JP3925576B2 - 投影光学系、該光学系を備えた露光装置、及び該装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１物体のパターンの像を第２物体上に投影するための投影光学系、この投影光学系を備え、半導体素子、又は液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程中でマスクパターンを基板上に転写する際に使用される露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、レジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する一括露光型（ステッパー等）、又はステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が使用されている。半導体集積回路等のパターンの微細化が進むに従って、その種の露光装置に備えられている投影光学系に対しては特に解像力の向上が望まれている。投影光学系の解像力を向上するためには、露光波長をより短くするか、あるいは開口数（N.A.）を大きくすることが考えられる。
【０００３】
そこで、近年、露光光については、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）が主に用いられるようになってきており、最近ではより短波長の露光光、例えばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、更にはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光が用いられようとしている。そして、これらの短波長の露光光のもとで使用できる投影光学系が開発されている。
【０００４】
また、投影光学系においては、解像力の向上と共に、像歪の低減要求も一段と厳しくなってきている。その像歪には、投影光学系自体に起因するディストーション（歪曲収差）による要素の他、投影光学系の像側で投影像が焼き付けられるウエハの反り等による要素と、投影光学系の物体側で回路パターン等が描かれているレチクルの反りによる要素とがある。そこで、ウエハの反りによる像歪への影響を少なくするため、投影光学系の像側で射出瞳位置を遠くに位置させる、所謂像側テレセントリック光学系が従来より用いられてきた。
【０００５】
一方、レチクルの反りによる像歪の軽減についても、投影光学系の入射瞳位置を物体から遠くに位置させる、所謂物体側テレセントリック光学系の導入が考えられてきた。そのため、例えば特開昭６３−１１８１１５号公報、特開平４−１５７４１２号公報、特開平５−１７３０６５号公報等で、そのように投影光学系の入射瞳位置を物体面から比較的遠くに位置させる投影光学系が提案されている。
【０００６】
更に最近の半導体素子、又は液晶表示素子等の製造工程では、レチクル上のパターン及び各種の使用条件に応じて、より最適な開口数（N.A.）を選択使用することが求められているため、露光装置においても開口数を可変できる絞りを有する投影光学系が要求されてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、ウエハの反り、及びレチクルの反りの像歪への影響を軽減するためには、投影光学系を像側、及び物体側でテレセントリックにすることが望ましい。そこで、上記の公報にも開示されているように、物体側と像側とが共にテレセントリックである、所謂両側テレセントリックな投影光学系も開発されている。しかしながら、従来の両側テレセントリックな投影光学系では、広い投影領域で諸収差を低減した上で解像力に寄与する開口数（N.A.）を十分に大きくするのが困難であり、特にディストーションの補正が十分ではなかった。
【０００８】
また、投影光学系の開口数を可変とするための可変開口絞りを設けた場合、この可変開口絞りの開口数を変化させると、瞳での球面収差によって像面の投影領域の周辺部で口径食（vignetting）の影響が生じることがあった。そのため、像面の投影領域の周辺部において、開口数を可変にした際にテレセントリック性の悪化や像面上での照度均一性の悪化などが生じ、投影領域をあまり広くできないという不都合があった。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑み、開口数を変化させても口径食の影響があまり大きくならないと共に、両側テレセントリックにすることが可能な投影光学系を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、大きな開口数と広い投影領域とを確保しつつ両側テレセントリックにすることが可能で、且つ諸収差、特にディストーションを極めて良好に補正し得る高性能な投影光学系を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
更に本発明は、広い投影領域を確保しつつ両側テレセントリックにすることが可能で、且つ開口数を変化させた場合でも諸収差を良好に補正し得る投影光学系を提供することを第３の目的とする。
また、本発明は、そのような投影光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することを第４の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の投影光学系は、第１物体（Ｒ）のパターンの像を第２物体（Ｗ）上に形成する屈折型の投影光学系において、開口数を決定するための開口絞り（ＡＳ）と、複数のレンズ素子からなり、その第１物体とその開口絞りとの間に位置する前レンズ群（ＧＦ）と、複数のレンズ素子からなり、その開口絞りとその第２物体との間に位置する後レンズ群（ＧＲ）とを備え、その開口絞りの位置を、近軸上においてその第２物体側からの光軸と平行な光線がその光軸と交わる位置よりもその第２物体側に配置し、その第１物体からその第２物体までの距離をＬとし、近軸上においてその第２物体側から光軸（ＡＸ）に平行にその後レンズ群へ入射する光線がその光軸と交わる位置（Ｑ）からその開口絞りまでの光軸上の距離をｄ、その投影光学系のその第２物体側の開口数をN.A.とするとき、以下の条件を満足するように構成したものである。
【００１２】
０．００５＜ｄ／｛Ｌ×（１−N.A.）｝＜０．２ （Ａ）
斯かる本発明によれば、条件式（Ａ）が満たされているため、容易に両側テレセントリックにできると共に、投影領域内で口径食の影響が均一化されて、その開口絞り（ＡＳ）の開口数を変化させた場合でも特に口径食の影響が大きくなることがない。このとき、条件式（Ａ）の上限を超えると、瞳の収差が大きくなり過ぎ、第１物体と第２物体との両側にテレセントリックな光学系を得ることが困難となり好ましくない。一方、条件式（Ａ）の下限を下回ると、瞳の収差を必要以上に補正して、結果的に投影光学系の長大化を招くことになり好ましくない。
【００１３】
この場合、その開口絞り（ＡＳ）を可変開口絞りとして、その開口絞りによってその第２物体側の開口数N.A.を変えたときに、その第２物体上の投影領域において口径食の差が最小になるように、その開口絞りの位置を、近軸上においてその第２物体側からの光軸（ＡＸ）と平行な光線がその光軸と交わる位置（Ｑ）よりその第２物体側に配置することが好ましい。
【００１４】
ここで、その投影光学系へ第２物体側から平行光束が入射した場合を考える。この平行光束の内、近軸上の光線（近軸主光線）は、第２物体側に配置された正レンズ（主には後レンズ群）の屈折作用により所定の位置（Ｑ）で光軸と交差する。このとき、後レンズ群が正の屈折力を有しているため、光軸に対して所定の角度をなして後レンズ群に入射する平行光束は、上記近軸上で光軸に沿って入射する平行光束の結像位置（Ｑ）より第２物体側にずれた位置に結像する。ここで、上記結像位置（Ｑ）よりも第２物体側に開口絞り（ＡＳ）を配置すれば、この開口絞りの開口径を変化させても瞳の像面湾曲による投影領域周辺部での口径食の影響を実用上十分に抑えることができ、諸収差も良好に補正することができる。
【００１５】
また、本発明による第１の投影光学系では、その前レンズ群とその後レンズ群とは、全体としてその第１物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ１）と、負の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（Ｇ３）と、負の屈折力を有する第４レンズ群（Ｇ４）と、正の屈折力を有する第５レンズ群（Ｇ５）と、を配置して構成されることが好ましい。
【００１６】
このとき、第１レンズ群（Ｇ１）はテレセントリック性を維持しながら主にディストーションの補正に寄与しており、第２レンズ群（Ｇ２）、及び第４レンズ群（Ｇ４）は、主にペッツバール和の補正に寄与し、像面の平坦化を達成する機能を有している。また、第３レンズ群（Ｇ３）は第１レンズ群（Ｇ１）と共に、正のディストーションを発生させ、第２、第４、第５レンズ群で発生する負のディストーションを補正する役割を担っている。更に、第３レンズ群（Ｇ３）と第２レンズ群（Ｇ２）とは、第２物体側から見ると、正・負の屈折力配置を有する望遠系を構成しており、これにより、投影光学系全系の長大化を防ぐ機能を有している。また、第５レンズ群（Ｇ５）は、第２物体側での高開口数化に十分対応するために、特に球面収差の発生を極力避けた状態で、ディストーションの発生を抑えて、第２物体上に光束を導き、結像させる役割を担っている。
