JPH07140385A

JPH07140385A - 投影光学系及び投影露光装置

Info

Publication number: JPH07140385A
Application number: JP5336471A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sasaya; 俊博笹谷; Kazuo Ushida; 一雄牛田; Yutaka Suenaga; 豊末永; Ai Merukado Romeo; アイ．メルカドロメオ
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3396935B2; US5943172A; KR100315180B1; KR950014906A

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的広い露光領域を確保しながら、第１物
体（レチクル）および第２物体（ウェハ）の平面度が極
めて悪い場合でも、実質的に少ない像歪が得られ、コン
パクトで高い開口数を持つ高解像力な投影光学系及びそ
れを備えた投影露光装置の提供にある。【構成】第１物体の像を所定の縮小倍率のもとで第２
物体に投影する投影光学系において、前記投影光学系
は、前記第１物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レ
ンズ群G₁と、アフォーカル系で構成される第２レンズ群
G₂と、正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃とを有し、さら
に所定の条件を満足するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、第１物体のパターンを
第２物体としての基板等に縮小投影するための投影光学
系及び露光装置に関するものであり、特に、第１物体と
してのレチクル（マスク）上に形成された回路パターン
を第２物体としての基板（ウエハ）上に投影露光するの
に好適な投影光学系及び投影露光装置に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路のパターンが微細になるに従っ
て、ウェハの焼付けに用いられる投影光学系に対し要求
される性能もますます厳しくなってきている。このよう
な状況の中で、投影光学系の解像力の向上については、
露光波長λをより短くするか、あるいは投影光学系の開
口数ＮＡを大きくする事が考えられる。

【０００３】近年においては、転写パターンの微細化に
対応するために、露光用の光源は、ｇ線(436nm) の露光
波長の光を発するものからｉ線(365nm) の露光波長の光
を発するものが主として用いられるようになってきてお
り、さらには、より短波長の光を発する光源、例えばエ
キシマレーザ（248nm,193nm)が用いられようとしてい
る。そして、以上の各種の露光波長の光によってレチク
ル上のパターンをウエハ上に投影露光するための投影光
学系が提案されている。

【０００４】投影光学系においては、解像力の向上と共
に要求されるのは、像歪を少なくすることである。ここ
で、像歪とは、投影光学系に起因するディストーション
（歪曲収差）によるものの他、投影光学系の像側で焼き
付けられるウェハの反りによるものと、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
よるものがある。そこで、ウェハの反りによる像歪への
影響を少なくするために、投影光学系の像側での射出瞳
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、投影光学系の物体側をテレセントリック光学
系にすることが考えられ、また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提案が
なされている。それらの例としては、特開昭６３−１１
８１１５号、特開平４−１５７４１２号、特開平５−１
７３０６５号等のものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
各特許公報にて提案された投影光学系は、開口数ＮＡが
小さくて高解像ではなく、あるいは露光領域が狭い。ま
た、投影光学系の入射瞳位置についても、単に物体面
（レチクル）から比較的遠くするというだけで、物体側
（レチクル側）でのテレセントリック性や像側（ウエハ
側）でのテレセントリック性の補正が不十分であった。

【０００７】また、以上の特許公報に提案された投影光
学系の中には、物体面（レチクル）から投影光学系の第
１レンズ面までの距離を大きくして、物体側のテレセン
トリック性を実現したものがあるが、露光領域に比べて
物像間距離（レチクルとウエハとの間の距離）が非常に
大きくなっており、光学系自体の大型化を招いていると
いう問題がある。

【０００８】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、比較的広い露光領域を確保しながら、第１
物体（レチクル）および第２物体（ウェハ）の平面度が
極めて悪い場合でも、実質的に少ない像歪が得られ、コ
ンパクトで高い開口数を持つ高解像力な投影光学系及び
それを備えた投影露光装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的な達成するた
めに、本発明は、例えば、図２に示す如く、第１物体の
像を所定の縮小倍率のもとで第２物体に投影する投影光
学系において、その投影光学系は、第１物体側より順
に、正の屈折力を持つ第１レンズ群G₁と、アフォーカル
系で構成される第２レンズ群G₂と、正の屈折力を持つ第
３レンズ群G₃とを有し、全系の焦点距離をＦとし、投影
光学系の投影倍率をＢ、第１物体と第２物体との間の距
離をＬ、第１物体から第１レンズ群G₁の最も第１物体側
のレンズ面までの距離をｄ₀ 、第１レンズ群G₁の焦点距
離をｆ₁ 、第３レンズ群G₃の焦点距離をｆ₃ とすると
き、以下の条件を満足する構成としたものである。（Ｉ）１．８≦｜Ｆ／（Ｂ・Ｌ）｜（ＩＩ）ｄ₀ ／Ｌ≦０．２（ＩＩＩ）０．８０≦ｆ₃ ／ｆ₁ ≦１．５そして、上記の基本構成に基づいて、さらに以下の条件
を満足する構成とすることが好ましい。（ＩＶ）０．０５≦ｆ₁ ／Ｌ≦０．３

