JP4801047B2 - 鏡群を有するカタジオプトリック投影対物レンズ - Google Patents

Description

本発明は、自身の物体面内に配置される軸外物体視野を自身の像平面内に配置される軸外像視野上に結像させる一方で、少なくとも１個の中間像を創出するカタジオプトリック投影対物レンズに関する。

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

さらに一層微細な構造を創出するためには、投影対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を増大させることと、より短い波長、好ましくは約２６０ｎｍ未満の波長を有する紫外光を用いることとの両方が求められる。しかしながら、この波長領域において光学素子の製造に利用することができる十分に透明な材料、特に合成石英ガラスおよびフッ化物結晶は、ごく少数しかない。これらの利用可能な材料のアッベ数は、互いにかなり接近しているため、十分に良好に色補正（色収差を補正）された純粋に屈折性のシステムを得ることは困難である。

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

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

凹面鏡は、かねてから、色補正と像の平面化との問題解決の一助として用いられてきた。凹面鏡は、正レンズのように正の屈折力を有するが、ペッツヴァル湾曲の符号は逆である。さらにまた、凹面鏡は、色の問題を引き起こさない。

したがって、屈折性および反射性の素子、特にレンズと凹面鏡とを組み合わせたカタジ
オプトリックシステムが主として前記の種類の高解像度の投影対物レンズの形成に用いられる。

残念ながら、凹面鏡は、放射をまさにそれが到来した方向に送り返すため、光学設計に一体化させにくい。機械的な問題またはビームの口径食または瞳のオブスキュレーションによる問題を引き起こすことなく凹面鏡を一体化させるインテリジェント設計が望ましい。

１個以上の凹面鏡を用いて結像システムのペッツヴァルの和を補正する場合は、ペッツヴァルの和の補正に対する凹面鏡の寄与度が、投影対物レンズのその他の部品の逆の効果をちょうど補償することができるだけのものであることが望ましい。ペッツヴァルの和に対する寄与度が、弱すぎても強すぎてもいけない。したがって、ペッツヴァルの和の補正に関してある一定量の柔軟性を得ることができる光学設計コンセプトが望ましい。

マイクロリソグラフィー用投影対物レンズにおいて頻繁に用いられるひとつの種類のカタジオプトリック群は、瞳面に近接する位置または瞳面に配置される凹面鏡と、該凹面鏡の前に配置されるとともに放射が２回通過する１個以上の負レンズとを組み合わせたものである。この種のカタジオプトリック群のペッツヴァルの和は、レンズおよび凹面鏡の屈折力を変化させる一方で、カタジオプトリック群全体の本質的に一定な屈折力を維持することによって変動せしめられうる。これは、いくつかの種類のカタジオプトリック投影対物レンズ、たとえば放射をカタジオプトリック群の方へと案内し、かつ／またはカタジオプトリック群から発せられる放射を偏向させる１個以上の平面状折曲鏡による幾何学的ビーム分割を用いる種類のものに用いられるシュープマン・アクロマート（Schupmann-Achromat）のひとつの根本的な特徴である。前記のように平面状折曲鏡を単一のカタジオプトリック群と組み合わせて用いる折曲型カタジオプトリック投影対物レンズの代表的な例は、米国特許第２００３／０２３４９１２Ａ１号または米国特許第２００４／０１６０６７７Ａ１号に示されている。

投影対物レンズの全ての光学素子に共通の１本の真っ直ぐな（折り曲げられない）光軸を有する、以下では「インラインシステム」と呼ばれる数多くのカタジオプトリック投影対物レンズが提案されてきた。光学的な観点から、インラインシステムは、平面状折曲鏡を用いることによって引き起こされる偏光効果等の光学的問題が回避されうるため、好適でありうる。さらにまた、製造の観点から、インラインシステムは、光学素子の従来式の取付け技術を用いることができ、以って投影対物レンズの機械的安定性が高まるように設計されうる。

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

欧州特許第１０６９４４８Ｂ１号に、互いに向き合う２個の凹面鏡と、軸外物体
および像視野とを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。前記凹面鏡は、物体を１個の凹面鏡に隣接して配置される中間像上に結像させる第１のカタジオプトリック対物レンズ部分の一部分である。これは、唯一の中間像であり、前記中間像は、第２の純屈折性対物レンズ部分により像面に結像せしめられる。前記物体とカタジオプトリック結像システムの前記像とは、互いに向き合う鏡によって形成される鏡間空間の外側に配置される。２個の凹面鏡と、共通の直線状光軸と、カタジオプトリック結像システムにより形成されるとともに１個の前記凹面鏡の横に配置される１個の中間像とを有する同様のシステムが、米国特許出願第２００２／００２４７４１Ａ１号に開示されている。

米国特許出願第２００４／０１３０８０６号（欧州特許出願第１３３６８８７号に対応）には、軸外物体および像視野と、１本の共通の直線状光軸と、次に記載の順序で、第１の中間像を創出する第１のカタジオプトリック対物レンズ部分と前記第１の中間像から第２の中間像を創出する第２のカタジオプトリック対物レンズ部分と前記第２の中間像から像を形成する屈折性の第３の対物レンズ部分とを有するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。各カタジオプトリック系は、互いに向き合う２個の凹面鏡を有する。前記中間像は、前記凹面鏡により形成される鏡間空間の外側に位置する。

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

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

国際特許出願第２００４／１０７０１１Ａ１号には、１本の共通の直線状光軸を有する軸外物体視野および像視野を有する、円弧状の有効物体視野を用いる浸漬リソグラフィー用に設計されるさまざまなカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。これらの投影対物レンズは、２個、４個または６個の曲面鏡を有するさまざまな種類の鏡群を含む。２個〜４個の中間像を有する実施形態が開示されている。

本出願人の２００４年１月１４日出願の米国仮出願第６０／５３６，２４８号には、非常に高いＮＡを有するとともに、ＮＡ＞１での浸漬リソグラフィーに適するカタジオプトリック投影対物レンズが開示されている。この投影対物レンズは、物体平面内に設けられるパターンを第１の中間像として結像させる第１の対物レンズ部分と、前記第１の中間像を第２の中間像として結像させる第２の対物レンズ部分と、前記第２の中間像を直接像平面上に結像させる第３の対物レンズ部分とからなる。前記第２の対物レンズ部分は、第１の連続的な鏡面を有する第１の凹面鏡と、第２の連続的な鏡面を有する第２の凹面鏡とを含み、前記凹面状の鏡面は、互いに向き合うとともに、鏡間空間を形成する。全ての鏡は、光学的に瞳面から遠くに配置される。このシステムは、適度な消費量のレンズ質量で非常に高い開口数を得ることができる潜在性を有する。凹面鏡の屈折力を調節するときに口径食の問題に注意しなければならないため、凹面鏡によって達成されるペッツヴァルの和の補正に関して限られた柔軟性が得られる。
米国特許第２００３／０２３４９１２Ａ１号 米国特許第２００４／０１６０６７７Ａ１号 米国特許第６，６００，６０８Ｂ１号 １０６９４４８Ｂ１号 米国特許出願第２００２／００２４７４１Ａ１号 米国特許出願第２００４／０１３０８０６号 欧州特許出願第１３３６８８７号 特開２００３−１１４３８７号 国際特許出願第０１／５５７６７Ａ号 米国特許出願第２００３／０２３４９９２Ａ１号 国際特許出願第２００４／１０７０１１Ａ１号 米国仮出願第６０／５３６，２４８号 Ｅ．グラッツェル（E.Glatzel）の論文「新規なマイクロリソグラフィー用レンズ（New lenses for microlithography）]、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２３７（１９８０）、ｐｐ．３１０〜３２０

本発明の目的は、投影対物レンズの全体としての設計を適度に変化させて、ペッツヴァルの和の補正に関して柔軟性を得ることができるカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のまた他の目的は、相対的に少量の透明光学材料を用いて製造されうるカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のさらに他の目的は、ＮＡ＞１の開口数での浸漬リソグラフィーを可能にする値に達しうる非常に高い像側開口数を得ることができる潜在性を有する、真空紫外（ＶＵＶ）範囲における使用に適するマイクロリソグラフィー用カタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。本発明のまた他の目的は、投影対物レンズ内における正の屈折力を有するレンズによって引き起こされる像面湾曲収差の補償に有効な、軸方向にコンパクトに配置される鏡を有するカタジオプトリックインライン投影対物レンズを提供することにある。

前記およびその他の目的を達成する手段として、本発明は、ひとつの態様によれば、投影対物レンズの物体面内に配置される軸外物体視野を投影対物レンズの像面内に配置される軸外像視野上に結像させる一方で、少なくとも１個の中間像を創出するカタジオプトリック投影対物レンズであって：
前記物体面内に設けられる前記物体視野を第１の中間像として結像させる第１の結像サブシステムと；
前記第１の中間像を第２の中間像として結像させる第２の結像サブシステムと；
前記第２の中間像を第３の中間像として結像させる第３の結像サブシステムと；
前記第３の中間像を前記像面上に結像させる第４の結像サブシステムとを、光軸に沿って前記の順序で含み、 前記第２の結像サブシステムが、第１の連続的な鏡面を有する第１の凹面鏡と、前記第１の鏡面に対向する第２の連続的な鏡面を有する第２の凹面鏡とを有する鏡群を含み、
各凹面鏡は、投影ビームの主光線の高さが、投影ビームの周辺光線の高さよりも高くなる程度に、最も近くにある瞳面から投影ビームの伝播方向に遠くに配置されるカタジオプトリック投影対物レンズを提供するものである。