【００１７】
また、その第１レンズ群は両側を負レンズに挟まれた部分群Ｇ１ｐを含み、その第２レンズ群は両側を正レンズに挟まれた部分群Ｇ２ｎを含み、その第４レンズ群は少なくとも３枚の負レンズを含む部分群Ｇ４ｎを有し、その第５レンズ群は少なくとも４枚の正レンズを含む部分群Ｇ５ｐを有し、その第１物体からその第２物体までの距離をＬ、その第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐの焦点距離をｆ１、その第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎの焦点距離をｆ２、その第３レンズ群の焦点距離をｆ３、その第４レンズ群中の部分群Ｇ４ｎの焦点距離をｆ４、その第５レンズ群中の部分群Ｇ５ｐの焦点距離をｆ５としたとき、以下の条件を満足することが好ましい。
【００１８】
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．４ （Ｂ）
０．０２５＜−ｆ２／Ｌ＜０．１５ （Ｃ）
０．０８＜ｆ３／Ｌ＜０．３５ （Ｄ）
０．０４＜−ｆ４／Ｌ＜０．１６ （Ｅ）
０．０６＜ｆ５／Ｌ＜０．３５ （Ｆ）
【００１９】
この場合、条件式（Ｂ）〜（Ｆ）は、それぞれ次の本発明の第２の投影光学系における条件式（１）〜（５）に対応しており、その作用はその第２の投影光学系において説明する。
【００２０】
次に、本発明による第２の投影光学系は、第１物体（Ｒ）のパターンの像を第２物体（Ｗ）上に形成する投影光学系において、その第１物体側から順に、両側を負レンズに挟まれた部分群Ｇ１ｐを含む、正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ１）と、両側を正レンズに挟まれた部分群Ｇ２ｎを含む、負の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２）と、少なくとも１枚の負レンズを含む、正の屈折力を有する第３レンズ群（Ｇ３）と、少なくとも３枚の負レンズを含む部分群Ｇ４ｎを有し、負の屈折力を有する第４レンズ群（Ｇ４）と、少なくとも４枚の正レンズを含む部分群Ｇ５ｐを有し、全体として少なくとも２枚の負レンズを含み、開口数を決定する開口絞り（ＡＳ）を内部のレンズ間に有すると共に、正の屈折力を有する第５レンズ群（Ｇ５）と、を備え、近軸上において、その第２物体側からの光軸（ＡＸ）と平行な光線がこの光軸と交わる位置（Ｑ）を、その第４レンズ群とその第５レンズ群との間に有し、その開口絞りの位置を、近軸上においてその第２物体側からの光軸と平行な光線がその光軸と交わる位置よりもその第２物体側に配置し、以下の条件を満足するものである。
【００２１】
０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．４ （１）
０．０２５＜−ｆ２／Ｌ＜０．１５ （２）
０．０８＜ｆ３／Ｌ＜０．３５ （３）
０．０４＜−ｆ４／Ｌ＜０．１６ （４）
０．０６＜ｆ５／Ｌ＜０．３５ （５）
０．００５＜ｄ／｛Ｌ×（１−N.A.）｝＜０．２ （６）
【００２２】
但し、各パラメータの定義は以下の通りである。
Ｌ ：その第１物体からその第２物体までの距離、
ｆ１：その第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐの焦点距離、
ｆ２：その第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎの焦点距離、
ｆ３：その第３レンズ群の焦点距離、
ｆ４：その第４レンズ群中の部分群Ｇ４ｎの焦点距離、
ｆ５：その第５レンズ群中の部分群Ｇ５ｐの焦点距離、
ｄ ：近軸上においてその第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置（Ｑ）からその第５レンズ群中のその開口絞り（ＡＳ）までの光軸上の距離、
N.A.：その投影光学系のその第２物体側の開口数。
【００２３】
斯かる本発明の第２の投影光学系は、第１物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群（Ｇ１）と、負の屈折力を持つ第２レンズ群（Ｇ２）と、正の屈折力を持つ第３レンズ群（Ｇ３）と、負の屈折力を持つ第４レンズ群（Ｇ４）と、正の屈折力を持つ第５レンズ群（Ｇ５）とを有している。ここで、第１レンズ群（Ｇ１）はテレセントリック性を維持しながら主にディストーションの補正に寄与しており、具体的には、第１レンズ群（Ｇ１）にて正のディストーションを発生させて、このディストーションで第１レンズ群（Ｇ１）よりも第２物体側に配置される複数のレンズ群、特に第２、第４、第５レンズ群で発生する負のディストーションをバランスよく補正している。
【００２４】
そして、負の屈折力を持つ第２レンズ群（Ｇ２）、及び負の屈折力を持つ第４レンズ群（Ｇ４）は、主にペッツバール和の補正に寄与し、像面の平坦化を達成する機能を有している。正の屈折力を持つ第３レンズ群（Ｇ３）も第１レンズ群（Ｇ１）と同様、正のディストーションを発生させ、第２、第４、第５レンズ群で発生する負のディストーションを補正する役割を担っている。更に、第３レンズ群（Ｇ３）と第２レンズ群（Ｇ２）とは、第２物体側から見ると、正・負の屈折力配置を有する望遠系を構成しており、これにより、投影光学系全系の長大化を防ぐ機能を有している。
【００２５】
また、正の屈折力を持つ第５レンズ群（Ｇ５）は、第２物体側での高開口数化に十分対応するために、特に球面収差の発生を極力避けた状態で、ディストーションの発生を抑えて、第２物体上に光束を導き、結像させる役割を担っている。次に、本発明の第１、及び第２の投影光学系における条件式について説明する。条件式（１），（Ｂ）は、第１レンズ群（Ｇ１）中において、主たる正の屈折力を担う部分群Ｇ１ｐの適正な屈折力を規定するものである。条件式（１），（Ｂ）の上限を超えると、第１レンズ群で発生する正のディストーションが、第２、第４及び第５レンズ群で発生する負のディストーションを補正しきれなくなるため好ましくない。一方、条件式（１），（Ｂ）の下限を下回ると、高次の正のディストーションの発生する原因となるため好ましくない。
【００２６】
条件式（２），（Ｃ）は、第２レンズ群（Ｇ２）中において、主たる負の屈折力を担う部分群Ｇ２ｎの適正な屈折力を規定するものである。条件式（２），（Ｃ）の上限を超えると、ペッツバール和の補正が不十分となり、像面の平坦化の達成が困難となる。一方、条件式（２），（Ｃ）の下限を下回ると、負のディストーションの発生量が大きくなり、第１及び第３レンズ群だけでは、この大きな負のディストーションの良好な補正が困難となる。
【００２７】
条件式（３），（Ｄ）は、第３レンズ群（Ｇ３）の適正な正の屈折力を規定するものである。条件式（３），（Ｄ）の上限を超えると、第２レンズ群と第３レンズ群とで形成する望遠系の望遠比（telephoto ratio)が大きくなり、投影光学系の長大化を招くと共に、第３レンズ群で発生する正のディストーションの発生量が小さくなり、第２、第４及び第５レンズ群で発生する負のディストーションを良好に補正しきれなくなるため好ましくない。一方、条件式（３），（Ｄ）の下限を下回ると、高次の球面収差が発生し良好な結像性能を第２物体上で得ることができなくなるため好ましくない。
【００２８】
条件式（４），（Ｅ）は、第４レンズ群（Ｇ４）中において、主たる負の屈折力を担う部分群Ｇ４ｎの適正な屈折力を規定するものである。条件式（４），（Ｅ）の上限を超えると、ペッツバール和の補正が不十分となり、像面の平坦性の悪化を招く。一方、条件式（４），（Ｅ）の下限を下回ると、高次の球面収差やコマ収差の発生の原因となり、像のコントラストの悪化を招く。
【００２９】
条件式（５），（Ｆ）は、第５レンズ群（Ｇ５）中において、主たる正の屈折力を担う部分群Ｇ５ｐの適正な屈折力を規定するものである。条件式（５），（Ｆ）の上限を超えると、第５レンズ群全体の正の屈折力が弱くなり過ぎ、結果的に投影光学系の長大化を招くため好ましくない。一方、条件式（５），（Ｆ）の下限を下回ると、高次の球面収差の発生の原因となり、像のコントラストの悪化を招くため好ましくない。
【００３０】
また、本発明の第２の投影光学系における条件式（６）は、第５レンズ群（Ｇ５）中において、開口数を決定する絞り（ＡＳ）の適正な位置を規定するものである。ここで、第２物体側からの平行光束が第５レンズ群（Ｇ５）に入射したときの、第５レンズ群の結像を考える。光軸に平行な平行光束は、近軸上において第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置の近傍に結像する。
【００３１】
しかし、第５レンズ群（Ｇ５）は正の屈折力を持つため、光軸に対して平行でない平行光束は、その光軸に平行な平行光束の結像位置より第２物体側にずれた位置で結像する。これは所謂瞳の像面湾曲収差である。
一方、例えば投影露光装置に用いられる投影光学系では、結像性能が保証されている最大開口数（N.A.の最大値）の６０％程度まで絞って使用できる光学系が要求されている。そのため、或る範囲の開口数N.A.を実現可能な投影光学系において、その開口数を決定する絞り（ＡＳ）の位置は、瞳の像面湾曲を考慮して決定することが必要となる。そして、条件式（６）の上限を超えると、瞳の収差が大きくなり過ぎ、第１物体と第２物体との両側にテレセントリックな光学系を得ることが困難となり好ましくない。また、条件式（６）の下限を下回ると、瞳の収差を必要以上に補正するために、結果的に投影光学系の長大化を招くため好ましくない。
