JP2014006553A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロリソグラフィ用の投影露光装置が複数の鏡（Ｍ１からＭ６）とともに結像光学系（６）を備える。これらの鏡により、像平面（８）内の像視野に物体平面（４）内の物体視野を結像させる。
【解決手段】これらの鏡のうちの１つ（Ｍ６）は、結像光（３）が通過するスルーホール（２３）を備える。少なくとも１つの鏡（Ｍ１からＭ６）の反射面は、回転対称関数では記述できない自由曲面の形態である。投影露光装置は、照明光と結像光（３）用の光源、及び照明光（３）を結像光学系（６）の物体視野に照明光（３）を当てるためのレンズ系を備える。レチクル及びウェハを備えることにより、またレチクル上の構造をウェハの感光層上に投影することにより、又はウェハ上に微細構造を形成することで、投影露光装置により微細構造構成要素を形成する。物体平面及び像平面が入れ替わる対応する結像光学系を顕微鏡レンズとして使用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前文による結像光学系に関する。さらに、本発明は、このタイプの結像光学系を備える投影露光装置、このタイプの投影露光装置を備える微細構造構成要素を生産するための方法、この方法により生産される微細構造構成要素、及び結像光学系の使用に関する。

最初に言及されているこのタイプの結像光学系は、一方では、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の構成部分としての投影光学系として知られている。欧州特許第１０９３０２１Ａ２号とドイツ特許第１０２００５０４２００５Ａ１号には、その例が掲載されている。互いに実質的に垂直な主平面内で異なる曲率半径を有する鏡を備える結像光学系は、米国特許出願公開第２００６／０２８４１１３Ａ１号から知られる。さらに、最初に言及されているタイプの結像光学系は、マスク又はウェハの検査用の顕微鏡レンズとともに知られている。上の例は、米国特許第６８９４８３４Ｂ２号に示されている。

欧州特許第１０９３０２１Ａ２号 ドイツ特許第１０２００５０４２００５Ａ１号 米国特許出願公開第２００６／０２８４１１３Ａ１号 米国特許第６８９４８３４Ｂ２号 米国特許第６，０００，７９８号 国際公開第０１／８８５９７号

投影露光装置内部での使用と顕微鏡レンズとしての使用の両方に関して、最初に言及されているタイプの結像光学系は、改善された結像特性、例えば、より大きなアパーチャ、又は結像誤差の改善された訂正を必要とする。それとは別に、又はそれに加えて、鏡を所定の寸法でより簡単に生産する必要もあり、特にＥＵＶ波長の光学系においてより高い光処理能力を達成することが目的とされている。この目的は、請求項１の特徴付け部分において示されている特徴を持つ結像光学系により本発明に従って達成される。

本発明によれば、回転対称軸を持つ反射面の代わりに自由曲面を使用することで、新しいレベルの設計自由度が得られ、その結果、回転対称反射面では可能でない特性の組合せを持つ結像光学系が形成されることが認識された。自由曲面は、光学面の表面部分に対する法線方向の軸を表すマークされている軸を中心として回転対称的な関数により記述することはできない。本発明による自由曲面は、そのため、円錐断面非球面方程式により特に定義することはできない。この円錐タイプの非球面は、球対称からは逸脱するが、回転対称関数、つまり、１つのパラメータのみに依存する関数、つまり、光軸までの距離によって記述でき、その一方で、本発明による自由曲面は、表面を記述するために互いと無関係の少なくとも２つのパラメータを必要とする。円錐断面非球面は、したがって、本発明によれば自由曲面ではない。光学的有効表面の境界の形状は、重要でない。もちろん、回転対称的な境界を持たない光学的有効表面は、従来技術から知られる。しかし、このタイプの光学的有効表面は、回転対称関数、使用されているこの光学面の非回転対称境界付き部分により記述することができる。自由曲面は、静的な自由形状の表面であってよい。「静的自由曲面」という用語は、投影光学系で投影を使用するときに形状が能動的に修正されることのない自由形状の表面を意味する。静的自由曲面は、もちろん、調節を目的として変位させることができる。自由曲面を、特に、平面基準面又は基本形状、凹基準面又は凸基準面に基づいて構成することができる。特に、曲面の基準面に基づいて構成される少なくとも１つの自由曲面が使用できる。この場合、基準面全体にわたって一定である頂点曲率を持つ基準面が、好ましくは使用される。円錐断面非球面も、基準面として使用できる。瞳遮蔽系と呼ばれる、スルーホールを備える従来の結像光学系では、このタイプの自由曲面を使用することで、結像誤差レベルの低いコンパクトな結像光学系を実現することができ、特に、高光処理能力が得られる。結像光学系内の鏡の個数に応じて、単一鏡、又は複数の鏡、又は結像光学系の鏡すべてが、自由曲面の形態であってもよい。本発明による自由曲面は、好ましくは、少なくとも結像光の波長の値の、自由曲面上に最良適合し、必ずしも設計基準面と一致しない、回転対称面からの最大偏差を有する。特に、少なくとも結像光の波長の値の前記偏差は、実際に、絶対的には従来０．１ｎｍであり、相対的には従来使用される照明光の波長の１／５０又は１／１００である、マイクロリソグラフィ用の光学部品の生産時の製作公差よりも常に際だって大きい。ＥＵＶ波長を照射する場合、前記偏差は、少なくとも数十ｎｍ、例えば、５０ｎｍである。大きい偏差、例えば、１００ｎｍ、５００ｎｍ、又は１，０００ｎｍ、又はそれ以上に大きい偏差も可能である。より高い波長の結像光を用いるシステムを使用する場合、なおいっそう大きな偏差が可能である。本発明による自由曲面は、両凸面、つまり、互いに垂直な２つの方向で２つの異なる基底曲面及び２つの異なる円錐定数を持つ光学面、又はトーリック面、又はアナモフィックな、同時に、特に、非球面の表面により形成される。したがって、柱面も、このタイプの自由曲面を表す。本発明による自由曲面は、対称の１つ又は複数の平面に対し鏡面対称としてよい。本発明による自由曲面は、ｎ重対称性を有する表面とすることができ、ただしｎは１以上の整数である。本発明による自由曲面は、さらに、対称軸も対称面もまったく持たない場合がある。

光学面、特にアナモフィック面を記述する様々な方法が、例えば、米国特許第６，０００，７９８号で説明されている。非回転対称面、特にアナモフィック非球面、トーリック面、又は両凸非球面を記述する解析的な式も、国際公開第０１／８８５９７号で説明されている。光学面の数学的記述に関するこれらの文献における開示に関して、この説明は、前記文献中の説明を補足することを意図されている。Ｏｓｌｏ（登録商標）及びＣｏｄｅ Ｖ（登録商標）などのいくつかの光学設計プログラムでは、数学的関数を使用して光学系を記述し、設計することができ、これを用いて、非回転対称光学面を設定することも可能である。前述の数学的記述は、数学的曲面に関係する。実際に光学的に使用される光学面、つまり、光学素子の物理的表面は、照明ビームの作用を受け、このタイプの数学的記述で記述することができ、一般に、親表面とも呼ばれる、実際の数学的曲面の一部のみを含む。したがって、数学的曲面は、物理的光学的有効表面を超えて広がる。基準軸の助けを借りて光学系を記述できる限り、基準軸で数学的曲面を分割するが、ただし、この数学的曲面の実際の光学的に使用される部分を分割しないような方法で、光学的に使用される表面部分の一部又は全部をこの基準軸を超えて配列することができる。

請求項２に記載の互いに平行になるように配列される物体面により、結像光学系を構成周囲環境に組み込みやすい。この利点は、特に、走査方向を互いに平行になるように誘導できるため、結像光学系が走査投影露光装置で使用される場合に大きい。

請求項３に記載の最大反射角により、結像光学系をＥＵＶ投影露光装置の投影光学系として非常に効果的に使用することができるが、それは、アパーチャ全体、つまり使用可能な反射面全体にわたって鏡を一貫して反射率の高い層で覆うことができるからである。この利点は、反射角が高い場合にｐ偏光成分の反射力が急激に低下するため、反射された放射線のｐ偏光成分に対し特に重要である。