この態様において、「方向」という用語は、第１の方向は数が増えていく方向でありうる一方で、第２の方向は数が減っていく方向であるか、またはその逆であるという意味において、数直線に沿った方向を指す。たとえば、入口主光線高さが零に等しい（すなわち主光線が鏡群入口部において光軸上にある）場合は、第２の主光線高さは正であり得、第４の主光線高さは負でありうるか、またはその逆である。入口主光線高さが有限の正値を有する場合は、第２および第４の主光線高さの一方は、より大きい正値を有し、他方の主光線高さはより小さい正値または負値を有しうるか、または零でありうる。同様に、入口主光線高さが有限の負値を有する場合は、第２および第４の主光線高さの一方は、より大きい負値を有し、他方の残りの主光線高さは、より小さい負値または正値を有しうるか、または零でありうる。

第２および第４の反射の（いずれも像側を向く鏡面を有する物体側の鏡上での）主光線位置が、鏡群入口部における主光線の位置に対して相反する側にくる設計では、設計空間を用いて、凹面鏡の効果的な利用に関して最適化される光学設計にすることができる。

鏡群に入射する放射は、凹面鏡上において少なくとも２回反射された後に鏡群から出射するため、鏡群は、ペッツヴァルの和の著しい過剰補正をもたらし、これにより、鏡群の上流および／または下流において正の屈折力によって引き起こされる像面湾曲に対する逆の効果が少なくとも部分的に補償される。したがって、鏡群は、「ペッツヴァルの和の補正装置」と見なされうる。鏡群を鏡の曲率および相対位置に関して改変して、投影対物レンズの残りの部分内における投影ビームの経路に対して限られた効果しか及ぼさずに、鏡群によってもたらされるペッツヴァルの和の大きさを変更することができ、以って設計を最適化させて、システム内におけるペッツヴァルの和の補正手段の適切な配分が必要に応じて選択されうるようにすることができる。

鏡群の鏡は、鏡群入口から到来する放射が鏡群平面を少なくとも４回通過した後に鏡群出口において鏡群から出射するように構成されるため、少なくとも４回という多数回の反射が、鏡群入口と鏡群出口との間において形成される軸方向にコンパクトな空間内において得られうる。鏡群平面は、光軸に対して垂直であり、かつ鏡群の第１および第２の鏡の頂点間に配置される平面でありうる。

いくつかの実施形態においては、正確に４回の反射が鏡群内において起こって、視野湾曲の望ましい反射の影響と鏡上における各反射に伴う望ましくない強度損失との間において良好な折衷が達成される。

この種のいくつかの実施形態において、第１、第２、第３および第４の鏡は、凹面鏡であり、したがって凹面状の鏡面上において４回の反射が達成される。各反射は、ペッツヴァルの過剰補正にある一定の大きさの寄与をするため、これによりペッツヴァルの強力な過剰補正を達成することができる。

いくつかの実施形態では、投影対物レンズの軸方向鏡群長さＭＧＬと軌跡全長ＴＴとの間における長さ比ＬＲは、５０％未満であり、ここで、鏡群長さは、物体面に最も近接する鏡の頂点と像面に最も近接する鏡の頂点との間における軸方向距離であり、軌跡全長は、物体面と像面との間における軸方向距離である。好ましくは、ＬＲ＝ＭＧＬ／ＴＴは、４０％未満または３０％未満とされて、軸方向にコンパクトな鏡群が、適度な軌跡長を有する光学設計に強力なペッツヴァル補正を組み込むことを可能にしていることがわかる。

異なる態様で、鏡群を投影対物レンズに組み込むことができる。

いくつかの実施形態においては、鏡群入口は、光軸を含み、第２および第４の反射の主光線の位置は、光軸の相反する側に配置される。

いくつかの実施形態では、鏡群入口が投影対物レンズの前側瞳面に幾何学的に接近して配置されるように、鏡群を全体としての設計に組み込むことが有利であることがわかった。この場合は、投影ビーム（すなわち物体視野から発するとともに、像視野へと進む放射ビーム）は、鏡群入口の領域内において光軸を含む。「瞳面に近接する」鏡群入口の軸方向位置は、特に、主光線高さＣＲＨが周辺光線高さＭＲＨより小さくなる軸方向位置として定義されうる。

周辺光線は、軸方向視野点（光軸上）から開口絞りの縁部へと進む光線である。軸外システムにおいて、周辺光線は、口径食により、像の形成に寄与しないことがある。主光線（プリンシパルレイとしても知られる）は、最外側視野点（光軸から最も遠い）から発するとともに、瞳面位置において光軸と交差する光線である。投影対物レンズの回転対称性により、最外側視野点は、メリジオナル平面上における同等の視野点から選択されうる。

物体面と鏡群入口との間に配置される前側レンズ群は、物体面における空間分布の放射
を鏡群入口における所望の角分布の放射に変換するとともに、放射が鏡群に入射して第１の鏡に衝突する入射角を調節することを可能にする。さらにまた、前側レンズ群の設計は、鏡群入口に入射する放射ビームが、隣接する鏡縁部に当たることなく鏡群出口内へと通ることを可能にする所望の断面形状を有するように選択されて、以ってビームの口径食が防がれる。

光軸を含む鏡群入口を有する実施形態において、特に鏡群入口が幾何学的に瞳面に接近して位置する場合は、前側レンズ群は、フーリエレンズ群として設計されうる。本明細書において用いられるところの「フーリエレンズ群」という用語は、単一の光学素子、またはフーリエレンズ群の前側焦点面と後側焦点面との間において１回のフーリエ変換または奇数回の連続的なフーリエ変換を行なう少なくとも２個の光学素子によって構成される光学素子群を指す。フーリエレンズ群は、全屈折型とされて、１個以上の透明レンズによって構成されうる。フーリエレンズ群は、また、反射要素のみで構成される純反射型とされて、少なくともいくつかの鏡が曲面鏡である１個以上の鏡によって構成されうる。透明レンズと鏡とを組み合わせたカタジオプトリックフーリエレンズ群も可能である。好適な実施形態において、前側レンズ群を形成するフーリエレンズ群は、屈折要素のみで構成される純屈折型とされるとともに、１回のフーリエ変換を行なう。

前側レンズ群は、投影対物レンズの軌跡全長の４０％未満または３０％未満または２５％未満でありうる軸方向長さを有して、軸方向にコンパクトになりうる。

異なる態様で鏡群出口を配置することができる。ひとつの実施形態によれば、鏡群出口は、幾何学的に、前側瞳面と光学的に共役の後側瞳面に接近して配置される。この場合は、鏡群は、鏡群入口と鏡群出口との間において瞳結像を行なうように設計される。少なくとも１個の中間像が、これにより、鏡群内において形成される。好ましくは、１個を超える個数の中間像、たとえば２個または３個の中間像が、鏡群内において形成される。鏡群出口を瞳面に接近させることにより、該出口を、光軸が鏡群出口において投影ビームの断面内に含まれるように配置することができ、以って鏡群出口の下流において適度なレンズ直径を得ることができる。

「前側」および「後側」という用語は、光路に沿った位置に関連しており、前側瞳面は、後側瞳面の上流に位置する。幾何学的に、前側瞳面は、一般に物体面により接近する一方で、後側瞳面は、一般に像面により接近する。

鏡群出口が、幾何学的に瞳面に接近して配置される場合は、くびれ領域において中間像を形成するフーリエレンズ群は、鏡群出口のすぐ下流に設けられうる。この場合は、後続のレンズ群は、前記フーリエレンズ群によって像面上に形成される中間像をある縮尺で結像させる結像サブシステムとして設計される。

また他の実施形態において、鏡群出口は、中間像に光学的に近接する（すなわち瞳面から光学的に遠い）光軸の外側に配置され、第２および第３のレンズ群は、組み合わさって、この中間像を像面上にある縮尺で結像させる結像サブシステムを形成する。この種の実施形態では、一般により短い軌跡長を得ることができるが、軸外投影ビームをくびれ領域の方へと収束させるために、鏡群出口のすぐ下流において、より大きいレンズが必要とされる。

好ましくは、少なくとも２個の負レンズが、瞳面から光学的に遠い鏡群出口を有する実施形態において、くびれ領域内に配置される。これにより、所定の大きさのペッツヴァルの和の補正が、投影対物レンズの純屈折部内において、小さい負レンズによって達成される。これにより、限られた大きさのペッツヴァルの和の補正が、鏡群の下流の屈折部内において達成されるため、適度な曲率を有する凹面鏡が、鏡群内において用いられうる。

ひとつの実施形態によれば、鏡群は、鏡対の凹面鏡間に設けられる透光部または開口を有する共通の鏡基板上に設けられる共通の曲率面を共有する鏡面を有する２個の凹面鏡によって構成される少なくとも１個の鏡対を含む。鏡対の凹面鏡は、鏡の開口の両側の非重複反射部分が用いられる透光開口を有する凹面鏡とも描写されうる。この透光開口は、一方の側において鏡対により、他方の側において１個以上の鏡により軸方向に形成される鏡間空間に対して放射を入射または出射させるのに効果的である。共通の曲率面を有する凹面鏡によって形成される鏡対は、凹面鏡の製造および取付けを容易にしうる。瞳面の付近において鏡群入口および／または鏡群出口を有する実施形態において、鏡対の前記開口は、光軸を含む。

