍のフットプリント（光軸を含む円形）とがどのように配置されうるかが示されている。口径食に関する臨界位置は、有限の距離ｄがフットプリント間において存在しなければならないメリジオナル断面（Ｙ−Ｚ平面）の領域内にある。この臨界位置は、コマ光線の経路を適切に規定することによって制御されうる。小さい瞳、すなわち小さい周辺光線高さｙ_２とフィールドフットプリントの小さい周辺光線高さｙ_１とが、口径食を回避するために好ましい。

図２（ｄ）に関連して説明されたように、設計物体フィールドの最小半径は、物体フィールドの縁部が交差メリジオナル平面を横切って延在する場合に、円環状有効物体フィールドにより得られうる。この場合には、物体面と光学的に共役のフィールド面に近接する位置における各フットプリントもまた、交差メリジオナル平面を横切って延在する。したがって、反射と幾何学的に近接する透光とがフィールド面に近接して起こる場合（たとえば図９（ｂ）および図１２に示されるように）は、フットプリントは、異なる寸法を有して、フットプリントの介在配置が可能になるはずである。図１２に、フットプリントが光軸ＯＡの相反する側に配置される事例が図示されている。また別の事例（図示せず）は、対応する中間像が光軸の同じ側に配置される実施形態に対応する。この場合は、コマ光線を制御することによって、口径食のない結像が可能になる。

図１２に示される事例において、Ｘ方向のより小さい内側のフットプリントとより大きい外側のフットプリントとの間における側方距離ｄは、下式にしたがって、下限ｄ_０を超えなければならない：
ｄ＝（｜Ｙ_１｜―｜ｙ_１｜）−（｜Ｙ_２｜＋｜ｙ_２｜）＞ｄ_０
ここで、Ｙ_ｉは、それぞれの位置における主光線高さであり、ｙ_ｉは、周辺光線高さである。ｄ_０＞０の値は、フットプリント間における余裕高に対応する。この簡略化された方法では、物体フィールドの縁部の主光線は、有効物体フィールドの縁部における主光線と一致すると仮定されている。この限定事例は、図２（ｄ）の略図に示される、最小設計エタンデュを有する最小構成においてのみ可能である。より現実的な方法では、フットプリント間における最小距離は、環状フィールドの斜めフィールド点から発するビーム束、中間像の収差量、環状フィールドの形状等に影響される。しかし、前記の条件にしたがった側方距離ｄの推定値は、良好な近似値となる。

次に、図１２の事例を参照すると、光学的に共役のフィールド面に近接する２個のフットプリントが介在し合って、設計物体フィールド半径を最小限にすることを可能にしている。これは、
｜Ｙ_１｜＞｜Ｙ_２｜
の場合に可能となり、ここで、ｙ_１およびｙ_２は小さい。

周辺光線高さは、口径食に対して決定的な全ての位置において小さくならなければならないことを強調しておくべきである。したがって、以下の条件が、カタジオプトリックインライン投影対物レンズに関して満たされなければならない：

かつ

ここで、指数ｉは、反射面に対応し、指数ｊは、関連ある擬似面に対応する（曲面鏡によって形成される曲率面における反射または該曲率面を介した透光）。ここで、ｙ_ｉは、鏡面上における周辺光線高さであり、ｙ_ｊは、対応する透光位置における周辺光線高さであり、Ｙ_ｉおよびＹ_ｊは、それぞれの主光線高さであり、ａ_ｉｊは、鏡面と対応する擬似鏡面との光学的自由直径の最大値であり、ＣおよびＤは、定数である。第１の関係式から、単一のフィールド点のフットプリントは、可能な限り小さくなるべきであることがわかる。特に、小さい瞳は、高開口数において口径食を回避するのに有利である。第２の条件が満たされると、フットプリントは、たとえば図１２に示されるように介在し合いうる。この条件が満たされると、設計エタンデュ値を従来技術の投影対物レンズに対して低下させることができる。Ｃ＝０．５または０．３または０．２かつ／またはＤ＝０．５または０．３または０．２が、口径食のない投影を達成するのに有利であると思われる。