【００３２】
次に、本発明の第２の投影光学系においては、その第２物体上の投影領域の最周辺から光軸と平行にその第２物体側から入射する光線と、その第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐを挟む２枚の負レンズの各々の面とが交わる点と光軸との距離の最大値をＨ１max 、最小値をＨ１min とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
【００３３】
１．２＜Ｈ１max ／Ｈ１min ＜１．８ （７）
第１レンズ群（Ｇ１）は前述のとおりディストーション補正の役割を担っており、主に正のディストーションを発生するが、異なる光線の高さを持つ２枚の負レンズの面で、高次のディストーションを補正している。そして、条件式（７）の上下限を超えると、２枚の負レンズの面で発生する高次のディストーションのバランスが崩れ好ましくない。
【００３４】
また、その第２物体上の投影領域の最周辺から光軸と平行にその第２物体側から入射する光線と、その第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎを挟む２枚のその正レンズの各々の面とが交わる点と光軸との距離の最大値をＨ２max 、最小値をＨ２min とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
１．１５＜Ｈ２max ／Ｈ２min ＜１．７５ （８）
第２レンズ群（Ｇ２）は前述のとおり像面補正の役割を担っており、主に正の像面湾曲を発生するが、異なる光線の高さを持つ２枚の正レンズの面で、高次の像面湾曲を補正している。そして、条件式（８）の上下限を超えると、２枚の正レンズの面で発生する高次の像面湾曲のバランスが崩れ好ましくない。
【００３５】
更に、その第５レンズ群中の少なくとも２枚のその負レンズは、その第１物体側に向けられた凹面を有することが好ましく、この凹面の曲率半径をＲｎ１とするとき、以下の条件を満たすことが好ましい。
０．１５＜−Ｒｎ１／Ｌ＜０．３ （９）
第５レンズ群中の第１物体側に向けられた凹面では、主に第５レンズ群中の正レンズから発生する負の球面収差を補正する機能を担っている。そして、条件式（９）は、物像間距離に対するその凹面の適切な曲率半径の比を規定している。条件式（９）の上限を超えると、正レンズで発生する負の球面収差の補正不足となるため好ましくない。一方、条件式（９）の下限を下回ると、正レンズで発生する負の球面収差の補正過剰となり、高次の正の球面収差が発生するため好ましくない。
【００３６】
また、その第５レンズ群中の少なくとも２枚のその負レンズは、その第１物体側に向けられた凹面よりもその第２物体側に、その第２物体側に向けられた第２の凹面を有することが好ましく、この第２の凹面の曲率半径をＲｎ２とするとき、以下の条件を満たすことが好ましい。
０．０６＜Ｒｎ２／Ｌ＜０．１ （１０）
第５レンズ群中の第２物体側に向けられた第２の凹面では、主に第５レンズ群中の正レンズから発生する負の球面収差及び負のディストーションを補正する機能を担っている。条件式（１０）は、物像間距離に対する第２の凹面の適切な曲率半径の比を規定している。条件式（１０）の上限を超えると、正レンズで発生する負の球面収差や負のディストーションの補正不足となるため好ましくない。一方、条件式（１０）の下限を下回ると、正レンズで発生する負の球面収差や負のディストーションの補正過剰となるため好ましくない。
【００３７】
また、その第３レンズ群（Ｇ３）は、１枚の負レンズと、複数枚の正レンズとを含み、その第３レンズ群中のその負レンズは、第３レンズ群（Ｇ３）と第２レンズ群（Ｇ２）とで構成される望遠系のパワーを調整するために、その複数枚の正レンズよりもその第１物体側に配置されることが好ましい。
更に、その第４レンズ群（Ｇ４）中の最もその第１物体側には、その第１物体側に凸面を向けたレンズが配置され、その第４レンズ群中の最もその第２物体側には、その第２物体側に凸面を向けたレンズが配置されることが好ましい。ここで、その第４レンズ群（Ｇ４）中の最もその第１物体側のその第１物体側に凸面を向けたレンズと、その第４レンズ群（Ｇ４）中の最もその第２物体側のその第２物体側に凸面を向けたレンズとは、高次の球面収差とコマ収差との発生を抑えており、逆にこれらのレンズのそれぞれが第１及び第２物体側へ凹面を向けているときには、これらのレンズで発生する高次の球面収差とコマ収差とを補正できなくなるため好ましくない。
【００３８】
また、その開口絞りは可変開口絞りであり、その開口絞りによってその第２物体側の開口数N.A.を変えたときに、その第２物体上の投影領域において口径食の差が最小になるように、その開口絞りの位置を、近軸上においてその第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置よりその第２物体側に配置することが好ましい。
【００３９】
これによって、その可変開口絞りを用いて開口数N.A.を変化させた場合でも、第２物体側の露光領域内での口径食の差を最小にできるため、この露光領域内での結像性能の差（例えば線幅差）や照明むらを抑えることができる。
更に、本発明による第１の露光装置は、本発明による投影光学系（ＰＬ）と、その第１物体としてのマスク（Ｒ）、及びその第２物体としての基板（Ｗ）を位置決めするステージ系（ＲＳ，ＷＳ）と、そのマスクを照明する照明光学系（ＩＳ）とを備え、その照明光学系からの露光エネルギービームのもとで、そのマスクのパターンの像をその投影光学系を介してその基板上に投影するものである。
また、本発明による第２の露光装置は、回路パターンの像を形成するための本発明の投影光学系（ＰＬ）を備え、露光エネルギービームのもとで、その回路パターンの像をその投影光学系を介して基板（Ｗ）上に投影するものである。
【００４０】
本発明による投影光学系（ＰＬ）は大きい開口数で両側テレセントリックにできるため、高い解像度が得られると共に、マスク（Ｒ）や基板（Ｗ）の反りが生じても投影倍率が変化しない。また、広い露光領域が得られるため、大きなチップパターンを一度に露光できる。
次に、本発明によるデバイス製造方法は、その本発明による露光装置を用いたデバイスの製造方法であって、その基板上に感光材料を塗布する第１工程（ステップ１０２）と、その基板上にその投影光学系を介してそのマスクのパターンの像を投影する第２工程（ステップ１０３）と、その基板上のその感光材料を現像する第３工程（ステップ１０４）とこの、現像後の感光材料をマスクとしてその基板上に所定の回路パターンを形成する第４工程（ステップ１０５）と、を有するものである。本発明による露光装置の使用によって、その基板上に高い解像度でデバイス用の回路パターンを形成できる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態につき図１〜図４を参照して説明する。本例は、投影露光装置の投影光学系に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影光学系ＰＬを備えた投影露光装置を示し、この図１において、投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パターンが形成された投影原版としてのレチクルＲ（第１物体）が配置され、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ（第２物体）が配置されている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳ上に保持され、レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳが配置されている。
【００４２】
本例の投影光学系ＰＬは、瞳位置に可変の開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ側及びウエハＷ側において、実質的にテレセントリックとなっている。そして、照明光学装置ＩＳは、ＫｒＦエキシマレーザ光源よりなる露光光源、この光源からの波長２４８．４ｎｍの露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。なお、露光光としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用することもできる。照明光学装置ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）には照明光学装置ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは本例では１／５であるが、他に１／４等もある）で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
【００４３】
以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。このとき、レチクルステージＲＳは、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向にレチクルＲの位置決めを行い、ウエハステージＷＳは、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むと共に、Ｘ方向、Ｙ方向へのウエハＷの位置決めを行う。露光時には、ウエハＷ上の１つのショット領域へのレチクルＲのパターン像の露光が終わった後、ウエハステージＷＳをステッピング駆動することによって、ウエハＷ上の次のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に移動して露光を行うという動作が、ステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。