いくつかの実施形態において、第２および第４の鏡（すなわち物体面に幾何学的に最も近接する鏡）は、共通の鏡基板上に設けられる鏡対を形成する。前記鏡基板内の開口部または開口は、光軸を含みうるとともに、鏡群入口を形成しうる。同様に、第１および第３の鏡が、共通の鏡基板上に設けられる鏡対を形成することが可能である。第１および第３の鏡間に設けられる開口部（開口）は、光軸を含みうるとともに、鏡群出口を形成しうる。いくつかの実施形態においては、物体側の鏡（第２および第４の鏡）と像側の鏡（第１および第３の鏡）とのいずれもが、共通の鏡基板上において鏡対を形成して、４個の鏡を得るために２個の鏡基板しか必要とされないようになっている。製造および取付けは、これにより大幅に容易になる。

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

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

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

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

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

以下に示される全ての実施形態において、全ての曲面鏡の曲率面は、鏡群軸をも示す共通の回転対称軸を有する。この鏡群軸は、結像システムの光軸ＯＡと一致する。これにより、同軸システムまたはインラインシステムとも呼ばれる軸対称の光学システムが得られる。物体面と像面とは、平行である。偶数回の反射が起こる。有効に使用される物体視野および像視野は、軸外、すなわち全面的に光軸の外側に配置される。全てのシステムは、光軸を中心とする円形の瞳を有し、以ってマイクロリソグラフィー用投影対物レンズとして使用可能である。

図１に、平面状の物体面ＯＳ（物体平面）内に配置されるレチクル上のパターンの像を平面状の像面ＩＳ（像平面）上に、たとえば４：１の縮尺で投影する一方で、正確に４個の中間実像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２、ＩＭＩ３およびＩＭＩ４を創出するように設計されるカタジオプトリック投影対物レンズ１００の実施形態のレンズ断面図が示されている。光軸ＯＡの外側に配置される軸外物体視野ＯＦは、これにより、軸外像視野ＩＦ
上に投影される。この軸外物体視野ＯＦの外側視野点の主光線ＣＲの光路は、図１において、ビーム路をたどりやすくするために太線で描かれている。

本出願の目的上、「主光線」（プリンシパルレイとしても知られる）という用語は、有効に使用される物体視野ＯＦの最外側視野点（光軸から最も遠い）から発するとともに、少なくとも１個の瞳面位置において光軸と交差する光線を示す。システムの回転対称性により、主光線は、実証のために図に示されるメリジオナル平面内の同等の視野点から選択されうる。物体側において本質的にテレセントリックである投影対物レンズにおいて、主光線は、物体面から光軸に対して平行または非常に小さい角度をなして発する。結像工程は、さらに、周辺光線の軌道を特徴とする。本明細書において用いられるところの「周辺光線」とは、軸方向物体視野点（光軸上）から開口絞りＡＳの縁部へと進む光線である。この周辺光線は、軸外の有効物体視野が用いられる場合は、口径食により、像形成に寄与しないことがある。主光線および周辺光線は、投影対物レンズの光学的特性の特徴を示すために選択される。

図２（ａ）に、凹面鏡の構成および設計を理解しやすくするために、凹面鏡の曲率面が光軸を横切って延ばされている投影対物レンズ１００の異なる図が示されている。図２（ｂ）には、中間像の位置と投影対物レンズを通る投影ビームのいくつかの特性とを理解しやすくするために、最外側物体視野点から発するビーム束が示されているさらにまた別の図が示されている。

５個のレンズによってもたらされる正の屈折力を有する、物体面のすぐ後続の第１のレンズ群ＬＧ１は、結像サブシステムとして作用して、第１の中間像ＩＭＩ１を形成する。物体面と第１の中間像との間において形成される前側瞳面ＦＰＳは、第１のレンズ群ＬＧ１の外側かつ下流において、主光線ＣＲが光軸ＯＡと交差する軸方向位置に配置される。開口絞りは、それが望まれる場合には、前記前側瞳面に配置されうる。

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

６個のレンズによってもたらされる正の屈折力を有する第２のレンズ群ＬＧ２は、前記第３の中間像ＩＭＩ３から第４の中間像ＩＭＩ４を形成する結像システムである。第３および第４の中間像間において形成される瞳面ＲＰＳは、第２のレンズ群のレンズの外側において、該レンズ群の第１のレンズの入射面のすぐ上流に位置する。

１１個のレンズ（２個のみが弱い負レンズ）によってもたらされる正の屈折力を有する第３のレンズ群ＬＧ３は、縮小倍率を有する集束レンズ群として設計されて、前記第４の中間像ＩＭＩ４を像面ＩＳ上にある縮尺で結像させる。

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

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

純反射性の（カトプトリック）鏡群ＭＧは、ペッツヴァルの和の強力な過剰補正をもた
らして、該鏡群の上流および下流のレンズの正の屈折力の逆の効果を打ち消すように設計される。この目的のために、鏡群ＭＧは、光軸に対して物体視野ＯＦとは反対側に配置される第１の凹面鏡Ｍ１と、光軸に対して物体視野側に配置される第２の凹面鏡Ｍ２と、これもまた光軸に対して物体視野側に配置される第３の凹面鏡Ｍ３と、物体視野とは反対側に配置される第４の凹面鏡Ｍ４とによって構成される。有限の軸方向距離（頂点間距離）が、最も物体側の鏡（Ｍ４）と光軸の反対側の幾何学的に最も近い鏡（Ｍ２）との曲率面の交点間において存在する。鏡群入口ＭＧＩは、鏡Ｍ２およびＭ４の互いに向き合う縁部間において形成される。鏡の構成が、光軸に対して垂直な対称面（鏡群平面ＭＧＰ）に対して鏡面対称であるため、鏡群出口ＭＧＯが物体により近い第３の鏡Ｍ３と像側により近い第１の鏡Ｍ１との間において形成される出口側において、対称条件が得られる。鏡群入口ＭＧＩと鏡群出口ＭＧＯとのいずれもが光軸を含む。

鏡群入口ＭＧＩは、前側瞳面ＦＰＳに幾何学的に近接する軸方向位置を有する。主光線高さ（すなわち光軸と主光線との間における半径方向距離）は、前側瞳面において零に等しいため、鏡群入口における入口主光線高さＣＲＨＩは、絶対値において小さい。図１において、点Ｔは、主光線が鏡群入口を通過する位置を示す。これは、小さい負値に対応する。第１の鏡Ｍ１上における反射後に、放射ビームは、光軸を横切って、第２の鏡Ｍ２に入射する。第２の鏡の第２の反射部分（フットプリント）は、主光線が第２の鏡に衝突する位置Ｒ２（点）を含む。対応する第２の主光線高さＣＲＨ２は、第１の主光線高さより大きい（光線高さは、この場合は物体視野側を正値として、光軸に対して半径方向に測定される）。特に、ＣＲＨ２は、正値を有する。第２の中間像の形成および第３の鏡Ｍ３上における反射の後に、放射ビームは、再び光軸を横切って、第４の鏡Ｍ４上において、主光線が該第４の鏡上で反射される位置Ｒ４（点）を含む第４の反射部分に入射する。対応する第４の主光線高さＣＲＨ４は、入口主光線高さＣＲＨＩより負の値を有するため、ＣＲＨＩより小さくなる。さらにまた、第２および第４の主光線高さＣＲＨ２およびＣＲＨ４は、ＣＲＨ２が正、ＣＲＨ４が負となって、互いに逆の符号を有する。

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

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

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

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

投影対物レンズ１００は、対物レンズの出射面と像面との間における高屈折率浸漬液、たとえば純水とともに用いられる場合にＮＡ＝１．２０の像側開口数を有するλ＝１９３ｎｍ用浸漬対物レンズとして設計される。矩形視野の大きさは、２６ｍｍ×５．ｍｍである。詳細は、表１にまとめられている。最左側欄に、屈折性、反射性またはその他の指定の面の番号が列挙されており、第２欄に、その面の半径ｒ［ｍｍ］が列挙され、第３欄には、光学素子の「厚さ」と呼ばれるパラメータである、その面と次の面との間における距離ｄ［ｍｍ］が列挙され、第４欄には、その光学素子の製造に用いられる材料が列挙され、第５欄には、その材料の屈折率が列挙されている。第６欄には、その光学素子の光学的に利用可能な有効半径［ｍｍ］が列挙されている。表中の半径ｒ＝０は、平面（無限半径を有する）を示す。

表１の数多くの面は、非球面である。表１Ａに、これらの非球面の関連データが列挙さ
れており、このデータから、高さｈの関数としての面形状のサジッタまたは突出高さｐ（ｈ）が、下式を用いて計算されうる：