図１３に、光軸の相反する側のわずか２個の凹面鏡と３個の中間像とを有する鏡群を有する投影対物レンズ１３００の実施形態が示されている。詳細は、表１３、１３Ａに示されている。この投影対物レンズは、結像サブシステムとして作用して、第１の中間像ＩＭＩ１を形成する第１のレンズ群ＬＧ１を有する。第２のカトプトリックサブシステムは、鏡群ＭＧにより形成されるとともに、前記第１の中間像から第２の中間像ＩＭＩ２を形成するように設計される。第２のレンズ群ＬＧ２は、結像サブシステムとして設計されて、前記第２の中間像から第３の中間像ＩＭＩ３を前記鏡群に続く後側レンズ群ＲＬＧのくびれ領域ＣＯＮにおいて形成する。正の屈折力を有する第３のレンズ群ＬＧ３は、前記中間像を像面ＩＳ上にある縮尺で結像させる役割を果たす。鏡群ＭＧは、物体側を向く鏡面を有する第１の凹面鏡Ｍ１と、像側を向く鏡面を有する、光軸の反対側の第２の凹面鏡Ｍ２とによって構成される。鏡群入口ＭＧＩは、第２の鏡によって形成される曲率面が光軸と交差する領域内に形成される一方で、鏡群出口ＭＧＯは、第１の鏡Ｍ１の曲率面が光軸と交差する位置に形成される。両方の中間像（少なくとも該中間像の同軸部分）は、前記凹面鏡によって形成される鏡間空間内に配置される。いずれの鏡も、中間像付近、すなわち瞳面から光学的に遠くに配置される。鏡群入口は、幾何学的に、第１のレンズ群ＬＧ１の出口レンズの下流の前側瞳面と第１の中間像との間の中間領域内に配置される。同様に、鏡群出口は、第２の中間像と第２のレンズ群ＬＧ２の入口区域内の後続の瞳面ＲＰＳ位置との間の中間に配置される。

放射ビームが第１および第２の鏡間において略直角に光軸を横切ることによって示される、主光線ＣＲと光軸とのなす角度（主光線角度ＣＲＡ）が、７０°または８０°以上もの大きさになりうることは、この種の２枚鏡式インライン投影対物レンズの独特の特徴である。これは、この瞳面における小さいビーム断面に対応する。高値の主光線角度は、鏡群の上流および下流において、それぞれ第１および第２の中間像の領域内でも得られる。ここで、設計物体フィールド半径（Ｒ_ＤＯＦ＝５４ｍｍ）は、Ｂ＝２６ｍｍおよびＡ＝５．５ｍｍを有する環状フィールドの場合のＲ_ＥＯＦ＝５３．１５と略同一であり、したがってエタンデュ比γ≒１となる。

図８の実施形態と比較すると、凹面鏡Ｍ１およびＭ２がより強い曲率を有して、ペッツヴァルの和の補正に対するより強い作用をもたらしていることは明白である。また、主光線角度は、第２の中間像の下流の鏡群出口の領域においてより大きくなって、この領域においてより小さいビーム断面をもたらし、前記領域は瞳面により接近している。後側レンズ群ＲＬＧ内における追加の中間像ＩＭＩ３は、自由に接近可能であるとともに、それが望まれる場合は、視野絞りを配置することを可能にする。

前記説明から、フットプリントの大きさおよび形状は、像収差に影響されることは明白である。したがって、像収差の特定の制御によって、設計が、介在し合うフットプリントに対応する能力を高めることができる。たとえば、設計を最適化して、より小さいフットプリントに関しては内部コマ（主光線が点の重心より光軸により接近すること）を、より大きいフットプリントに関しては外部コマを可能にすることができる。さらにまた、中間像を接線フィールド平面に近接させることは、各フットプリントがフィールド面に近接するのに有利である。また、糸巻き型（正の）歪曲は、より大きいフットプリントに有利である一方で、樽型（負の）歪曲は、より小さいフットプリントに有利である。これらの収差を鏡群内において像に適用すると、α＝１．４またはさらに一層小さい値のαが得られうる。

ＮＡ＞１での浸漬リソグラフィー用に設計される高ＮＡのカタジオプトリック投影対物レンズを用いて本発明の原理を説明した。本発明は、さらにまた、「乾燥系」、すなわち動作時において気体により満たされる像側作動距離を有するＮＡ＜１のカタジオプトリック投影対物レンズにも用いられうる。

前記の好適な実施形態の説明は、例証として行なわれたものである。前記の開示から、当業者は、本発明と本発明に付随する利点とを理解するだけではなく、開示された構造および方法に対する明白なさまざまな変更および改変にも気付くであろう。したがって、全ての変更および改変は、添付の特許請求の範囲に記載されるところの本発明およびその同等物の精神および範囲内に含まれるものとする。