【００４４】
このように本例の投影露光装置は、ステッパー型（一括露光方式）であるが、本発明の投影光学系は、ウエハＷの各ショット領域への露光時にレチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＬに対して投影倍率βを速度比として同期走査する、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置にも適用できる。ステップ・アンド・スキャン方式では、スリット状の露光領域内で良好な結像特性が得られればよいため、投影光学系ＰＬを大型化することなく、ウエハＷ上のより広いショット領域に露光を行うことができる。
【００４５】
次に、この第１の実施の形態の投影光学系ＰＬの構成につき説明する。本例の露光波長λは２４８．４ｎｍである。
図２は、本例の投影光学系を示すレンズ断面図であり、この図２において、投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体面）側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを配列して構成されている。そして、その投影光学系は、レチクルＲ（物体面）側、及び第２物体としてのウエハＷ（像面）側の両方でテレセントリックとなっている。
【００４６】
また、第１レンズ群Ｇ１は、物体面側から順に、像面に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ１１と、両凸形状の正レンズＬ１２と、物体面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体面に凸面を向けた平凸形状の正レンズＬ１４と、像面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５とからなる５枚のレンズを配置して構成されている。この第１レンズ群Ｇ１においては、両側を負レンズＬ１１及びＬ１５に挟まれた３枚の正レンズＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４が、正の屈折力を有する部分群Ｇ１ｐを構成している。また、ウエハＷ上の露光領域（投影領域）の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、この第１レンズ群Ｇ１内の部分群Ｇ１ｐを挟む２枚の負レンズＬ１１，Ｌ１５の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離をＨ１とすると、この距離Ｈ１が最大値Ｈ１max となるのは負レンズＬ１１の像面側の面Ａ１であり、この距離Ｈ１が最小値Ｈ１min となるのは負メニスカスレンズＬ１５の像面側の面Ｂ１である。
【００４７】
次に、第２レンズ群Ｇ２は、物体面側から順に、両凸形状の正レンズＬ２１と、像面に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ２２と、両凹形状の負レンズＬ２３と、物体面に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ２４と、像面に凸面を向けた平凸形状の正レンズＬ２５とからなる５枚のレンズを配置して構成され、両側を正レンズＬ２１及びＬ２５に挟まれた３枚の負レンズＬ２２，Ｌ２３，Ｌ２４が、負の屈折力を有する部分群Ｇ２ｎを構成している。
【００４８】
また、ウエハＷ上の露光領域の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、この第２レンズ群Ｇ２内で部分群Ｇ２ｎを挟む２枚の正レンズＬ２１，Ｌ２５の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離をＨ２とすると、この距離Ｈ２が最大値Ｈ２max となるのは正レンズＬ２１の物体面側の面Ａ２であり、この距離Ｈ２が最小値Ｈ２min となるのは正レンズＬ２５の物体面側の面Ｂ２である。
【００４９】
第３レンズ群Ｇ３は、物体面側から順に、像面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３１と、像面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、両凸形状の正レンズＬ３３と、両凸形状の正レンズＬ３４と、物体面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３５とよりなる５枚のレンズを配置して構成されている。即ち、第３レンズ群Ｇ３においては、４枚の正レンズＬ３２〜Ｌ３５よりなるレンズ群に対してレチクルＲ側に負メニスカスレンズＬ３１が配置されている。
【００５０】
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体面側から順に、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４１と、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、両凹形状の負レンズＬ４３と、物体面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４４とよりなる４枚のレンズを配置して構成されている。即ち、第４レンズ群Ｇ４中の最も物体面側には、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４１が配置され、最も像面側には像面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４４が配置されている。本例では、４枚の負レンズＬ４１〜Ｌ４４が、そのまま負の屈折力を有する部分群Ｇ４ｎを構成している。
【００５１】
第５レンズ群Ｇ５は、物体面側から順に、像面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５１と、両凸形状の正レンズＬ５２と、両凸形状の正レンズＬ５３と、像面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５４と、両凸形状の正レンズＬ５５と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５６と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５７と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５８と、像面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５９と、物体面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５１０とよりなる１０枚のレンズを配置して構成されている。従って、第５レンズ群Ｇ５は、２枚の負レンズＬ５４，Ｌ５９を備えている。そして、正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５６よりなるレンズ群が、４枚の正レンズを含み正の屈折力を有する部分群Ｇ５ｐを構成し、正メニスカスレンズＬ５１と正レンズＬ５２との間に、この投影光学系の開口数（N.A.）を決定する可変の開口絞りＡＳが配置されている。
【００５２】
その第５レンズ群Ｇ５中で最も物体面側の負レンズである負メニスカスレンズＬ５４の物体面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ１として、その凹面よりも像面側に配置された負レンズとしての負メニスカスレンズＬ５９の像面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ２とする。
また、図２の投影光学系において、近軸上において、ウエハＷ側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に存在しており、開口絞りＡＳはその位置ＱよりウエハＷ側に配置されている。これによって、ウエハＷ上の露光領域の全面で口径食(vignetting)の差が最小になっている。
【００５３】
また、本例の投影光学系は、開口絞りＡＳを挟む２群のレンズに分けることも可能である。この場合、開口絞りＡＳより物体面側の負レンズＬ１１〜正メニスカスレンズＬ５１より前レンズ群ＧＦが構成され、開口絞りＡＳより像面側の正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５１０より後レンズ群ＧＲが構成される。次に、この第１の実施の形態の投影光学系の諸元の値を表１に掲げる。但し、表１において、Ｄ０はレチクルＲ（第１物体）から第１レンズ群Ｇ１の最もレチクルＲ側のレンズ面までの光軸上の距離、ＷＤは第５レンズ群Ｇ５の最もウエハＷ（第２物体）側のレンズ面からウエハＷまでの光軸上の距離（作動距離）、βは投影光学系の投影倍率、N.A.は投影光学系のウエハＷ側の開口数、φＥＸは投影光学系のウエハＷ面における円形の露光領域（投影領域）の直径、Ｌは物像間（レチクルＲとウエハＷとの間）の光軸上の距離であり、距離、又は長さの単位は一例としてｍｍである。更に、表１の下欄において、左端の数字はレチクルＲ（第１物体）側からのレンズ面の順序、ｒは当該レンズ面の曲率半径、ｄは当該レンズ面から次のレンズ面までの間隔、ｎは波長２４６．４ｎｍにおける硝材の屈折率をそれぞれ表している。硝材としては、例えば石英が使用できる。