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

有効に使用される視野に関して高い幾何学的光伝導値（エタンデュ、開口数と対応する視野の大きさとの積）を得るためのいくつかの考慮事項を以下に示す。前記に説明されたように、放射は、瞳面（前側瞳面ＦＰＳ）に幾何学的に接近している鏡群入口ＭＧＩにおいて４枚鏡式設計に入射し、鏡群出口ＭＧＯもまた瞳面（後側瞳面ＲＰＳ）に幾何学的に接近しており、鏡群が光学システム内において瞳結像を行なうことがわかる。さらに、各々の鏡面は、鏡が対物レンズシステムの瞳面より視野面に光学的に接近しているという意味において、視野面（中間像）に光学的に接近して配置される。特に、主光線高さの絶対値は、鏡面において周辺光線高さの絶対値の２倍を上回りうる。瞳面の領域におけるビームの口径食を回避するために、ビームは、鏡群入口または鏡群出口を形成する鏡の幾何学的に最も近い縁部を通過しなければならない。鏡上におけるビームのフットプリントに関しては、フットプリント全体が、口径食を引き起こす鏡の縁部を通過するのではなく、鏡の反射部分上に位置するように注意しなければならない。また他の実際的な要件は、十分に大きい物体視野を可能な限り光軸の近くに得て、投影対物レンズが収差に関して十分に補正されなければならない物体視野直径を最小限に抑えることである。これらの条件下において、瞳の大きさ（すなわち瞳面におけるビームのビーム直径）が、鏡群入口（前側瞳面）と鏡群出口（後側瞳面）とに幾何学的に接近する瞳平面において可能な限り小さくなるように光学システムを設計することが有効であることがわかった。鏡群入口における小さい瞳により、幾何学的に接近した視野（隣接する鏡上または該鏡の近辺にある）を、奇数回の反射後に、鏡縁部に衝突させることなく、光軸に可能な限り接近させて位置させることが可能になる。同様に、鏡群出口における小さい瞳により、幾何学的に接近した視野（隣接する鏡上または該鏡の近辺にある）を、偶数回の反射後に、鏡縁部に衝突させることなく、光軸に可能な限り接近させて位置させることが可能になる。さらに近軸主光線角度ＣＲＡと瞳の大きさとの積が光学結像システムにおいて定数（ラグランジュの不変量）であることを考慮すると、小さい瞳は、その瞳面における大きい主光線角度に対応する。これに関連して、本明細書に示される種類の鏡群を有するカタジオプトリックインラインシステムにおいては、最大主光線角度ＣＲＡｍａｘを臨界値より大きくして、以って鏡群入口および鏡群出口に近接して小さい瞳と斜めビーム路とを形成させて、さらに、それによって高開口数においても大きい軸外物体視野を光軸に近接して位置させることが有効であることがわかった。

鏡群入口に近接する前側瞳面ＦＰＳにおける最大主光線角度ＣＲＡｍａｘは、図１において約４０°である。ＣＲＡｍａｘの有効値は、約２０°〜約５０°の間の範囲内でありうる。より低い値では、瞳の大きさが増大して、補正対象となる物体視野直径を大きくしなければ口径食を回避することがより困難になる。前記上限より高い値では、鏡面を光軸からさらに遠くまで延在させなければならないことがあり、以って鏡群の大きさが半径方向に拡大するとともに、鏡の製造と取付けとがより困難になる。

この基本的な種類の設計により、鏡群によってもたらされるペッツヴァルの和の補正量に関して有効な自由度が得られる。この柔軟性を実証するために、図１の構成と比較した場合に、内側の鏡Ｍ２およびＭ３が互いにより接近するか、または互いにさらに離反して配置される変形態様の設計が創出された。この場合は、前記内側の凹面鏡の焦点が本質的に関連ある瞳位置に維持されるように、鏡の曲率を適合させることが望ましい。この場合、ペッツヴァルの和は、鏡面曲率の増加または減少とともに変化していく一方で、Ｍ２およびＭ３間における第２の中間像でのテレセントリックビームは、対称性により維持される。同様に、鏡群が前側瞳面（鏡群入口に近接）を後側瞳面（鏡群出口に近接）に結像させる瞳結像特性は、本質的に安定に維持される。

図３に、図１の実施形態の変形態様として設計される、一方では外側の鏡Ｍ１、Ｍ４と他方では内側の鏡Ｍ２、Ｍ３との面曲率間においてより大きい差が得られる投影対物レンズ３００の一例が示されている。特に、内側の鏡Ｍ２、Ｍ３の曲率半径が減じられ、前記鏡は、図１の実施形態の場合より互いに接近している。図１および３の実施形態を比較すると、鏡群によってもたらされるペッツヴァルの和の補正の変化が、鏡群平面に対する鏡群の全４個の鏡の鏡面対称構成の概念の範囲内において得られうる。図３の実施形態における鏡群は、凹面鏡のより大きい屈折力により、像面湾曲に対してより強い効果を有する。

対称面に対して対称に設計される鏡群は、同じ製造および検査装置を用いて投影対物レンズの１個を超える個数の凹面鏡を製造することができるため、製造の点で有利でありうる。さらにまた、取付けが容易になりうる。

鏡群が光軸に対して垂直な鏡群平面ＭＧＰに対して非対称に設計されると、収差の制御に関してより大きい柔軟性が得られうる場合もある。図４の投影対物レンズ４００においては、鏡間における対称性は破られ、第２および第４の鏡Ｍ２、Ｍ４は、組み合わさって、単一の共通の鏡基板上において鏡対を形成して、両方の鏡Ｍ２、Ｍ４に共通の所定の曲率面を有する１個の鏡面をもたらす。この鏡基板は、光軸が含まれるように配置されるとともに、鏡群入口ＭＧＩを形成する寸法を有する透光部ＴＰ（鏡基板内の穴によって形成される）を有しており、前側瞳面付近の第１のレンズ群ＬＧ１によりもたらされる投影ビームは、前記穴の縁部に当たる（すなわち口径食を起こす）ことなく前記透光部を通過しうる。この種の少なくとも１個の鏡対を用いることは、製造される光学素子の個数を減少させるのに役立つとともに、共通の基板上に形成される凹面鏡の取付けを容易にする。前記実施形態において、全ての凹面鏡は、純粋に円錐形の鏡として設計され、これによって製造および検査が容易になる。一般に、非球面は、より良好な収差制御を可能にする。

図５の投影対物レンズ５００において、共通の基板上に形成される単一の鏡対が用いられるという点に関して、図４のシステムと同等である同様のシステムが示されている。ここで、像側の鏡Ｍ１およびＭ３は、投影ビームが鏡群ＭＧから出射するときに通過する鏡群出口ＭＧＯを形成する凹面鏡間において透光部となる中央穴または孔部を有する共通の基板上に形成される。

また他の実施形態（図示せず）では、鏡群は、２個の鏡対により形成されており、鏡Ｍ１、Ｍ３は、１個の基板上に形成され、鏡Ｍ２およびＭ４は、また別の基板上に形成されて、各基板は、光軸を含む中央穴を有する。

また別の部類の対称性が、図６の投影対物レンズ６００を一例として用いて実証される。ここで、一方では物体側の鏡Ｍ２およびＭ４と、他方では像側の鏡Ｍ１およびＭ３との頂点位置は同一である。したがって、自身の鏡面を像側に向けて有する物体側の鏡は、同じ軸方向位置を有するが、面曲率において異なる。同様に、物体側を向く鏡面を有する像側の鏡は、同じ軸方向位置を有するが、面曲率において異なる。このようにすると、鏡の取付けが容易になりうる。

図７に、鏡群ＭＧの鏡Ｍ１〜Ｍ４間において、いかなる対称性も存在しないまた他の変形態様の投影対物レンズ７００が示されている。特に、各々の凹面鏡は、異なる面曲率と異なる頂点位置とを有する。凹面鏡によってもたらされるペッツヴァルの和を決定する面曲率と軸方向位置とが、凹面鏡間において独立的に選択されうるため、鏡群のペッツヴァルの和の補正に対する所望の寄与度を望みどおりに得ることができる。

前記基本的な種類の設計のさらに他の独特の特徴には、説明されたようなペッツヴァルの和の補正量に関する高い柔軟性が含まれる。中間像（第４の中間像ＩＭＩ４）が鏡群の外側において鏡群からある距離に配置されるため、接近可能な視野面が得られて、収差の補正が容易になるとともに、所望の場合には視野絞りを導入することが可能になる。鏡群によりもたらされる強力なペッツヴァルの和の補正により、小さい最大レンズ直径を用いることができ、以ってシステム全体の質量とレンズ用の光学材料の量とが適度に保たれる。鏡群は、投影対物レンズ内において軸方向にコンパクトな装置を形成し、全体としての軌跡長が適度に保たれる。

図１〜７に示されている実施形態は、鏡群入口と鏡群出口との間において４回の反射をもたらす４個の入れ子状鏡を有する鏡群を有する設計系を構成するひとつの好ましい設計態様を表している。この種の設計の特定の特徴は、鏡群を介する主光線ＣＲによって描かれる光路に関してすでに説明された。この種の設計系全体の特徴付けおよび適正化のための体系的な手法を以下に、図８に関連して説明する。この図において、４個の凹面鏡により構成される鏡群は、互いに向き合う凹面を有する円括弧状の曲線により略図的に示されている。物体面ＯＳに幾何学的により接近するとともに、像面ＩＳの方を向く鏡面を有する物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４は、物体面に対して凸状をなす曲線によって示される一方で、対向する像側の鏡Ｍ１、Ｍ３は、像面に対して凸状をなす曲線によって示される。鏡群入口と鏡群出口との間において鏡群を通過する放射ビームは、主光線ＣＲを特徴とする。図１〜７に関連して例証的に説明されたように、凹面鏡をさまざまな態様に設計および配置することが可能である。一般的な場合には、全ての４個の鏡は、別々の鏡であり、頂点位置および曲率が独立的に設定されうるため、最も高い設計自由度が得られる。より高い対称性、たとえば１個または２個の鏡対、均等な頂点位置および／または曲率半径等が可能である。

ビームの反射が、前記略図において、光軸ＯＡ上において起こる場合は、このことは、反射が瞳面（ＲＰにより略示）に光学的に接近していることを表す。これに対して、反射が光軸から半径方向の距離をおいて起こる場合は、このことは、反射が視野面（Ｒ
Ｆ）により接近していることを表す。主光線ＣＲが、鏡を示す曲線と交差する位置は、放射ビームが鏡群に対して入射または出射する領域に対応する。光軸に近接する透光は、瞳付近におけるものであり、ＴＰで示される一方で、視野面付近の透光は、ＴＦで示される。

