JP3359302B2 - 投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影光学系及びそれ
を用いた投影露光装置に関し、例えばレチクルパターン
を感光基板に、ステップアンドリピート方式、又はステ
ップアンドスキャン方式等を利用して投影露光し、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサブミクロン、又
はクオーターミクロン以下の高集積度のデバイス（半導
体素子）を製造する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造用の投影露光装置で
は、照明系（照明光学系）からの光束（露光光）で電子
回路パターンを形成したレチクルを照射し、該パターン
を投影光学系でウエハ面上に投影露光している。

【０００３】近年、半導体素子の高集積化が進むに従
い、投影光学系に対する仕様や性能もますます厳しいも
のが要求されてきている。一般に高い解像力を得るため
には露光波長の短波長化、投影光学系の収差の良好なる
補正、投影光学系のＮＡの高ＮＡ化等が有効な手段とし
て用いられている。

【０００４】従来より露光光としては、ｉ線ランプか
ら、又はＫｒＦ、ＡｒｆさらにはＦ２といったエキシマ
レーザー等からの光が利用されている。

【０００５】投影光学系の高ＮＡ化についてはＮＡ０.
６から０. ６５へさらにはＮＡ０.７へとより高ＮＡ化
へ進みつつある。

【０００６】収差補正ではレチクルやウェハーの反りに
よる像歪みを軽減するために両側テレセントリックを形
成しつつも、投影光学系に起因するディストーションを
極力小さくすると同時に、各像高における最良像点の像
面幅（像面湾曲量）も最小にし、しかも各像高における
コントラストゲインもできるだけ均一になるようにして
いる。

【０００７】また、半導体素子製造時には種々のレチク
ルパターンや線幅に対し、最良パターン像になるように
照明条件を種々と変更して露光を行うが、このとき各照
明条件間での、ディストーションの格差、像面平坦性等
を最小にする為に、各像高においてコマ収差を極力小さ
くし、像面を一致させるようにしている。

【０００８】この他、投影露光装置として重要な要素と
なっているスループットを向上させる為に、チップサイ
ズの大型化がなされてきており、このため 投影光学系
の露光領域の拡大もなされている。

【０００９】投影露光装置に用いられる投影光学系とし
て、すべてのレンズ系が球面で構成された投影光学系
が、例えば特開平９−１０５８６１号公報、特開平１０
−４８５１７号公報、特開平１０−７９３４５号公報等
にて提案されている。

【００１０】又、非球面を用いて収差を補正させている
投影光学系が、例えば特公平７−４８０８９号公報、特
開平７−１２８５９２号公報、特開平８−１７９２０４
号公報、特開平５−３４５９３号公報、特開平１０−１
９７７９１号公報、特開平１０−１５４６５７号公報、
特開平１０−３２５９２２号公報、特開平１０−３３３
０３０号公報、特開平１１−６９５７号公報等にて提案
されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】投影光学系において露
光波長の短波長化、高ＮＡ化を行い、しかも比較的広い
露光領域を確保しつつ、各照明モードにわたり性能変化
が少なく、高い光学性能を得るには各レンズ群の屈折力
やレンズ構成を適切に設定する必要がある。

【００１２】一般に，性能変化が少なく高い光学性能を
得るには、例えば各レンズ群の屈折力を小さくして各レ
ンズ群で発生する収差量を小さくするか、各レンズ群の
レンズ枚数を増加させて収差補正上の自由度を増やすこ
とが必要となってくる。

【００１３】このため短波長化しつつ高ＮＡでかつ広い
露光領域を達成しようとすると、どうしてもレンズ共役
長（物像間距離）が大きくなったり、レンズ径やレンズ
枚数が増加するなどして、レンズ系全体が重厚長大化し
てくるという問題点が生じてくる。

【００１４】こうなると環境変化や組立精度によるレン
ズの変形による結像性能の劣化という問題も生じてく
る。レンズ径が大きくなればなるほどレンズ自身の重力
による自重変形も大きくなり、しかもある共役長の制限
内で目標性能を達成しようとすると、どうしてもレンズ
枚数も増加するのでレンズの肉厚が薄くなり、これも自
重変形を大きくする。自重変形が大きくなるとレンズ両
面の曲率半径が設計値からズレしてしまうので、結像性
能が劣化してしまう。また、レンズはメカ金物で保持さ
れるが、加工精度上、厳密にはメカ金物がレンズを均等
に保持することは困難なので、自重変形が大きくなって
レンズが光軸に対し非対称に変形してしまうと非対称な
収差が発生し結像性能劣化の要因となってしまう。

【００１５】さらに設計性能に関するものとしては、線
幅（パターン線幅）によるベスト像面位置の変化、各像
高による像点位置の変化やコントラスト変化、各照明条
件間でのディストーションの変化や像面平坦性の変化、
等が問題になってくる。

【００１６】線幅によるベスト像面位置の変化は、主に
補正しきれていない残存球面収差が起因している。各像
高による像点位置の変化やコントラスト変化は、各像高
でのサジタル、メリディオナル像面の変化や非点収差、
コマ収差の変化に起因している。各照明条件間でのディ
ストーションの変化や像面平坦性の変化は、ディストー
ションの残存量や各照明条件の瞳上の光線通過領域内で
の収差量に起因している。これら収差変化は短波長化、
高ＮＡ化、広い露光領域の確保、等を追求すればするほ
ど顕著になってくる。

【００１７】また、光源の波長が上記エキシマの領域に
おいては、使用可能なレンズ材料が石英と蛍石に限られ
てくる。これは主に透過率の低下に起因するものであ
り、従来のようにレンズ構成枚数が多く全硝材厚が大き
い光学系では、ウエハー上での光露光量が低下するため
スループットが低下してしまうし、レンズの熱吸収によ
る焦点位置の変動、収差変動などの問題が生じてきてし
まう。

【００１８】特に近年、半導体素子の高集積化という業
界動向により、露光光のさらなる短波長化、投影光学系
のさらなる高ＮＡ化等の要望があるが，レンズ全系の重
厚長大化と自重変形の発生を抑制しつつも、目標の光学
性能を達成するのは非常に困難になってきており、レン
ズ共役長を大きくすることでレンズ群の屈折力を小さく
して、レンズ枚数を増加させて設計の最適化を行ってい
る。

【００１９】しかしながら、最近では投影光学系の収差
補正及び結像性能のさらなる改善が望まれている。

【００２０】特開平９−１０５８６１号公報、特開平１
０−４８５１７号公報、特開平１０−７９３４５号公報
は、すべてのレンズが球面であり、レンズ枚数が２７〜
３０枚の構成であり、ＮＡは０．６程度である。

【００２１】この状態で高ＮＡ化を達成しようとする
と、レンズ枚数を現状維持とした場合は収差補正が相当
困難になり、さもなくばレンズ全長を大きくしなければ
ならずレンズ径も大きくなってしまう。レンズ枚数をさ
らに増加させて収差補正を試みるとしても、レンズを追
加するスペースがほとんどないため、個々のレンズ厚を
小さくするか、さもなくばやはりレンズ全長を大きくし
なければならない。

【００２２】いずれにしても、前述した自重変形が増大
し、レンズ全系も大型化してしまう。加えて光源が短波
長領域においては、レンズ材料による吸収が大きくなる
ために透過率が低下してくるが、レンズ構成枚数が多い
光学系では、ウェハー上での光露光量がさらに低下して
しまうのでスループットも低下してしまうし、レンズの
熱吸収による焦点位置の変動、収差変動なども増大して
しまう。

【００２３】特公平７−０４８０８９号公報、特開平７
−１２８５９２号公報は、ＮＡが小さく露光領域も小さ
い光学系になっている。凹レンズ群（負レンズ群）のパ
ワーも小さいのでペッツバール和の補正には不利な光学
系であり、高ＮＡ化、露光領域の拡大を図ろうにも特に
像面湾曲が悪化してしまう。また共に物体側がテレセン
トリックでないため、レチクルの湾曲により像歪みが発
生してしまう。

