JP3423644B2 - 投影光学系及びそれを用いた投影露光装置 - 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ＩＣ，ＬＳＩ，Ｃ
ＣＤ，液晶パネル，磁気ヘッドなどの各種のデバイスの
製造装置であるステップアンドリピート方式やステップ
アンドスキャン方式の投影露光装置において、フォトマ
スクやレチクルなどの原版（以下「レチクル」という）
上の回路パターンを感光剤を塗布したウエハ面（感光基
板）上に投影転写し、デバイスを製造する際に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子等のデバイスの製造技
術の進展は目覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進
展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像力を
有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であ
り、さらなる解像力向上に向けて投影光学系の開口数
（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が計られてい
る。

【０００３】従来より投影露光装置を用い、ＩＣ、ＬＳ
Ｉ等の半導体素子のパターンをシリコン等のウエハに焼
き付けるための投影光学系には非常に高い解像力が要求
される。

【０００４】一般に投影光学系による投影像の解像力は
使用する波長が短くなる程良くなるために、できる限り
の短波長の光を放射する光源が用いられている。例えば
短波長の光を放射する光源としては、エキシマレーザー
が注目されている。このエキシマレーザーはレーザー媒
体として、ＡｒＦ、ＫｒＦ等が使用されている。

【０００５】ところでこの光源の波長域においてはレン
ズ材料として、使用可能な硝材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、
この石英や蛍石に於いても従来のようにレンズの構成枚
数が多く全硝材厚が厚い光学系ではレンズの熱吸収によ
る焦点位置等の変動などの問題が生じることになる。

【０００６】従来、全てのレンズが球面にて構成された
投影光学系は、例えば特開平９−１０５８６１号公報、
特開平１０−４８５１７号公報、特開平１０−７９３４
５号公報等が提案されている。更には最大有効径の小径
化を狙って、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群にて構成された投影レ
ンズが、特開平１０−４８５１７号公報で提案されてい
る。

【０００７】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７−０４８０８９号公報、
特開平７−１２８５９２号公報、特開平５−０３４５９
３号公報、特開平１０−１９７７９１号公報、特開平１
０−１５４６５７号公報、特開平１０−３２５９２２号
公報等にて提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に高い結像性能
（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、発生する収差量を小さくしたり、又は各レ
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
増やすこと等が必要である。

【０００９】「結像性能」は、投影露光装置を例にとる
と、球面収差やコマ収差等の各種収差の補正状況等に加
え、より具体的に線幅（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、等の諸性能のことである。

【００１０】線幅によるベスト像面位置の変化は、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。

【００１１】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。これらの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。

【００１２】このために、高い開口数を有しかつ広い露
光領域を有する投影光学系を達成しようとすると、レン
ズ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。

【００１３】更に、限られたレンズ物像間距離の範囲内
で高い開口数を有しかつ広い露光領域を有する投影光学
系を達成しようとすると、レンズ枚数も増加するのでレ
ンズの肉厚が薄くなり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。

【００１４】近年、特に高集積化という業界動向によ
り、露光光源の更なる短波長化、投影光学系の更なる高
ＮＡ化等の要望があるが、レンズ全系の重厚長大化等を
抑制しつつも、目標の光学性能を達成するのは非常に困
難になってきている。特に従来例では収差補正が十分で
はなく、結像性能のさらなる改善が望まれている。

【００１５】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
はで提案されている投影光学系は、すべてのレンズが球
面であり、レンズ枚数が２７〜３０枚もの構成であり、
ＮＡが０．５〜０．６程度である。

【００１６】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。

【００１７】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。加えて上述したよ
うに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、この従
来例のように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。

【００１８】特に、特開平１０−４８５１７号公報は、
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群にて構成することにより、最大有効
径の小径化を狙った投影レンズである。

【００１９】この投影レンズは、本文中の説明による
と、交互に正の屈折力を有する群、負の屈折力を有する
群を配置することにより、負の屈折力を有する群によっ
て発散する光束をあまり広がらないうちに正の屈折力を
有する群にてにて収束させ、これを繰り返すことで負の
屈折力を分散させ、ペッツバール和を良好にしている。

【００２０】しかしながら、構成枚数が３０枚程度と非
常に多く、かつＮＡも０．６程度と小さく、物像間距離
もおよそ１１４０〜１２００ｍｍ程度と大きいため、前
述の理由等により、より一層の高ＮＡ化及び高性能化は
非常に困難である。

【００２１】又、非球面を用いた、特公平７−４８０８
９号公報、特開平７−１２８５９２号公報等における投
影光学系は、物体側においてテレセントリック光学系で
はなく、物体面（レチクル面）の反りによる像歪みへの
影響等が懸念される。

【００２２】又、特開平５−３４５９３号公報、特開平
１０−１９７７９１号公報等に提案されている投影光学
系は両側テレセントリック系にて構成されており、物体
側より順に、レンズ群の屈折力が正、負、正、正の４群
にて構成されている。しかしながら、高い開口数のレン
ズ系は達成できておらず、更なる高ＮＡ化を達成しよう
とすると有効径が大きくなりすぎてしまう恐れがある。
又、有効径を抑えようとすると、各群の屈折力が強くな
りすぎてしまうため、良好な収差補正が困難になってし
まう。

【００２３】特開平１０ー１５４６５７号公報は、レン
ズ系に非球面レンズを用いているが、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。

【００２４】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。

【００２５】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面
に非球面、第４レンズ群か第５レンズ群のどちらか一方
に１面に非球面、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ようとしたもの
である。実施例はＮＡ０．６である。

【００２６】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３０ｎ
ｍ程度となっている。

【００２７】この提案の非球面使用の目的と実施例には
大きな隔たりがあり、非球面は効果的に使用されている
とは言い難い。本文中にも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。

【００２８】したがって、さらなる高ＮＡ化に対応しよ
うとしても、収差の悪化は避けられない。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
うとした場合、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という問題が
生じてしまう。