図８（ａ）〜（ｄ）は、放射ビームが鏡群内に入る位置と方向とに関して異なる、設計系の４つの枝系を示す図である。（ａ）の枝系は、レベル０において光軸外の視野面（ＴＦ）に近接してＭＧＩでビームがテレセントリックに入射すること（すなわち主光線が光軸に対して平行であること）を特徴とする。次のレベル１における前記枝系を構成する設計態様は、光軸上において（ＲＰ）、または光軸の反対側の視野面に近接して（ＲＦ）起こりうる、Ｍ２における第２の反射の位置によってもたらされる。図８（ａ）において、以下に、第１のレベルにおける両方の選択肢が互いに示される。

第１のレベルに続く第２のレベルの設計態様は、像側の第３の鏡Ｍ３上において起こる第２の反射に続く反射の位置によって、第１のレベルの設計態様から導かれる。第１の設計態様に続く２つの分枝系の各々において、第３の鏡上における反射は、理論的に、像側瞳位置（ＲＰ）または像側の鏡上のまだ使用されていない視野位置（ＲＦ）、すなわち第１の反射と反対側の視野位置のいずれかにおいて起こりうる。第２のレベルの４つの設計態様の内、３つの設計態様は物理的に実現可能と思われる一方で、瞳面上での反射のすぐ下流における瞳面上での反射を特徴とする第４の設計態様（レベル２の最上部の設計態様）は、実現不可能と思われる。図８において、物理的な理由で実現不可能と思われる選択肢には、×印が付けられている。

第３のレベルの設計態様の開発では、同じ原理にしたがって、どのような種類の反射が物体側の第４の鏡Ｍ４上において実現可能であるかが識別される。反射は、前記物体側の鏡のまだ使用されていない位置において起こらなければならない。物理的な理由により、レベル３において残される３つの選択肢の内の２つは、実現不可能と思われ、第４の鏡Ｍ４上における反射が、第４の反射（ＲＦ）の上流における第３の反射と光軸に対して同じ側において視野位置（ＲＦ）付近で起こる１つの選択肢のみが残る。第４のレベルにおいて、システムは、瞳面（ＴＰ）付近で起こる透光により示される、第４の鏡Ｍ４上において反射されたビームが光軸のまわりに配置される鏡群出口ＭＧＯにおいて鏡群から出射する場合に達成される。

要約すれば、図８（ａ）から、テレセントリックビームが光軸の外側において視野位置（ＴＦ）に接近して鏡群に入射する場合は、１つの物理的に意味のある選択肢（タイプＡ）のみが残ることがわかる。この実施形態において、鏡群の物体側で起こる反射と透光とは、ＴＦ−ＲＰ−ＲＦという順序を特徴としうる一方で、鏡群の像側における反射と透光とは、ＲＦ−ＲＦ−ＴＰを特徴とする。

この表記は、鏡群を通過する放射ビームが、物体側鏡領域においてビームの３つの異なる位置の「フットプリント」により、かつ像側鏡領域において３つの異なるフットプリントにより表されることを示している。物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４を一例として用いると、１つのフットプリントが、光ビームが鏡群に入射するとき（この場合は光軸から光学的に遠い位置（ＴＦ））において、２つのフットプリントが、物体側鏡上におけるその後の反射時（この場合はＲＰおよびその後のＲＦ）において生じる。

口径食がない光学システムを得るためには、これらのフットプリントが重複することは許されない。逆に、フットプリント間における距離が最小限にならなければならない。これは、各組をなす鏡（物体側の鏡Ｍ２およびＭ４と像側の鏡Ｍ１およびＭ３）に関して、２回の反射と１回の透光とにおける主光線高さが、互いに実質的に異なるようにシステムを設計することによって可能になる。したがって、１つのフットプリントのみが光軸を含みうる。このフットプリント（透光時または反射時）は、瞳面に近接しうる。残りのフットプリント（反射または透光時）は、光軸を含みえず、これらの反射または透光が中間像となりうる視野面により近接する傾向を示す。

一般に、鏡群の物体側におけるフットプリントの位置は、主光線高さの観点から、以下のような特徴を有しうる。鏡群入口は、前側レンズ群から出射する放射が入口主光線高さを有する領域内に配置されうる。第２の反射部分は、第２の鏡上に衝突する放射が前記入口主光線高さから第１の方向に逸脱する第２の主光線高さを有する領域内に配置されうる。第４の反射部分は、第４の鏡上に衝突する放射が前記入口主光線高さから前記第１の方向と反対の第２の方向に逸脱する第４の主光線高さを有する領域内に配置されうる。

タイプＡの実施形態は、物体面と鏡群入口との間に配置される中継システムとしての役割を果たす結像サブシステムによって得られうる本質的にテレセントリックな放射入力を必要とする。

この種の中継システムには、相当な軸方向の設置空間が必要とされうる。

鏡群入口における主光線の位置と角度とによって、この設計系を構成する設計態様の開発の基礎をなす原理を説明したが、前記設計系のまた他の枝系が同様の態様で開発される。図８（ｂ）に示される枝系は、光軸の外側において視野面（ＴＦ）付近で鏡群に入射する主光線が光軸に対して傾斜して、第１の鏡Ｍ１における第１の反射が瞳面（ＲＰ）付近で起こるようになっていることを特徴とする。この種類に関しては、２種類の基本設計（タイプＢおよびタイプＣ）が導かれうる。

タイプＢおよびＣの実施形態は、鏡群の入口側における収束ビームと鏡群の出口側における発散ビームとを特徴とする。インラインシステムが必要とされる場合は、相対的に大きいレンズが、鏡に近接して必要になり、このことは、小型の投影対物レンズが望まれる場合には望ましくないかもしれない。

図８（ｃ）に示される前記設計系の枝系は、軸外鏡群入口と、視野平面（ＴＦ）付近における透光に続いて、その後に第１の鏡Ｍ１上において光軸の反対側の視野面（ＲＦ）付近で反射する収束ビームとを特徴とする。４回の反射を有する１つの実施形態（タイプＤ）のみが理論的に可能と思われる。強く収束する軸外ビームが入口側において必要とされるため、この変形態様は、小型のインライン形カタジオプトリックシステム用にはあまり魅力的ではないと思われる。

図８（ｄ）の第４の枝系は、鏡群入口が光軸に近接し、好ましくは該光軸を含んで、第１の透光が瞳面（ＴＰ）付近で、その後の第１の反射が視野面（ＲＦ）に接近して起こるようになっていることを特徴とする。総数にして４つの異なるタイプ（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）が、この種の放射の入射に基づいて得られうる。簡単に言えば、タイプＥは、鏡群出口ＭＧＯが光軸から遠くに配置されて、視野面（ＴＦ）付近での透光が鏡群出口において起こるようになっていることを特徴とする。これに対して、タイプＦおよびＨの両方は、鏡群出口が光軸に近接し、好ましくは該光軸を含んで設けられて、放射ビームが瞳面（ＴＰ）に近接する位置において鏡群から出射しうることを特徴とする。タイプＧは、鏡群出口における強い発散性のビームにより、あまり魅力的ではないと思われるが、タイプＥ、ＦおよびＨは、有効物体視野の大きいエタンデュを非常に高い開口数、特にＮＡ＞１の像側開口数を有する浸漬リソグラフィーを可能にする開口数で口径食を起こすことなく伝達することができるカタジオプトリックインライン投影対物レンズを設計する場合に魅力的であると思われる。

さらに他の枝系（図示せず）は、メリジオナル平面（紙面の平面）に対して垂直な軸平面に対する鏡面対称性により、図８に示された枝系と関係付けられる。

いくつかの原理が、前記の考慮事項から導かれうる。基本的に、小さいフットプリントが鏡面上において得られることが望ましいと思われる。このことは、鏡の大きさと、こうしたシステムを介して結像せしめられうる有効物体視野の大きさとに関して有利であると思われる。さらに、鏡群の領域内における瞳面付近のフットプリントは、鏡縁部におけるビームの口径食を回避するために、小さくなければならない。さらに、同軸主光線角度ＣＲＡと瞳の大きさとの積が、光学結像システムにおいて定数（ラグランジュの不変量）であることを考慮すると、小さい瞳は、その瞳面における大きい主光線角度に対応する。

さらにまた、前記設計系の望ましい変形態様を体系的に導き出すことにより、同軸構造（光学素子の屈折／反射力および距離）と鏡面の非球面形状とに関する有用な特徴を指摘することが可能になる。これを、鏡群ＭＧと、いずれもシステムの瞳面付近に配置される、それぞれ鏡群入口および鏡群出口に対して入射および出射する放射ビームとが示されている図９に関連して説明する。同じ鏡群に関して、小さい開口を有するビームが図９（ａ）に示される一方で、より大きい開口のビームが図９（ｂ）に示されている。

前記の表記において、物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４は、ＴＰ−ＲＦ−ＲＦという順序を特徴としうる一方で、像側の鏡Ｍ１、Ｍ３は、ＲＦ−ＲＦ−ＴＰという順序を特徴とする。２個の中間像は、鏡群内において形成される。

物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４と像側の鏡Ｍ１、Ｍ３との各々は、同じ頂点位置を有しており、軸方向距離ｄは、物体側および像側の頂点位置間にある。放射ビームは、光軸のまわりの頂点領域において物体側の鏡を通過するとともに、頂点においてｒＭ１＝２ｄの曲率半径を有する放物面鏡である第１の鏡Ｍ１と一致する第１の鏡Ｍ１により視準される。第２の鏡Ｍ２は、光軸に対して平行に進む主光線を反射して、ビームが鏡群の中心を通過するように設計されており、第２の鏡Ｍ２が、ｒＭ２＝ｄの曲率半径を有する放物面鏡であることがわかる。同様に、放物面鏡Ｍ３およびＭ４に関しては、ｒＭ３＝ｄおよびｒＭ４＝２ｄである。鏡群の上流において物体が適切な距離に配置されると、図９に示されるビーム路が得られうる。この種の鏡群は、追加の光学素子により補足されて、鏡群入口ＭＧＩの上流において正の屈折力を有する前側レンズ群を、鏡群出口ＭＧＯの下流において正の屈折力を有する集束レンズ群を設けることにより、カタジオプトリック投影対物レンズを形成しうる。