【００２４】特開平８−１７９２０４号公報は、第５，
６実施例で共にウェハー側の最終面に非球面が施してあ
るが、非球面に関して特に説明はない。結像性能として
は歪曲収差と像面湾曲、非点収差の補正が十分ではな
く、歪曲収差が各々最大２６．７ｎｍ、１１．７ｎｍ、
最軸外の非点収差が各々１．２６２μｍ、０．８９６μ
ｍと大きな値となっている。

【００２５】特開平５−３４５９３号公報は、非球面を
用いて、レンズの透過率を確保するため少ない枚数で構
成し収差補正をしているが、解像力に寄与するＮＡは
０．４５と小さく露光領域も１０×１０〜１５×１５と
小さいレンズ系となっている。そして記述されているよ
うに、負の第２群と正の第４群に非球面を導入すること
により、主に球面収差を補正している。ペッツバール和
を補正するため、負の第２群のパワーを強くしつつも、
他の正のレンズ群とのバランスにおいて球面収差を補正
するために第２群に非球面を施しているのである。また
球面収差を補正するために軸上光束径が大きい第４群に
も非球面を施している。

【００２６】しかしながら、第２群の軸上マージナル光
線高は第３、４群に比較するとかなり低く、非球面を導
入し効果的に球面収差を補正するのが難しい。（３次の
球面収差係数は軸上マージナル光線高ｈの４乗に比例す
るから）。

【００２７】第２群の最軸外主光線高も低く、ほとんど
光軸付近を通っているため、非球面により、物体側テレ
セントリック性を確保しつつディストーションや像面湾
曲、非点収差を補正するとしても寄与が小さい（３次の
非点収差係数、像面湾曲係数は主光線高の２乗に、歪曲
収差係数は主光線高の３乗に比例するから）。

【００２８】この従来例では高ＮＡ化（ＮＡ０．６５程
度）や露光領域の拡大（φ２７．３ｍｍ程度）に対応し
ようとしても、まず負のパワーの大半を担っている第２
群のパワーが小さいのでペッツバール和を補正できずに
像面湾曲、非点収差が悪化してしまう。加えて高ＮＡ化
により物体側の光束が大きくなってくると、物体側テレ
セントリック性、ディストーション、像面湾曲の補正を
主としている物体側の正の第１群、負の第２群が各々レ
ンズ１枚だけで構成されているので、それらのレンズ群
の収差補正の負担が激増し、良好な結像性能を達成する
ことが困難になる。

【００２９】特開平１０−１９７７９１号公報は、少な
いレンズ枚数ながら広い露光領域と高解像力を確保して
いる。露光領域はφ２５〜φ２９ｍｍであるが、ＮＡは
０．４８〜０．５０である。

【００３０】特開平１０−１５４６５７号公報は、レン
ズ系に非球面レンズを構成しているが、この非球面は、
記述されているように、ある所望の仕様を持つ投影光学
系を実現するために、設計時に積極的に収差を補正する
ために導入された非球面とは異なり、複数の光学部材を
用いて投影光学系を組み立てて製造する、例えば組み立
て調整した際に、光学部品自体の製造誤差並びに投影光
学系の調整誤差等により除去困難な残存する高次の収差
を補正しているものである。

【００３１】すなわち、光学設計は、すべて球面系で行
っているため、非球面により製造誤差を補正したとして
も、製品としては球面系の設計値以上の性能は達成でき
ない（このため非球面量は非常に小さくなっている）。
したがって、このまま高ＮＡ化に対応しようとしても前
述した課題を解決するのは、非常に困難である。

【００３２】特開平１０−３２５９２２号公報は、本文
中の説明によれば、投影光学系を５つのレンズ群で構成
し、第１レンズ群か第２レンズ群のどちらか一方に１つ
の非球面、第４レンズ群か第５レンズ群のどちらか一方
に１つの非球面、を使用することにより、少ない構成枚
数で、主に歪曲収差と球面収差を補正している。

【００３３】実施例はＮＡ０．６であり、しかも第４レ
ンズ群に非球面を使用した実施例はなく、収差的には像
面湾曲、非点収差は比較的良好に補正されているものの
球面収差の高次成分が大きくアンダーに発生しており、
歪曲収差も最大像高で３０ｎｍ程度となっている。

【００３４】この提案では非球面使用による収差補正効
果の大きい面に非球面を用いるとはあるがそれ以上の詳
細な説明はない。したがって、さらなる高ＮＡ化に対応
しようとすると、収差が悪化してくる傾向がある。

【００３５】またレンズ枚数を増やすことにより補正自
由度を増加させて対応しようとしても、像面側には比較
的スペースが残っているので球面収差は補正できても、
物体側の第１群から第３群にかけては、レンズが密に連
続しており、レンズを新たに追加するスペースがないの
で、像面湾曲、非点収差、歪曲収差等の補正が困難にな
る。レンズの中心厚を小さくして追加すると今度は前述
した自重変形が生じてしまう。

【００３６】特開平１０−３３３０３０号公報は、非球
面を用いて１５枚程度という少ないレンズ枚数ながら、
ＮＡ０．６３〜０．７５と露光領域Ф２７〜３０ｍｍを
達成している。説明によれば、レンズ構成を正群からな
る２群構成とし、ウェハー側の第１群を顕微鏡対物レン
ズ、レチクル側の第２群をガウス型レンズとすることで
各群にて発生するサジタルコマを相互に打ち消すという
構想のもと、ウェハー側の第１群に少なくとも１面の非
球面を導入しコマ収差を補正し、第２群の有効径の大き
い面にも非球面を導入し球面収差を補正している。

【００３７】しかしながら、該公報にはサジタルコマに
関しては不図示であり、補正状況がわからない。本出願
人がデータを入力し再現したところ、横収差においてメ
リディオナルのコマ収差、サジタルハロ等の像高による
変化が大きかった。

【００３８】また球面収差、非点収差は良好に補正され
ているものの、歪曲収差については特に高次成分が大き
く残存しており、最大値が第１実施例から第４実施例に
かけて順に、１２ｎｍ、４５ｎｍ、２６ｎｍ、４６ｎｍ
となっている。ウェハー側のテレセントリック性につい
ては、第１実施例から第４実施例にかけて順に焦点深度
１μｍあたりの像高変化が、２４ｎｍ、２２ｎｍ、１９
ｎｍ、９ｎｍである。

【００３９】さらに、ウェハーからレンズまでの距離
が、１１〜１２ｍｍと短いため、オートフォーカス等の
機構装置との干渉の可能性が大きい。

【００４０】特開平１１−６９５７号公報は、非球面を
用いて主に高ＮＡ化（ＮＡ０．７５〜０．８０）を達成
している。説明によれば、主たる構成として第４レンズ
群または第５レンズ群が少なくとも１面の非球面を含む
ことにより、高ＮＡ化への影響が大きい収差、すなわち
サジタルコマ収差、高次の球面収差を補正している。

【００４１】しかしながら、実施例についてみると、サ
ジタルコマについては不図示であり、レンズ構成枚数は
２７〜２９枚、光学共役長は１２００〜１５００ｍｍで
ある。

【００４２】したがって光源が短波長領域（Ａｒｆ等）
になるとレンズ材料の吸収によりウェハー上での露光量
が低下し、スループットが低下する。又レンズの熱吸収
による焦点位置や収差の変動なども増大してくる。また
高ＮＡでレンズ共役長も大きいのでレンズ径もφ２８４
〜４００ｍｍと大きく、自重変形も増大してくる。レン
ズ共役長を短縮する、レンズ厚を増加させる、など自重
変形を抑制する手段を施すにもスペ−ス的に困難であ
る。

【００４３】非球面を利用してレンズ枚数を削減するな
どが考えられるが、第１実施例から第５実施例において
は非球面数を２面から６面に増加させているものの、す
べてレンズ枚数が２９枚と同様の構成をしており、また
６面という最も多い非球面数を使用している第５実施例
においても最軸外像高のサジタル像面が−０．４８４μ
と残存しており、歪曲収差が１３．１ｎｍであり、高次
の球面収差も残存している。