【００５４】
【表１】

【００５５】
この表１より明らかなように、本例の投影光学系を構成する複数のレンズは全て互いに非接触、即ち非貼り合わせであるため、露光を継続した場合でも貼り合わせ面の経時変化等による結像特性の劣化は生じない。
次に、本例の投影光学系の諸元の本発明の条件式（Ａ）〜（Ｆ），（１）〜（１０）に対応する値（条件対応値）を表２に掲げる。但し、条件式（Ａ）等と条件式（６）等とは同じであるため、それぞれ１つにまとめてある。また、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１中の部分群Ｇ１ｐの焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２中の部分群Ｇ２ｎの焦点距離、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４中の部分群Ｇ４ｎの焦点距離、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５中の部分群Ｇ５ｐの焦点距離である。また、表１より、物像間（第１物体と第２物体との間）の距離Ｌと、近軸上においてウエハＷ（第２物体）側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑから第５レンズ群Ｇ５中の開口絞りＡＳまでの光軸上の距離ｄとは、それぞれ以下の通りである。
【００５６】
Ｌ＝1250,ｄ＝34.528
また、本例の投影光学系のウエハＷ側の開口数N.A.の最大値は０．６５であり、開口数N.A.の可変範囲を最大値の６０％程度までとすると、開口絞りＡＳによる開口数N.A.の可変範囲は以下の通りである。
0.65≧N.A.≧0.4
更に、上述のようにウエハＷ（第２物体）上での露光領域の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射した光線が、面Ａ１及び面Ｂ１と交わる点の光軸ＡＸからの距離がそれぞれＨ１max 、及びＨ１min であり、その露光領域の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射した光線が、面Ａ２及び面Ｂ２と交わる点の光軸ＡＸからの距離がそれぞれＨ２max 、及びＨ２min である。そして、第５レンズ群Ｇ５中で、負メニスカスレンズＬ５４の物体面側の凹面の曲率半径、及び負メニスカスレンズＬ５９の像面側の凹面の曲率半径がそれぞれＲｎ１、及びＲｎ２である。
【００５７】
【表２】
［第１の実施の形態の条件対応値］
（１)(Ｂ） ｆ１／Ｌ＝0.136
（２)(Ｃ）−ｆ２／Ｌ＝0.055
（３)(Ｄ） ｆ３／Ｌ＝0.170
（４)(Ｅ）−ｆ４／Ｌ＝0.089
（５)(Ｆ） ｆ５／Ｌ＝0.127
（６)(Ａ） 0.046≦ｄ/{Ｌ・(１−N.A.)}≦0.079
（７） Ｈ１max／Ｈ１min ＝1.49
（８） Ｈ２max／Ｈ２min ＝1.43
（９） −Ｒｎ１／Ｌ＝0.206
（１０） Ｒｎ２／Ｌ＝0.064
【００５８】
また、図３は、第１の実施の形態の投影光学系の縦収差図を示し、図４は、その子牛方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差図（コマ収差図）を示している。各収差図において、ＮＡは投影光学系の開口数、Ｙは像高を示しており、非点収差図中において、点線は子牛的像面（タンジェンシャル方向像面）、実線は球欠的像面（サジタル像面）を示している。これらの収差図より、本例の投影光学系は、広い露光領域の全てにおいて、特にディストーションが良好に補正されていると共に、他の諸収差もバランス良く補正されていることが理解される。また、本例の投影光学系は、両側テレセントリックであるにも拘らず、開口数N.A.の最大値は０．６５と大きく、口径食の影響も少ない。且つ、開口数N.A.を大きく変えた場合でも、諸収差が良好に補正されている。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態の投影光学系につき図５〜図７を参照して説明する。本例の露光波長λも２４８．４ｎｍである。
図５は、本例の投影光学系を示すレンズ断面図であり、この図５において、投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体面）側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを配列して構成され、両側テレセントリックとなっている。
【００６０】
また、第１レンズ群Ｇ１は、物体面側から順に、両凸形状の正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２と、両凸形状の正レンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４と、物体面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６とからなる６枚のレンズを配置して構成されている。そして、両側を負レンズＬ１２及びＬ１６に挟まれた３枚の正レンズＬ１３，Ｌ１４，Ｌ１５が、正の屈折力を有する部分群Ｇ１ｐを構成している。また、ウエハＷ上の露光領域（投影領域）の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、この第１レンズ群Ｇ１内の部分群Ｇ１ｐを挟む２枚の負レンズＬ１２，Ｌ１６の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離Ｈ１が、最大値Ｈ１max となるのは負レンズＬ１２の像面側の面Ａ１であり、この距離Ｈ１が最小値Ｈ１min となるのは負メニスカスレンズＬ１６の像面側の面Ｂ１である。
【００６１】
次に、第２レンズ群Ｇ２は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、両凸形状の正レンズＬ２１と、平凹形状の負レンズＬ２２と、両凹形状の負レンズＬ２３と、平凹形状の負レンズＬ２４と、平凸形状の正レンズＬ２５とからなる５枚のレンズを配置して構成され、中央の３枚の負レンズＬ２２，Ｌ２３，Ｌ２４が、負の屈折力を有する部分群Ｇ２ｎを構成している。そして、ウエハＷ上の露光領域の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、その部分群Ｇ２ｎを挟む２枚の正レンズＬ２１，Ｌ２５の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離Ｈ２が、最大値Ｈ２max となるのは正レンズＬ２１の物体面側の面Ａ２であり、この距離Ｈ２が最小値Ｈ２min となるのは正レンズＬ２５の物体面側の面Ｂ２である。
【００６２】
第３レンズ群Ｇ３は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、負メニスカスレンズＬ３１と、正メニスカスレンズＬ３２と、両凸形状の正レンズＬ３３と、両凸形状の正レンズＬ３４と、正メニスカスレンズＬ３５とよりなる５枚のレンズを配置して構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体面側から順に、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４１と、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、両凹の負レンズＬ４３と、物体面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４４と、物体面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４５とよりなる５枚のレンズを配置して構成されている。即ち、第４レンズ群Ｇ４中の最も物体面側には、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４１が配置され、最も像面側には像面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４５が配置されている。本例では、第４レンズ群Ｇ４内で物体面側の４枚の負レンズＬ４１〜Ｌ４４が、負の屈折力を有する部分群Ｇ４ｎを構成している。
【００６３】