請求項４による結像光学系を使用すると、ＥＵＶ投影露光装置における高いＥＵＶスループットと最適化されたパターン分解能との間の適切な妥協点を見いだすことができる。

請求項５による凸基本形状を有する鏡を使用すると、結像光学系のペッツヴァル補正を適切に行うことができる。

請求項６による鏡の個数は、コンパクトであり、またその結像誤差に関して十分に補正された結像光学系の構築に特に適していることがわかっている。

請求項７、８による主光線の角倍率を持つ鏡では、最高反射角の低い系を実現できる。３つの鏡を持ち、主光線の角倍率が負である像光学系も実現可能である。主光線の角倍率は、中心視野点に属す主光線と基準軸との間の角度として定義される。基準軸は、投影露光装置の物体平面に垂直で、物体視野の中心点を通って伸びる。

請求項９によるビーム角は、ピントがずれたときの像平面内の単なる低い横方向像シフトを発生するだけである。

請求項１０による像拡大による中間像により、像視野の前の光路内の比較的大きな最後から２番目の鏡を使用することができる。一方で、これにより、最大反射角が小さくなり、他方で、最後から２番目の鏡が遮られる場合に瞳遮蔽の程度が小さくされる。また、２倍よりも大きい、例えば、２．５倍よりも大きい、又は３．０倍よりも大きい、特に３．２倍の光学系の部分の拡大を実現することが可能である。

請求項１１による配列では、比較的小さなスルーホールを持つ最後から２番目の鏡を使用することができる。これにより、一方で、安定した最後から２番目の鏡が確実になり、他方で、瞳遮蔽が小さくなる。

請求項１２によるわずかに湾曲した最後から２番目の鏡では、鏡の直径に比べて小さなスルーホールを所定の像側開口数で前記最後からの２番目の鏡に設けることができる。

請求項１３による像視野では、結像光学系が投影露光装置において使用されたときによいスループットが得られる。

請求項１４による像側開口数を使用すると、結像光学系の高分解能を実現することができる。

請求項１５による像側テレセントリック結像光学系では、例えば、システムは結像倍率を変えることなく像平面内に再び焦点を合わせることができ、したがって、結像光学系を使用する自由度が高まる。物体側では、結像光学系は、異なる物体視野点に関連するが、ただし同じ露光方向に関連する個々の光線が、物体視野から収束する形で結像光学系内に入るように形成させることもできる。それとは別に、このタイプの個々の光線が発散する形で、又は平行に結像光学系内に入ることも可能である。後者の場合、物体側テレセントリック結像光学系となる。

請求項１６による低い物体像シフトにより、コンパクトな結像光学系が得られ、それに加えて、光学系試験方法が簡単なものとなり、そこでは、結像光学系は、物体又は像視野を貫通し、対応する視野平面に垂直に配置された軸の周りに回転されるが、物体又は像視野が回転時にあまり遠くまでシフトしないからである。

請求項１７による距離要件を満たす少なくとも一対の鏡により、結像光学系を通る結像光の光路内で小さな入射角を観察することができる。入射角が小さいため、ＥＵＶ波長範囲内で非常に高い反射鏡を実現することも可能である。特に、２、３、４、又はそれ以上の対の鏡は、前記距離条件を満たすことができる。

請求項１８による距離が最小の少なくとも１つの鏡を用意することで、鏡への入射角ができる限り小さく保たれる結像光学系が得られる。鏡への入射角が小さいという利点については、すでに説明されている。特に、結像光学系の２、３、又は４つの鏡は、前記最小距離にあるとよい。この最小距離は、好ましくは、２５ｍｍよりも小さく、５ｍｍよりも大きく、したがって、鏡の構造に関する要求条件はあまり強いものではない。

結像光路内の最後の鏡がスルーホールを備える請求項１９による結像光学系では、結像誤差を最小にしながらコンパクトな構造で高い開口数を実現できる。

請求項２０、２１による投影露光装置の利点は、本発明による結像光学系に関してすでに説明されているものに対応する。投影露光装置の光源は、広帯域光源の形態のものでよく、また例えば、１ｎｍよりも広い、１０ｎｍよりも広い、又は１００ｎｍよりも広い帯域幅を有することができる。それに加えて、投影露光装置は、異なる波長の光源でも動作可能なように製作することができる。

対応する利点は、さらに、請求項２２による生産方法及びそれにより生産される請求項２３による微細構造構成要素にも当てはまる。

請求項２４、２５にしたがって結像光学系をマイクロレンズとして使用すると、中間像の領域において、米国特許第６８９４８３４Ｂ２号の場合のように、非常に小さな鏡に穴をあける必要がないという利点が得られる。

マイクロリソグラフィ用の投影露光装置を示す略図である。 結像光路にそって互いから間隔をあけて並ぶ視野点を含む図１の投影露光装置の投影光学系の一実施形態を通る断面を示す図である。 図２の方向ＩＩＩから見た図２の投影光学系の像視野の平面図である。 非回転対称自由曲面を通り、また回転対称面を通る断面の図である。 図２の投影光学系の鏡の一部を通る断面の図である。 主光線の正の角倍率を持つ図２の投影光学系内の鏡上に入る光路を示す略図である。 主光線の負の角倍率を持つ図２の投影光学系内の鏡上に入る光路を示す略図である。 マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の図１と類似の図である。 図１又は８の投影露光装置で露光されるウェハ及びそれに隣接する鏡の部分拡大詳細図である。 投影光学系の他の実施形態の図２の実施形態と類似の図である。 投影光学系の他の実施形態の図２の実施形態と類似の図である。 投影光学系の他の実施形態の図２の実施形態と類似の図である。 ウェハを検査するための顕微鏡レンズの図１１のと類似の図である。 投影光学系の他の実施形態の図２のと類似の他の２つの図である。 投影光学系の他の実施形態の図２のと類似の他の２つの図である。 ウェハを検査するための顕微鏡レンズの他の実施形態の図１３のと類似の図である。 ウェハを検査するための顕微鏡レンズの他の実施形態の図１３のと類似の図である。

本発明の実施形態は、図面を参照してさらに詳しく以下で説明される。

マイクロリソグラフィ用の投影露光装置１は、照明光用の光源２を備える。光源２は、１０ｎｍから３０ｎｍまでの波長範囲内の光を発生するＥＵＶ光源である。他のＥＵＶ波長も使用することが可能である。一般に、所望のどのような波長であっても、例えば、可視波長が、投影露光装置１内に導かれる照明光に使用可能である。照明光３の光路は、図１にごく簡単に示されている。

レンズ系５は、物体平面４内の物体視野に照明光３を導くために使用される。物体視野は、所定の縮尺により像平面８の像視野７（図３を参照）内で投影光学系６により結像される。投影光学系６は、サイズを１／８に縮小する。他の結像倍率レベルも、可能であり、例えば、４×、５×、６×、又は８×を超える結像倍率レベルでさえ可能である。８×の結像倍率レベルは、ＥＵＶ波長の照明光に特に適しているが、それは、反射マスク上の物体側入射角がこれにより小さいままでよいからである。ＮＡ＝０．５の投影光学系の像側アパーチャでは、物体側に６°未満の照明角が形成される。８×の像倍率レベルでは、それに加えて、いたずらに大きなマスクを使用する必要がない。図２による投影光学系６では、像平面８は、物体平面４に平行に配列される。物体視野と一致する、レチクルとも呼ばれる反射マスク９の一部は、これにより結像される。結像は、基板押さえ１１により支えられているウェハの形態の基板１０の表面で行われる。図１では、投影光学系６に入る照明光３の光線１２は、レチクル９と投影光学系との間に入るように概略として示されており、投影光学系６から出る照明光３の光線１３は、投影光学系６と基板１０との間に入るように概略として示されている。図２による投影光学系６の像視野側開口数は、０．５０である。投影光学系６は、像側でテレセントリックである。