【００２９】本発明は、非球面を有効に用いることで、
構成レンズ枚数が少なく、かつ高解像力と広い露光領域
を確保することができる投影光学系及びそれを用いた投
影露光装置の達成を目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投影光
学系は、物体の像を像面へ投影する投影光学系におい
て、該投影光学系は前記物体側から順に、正の屈折力を
有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レ
ンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３
と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正の屈折
力を有する第５レンズ群Ｌ５と、負の屈折力を有する第
６レンズ群Ｌ６と、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ７を
備えており、該投影光学系の共役長をＬ、各負レンズ群
のパワーの総和をφｏとしたとき、 ７０＞｜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ｈｂとしたとき、 １５ ＞｜ｈｂ／ｈ｜＞ ０．３５ ・・・（２） を満足する面のうち少なくとも２面が非球面であり、該
少なくとも２面の非球面は、前記非球面の非球面量を△
ＡＳＰＨとしたとき、 ０．０２＞｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１．０×１０^−６ ・・・（３） を満足し、前記少なくとも２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
の領域を有する２つの非球面を有し、該２面の非球面が
前記第１レンズ群に２面、或いは前記第１レンズ群及び
前記第２レンズ群に１面ずつ、或いは前記第２レンズ群
に配置されていることを特徴としている。

【００３１】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記少なくとも２面の非球面は、前記物体側の第１
レンズ面から絞り位置までの間にあることを特徴として
いる。

【００３２】請求項３の発明の投影光学系は、物体の像
を像面へ投影する投影光学系において、該投影光学系は
前記物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群
Ｌ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正の
屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３と、負の屈折力を有す
る第４レンズ群Ｌ４と、正の屈折力を有する第５レンズ
群Ｌ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｌ６と、正
の屈折力を有するレンズ群Ｌ７を備えており、該投影光
学系の共役長をＬ、各負レンズ群のパワーの総和をφｏ
としたとき、 ７０＞｜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ｈｂとしたとき、前記第２レンズ群中であっ
て、 １５ ＞｜ｈｂ／ｈ｜＞ ０．３５ ・・・（２） を満足する複数の非球面を有し、前記複数の非球面の非
球面量を△ＡＳＰＨとしたとき、 ０．０２ ＞｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞ １．０×１０^-6 ・・・（３） を満足し、前記複数の非球面のうち少なくとも１面の非
球面は面の中心から周辺部にかけて、局所曲率パワーが
負の方向へ次第に強くなる、又は正の方向へ次第に弱く
なる領域を有することを特徴としている。

【００３３】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記複数の非球面は、前記物体側の第１レンズ面か
ら絞り位置までの間にあることを特徴としている。

【００３４】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記投影光学系中に用いられて
いる非球面レンズのうち、少なくとも１枚は該非球面レ
ンズの非球面加工面の裏面が非球面であることを特徴と
している。

【００３５】請求項６の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記投影光学系中に用いられて
いる非球面レンズは、全て該非球面レンズの非球面加工
面の裏面が非球面であることを特徴としている。

【００３６】請求項７の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記投影光学系中に用いられて
いる非球面レンズのうち、少なくとも１枚は該非球面レ
ンズの非球面加工面の裏面が平面であることを特徴とし
ている。

【００３７】請求項８の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、前記投影光学系中に用いられて
いる非球面レンズは、全て該非球面レンズの非球面加工
面の裏面が平面であることを特徴としている。

【００３８】請求項９の発明の投影露光装置は、請求項
１から８のいずれか１項の投影光学系を用いてレーザー
光源からの光で照明した第１の物体上のパターンを第２
の物体上に投影して露光することを特徴としている。

【００３９】請求項１０の発明の投影露光装置は、請求
項１から８のいずれか１項の投影光学系を用いてレーザ
ー光源からの光で照明した第１の物体上のパターンを第
２の物体上に前記第１の物体と第２の物体の双方を前記
投影光学系の光軸と垂直方向に前記投影倍率に対応させ
た速度比で同期させて走査して投影して露光することを
特徴としている。

【００４０】請求項１１の発明のデバイスの製造方法
は、請求項１から８のいずれか１項の投影光学系を用い
てレチクル上のパターンをウエハ面上に投影露光した
後、前記ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造
することを特徴としている。

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の投影光学系の数値
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は本発明の投影光学系の数値実施例１の収差図
である。

【００４８】図４は本発明の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
本発明の投影光学系の数値実施例２の収差図である。

【００４９】図７は本発明の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
本発明の投影光学系の数値実施例３の収差図である。

【００５０】図１０は本発明の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は本発明の投影光学系の数値実施例４の収差図であ
る。

【００５１】図１３は本発明の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は本発明の投影光学系の数値実施例５の収差図であ
る。

【００５２】図１６は本発明の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は本発明の投影光学系の数値実施例６の収差図であ
る。

【００５３】図１９は本発明の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は本発明の投影光学系の数値実施例７の収差図であ
る。

【００５４】図２２は本発明の投影光学系の近軸屈折力
配置を示している。レンズ断面図において、ＰＬは投影
光学系である。Ｌｉ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。Ｌ１群は正の屈
折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の
屈折力の第３群である。Ｌ４は負の屈折力の第４群、Ｌ
５は正の屈折力の第５群、Ｌ６は負の屈折力の第６群、
Ｌ７は正の屈折力の第７群である。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。
絞りは第６群中、又はその近傍に配置している。

【００５５】本発明の投影光学系は物体側から順に、正
の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有す
る第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群
Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正の屈折
力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折力を有する第６
レンズ群Ｌ６、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ７、
の７つのレンズ群から構成し、適切な面に非球面を施し
て良好なる光学性能を得ている。

【００５６】本発明の投影光学系は負の屈折力を有する
レンズ群が３つ存在している。光学系中の強い負の屈折
力を３つのレンズ群に分散することにより、ペッツバー
ル和を良好に補正することを可能とするとともに、全長
が短い光学系を達成しうる構成としている。但し、７つ
の異なる屈折力を有するレンズ群を交互に有し、かつ全
てを球面レンズにて構成して諸性能を良好に補正するた
めには必然的に構成レンズ枚数が多くなる。

【００５７】そこで、図１６に示す光学系の屈折力構成
において、高い開口数を有し、かつ構成枚数を過度に増
やすことなく良好に収差補正された光学系を達成するた
めに、光学系中の少なくとも１面に条件式（３）を満足
する非球面を導入している。

【００５８】条件式（３）は、非球面を有効に活用する
ための条件であり、この条件式を満足する非球面を少な
くとも１面導入して、非球面の効果が十分に発揮させて
諸収差を良好に補正している。