第５レンズ群Ｇ５は、物体面側から順に、両凸形状の正レンズＬ５１と、両凸形状の正レンズＬ５２と、像面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５３と、両凸形状の正レンズＬ５４と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５５と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５６と、像面に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５７と、像面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５８と、物体面に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５９とよりなる９枚のレンズを配置して構成されている。従って、第５レンズ群Ｇ５は、２枚の負レンズＬ５３，Ｌ５８を備えている。そして、正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５６よりなるレンズ群が、４枚の正レンズを含み正の屈折力を有する部分群Ｇ５ｐを構成し、正レンズＬ５１と正レンズＬ５２との間に、この投影光学系の開口数（N.A.）を決定する可変の開口絞りＡＳが配置されている。
【００６４】
その第５レンズ群Ｇ５中で最も物体面側の負レンズである負メニスカスレンズＬ５３の物体面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ１として、その凹面よりも像面側に配置された負レンズとしての負メニスカスレンズＬ５８の像面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ２とする。
また、図５の投影光学系において、近軸上において、ウエハＷ側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズＧ５との間に存在しており、開口絞りＡＳはその位置ＱよりウエハＷ側に配置されている。これによって、ウエハＷ上の露光領域の全面で口径食(vignetting)の差が最小になっている。
【００６５】
また、本例の投影光学系も、開口絞りＡＳを挟む２群のレンズに分けることが可能である。この場合、開口絞りＡＳより物体面側の正レンズＬ１１〜正メニスカスレンズＬ４５より前レンズ群ＧＦが構成され、開口絞りＡＳより像面側の正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５９より後レンズ群ＧＲが構成されている。
【００６６】
次に、この第２の実施の形態の投影光学系の諸元の値を表３に掲げる。但し、表３における各パラメータの定義は表１と同様であり、本例の投影光学系を構成する複数のレンズも全て非貼り合わせである。
【００６７】
【表３】

【００６８】
次に、本例の投影光学系の諸元の本発明の条件式（Ａ）〜（Ｆ），（１）〜（１０）に対応する値（条件対応値）を表４に掲げる。表４中のパラメータは、表２と同様である。また、本例では、表３より、物像間（第１物体と第２物体との間）の距離Ｌと、近軸上においてウエハＷ（第２物体）側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑから第５レンズ群Ｇ５中の開口絞りＡＳまでの光軸上の距離ｄと、開口数N.A.の可変範囲とはそれぞれ以下の通りである。
Ｌ＝1250,ｄ＝45.506,0.65≧N.A.≧0.4
【００６９】
【表４】
［第２の実施の形態の条件対応値］
（１)(Ｂ） ｆ１／Ｌ＝0.128
（２)(Ｃ） −ｆ２／Ｌ＝0.056
（３)(Ｄ） ｆ３／Ｌ＝0.167
（４)(Ｅ） −ｆ４／Ｌ＝0.077
（５)(Ｆ） ｆ５／Ｌ＝0.155
（６)(Ａ） 0.061≦ｄ/{Ｌ・(１−N.A.)}≦0.104
（７） Ｈ１max／Ｈ１min ＝1.46
（８） Ｈ２max／Ｈ２min ＝1.45
（９） −Ｒｎ１／Ｌ＝0.199
（１０） Ｒｎ２／Ｌ＝0.065
【００７０】
また、図６は、第２の実施の形態の投影光学系の縦収差図を示し、図７は、その子牛方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差図（コマ収差図）を示している。各収差図中のパラメータは第１の実施の形態と同様であり、これらの収差図より、第２の実施の形態の投影光学系も、広い露光領域の全てにおいて、特にディストーションが良好に補正されていると共に、他の諸収差もバランス良く補正されていることが理解される。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施の形態の投影光学系につき図８〜図１０を参照して説明する。本例の露光波長λも２４８．４ｎｍである。
図８は、本例の投影光学系を示すレンズ断面図であり、この図８において、投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体面）側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを配列して構成され、両側テレセントリックとなっている。
【００７２】
また、第１レンズ群Ｇ１は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、平凹形状の負レンズＬ１１と、両凸形状の正レンズＬ１２と、正メニスカスレンズＬ１３と、平凸形状の正レンズＬ１４と、負メニスカスレンズＬ１５とからなる５枚のレンズを配置して構成され、中央の３枚の正レンズＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４が、正の屈折力を有する部分群Ｇ１ｐを構成している。また、ウエハＷ上の露光領域（投影領域）の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、部分群Ｇ１ｐを挟む２枚の負レンズＬ１１，Ｌ１５の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離Ｈ１が、最大値Ｈ１max となるのは負レンズＬ１１の像面側の面Ａ１であり、この距離Ｈ１が最小値Ｈ１min となるのは負メニスカスレンズＬ１５の像面側の面Ｂ１である。
【００７３】
次に、第２レンズ群Ｇ２は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、両凸形状の正レンズＬ２１と、平凹形状の負レンズＬ２２と、両凹形状の負レンズＬ２３と、平凹形状の負レンズＬ２４と、平凸形状の正レンズＬ２５とからなる５枚のレンズを配置して構成され、中央の３枚の負レンズＬ２２，Ｌ２３，Ｌ２４が、負の屈折力を有する部分群Ｇ２ｎを構成している。また、ウエハＷ上の露光領域の最周辺から光軸ＡＸと平行にウエハＷ側から入射する光線と、部分群Ｇ２ｎを挟む２枚の正レンズＬ２１，Ｌ２５の各面とが交わる点の光軸ＡＸからの距離Ｈ２が、最大値Ｈ２max となるのは正レンズＬ２１の物体面側の面Ａ２であり、この距離Ｈ２が最小値Ｈ２min となるのは正レンズＬ２５の物体面側の面Ｂ２である。
【００７４】
第３レンズ群Ｇ３は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、負メニスカスレンズＬ３１と、正メニスカスレンズＬ３２と、両凸形状の正レンズＬ３３と、両凸形状の正レンズＬ３４と、正メニスカスレンズＬ３５とよりなる５枚のレンズを配置して構成されている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、物体面側から順に、物体面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４１と、両凹の負レンズＬ４２と、物体面に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３とよりなる３枚のレンズを配置して構成されている。即ち、第４レンズ群Ｇ４中の最も物体面側、及び最も像面側には、それぞれ物体面及び像面に凸面を向けた負レンズＬ４１，Ｌ４３が配置されており、３枚の負レンズＬ４１〜Ｌ４３が、そのまま負の屈折力を有する部分群Ｇ４ｎを構成している。
【００７５】
第５レンズ群Ｇ５は、物体面側から順に第１の実施の形態（図２）と同様に、正メニスカスレンズＬ５１と、両凸形状の正レンズＬ５２と、両凸形状の正レンズＬ５３と、負メニスカスレンズＬ５４と、両凸形状の正レンズＬ５５と、正メニスカスレンズＬ５６と、正メニスカスレンズＬ５７と、正メニスカスレンズＬ５８と、負メニスカスレンズＬ５９と、正メニスカスレンズＬ５１０とよりなる１０枚のレンズを配置して構成されている。但し、本例の第５レンズ群Ｇ５は、正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５７よりなるレンズ群が、５枚の正レンズを含み正の屈折力を有する部分群Ｇ５ｐを構成し、正メニスカスレンズＬ５１と正レンズＬ５２との間に、この投影光学系の開口数（N.A.）を決定する可変の開口絞りＡＳが配置されている。
【００７６】
その第５レンズ群Ｇ５中で最も物体面側の負レンズである負メニスカスレンズＬ５４の物体面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ１として、その凹面よりも像面側に配置された負レンズとしての負メニスカスレンズＬ５９の像面に向けられた凹面の曲率半径をＲｎ２とする。
また、図８の投影光学系において、近軸上において、ウエハＷ側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズＧ５との間に存在しており、開口絞りＡＳはその位置ＱよりウエハＷ側に配置されている。これによって、ウエハＷ上の露光領域の全面で口径食(vignetting)の差が最小になっている。
【００７７】