投影露光装置１の説明をわかりやすくするため、図面にｘｙｚデカルト座標系を設けて、図中表されている部材のそれぞれの位置を示す。図１では、ｘ方向は図面の平面に垂直に伸び、ｙ方向は右に伸び、ｚ方向は下向きに伸びる。

投影露光装置１は、スキャナ型デバイスである。レチクル９と基板１０が両方とも、投影露光装置１の動作時にｙ方向に走査される。

図２は、投影光学系６の光学的構造を示している。図２において、互いの上にあり、ｙ方向に互いから一定距離のところにある５つの物体視野点から出る、３つの個別の光線１４のそれぞれの光路が示されており、その３つの個別の光線１４は、５つの物体視野点に対する３つの異なる照明方向にそれぞれ関連付けられている前記５つの物体視野点のうちの１つに属している。

物体視野４からの個々の光線１４は最初に、以下では鏡Ｍ１と表される、第１の鏡１５により反射され、その後、これもまた、光路の並びの中で鏡Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６として以下で表されている他の鏡１６、１７、１８、１９、２０により反射される。したがって、図２の投影光学系６は、６つの反射鏡を持つ。前記鏡は、必要ならば波長による、例えばＥＵＶの波長の照明光の波長に対し非常に反射力があるコーティングを施されている。大きく異なる波長を持つ放射線も、レンズ系５と投影光学系６で導くことができるが、それは、これらの光学系が、実質的に色収差が補正される特性を持つからである。これらの光学系では、したがって、例えば、調節レーザー又は自動焦点システムの動作波長と大きく異なる波長を照明光に使用して同時に、調節レーザーの向きを決めるか、又は自動焦点システムを動作させることが可能である。調節レーザーは、したがって、６３２．８ｎｍ、２４８ｎｍ、又は１９３ｎｍで動作することが可能であるが、それと同時に、照明光は、１０から３０ｎｍの範囲で動作する。

鏡１５、１７、１９は、凸基本形状を有し、そのため、凸最良適合曲面により記述される。第３の鏡１７は、特に、凸基本形状を有する。鏡１６、１８、２０は、凹基本形状を有し、そのため、凹最良適合曲面により記述される。以下の説明では、このタイプの鏡は、単に凸状又は凹状として簡略化して参照されている。凹面鏡１７は、投影光学系６内で良好なペッツヴァル補正を与える。

間隔をあけて並ぶ物体視野点から来る、また同じ照明方向に関連付けられている、個々の光線１４は、物体平面４と第１の鏡Ｍ１との間で収束する形で投影光学系６内に入る。投影光学系６の設計は、物体視野点に関連付けられている個々の光線１４の同じ照明方向が、さらに、これらの部材の間で互いから発散する形で進む、又は互いに平行に進むような方法で適合させることができる。後者の変更形態は、物体側のテレセントリック光路に対応する。

５つの物体視野点３の特定の照明方向又は属す個々の光線１４は、鏡１７が隣に配列されている投影光学系６の瞳平面２１内で融合する。したがって、前記鏡１７は、瞳鏡とも呼ばれる。開口絞りは、照明光線を制限するために瞳平面２１内に配列される。前記開口絞りは、取り外し可能な機械的絞りにより、又は鏡Ｍ３に直接施される適切なコーティングの形で形成することができる。

鏡１５から１８は、中間像平面２２内の物体平面４を結像させる。投影光学系６の中間像側開口数は、０．２である。鏡１５から１８は、３．２Ｘの縮小倍率レベルの投影光学系６の結像光学系の第１の部分を形成する。次の鏡１９と２０は、２．５Ｘの縮小倍率レベルの投影光学系６の結像光学系の他の部分を形成する。第６の鏡２０では、中間像平面２２の領域において、スルーホール２３が形成され、そこを通して、照明又は結像光３が第４の鏡１８による反射の後第５の鏡１９に向かう。次に、第５の鏡１９は、光線１３が第６の鏡２０と像視野８との間で通る中心スルーホール２４を備える。

第６の鏡２０とともに像平面８内の中間像平面２２から照明又は結像光３を結像させる第５の鏡１９は、投影光学系６の、第１の瞳平面２１に共役な、他の瞳平面２５の近くに配列される。他の瞳平面２５は、典型的には、第５の鏡１９と第６の鏡２０との間の結像光３の光路内に配置されるため、他の瞳平面２５の位置に物理的にアクセス可能な絞り平面がある。瞳平面２１の領域内の開口絞りに関してすでに説明されているように、このダイヤフラム平面内に、開口絞りを、代わりに又は追加として、配列することができる。

投影光学系６は、瞳平面２０、２５のうちの１つにおいて中心に配列された遮蔽絞りを有する。これは、鏡２０、１９内の中心スルーホール２３、２４に関連付けられている、投影光路の光線部分が遮られることを意味する。したがって、投影光学系６の構造は、さらに、中心瞳遮蔽を持つ構造と呼ぶこともできる。

中心物体視野点を、入射瞳平面２１内の投影光学系６の入射瞳内の中心に照明された点に接続するマークされている個々の光線１４は、さらに、以下では中心視野点の主光線２６とも呼ばれる。中心視野点の主光線２６は、第６の鏡２０上で反射した後に像平面８とほぼ直角をなし、投影露光装置１のｚ軸にほぼ平行に伸びる。前記角度は、いずれの場合も８５°よりも大きい。

像視野７は矩形である。像視野７のアスペクト比は、図３では縮尺通りには示されていない。像視野７は、ｘ方向に平行に１３ｍｍだけ伸びる。像視野７は、ｙ方向に平行に１ｍｍだけ伸びる。像視野７は、図３に示されているように、第５の鏡１９の背後の中心に配置される。スルーホール２４の半径Ｒは、以下の式から計算できる。

Ｄは、像視野７の対角成分である。ｄ_wは、像平面から鏡１９までの作動距離である。ＮＡは、像側の開口数である。

投影光学系６の６個の鏡１５から２０は、すべて、回転対称関数では記述できない自由曲面の形態のものである。投影光学系６の他の構成も可能であり、その場合、鏡１５から２０のうちの少なくとも１つは、このタイプの自由反射曲面を含む。

回転対称基準面２８からこのタイプの自由曲面２７を形成することについては、図４を参照して以下で説明する。まず第１に、考察対象の自由曲面の特徴付けに関する情報が得られる。例えば、基準面２８は、回転対称非球面とすることができる。前記設計情報の一部は、基準面２８の曲率半径としてよく、これは、さらに、１／ｃとも表され、ｃは、基準面２８の頂点曲率を表す。基準面２８の円錐定数ｋ及び基準面２８を記述する多項式係数も、前記情報の一部である。

それとは別に、又はそれに加えて、基準面２８を特徴付ける情報は、さらに、例えば、干渉計を使用することにより、基準鏡面の表面測定結果からも得られる。このタイプの表面測定結果から、関数ｚ'（ｘ'，ｙ'）が得られ、これは、基準面２８を記述するものであり、ｚ'は、図４に示されているように、異なる（ｘ'，ｙ'）座標のｚ'軸にそった基準面２８の上への高さを表す。

自由曲面を設計するこの第１のステップは、さらに、実際には像視野７内の物体視野の結像時に照明又は結像光３を反射するために使用される、表面記述によってのみ定義され、最初は無制限である、鏡面の部分を決定することを含む。前記領域は、フットプリントとも呼ばれる。鏡のフットプリントは、投影光学系６のレイ・トレーシングにより少なくとも近似的に決定できる。ｘ方向の寸法の考えられるフットプリントの例は、図４に示されている。ｘ_minは下限を意味し、ｘ_maxは例示的なフットプリントの上限を意味する。ｘ_maxよりも高く、ｘ_minよりも低いデータは、特定の限界内で同様にして計算され、自由曲面２７を決定するときに望ましくないエッジ効果は生じない。