【００５９】条件式（３）の下限値を外れると構成枚数
をより増加させないと諸収差を補正することが困難にな
る。この非球面量ΔＡＳＰＨは、物像間距離を１０００
ｍｍ、使用波長を１９３ｎｍとすると条件式（３）から
ΔＡＳＰＨ＝０．００１ｍｍとなり、ニュートンリング
約１０本分に相当する。これは投影露光系に用いる非球
面としてはその効果を発揮できる量である。

【００６０】本発明において更に、より非球面の効果を
顕著に発揮させるためには、条件式（３）の下限値の数
値を次の如く設定するのが好ましい。

【００６１】１．０×１０^-5＜｜ΔＡＳＰＨ／Ｌ｜ 又、図１６において、物体側の第１レンズ面から絞り面
までは、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈
折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第
３レンズ群Ｌ３、及び負の屈折力を有する第４レンズ群
Ｌ４、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折
力を有する第６レンズ群Ｌ６、により構成している。

【００６２】物体から近いこの範囲では、軸外主光線の
高さが高く、軸上光束は低くなる。又、絞り付近では、
軸外主光線の高さが低くなり、軸上光束は物体面付近よ
り高くなっている。

【００６３】従って、絞り以前において、主光線の高さ
と軸上光束の高さとの関係が大きく変化している。特
に、より高開口数を達成するということは、物体の近く
においては、そのＮＡ光束がより幅広くなるということ
に他ならない。

【００６４】従って、絞り以前において特に歪曲収差、
非点収差、コマ収差等の軸外収差の発生を極力少なくす
る必要がある。これが達成できないと、軸上収差と軸外
収差のバランスが取れず、光学系の収差補正は非常に困
難になってしまう。従って、より好ましくは、この範囲
には少なくとも１面の前記非球面を導入するのが良く、
これによれば、歪曲収差や非点収差、コマ収差等の主に
軸外諸収差を有効に補正することができる。

【００６５】尚、絞りは、第６レンズ群Ｌ６中、或いは
Ｌ６付近、或いは第５レンズ群Ｌ５中、又はＬ５付近に
配置されていても構わない。

【００６６】本発明において更に好ましくは、物体側の
第1 レンズ面から絞り位置までの間に、前記非球面を少
なくとも１面有することを特徴としている。

【００６７】

【００６８】従来から縮小型の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。

【００６９】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。これは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。

【００７０】またレンズ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。

【００７１】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。

【００７２】そこで本発明においては、条件式（２）を
満足するような軸外主光線に影響の大きな面を非球面と
している。そして上記の改善されるべき収差を非球面に
より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。

【００７３】この下限を越えると軸外主光線よりも軸上
マー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。

【００７４】図１６において、条件式（２）を満足する
のは、およそ物体面からレンズ群Ｌ１〜Ｌ４あたりまで
の範囲である。このような範囲における面に少なくとも
１枚の非球面を導入することにより良好な光学性能を実
現することが可能としている。

【００７５】特に、非球面をレンズ群Ｌ１に施すと、軸
外主光線の高さｈｂが最も高いので主に歪曲収差をコン
トロールするのに有効である。

【００７６】次に負のレンズ群Ｌ２に非球面を施すと、
主に像面湾曲や非点収差をコントロールするのに有効で
あるが、正のレンズ群Ｌ１とは打ち消しの関係にあるの
で歪曲収差のコントロールにも有効である。正のレンズ
群Ｌ３では軸上光線野高さｈが高く、球面収差やコマ収
差への寄与が大きいので、非球面を導入して球面収差や
コマ収差を補正するとよい。

【００７７】

【００７８】一般的に物像間距離Ｌが長くなると各屈折
力のレンズ群のパワーφｏも小さくなり、逆に物像間距
離Ｌが短くなると負のレンズ群のパワーφｏは大きくな
るが、本発明においては条件式（１）の積が１７以上と
することにより、負のレンズ群のパワーを大きく設定
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。下限を越えると、ペッツバール和が正の方向へ
大きくなるため、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。

【００７９】

【００８０】例えば条件式（３）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。

【００８１】条件式（２）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。

【００８２】条件式（１）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。

【００８３】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。

【００８４】又、本発明においてより好ましくは、非球
面の導入方法について具体的に少なくとも一つ、以下の
条件を満足するのが良い。これによれば、非球面の効果
を増大させ、良好な収差補正の達成を可能とすることが
可能となる。

【００８５】条件（ａ）；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。

【００８６】条件（ｂ）；前記非球面のうち凹群（負の
屈折力のレンズ群）中の少なくとも１面の非球面は、面
の中心から周辺部にかけて局所曲率パワーが負の方向へ
次第に強くなる又は正の方向へ次第に弱くなる領域を有
すること。

【００８７】条件（ｃ）；非球面のうち凸群（正の屈折
力のレンズ群）中の少なくとも１面の非球面は、面の中
心から周辺部にかけて局所曲率パワーが正の方向へ次第
に強くなる又は負の方向へ次第に弱くなる領域を有する
こと。

【００８８】一般に非球面を用いて収差補正を行う際に
は２通りの考え方がある。１つは、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）、もう１つは、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）であ
る。本発明は基本的には後者の積極的導入の考え方を取
り入れて巧みに収差を補正している。

【００８９】上記条件（ａ）を満足させるように２つの
非球面の局所的なパワーの打ち消しの関係を作ること
で、複数の収差が同時に最小になるような屈折力変化を
与えることが容易となる。特に、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条
件（ａ）により良好に補正される。

【００９０】更に好ましくは、前記条件（ａ）を満足す
る２枚の非球面をレンズ群Ｌ１或いはレンズ群Ｌ２のど
ちらか一方に配置する、或いは２枚の非球面のうち、レ
ンズ群Ｌ１とレンズ群Ｌ２の両方の群中に各々１枚以上
ずつ配置することは、より良好な性能を達成する上で望
ましい。これらレンズ群Ｌ１或いはＬ２、もしくはレン
ズ群Ｌ１とＬ２に上記条件を満足する非球面を導入する
ことで主に歪曲収差や像面を効果的に補正することが可
能となる。

【００９１】又、条件（ｂ）を満足させることは、主に
像面湾曲、メリディオナルやサジタル横収差の補正に特
に有効となってくる。たとえペッツバール和を良く補正
したとしても、高い像高の像面湾曲、特にアンダーに倒
れるサジタルの像面湾曲を補正するのが難しく、前述し
たようにメリディオナルやサジタル横収差とバランスさ
せることが困難である。