更に、本例の投影光学系も、開口絞りＡＳを挟む２群のレンズに分けることも可能である。この場合、開口絞りＡＳより物体面側の負レンズＬ１１〜正メニスカスレンズＬ５１より前レンズ群ＧＦが構成され、開口絞りＡＳより像面側の正レンズＬ５２〜正メニスカスレンズＬ５１０より後レンズ群ＧＲが構成されている。
【００７８】
次に、この第３の実施の形態の投影光学系の諸元の値を表５に掲げる。但し、表５における各パラメータの定義は表１と同様であり、本例の投影光学系を構成する複数のレンズも全て非貼り合わせである。
【００７９】
【表５】

【００８０】
次に、本例の投影光学系の諸元の本発明の条件式（Ａ）〜（Ｆ），（１）〜（１０）に対応する値（条件対応値）を表６に掲げる。表６中のパラメータは、表２と同様である。また、本例では、表５より、物像間（第１物体と第２物体との間）の距離Ｌと、近軸上においてウエハＷ（第２物体）側からの光軸ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑから第５レンズ群Ｇ５中の開口絞りＡＳまでの光軸上の距離ｄと、開口数N.A.の可変範囲とはそれぞれ以下の通りである。
Ｌ＝1250,ｄ＝35.998,0.65≧N.A.≧0.4
【００８１】
【表６】
［第３の実施の形態の条件対応値］
（１)(Ｂ） ｆ１／Ｌ＝0.132
（２)(Ｃ） −ｆ２／Ｌ＝0.056
（３)(Ｄ） ｆ３／Ｌ＝0.168
（４)(Ｅ） −ｆ４／Ｌ＝0.089
（５)(Ｆ） ｆ５／Ｌ＝0.128
（６)(Ａ） 0.048≦ｄ/{Ｌ・(１−N.A.)}≦0.082
（７） Ｈ１max／Ｈ１min ＝1.49
（８） Ｈ２max／Ｈ２min ＝1.47
（９） −Ｒｎ１／Ｌ＝0.210
（１０） Ｒｎ２／Ｌ＝0.062
【００８２】
また、図９は、第３の実施の形態の投影光学系の縦収差図を示し、図１０は、その子牛方向（タンジェンシャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差図（コマ収差図）を示している。各収差図中のパラメータは第１の実施の形態と同様であり、これらの収差図より、第３の実施の形態の投影光学系も、大きい開口数が得られており、且つ広い露光領域の全てにおいて特にディストーションが良好に補正されていると共に、他の諸収差もバランス良く補正されていることが理解される。
【００８３】
なお、上記の実施の形態では、露光光として波長２４８．４ｎｍの光を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光等の極紫外光や、水銀ランプのｇ線（波長４３５．８ｎｍ）やｉ線（波長３６５．０ｎｍ）等、更にはそれ以外の紫外領域の光を使用する場合にも適用できることは言うまでもない。また、硝材としては、蛍石（ＣａＦ₂)等も使用できる。
【００８４】
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に所定の回路パターンを形成する際の動作の一例につき図１１のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図１１のステップ１０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ１０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ１０３において、第１の実施の形態（図２）の投影光学系ＰＬを備えた図１の投影露光装置を用いて、レチクルＲ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ１０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ１０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、レチクルＲ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
【００８５】
この際に、本例の投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックであると共に、開口数N.A.が大きくできるため、レチクルＲの反りや露光対象の各ウエハに反りがあっても、各ウエハ上に微細な回路パターンを高い解像度で安定に形成できる。また、投影光学系ＰＬの露光領域が広いため、大きなデバイスを高いスループットで製造できる。
【００８６】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の第１の投影光学系によれば、条件式（Ａ）が満たされているため、開口数を可変としても口径食の影響があまり大きくならないと共に、両側テレセントリックにすることが可能である利点がある。
また、更に条件式（Ｂ）〜（Ｆ）が満たされている場合には、球面収差やコマ収差を抑制でき、特にディストーションを良好に補正できると共に、投影光学系の長大化を防止できる。
【００８８】
次に、本発明の第２の投影光学系によれば、条件式（１）〜（６）が満足されているため、大きな開口数と広い投影領域とを確保しつつ両側テレセントリックにすることが可能で、且つ諸収差、特にディストーションを極めて良好に補正できる利点がある。
また、条件式（７）が満たされていると、高次のディストーションが良好に補正され、条件式（８）が満たされていると、高次の像面湾曲が良好に補正され、条件式（９）が満たされていると、負の球面収差が良好に補正され、条件式（１０）が満たされていると、負の球面収差や負のディストーションが良好に補正される。
【００８９】
また、これらの場合に開口絞りは可変開口絞りであり、その開口絞りによって第２物体側の開口数N.A.を変えたときに、その第２物体上の投影領域において口径食の差が最小になるように、その開口絞りの位置を、近軸上においてその第２物体側からの光軸と平行な光線がその光軸と交わる位置よりその第２物体側に配置したときには、広い投影領域を確保しつつ両側テレセントリックにすることが可能で、且つ開口数を変化させた場合でも諸収差を良好に補正できる利点がある。
【００９０】
また、本発明の露光装置によれば、本発明による両側テレセントリックで、且つ高い開口数が得られる投影光学系を備えているため、マスクや基板に反りがあっても基板上に高い解像度でマスクパターン像を転写できる利点がある。また、本発明の投影光学系は露光領域が広いため、極めて微細な回路パターンを基板上の広い露光領域に形成できる。
【００９１】
更に、本発明のデバイスの製造方法によれば、マスクや基板に反りがある場合でも高性能なデバイスを製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態で使用される投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の投影光学系を示すレンズ断面図である。
【図３】第１の実施の形態の投影光学系の縦収差図である。
【図４】第１の実施の形態の投影光学系の横収差図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の投影光学系を示すレンズ断面図である。
【図６】第２の実施の形態の投影光学系の縦収差図である。
【図７】第２の実施の形態の投影光学系の横収差図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の投影光学系を示すレンズ断面図である。
【図９】第３の実施の形態の投影光学系の縦収差図である。
【図１０】第３の実施の形態の投影光学系の横収差図である。
【図１１】本発明の実施の形態の投影露光装置を用いて所定の回路パターンを形成する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｒ レチクル（第１物体）
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ（第２物体）
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１ｐ 部分群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ２ｎ 部分群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ４ｎ 部分群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｇ５ｐ 部分群
ＡＳ 開口絞り

Claims (15)

1. 第１物体のパターンの像を第２物体上に形成する屈折型の投影光学系において、
   開口数を決定するための開口絞りと、
   複数のレンズ素子からなり、前記第１物体と前記開口絞りとの間に位置する前レンズ群と、
   複数のレンズ素子からなり、前記開口絞りと前記第２物体との間に位置する後レンズ群と、
   を備え、
   前記開口絞りの位置を、近軸上において前記第２物体側からの光軸と平行な光線が前記光軸と交わる位置よりも前記第２物体側に配置し、
   前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、近軸上において、前記第２物体側から光軸に平行に前記投影光学系へ入射する光線が前記光軸と交わる位置から前記開口絞りまでの光軸上の距離をｄ、前記投影光学系の前記第２物体側の開口数をN.A.としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   ０．００５＜ｄ／｛Ｌ×（１−N.A.）｝＜０．２ （Ａ）
2. 請求項１記載の投影光学系であって、