以下の例の実施形態は、前記に記載の設計原理を基本とする。全ての実施形態は、一定の物体視野半径と、浸漬リソグラフィーに適するＮＡ＝１．２０の像側開口数とにおいて、同じ光伝導値（エタンデュ）を有する。口径食に関して、これらの設計は、矩形の形状と２６ｍｍ×５．５ｍｍの寸法とを有する有効物体視野に対して最適化される。縮小率は、４：１（倍率｜β｜＝０．２５）である。ひとつの実施形態（図８のタイプＨに基づく）は、すでに図１〜３に関連して詳細に説明されており、変形態様は、図４〜７に示されている。

図１０に、第１の鏡Ｍ１と第４の鏡Ｍ４との曲率面が、小さい鏡サグであることを示す大きい半径を有する、図８のタイプＦに基づく投影対物レンズ１０００が示されている。ここで、前側レンズ群ＦＬＧにより収束せしめられるビームは、システム瞳ＦＰＳに近接する位置において鏡群に入射するとともに、第１の鏡Ｍ１上かつ／または該鏡付近において第１の中間像ＩＭＩ１を形成する。前記第１の鏡から光軸に対して同じ側に配置される第２の鏡へと反射されるビームは、強い面曲率を有する第２の鏡Ｍ２により本質的に視準されるとともに、光軸を横切るときに第２の瞳を通過する。強い湾曲の第３の鏡Ｍ３および光軸に対して同じ側に配置される弱い湾曲の第４の鏡Ｍ４上における反射後に、ビームは第２の中間像ＩＭＩ２を形成するとともに、後側瞳面ＲＰＳに幾何学的に近接する鏡群出口ＭＧＯにおいて鏡群から出射する。全ての４個の凹面鏡は、非球面状の鏡面を有する。

第２のレンズ群ＬＧ２がくびれ部ＣＯＮの領域において第３の中間像ＩＭＩ３を形成した後に、ビームは、第３のレンズ群ＬＧ３により収束せしめられて、像面ＩＳ上に収束する高開口ビームを形成する。

図１１に、鏡群ＭＧの鏡が、最も物体側および最も像側の鏡の頂点間の中間にある鏡群平面ＭＧＰのまわりにおいて鏡面対称に配置される、図１０のシステムの変形態様１１００が示されている。この手法において、内側の鏡（鏡群平面により近い）は、改変されて、さらに面曲率が減じられうる。極端な場合が、図１２において、第１の鏡Ｍ１と第４の鏡Ｍ４とが縮退せしめられて、光軸に対して垂直に整列する平面鏡を形成する対物レンズ１２００として示されている。平面鏡は、光学収差の誘導または除去に関して光学的に中立であるため、平面鏡は、一般に折曲鏡としてのみ用いられて、放射を偏向させるとともに、以って光学システムの光軸を折り曲げる。したがって、平面鏡は、光学的性能に影響を与えることなくビーム路から除去されうる。しかしながら、平面鏡を除去すると、口径食の問題が引き起こされうる。図１３に示される投影対物レンズ１３００は、基本的に図１２の実施形態１２００から平面鏡Ｍ１、Ｍ４を除去するとともに、鏡群ＭＧの上流および下流のレンズ群を改変することによって導かれる。

図１４に、同じ投影対物レンズ１３００が、この投影対物レンズの構造を理解しやすくするために凹面鏡Ｍ１およびＭ２の有効部分のみを図示して示されている。詳細は、表１４、１４Ａに示されている。この投影対物レンズは、結像サブシステムとして作用して、第１の中間像ＩＭＩ１を形成する第１のレンズ群ＬＧ１を有する。第２のカトプトリックサブシステムは、鏡群ＭＧにより形成されるとともに、前記第１の中間像から第２の中間像ＩＭＩ２を形成するように設計される。第２のレンズ群ＬＧ２は、結像サブシステムとして設計されて、鏡群に続く後側レンズ群ＲＬＧのくびれ領域ＣＯＮ内において、前記第２の中間像から第３の中間像ＩＭＩ３を形成する。正の屈折力を有する第３のレンズ群ＬＧ３は、前記中間像を像面ＩＳ上にある縮尺で結像させる役割を果たす。鏡ＭＧは、物体側を向く鏡面を有する第１の凹面鏡Ｍ１と、像側を向く鏡面を有する第２の凹面鏡Ｍ２とによって構成される。鏡群入口ＭＧＩは、第２の鏡によって形成される曲率面が光軸ＯＡと交差する領域内に形成される一方で、鏡群出口ＭＧＯは、第１の鏡Ｍ１の曲率面が光軸と交差する領域内に形成される。両方の中間像（少なくとも該中間像の同軸部分）は、前記凹面鏡によって形成される鏡間空間内に配置される。いずれの鏡も、中間像付近、すなわち瞳面から光学的に遠くに配置される。鏡群入口は、幾何学的に、第１のレンズ群ＬＧ１の出口レンズの下流の前側瞳面と第１の中間像との間の中間領域内に配置される。同様に、鏡群出口は、第２の中間像と第２のレンズ群ＬＧ２の入口区域内の後続の瞳面ＲＰＳ位置との間の中間に配置される。

放射ビームが第１および第２の鏡間において略直角に光軸を横切ることによって示される、主光線ＣＲと光軸とのなす角度（主光線角度ＣＲＡ）が、７０°または８０°以上もの大きさになりうることは、この種の２枚鏡式インライン投影対物レンズの独特の特徴である。これは、この瞳面における小さいビーム断面に対応する。高値の主光線角度は、鏡群の上流および下流において、それぞれ第１および第２の中間像の領域内でも得られる。

図８のタイプＢ、Ｃ、ＤまたはＧにしたがった鏡群を含む投影対物レンズは理論的に可能であるが、これらは、以下の理由により、あまり望ましくないと思われる。瞳面において小さいフットプリントを得るためには、鏡群入口および／または鏡群出口において、強く収束または強く発散する主光線を得るために、中間像に隣接する高値の主光線角度ＣＲＡが必要とされる。光軸の外側の鏡群入口において強い発散性または収束性の主光線を得るためには、光学面と鏡群入口との間に配置される前側レンズ群は、大直径のレンズによってもたらされる強い屈折力を必要とする。同様に、軸外鏡群出口において鏡群から発する強い発散性のビームを得る場合は、開口絞りが配置されうる、像面に最も近接する瞳面の領域の方へとビームを案内するために、強い屈折力をもたらす大型レンズが必要である。さらにまた、このようなシステムを実現するためには、複数個の相対的に大型のレンズが必要であると思われる。その結果として、大きいレンズ直径および／または大きいシステム長さが、このようなシステムにおいて必要になりうる。

タイプＡまたはＥのシステムは、基本的に互いに同等であって、相違点は、放射の伝播方向にある。鏡群入口において軸外のテレセントリックビーム（タイプＡ）を得るためには、中継システムとしての役割を果たす結像サブシステムが、物体面と鏡群との間において必要とされ、これにより、この部分におけるシステム長さが増大することになる。瞳面に近接して鏡群から発する大きい主光線角度を有するビームは、基本的にたとえば図１〜７に関連して説明されたように、一般に、鏡群の下流のシステム部分が中間像を創出するように設計されることを必要とする。

鏡群入口において大きい主光線角度（または小さい瞳）を、かつ鏡群出口においてテレセントリック軸外ビームを必要とするタイプＥの鏡群を、以下に、図１５〜１８に関連して説明する。各々の実施形態において、鏡群入口に近接する前側瞳面ＦＰＳにおいて大きい主光線角度と小さいビーム直径とをもたらすために、中継システムの役割を果たす前側レンズ群ＦＬＧが設けられる。軸方向長さは、相対的に小さくされうる。各々の場合において、鏡群ＭＧは、鏡群入口と鏡群出口との間において４回の反射をもたらし、以って２個の中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２を形成するように設計される。第１、第２および第４の反射は、光学的に瞳面から遠くにおいて起こる一方で、第３の反射は、瞳面付近において起こる。各々の場合において、鏡群の下流のレンズは、極小ビーム直径を有するくびれ領域ＣＯＮを含む結像サブシステムを形成して、第２の中間像ＩＭＩ２を像面ＩＳ上に結像させる。鏡群のすぐ下流のレンズの相対的に大きいレンズ直径は、軸外中間像を「捕らえる」とともにビームをくびれ領域の方に収束させるために必要とされる、これらの実施形態のひとつの独特の特徴である。

この種の実施形態は、頂点における曲率半径の大きさ｜ｒ｜が鏡の頂点間距離ｄの２倍に等しい、本質的に放物面形状を有する２個の物理的に同一の非球面鏡を用いて実現されうる。図１５（ａ）および（ｂ）と図１６とに、このような実施形態が示されている。前側瞳面ＦＰＳの領域および凹面鏡上の反射部分内において予測されるフットプリントの実際の大きさを示すために、図１５（ａ）に、低開口ビームが図示される一方で、（ｂ）には同様のビームがより高い開口数で示されている。

鏡群出口ＭＧＩに近接する第２の中間像においてテレセントリックビームを有する投影対物レンズ１６００が、図１６に示されており、鏡群の直径に匹敵する直径を有する大型の正レンズが、ビームを像面の方へと集束させるために必要とされることがわかる。