【００４４】第６，７実施例においても歪曲収差がそれ
ぞれ３３ｎｍ、５８ｎｍである。第８，９実施例ではデ
−タ不備により性能の再現ができないが、レンズ共役長
が１５００ｍｍと突出して大きい。

【００４５】本発明は、歪曲収差、像面湾曲、非点収
差、コマ収差、球面収差等を良好に補正し、露光領域全
般にわたり高い光学性能を有し、高ＮＡ化と、広い露光
領域を容易に達成することができる投影露光装置の提供
を目的とする。

【００４６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投影露
光装置は、正の屈折力のレンズ群と負の屈折力のレンズ
群からなる複数のレンズ群とを有する投影光学系で、レ
チクル面のパターンを感光基板に投影露光する投影露光
装置において、前記投影光学系は、両面が非球面の非球
面レンズを有しており、前記非球面レンズの両面の非球
面は、面の中心から周辺部にかけて、互いに局所曲率パ
ワーの変化が逆符号の領域を有しており、 前記投影光学
系の共役長をＬ、負レンズ群のパワーの総和をφｏとし
たとき ｜Ｌ×φｏ｜＞１７（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） ・・・（１） であり、軸上マージナル光線の高さをｈ、最軸外主光線
の高さをｈ _b としたとき ｜ｈ _b ／ｈ｜＞０．３５ ・・・（２） を満足する位置に前記各非球面が配置されており、前記
各非球面の非球面量を△ＡＳＰＨとしたとき ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１．０×１０ ^-6 ・・・（３） を満足する ことを特徴としている。

【００４７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記投影光学系は複数の非球面レンズを有し、該複
数の非球面レンズはすべて両面が非球面であることを特
徴としている。

【００４８】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記複数のレンズ群は各々が両面が非球面で
ある非球面レンズを含んでいることを特徴としている。

【００４９】請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれ
か１項の発明において ｜Ｌ×φｏ｜＜７０（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） ・・・（１ａ） ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜０．０２ ・・・（３ａ） を満足することを特徴としている。

【００５０】請求項５の発明は請求項１乃至３のいずれ
か１項の発明において ｜Ｌ×φｏ｜＜７０（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） ・・・（１ａ） ｜ｈ_b ／ｈ｜＜１５ ・・・（２ａ） ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜０．０２ ・・・（３ａ） を満足することを特徴としている。

【００５１】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れか１項の発明において前記投影光学系は物像界で両側
テレセントリック系であることを特徴としている。

【００５２】請求項７の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１乃至６のいずれか１項の投影露光装置を用いて
レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光した
後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の投影露光装置に用
いる投影光学系の数値実施例１のレンズ断面図、図２は
本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例
１の非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図３は本
発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例１
の収差図である。

【００６１】図４は本発明の投影露光装置に用いる投影
光学系の数値実施例２のレンズ断面図、図５は本発明の
投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例２の非球
面の局所曲率パワーの変化の説明図、図６は本発明の投
影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例２の収差図
である。

【００６２】図７は本発明の投影露光装置に用いる投影
光学系の数値実施例３のレンズ断面図、図８は本発明の
投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例３の非球
面の局所曲率パワーの変化の説明図、図９は本発明の投
影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例３の収差図
である。

【００６３】図１０は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例４のレンズ断面図、図１１は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例４の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図１２は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例４の
収差図である。

【００６４】図１３は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例５のレンズ断面図、図１４は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例５の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図１５は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例５の
収差図である。

【００６５】図１６は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例６のレンズ断面図、図１７は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例６の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図１８は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例６の
収差図である。

【００６６】図１９は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例７のレンズ断面図、図２０は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例７の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図２１は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例７の
収差図である。

【００６７】図２２は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例８のレンズ断面図、図２３は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例８の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図２４は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例８の
収差図である。

【００６８】図２５は本発明の投影露光装置に用いる投
影光学系の数値実施例９のレンズ断面図、図２６は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例９の
非球面の局所曲率パワーの変化の説明図、図２７は本発
明の投影露光装置に用いる投影光学系の数値実施例９の
収差図である。

【００６９】レンズ断面図において、ＰＬは投影光学系
である。Ｇｉは物体側（距離の長い共役側）から数えた
第ｉレンズ群（第ｉ群）である。

【００７０】ＩＰは像面であり、投影露光装置に用いた
ときはウエハ面に相当している。第ｉ群のうち奇数のレ
ンズ群は正の屈折力（凸）のレンズ群、偶数のレンズ群
は負の屈折力（凸）のレンズ群である。

【００７１】レンズ面に付した「○」印は非球面である
ことを示している。

【００７２】図１，図４，図７，図１０の数値実施例１
〜４は、物体側より順に正，負そして正の屈折力のレン
ズ群の３つのレンズ群（３群タイプ）より成っている。

【００７３】図１３，図１６，図１９の数値実施例５〜
７は、物体側より順に正，負，正，負そして正の屈折力
のレンズ群の５つのレンズ群（５群タイプ）より成って
いる。

【００７４】図２２，図２５の数値実施例８，９は、物
体側より順に正，負，正，負，正，負そして正の屈折力
のレンズ群の７つのレンズ群（７群タイプ）より成って
いる。

【００７５】いずれの数値実施例においてもレンズ系全
体を適切なパワー分担のもとで、適切な面に非球面を導
入することにより良好な光学性能を達成している。

【００７６】本発明の投影光学系は，高ＮＡ化、広い露
光領域を確保している。

【００７７】この為に光学系全体を正の屈折力のレンズ
群と負の屈折力のレンズ群とを含む、複数のレンズ群よ
り構成し、パワー分担（屈折力分担）を適切に設定して
いる。

【００７８】本発明に係る投影光学系では少なくとも１
枚のレンズの両面を非球面で構成することにより良好な
光学性能を達成している。

【００７９】本発明に係る投影光学系は，従来例と比較
して高ＮＡ化、広い露光領域を確保している。そのうえ
で、良好な結像性能を得るには収差補正の自由度を格段
に向上させる必要がある。そこで少なくとも１枚以上の
非球面レンズを用いるとしても、その非球面レンズのう
ち１枚の非球面レンズの両面を非球面とするか、または
使用するすべての非球面レンズの両面を非球面としてい
る。両面非球面レンズと片面非球面レンズの収差補正上
の違いは、特に本発明のように収差の高次領域まで良好
な補正が要求される投影光学系で顕著になってくる。

【００８０】すなわち、すべて球面レンズで構成された
投影光学系において、すでに新たなレンズを追加するス
ペ−スがない場合には、両面非球面レンズを導入するこ
とにより収差補正自由度の大幅な向上が図られ、レンズ
枚数を増加させることなく、ひいては減少させることが
可能となってくる。

【００８１】片面非球面レンズでは片面が球面又は平面
であるために、収差の高次領域を補正するとしてもやは
り低次の影響を受けやすく全体としてバランスを取らざ
るを得ないが、両面非球面レンズでは、低次も高次も独
立的に補正が可能となる。

【００８２】さらには、良好な結像性能を得るためにパ
ワー分担に着目している。というのは像面湾曲、非点収
差を補正するには、ペッツバ−ル和を小さくする必要が
あるが、これは非球面の有無に関わらず光学系のパワー
配置で決定されてしまうからである。

【００８３】すなわち本発明では、条件（１）式のよう
にレンズ系の共役長（物像間距離）Ｌと負の屈折力のレ
ンズ群のパワー総和φｏの積を規定している。一般的に
共役長Ｌが長くなると総和φｏも小さくなり、逆に共役
長Ｌが短くなると総和φｏは大きくなる。

【００８４】本発明においてはそれらの積が１７以上と
することにより、負の屈折力のレンズ群のパワーの総和
を大きく設定し、主に像面湾曲、非点収差を良好に補正
する手段としている。条件式（１）の下限を越えると、
ペッツバ−ル和が正の方向へ大きくなるため、非球面を
用いたとしても像面湾曲、非点収差を良好に補正するこ
とが困難になってくる。