基準面２８を特徴付ける情報が決定された後、基準面２８の偏心と傾斜が両方とも０になる、基準面２８に対する局所座標系が導入される。したがって、ｚ'軸は、非球面基準面２８の回転対称の軸であるか、又は基準面が表面測定により得られた場合には、測定デバイス、例えば、干渉計の光軸である。ｚ'軸は、一般に、投影露光装置１のｘｙｚ座標系のｚ軸に平行に、又はｚ軸に関して傾斜するように変位される。これは、さらに、他の座標軸ｘ'、ｙ'にも当てはまる。この平行な変位又は傾斜は、自由曲面の光学設計における初期ステップで決定される。

基準面２８は、非球面でなく、球面であってもよい。球面の基準面２８を記述する座標ｘ_c、ｙ_c、ｚ_cの原点は、一般に、投影露光装置１のｘｙｚ座標系の原点と異なる。

基準面２８が決定された後、基準面２８上の多数の点とｚ'軸に平行な自由曲面２７上の点との間の局所距離ｄ_i（ｉ＝１．．．Ｎ）が決定される。次いで、異なる局所距離ｄ_iは、一組の二次条件が満たされるまで変えられる。前記二次条件は、投影光学系６の特定の結像誤差及び／又は照明特性に対する所定の限界値である。

自由曲面は、以下の式により数学的に記述できる。

Ｚは、例えば、図４のｚ'軸に平行であってよいＺ軸に平行な自由曲面の上がる高さである。

ｃは、対応する非球面の頂点曲率に対応する定数である。ｋは、対応する非球面の円錐定数に対応する。Ｃ_jは、単項Ｘ^mＹⁿの係数である。ｃ、ｋ、Ｃ_jの値は、一般に、投影光学系６の内部の鏡の所望の光学特性に基づいて決定される。単項の次数ｍ＋ｎは、好きなように変えられる。高い次数の単項ほど、像誤差補正が改善された投影光学系を設計することができるが、計算が複雑になる。ｍ＋ｎは、３から２０超までの値をとりうる。

自由曲面は、さらに、例えば、光学設計プログラムＣＯＤＥ Ｖ（登録商標）のマニュアルで説明されている、ゼルニケ多項式により数学的に記述することもできる。それとは別に、自由曲面は、二次元スプライン曲面により記述することもできる。その例は、ベジエ曲線又は非一様有理基底スプライン（ＮＵＲＢＳ）である。二次元スプライン曲面は、例えば、ｘｙ平面内の点のグリッド及び関係するｚ値により、又は前記点及びその関係する勾配により記述することができる。それぞれのタイプのスプライン曲面に応じて、例えば、多項式又は連続性及び微分可能性に関する特定の特性を有する関数を使用することにより、グリッド点の間を補間することで完全な表面を求めることができる。この例は、解析関数を含む。

鏡１５から２０は、入射ＥＵＶ照明光３に対する反射を最適化する複数の反射コーティングを施されている。反射は、鏡面への個々の光線１４の入射角が垂直投射に近いほどよい。投影光学系６は、個々の光線１４のすべてについて反射角が非常に小さい。鏡１５から２０のうちの１つの鏡の上の一点に当たる個々の光線１４とこの点から反射された個々の光線１４との間の角度の半分は、以下ではこの点の反射角と呼ばれる。

投影光学系内の最大反射角は、第５の鏡１９の外縁における個々の光線１４の角度である。この角度αは、投影光学系６内で約１６°である。したがって、最大反射角αと開口数の商は、図２に示されている投影光学系６内で３２°である。

反射鏡上の入射点の位置に対する反射角のサイズの依存関係は、図５に示されている、一例のサンプル反射鏡２９を使って以下で概略が説明される。図中、個々の光線１４ａ、１４ｂ、１４ｃの発散光線は、サンプル反射鏡２９の反射面３０に当たる。反射面３０は凸面である。反射面３０の集合効果のため、個々の光線１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなる入射下降光線は、偏向され、反射した発散光線を形成する。反射面３０の縁に最も近いところに当たる個々の光線１４ａは、最大反射角αで偏向され、中心の個々の光線１４ｂは、それと比較して小さい反射角βで偏向され、サンプル反射鏡２９の縁から最も遠くにある個々の光線１４ｃは、最小反射角γだけ偏向される。

投影光学系６内の光路は、さらに、主光線の角倍率の並びでさらに特徴付けることができる。これは、略図６、７を参照して以下で説明される。図６において、主光線２６は、投影露光装置１の物体平面４に垂直に伸びる基準軸３２に対し角度αでサンプル反射鏡３１上に放射される。物体視野の側では、つまり、鏡Ｍ４に至るまで、基準軸３２は、さらに、物体視野の中心により定義される。基準軸３２は、一般に、ｚ軸とは一致しないが、前記軸と平行に走る。サンプル反射鏡３１により反射された後、主光線２６は、基準軸３２に対し角度βで反射されて戻る。角度α、βは、両方とも、０から９０°の範囲なので、商ｔａｎα／ｔａｎβは正である。サンプル反射鏡３１は、したがって、主光線の正の角倍率を有する。

図７は、主光線の負の角倍率の場合を示している。入射主光線２６は、０から９０°までの間の角度αで基準軸３２と交差する。サンプル反射鏡３３により反射された主光線２６は、実質的に、基準軸３２と９０から１８０°の範囲の角度βを取り囲む。この場合、商ｔａｎα／ｔａｎβは、したがって、負である。

投影光学系６の第１の鏡１５は、主光線の負の角倍率を有する。第２の鏡１６は、主光線の正の角倍率を有する。第３の鏡１７は、主光線の負の角倍率を有する。第４の鏡１８の角倍率は、角度βがその位置で１８０°であるため、無限大である。

図８は、ここでもまた、投影光学系６の他の特徴的値、つまり物体−像シフトｄ_oisをはっきり示すために、投影露光装置１のわずかに修正された表現を示している。これは、像平面８上への中心物体点の垂直投影と中心像点との間の距離として定義される。図２に示されている投影光学系６では、物体−像シフトｄ_oisは、１ｍｍ未満である。

図９は、投影光学系６の他の特徴、つまり、自由作動距離ｄ_wを示している。これは、像平面８と投影光学系６の鏡の１つ、つまり、図２に示されている実施形態の鏡１９の最も近い部分３４との間の距離として定義される。

投影光学系６では、自由作動距離ｄ_wは、４０ｍｍである。したがって、像平面８に最も近い第５の鏡１９は、第５の鏡１９の十分な安定性をもたらす厚さを有するように製作される。このタイプの鏡の材料としては、例えば、石英、ゼロデュール、炭化ケイ素化合物がある。超低膨張特性を持つ他の材料も使用できる。このタイプの材料の例について、「ＵＬＥ」という名称で米国Ｃｏｒｎｉｎｇ社から販売されている製品が知られている。

投影光学系６の光学データは以下のようにまとめられる。

像側開口数ＮＡは０．５である。像視野のサイズは１×１３ｍｍ²である。縮小倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光の波長は１３．５ｎｍである。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮＰＮＰである。主光線は、物体平面から収束する形で投影光学系内に入る。開口絞りは、縁のところで照明光を制限するように鏡Ｍ３上に配列される。物体平面４と像平面８との間のｚ距離は、１，５００ｍｍである。物体−像シフトは０．４２ｍｍである。瞳平面内の被照面の５．９％は遮蔽される。投影光学系は、照明光３の波長の単位で０．０２の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。歪みは１２ｎｍである。像面湾曲の曲率は９ｎｍである。中心物体視野点における主光線の角度は５．９°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は１１７×６１ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は３０６×１４３ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は８０×７７ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は１７４×１２６ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は２５３×２４５ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は６７６×６６６ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への、中心物体視野点の主光線２６の、主光線入射角の並びは１６．０１°、７．１４°、１３．１３°、７．２１°、０．０°、０．０°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、２２．５５°、９．６２°、１３．９０°、１０．１６°、１６．２３°、４．３７°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、１３．１２°、５．０７°、１．５８°、６．１０°、１６．２３°未満、４．３７°未満である。物体平面４内の作動距離は１００ｍｍである。像平面８内の作動距離は４０ｍｍである。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は４．２５である。隣接する鏡Ｍ２−Ｍ３、Ｍ４−Ｍ５、Ｍ５−Ｍ６のそれぞれの間、また鏡Ｍ６と像平面８との間の距離は、物体平面４と像平面８との間のｚ距離の４０％を超える距離である。鏡Ｍ１とＭ４の、使用される反射面から前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路までの最小距離は２５ｍｍ未満である。