【００１０】

【作用】図１に示す如く、通常、投影光学系の瞳位置に
は開口絞りＡＳが設けられており、投影光学系の入射瞳
位置は、その開口絞りＡＳよりも物体側（レチクル側）
にある光学系による像位置として、近軸光線により与え
られる近軸量より求められる。

【００１１】しかし、一般に光学系の入射瞳位置は物体
高Ｈ（光軸からの物体の高さ）によって変化する。その
ため、投影光学系の入射瞳位置は、各物体高Ｈに応じて
決定されと考えられる。

【００１２】一方、投影光学系の物体側でのレチクルの
反りによる像歪への影響は、レチクルから投影光学系に
入射する入射光束のテレセントリック性Ｔ、即ち投影光
学系の光軸に対する入射光束の主光線の傾き量に比例す
る。

【００１３】ここで、レチクル上における光軸から高さ
Ｈ（物体高Ｈ）からの入射光束（主光線）のテレセント
リック性をＴ(H) 、レチクル上における光軸から高さＨ
（以下、物体高Ｈと称する。）からの入射光束（主光
線）による決定される投影光学系の入射瞳位置とレチク
ルとの間の距離をＥ(H) とすると、Ｔ(H) ＝Ｈ／Ｅ(H) ・・・・・・・・・・・（１）の関係が成立する。

【００１４】そこで、物体高Ｈによらず像歪への影響を
均一にするために常に一定のテレセントリック性を得る
には、投影光学系の入射瞳位置を物体高Ｈの高さに比例
させて変化させれば良いこととなる。つまり、物体高Ｈ
が低いときの投影光学系の入射瞳位置を、物体高Ｈの高
い時の投影光学系の入射瞳位置よりも物体側（レチクル
側）に近い位置に位置させることにより、像歪への影響
をほぼ一定にすることが可能となる。

【００１５】よって、本発明では、一般に光学系の入射
瞳の位置は物体高の高低で変化するものの、光学系の入
射瞳位置の像歪への影響の度合いも物体高の高低で変化
するという事に着目し、投影光学系の入射瞳位置を物体
高Ｈ（レチクル上における光軸からの高さ）の高低で振
り分けてバランスをとることにより、物体面全体（レン
ズ全面）での像歪への影響を均一にすることを可能とし
ている。

【００１６】条件（Ｉ）では、以下の示す如く、投影光
学系の焦点距離Ｆと、投影光学系の結像倍率Ｂに物像間
距離Ｌ（レチクルからウエハまでの距離）を乗じた値と
の最適な比率を規定している。１．８≦｜Ｆ／（Ｂ・Ｌ）｜・・・・・・・・・・・（Ｉ）この条件（Ｉ）は、像側（ウエハ側）での投影光学系の
近軸射出瞳位置（近軸光線により決定される投影光学系
の射出瞳位置）を無限遠の位置と仮定したときの、物体
面（レチクル面）から投影光学系の近軸入射瞳までの距
離Ｅと物像間距離Ｌ（レチクルからウエハまでの距離）
との比を規定した事と等価となる事を意味する。

【００１７】この事を具体的に説明すると、図１に示す
如く、投影光学系全体の前側焦点位置ｆ（レチクル側焦
点位置）は、像側（ウエハ側）における投影光学系の近
軸射出瞳位置を無限遠と仮定したときの近軸入射瞳位置
に相当し、ｈを投影光学系の前側主平面とする時の投影
光学系全体の焦点距離をＦ、投影光学系の投影倍率を
Ｂ、物体面（レチクル面）より投影光学系全体の前側焦
点位置ｆまでの距離をＥとすると、横倍率の式より、Ｂ＝Ｆ／Ｅ・・・・・・・・・・・（２）の関係が成立する。そして、上記（２）式を変形する
と、Ｅ＝Ｆ／Ｂ・・・・・・・・・・・（３）となり、上記（３）式の両辺を物像間距離Ｌ（レチクル
からウエハまでの距離）で割って、その値の絶対値をと
れば、上記条件（Ｉ）に関する（４）式が最終的に導出
される。｜Ｅ／Ｌ｜＝｜Ｆ／（Ｂ・Ｌ）｜・・・・・・・・・・・（４）

【００１８】以上の事から、条件（Ｉ）は、像側（ウエ
ハ側）における投影光学系の近軸射出瞳位置を無限遠と
仮定したときの、物体面（レチクル面）から近軸入射瞳
までの距離Ｅと、物像間距離Ｌ（レチクルからウエハま
での距離）との最適な比率の絶対値を規定していること
が理解できる。条件（Ｉ）の下限を越えると、物像間距
離Ｌ（レチクルからウエハまでの距離）に比べて投影光
学系の入射瞳位置が近すぎる事となり、物体面全体（レ
チクル面全体）でのテレセントリック性が悪化し、これ
をバランスさせて補正することが困難となる。