【００８５】なお非球面の導入を結像性能により効果的
に発揮させるには条件（３）式を満足させると良い。条
件（３）式は非球面量に関して規定するもので、この下
限値を越えると、良好な結像性能を得るために設計的に
積極的に非球面を用いたとしても非球面の効果が十分に
発揮されなくなる。

【００８６】例えば共役長を１０００ｍｍ、使用波長を
１９３ｎｍとすると条件式（２）から△ＡＳＰＨ＝０．
００１ｍｍとなりニュ−トンリング約１０本分に相当す
る。これは投影露光系に用いる非球面としては十分に大
きな値である。さらに、より効果的に非球面を使用する
には ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１．０×１０^-5 として、非球面量を大きくするとよい。

【００８７】条件（２）式は、条件（１）式を規定した
上で 非球面を導入するに際し、適切な面を規定してい
る。従来から縮小投影光学系においては、テレセントリ
ック性を保ちつつも、歪曲収差、像面湾曲、非点収差、
加えて、メリディオナルとサジタルの横収差を各々良好
に補正するのは非常に困難であった。

【００８８】というのは、テレセントリック性、歪曲収
差、像面湾曲、非点収差はどれも光束中心を通る主光線
に関する収差量であり、それらの収差等はレンズ系全体
を通して主光線高が高い物体側のレンズ配置、レンズ形
状に依存しているが、物体上のすべての物点からの主光
線に対しテレセントリック性を維持しつつも、歪曲収
差、像面湾曲、非点収差を補正するように同じ主光線を
屈折させるというのが、相当な困難を伴っていたことに
よる。

【００８９】またレンズ面上でメリディオナルの下側光
線は、主光線よりもさらに高い位置で屈折されているた
め、メリディオナルの横収差とそれら主光線に関する収
差とのバランスが難しい。同時に通常は像高が高くなる
につれてアンダー傾向の像面湾曲を補正しようとする
と、凹レンズで強く屈折させることになるが、そうする
と今度は高い像高のサジタルの横収差の周辺部（サジタ
ルハロ）がさらにオーバーに変化してしまい、良好にバ
ランスさせることが難しくなってしまう。

【００９０】このような状況で高ＮＡ化、広い露光領域
の確保は、物体側光束と像高のさらなる拡大を意味し、
収差補正の困難さが増幅されてしまう。

【００９１】そこで本発明においては、条件（２）式を
満足するように軸外主光線に影響の大きな面を非球面と
することにより、上記の改善されるべき収差を重点的に
効果的に補正することにより、他の収差補正の負担を軽
減し、良好な光学性能を実現している。

【００９２】この条件（２）式の下限を越えると軸外主
光線よりも軸上マ−ジナル光線への影響が増大してくる
ため、上記の改善されるべき収差の補正効果が低減して
しまい、高ＮＡ化、広い露光領域の確保が難しくなって
しまう。

【００９３】尚、前述の条件式（１ａ）〜（３ａ）を満
足しないと前述の条件式（１）〜（３）と同様に良好な
る収差補正が難しくなってくる。

【００９４】条件式（１ａ）の上限を越えると、負屈折
力を有する負レンズ群のパワーが大きくなりすぎる為ペ
ッツバール和が補正過剰となり主に像面湾曲、非点収差
を良好に補正することが困難になる。

【００９５】また、正屈折力を有する正レンズ群のレン
ズ径が大きくなったり、レンズ枚数が増加してしまう。

【００９６】条件式（２ａ）の上限を越えると、物体面
に対してレンズが近づきすぎて作動距離が確保できなく
なる。また、投影光学系の倍率が極端に小さい場合に
は、上記条件式を超えても作動距離は確保できる場合が
あるが、このように倍率が極端に小さくなる光学系はリ
ソグラフィ用としては実用的ではない。

【００９７】条件式（３ａ）の上限を超えると、非球面
量が大きくなりすぎる為レンズの加工時間が増大してし
まう。また、非球面にて発生する高次収差が大きくなり
収差補正を良好に行なうことが難しくなってしまう場合
がある。

【００９８】このように本発明によれば、非球面の効果
的な導入が可能となるが、好ましくは以下の条件のうち
少なくとも１つを満たすことにより、より非球面の効果
を増大させることができる。

【００９９】（ア−１）前記非球面は少なくとも、面の
中心から周辺部にかけて、互いに局所曲率パワーの変化
が逆符号の領域を有する２つの非球面を有すること。

【０１００】（ア−２）前記２つの非球面とは、両面が
非球面である非球面レンズの両面であること。

【０１０１】（ア−３）各レンズ群は少なくとも１枚の
両面が非球面である非球面レンズを含んでいること。

【０１０２】一般に非球面を用いて収差補正を行う手法
としては従来から該当面での収差発生が小さくなるよう
に非球面を導入する方法（補助的導入）が主であった。
例えば凸単レンズでは球面収差がアンダ−になるので周
辺に行くほど曲率が小さくなる非球面を導入し球面収差
を補正するなどである。

【０１０３】これに対し本発明では、レンズ枚数の削減
を目標としつつも良好な性能との両立を図るには、他の
面との関係において収差を打ち消すように非球面を導入
する方法（積極的導入）を提案し収差を巧みに補正して
いる。

【０１０４】すなわち上記（ア−１）を満足させて２つ
の非球面パワーの打ち消しの関係を作ることにより、物
体からの任意の光束に及ぼす屈折力変化が、球面のみま
たは非球面が１面のみの場合には生成できない、複数の
収差が同時に最小となることを可能とするような屈折力
変化を与えることが容易となるのである。補正が困難な
高次の収差補正、例えば、高次領域の歪曲収差や像面湾
曲、非点収差、サジタル横収差、メリディオナル横収差
はこの（ア−１）の作用により良好に補正されている。

【０１０５】しかしながら、非球面が施された１つのレ
ンズに着目してみると、片面が球面の非球面レンズと両
面が非球面の非球面レンズでは非球面の変化が異なって
くる。片面が球面の非球面レンズの場合、片面が球面で
既定されているため、他の非球面レンズとの打ち消しに
よって収差をコントロ−ルしたときの径方向の屈折力変
化が大きくなる（図２８（Ａ）：実線の形状が球面、点
線の形状が非球面）。

【０１０６】したがって、レンズ単体としてみると高次
の収差がより発生しやすい状況となっている。これはレ
ンズ製造時の偏心に対して、敏感になることを意味す
る。一方、両面が非球面である非球面レンズの場合、上
記（ア−２）を満足させることにより径方向の屈折力変
化が大きくなるのを抑制することができる（図２８
（Ｂ）：実線の形状が球面、点線の形状が非球面）。い
わば非球面同士でのベンディングということもできる。
したがって、レンズ単体としてみると、片面が球面の非
球面レンズと比較して高次収差の発生を抑制している。
ということはレンズ製造時の偏心に対してもより有利と
なる。

【０１０７】以上を鑑みて上記（ア−３）を満足させる
ことにより、各レンズ群で発生する収差を抑制しながら
（上記非球面の補助的導入の考え方）、非球面パワーの
打ち消しを応用すれば、より良好な収差補正が可能とな
る。

【０１０８】さらに好ましくは、正の屈折力の第１レン
ズ群に少なくとも１つの非球面を、負の屈折力の第２レ
ンズ群に少なくとも２つの非球面を構成することによ
り、歪曲収差、像面湾曲、非点収差、サジタル横収差、
メリディオナル横収差を良好に補正できる。

【０１０９】このように、本発明に係る投影光学系にお
いては少なくとも両面が非球面である非球面レンズを用
いることを主とし、パワー分担を適切に設定し、適正な
非球面量を与え、非球面形状を所定の条件を満足させる
ように規定することにより、両側テレセントリック性を
確保しながら、特に歪曲収差、像面湾曲、非点収差を良
好に補正し、またそれらを少ないレンズ枚数で投影光学
系を実現している。

【０１１０】次に本発明に係る投影光学系の数値実施例
のレンズ構成の特徴について説明する。

【０１１１】（実施例１）図１は本発明に係る投影光学
系のの数値実施例１のレンズ断面図であり，基準波長は
１９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を１５枚という少ないレンズ構成により達
成している。９面の非球面を用いており、そのうち６面
が両面非球面である。