投影光学系６の鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データは、以下の表から集めることができる。前記表の最初のものは、頂点曲率（半径）のそれぞれの逆数値と距離値（厚さ）を示しており、これは、光学部品及び開口絞りに対する、物体平面から始まる、光路内の隣接する要素のｚ距離に対応する。第２の表は、鏡Ｍ１からＭ６に対する上述の自由曲面方程式中の単項Ｘ^mＸⁿの係数Ｃ_jを示している。第２の表の末尾に、鏡基準設計からそれぞれの鏡が偏心され（Ｙ偏心）、回転（ｘ回転）される値が、ミリメートル単位で示されている。これは、上述の自由曲面設計法における平行な変位と傾斜に対応する。したがって、変位はｙ方向に生じ、傾斜はｘ軸を中心として生じる。回転角は、度で与えられる。

図１０は、投影露光装置１内の、投影光学系６の代わりに使用できる、投影光学系３５の他の実施形態を示している。図１から９を参照してすでに説明されているものに対応する部材又は基準量は、同じ参照番号を与えられているが、再び詳しく説明することはしない。

投影光学系３５は、さらに、全部で６つの反射鏡を備え、光路順序で物体平面４から始まり、参照番号３６から４１までを与えられ、また、以下では鏡Ｍ１からＭ６として参照される。鏡３６から４１はすべて、回転対称関数では記述できない反射自由曲面を有する。鏡３６、３８、４０は、凸基本形状を有し、鏡３７、３９、４１は、凹基本形状を有する。

投影光学系３５は縮小係数８を有する。投影光学系３６の像側開口数は０．５である。投影光学系３５の像視野７の寸法は、投影光学系６のとちょうど同じである。中間像側開口数は０．２８である。

第１の鏡３６は、主光線の負の角倍率を有する。第２の鏡３７は、主光線の正の角倍率を有する。第３の鏡３８は、主光線の負の角倍率を有する。第４の鏡３９では、主光線２６が像平面８に垂直になるように第４の鏡３９から伸びているため主光線の角倍率は無限大である。

投影光学系３５において、物体−像シフトは、投影光学系６よりも際だって大きく、１３４ｍｍである。

投影光学系３５内の第５の鏡４０の縁のところで光線でも得られる、最大反射角αは、１７°である。最大反射角αと像側開口数の商は、３４°である。

４２ｍｍでは、投影光学系３５内の自由作動距離ｄ_wは、投影光学系６の自由作動距離に匹敵する。

投影光学系３５の光学データは、ここでも以下のようにまとめられる。

像側開口数ＮＡは０．５である。像視野７の寸法は１×１３ｍｍ²である。縮小倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光３の波長は１３．５ｎｍである。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＰＰＮＰＮＰである。像側では、投影光学系３５は実質的にテレセントリックである。縁のところで照明光を制限する開口絞りは鏡Ｍ３上に配列される。物体平面４と像平面８との間のｚ距離は１，８２３ｍｍである。物体−像シフトは１３４ｍｍである。瞳平面内の被照面の９．２％は遮蔽される。中心物体視野点における主光線の角度は６°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は２４１×１３８ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は３７７×２６９ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は８０×７５ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は２４６×１９７ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は３５２×３０４ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は７７６×６７８ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への中心物体視野点の主光線の入射角の並びは、７．１０°、５．１９°、１３．６６°、４．６０°、０．０°、０．０２°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、１２．２３°、５．５３°、１５．４３°、７．３３°、１６．９８°、５．５１°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、９．９３°、０．７８°、２．９８°、５．２７°、１６．９８°未満、５．５１°未満である。物体平面４内の作動距離は、３３６ｍｍである。像平面８内の作動距離は４２ｍｍである。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は３．０４である。鏡Ｍ１からＭ４の、使用される反射面と前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路との間の最小距離は２５ｍｍ未満である。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離及び鏡の対Ｍ２−Ｍ３とＭ４−Ｍ５との間の距離は、物体平面と像平面との間の距離の４０％を超える。

投影光学系３５の鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データは、以下の表から集めることができ、これは、図２による投影光学系の表に対応する。

図１１は、投影露光装置１内の、投影光学系６の代わりに使用できる、投影光学系４２の他の構成を示している。図１から１０を参照してすでに説明されているものに対応する部材又は基準量は、同じ参照番号を与えられているが、再び詳しく説明することはしない。

投影光学系４２は、さらに、物体平面４から始まる、結像光路内の順序に従って参照番号４３から４８で表される６つの反射鏡を備える。前記鏡は、さらに、以下ではＭ１からＭ６でも参照される。投影光学系４２において、反射面はすべて、回転対称関数では記述できない自由曲面として形成される。

第１の鏡４３は凹面であるが、簡単に修正してゼロ基底曲面を持つ鏡を形成するか、又は凸面をなす鏡を形成できるようにごくわずか曲がっているだけである。第２の鏡４４は凹面であり、第３の鏡４５は凸面である。第４の鏡４６は凹面である。第５の鏡４７は凸面である。第６の鏡４８は凹面である。

第１の３つの鏡４３から４５はそれぞれ、主光線の負の角倍率を有する。第４の鏡４６の主光線の角倍率は、主光線２６が第４の鏡４６による反射の後像平面８に垂直な方向に伸びるので無限大である。

投影光学系４２の像側開口数は０．５である。投影光学系４２の中間像側開口数は０．１１である。

投影光学系４２において、自由作動距離ｄ_wは２０ｍｍである。

投影光学系４２は縮小係数８を有する。

投影光学系４２の像視野の寸法は投影光学系６及び３５の寸法に対応する。

投影光学系４２において、最大反射角は、さらに、第５の鏡４７上で反射された外縁光線中で生じ、α＝１６°である。投影光学系４２内の照明光３の最大反射角と像側開口数の商は、３２である。

投影光学系４２の光学データは、ここでも以下にまとめられる。

像側開口数ＮＡは０．５である。像視野の寸法は１×１３ｍｍ²である。縮小結像倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光３の波長は１３．５ｎｍである。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＰＰＮＰＮＰである。主光線は、物体平面４から収束する形で投影光学系４２内に入る。開口絞りは、縁のところで照明光を制限するように鏡Ｍ２上に配列される。物体平面４と像平面８との間のｚ距離は１，７００ｍｍである。物体−像シフトは３９３ｍｍである。瞳平面内の被照面の１７．０％は遮蔽される。投影光学系４２は、照明光３の波長の単位で０．１００の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。歪みは１６ｎｍである。像面湾曲の曲率は３５ｎｍである。中心物体視野点における主光線の角度は６°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は１６４×１３４ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は３１２×１７０ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は１４７×１５５ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は３５４×１９６ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は１０３×９６ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は４５７×４４４ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、３．５４°、５．１５°、９．１１°、４．４５°、０．０１°、０．０１°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、６．１８°、５．６２°、９．８０°、６．８５°、１５．９４°、２．３６°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、５．１６°、１．０８°、１．５２°、４．６３°、１５．９４°未満、２．３８°未満である。物体平面４内の作動距離は２００ｍｍである。像平面８内の作動距離は２０ｍｍである。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は５．０７である。鏡Ｍ１とＭ２の、使用される反射面と前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路との間の最小距離は２５ｍｍ未満である。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離及び鏡の対Ｍ１−Ｍ２、Ｍ２−Ｍ３、Ｍ３−Ｍ４、及びＭ４−Ｍ５の間の距離は、物体平面と像平面との間の距離の４０％を超える。