【００１９】なお、投影光学系の構成の複雑化を防止す
るためには、条件（Ｉ）の上限値を６として、｜Ｆ／
（Ｂ・Ｌ）｜≦６とするのが望ましい。条件（Ｉ）の値
が６を越えると、許容される入射高（物体高Ｈ）による
入射瞳位置の差が少なくなり、物体面全面（レチクル全
面）でのテレセントリック性を良好に保つために物体高
Ｈ（レチクル上における光軸から高さＨ）からの光束に
より決定される投影光学系の入射瞳位置を振り分けてバ
ランスを取るという設計上の自由度が少なり過ぎてしま
う。このため、物体面全面（レチクル全面）で投影光学
系の入射瞳位置を必要以上に遠方に保つ事が必要とな
り、この結果、投影光学系をより多くのレンズ構成枚数
で構成せざるを得ず、投影光学系の大型化、複雑化を招
く。

【００２０】また、条件（Ｉ）は、像側（ウエハ側）に
おける投影光学系の近軸射出瞳位置を無限遠と仮定した
ときの、投影光学系の最適な近軸入射瞳位置（近軸光線
により決定される投影光学系の射出瞳位置）を規定して
いるが、同時に投影光学系の最適な射出瞳位置に関して
も考慮されている。この事を具体的に説明すると、物体
側（レチクル側）における投影光学系の近軸入射瞳位置
を無限遠と仮定したとき、この投影光学系の近軸射出瞳
位置から像面（ウエハ面）までの距離をＥ’とすると、
横倍率の関係式より、１／Ｂ＝Ｆ／Ｅ’ ・・・・・・・・・・・（５）の関係が成立する。そして、上式（５）式を変形する
と、次式（６）が導出される。Ｅ’＝Ｆ・Ｂ＝（Ｆ／Ｂ）・Ｂ² ・・・・・・・・・・・（６）

【００２１】上記（３）式を用いて上記（６）式をさら
に変形すると、次式（７）が導出される。Ｅ’＝Ｅ・Ｂ² ・・・・・・・・・・・（７）この（７）式は上記の（３）式に投影光学系の投影倍率
Ｂの２乗（Ｂ² ）を乗じたものと等しくなり、上記
（７）式の両辺を投影光学系の物像間距離Ｌ（レチクル
からウエハまでの距離）で割って、その値の絶対値をと
ると以下の（８）式が導出される。｜Ｆ・Ｂ／Ｌ｜＝｜〔Ｆ／（Ｂ・Ｌ）〕｜・Ｂ² ・・・・・・・・・・・（８）

【００２２】この（８）式は、上記条件（Ｉ）に関する
（４）式に投影光学系の投影倍率Ｂの２乗（Ｂ² ）を乗
じたものに等しくなり、これを上記条件（Ｉ）に対応さ
せて示せば、以下に示す（９）式の如くなる。１．８・Ｂ² ≦｜Ｆ／（Ｂ・Ｌ）｜・Ｂ² ・・・・・・・・・・・（９）

【００２３】従って、条件（Ｉ）では投影光学系の近軸
射出瞳位置を無限遠と仮定した時の、投影光学系の最適
な近軸入射瞳位置を規定していると同時に、条件（Ｉ）
全体にＢ2 を乗じた量を考慮する事により、投影光学系
の近軸入射瞳位置を無限遠と仮定したときの近軸射出瞳
位置をも規定している事が理解できる。

【００２４】よって、物体側（レチクル側）における投
影光学系の近軸入射瞳位置と同様に像側（ウエハ側）に
おける投影光学系の近軸射出瞳位置も、必ずしも完全に
無限遠とする必要は無く、条件（Ｉ）の範囲であれば、
像側（ウエハ側）と物体側（レチクル側）の双方のテレ
セントリック性を実質的にバランス良く良好に保つこと
ができる事が分かる。