【０１１２】本発明の条件式の関係諸量を表１に、非球
面のパワー変化の様子を図２（縦軸は非球面の光軸から
の高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号で、
左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の方向
を示す）に、収差図を図３に示す。

【０１１３】数値実施例１において、ｒ１〜ｒ８は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ７、ｒ８が両面非球面である。
ｒ９〜ｒ１４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ９，ｒ１０
が両面非球面である。ｒ１５〜ｒ３０は正の第３群Ｇ３
群であり，ｒ１８，ｒ２１，ｒ２３が片面非球面，ｒ２
９，ｒ３０が両面非球面である。

【０１１４】本実施例では，表１に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１１５】第１群は，負レンズ１枚，正レンズ３枚で
構成し，特にｒ７、ｒ８の両面非球面は互いに打ち消す
ように局所曲率パワーの変化が逆符号となっている領域
を有しており前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満
足している。

【０１１６】第２群は，負レンズ３枚で構成し、やはり
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は互いに打ち消すように局所
曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有してお
り前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
る。

【０１１７】第３群は、正レンズ７枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ１８，ｒ２１，ｒ２３の非球面は主に
球面収差を補正するため局所曲率パワーが負の方向へ変
化していて，ｒ２９、ｒ３０の両面非球面は主に歪曲収
差の低次を補正しており、互いに打ち消すように局所曲
率パワーの変化が逆符号となっており前述の（ア−
１）、（ア−２）の作用を満足しているが総和としては
局所曲率パワーは正の方向へ変化している。

【０１１８】なお本実施例の両面非球面レンズは各レン
ズ群に１枚ずつ使用されていて（ア−３）も満足してい
る。

【０１１９】これらによって図３に示すように諸収差を
良好に補正している。

【０１２０】（実施例２）図４は本発明に係る投影光学
系の数値実施例２のレンズ断面図であり，基準波長は１
９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レンズ
共役長Ｌ＝９７９ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３ｍｍ
の光学系を１４枚という少ないレンズ構成により達成し
ている。１０面の非球面を用いておりそのすべてが両面
非球面である。

【０１２１】本発明の条件式の関係諸量を表２に、非球
面のパワー変化の様子を図５（縦軸は非球面の光軸から
の高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号で、
左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の方向
を示す）に、収差図を図６に示す。

【０１２２】数値実施例２において、ｒ１〜ｒ８は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ７、ｒ８が両面非球面である。
ｒ９〜ｒ１４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ９、ｒ１０
が両面非球面である。ｒ１５〜ｒ２８正の第３群Ｇ３群
であり，ｒ１７，ｒ１８，ｒ２１，ｒ２２、ｒ２７，ｒ
２８が両面非球面である。

【０１２３】本実施例では，表２に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１２４】第１群は，負レンズ１枚，正レンズ３枚で
構成し，特にｒ７、ｒ８の両面非球面は互いに打ち消す
ように局所曲率パワーの変化が逆符号となっている領域
を有しており前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満
足している。

【０１２５】第２群は，負レンズ３枚で構成し、やはり
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は互いに打ち消すように局所
曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有してお
り前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
る。

【０１２６】第３群は、正レンズ６枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ１８，ｒ２１，ｒ２２の非球面は主に
球面収差を補正するため局所曲率パワーが負の方向へ変
化していて、ｒ２７、ｒ２８の両面非球面は主に歪曲収
差の低次を補正しており、互いに打ち消すように局所曲
率パワーの変化が逆符号となっている領域を有し前述の
（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しているが総和と
しては局所曲率パワーは正の方向へ変化している。

【０１２７】なお本実施例の両面非球面レンズは各レン
ズ群に１枚ずつ使用されていて（ア−３）も満足してい
る。

【０１２８】これらによって図６に示すように諸収差を
良好に補正している。

【０１２９】（実施例３）図７は本発明に係る投影光学
系の数値実施例３のレンズ断面図であり，基準波長は１
９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レンズ
共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３ｍ
ｍの光学系を１５枚という少ないレンズ構成により達成
している。８面の非球面を用いておりそのうち６面が両
面非球面である。

【０１３０】本発明の条件式の関係諸量を表３に、非球
面のパワー変化の様子を図８（縦軸は非球面の光軸から
の高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号で、
左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の方向
を示す）に、収差図を図９に示す。

【０１３１】数値実施例３において、ｒ１〜ｒ８は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ７、ｒ８が両面非球面である。
ｒ９〜ｒ１４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ９，ｒ１０
が両面非球面である。ｒ１５〜ｒ３０正の第３群Ｇ３群
であり，ｒ１８，ｒ２３が片面非球面，ｒ２９、ｒ３０
が両面非球面である。

【０１３２】本実施例では，表３に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１３３】第１群は，負レンズ１枚，正レンズ３枚で
構成し，特にｒ７、ｒ８の両面非球面は互いに打ち消す
ように局所曲率パワーの変化が逆符号となっている領域
を有しており前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満
足している。

【０１３４】第２群は，負レンズ３枚で構成し、やはり
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は互いに打ち消すように局所
曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有してお
り前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
る。

【０１３５】第３群は、正レンズ７枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ１８，ｒ２３の非球面は主に球面収差
を補正するため局所曲率パワーが負の方向へ変化してい
て、ｒ２９、ｒ３０の両面非球面は主に歪曲収差の低次
を補正しており、特にｒ２９は周辺部分で局所曲率パワ
ーが正の方向へ変化している。

【０１３６】なお本実施例の両面非球面レンズは各レン
ズ群に１枚ずつ使用されていて（ア−３）も満足してい
る。

【０１３７】これらによって図９に示すように諸収差を
良好に補正している。

【０１３８】（実施例４）図１０は本発明に係る投影光
学系の数値実施例４のレンズ断面図であり，基準波長は
１９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を１３枚という少ないレンズ構成により達
成している。６面の非球面を用いておりそのうち２面が
両面非球面である。

【０１３９】本発明の条件式の関係諸量を表４に、非球
面のパワー変化の様子を図１１（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図１２に示す。

【０１４０】数値実施例４において、ｒ１〜ｒ８は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ２、ｒ５が片面非球面である。
ｒ９〜ｒ１４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ１０が片面
非球面，ｒ１１，ｒ１２が両面非球面である。ｒ１５〜
ｒ２６は正の第３群群Ｇ３であり，ｒ１９が片面非球面
である。

【０１４１】本実施例では，表４に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の片面非球面、第２群に１
面の片面非球面と２面の両面非球面を用いて、条件式
（２）を満足させ、テレセントリック性、歪曲収差、像
面湾曲等を良好に補正している。

【０１４２】第１群は，負レンズ１枚，正レンズ３枚で
構成し，ｒ２，ｒ５の非球面は局所曲率パワーは正の方
向へ変化している。

【０１４３】第２群は，負レンズ３枚で構成している
が、像面湾曲や歪曲収差等の高次成分を補正するため、
ｒ１０とｒ１１、ｒ１０とｒ１２の非球面は互いに打ち
消すように局所曲率パワーの変化が逆符号の領域を有し
ており前述の（ア−１）の作用を満足しているが、両面
非球面としてのｒ１１，ｒ１２は中心部分では若干の逆
符号の領域を有し、周辺部分では正への同方向となって
いる。またｒ１０と第１群のｒ５との関係では互いに打
ち消すように局所曲率パワーの変化が逆符号の領域を有
しており前述の（ア−１）の作用を満足しており、テレ
セントリック性、歪曲収差等の補正に有効となってい
る。

【０１４４】第３群は、正レンズ５枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ１９の１面のみが非球面であり、主に
球面収差を補正するため局所曲率パワーが負の方向へ変
化している。

【０１４５】これらによって図２２に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０１４６】（実施例５）図１３は本発明に係る投影光
学系の数値実施例５のレンズ断面図であり，基準波長は
２４８ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０５０ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を２４枚という５群構成タイプとしては少
ないレンズ構成により達成している。７面の非球面を用
いておりそのうち４面が両面非球面である。