投影光学系４２の鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データを以下の表から集めることができ、これは、図２による投影光学系６についてすでに与えられている表に対応する。

図１２は、投影光学系６の代わりにＵＶ照明の場合に投影露光装置１内で使用できる投影光学系４９の他の実施形態を示している。図１から１１を参照してすでに説明されているものに対応する部材又は基準量は、同じ参照番号を与えられているが、再び詳しく説明することはしない。

投影光学系４９は、さらに、物体平面４から、結像光路内の順序に従って参照番号５０から５５で表される６つの反射鏡を備える。前記鏡は、さらに、以下ではＭ１からＭ６でも参照される。投影光学系４９において、反射面はすべて、回転対称関数では記述できない自由曲面として形成される。

図１２に示されている構成では、鏡の基底曲面の並びは図１１の構成と同じである。ここでもまた、第１の鏡は、ごくわずかに湾曲しており、したがって、ゼロ基底曲面（平面基底曲面）を持つ鏡に、又は凸基底曲面を持つ鏡に簡単に変換できる。

第１の３つの鏡５０から５２はそれぞれ、主光線の負の角倍率を有する。第４の鏡５３の主光線の角倍率は、主光線２６が第４の鏡５３で反射した後像平面８に垂直な方向に伸びるので無限大である。

投影光学系４９の像側開口数は０．７である。投影光学系４９の中間像側開口数は０．１４である。

投影光学系４９において、自由作動距離ｄ_wは２０ｍｍである。

投影光学系４９は縮小係数８を有する。

投影光学系４９の像視野の寸法は、投影光学系６、３５、４２の寸法に対応する。像視野の寸法は１３×１ｍｍ²である。

投影光学系４９において、最大反射角は、さらに、第５の鏡５４上で反射された外縁光線中で生じ、α＝２３．８°である。投影光学系内の結像光３の最大反射角と像側開口数の商は、３４°である。

投影光学系４９の光学データは、ここでも以下にまとめられる。

像側開口数ＮＡは０．７である。像視野７の寸法は１×１３ｍｍ²である。縮小倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光３の波長は１９３．０ｎｍである。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＰＰＮＰＮＰである。主光線は、物体平面４から収束する形で投影光学系４９内に入る。開口絞りは、縁のところで照明光を制限するように鏡Ｍ２上に配列される。物体平面４と像平面８との間のｚ距離は１，７００ｍｍである。物体−像シフトは５４９ｍｍである。瞳平面内の被照面の１１．６％は遮蔽される。投影光学系４９は、照明光の波長の単位で０．０５３の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。歪みは４００ｎｍである。像面湾曲の曲率は１３０ｎｍである。中心物体視野点における主光線の角度は６°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は２０４×１８４ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は６５２×２７１ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は１９２×２６０ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は５１５×３４７ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は１６２×１５３ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は６４３×６１９ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、５．４０°、８．７６°、１１．８３°、５．３７°、０．０１°、０．０２°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、９．７０°、１０．０６°、１３．２２°、８．９４°、２４．０１°、３．６２°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、８．２３°、２．８１°、３．１０°、６．９５°、２４．０１°未満、３．６２°未満である。

物体平面４内の作動距離は２００ｍｍである。像平面８内の作動距離は２０ｍｍである。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は５．１１である。鏡Ｍ１からＭ３の、使用される反射面と前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路との間の最小距離は２５ｍｍ未満である。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離及び鏡の対Ｍ１−Ｍ２、Ｍ２−Ｍ３、Ｍ３−Ｍ４、Ｍ４−Ｍ５の間の距離は、物体と像平面との間の距離の４０％を超える。

鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データは、上述の図２の投影光学系６のものに対応する以下の表から集めることができる。

図１３は、投影露光又はリソグラフィに必要な投影マスクを検査するために、又は露光ウェハ１０の検査のため使用することができる顕微鏡レンズ５６を示している。顕微鏡レンズは、顕微鏡像平面５８上の、投影露光装置１の投影時に像平面８と一致する、顕微鏡物体面又は基板平面５７に結像する。顕微鏡レンズ５６の構造は、例えば、図２の投影物体６のと似ており、違いは、顕微鏡レンズ５６では、物体平面と像平面は、投影光学系６と比較して入れ換えられるという点である。したがって、分析すべき物体は、顕微鏡レンズ５６の高アパーチャ部分に配置され、画像記録素子、例えば、ＣＣＤカメラは、顕微鏡レンズ５６の低アパーチャ部分に配置される。顕微鏡像平面５８と基板平面５７との間の光路において、顕微鏡レンズ５６は、全部で４つの鏡５９から６２を備え、これらは、この順に番号が振られており、またＭ１からＭ４でも参照される。顕微鏡レンズ５６の第３の鏡６１と第４の鏡６２は、設計位置及びスルーホール２３、２４に関してすでに説明されている投影光学系の鏡Ｍ５、Ｍ６に対応する。４つの鏡５９から６２は、回転対称関数では記述できない自由曲面として構成される。それとは別に、鏡５９から６２のうちの少なくとも１つは、このタイプの自由曲面反射面を持つことも可能である。

第１の鏡５９は、主光線の負の角倍率を有する。第２の鏡６０では、主光線２６が第２の鏡６０から基板平面５７に垂直になるように伸びているため主光線の角倍率は無限大である。第３の鏡６１及び第４の鏡６２の主光線の角倍率は、それに対応して、未定義である。

顕微鏡レンズ５６の開口数は０．７である。顕微鏡レンズ５６の中間像側開口数は、０．１７である。

顕微鏡レンズ５６において、最大反射角αは、ここでもまた、スルーホール２４を備える鏡５７の外縁光線中で生じ、２４°である。それに対応して、この反射角と開口数の商は、３４°である。

投影光学系６、３５、４２、４９、顕微鏡レンズ５６は、ＥＵＶ波長以外の照明又は結像光３の波長を使用して動作させることができる。例えば、可視波長に前記自由曲面構造を使用することも可能である。

投影光学系６、３５、４２、４９、顕微鏡レンズ５６、図１４から１７に関して以下で説明されている光学系は、スルーホール２３、２４の領域内の光路を除き、常に２５ｍｍ未満、１ｍｍ超、好ましくは５ｍｍ超の距離が、個々の光線１４と作用を受けないそれぞれの鏡Ｍ１からＭ６との間で、又は所望の方法で照明光３の反射の作用を受けるときには５９から６２との間で維持されるような方法で製作することができる。これにより、それぞれの光学系の構造要件が簡素化される。

図１４は、投影光学系６の代わりに、再びＥＵＶ照明を使い、投影露光装置１内で使用できる投影光学系６３の他の構成を示している。図１から１２の投影光学系６、３５、４２、４９に関してすでに説明されているものに対応する部材又は基準量は、同じ参照番号を与えられているが、再び詳しく説明することはしない。以下では、投影光学系６３とすでに説明されている投影光学系６、３５、４２、４９の間の実質的相違点のみを説明する。

投影光学系６３の光学データは以下のとおりである。

像側開口数ＮＡは０．６である。像視野７の寸法は１×１３ｍｍ²である。縮小倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光３の波長は１３．５ｎｍである。投影光学系６３は６つの鏡Ｍ１からＭ６を有する。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮＰＮＰである。投影光学系６３の単一の中間像が鏡Ｍ４とＭ５との間に存在する。主光線は、物体平面４から収束する形で投影光学系６３内に入る。縁のところで照明光を制限する開口絞りは鏡Ｍ３上に配列される。物体平面４と像平面との間のｚ距離は１，５００ｍｍである。物体−像シフトは７．０７ｍｍである。瞳平面内の被照面の５．７％は、遮蔽される。投影光学系６３は、照明光３の波長の単位で０．０３４の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。歪みは１５ｎｍである。像面湾曲の曲率は１０ｎｍである。中心物体視野点における主光線の角度は５．９°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は１２６×７３ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は３３９×１６４ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は１００×９６ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は１９６×１５０ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は３０７×２９８ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は８１４×８０６ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、１８．６１°、８．７６°、１５．４４°、８．５３°、０．００°、０．００°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、２６．６０°、１１．８０°、１５．９８°、１２．３２°、２０．１４°、５．１１°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、１６．０６°、６．３０°、１．０３°、７．８７°、２０．１４°未満、及び５．１１°未満である。鏡Ｍ１からＭ３の主光線の角倍率（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮである。物体平面４内の作動距離は１０２ｍｍである。像平面内の作動距離は４０ｍｍである。物体平面４と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は４．１３である。鏡Ｍ１及びＭ４の、使用される反射面と前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路との間の最小距離は２５ｍｍ未満である。鏡Ｍ２−Ｍ３、Ｍ４−Ｍ５、Ｍ５−Ｍ６の対の間、また鏡Ｍ６と像平面８との間の距離は、物体平面４と像平面８との間の距離の４０％未満である。