【００９２】従って、本発明では条件（ｂ）を満足する
ように非球面を導入することで、近軸のパワーを過度に
強くすることなく、光軸より周辺部分の負屈折力方向の
パワーを大きくする領域を有することになる。この結
果、像面湾曲のアンダー部分をオーバー側に補正し、な
おかつ結果的に該非球面以外の面の収差補正自由度を増
加させることが可能となり、メリディオナルやサジタル
横収差、歪曲収差等の補正を良好に行なうことが可能と
なる。

【００９３】更に好ましくは、前記条件（ｂ）を満足す
る非球面をレンズ群Ｌ１、或いはレンズ群Ｌ２に１枚以
上配置することは、より良好な性能を達成する上で望ま
しい。これらレンズ群Ｌ１或いはＬ２、もしくはレンズ
群Ｌ１とＬ２に上記条件を満足する非球面を導入するこ
とで主に歪曲収差や像面を効果的に補正することが可能
となる。

【００９４】条件（ｃ）のように面の中心から周辺部に
かけて局所曲率パワーが正の方向へ次第に強くなる領域
を有する非球面を有することは、更なる性能の改善に望
ましい。

【００９５】このような非球面によって、主に物体側テ
レセントリック性と高次の歪曲収差の補正等に有効とな
ってくる。本発明では７群構成のレンズ系のうち、３つ
の負のレンズ群のパワーを強めて、ペッツバール和が関
係する像面湾曲や非点収差を補正可能ならしめるが、そ
うすると負のパワーが影響して物体側テレセントリック
性のバランスが崩れ、同時に高次のアンダーの歪曲収差
が発生してしまうので、物体側テレセントリック性のバ
ランスを良好に戻し、同時に逆のオーバーの歪曲収差を
発生させて打ち消して、その補正を良好にすることが望
ましい。

【００９６】従って、条件（ａ），条件（ｂ）を少なく
とも１つ満足する非球面を有することによって、解像力
が高く、かつ良好に収差補正された光学系を得ることが
可能となる。又、条件（ｃ）を満足する非球面を有する
ことに依っても、より性能の良い光学系を実現する上で
効果的である。

【００９７】尚、上記非球面以外に、更に複数面の非球
面を導入すれば、全体にわたりますます良好な収差補正
が可能となる。軸上マージナル光線の高さが高い正のパ
ワーを有する群、即ちレンズ群Ｌ５、レンズ群Ｌ７中に
面の中心から周辺部にかけて局所曲率パワーが正の方向
に弱くなる領域を有する非球面を導入すれば、球面収差
やコマ収差の良好な補正が可能となる。

【００９８】尚、非球面レンズは、非球面の加工面の裏
面（反対側の面）が球面でなくとも構わない。例えば、
非球面加工面の裏面が平面であった場合、より非球面素
子の加工及び組み立て時の調整等が容易になる。特に、
有効径の大きなレンズを非球面とする場合には有効であ
る。尚、投影光学系中で用いられている全ての非球面レ
ンズのうち、何枚かをこのような非球面の裏面を平面と
してもよい。又、投影光学系中の全ての非球面レンズの
非球面加工面の裏面を平面としてもよい。

【００９９】更には、非球面加工面の裏面が非球面加工
されていても構わない。即ち両面非球面レンズを用いる
ことも可能である。この場合も、投影光学系中の全ての
非球面レンズが両面非球面であってもよいし、非球面レ
ンズのうちの一部が両面非球面レンズであってもよい。

【０１００】次に非球面の加工方法の一例を以下に説明
する。リソグラフィ等に用いられる大口径レンズに対応
した非球面レンズの加工方法としては、その一例とし
て、例えば文献「Robert A.Jones; “Computer-control
led polishing of telescope mirror segments ,”OPTI
CAL ENGINEERING, Mar/Apr Vol.22, No.2, 1983 」等に
機械加工による加工方法が報告されている。 即ち、 三次
元コンピュータ制御された研削機で非球面形状を形成し
た後、コンピュータ制御された研磨機（ＣＣＰ）で研磨
する方法で、形状精度として０．０２５λｒｍｓ（λ＝
６３３ｎｍ）が得られている。

【０１０１】ここで、図２３は、非球面の機械加工によ
る加工方法を示す模式図である。図中５０１は基板、５
０２は基板回転機構、５０３はステージ、５０４は球面
パッド、５０５は球面パッド回転機構、５０６は荷重制
御機構、５０７は研磨液供給ノズル、５０８は研磨液で
ある。

【０１０２】移動可能なステージ５０３に回転自在に取
り付けられた基板５０１は基板回転機構５０２によって
回転する。回転する基板５０１の表面には、荷重制御機
構５０６によって接触圧力が制御され、球面パッド回転
機構５０５によって回転する球面パッド５０４が接触
し、研磨液供給ノズル５０７より接触面に供給された研
磨液５０８によって接触面を研磨する。

【０１０３】ステージ５０３の位置や荷重制御機構５０
６によって加えられる球面パッド５０４の接触圧力はコ
ンピュータ（不図示）によって制御される。

【０１０４】尚、非球面の加工方法としては、上記に挙
げた方法に限定されるわけではなく、それ以外の方法で
も構わない。

【０１０５】次に本発明の数値実施例のレンズ構成の特
長について説明する。いずれの数値実施例も、物体側
（レチクル側）及び像面側（ウエハ側）においてほぼテ
レセントリックになっている。又、投影倍率は１／４倍
であり、像側の開口数はＮＡ＝０．６５、物像間距離
（第１の物体面〜第２の物体面）はＬ＝１０００ｍｍで
ある。又、基準波長は１９３ｎｍ、画面範囲はウエハ上
での露光領域の直径は、φ２７．３ｍｍである。

【０１０６】図２，図５，図８，図１１，図１４，図１
７，図２０の縦軸は非球面の光軸からの高さを有効径で
正規化している。又、横軸は非球面番号であり、その各
々のグラフにおける左右方向は、局所曲率パワーの変化
が負及び正の方向を示している。

【０１０７】図１の数値実施例１では物体側より順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有
する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ
群Ｌ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４、正の屈
折力を有する第５レンズ群Ｌ５、負の屈折力を有する第
６レンズ群Ｌ６、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｌ
７、により構成している。

【０１０８】光学系中、非球面は７面使用しており、条
件式（１），（２），（３）に対応する値を表１に示
す。又、収差図を図３に、更に非球面の局所曲率パワー
の変化を図２に示す。