【０１４７】本発明の条件式の関係諸量を表５に、非球
面のパワー変化の様子を図１４（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図１５に示す。

【０１４８】数値実施例５において、ｒ１〜ｒ６は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ３、ｒ４が両面非球面である。
ｒ７〜ｒ１４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ９，ｒ１０
が両面非球面である。ｒ１５〜ｒ２６は正の第３群Ｇ３
群であり，ｒ２０が片面非球面である。ｒ２７〜ｒ３０
は負の第４群Ｇ４群であり、すべて球面である。ｒ３１
〜ｒ４８は正の第５群Ｇ５群であり，ｒ３５、ｒ４７が
片面非球面である。

【０１４９】本実施例では，表５に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１５０】第１群は，正レンズ３枚で構成し，特にｒ
３、ｒ４の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲率
パワーの変化が逆符号となっている領域を有しており前
述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足している。

【０１５１】第２群は，負レンズ４枚で構成し、やはり
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は互いに打ち消すように局所
曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有してお
り前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
る。

【０１５２】第３群は、正レンズ５枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ２０の非球面は球面収差等を補正する
ように局所曲率パワーが負の方向へ変化している。

【０１５３】第４群は、負レンズ２枚で構成しており、
主にペッツバ−ル和の補正をしている。

【０１５４】第５群は、正レンズ８枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ３５の非球面は主に球面収差を補正す
るように局所曲率パワーが負の方向へ変化している。ｒ
４７の非球面は局所曲率パワーが正の方向へ変化してい
る領域を有しており、歪曲収差等を補正している。

【０１５５】これらによって図１５に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０１５６】（実施例６）図１６は本発明に係る投影光
学系の数値実施例６のレンズ断面図であり，基準波長は
１９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を１６枚という５群構成タイプとしては非
常に少ないレンズ構成により達成している。１２面の非
球面を用いておりそのすべてが両面非球面である。

【０１５７】本発明の条件式の関係諸量を表６に、非球
面のパワー変化の様子を図１７（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図１８に示す。

【０１５８】数値実施例６において、ｒ１〜ｒ４は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ３、ｒ４が両面非球面である。
ｒ５〜ｒ１０は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ９，ｒ１０
が両面非球面である。ｒ１１〜ｒ１６は正の第３群Ｇ３
群であり，ｒ１３、ｒ１４が両面非球面である。ｒ１７
〜ｒ２０は負の第４群Ｇ４群であり、ｒ１９，ｒ２０が
両面非球面である。ｒ２１〜ｒ３２は正の第５群Ｇ５群
であり，ｒ２５、ｒ２６が両面非球面である。

【０１５９】本実施例では，表６に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１６０】第１群は，正レンズ２枚で構成し，特にｒ
３、ｒ４の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲率
パワーの変化が逆符号となっている領域を有しており前
述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足している。

【０１６１】第２群は，負レンズ３枚で構成し、やはり
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は互いに打ち消すように局所
曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有してお
り前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
る。

【０１６２】第３群は、正レンズ３枚で構成し、ｒ１
３，ｒ１４の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲
率パワーの変化が逆符号となっている領域を有しており
前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足している
が、総和としては負の方向が残存し、球面収差等を補正
している。

【０１６３】第４群は、負レンズ２枚で構成しており、
ｒ１９，ｒ２０の両面非球面は共に局所曲率パワーの変
化が正の方向となっている。これによりこの群自身で発
生させる発散作用を打ち消しているのである。

【０１６４】第５群は、正レンズ５枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ２１，ｒ２１の両面非球面は互いに打
ち消すように局所曲率パワーの変化が逆符号となってい
る領域を有しており前述の（ア−１）、（ア−２）の作
用を満足しているが、総和としては負の方向が残存し、
球面収差等を補正している。ｒ２５，ｒ２６の両面非球
面は共に局所曲率パワーの変化が負の方向となってお
り、やはり主に球面収差を補正している。また正レンズ
５枚のうち４枚は蛍石（ｎ＝１．５０１４）を材料とし
ており、色収差も考慮している。

【０１６５】なお本実施例の両面非球面レンズは各レン
ズ群に１枚ずつ使用されていて（ア−３）も満足してい
る。

【０１６６】これらによって図２８に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０１６７】（実施例７）図１９は本発明に係る投影光
学系の数値実施例７のレンズ断面図であり，基準波長は
１９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を１３枚という５群構成タイプとしては驚
異的に少ないレンズ構成により達成している。１２面の
非球面を用いておりそのすべてが両面非球面である。

【０１６８】本発明の条件式の関係諸量を表７に、非球
面のパワー変化の様子を図２０（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図２１に示す。

【０１６９】数値実施例７において、ｒ１〜ｒ２は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ１、ｒ２が両面非球面である。
ｒ３〜ｒ８は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ５，ｒ６が両
面非球面である。ｒ９〜ｒ１４は正の第３群Ｇ３群であ
り，ｒ１１、ｒ１２が両面非球面である。ｒ１５〜ｒ１
８は負の第４群Ｇ４群であり、ｒ１５，ｒ１６が両面非
球面である。ｒ１９〜ｒ２６は正の第５群Ｇ５群であ
り，ｒ２１、ｒ２２とｒ２５，ｒ２６が両面非球面であ
る。

【０１７０】本実施例では，表７に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面を用いて、条件式（２）を満足させ、テ
レセントリック性、歪曲収差、像面湾曲等を良好に補正
している。

【０１７１】第１群は，正レンズ１枚で構成し，ｒ１、
ｒ２の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲率パワ
ーの変化が逆符号となっている領域を有しており前述の
（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しており、総和と
しては正方向のパワー変化が残存している。

【０１７２】第２群は，正レンズ１枚、負レンズ２枚で
構成し、やはりｒ５，ｒ６の両面非球面は互いに打ち消
すように局所曲率パワーの変化が逆符号となっている領
域を有しており前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を
満足しており、総和としては負方向のパワー変化が残存
し、第１群と打ち消しの関係となっている点においても
（ア−１）の作用を満足している。

【０１７３】第３群は、正レンズ３枚で構成し、ｒ１
１，ｒ１２の両面非球面は共に局所曲率パワーの変化が
負の方向となっている領域を有しており、球面収差等を
補正している。

【０１７４】第４群は、負レンズ２枚で構成しており、
ｒ１５，ｒ１６の両面非球面は互いに打ち消すように局
所曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有して
おり前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してお
り、総和としては負へのパワー変化が残存しており球面
収差等を補正する方向となっている。

【０１７５】第５群は、正レンズ４枚で構成している。
ｒ２１，ｒ２１の両面非球面は共に局所曲率パワーの変
化が負の方向となっている領域を有しており、球面収差
等を補正している。ｒ２５，ｒ２６の両面非球面は互い
に打ち消すように局所曲率パワーの変化が逆符号となっ
ており前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足して
おり、歪曲収差やコマ収差等を補正している。

【０１７６】なお本実施例の両面非球面レンズは各レン
ズ群に１枚ずつ使用されていて（ア−３）も満足してい
る。

【０１７７】これらによって図２１に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０１７８】（実施例８）図２２は本発明の数値実施例
８のレンズ断面図であり，基準波長は１９３ｎｍ、ＮＡ
０．６５、投影倍率β＝１／４、レンズ共役長Ｌ＝１０
００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３ｍｍの光学系を１
９枚という７群構成タイプとしては少ないレンズ構成に
より達成している。９面の非球面を用いておりそのうち
６面が両面非球面である。

【０１７９】本発明の条件式の関係諸量を表８に、非球
面のパワー変化の様子を図２３（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図２４に示す。