投影光学系６３の鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データは、以下の表から集めることができ、これは、図２による投影光学系６について与えられている表に対応する。

図１５は、前記投影光学系６の代わりに、再びＥＵＶ照明を使い、投影露光装置１内で使用できる投影光学系６４の他の構成を示している。図１から１２又は１４を参照してすでに説明されているものに対応する部材又は基準量は、同じ参照番号を与えられているが、再び詳しく説明することはしない。

投影光学系６４の光学データは以下のようにまとめられる。

像側開口数ＮＡは０．７である。像視野７の寸法は１×１３ｍｍ²である。縮小倍率レベルは８×である。像視野７は矩形である。照明光７の波長は１３．５ｎｍである。投影光学系６４は６つの鏡Ｍ１からＭ６を有する。鏡Ｍ１からＭ６の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮＰＮＰである。投影光学系６４の単一の中間像平面が鏡Ｍ４とＭ５との間に存在する。主光線は物体平面４から収束する形で投影光学系６４内に入る。縁のところで照明光を制限する開口絞りは鏡Ｍ３上に配列される。物体平面４と像平面８との間のｚ距離は１，４８３ｍｍである。物体−像シフトは１３．８６ｍｍである。瞳平面内の被照面の６．４％は遮蔽される。投影光学系６４は、照明光３の波長の単位で０．０６２の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。歪みは１８ｎｍである。像面湾曲の曲率は１０ｎｍである。中心物体視野点における主光線の角度は５．９°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は１３４×８４ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は３６５×１７４ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は１２１×１１４ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は２２０×１７６ｍｍ²である。鏡Ｍ５の寸法は３６３×３５４ｍｍ²である。鏡Ｍ６の寸法は９５６×９５２ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ６上への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、２０．８６°、１０．２６°、１７．５０°、９．８４°、０．００°、０．００°である。鏡Ｍ１からＭ６上の最大入射角の並びは、２９．８３°、１３．６７°、１８．０９°、１４．４０°、２４．６０°、５．７０°である。鏡Ｍ１からＭ６上の入射角の帯域幅の並びは、１８．２３°、７．１８°、１．０６°、９．５０°、１６．９８°未満、５．５１°未満である。鏡Ｍ１からＭ３の主光線の角倍率（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮである。物体平面４内の作動距離は１００ｍｍである。像平面８内の作動距離は４０ｍｍである。物体平面と鏡Ｍ１との間の距離に対する物体平面４と鏡Ｍ２との間の距離の比は４．１３である。鏡Ｍ１及びＭ４の、使用される反射面と前記鏡（自由基板）上に作用しない最も近い結像光路との間の最小距離は２５ｍｍ未満である。鏡Ｍ２−Ｍ３、Ｍ４−Ｍ５、Ｍ５−Ｍ６の対の間、また鏡Ｍ６と像平面８との間の距離は、物体平面４と像平面８との間の距離の４０％を超える。

投影光学系６４の鏡Ｍ１からＭ６の反射面の光学設計データは、以下の表から推論することができ、これは、図２による投影光学系６について与えられている表に対応する。

以下では、顕微鏡レンズ５６と同様に、投影露光又はリソグラフィに必要な投影マスクを検査するために、又は露光ウェハを検査するために使用できる、２つの他の顕微鏡レンズ６５、６６についてのさらに多くの光学データをまとめた。これらの他の顕微鏡レンズ６５、６６は両方とも、図１６、１７に示されている。前記他の２つの顕微鏡レンズ６５、６６の基本的な４鏡構造は図１３の構造に対応する。

顕微鏡レンズ５６に関してすでに説明されているものに対応するこれらの他の顕微鏡レンズ６５、６６内の部材は同じ参照番号又は指示記号が割り当てられている。

２つの他の顕微鏡レンズ６５、６６のうちの第１のもの、図１６に示されている顕微鏡レンズ６５は、物体側開口数が０．８である。正方形の物体視野の寸法は０．８×０．８ｍｍ²である。拡大倍率レベルは１０×である。照明光３の波長は１９３．０ｎｍである。他の照明光波長、例えば、可視波長、又はＥＵＶ波長も可能である。鏡Ｍ１からＭ４の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮＰである。単一の中間像は、鏡Ｍ４内のスルーホール２３の位置の鏡Ｍ２とＭ３との間に配置される。主光線は、顕微鏡像平面５８から発散する形で顕微鏡レンズ６５から外へ進む。基板平面５７と像平面５８との間のｚ距離は１，９３３ｍｍである。物体−像シフトは４７７ｍｍである。瞳平面内の被照面の２１．５％は遮蔽される。顕微鏡レンズ６５は、照明光３の波長の単位で０．００４の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。中心物体視野点における主光線の角度は１３．８°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は２１９×２１６ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は５２０×５０２ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は２０２×１８９ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は７４２×６９９ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ４上への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、１０．４８°、３．５３°、０．０４°、０．０２°である。鏡Ｍ１からＭ４上の最大入射角の並びは、１５．７０°、５．５８°、２７．７９°、３．１９°である。鏡Ｍ１からＭ４上の入射角の帯域幅の並びは、１１．９３°、４．４６°、２７．７９°、３．１９°である。顕微鏡像平面５８内の作動距離は２４０ｍｍである。基板平面５７内の作動距離は４０ｍｍである。顕微鏡像平面５８と鏡Ｍ１との間の距離に対する顕微鏡像平面５８と鏡Ｍ２との間の距離の比は５．６３である。基板平面５７と鏡Ｍ１との間の距離と鏡の対Ｍ１−Ｍ２及びＭ２−Ｍ３の間の距離は、基板平面５７と像平面５８との間の距離の４０％を超える。

顕微鏡レンズ６５の鏡Ｍ１からＭ４の反射面の光学設計データは、以下の表から集めることができ、これは、すでに説明されている投影光学系の表に対応する。これらの表において、「物体」は、顕微鏡像平面５８を指す。「像」は、基板平面５７を指す。