【０１０９】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、像側に凸面を向けた平凸形状の非球
面正レンズ１枚により構成している。ｒ２の非球面は局
所曲率パワーの変化が正方向である領域を有しており、
前述の条件（ｃ）の作用を満足している。この非球面に
より、主に正の歪曲収差を発生させ、歪曲収差の補正に
寄与している。

【０１１０】第２レンズ群Ｌ２は、両凹形状の非球面負
レンズ１枚よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの
変化が負方向である領域を有しており、条件（ｂ）の作
用を満足している。又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係に
おいては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有し
ており、条件（ａ）の作用も満足している。

【０１１１】第３レンズ群Ｌ３は、物体側から順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を
向けた略平凸形状の非球面正レンズ、よりなる。

【０１１２】第４レンズ群Ｌ４は、物体側から順に、両
凹形状の負レンズ、両凹形状の非球面負レンズ、よりな
る。ｒ１１の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向で
ある領域を有しており、（ｂ）の作用を満足している。
又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係においては、局所曲率
パワーの変化が逆方向の領域を有しており、（ａ）の作
用も満足している。この非球面により、主に像面及びコ
マ収差等をバランス良く補正することに寄与している。

【０１１３】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、両凸形状の正
レンズ、よりなる。

【０１１４】第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の非球面負
レンズ１枚よりなる。この非球面により、主に強い負の
屈折力により発生する球面収差やコマ収差を効果的に補
正している。

【０１１５】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像
側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形状
の非球面正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の
正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚
の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レ
ンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レン
ズ、よりなる。この第７レンズ群においては、物体面上
の軸上から発した光束である軸上光束が高い位置におい
て用いられている非球面は、主にこの強い正の屈折力を
有する第７レンズ群にて発生する負の球面収差を補正す
るために用いられている。又、像面付近の凸面にて用い
られている非球面は、主にコマ収差と歪曲収差をバラン
ス良く補正するのに寄与している。

【０１１６】以上のように、光学系中に条件式（３）を
満足する非球面を少なくとも１面導入することで、高開
口数を有する光学系を達成するために、非球面の効果を
十分に発揮させている。

【０１１７】又、特に絞り以前に５面の非球面レンズを
導入したことで、主に歪曲収差や非点収差、コマ収差等
をバランス良く効果的に補正することができる。又、条
件式（２）を満足する面に非球面を導入することで、軸
外主光線に影響の大きな面を非球面に設定して、軸外に
関連した収差を主に補正するとともに他の収差補正の負
担を軽減し、良好な光学性能を実現している。

【０１１８】本実施例において、条件式（２）を満足し
ている非球面は、ｒ２、ｒ３、ｒ７、及びｒ１１面であ
る。又、前述の条件（ａ），（ｂ）の少なくとも一つの
条件を満足する非球面を導入することにより、非球面の
効果を増大させ良好な収差補正の達成を可能とすること
が可能となる。

【０１１９】尚、本実施例では、非球面レンズを７枚使
用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１６枚
の光学系を達成している。又、本実施例は、非球面加工
面の裏面が平面である非球面レンズが含まれている。

【０１２０】図４の数値実施例２においては、光学系
中、非球面は７面使用されており、条件式（１），
（２），（３）に対応する値を表２に示す。又、収差図
を図６に、更に非球面の局所曲率パワーの変化を図５に
示す。

【０１２１】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、像側に凸面を向けた平凸形状の非球
面正レンズ１枚よりなる。ｒ２の非球面は局所曲率パワ
ーの変化が正方向である領域を有しており、前述の条件
（ｃ）の作用を満足している。

【０１２２】第２レンズ群Ｌ２は、両凹形状の非球面負
レンズ１枚よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの
変化が負方向である領域を有しており、条件（ｂ）の作
用を満足している。又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係に
おいては、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有し
ており、条件（ａ）の作用も満足している。

【０１２３】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、物体側に凸面を
向けた略平凸形状の非球面正レンズ、よりなる。

【０１２４】第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、両
凹形状の負レンズ、両凹形状の非球面負レンズ、よりな
る。

【０１２５】第５レンズ群Ｌ５は、両凸形状の３枚の正
レンズよりなる。

【０１２６】第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の非球面負
レンズ１枚よりなる。

【０１２７】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像
側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形状
の非球面正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の
正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚
の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レ
ンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面正
レンズ、よりなる。

【０１２８】尚、本実施例では、非球面レンズを７枚使
用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１７枚
の光学系を達成している。

【０１２９】図７の数値実施例３における条件式
（１），（２），（３）に対応する値を表３に示す。
又、収差図を図９に、更に非球面の局所曲率パワーの変
化を図８に示す。非球面は８面使用されている。本実施
例において非球面レンズは全て、非球面加工面の裏面が
平面である。

【０１３０】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、像側に凸面を向け
た平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レンズ、よ
りなる。ｒ２の非球面は局所曲率パワーの変化が正方向
である領域を有しており、前述の条件（ｃ）の作用を満
足している。

【０１３１】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、両
凹形状の負レンズ、像側に凹面を向けた非球面負レン
ズ、よりなる。ｒ８の非球面は局所曲率パワーの変化が
負方向である領域を有しており、条件（ｂ）の作用を満
足している。又、レンズ群Ｌ１のｒ２との関係において
は、局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を有してお
り、条件（ａ）の作用も満足している。

【０１３２】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状
の正レンズ、よりなる。ｒ１０の非球面は局所曲率パワ
ーの変化が正方向である領域を有しており、前述の条件
（ｃ）の作用を満足している。レンズ群Ｌ２のｒ８との
関係においては局所曲率パワーの変化が逆方向の領域を
有しており、前述の条件（ａ）の作用も満足している。

【０１３３】第４レンズ群Ｌ４は、両凹形状の負レン
ズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非球面負レンズ、
よりなる。ｒ１５の非球面は局所曲率パワーの変化が負
方向である領域を有しており、条件（ｂ）の作用を満足
していて、又周辺部分では正方向となっていて、この群
自体の発散作用を高次で打ち消している。

【０１３４】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状
の正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の非球面
正レンズ、よりなる。

【０１３５】第６レンズ群Ｌ６は、物体側より順に、両
凹形状の負レンズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非
球面負レンズ、よりなる。