【００２５】条件（ＩＩ）では、以下に示す如く、物像
間距離Ｌ（レチクルからウエハまでの距離）に対する、
物体面（レチクル面）から投影光学系の第１レンズ群の
最も物体側のレンズ面（第１レンズ面）までの最適な距
離ｄ₀ を規定している。ｄ₀ ／Ｌ≦０．２・・・・・・・・・・・（ＩＩ）投影光学系の入射瞳位置を遠くにして、物体面（レチク
ル面）側をテレセントリックにするには、物体面（レチ
クル面）から投影光学系の第１レンズ群の最も物体側の
レンズ面までの距離ｄ₀ を大きく取ることによって実現
する事は可能であるものの、条件（ＩＩ）の上限を越え
てその距離ｄ₀ を大きくすると、物像間距離Ｌ（レチク
ルからウエハまでの距離）に対する距離ｄ₀ の割合が大
きくなる。従って、所望の光学性能を得るためには投影
光学系を構成するレンズ、反射鏡等の光学部材間の空間
はそれほど変わらないため、投影光学系全体として全長
が長くなり、投影光学系のコンパクト化を実現すること
は困難となる。また、条件（ＩＩＩ）では、投影光学系
が、第１物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ
群G₁と、実質的にアフォーカル系で構成される第２レン
ズ群G₂と、正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃とを含む基
本構成とした場合、以下に示す如く、第１レンズ群G₁の
焦点距離ｆ₁ と第３レンズ群G₃の焦点距離ｆ₃ との最適
な比率を規定している。０．８０≦ｆ₃ ／ｆ₁ ≦１．５・・・・・・・・・・・（ＩＩＩ）

【００２６】この条件（ＩＩＩ）は、広い露光領域を保
ちつつ、高い開口数ＮＡを実現して、高解像な投影光学
系を達成するためのものである。ここで、条件（ＩＩ
Ｉ）について説明するに当たって、まず、本発明の投影
光学系の基本構成について検討する。

【００２７】図２に示す如く、本発明の投影光学系は、
物体側（レチクル側）より順に、正の屈折力を持つ第１
レンズ群G₁、アフォーカル系で構成される第２レンズ群
G₂、正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃を含むレンズ群構
成を基本としている。なお、図２において、物体（レチ
クル）上の物体高Ｈが零となる位置（レチクルと投影光
学系の光軸とが交わる位置）からの実線で示す光線は、
軸上物点（物体の中心）からの近軸マージナル光線を示
し、物体高Ｈ（光軸からの物体の高さＨ）の位置からの
点線で示す光線は、軸外物点からの近軸マージナル光線
を示している。但し、本発明で言う近軸マージナル光線
とは、所定の発散角を持ってある物点から発散する光線
が光学系に入射する時に、最も周縁（外側）の入射光線
を近軸光線追跡によって求めた光線の事を意味する。

【００２８】以上のレンズ構成に基づいて、投影光学系
のコンパクト化、及び広い露光領域を保ちつつ、高解像
な投影光学系を達成するには、画角又は物体高Ｈによる
収差（像面湾曲、非点収差、コマ収差、歪曲収差等の軸
外光束による収差）と、投影光学系の像側開口数ＮＡ、
即ち解像度に関する収差（球面収差等の軸上光束による
収差）とを、バランス良く補正する必要がある。

【００２９】そのために、図３に示す如く、第１レンズ
群G₁における物体側（レチクル側）の開口数ＮＡ_a と第
２レンズ群G₂からの射出側の瞳に関する開口数ＮＡ_d と
の比と、第３レンズ群G₃における像側（ウエハ側）の開
口数ＮＡ_b と第２レンズ群G₂への入射側の瞳に関する開
口数ＮＡ_c との比をほぼ等しくする事が良い。

【００３０】この事は、第１レンズ群G₁における物体側
開口数ＮＡ_a と第２レンズ群G₂への入射瞳に関する開口
数ＮＡ_c とに対する投影光学系の収差補正上での負荷
と、第３レンズ群G₃における像側（ウエハ側）の開口数
ＮＡ_b と第２レンズ群G₂への射出瞳に関する開口数ＮＡ
_d とに対する投影光学系の収差補正上での負荷とを、ほ
ぼ均等にする事を意味する。この事を数式化して表現す
れば、以下の（１０）式及び（１１）式の如くなる。ＮＡ_a ：ＮＡ_d ＝ＮＡ_b ：ＮＡ_c ・・・・・・・・・・・（１０）ＮＡ_a ×ＮＡ_c ＝ＮＡ_b ×ＮＡ_d ・・・・・・・・・・・（１１）

【００３１】よって、投影光学系の投影倍率をＢ、第１
レンズ群G₁の焦点距離をｆ₁ 、第３レンズ群G₃の焦点距
離をｆ₃ 、投影光学系の光軸からの最大の物体高（例え
ば、レチクル上の有効パターン領域内の対角線長の半
分）をＨ_MAX とすると、上記（１１）式は、以下の（１
２）式の如く変形できる。（ＮＡ_b ・Ｂ）×（Ｈ_MAX ／ｆ₁)＝ＮＡ_b ×（Ｈ_MAX ・Ｂ／ｆ₃) ・・・・・・・・・・（１２）さらに、上記（１２）式を変形すると、最終的に、以下
の（１３）が導出される。ｆ₁ ＝ｆ₃ ・・・・・・・・・・（１３）