全ての請求項の内容は、参照により、本説明の一部分を構成するものとする。

２００４年４月８日出願の米国仮出願第６０／５６０，２６７号の全ての開示事項は、本出願の開示事項として取り入れられる。

円弧状の照明フィールドを創出するように設計される照明システムと、４個の凹面鏡を有するカタジオプトリック投影対物レンズとを有するマイクロリソグラフィー用投影露光システムの略図である。 有効物体フィールドの形状および位置と、関連ある有効物体フィールド半径と、関連ある設計物体フィールド半径との間における関係を示す図である。 ４個の凹面鏡を備えた鏡群を有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズの実施形態のレンズのメリジオナル断面図である。 それぞれ、（ａ）は、図３の投影対物レンズの更に他の図であり、（ｂ）は、像側の鏡Ｍ２、Ｍ４の領域内、（ｃ）は物体側の鏡Ｍ１、Ｍ３上における投影ビームのフットプリントの形状および位置を示す図である。 さまざまな主光線高さ比Ｒ_ＣＲＨの場合の鏡群の凹面鏡の所定の曲率面内におけるフットプリントの代表的な例を示す図である。 さまざまな度合いのベンディングを有する弓形の有効物体フィールドのフットプリントを示す図である。 有効物体フィールドのフットプリントのさまざまな形状を有効物体フィールドのベンディングＢ＝ｂ／ａおよびエタンデュ比γ＝Ｒ_ＤＯＦ／Ｒ_ＥＯＦの関数として示す略図である。 互いに向き合う正確に２個の凹面鏡を備えた鏡群を有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズのまた他の実施形態のメリジオナル断面図である。 それぞれ、（ａ）は、図８の投影対物レンズのまた他の図であり、（ｂ）は像側の第１の鏡に、（ｃ）は物体側の第２の鏡に近接する投影ビームのフットプリントの形状および位置を示す図である。 図８および９の投影対物レンズの光学素子によって形成される光チャネルを示す略図である。 介在し合うフットプリントの形状および位置に対する周辺光線高さと主光線高さとの影響を示す、反射および透光におけるフットプリントの略図である。 介在し合うフットプリントの形状および位置に対する周辺光線高さと主光線高さとの影響を示す、反射および透光におけるフットプリントの略図である。 互いに向き合う正確に２個の凹面鏡を備えた鏡群を有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズのさらに他の実施形態のメリジオナル断面図である。

Claims (46)

1. 自身の物体平面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズにおいて：
   光軸と；
   全面的に前記光軸の外側に配置されるとともに、第１の方向に長さＡを、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に幅Ｂを有する有効物体フィールドであって、前記有効物体フィールドを外囲する最小限の大きさの円形部分が、
   

   