【０１３６】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、像側に凸面を向
けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レンズ、
物体側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、像側に凹面
を向けたメニスカス形状の正レンズ、像側に凹面を向け
たメニスカス形状の負レンズ、物体側に凸面を向けた平
凸形状の非球面正レンズ、よりなる。

【０１３７】本実施例のように非球面レンズの非球面加
工面の裏面を平面とすることで加工・調整も容易な光学
系が達成できる。

【０１３８】尚、本実施例では、非球面レンズを８枚使
用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で２０枚
の光学系を達成している。

【０１３９】図１０の数値実施例４における条件式
（１），（２），（３）に対応する値を表４に示す。
又、収差図を図１２に、更に非球面の局所曲率パワーの
変化を図１１に示す。光学系中、非球面は８面使用され
ており、条件式（３）に対応する値を表４に示す。

【０１４０】本実施例においても数値実施例３と同様
に、非球面レンズは全て、非球面の加工面の裏面が平面
である。

【０１４１】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、像側に凸面を向け
た平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状の正レンズより
なる。ｒ２の非球面は局所曲率パワーの変化が負方向で
ある領域を有している。

【０１４２】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、像
側に凹面を向けた平凹形状の２枚の非球面負レンズによ
りなる。ｒ４、ｒ６の非球面は局所曲率パワーの変化が
正方向である領域を有している。又、レンズ群Ｌ１のｒ
２との関係においては、ｒ４、ｒ６ともに局所曲率パワ
ーの変化が逆方向の領域を有しており、条件（ａ）の作
用を満足している。

【０１４３】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状
の正レンズ、よりなる。ｒ１０の非球面は局所曲率パワ
ーの変化が正方向である領域を有しており、前述の条件
（ｃ）の作用を満足している。

【０１４４】第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状
の負レンズ、物体側に凹面を向けた平凹形状の非球面負
レンズ、よりなる。ｒ１７の非球面は局所曲率パワーの
変化が負方向である領域を有しており、前述の条件
（ｂ）の作用を満足している。又、レンズ群Ｌ３のｒ１
０との関係においては、局所曲率パワーの変化が逆方向
の領域を有しており、条件（ａ）の作用を満足してい
る。

【０１４５】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、物
体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形
状の正レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の非球面
正レンズ、よりなる。

【０１４６】第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の２枚の負
レンズよりなる。

【０１４７】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の非球面正レンズ、両凸形状
の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状
の正レンズ、物体側に凸面を向けた平凸形状の非球面正
レンズ、より構成されている。

【０１４８】尚、本実施例では、非球面を８面使用し
て、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１９枚の光
学系を達成している。

【０１４９】図１３の数値実施例５における条件式
（１），（２），（３）に対応する値を表５に示す。
又、収差図を図１５に、更に非球面の局所曲率パワーの
変化を図１４に示す。光学系中、非球面は８面使用され
ている。本実施例において、非球面レンズは全て、非球
面加工面の裏面も非球面である。即ち、４枚の両面非球
面レンズを用いている。

【０１５０】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、両凸形状の両面非球面正レンズ１枚
よりなる。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、前述の条件（ａ）の作用を満足し、同時に
条件（ｃ）の作用も満足しており、総和としては正方向
のパワー変化が残存している。

【０１５１】第２レンズ群Ｌ２は、両凹形状の両面非球
面負レンズ１枚よりなる。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（ａ），
（ｂ）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ている。

【０１５２】ここで、レンズ群Ｌ１とレンズ群Ｌ２の非
球面の関係も打ち消しの関係となっている。従って、条
件（ｃ）の作用を満足している。

【０１５３】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた平凸形状の正レンズ、両凸形状の正レ
ンズ、よりなる。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。

【０１５４】第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、両
凹形状の非球面負レンズ、両凹形状の負レンズ、よりな
る。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。

【０１５５】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、両
凸形状の２枚の正レンズ、よりなる。

【０１５６】第６レンズ群Ｌ６は、物体側より順に、両
凹形状の２枚の負レンズ、よりなる。

【０１５７】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、両
凸形状の３枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカ
ス形状の２枚の正レンズ、像側に凹面を向けたメニスカ
ス形状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形
状の非球面正レンズ、よりなる。

【０１５８】これらの両面非球面レンズを用いたこと
で、設計の自由度が増えてより良好な収差補正が可能と
なるとともに非球面レンズの素子自体の個数が少なくて
すむという利点もある。

【０１５９】尚、本実施例では、両面非球面レンズを４
枚使用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１
７枚の光学系を達成している。

【０１６０】又、本実施例においては、第１、２、４、
７レンズ群に両面非球面を導入した例を示したが、これ
に限定されない。即ち、他の３、５、６レンズ群に導入
しても良いし、或いは、本実施例よりも両面非球面レン
ズの数が少ない場合でもよい。又、非球面加工面の裏面
が平面である非球面レンズや、非球面加工面の裏面が球
面である非球面レンズと混在して使用しても構わない。

【０１６１】図１６の数値実施例６における条件式
（１），（２），（３）に対応する値を表６に示す。
又、収差図を図１８に、更に非球面の局所曲率パワーの
変化を図１７に示す。

【０１６２】本実施例において、非球面は９枚使用され
ている。又、両面非球面レンズが３枚、非球面加工面の
裏面が球面である非球面レンズが３枚、のあわせて６枚
の非球面レンズ（非球面の面数は９面）を用いている。

【０１６３】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、像側に凸面を向け
た略平凸形状の正レンズ、両凸形状の非球面正レンズ、
よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの変化が正方
向である領域を有しており、前述の条件（ｃ）の作用を
満足している。

【０１６４】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、両
凹形状の両面非球面負レンズ、両凹形状の負レンズ、よ
りなる。ｒ５、６の非球面は局所曲率パワーの変化が負
方向である領域を有しており、前述の条件（ｂ）の作用
を満足している。又、レンズ群Ｌ１のｒ３の非球面と
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、前述の条件（ａ）の
作用を満足している。更には、ｒ５、ｒ６同志でも、周
辺部では互いに打ち消すように局所曲率パワーの変化が
逆符号となっている。

【０１６５】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、物
体側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形
状の非球面正レンズ、よりなる。ｒ１１の非球面は局所
曲率パワーの変化が正方向である領域を有しており、前
述の条件（ｃ）の作用を満足している。