【０１８０】数値実施例８において、ｒ１〜ｒ４は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ３が片面非球面である。ｒ５〜
ｒ８は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ５，ｒ６が両面非球
面である。ｒ９〜ｒ１２は正の第３群Ｇ３群であり，ｒ
１１が片面非球面である。ｒ１３〜ｒ１８は負の第４群
Ｇ４群であり、すべて球面である。ｒ１９〜ｒ２４は正
の第５群Ｇ５群であり，ｒ２２が片面非球面である。ｒ
２５〜ｒ２８は負の第６群Ｇ６群であり、すべて球面で
ある。ｒ２９〜ｒ３８は正の第５群Ｇ７群であり，ｒ３
１，ｒ３２とｒ３７，ｒ３８が両面非球面である。

【０１８１】本実施例では，表８に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に１面の非球面、第２群に２面の
両面非球面、第３群に１面の非球面を用いて、条件式
（２）を満足させ、テレセントリック性、歪曲収差、像
面湾曲等を良好に補正している。

【０１８２】第１群は，正レンズ２枚で構成し，ｒ３の
非球面は局所曲率パワーの変化が正の方向となってい
る。

【０１８３】第２群は，負レンズ２枚で構成し、ｒ５，
ｒ６の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲率パワ
ーの変化が逆符号となっている領域を有しており前述の
（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しており、総和と
しては負方向のパワー変化が残存し、第１群と打ち消し
の関係となっている点においても（ア−１）の作用を満
足している。

【０１８４】第３群は、正レンズ２枚で構成し、ｒ１１
の非球面は局所曲率パワーの変化が正の方向となってい
る領域を有しており、メリディオナルやサジタルの横収
差の補正に有効となっている。また第２群のｒ５と打ち
消しの関係となっている点において（ア−１）の作用を
満足している。

【０１８５】第４群は、負レンズ３枚で構成しており、
主にペッツバ−ル和を補正している。

【０１８６】第５群は、正レンズ３枚で構成している。
ｒ２２の非球面は局所曲率パワーの変化が負の方向とな
っており、球面収差等を補正している。

【０１８７】第６群は、負レンズ２枚で構成しており、
主にペッツバ−ル和を補正している。

【０１８８】第７群は、正レンズ５枚で構成している。
ｒ３１，ｒ３２の両面非球面は共に局所曲率パワーの変
化が負の方向となっており、主に球面収差等を補正して
いる。ｒ３７，ｒ３８の両面非球面は互いに打ち消すよ
うに局所曲率パワーの変化が逆符号となっており前述の
（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しており、歪曲収
差やコマ収差等を補正している。

【０１８９】これらによって図２４に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０１９０】（実施例９）図２５は本発明に係る投影光
学系の数値実施例９のレンズ断面図であり，基準波長は
１９３ｎｍ、ＮＡ０．６５、投影倍率β＝１／４、レン
ズ共役長Ｌ＝１０００ｍｍ、露光領域の直径φ２７．３
ｍｍの光学系を１７枚という７群構成タイプとしては少
ないレンズ構成により達成している。８面の非球面を用
いておりそのすべてが両面非球面である。

【０１９１】本発明の条件式の関係諸量を表９に、非球
面のパワー変化の様子を図２６（縦軸は非球面の光軸か
らの高さを有効径で正規化した値、横軸は非球面番号
で、左右方向はそれぞれ局所曲率パワーの変化が負正の
方向を示す）に、収差図を図２７に示す。

【０１９２】数値実施例９において、ｒ１〜ｒ２は正の
第１群Ｇ１群であり、ｒ１，ｒ２が両面非球面である。
ｒ３〜ｒ４は負の第２群Ｇ２群であり、ｒ３，ｒ４が両
面非球面である。ｒ５〜ｒ８は正の第３群Ｇ３群であ
り，すべて球面である。ｒ９〜ｒ１２は負の第４群Ｇ４
群であり、ｒ９，ｒ１０が両面非球面である。ｒ１３〜
ｒ１６は正の第５群Ｇ５群であり，すべて球面である。
ｒ１７〜ｒ２０は負の第６群Ｇ６群であり、すべて球面
である。ｒ２１〜ｒ３４は正の第５群Ｇ７群であり，ｒ
３３，ｒ３４が両面非球面である。

【０１９３】本実施例では，表９に示すように、まずペ
ッツバ−ル和の補正のため条件式（１）を満足させ、そ
して条件式（３）を満足することで非球面を有効に活用
しており、特に第１群に２面の両面非球面、第２群に２
面の両面非球面、第４群に２面の両面非球面を用いて、
条件式（２）を満足させ、テレセントリック性、歪曲収
差、像面湾曲等を良好に補正している。

【０１９４】第１群は，正レンズ１枚で構成し，ｒ１、
ｒ２の両面非球面は互いに打ち消すように局所曲率パワ
ーの変化が逆符号となっている領域を有しており前述の
（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しており、総和と
しては正方向のパワー変化が残存している。

【０１９５】第２群は，負レンズ１枚で構成し、ｒ３，
ｒ４の両面非球面は周辺部分で互いに打ち消すように局
所曲率パワーの変化が逆符号となっている領域を有して
おり前述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足してい
るが、総和としては負方向のパワー変化が残存し、第１
群と打ち消しの関係となっている点においても（ア−
１）の作用を満足している。

【０１９６】第３群は、正レンズ２枚で構成し、メリデ
ィオナルやサジタルの横収差の補正に有効となってい
る。

【０１９７】第４群は、負レンズ２枚で構成しており、
ｒ９，ｒ１０の両面非球面は最周辺部で若干打ち消し関
係にあるが、総和としては正方向のパワー変化が残存し
ており、この群自体の発散作用を打ち消すように補正し
ている。

【０１９８】第５群は、正レンズ２枚で構成している。

【０１９９】第６群は、負レンズ２枚で構成しており、
主にペッツバ−ル和を補正している。

【０２００】第７群は、正レンズ６枚、負レンズ１枚で
構成している。ｒ３３，ｒ３４の両面非球面は周辺部に
おいて局所曲率パワーの変化が逆符号となっており、前
述の（ア−１）、（ア−２）の作用を満足しているが、
総和としては負方向のパワー変化が大きく残存してお
り、歪曲収差やコマ収差、球面収差等を補正している。

【０２０１】これらによって図２７に示すように諸収差
を良好に補正している。

【０２０２】なお、以上の数値実施例において、非球面
形状に関する円錐定数ｋをゼロとしている実施例がある
が、円錐定数ｋを変数にとって設計しても構わない。

【０２０３】さらに、すべての硝材を石英（ｎ＝１．５
６０２）で構成した実施例もあるが、蛍石を用いても構
わない。すなわち蛍石と石英を両方とも用いることで色
収差をより小さく補正することが可能になる。

【０２０４】さらに、今回は露光光源として１９３ｎｍ
のＡｒｆ波長、２４８ｎｍのＫｒｆ波長を用いたが、レ
ンズタイプにとらわれず２５０ｎｍ以下の波長であれば
よい。例えばＦ２レ−ザ−波長でも構わない。また、光
学系の投影倍率は、本実施例にあるような１／４倍に限
定されずに１／５倍等他の倍率の場合でも構わない。

【０２０５】以下に、上記の数値実施形態の構成諸元を
示す。数値実施形態において、ｒｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｉは物体側より順に
第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率を示すものである。

【０２０６】また、非球面の形状は次式、

【０２０７】

【数１】

【０２０８】にて与えられるものとする。ここにＸはレ
ンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距
離、ｎは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ，‥‥‥Ｇは非球
面係数である。尚、露光波長１９３ｎｍに対する合成石
英と蛍石の屈折率は各々１．５６０２，１．５０１４で
ある。

【０２０９】また、本文中の非球面の局所曲率パワーＰ
Ｈは上記非球面の式ＸをＨの関数Ｘ（Ｈ）として次式で
与えられる。

【０２１０】ＰＨ＝（Ｎ′−Ｎ）／ρただし、 ρ＝（１＋Ｘ′² ）^3/2 ／Ｘ″ Ｎ，Ｎ′はそれぞれ屈折面の前後の媒質の屈折率であ
る。又前述の各条件式と数値実施例との関係を表１〜表
９に示す。