【００３２】以上の（１３）式より、第１レンズ群G₁の
焦点距離ｆ₁ と第３レンズ群G₃の焦点距離ｆ₃ とをほぼ
等しくする事によって、画角による収差（像面湾曲、非
点収差、コマ収差及び歪曲収差）と、解像度（投影光学
系の像側の開口数）に関する収差（球面収差）とを、バ
ランス良く補正する事ができ、広い露光領域を維持しな
がら、高い像側の開口数を持つ高解像な投影光学系を得
る事が理解できる。このように、諸収差のバランスと広
い露光領域とを保つためには、上記（１３）式を満足す
ることが理想であるが、実際上では上記条件（ＩＩＩ）
の範囲を満足すれば十分である。

【００３３】しかしなから、条件（ＩＩＩ）の下限を越
えた場合、第１レンズ群G₁の焦点距離ｆ₁ を一定とする
と第３レンズ群G₃の焦点距離ｆ₃ が短くなり、投影光学
系の射出側の瞳に関する開口数ＮＡは大きくなる。この
結果、解像度（投影光学系の像側の開口数）に関する収
差（球面収差）を良好に補正して像側（ウエハ側）での
開口数を大きくしながら、画角による収差（像面湾曲、
非点収差、コマ収差及び歪曲収差）を良好に補正するこ
とが困難となり、優れた結像性能を得ることができな
い。逆に、第３レンズ群G₃の焦点距離ｆ₃ を一定とする
と、第１レンズ群G₁の焦点距離ｆ₁ が長くなり、解像度
（投影光学系の像側の開口数）に関する収差（球面収
差）と画角による収差（像面湾曲、非点収差、コマ収差
及び歪曲収差）とを補正することは比較的容易となるも
のの、物体面（レチクル面）から投影光学系の第１レン
ズ面までの距離ｄ₀ が大きくなる。このため、投影光学
系の全長のみならずレンズ径も大きくなり、投影光学系
のコンパクト化を図ることは極めて困難である。条件
（ＩＩＩ）の上限を越えた場合、第１レンズ群G₁の焦点
距離ｆ₁ を一定とすると第３レンズ群G₃の焦点距離ｆ₃
が長くなり、解像度（投影光学系の像側の開口数）に関
する収差（球面収差）と画角による収差（像面湾曲、非
点収差、コマ収差及び歪曲収差）とを補正することは比
較的容易となるものの、投影光学系の最終レンズ面から
像面（ウエハ面）までの距離が長くなる。このため、投
影光学系の全長並びにレンズ径が大きくなり、投影光学
系のコンパクト化が図れない。反対に、第３レンズ群G₃
の焦点距離ｆ₃ を一定とすると第１レンズ群G₁の焦点距
離ｆ₁ は短くなり、投影光学系の入射側の瞳に関する開
口数ＮＡが大きくなって画角による収差（像面湾曲、非
点収差、コマ収差及び歪曲収差）を良くする事が困難と
なるため、結果的に優れた結像性能が得られない。な
お、投影光学系をよりコンパクトにしつつ、より良好な
る結像性能を得るためには、条件（ＩＩＩ）の上限値を
１．２として、ｆ₃ ／ｆ₁ ≦１．２とするのがより望ま
しい。

【００３４】また、より十分なるコンパクト化を実現す
るには、以上の条件式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に加えて、さ
らに以下の条件（ＩＶ）を満足することがより好まし
い。０．０５≦ｆ₁ ／Ｌ≦０．３・・・・・・・・・・・（ＩＶ）但し、ｆ₁ は第１レンズ群G₁の焦点距離ｆ₁ であり、Ｌ
は第１物体（レチクル）と第２物体（ウエハ）との間の
距離（物像間距離）である。

【００３５】条件（ＩＶ）は、第１レンズ群G₁の焦点距
離ｆ₁ と物像間距離Ｌとの最適な比率を規定することに
より、投影光学系の全長を短くするのを保証するための
ものである。条件（ＩＶ）の下限を越えると、物像間距
離Ｌに対して第１レンズ群G₁のパワー（屈折力）が強く
なり過ぎるため、諸収差補正が困難になる。逆に、条件
（ＩＶ）の上限を越えると、投影光学系の全長が長くな
るため、投影光学系をコンパクトにすることが困難とな
る。

【００３６】また、投影光学系の全長を十分に短くする
には、以下の条件（Ｖ）を満足することがより望まし
い。０．０４≦Ｈ_MAX ／Ｌ≦０．２・・・・・・・・・・・（Ｖ）但し、Ｈ_MAX は第１物体（レチクル）上における投影光
学系の光軸からの最大の物体高（レチクル上の有効パタ
ーン領域内の対角線長の半分）であり、Ｌは第１物体
（レチクル）と第２物体（ウエハ）の間の距離（物像間
距離）である。