【０１６６】第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状
の２枚の負レンズ、よりなる。

【０１６７】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた略平凸形状の正レンズ、両凸形状の非
球面正レンズ、物体側に凸面を向けた略平凸形状の正レ
ンズ、よりなる。

【０１６８】第６レンズ群Ｌ６は、物体側より順に、像
側に凹面を向けた略平凸形状の負レンズ、両凹形状の負
レンズ、よりなる。

【０１６９】第７レンズ群Ｌ７は、物体側より順に、両
凸形状の正レンズ、両凸形状の両面非球面正レンズ、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の２枚の正レンズ、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の両面非球面正レン
ズ、よりなる。

【０１７０】尚、本実施例では、両面非球面レンズを３
枚、非球面加工面の裏面が球面である非球面レンズを３
枚使用して、高開口数（高ＮＡ）でありながら合計で１
９枚の光学系を達成している。

【０１７１】図１９の数値実施例７における条件式
（１），（２），（３）に対応する値を表７に示す。
又、収差図を図２１に、更に非球面の局所曲率パワーの
変化を図２０に示す。本実施例において、非球面は４枚
使用されている。

【０１７２】具体的なレンズ構成を以下に説明する。第
１レンズ群Ｌ１は、物体側より順に、物体側に凹面を向
けたメニスカス形状の正レンズ、両凸形状の非球面正レ
ンズ、よりなる。ｒ３の非球面は局所曲率パワーの変化
が負方向となっており、この群自体の収斂作用を打ち消
している。

【０１７３】第２レンズ群Ｌ２は、物体側より順に、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状
の非球面負レンズ、両凹形状の負レンズ、よりなる。ｒ
８の非球面は局所曲率パワーの変化が中心部分では負方
向であり条件（ｂ）の作用を満足している。又、周辺部
分では正方向となっていて、この群自体の発散作用を高
次で打ち消している。また周辺部分では第１群のｒ３と
の関係において局所曲率パワーの変化が逆方向となって
おり条件（ｃ）の作用も満足している。

【０１７４】第３レンズ群Ｌ３は、物体側より順に、像
側に凸面を向けた正レンズ、両凸形状の非球面正レン
ズ、よりなる。ｒ１３の非球面は局所曲率パワーの変化
が中心部分では正方向であり条件（ａ）の作用を満足し
ており、周辺部分では負方向となっていて、この群自体
の収斂作用を高次で打ち消している。また周辺部分では
Ｌ２のｒ８との関係において局所曲率パワーの変化が逆
方向となっており、条件（ｃ）の作用も満足している。

【０１７５】第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、像
側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状
の２枚の負レンズ、よりなる。

【０１７６】第５レンズ群Ｌ５は、物体側より順に、両
凸形状の３枚の正レンズよりなる。

【０１７７】第６レンズ群Ｌ６は、両凹形状の２枚の負
レンズ、よりなる。

【０１７８】第７レンズ群Ｌ７は、像側に凸面を向けた
メニスカス形状の正レンズ、両凸形状の２枚の正レン
ズ、像側に凹面を向けたメニスカス形状の２枚の正レン
ズ、像側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズ、物体側
に凸面を向けた非球面正レンズ、よりなる。

【０１７９】尚、本実施例では、非球面レンズを４枚用
いている。特に物体面から絞り面までに３枚の非球面を
用いることで軸外収差を良好に補正すると同時に、高開
口数（高ＮＡ）でありながら合計で２１枚の光学系を達
成している。

【０１８０】尚、本実施例では、蛍石を第７レンズ群Ｌ
７にて用いたが、他のレンズ群に用いても構わない。

【０１８１】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
錐定数を変数にとって設計しても構わない。

【０１８２】更に、各数値実施例のうち、数値実施例７
を除いて硝材としてすべて石英レンズを用いたが、蛍石
を用いても構わない。即ち、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。又、蛍石のみで構成しても構わない。

【０１８３】尚、より結像性能を向上させるために、非
球面を更に追加しても構わない。特に、物体より絞りま
での間に、条件式（３）を満足する非球面を追加するこ
とは、特に歪曲収差、像面湾曲等を更に良く補正するこ
とが可能となる。又、絞り以降の群に配置した場合、特
に球面収差やコマ収差等、諸収差の更なる改善をはかる
ことが可能となる。

【０１８４】更に、今回は露光光源として波長２４８ｎ
ｍのＫｒＦ波長或いは波長１９３ｎｍのＡｒＦ波長を用
いたが、波長２５０ｎｍ以下の波長であればよい。例え
ば、より短波長のＦ２レーザー波長等でも構わない。
又、光学系の倍率は、本実施例にあるような１／４倍に
限定されずに、他の倍率の場合でも構わない。

【０１８５】以上の様に、非球面を用いることによって
レンズ枚数を大幅に削減し、かつ高い開口数を有する投
影光学系を達成している。又、その非球面の加工面の裏
面を平面とすることで加工・調整も容易な投影光学系を
得ることができる。又、非球面の裏面を非球面とすれ
ば、設計の自由度が増えてより良好な収差補正が可能と
なる。

【０１８６】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番目のレンズの硝子の屈折率を示すものとする。

【０１８７】また、非球面の形状は次式、

【０１８８】

【数１】

【０１８９】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、ｒｉ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
石英及び蛍石の屈折率は各々１．５６０２，１．５０１
４０とする。

【０１９０】又、非球面の局所曲率パワーＰＨは、上記
非球面の式ＸをＸ（Ｈ）の関数として次式で与えられ
る。

【０１９１】ＰＨ＝（Ｎ’−Ｎ）／ρ 但し、ρ＝（１＋Ｘ′²）^3/2／Ｘ″ Ｎ、Ｎ’は各々屈折面の前後の媒質の屈折率である。

【０１９２】

【外１】

【０１９３】

【外２】

【０１９４】

【外３】

【０１９５】

【外４】

【０１９６】

【外５】

【０１９７】

【外６】

【０１９８】

【外７】

【０１９９】

【表１】

【０２００】

【表２】

【０２０１】

【表３】

【０２０２】

【表４】

【０２０３】

【表５】

【０２０４】

【表６】

【０２０５】

【表７】

【０２０６】図２４は、本発明の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等に設けられた回路パ
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。

【０２０７】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は例えば図１に示す数値実施例１
の投影レンズであり、レチクル３上に形成された回路パ
ターン（物体）をシリコン基板等のウエハ７上に投影し
て焼付けする。