レンズの製造を容易にし、かつシステムの質量を減少させるために、この問題は、より大きい屈折力を有する第４の鏡Ｍ４を設けて、以って第３の中間像において有意に収束する主光線を得ることによって緩和される（図１７の投影対物レンズ１７００）。鏡群出口のすぐ下流における正レンズのレンズ直径の縮小が達成される。像側の鏡Ｍ１およびＭ３上におけるビームのフットプリントが部分的に重複していることに注目されたい。このことは、共通の曲率面を有する単一の鏡基板上に鏡Ｍ１およびＭ３を構成して、以って少なくとも部分的に重複する反射部分において２回使用される多重反射鏡を得ることによって可能になる。

鏡群のすぐ下流のレンズ直径の縮径に関するさらに他の改良は、第２および第４の鏡の曲率半径が、前記の実施形態と比較した場合に、さらに減じられて、以って主光線角度がさらに増大せしめられて、鏡群出口ＭＧＯにおいて収束ビームが形成される図１８の投影対物レンズ１８００に関して例証的に示されている。この実施形態において、像側の鏡Ｍ１、Ｍ３は、大きい曲率半径を有する球面状である一方で、物体側の鏡Ｍ２、Ｍ４は、非球面状である。詳細は、表１８、１８Ａに示されている。

前記に記載の全ての実施形態は、強いペッツヴァルの過剰補正をもたらす軸方向にコンパクトな鏡群を有する。いくつかの実施形態においては、構造的に同一の鏡が、例えば鏡面対称の鏡群において用いられるため、製造および検査に関して相乗効果が得られる。さらにまた、共通の基板上に設けられる鏡対が、いくつかの実施形態において用いられて、以って製造および取付けが容易になる。ペッツヴァルの補正用に強い湾曲の鏡を用いることにより、レンズの個数と最大直径とを減じることが可能になり、以って投影対物レンズの全体としての寸法と消費質量とを減じることができる。いくつかの実施形態において、中間実像は、鏡群の下流のシステム部分において接近可能となって、以って適切な視野絞りを適用することにより光学特性の補正を向上させることができる。鏡群の下流において中間像を有さない実施形態（たとえば図１７、１８）では、相対的に扁平な凹面鏡を用いることができ、これによって鏡の製造が容易になる。

全てのシステムは、矩形の有効物体視野を像面上に投影するように設計される。光学設計に関する改良は、弓形の視野（「環状視野」または「円環状視野」とも呼ばれる）が用いられる場合に達成されうる。

４個の鏡を有する前記の実施形態において、これらの鏡は、鏡群の内側の鏡群平面が５回通過されて、以って軸方向に短尺の鏡群を構成することが可能になるように、互いに入れ子状とされる。以下に、浸漬リソグラフィーに適するカタジオプトリック投影対物レンズが概略的に示されており、投影ビームの伝播に沿って４個の連続する鏡を有するまた他の鏡群構成が示される。

図１９の投影対物レンズ１９００は、物体面に続く屈折性の前側レンズ群ＦＬＧを有して、物体視野から第１の中間像ＩＭＩ１を形成する。向き合う凹面状鏡面を有する第１の鏡Ｍ１と第２の鏡Ｍ２とによって形成される第２の純反射性の結像サブシステムは、第２の中間像ＩＭＩ２を形成するように設計される。向き合う凹面状鏡面を有する第３の鏡Ｍ３と第４の鏡Ｍ４とによって形成される第３のカトプトリック（純反射性）結像サブシステムは、第３の中間像ＩＭＩ３を形成するように設計され、前記中間像は、その後、屈折性の後側レンズ群ＲＬＧによって像面ＩＳ上に集束せしめられる。鏡群ＭＧの鏡群入口ＭＧＩは、第２の鏡Ｍ２に隣接して第１の中間像に光学的に近接する位置に形成される一方で、鏡群出口ＭＧＯは、光軸ＯＡの同じ側において第３の鏡Ｍ３に隣接して第３の中間像ＩＭＩ３に光学的に近接する位置に形成される。前側レンズ群ＦＬＧは、第１の中間像ＩＭＩ１を前記第２の鏡に隣接する最適な位置に配置するとともに、鏡群入口の領域においてビームを整形して、第２の鏡Ｍ２におけるビームの口径食が回避されるようにすることを可能にする。矩形視野の代わりに円環状視野を用いることは、口径食の回避に寄与しうる。全ての凹面鏡Ｍ１〜Ｍ４が瞳面（主光線ＣＲと光軸ＯＡとの間における交点の位置）より視野面（中間像の位置）に光学的に接近して配置されるため、小型の大きさの鏡を用いることができ、大きい物体視野からのより大開口のビームが口径食を起こすことなく鏡群を介して案内されうる光路の形成にさらに寄与する。したがって、軸外物体視野は、光軸に相対的に接近して配置され得、以って十分に補正されなければならない物体視野の大きさが最小限に抑えられうる。

図２０の投影対物レンズ２０００により実証されるように、前記基本設計を改良して、１個以上のレンズを光学的に鏡群内に含めて、第１の中間像を第３の中間像として結像させるカタジオプトリック結像サブシステムが得られるようにすることができる。たとえば、レンズまたはレンズ群Ｌ１を幾何学的に第１および第２の鏡間に配置して、第２の中間像ＩＭＩ２の補正状態に影響を及ぼすことができる。第１および第２の中間像間において透光に２回または３回使用される１個以上のレンズが用いられうる。代案または追加として、レンズまたはレンズ群Ｌ２を幾何学的に第４および第３の鏡間に配置して、第２の中間像ＩＭＩ２から第３の中間像ＩＭＩ３への結像に影響を及ぼすことができる。

好ましくは、正のレンズ群Ｌ１２を光学的に第２および第３の鏡Ｍ２、Ｍ３間において第２の中間像ＩＭＩ２に近接して配置して、第２および第３の結像サブシステム間における遷移を最適化しうる。

特に物体側においてコンパクトな大きさが望まれる場合は、前側レンズ群の出口付近において前側瞳面ＦＰＳを創出するフーリエレンズとして設計される小型の前側レンズ群ＦＬＧが、図２１の投影対物レンズ２１００に関して略図に示されるように設けられうる。この種の前側レンズ群は、図１９、２０または２１に示される鏡群の各々の変形態様と組み合わされうる。

図２２の投影対物レンズ２２００は、物体視野を物体面ＯＳから像面ＩＳ上に結像させる一方で、４個の鏡Ｍ１〜Ｍ４により構成される鏡群ＭＧ内において正確に１個の中間像ＩＭＩ１を創出するように設計される。この実施形態において、第１のカタジオプトリック結像サブシステムは、正の屈折力を有する屈折性の前側レンズ群ＦＬＧと、負の屈折力をもたらす凸面鏡Ｍ１と、正の屈折力を有する後続の凹面鏡Ｍ２とによって形成される。第１の中間像ＩＭＩ２は、正の屈折力を有する凹面鏡Ｍ３と、負の屈折力をもたらす凸面鏡Ｍ４と、正の屈折力を有する屈折性の後側レンズ群ＲＬＧとによって形成される第２のカタジオプトリックサブシステムによって結像せしめられる。鏡群ＭＧの内側の鏡Ｍ１、Ｍ４は、１個の共通の鏡基板、たとえば反射性被覆材により被覆される凸面を有する両凸半レンズの形状を有する基板上に形成されうる。

図１９〜２１の実施形態において、第２のサブシステムの連続する凹面鏡Ｍ１、Ｍ２と、第３のサブシステムのＭ３、Ｍ４とは、光軸の相反する側に配置されて、以ってその後の中間像間において、投影ビームが光軸を相対的に高角度（たとえば３０°〜６０°の範囲内）で横断するＺ形のビーム路が創出される。これに対して、投影対物レンズ２２００の鏡群の鏡Ｍ１〜Ｍ４は、光軸の一方の側のみに配置される。この構成により、図２３および２４に関連して以下に説明されるように、光軸の両側における２つの別々の光学チャネルとともに用いられうる投影対物レンズを得ることが容易になる。

図２３の２チャネル形投影対物レンズ２３００では、図２２に示された種類の２個の光学的に同一の光チャネルが組み合わされている。第１の光チャネルは、次に記載の順序で、正の前側レンズ群ＦＬＧと凸面鏡Ｍ１−１と凹面鏡Ｍ２−１と凹面鏡Ｍ３−１と凸面鏡Ｍ４−１と屈折性の正の後側レンズ群ＲＬＧとを含む。第２のチャネルの光学素子は、光軸を含むとともに図面に示されるメリジオナル平面に対して垂直に整合せしめられる鏡平面に対して、これらの光学素子と鏡面対称に配置される。したがって、第２のチャネルは、次に記載の順序で、正の前側レンズ群ＦＬＧ（両方の光チャネルに用いられる）と凸面状の第１の鏡Ｍ１−２と凹面状の第２の鏡Ｍ２−２と凹面状の第３の鏡Ｍ３−２と凸面状の第４の鏡４−２と両方の光チャネルにおいて用いられる正の屈折性の後側レンズ群ＲＬＧとを含む。内側の鏡Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ４−１およびＭ４−２は、両凸正レンズのような形状とされる１個の共通の鏡基板上に設けられうる。さらにまた、物体側の凹面鏡Ｍ２−１およびＭ２−２は、穴等によって形成されて光軸ＯＡのまわりにおいて鏡群入口ＭＧ１を形成する透光部を有する１個の共通の鏡基板上に設けられうる。同様に、像側の凹面鏡Ｍ３−１およびＭ３−２もまた、鏡群出口ＭＧＯを形成する中央開口を有する共通の鏡基板上に形成されうる。