【００３７】条件（Ｖ）は、最大物体高Ｈ_MAX に対する
物像間距離Ｌの最適な割合を規定するものである。上述
した条件（ＩＩ）の値が一定であっても、条件（Ｖ）の
下限を越えて、最大物体高Ｈ_MAX に対する物像間距離Ｌ
が大きくなると、投影光学系の全長が長くなり過ぎるた
め、コンパクト化を図ることができない。逆に、条件
（Ｖ）の上限を越えると、結像面全面（ウエハ面全面）
にわたり諸収差を良好に補正することが困難となる。

【００３８】なお、諸収差の補正上の自由度を確保しつ
つ、諸収差をバランス良く補正するには、第１レンズ群
G₁は少なくとも２枚以上の正レンズを含み、第２レンズ
群G₂は少なくとも４枚以上の負レンズと少なくとも４枚
以上の正レンズを含み、第３レンズ群G₃は、少なくとも
２枚以上の正レンズを含むことがより好ましい。

【００３９】さて、以上においては、物体側（レチクル
側）より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群G₁、アフ
ォーカル系で構成される第２レンズ群G₂、正の屈折力を
持つ第３レンズ群G₃を含むレンズ群構成を基本とした投
影光学系について述べたが、第２レンズ群G₂の構成によ
って投影光学系全体をしてコンパクト化を図り、さらに
像面湾曲を良好に補正するには、アフォーカル系で構成
される第２レンズ群G₂は、図２及び図３に示す如く、物
体側（レチクル側）より順に、負の屈折力を持つ第１サ
ブレンズ群G₂₁ 、正の屈折力を持つ第２サブレンズ群G
₂₂ 、負の屈折力を持つ第３サブレンズ群G₂₃ を少なく
とも有する構成とすることが好ましい。

【００４０】まず、この第２レンズ群G₂における負の第
１サブレンズ群G₂₁ と正の第２サブレンズ群G₂₂ とは逆
ガリレオ系（あるいはレトロフォーカス系）を形成する
ため、主点を像側（ウエハ側）へ位置させて、物体面
（レチクル面）から投影光学系までの距離を短縮し、投
影光学系の全長を短くしている。また、第２レンズ群G₂
中の第３サブレンズ群G₂₃ は、主にペッツバール和の補
正に寄与するため、像面湾曲を良好に補正して像面を平
坦にしている。

【００４１】なお、以上の第１サブレンズ群G₂₁ と第２
サブレンズ群G₂₂ との構成により、投影光学系の入射瞳
は物体面（レチクル面）に近くなる恐れがあるため、こ
の場合には、正の第１レンズ群G₁の後側（像側またはウ
エハ側）の焦点位置をほぼそのときの投影光学系の入射
瞳位置に合致させることが好ましく、これにより、投影
光学系の全長を短く保ちつつ、投影光学系の入射瞳位置
を物体面（レチクル面）より遠くに位置させることが可
能である。

【００４２】以上の第２レンズ群G₂の基本構成に基づい
て、十分なるコンパクト化を図りながら、十分なる収差
補正の機能を第２レンズ群G₂に担わすには、第１サブレ
ンズ群G₂₁ の焦点距離をｆ₂₁、第２サブレンズ群G₂₂ の
焦点距離をｆ₂₂、第３サブレンズ群G₂₃ の焦点距離をｆ
₂₃とするとき、さらに以下の条件式（ＶＩ)、（ＶＩＩ）
を満足することがより好ましい。１．５≦｜ｆ₂₂／ｆ₂₁｜≦５・・・・・・・・・・・（ＶＩ）０．０２≦｜ｆ₂₃／Ｌ｜≦０．１０・・・・・・・・・・・（ＶＩＩ）条件（ＶＩ）は逆ガリレオ系（またはレトロフォーカス
系）を構成する第１サブレンズ群G₂₁ と第２サブレンズ
群G₂₂ との最適な倍率を与えることに相当し、投影光学
系の全長をコンパクトにする条件である。条件（ＶＩ）
の下限を越えると、投影光学系をコンパクトにすること
が困難となる。なお、十分なるコンパクト化を果たすに
は、条件（ＶＩ）の下限値を１．７として、１．７≦｜
ｆ₂₂／ｆ₂₁｜とするのがより望ましい。反対に、条件
（ＶＩ）の上限を越えると、第１サブレンズ群G₂₁ の焦
点距離ｆ₂₁が短くなって、諸収差補正が極めて困難とな
り、また第１サブレンズ群G₂₁ の焦点距離ｆ₂₁を一定と
しても、第２サブレンズ群G₂ ₂ 焦点距離ｆ₂₂が長くな
り、十分にコンパクトにはならない。

【００４３】また、条件（ＶＩＩ）は第３サブレンズ群
G₂₃ においてペッツバール和を補正するための機能を十
分に担わせるための条件である。条件（ＶＩＩ）の下限
を越えると、第３サブレンズ群G₂₃ の焦点距離をｆ₂₃が
短くなり過ぎて、諸収差補正が困難になり、逆に条件
（ＶＩＩ）の上限を越えると、ペッツバール和が補正不
足となって、像面の平坦化が困難となる。