   にしたがって前記有効物体フィールドの半径Ｒ_ＥＯＦを規定するようになっている有効物体フィールドと；
   前記光軸を中心とする、設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦを有する円形設計物体フィールドであって、投影対物レンズは、本質的に、Ｒ_ＤＯＦより小さい半径座標を有する区域内において像収差に関して補正され、投影対物レンズは、Ｒ_ＤＯＦより大きい半径座標を有する区域内において完全に補正されるわけではない円形設計物体フィールドとを含み、
   Ｒ_ＤＯＦ＝γＲ_ＥＯＦ
   かつ
   １≦γ＜１．４
   の条件が満たされるカタジオプトリック投影対物レンズ。
2. １≦γ＜１．２である請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 前記有効物体フィールドは、弓形の形状を有する環状フィールドであり、前記光軸に対向する前記有効物体フィールドの内側縁部と前記光軸から遠い前記有効物体フィールドの外側縁部とは、第１の方向に対して直交方向に整合するとともに、同じ弓形の形状を有し、前記内側縁部と前記外側縁部との間における前記第１の方向の並進的偏移が、前記有効物体フィールドの前記長さＡを規定する請求項１に記載の投影対物レンズ。
4. 前記外側縁部は、前記光軸上に曲率中心を有し、縁部半径は、前記設計物体フィールドの前記半径Ｒ_ＤＯＦに等しい請求項３に記載の投影対物レンズ。
5. 前記環状フィールドは、長さ方向に対して垂直な幅方向（第２の方向）における前記有効物体フィールドの側方縁部領域が、前記光軸を通る交差メリジオナル平面と重複し、前記内側縁部の中心区域が、前記光軸からある半径距離を有するような寸法とされる請求項３に記載の投影対物レンズ。
6. 前記有効物体フィールドは、幅Ｂと長さＡとの間においてアスペクト比ＡＲ＝Ｂ／Ａを有し、前記アスペクト比は、２：１〜１０：１の範囲内である請求項１に記載の投影対物レンズ。
7. 偶数個の鏡を有する請求項１に記載の投影対物レンズ。
8. 偶数個の曲面鏡を有し、全ての曲面鏡は、凹面鏡である請求項１に記載の投影対物レンズ。
9. 前記偶数は、２および４の一方である請求項８に記載の投影対物レンズ。
10. 全ての光学素子に共通の１本の直線状光軸を有するインラインシステムである請求項１に記載の投影対物レンズ。
11. 物体側の鏡群入口と像側の鏡群出口と前記光軸に対して直交方向に整合するとともに幾何学的に前記鏡群入口と前記鏡群出口との間において配置される鏡群平面とを有する少なくとも１個の鏡群において：
    前記鏡群入口から到来する放射を第１の反射部分において受ける第１の鏡面を有する第１の鏡と；
    前記第１の鏡から到来する放射を第２の反射部分において受ける、前記第１の鏡面に対向する第２の鏡面を有する少なくとも１個の第２の鏡とを含む鏡群であって、
    前記第１および第２の鏡の少なくとも一方は、前記光軸上において鏡軸を形成する曲率平面を有する凹面状の鏡面を有する凹面鏡であり、
    前記鏡群の前記鏡は、少なくとも１個の中間像が、鏡群入口と鏡群出口との間において前記鏡群内に配置され、前記鏡群入口から到来する放射が、前記鏡群平面を少なくとも４回通過するとともに、前記鏡群の凹面状鏡面上において少なくとも２回反射された後に前記鏡群出口において前記鏡群から出射するように構成される鏡群をさらに含む請求項１に記載の投影対物レンズ。
12. 前記鏡群は、純反射性の（カトプトリック）鏡群である請求項１１に記載の投影対物レンズ。
13. 前記鏡群は、前記鏡群入口からの放射を第１の反射部分上において受ける第１の鏡と；前記第１の鏡から反射される放射を第２の反射部分上において受ける第２の鏡と；前記第２の鏡から反射される放射を第３の反射部分上において受ける第３の鏡と；前記第３の鏡から反射される放射を第４の反射部分上において受けるとともに、前記放射を前記鏡群出口へと反射する第４の鏡とを含む請求項１１に記載の投影対物レンズ。
14. 前記第１、第２、第３および第４の鏡は、凹面鏡である請求項１３に記載の投影対物レンズ。
15. 前記鏡群は、鏡対の凹面鏡間に設けられる透光部を有する共通の鏡基板上に設けられる共通の曲率面を共有する鏡面を有する２個の凹面鏡によって構成される少なくとも１個の鏡対を含む請求項１１に記載の投影対物レンズ。
16. 前記透光部は、前記光軸を含む請求項１５に記載の投影対物レンズ。
17. 前記透光部は、鏡基板内の穴によって形成される請求項１５に記載の投影対物レンズ。
18. 物体側の鏡群入口と像側の鏡群出口とを有する少なくとも１個の鏡群をさらに含み、投影対物レンズの軸方向鏡群長さＭＧＬと軌跡全長ＴＴとの間における長さ比ＬＲは、５０％未満であり、ここで、前記鏡群長さは、前記物体面に最も近接する鏡の頂点と前記像面に最も近接する鏡の頂点との間における軸方向距離であり、前記軌跡全長は、物体面と前記像面との間における軸方向距離である請求項１に記載の投影対物レンズ。
19. 前記鏡群入口は、幾何学的に投影対物レンズの前側瞳面に接近して配置されて、前記物体フィールドから発する放射ビームが前記鏡群入口の領域内において前記光軸を含むようになる請求項１１に記載の投影対物レンズ。
20. 単一回のフーリエ変換または奇数回の連続するフーリエ変換を行なうフーリエレンズ群として設計される前側レンズ群が、前記物体面と前記鏡群入口との間において配置される請求項１９に記載の投影対物レンズ。
21. 前記前側レンズ群は、純屈折性であるとともに、単一回のフーリエ変換を行なう請求項２０に記載の投影対物レンズ。
22. 前記鏡群出口は、前記前側瞳面と光学的に共役の後側瞳面に幾何学的に接近して配置される請求項１９に記載の投影対物レンズ。
23. ２個および３個の中間像の１個が、前記鏡群内において形成される請求項１１に記載の投影対物レンズ。
24. 前記鏡群入口は、幾何学的に投影対物レンズの前側瞳面に接近して配置されて、前記有効物体フィールドから発する放射ビームが前記鏡群入口の領域内において前記光軸を含むようになり、前記鏡群出口は、幾何学的に、前記前側瞳面と光学的に共役の後側瞳面に接近して配置され、２個および３個の中間像の１個が、前記鏡群内において形成される請求項１１に記載の投影対物レンズ。