図２４の略図に示されるように、図２４に示される基本的な種類の２チャネル形カタジオプトリック投影対物レンズは、メリジオナル断面において見たときに光軸ＯＡの相反する側に配置される２個の同一の軸外物体視野ＯＦ１、ＯＦ２を同時に２個の同一の像視野上に結像させる。有効に使用される物体視野は、それぞれ図２４（ａ）または（ｂ）に示されるように、矩形または円環状とされうる。

両方の光チャネルが同時に用いられうる。一方の光チャネルを用いて、たとえばレチクル上のパターンを像面内に配置される感光基板上に結像させることができる。他方の光チャネルを測定の目的に用いて、以って焦点検出用の光学測定システムの一部分を構成させること、またはマイクロリソグラフィック投影システムの操作に役立つその他の測定データを取得することができる。

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

全ての請求項の内容は、参照により、本説明の一部分を構成するものとする。

２００４年４月８日出願の米国仮出願第６０／５６０，２６７号の全ての開示事項は、
本出願の記載内容に取り入れられる。

４枚鏡式の鏡群（ 図８のタイプＨ ） と４個の中間像とからなるマイクロリソグラフィー用カタジオプトリック浸漬対物レンズの実施形態のレンズ断面図である。 鏡群の凹面鏡と投影ビームとが異なる方法で図示されている図１の投影対物レンズの図である。 鏡群の緊密に離間する内側鏡を有する図１の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 ２個の物体側凹面鏡が共通の基板上において形成される図１の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 鏡群の２個の像側凹面鏡が共通の鏡基板上において形成される図１の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 物体側凹面鏡と像側凹面鏡との各々が、同一の頂点位置と異なる曲率とを有する図１の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 非対称構成の鏡群凹面鏡を有する図１の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、異なる変形態様が鏡群入口と鏡群出口との間における投影ビームの異なる光路によって区別されている、カタジオプトリック投影対物レンズに内蔵されるのに適する鏡群の設計空間を示す略図である。 放物面凹面鏡を有する鏡群と、低開口ビーム（ａ） および高開口ビーム（ｂ） のビーム路とを示す図である。 ３個の中間像を有する図８のタイプＦのカタジオプトリック投影対物レンズの実施形態の図である。 鏡群の鏡が鏡群平面のまわりにおいて対称に配置される図１０の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 第１および第４の鏡が光軸に対して垂直な平面鏡である図１１または１２の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 前記平面鏡が取り除かれて２枚鏡式の鏡群が形成されている図１２の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 鏡群を形成する第１および第２の鏡の有効使用部分が図示されている図１３の投影対物レンズを示す図である。 光軸のまわりの物体側鏡群入口と軸外鏡群出口とを有する４枚鏡式の鏡群と、前記鏡群を介した低開口ビーム（ａ）および高開口ビーム（ｂ）の光路とを示す図である。 図１５の鏡群が内蔵されている、２個の中間像を有するカタジオプトリック投影対物レンズの実施形態を示す図である。 より小さい曲率の第１および第３の鏡と鏡群出口における収束ビームとを有する図１６の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 略平面状の第１および第３の鏡と、軸外鏡群出口における収束ビームとを有する図１７の投影対物レンズの変形態様を示す図である。 ４個の凹面鏡が２個ずつ１対の連続的な２対を構成しており、対をなす前記鏡が光軸の相反する側に配置された鏡群を有する浸漬リソグラフィーに適するカタジオプトリック投影対物レンズの略図である。 １個以上のレンズが鏡群内に挿入される図１９の実施形態のさまざまな光学的変形態様を示す図である。 自身の外側に前側瞳面をもたらす前側レンズ群を有する図１９または２０の実施形態の変形態様を示す図である。 ２個の凹面鏡と２個の凸面鏡とによって形成される鏡群内に単一の中間像を有する浸漬リソグラフィーに適するカタジオプトリック投影対物レンズの実施形態の図である。 凹面および凸面鏡を有するカトプトリック鏡群によってもたらされる２個の光チャネルを光軸の相反する側に有する２ チャネル形カタジオプトリック投影対物レンズの略図である。 矩形の物体視野（ａ）または弓形の物体視野（ｂ）を有する２チャネル形投影対物レンズの物体面の軸方向図である。

Claims (17)

1. 投影対物レンズの物体面内に配置される軸外物体視野を投影対物レンズの像面内に配置される軸外像視野上に結像させる一方で、少なくとも１個の中間像を創出するカタジオプトリック投影対物レンズであって：
   前記物体面内に設けられる前記物体視野を第１の中間像として結像させる第１の結像サブシステムと；
   前記第１の中間像を第２の中間像として結像させる第２の結像サブシステムと；
   前記第２の中間像を第３の中間像として結像させる第３の結像サブシステムと；
   前記第３の中間像を前記像面上に結像させる第４の結像サブシステムとを、光軸に沿って前記の順序で含み、
   前記第２の結像サブシステムが、第１の連続的な鏡面を有する第１の凹面鏡と、前記第１の鏡面に対向する第２の連続的な鏡面を有する第２の凹面鏡とを有する鏡群を含み、
   各凹面鏡は、投影ビームの主光線の高さが、投影ビームの周辺光線の高さよりも高くなる程度に、最も近くにある瞳面から投影ビームの伝播方向に遠くに配置されるカタジオプトリック投影対物レンズ。
2. 前記第２の結像サブシステムが、前記物体面に対向する第１の連続的な鏡面を有する前記第１の凹面鏡と、前記第１の鏡面に対向する第２の連続的な鏡面を有する前記第２の凹面鏡とによって構成されるカトプトリック鏡群である請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 投影対物レンズの軸方向鏡群長さＭＧＬと軌跡全長ＴＴとの間における長さ比ＬＲが、５０％未満であり、ここで、前記鏡群長さが、前記物体面に最も近接する鏡の頂点と前記像面に最も近接する鏡の頂点との間における軸方向距離であり、前記軌跡全長が、物体面と前記像面との間における軸方向距離であり、ＬＲ＝ＭＧＬ／ＴＴ＜３０％の条件が満たされる請求項１又は２に記載の投影対物レンズ。
4. 前記第２の凹面鏡によって定められる曲率面が光軸に交わる領域として定義される物体側鏡群入口において、前記光軸が前記物体視野から発する放射ビームの断面に含まれる程度に、前記物体側鏡群入口が、投影対物レンズの前記鏡群の直前の瞳面に幾何学的に接近して配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
5. 前記物体面と前記物体側鏡群入口との間にあるレンズ群として定義される、正の屈折力を有する前側レンズ群が、前記物体視野から来る放射を前記鏡群の物体側鏡群入口に向けて収束させていて、前記前側レンズ群が、単一回のフーリエ変換又は奇数回の連続するフーリエ変換を前記物体面と前記物体側鏡群入口との間において行なうフーリエレンズ群として設計され、前記前側レンズ群が、屈折要素のみから構成され、単一回のフーリエ変換を行なう請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
6. 前記前側レンズ群が、投影対物レンズの軌跡全長の４０％未満である軸方向長さを有して、軸方向にコンパクトである請求項５に記載の投影対物レンズ。
7. 前記第１の凹面鏡によって定められる曲率面が光軸に交わる領域として定義される像側鏡群出口において、前記光軸が前記物体視野から発する放射ビームの断面に含まれる程度に、前記像側鏡群出口が、前記鏡群の直前にある前記瞳面と光学的に共役の前記鏡群の直後にある瞳面に幾何学的に接近して配置される請求項１〜６のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
8. ２個および３個の中間像の１個が、前記鏡群内において形成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
9. 前記第１の凹面鏡によって定められる曲率面が光軸に交わる領域として定義される像側鏡群出口において、前記光軸が主前記物体視野から発する放射ビームの断面に含まれる程度に、前記像側鏡群出口が、前記鏡群の直後にある瞳面に幾何学的に接近して配置され、前記像側鏡群出口と前記像面との間にあるレンズ群として定義される後側レンズ群が、フーリエレンズ群を含んでいて、前記後側レンズ群の、極小ビーム直径を特徴とするくびれ領域に中間像を形成し、前記中間像の下流のレンズ群が、結像サブシステムとして設計されて前記フーリエレンズ群により形成された前記中間像を像面上に縮小スケールで結像する請求項１〜８のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
10. 前記鏡群の前記鏡上の全ての反射部分が、前記光軸の外側に配置される請求項１〜９のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
11. カタジオプトリック投影対物レンズが、ＮＡ＞０．８の像側開口数を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
12. 最後の光学素子と前記像面との間に、１より大きい屈折率を有する浸漬媒質を満たして、カタジオプトリック投影対物レンズが、収差に関して最適化された浸漬用対物レンズとして設計される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
13. カタジオプトリック投影対物レンズが、浸漬媒質とともに用いられる場合に、ＮＡ＞１．１の像側開口数を有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
14. カタジオプトリック投影対物レンズが、１２０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長範囲内に含まれる紫外光とともに用いられるように構成される請求項１〜１３のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
15. 投影対物レンズが１つの真っ直ぐな光軸を有するインラインシステムである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
16. 照明システムとカタジオプトリック投影対物レンズとを有するマイクロリソグラフィーに用いられる投影露光システムであって、前記カタジオプトリック投影対物レンズは、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のカタジオプトリック投影対物レンズである投影露光システム。
17. 半導体機器またはその他の種類の微細機器を製造する方法であって：
    所定のパターンを有するマスクを用意する段階と；
    所定の波長の紫外光を用いて前記マスクを照明する段階と；
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のカタジオプトリック投影対物レンズを用いて、投影対物レンズの像面に近接して配置される感光基材上に前記パターンの像を投影する段階とを含む方法。

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