【０２０８】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。

【０２０９】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はマスク上の異
物の有無を検出する検査装置である。この検査装置９１
３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
検査を行なっている。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９１３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。

【０２１０】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。

【０２１１】図２５は、本発明のデバイス（ＩＣやＬＳ
Ｉ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の
製造方法のフローチャートである。これについて説明す
る。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路
設計を行なう、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。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（レチクル）３とウエ
ハ７と本発明の投影レンズと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。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。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、耐久性テスト等の検査を行なう。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。

【０２１２】図２６は、上記ウエハプロセスの詳細なフ
ローチャートである。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。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（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。
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）では本発明の投影レンズ
９０９によってレチクルの回路パターンをウエハに投影
露光する。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）ではエッチングが済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なうことによ
ってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０２１３】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。

【０２１４】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の投影倍率に対応させて走
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。

【０２１５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、非球面を
有効に用いることで、構成レンズ枚数が少なく、かつ高
解像力と広い露光領域を確保することができる投影光学
系及びそれを用いた投影露光装置を達成することができ
る。

【０２１６】この他、本発明によれば、以上の構成にお
いて非球面を有効に用いることで従来の球面により構成
されている光学系よりも、より高い解像力と広い露光領
域を確保し、かつ構成枚数が少なくかつ高解像力と広い
露光領域を確保した両テレセントリック投影光学系の達
成することができる。

【０２１７】又、本発明の投影光学系を用いた投影光学
装置によれば、従来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デバイスの製造
方法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】本発明の投影光学系の数値実施例１の収差図

【図４】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例２の収差図

【図７】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例３の収差図

【図１０】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例４の収差図

【図１３】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例５の収差図

【図１６】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例６の収差図

【図１９】本発明の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】本発明の投影光学系の数値実施例７の収差図

【図２２】本発明の投影光学系の近軸屈折力配置の説明
図

【図２３】本発明に係る非球面加工の説明図

【図２４】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２５】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２６】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】

Ｌｉ 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10−154657（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−339842（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−51198（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186476（ＪＰ，Ａ) 特開2000−231058（ＪＰ，Ａ) 特開2000−235146（ＪＰ，Ａ) 特開2000−249917（ＪＰ，Ａ) 特開2000−121934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/24 G02B 13/18 G02B 9/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の像を像面へ投影する投影光学系に
   おいて、該投影光学系は前記物体側から順に、正の屈折
   力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第
   ２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ
   ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正の屈
   折力を有する第５レンズ群Ｌ５と、負の屈折力を有する
   第６レンズ群Ｌ６と、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ７
   を備えており、該投影光学系の共役長をＬ、各負レンズ
   群のパワーの総和をφｏとしたとき、 ７０＞｜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ｈｂとしたとき、 １５ ＞｜ｈｂ／ｈ｜＞ ０．３５ を満足する面のうち少なくとも２面が非球面であり、 該少なくとも２面の非球面は、 前記 非球面の非球面量を△ＡＳＰＨとしたとき、 ０．０２＞｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞１．０×１０^−６ を満足し、前記少なくとも２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
   の領域を有する２つの非球面を有し、該２面の非球面は
   前記第１レンズ群に２面、或いは前記第１レンズ群及び
   前記第２レンズ群に１面ずつ、或いは前記第２レンズ群
   に配置されていることを特徴とする投影光学系。
2. 【請求項２】 前記少なくとも２面の非球面は、前記物
   体側の第１レンズ面から絞り位置までの間にあることを
   特徴とする請求項１の投影光学系。
3. 【請求項３】 物体の像を像面へ投影する投影光学系に
   おいて、該投影光学系は前記物体側から順に、正の屈折
   力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第
   ２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ
   ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正の屈
   折力を有する第５レンズ群Ｌ５と、負の屈折力を有する
   第６レンズ群Ｌ６と、正の屈折力を有するレンズ群Ｌ７
   を備えており、該投影光学系の共役長をＬ、各負レンズ
   群のパワーの総和をφｏとしたとき、 ７０＞｜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ｈｂとしたとき、前記第２レンズ群中であっ
   て、 １５ ＞｜ｈｂ／ｈ｜＞ ０．３５ を満足する複数の非球面を有し、前記複数の非球面の非
   球面量を△ＡＳＰＨとしたとき、 ０．０２ ＞｜△ＡＳＰＨ／Ｌ｜＞ １．０×１０^−６ を満足し、前記複数の非球面のうち少なくとも１面の非
   球面は面の中心から周辺部にかけて、局所曲率パワーが
   負の方向へ次第に強くなる、又は正の方向へ次第に弱く
   なる領域を有することを特徴とする投影光学系。
4. 【請求項４】 前記複数の非球面は、前記物体側の第１
   レンズ面から絞り位置までの間にあることを特徴とする
   請求項３の投影光学系。
5. 【請求項５】 前記投影光学系中に用いられている非球
   面レンズのうち、少なくとも１枚は該非球面レンズの非
   球面加工面の裏面が非球面であることを特徴とする請求
   項１から４のいずれか１項記載の投影光学系。
6. 【請求項６】 前記投影光学系中に用いられている非球
   面レンズは、全て該非球面レンズの非球面加工面の裏面
   が非球面であることを特徴とする請求項１から４のいず
   れか１項記載の投影光学系。
7. 【請求項７】 前記投影光学系中に用いられている非球
   面レンズのうち、少なくとも１枚は該非球面レンズの非
   球面加工面の裏面が平面であることを特徴とする請求項
   １から４のいずれか１項記載の投影光学系。
8. 【請求項８】 前記投影光学系中に用いられている非球
   面レンズは、全て該非球面レンズの非球面加工面の裏面
   が平面であることを特徴とする請求項１から４のいずれ
   か１項記載の投影光学系。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項の投影光
   学系を用いてレーザー光源からの光で照明した第１の物
   体上のパターンを第２の物体上に投影して露光すること
   を特徴とする投影露光装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から８のいずれか１項の投影
    光学系を用いてレーザー光源からの光で照明した第１の
    物体上のパターンを第２の物体上に前記第１の物体と第
    ２の物体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方向に前
    記投影倍率に対応させた速度比で同期させて走査して投
    影して露光することを特徴とする投影露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項１から８のいずれか１項の投影
    光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ面上に投
    影露光した後、前記ウエハを現像処理工程を介してデバ
    イスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。