図１７に示されており、図１３の顕微鏡レンズ５６の代わりに使用することもできる第２の顕微鏡レンズ６６の光学データは、以下のようにまとめられる。

物体側開口数ＮＡは０．８である。正方形の物体視野の寸法は０．８×０．８ｍｍ²である。拡大倍率レベルは４０×である。照明光３の波長は１９３．０ｎｍである。他の照明光波長、例えば、可視波長又はＥＵＶ波長も使用できる。鏡Ｍ１からＭ４の光学的効果（負Ｎ、正Ｐ）の並びはＮＰＮＰである。単一の中間像は、鏡Ｍ４内のスルーホール２３の領域にある鏡Ｍ２とＭ３との間に配置される。像側では、主光線は、発散する形で顕微鏡レンズ６６から外へ進む。基板平面５７と像平面５８との間のｚ距離は２，０４８ｍｍである。物体−像シフトは５２２ｍｍである。瞳平面内の被照面の２４．６％は遮蔽される。顕微鏡レンズ６６は、照明光３の波長の単位で０．０１６の波面誤差（ｒｍｓ）を持つ。中心物体視野点における主光線の角度は１７．１°である。鏡Ｍ１の寸法（ｘ／ｙ）は５９×５８ｍｍ²である。鏡Ｍ２の寸法は２２２×１９７ｍｍ²である。鏡Ｍ３の寸法は１８０×１６３ｍｍ²である。鏡Ｍ４の寸法は７３６×６７４ｍｍ²である。鏡Ｍ１からＭ４への中心物体視野点の主光線２６の主光線入射角の並びは、１２．２３°、３．８１°、０．１０°、０．１４°である。鏡Ｍ１からＭ４上の最大入射角の並びは、１８．９４°、５．６６°、２４．９５°、２．７５°である。鏡Ｍ１からＭ４上の入射角の帯域幅の並びは、１０．１７°、１．８１°、２４．９５°、２．７５°である。顕微鏡像平面５８内の作動距離は９９６ｍｍである。基板平面５７内の作動距離は４０ｍｍである。顕微鏡像平面５８と鏡Ｍ１との間の距離に対する顕微鏡像平面５８と鏡Ｍ２との間の距離の比は１．４６である。基板平面５７と鏡Ｍ１との間の距離及び鏡の対Ｍ２−Ｍ３の間の距離は、基板平面５７と像平面５８との間の距離の４０％未満である。

顕微鏡レンズ６６の鏡Ｍ１からＭ４の反射面の光学設計データは、以下の表から集めることができ、これは、すでに説明されている顕微鏡レンズ６５の表に対応する。

Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、及びＭ６ 鏡、１ 投影露光装置、２ 照明光用の光源、３ 照明光、４ 物体平面、５ レンズ系、６ 投影光学系、７ 像視野、８ 像平面、９ 反射マスク、１０ 基板、１１ 基板押さえ、１２、１３ 光線、１４ 光線、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 光線、１５、１７、１８、１９及び２０ 鏡、２１ 瞳平面、２２ 中間像平面、２３ スルーホール、２４ 中心スルーホール、２５ 瞳平面、２６ 主光線

Claims (25)

1. 像平面（８、５７）内にある像視野（７）に、物体平面（４、５８）内にある物体視野を結像させる複数の鏡（Ｍ１からＭ６、５９から６２）を備え、前記鏡（Ｍ６、６２）のうちの少なくとも１つは結像光（３）が通過するためのスルーホール（２３）を備え、少なくとも１つの鏡（Ｍ１からＭ６、５９から６２）の反射面が回転対称関数では記述できない自由曲面（２７）の形態であることを特徴とする結像光学系（６、３５、４２、４９、５６、６３、６４、６５、６６）。
2. 前記像平面（８、５７）は、物体平面（４、５８）に平行に配列されることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記結像光（３）は、最大反射角２５°、好ましくは最大反射角２０°、より好ましくは最大反射角１６°で、鏡（Ｍ１からＭ６、５９から６２）により反射されることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の結像光学系。
4. 前記結像光学系（６、３５、４２、４９、５６）内の前記結像光（３）の最大反射角（α）と前記像側の開口数の商は、４０°であることを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
5. 瞳平面（２１）の領域内の前記結像光路内の最後の鏡（Ｍ６、６２）の前に配列されている鏡（Ｍ３、５９）は、凸基本形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の結像光学系。
6. 少なくとも４つの鏡（Ｍ１からＭ６、５９から６２）、特に６つの鏡（Ｍ１からＭ６）を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の結像光学系。
7. 複数の鏡のうちの少なくとも２つ（Ｍ１とＭ３、Ｍ１とＭ２とＭ３）は前記主光線の負の角倍率を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の結像光学系。
8. 前記主光線の正の角倍率を有する鏡（Ｍ２）は、前記主光線の負の角倍率を有する２つの鏡（Ｍ１、Ｍ３）の間に配列されることを特徴とする請求項７に記載の結像光学系。
9. 最後の鏡（Ｍ６、６２）を通り、中心物体点の瞳の中心を通るように向けられた、中心結像光線は、前記像平面（８、５７）に対して８５°よりも大きい角度であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の結像光学系。
10. 前記最後の鏡（Ｍ６、６２）に向けられた前記結像光路は、前記鏡内の前記スルーホール（２３）の領域内の中間像平面（２２）内に中間像を有し、前記物体平面（４、５８）と前記中間像平面（２２）との間の光学系（Ｍ１からＭ４、５９、６０）の一部は少なくとも２×の縮小倍率レベルを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の結像光学系。
11. 結像光路内の最後から２番目の鏡となるように配列され、前記結像光を反射して前記最後の鏡（Ｍ６、６２）に送る鏡（Ｍ５、６１）は、結像光を通すためのスルーホール（２４）を備え、前記像平面（７）は中心からのずれが前記最後から２番目の鏡（Ｍ５）の直径の１／５以下となるように、特に前記最後から２番目の鏡（Ｍ５）に関して中心に来るように前記最後から２番目の鏡（Ｍ５）の背後に配列されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の結像光学系。
12. 前記結像光路内の前記最後からの２番目の鏡（Ｍ５、６１）は、５００ｍｍを超える、好ましくは１，０００ｍｍを超える、なおいっそう好ましくは１，５００ｍｍを超える曲率半径を有することを特徴とする請求項１１に記載の結像光学系。
13. １ｍｍ²を超える像視野（７）を照らすことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の結像光学系。
14. 少なくとも０．４、好ましくは少なくとも０．４５、なおいっそう好ましくは少なくとも０．５、なおいっそう好ましくは少なくとも０．５５、なおいっそう好ましくは少なくとも０．６、なおいっそう好ましくは少なくとも０．６５、なおいっそう好ましくは少なくとも０．７の像側の開口数を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の結像光学系。
15. 像側でテレセントリックであることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の結像光学系。
16. １００ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満の物体−像シフト（ｄ_ois）を特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の結像光学系。
17. 前記物体視野と前記像視野との間の距離の４０％を超える、前記物体平面（４、５８）及び／又は前記像平面（８、５７）に垂直な、互いから一定の距離にある隣接する鏡の少なくとも１つの対（Ｍ２とＭ３、Ｍ３とＭ４、Ｍ４とＭ５、Ｍ５とＭ６）を特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の結像光学系。
18. 少なくとも１つの鏡（Ｍ１からＭ４、Ｍ１、Ｍ４）は、使用される前記反射面から前記鏡に作用しない最も近い結像光路まで２５ｍｍ未満の最小距離を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の結像光学系。
19. 前記結像光（３）を通過させる前記スルーホール（２３）を備え、前記結像光路内の最後の鏡である、前記鏡（Ｍ６、６２）により、前記結像光（３）が像視野（７）に反射されることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の結像光学系。
20. マイクロリソグラフィ用の投影露光装置であって、
    請求項１から１９のいずれか一項に記載の結像光学系（６、３５、４２、４９）を備え、
    前記照明光及び結像光（３）用の光源（２）を備え、
    前記照明光（３）を前記結像光学系（６、３５、４２、４９）の前記物体視野に当てるためのレンズ系（５）を備える投影露光装置。
21. １０から３０ｍｍまでの範囲の波長を持つ前記照明光（３）を発生するための前記光源（２）が形成されることを特徴とする請求項２０に記載の投影露光装置。
22. 微細構造構成要素を生産するための方法であって、
    レチクル（９）とウェハ（１０）を用意するステップと、
    請求項２０又は２１に記載の投影露光装置を使用することにより前記レチクル（９）上の構造を前記ウェハ（１０）の感光層上に投影するステップと、
    微細構造を前記ウェハ（１０）上に形成するステップとを含む方法。
23. 請求項２２に記載の方法により生産される微細構造構成要素。
24. この方法で使用した場合に光学部材の配列は、物体平面と像平面が交換されることを条件として請求項１から１９のいずれか一項に記載の配列に対応する、顕微鏡レンズ（５６）としての結像光学系の使用。
25. リソグラフィ投影露光装置による投影露光に関して露光されるべきであるか、又はすでに露光されている基板（１０）を検査するときの請求項２４に記載の使用。

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