   前記開口絞りは可変開口絞りであり、前記開口絞りによって前記第２物体側の開口数N.A.を変えたときに、前記第２物体上の投影領域において口径食の差が最小になるように、前記開口絞りの位置を、近軸上において前記第２物体側からの光軸と平行な光線が前記光軸と交わる位置より前記第２物体側に配置したことを特徴とする投影光学系。
3. 請求項１又は２記載の投影光学系であって、
   前記前レンズ群と前記後レンズ群とは、全体として前記第１物体側から順に、
   正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   負の屈折力を有する第４レンズ群と、
   正の屈折力を有する第５レンズ群と、
   を配置して構成されることを特徴とする投影光学系。
4. 請求項３記載の投影光学系であって、
   前記第１レンズ群は両側を負レンズに挟まれた部分群Ｇ１ｐを含み、前記第２レンズ群は両側を正レンズに挟まれた部分群Ｇ２ｎを含み、前記第４レンズ群は少なくとも３枚の負レンズを含む部分群Ｇ４ｎを有し、前記第５レンズ群は少なくとも４枚の正レンズを含む部分群Ｇ５ｐを有し、
   前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、前記第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐの焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎの焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群中の部分群Ｇ４ｎの焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群中の部分群Ｇ５ｐの焦点距離をｆ５としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   ０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．４ （Ｂ）
   ０．０２５＜−ｆ２／Ｌ＜０．１５ （Ｃ）
   ０．０８＜ｆ３／Ｌ＜０．３５ （Ｄ）
   ０．０４＜−ｆ４／Ｌ＜０．１６ （Ｅ）
   ０．０６＜ｆ５／Ｌ＜０．３５ （Ｆ）
5. 第１物体のパターンの像を第２物体上に形成する投影光学系において、
   前記第１物体側から順に、
   両側を負レンズに挟まれた部分群Ｇ１ｐを含む、正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   両側を正レンズに挟まれた部分群Ｇ２ｎを含む、負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   少なくとも１枚の負レンズを含む、正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   少なくとも３枚の負レンズを含む部分群Ｇ４ｎを有し、負の屈折力を有する第４レンズ群と、
   少なくとも４枚の正レンズを含む部分群Ｇ５ｐを有し、全体として少なくとも２枚の負レンズを含み、開口数を決定する開口絞りを内部のレンズ間に有すると共に、正の屈折力を有する第５レンズ群と、を備え、
   近軸上において、前記第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置を、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間に有し、
   前記開口絞りの位置を、近軸上において前記第２物体側からの光軸と平行な光線が前記光軸と交わる位置よりも前記第２物体側に配置し、
   前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、前記第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐの焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎの焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群中の部分群Ｇ４ｎの焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群中の部分群Ｇ５ｐの焦点距離をｆ５、近軸上において前記第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置から前記第５レンズ群中の前記開口絞りまでの光軸上の距離をｄ、前記投影光学系の前記第２物体側の開口数をN.A.としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   ０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．４ （１）
   ０．０２５＜−ｆ２／Ｌ＜０．１５ （２）
   ０．０８＜ｆ３／Ｌ＜０．３５ （３）
   ０．０４＜−ｆ４／Ｌ＜０．１６ （４）
   ０．０６＜ｆ５／Ｌ＜０．３５ （５）
   ０．００５＜ｄ／｛Ｌ×（１−N.A.）｝＜０．２ （６）
6. 請求項５記載の投影光学系であって、
   前記第２物体上の投影領域の最周辺から光軸と平行に前記第２物体側から入射する光線と、前記第１レンズ群中の部分群Ｇ１ｐを挟む２枚の前記負レンズの各々の面とが交わる点と光軸との距離の最大値をＨ１max 、最小値をＨ１min とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   １．２＜Ｈ１max ／Ｈ１min ＜１．８ （７）
7. 請求項５又は６記載の投影光学系であって、
   前記第２物体上の投影領域の最周辺から光軸と平行に前記第２物体側から入射する光線と、前記第２レンズ群中の部分群Ｇ２ｎを挟む２枚の前記正レンズの各々の面とが交わる点と光軸との距離の最大値をＨ２max 、最小値をＨ２min とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
   １．１５＜Ｈ２max ／Ｈ２min ＜１．７５ （８）
8. 請求項５、６、又は７記載の投影光学系であって、
   前記第５レンズ群中の少なくとも２枚の前記負レンズは、前記第１物体側に向けられた凹面を有し、該凹面の曲率半径をＲｎ１とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする投影光学系。
   ０．１５＜−Ｒｎ１／Ｌ＜０．３ （９）
9. 請求項８記載の投影光学系であって、
   前記第５レンズ群中の少なくとも２枚の前記負レンズは、前記第１物体側に向けられた凹面よりも前記第２物体側に、前記第２物体側に向けられた第２の凹面を有し、該第２の凹面の曲率半径をＲｎ２とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする投影光学系。
   ０．０６＜Ｒｎ２／Ｌ＜０．１ （１０）
10. 請求項５〜９の何れか一項記載の投影光学系であって、
    前記第３レンズ群は、１枚の負レンズと、複数枚の正レンズとを含み、
    前記第３レンズ群中の前記負レンズは、前記複数枚の正レンズよりも前記第１物体側に配置されることを特徴とする投影光学系。
11. 請求項５〜１０の何れか一項記載の投影光学系であって、
    前記第４レンズ群中の最も前記第１物体側には、前記第１物体側に凸面を向けたレンズが配置され、前記第４レンズ群中の最も前記第２物体側には、前記第２物体側に凸面を向けたレンズが配置されることを特徴とする投影光学系。
12. 請求項５〜１１の何れか一項記載の投影光学系であって、
    前記開口絞りは可変開口絞りであり、前記開口絞りによって前記第２物体側の開口数N.A.を変えたときに、前記第２物体上の投影領域において口径食の差が最小になるように、前記開口絞りの位置を、近軸上において前記第２物体側からの光軸と平行な光線が光軸と交わる位置より前記第２物体側に配置したことを特徴とする投影光学系。
13. 請求項１〜１２の何れか一項記載の投影光学系と、
    前記第１物体としてのマスク及び前記第２物体としての基板を位置決めするステージ系と、
    前記マスクを照明する照明光学系と、を備え、
    前記照明光学系からの露光エネルギービームのもとで、前記マスクのパターンの像を前記投影光学系を介して前記基板上に投影することを特徴とする露光装置。
14. 回路パターンの像を形成するための請求項１〜１２の何れか一項記載の投影光学系を備え、
    露光エネルギービームのもとで、前記回路パターンの像を前記投影光学系を介して基板上に投影することを特徴とする露光装置。
15. 請求項１３又は１４記載の露光装置を用いたデバイスの製造方法であって、
    前記基板上に感光材料を塗布する第１工程と、
    前記基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパターンの像を投影する第２工程と、
    前記基板上の前記感光材料を現像する第３工程と、
    該現像後の感光材料をマスクとして前記基板上に所定の回路パターンを形成する第４工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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