25. 前記鏡群出口は、幾何学的に後側瞳面に接近して配置され、後側レンズ群が、該後側レンズ群のくびれ領域内において中間像を形成するフーリエレンズ群と、前記フーリエレンズ群によって形成される前記中間像を前記像面上にある縮尺で結像させる結像サブシステムとして設計される、前記中間像の下流のレンズ群とを含んで設けられる請求項１９に記載の投影対物レンズ。
26. 前記鏡群の前記鏡上の全ての反射部分は、前記光軸の外側に配置される請求項１１に記載の投影対物レンズ。
27. 前記鏡群の前記鏡の全ての反射部分は、瞳面から光学的に遠くに配置される請求項１１に記載の投影対物レンズ。
28. 物体側の鏡群入口と、像側の鏡群出口と、前記鏡群入口から到来する放射を第１の反射部分内において受ける第１の鏡面を有する第１の鏡と、前記第１の鏡から到来する放射を第２の反射部分内において受けるとともに、前記放射を前記鏡群出口の方へと反射する、前記第１の鏡面に対向する第２の鏡面を有する正確に１個の第２の鏡とを有する鏡群であって、
    前記第１および第２の鏡は、前記光軸上において鏡軸を形成する曲率面を有する凹面状の鏡面を有するとともに、前記光軸の相反する側に配置される凹面鏡であり、
    前記第１および第２の反射部分は、瞳面から光学的に遠くに配置される鏡群をさらに含む請求項１に記載の投影対物レンズ。
29. 前記鏡群は、純反射性の（カトプトリック）鏡群である請求項２８に記載の投影対物レンズ。
30. 前記鏡群入口は、幾何学的に投影対物レンズの前側瞳面に接近して配置されて、前記有効物体フィールドから発する放射ビームが前記鏡群入口の領域内において前記光軸を含むようになる請求項２９に記載の投影対物レンズ。
31. 単一回のフーリエ変換を行なうフーリエレンズ群として設計される屈折性の前側レンズ群が、前記物体面と前記鏡群入口との間において配置される請求項３０に記載の投影対物レンズ。
32. 前記鏡群出口は、前記光軸の外側において中間像に光学的に接近して配置され、該中間像を前記像面上にある縮尺で結像させる結像サブシステムとして設計される後側レンズ群が、前記鏡群出口と前記像面との間において配置される請求項２８に記載の投影対物レンズ。
33. 収差に関して、最後の光学素子と前記像平面との間における像側作動距離が、実質的に１より大きい屈折率を有する浸漬媒質により満たされるように適合化せしめられる浸漬用対物レンズとして設計される請求項１に記載の投影対物レンズ。
34. 浸漬媒質とともに用いられる場合に、ＮＡ＞１．１の像側開口数を有する請求項１に記載の投影対物レンズ。
35. 自身の物体面内に配置される軸外有効物体フィールドを自身の像面内に配置される軸外有効像フィールド上に結像させるカタジオプトリック投影対物レンズにおいて：
    前記有効物体フィールドから到来する放射を鏡群の鏡群入口の方へと収束させる正の屈折力を有する前側レンズ群と；
    前記物体側鏡群入口と像側鏡群出口とを有する前記鏡群と；
    前記鏡群出口から出射する放射を前記有効像面上に集束させる正の屈折力を有する後側レンズ群とを光軸に沿って前記の順序で含み、
    前記鏡群は、少なくとも２個の曲面鏡を含み、１個の曲面鏡は、前記有効物体フィールドから前記有効像フィールドへと通過する投影ビームの放射を第１の反射部分内において受ける曲面状の鏡面を有し、前記曲面状の鏡面は、前記鏡面を含むとともに、前記曲面鏡の縁部を超えて延在する曲率面を形成し、
    前記投影ビームは、前記第１の反射部分に対して偏移する第２の部分内において前記曲率面上に少なくとも１回入射し、
    全ての曲面鏡において、前記第１の反射部分内における主光線の第１の主光線高さＣＲＨ_１と、関連ある第２の部分内における同じ主光線の第２の主光線高さＣＲＨ_２との間における主光線高さ比Ｒ_ＣＲＨ＝ＣＲＨ_１／ＣＲＨ_２に関して、
    （１） ｜Ｒ_ＣＲＨ｜＜１／α または ｜Ｒ_ＣＲＨ｜＞α
    かつ
    （２） α＝１．４
    の条件が満たされるカタジオプトリック投影対物レンズ。
36. α＝１．８である請求項３５に記載の投影対物レンズ。
37. 前記第２の部分は、前記投影ビームが前記曲面鏡の鏡縁部を通る前記曲率面を透過する前記鏡面に対して横方向に偏移する透光部分である請求項３５に記載の投影対物レンズ。
38. 前記第２の部分は、前記曲面鏡の前記曲率面に近接するか、または該曲率面と一致する鏡面を有する前記鏡群のまた他の曲面鏡の反射部分に関連ある請求項３５に記載の投影対物レンズ。
39. 全ての曲面鏡は、凹面鏡である請求項３５に記載の投影対物レンズ。
40. 全ての光学素子に共通の１本の直線状光軸を有するインラインシステムである請求項３５に記載の投影対物レンズ。
41. 収差に関して、最後の光学素子と前記像平面との間における像側作動距離が、実質的に１より大きい屈折率を有する浸漬媒質により満たされるように適合化せしめられる浸漬用対物レンズとして設計される請求項３５に記載の投影対物レンズ。
42. 浸漬媒質とともに用いられる場合に、ＮＡ＞１．１の像側開口数を有する請求項３５に記載の投影対物レンズ。
43. 投影露光システムにおいて：
    光源から光を受けるとともに、自身の出射面において自身の光軸の外側に配置される軸外照明フィールドを形成する照明システムと；
    自身の物体面内に配置されるパターン構造を自身の像面上に投影するカタジオプトリック投影対物レンズであって、
    前記投影対物レンズの前記物体面は、前記照明システムの前記出射面と一致し、前記照明システムの前記照明フィールドは、前記投影対物レンズの光軸の外側に配置される前記投影対物レンズの軸外有効物体フィールドの大きさと形状とを規定するカタジオプトリック投影対物レンズと；
    前記パターン構造を前記投影対物レンズの前記光軸に対して垂直な走査方向に移動させる走査装置と；
    前記走査方向の長さＡと、前記走査方向に対して垂直な幅Ｂとを有して、自身を外囲する最小限の大きさの円形部分が、
    