【０２１１】

【外１】

【０２１２】

【外２】

【０２１３】

【外３】

【０２１４】

【外４】

【０２１５】

【外５】

【０２１６】

【外６】

【０２１７】

【外７】

【０２１８】

【外８】

【０２１９】

【外９】

【０２２０】

【表１】

【０２２１】

【表２】

【０２２２】

【表３】

【０２２３】

【表４】

【０２２４】

【表５】

【０２２５】

【表６】

【０２２６】

【表７】

【０２２７】

【表８】

【０２２８】

【表９】

【０２２９】図２９は本発明に係る投影光学系を用いた
半導体デバイスの製造システムの要部概略図である。本
実施形態はレチクルやフォトマスクなどに設けた回路パ
ターンをウエハ（感光基板、第２物体）上に焼き付けて
半導体デバイスを製造するものである。システムは大ま
かに投影露光装置、マスクの収納装置、原板の検査装
置、コントローラとを有し、これらはクリーンルームに
配置されている。

【０２３０】同図において、１は光源であるエキシマレ
ーザ、２はユニット化された照明光学系であり、これら
によって露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされたレチクル（マ
スク、第１物体）３を上部から所定のＮＡ（開口数）で
照明している。９０９は例えば数値実施例１〜９の投影
光学系であり、レチクル３上に形成された回路パターン
（物体）をシリコン基板などのウエハ７上に投影して焼
き付けする。

【０２３１】９００はアライメント系であり、露光動作
に先立ってレチクル３とウエハ７とを位置合わせする。
アライメント系９００は少なくとも１つのレチクル観察
用顕微鏡系を有している。９１１はウエハステージであ
る。以上の各部材によって投影露光装置を構成してい
る。

【０２３２】９１４はマスクの収納装置であり、内部に
複数のマスクを収納している。９１３はマスク状の異物
の有無を検出する検査装置である。この検査装置９１３
は選択されたマスクが収納装置９１４から引き出されて
露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされる前にマスク上の異物検
査を行っている。

【０２３３】コントローラ９１８はシステム全体のシー
ケンスを制御しており、収納装置９１４、検査装置９１
３の動作指令、並びに投影露光装置の基本動作であるア
ライメント・露光・ウエハのステップ送り等のシーケン
スを制御している。

【０２３４】以下、本システムを用いた半導体デバイス
の製造方法の実施形態を説明する。

【０２３５】図３０は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
フローを示す。

【０２３６】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。

【０２３７】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【０２３８】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。

【０２３９】ステップ６（検査）ではステップ５で作成
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
などの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【０２４０】図３１は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。

【０２４１】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
ちこみ）ではウエハにイオンを打ちこむ。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼き付け露光する。

【０２４２】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによ
ってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０２４３】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。

【０２４４】尚、以上の実施形態の投影露光装置はレチ
クル３上の回路パターンを１度でウエハ上に露光する投
影露光装置であったが、これに代えてレーザー光源から
の光を照明光学系を介してレチクル３の一部分に照射
し、該レチクル３上の回路パターンを投影光学系でウエ
ハ７上にレチクル３とウエハ７の双方を投影光学系の光
軸と垂直方向に該投影光学系に対応させて走査して投影
・露光する所謂走査型の投影露光装置としても良い。

【０２４５】

【発明の効果】本発明によれば、歪曲収差、像面湾曲、
非点収差、コマ収差、球面収差等を良好に補正し、露光
領域全般にわたり高い光学性能を有し、高ＮＡ化と、広
い露光領域を容易に達成することができる投影露光装置
を達成することができる。

【０２４６】この他本発明によれば、少なくとも両面が
非球面である非球面レンズを用いるとともに、パワー分
担を適切に設定し、適正な非球面量を与え、非球面形状
を所定の条件を満足させるように規定することにより、
レンズ枚数を大幅に削減しながら、高ＮＡを有し、広い
露光領域を有した投影光学系が達成可能となる。従って
硝材コストの低減も可能となる。

【０２４７】又両側テレセントリック性を確保しなが
ら、歪曲収差、像面湾曲、非点収差、コマ収差、球面収
差等が良好に補正された露光領域全般にわたり高い光学
性能を有する投影光学系を達成することができる。

【０２４８】また、非球面の裏面も非球面なので、限ら
れたスペ−ス内でレンズ枚数を増加させずに、さらに設
計の自由度を増加させることができ、良好な収差補正が
できると同時に、両面の非球面をベンディング状態にす
ることにより、製造時の偏心の影響も軽減することがで
きる。

【０２４９】さらに非球面を導入することのよる収差補
正上の余裕を各レンズ群の屈折力を強めることやレンズ
枚数の減少に振り向ければレンズ系の軽量，コンパクト
化も可能となる、等の効果を有した投影光学系を有した
投影露光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例１のレンズ断面図

【図２】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例１の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図３】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例１の収差図

【図４】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例２のレンズ断面図

【図５】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例２の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図６】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例２の収差図

【図７】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例３のレンズ断面図

【図８】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例３の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図９】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の数
値実施例３の収差図

【図１０】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例４のレンズ断面図

【図１１】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例４の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図１２】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例４の収差図

【図１３】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例５のレンズ断面図

【図１４】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例５の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図１５】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例５の収差図

【図１６】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例６のレンズ断面図

【図１７】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例６の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図１８】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例６の収差図

【図１９】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例７のレンズ断面図

【図２０】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例７の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図２１】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例７の収差図

【図２２】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例８のレンズ断面図

【図２３】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例８の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図２４】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例８の収差図

【図２５】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例９のレンズ断面図

【図２６】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例９の非球面の局所曲率パワー変化の説明図

【図２７】本発明の投影露光装置に用いる投影光学系の
数値実施例９の収差図

【図２８】本発明において非球面を導入するときの光学
的作用の説明図

【図２９】本発明の半導体デバイスの製造システムの要
部ブロック図

【図３０】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【図３１】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【符号の説明】

Ｇｉ 第ｉ群 ＩＰ 像面 Ｍ メリディオナル像面 Ｓ サジタル像面 Ｙ 像高 １ エキシマレーザ ２ 照明光学系 ３ レチクル（物体） ７ ウエハ ９０９ 投影光学系 ９００ アライメント光学系 ９１１ ウエハステージ ９１８ コントローラ ９１４ 収納装置 ９１３ 検査装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−325922（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−197791（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−97347（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−95095（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−333030（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179204（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−34593（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−154657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311223（ＪＰ，Ａ) 特開2000−121934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/00 G02B 9/00 G02B 15/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正の屈折力のレンズ群と、負の屈折力の
   レンズ群からなる複数のレンズ群を有する投影光学系
   で、レチクル面のパターンを感光基板に投影露光する投
   影露光装置において、前記投影光学系は、 両面が非球面の非球面レンズを有し
   ており、前記非球面レンズの両面の非球面は、面の中心
   から周辺部にかけて、互いに局所曲率パワーの変化が逆
   符号の領域を有しており、 前記投影光学系の共役長をＬ、負レンズ群のパワーの総
   和をφｏとしたとき ｜Ｌ×φｏ｜＞１７（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） であり、軸上マージナル光線の高さをｈ、最軸外主光線
   の高さをｈ _b としたとき ｜ｈ _b ／ｈ｜＞０．３５を満足する位置に前記各非球面
   が配置されており、前記各非球面の非球面量を△ ＡＳＰＨとしたとき ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１．０×１０ ^-6 を満足する ことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記投影光学系は複数の非球面レンズを
   有し、該複数の非球面レンズはすべて両面が非球面であ
   ることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記複数のレンズ群は各々が両面が非球
   面である非球面レンズを含んでいることを特徴とする請
   求項１又は２記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 ｜Ｌ×φｏ｜＜７０（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜０．０２ を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   １項に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】 ｜Ｌ×φｏ｜＜７０（φｏ＝Σφｏｉ；φｏｉは第ｉ負群のパワー） ｜ｈ_b ／ｈ｜＜１５ ｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＜０．０２ を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   １項に記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記投影光学系は物像界で両側テレセン
   トリック系であることを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれか１項の投影露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項の投影露
   光装置を用いてレチクル面上のパターンをウエハ面上に
   投影露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバ
   イスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方
   法。