【００４４】なお、諸収差の補正上の自由度を確保しつ
つ、諸収差を補正するために、第２レンズ群G₂は少なく
とも４枚以上の負レンズと少なくとも４枚以上の正レン
ズを含む構成とすることが好ましい旨を先に述べたが、
第２レンズ群G₂のより好ましき構成としては、第１サブ
レンズ群G₂₁ は少なくとも２枚以上の負レンズを含み、
第２サブレンズ群G₂₂ は少なくとも４枚以上の正レンズ
を含み、第３サブレンズG₂₃ は少なくとも２枚以上の負
レンズを含む構成とすることがより好ましい。さらに好
ましくは、第２サブレンズ群G₂₂ における少なくとも４
枚以上の正レンズの内の２枚の正レンズを両凸形状のレ
ンズとすることが良い。

【００４５】ところで、本発明における第２レンズ群G₂
は、アフォーカル系を構成しているが、完全なるアフォ
ーカル系とする必要はない。具体的には、物体（レチク
ル）上の物体高Ｈが零となる位置（レチクルと投影光学
系の光軸とが交わる位置）を軸上物点として近軸マージ
ナル光線の追跡を行った時に、近軸マージナル光線の傾
角の変化量が最初に小さくなるような最も物体側（レチ
クル側）に近い領域において、近軸マージナル光線の傾
角が零または最も零に近くなるレンズ間隔の箇所を第１
レンズ群G₁と第２レンズ群G₂の境界とし、近軸マージナ
ル光線の傾角の変化量が最後に小さくなるような最も像
側（ウエハ側）に近い領域において、近軸マージナル光
線の傾角が零または最も零に近くなるレンズ間隔の箇所
を第２レンズ群G₂と第３レンズ群G₃の境界とした場合、
この時の第２レンズ群G₂は本発明の意味するアフォーカ
ル系に含まれる。

【００４６】そこで、本発明の意味する第２レンズ群G₂
のアフォーカル系についてより分かり易くするために、
本発明の第１レンズ群G₁〜第３レンズ群G₃との群分けに
ついて図４〜図７を参照しながら説明する。図４及び図
５は近軸マージナル光線の追跡を行った時に、近軸マー
ジナル光線の傾角の変化量が最初に小さくなるような最
も物体側（レチクル側）に近い領域（ａ₁ ，ａ₂ ）にお
ける近軸マージナル光線の光路を定性的に示しており、
図６及び図７は近軸マージナル光線の傾角の変化量が最
後に小さくなるような最も像側（ウエハ側）に近い領域
（ｂ₁ ，ｂ₂ ）における近軸マージナル光線の光路の様
子を定性的に示している。但し、図４〜図７における近
軸マージナル光線の光路中にプロットされた点は、投影
光学系中の各レンズ面での近軸マージナル光線の光軸Ａ
ｘからの通過位置を示している。

【００４７】まず、図４では、投影光学系の各レンズへ
入射する近軸マージナル光線の通過高が最初の極大値と
なる位置もしくはその近傍において、近軸マージナル光
線の傾角の変化量が小さくなる領域ａ₁ が含まれる時の
近軸マージナル光線の様子を示している。この場合に
は、第１レンズ群G₁と第２レンズ群G₂との境界は、その
領域ａ₁ において、近軸マージナル光線の傾角が零また
は最も零に近くなるようなレンズ間隔ｄ_a1の位置とする
のが良い。

【００４８】図５では、投影光学系中の物体側（レチク
ル側）に近い領域において、投影光学系の各レンズへ入
射する近軸マージナル光線の傾角の変化量が最初に小さ
くなるような領域ａ₂ を含んだ状態で近軸マージナル光
線の傾角が増加する傾向にある時の近軸マージナル光線
の様子を示している。この場合には、第１レンズ群G₁と
第２レンズ群G₂との境界は、その領域ａ₂ において、近
軸マージナル光線の傾角が零または最も零に近くなるよ
うなレンズ間隔ｄ_a2の位置とするのが良い。

【００４９】図６では、投影光学系の各レンズへ入射す
る近軸マージナル光線の通過高が最後の極大値となる位
置もしくはその近傍において、近軸マージナル光線の傾
角の変化量が小さくなる領域ｂ₁ が含まれる時の近軸マ
ージナル光線の様子を示している。この場合には、第２
レンズ群G₂と第３レンズ群G₃との境界は、その領域ｂ₁
において、近軸マージナル光線の傾角が零または最も零
に近くなるようなレンズ間隔の位置ｄ_b1とするのが良
い。