    

    にしたがって自身の半径Ｒ_ＥＯＦを規定するようになる前記有効物体フィールドと；
    設計物体フィールド半径Ｒ_ＤＯＦを有する、前記光軸を中心とする円形の設計物体フィールドであって、前記投影対物レンズは、Ｒ_ＤＯＦより小さい半径座標を有する区域内において像収差に関して本質的に補正され、前記投影対物レンズは、Ｒ_ＤＯＦより大きい半径座標を有する区域内において完全には補正されない円形設計物体フィールドとからなり、
    Ｒ_ＤＯＦ＝γＲ_ＥＯＦ
    かつ
    １≦γ＜１．４
    の条件が満たされる投影露光システム。
44. 前記有効物体フィールドは、弓形の形状を有する環状フィールドであり、前記光軸に対向する前記有効物体フィールドの内側縁部と前記光軸から遠い前記有効物体フィールドの外側縁部とは、前記走査方向に対して直交方向に整合するとともに、同じ弓形の形状を有し、前記内側縁部と前記外側縁部との間における前記走査方向の並進的偏移は、前記長さＡを規定する請求項４３に記載の投影露光システム。
45. 前記環状フィールドは、前記走査方向に対して垂直な幅方向における前記有効物体フィールドの側方縁部領域が、前記光軸を通る交差メリジオナル平面と重複し、前記内側縁部の中心区域が、前記光軸からある半径距離を有するような寸法とされる請求項４４に記載の投影露光システム。
46. 前記外側縁部は、前記光軸上に曲率中心を有する請求項４４に記載の投影露光システム。

Images