【００５０】図７では、投影光学系中の像側（ウエハ
側）に近い領域において、投影光学系の各レンズへ入射
する近軸マージナル光線の傾角の変化量が最後に小さく
なるような領域ｂ₂ を含んだ状態で近軸マージナル光線
の傾角が減少する傾向にある時の近軸マージナル光線の
様子を示している。この場合には、第２レンズ群G₂と第
３レンズ群G₃との境界は、その領域ｂ₂ において、近軸
マージナル光線の傾角が零または最も零に近くなるよう
なレンズ間隔の位置ｄ_b2とするのが良い。

【００５１】以上の第１レンズ群G₁〜第３レンズ群G₃の
レンズ構成に基づいて、第２レンズ群G₂を実質的にアフ
ォーカル系として十分に機能させるには、物体（レチク
ル）上での軸上物点からの近軸マージナル光線が第１レ
ンズ群G₁に入射する時の近軸マージナル光線の入射角を
ｕ₁ 、物体（レチクル）上での軸上物点からの近軸マー
ジナル光線が第２レンズ群G₂に入射する時の近軸マージ
ナル光線の入射角をｕ₂ 、物体（レチクル）上での軸上
物点からの近軸マージナル光線が第２レンズ群G₂を射出
する時の近軸マージナル光線の射出角をｕ₂'、物体（レ
チクル）上での軸上物点からの近軸マージナル光線が第
３レンズ群G₃を射出する時の近軸マージナル光線の射出
角をｕ₃'とするとき、｜ｕ₂ ／ｕ₁ ｜≦０．５・・・・・・・・・・・（ＶＩＩＩ）｜ｕ₂'／ｕ₃'｜≦０．５・・・・・・・・・・・（ＩＸ）を満足することがより望ましい。

【００５２】条件（ＶＩＩＩ）、（ＩＸ）の関係を満足
しないと、画角による収差（像面湾曲、非点収差、コマ
収差及び歪曲収差）と、投影光学系の像側開口数ＮＡに
関する収差（球面収差）とをバランス良く補正すること
が困難となり、本発明が目的とする投影光学系を実現す
ることができない。

【００５３】さらに、第２レンズ群G₂をより十分なるア
フォーカル系として機能させるには、第１レンズ群G₁の
焦点距離をｆ₁ とし、第２レンズ群G₂の焦点距離をｆ
₂ 、第３レンズ群G₃の焦点距離をｆ₃ とするとき、｜ｆ₂ ｜＞ｆ₁ ・・・・・・・・・・・（Ｘ）｜ｆ₂ ｜＞ｆ₃ ・・・・・・・・・・・（ＸＩ）を満足することがさらに好ましい。

【００５４】条件（Ｘ）の関係を満足しないと、第１レ
ンズ群G₁では物体側（レチクル側）をテレセントリック
とすることが困難となり、本発明の目的とする投影光学
系が得られない。

【００５５】また、条件（ＸＩ）の関係から外れて、第
２レンズ群G₂の焦点距離が負となる場合には、第２レン
ズ群G₂を射出する近軸マージナル光線が発散する。この
ため、投影光学系の像側（ウエハ側）での開口数ＮＡが
小さくなり、高解像な投影光学系を実現することが困難
となる。そこで、投影光学系の像側（ウエハ側）での開
口数ＮＡを確保しようとすると、第３レンズ群G₃のレン
ズ径が大きくなり、コンパクト化を図ることが困難とな
る。また、条件（ＸＩ）の関係から外れて、第２レンズ
群G₂の焦点距離が正となる場合には、投影光学系の像側
（ウエハ側）での開口数ＮＡを確保することは可能とな
るものの、投影光学系と像面（ウエハ面）との間の距離
（バックフォーカス）を確保できなくなり好ましくな
い。このため、投影光学系と像面（ウエハ面）との間の
距離（バックフォーカス）を確保しようとすると、第２
レンズ群G₂のレンズ径の大型化を招き、コンパクト化を
図ることができない。

【００５６】なお、第２レンズ群G₂は、物体側（レチク
ル側）より順に、負の屈折力を持つ第１サブレンズ群G
₂₁ 、正の屈折力を持つ第２サブレンズ群G₂₂ 、負の屈
折力を持つ第３サブレンズ群G₂₃ を少なくとも有する構
成とすることが好ましいという事は先に述べた通りであ
るが、図２及び図３に示す如く、負の屈折力を持つ第３
サブレンズ群G₂₃ の像側に、正の屈折力を持つ第４サブ
レンズ群G₂₄ を配置しても良い。これにより、投影光学
系の像側（ウエハ側）での開口数ＮＡを大きくするため
に球面収差の補正に大きく関与する第３レンズ群G₃にお
ける球面収差補正上の負荷を第４サブレンズ群G₂₄ に分
担できるため、バランス良い球面収差の補正が達成でき
る。このとき、第１サブレンズG₂₁ と第２サブレンズ群
G₂₂ とは、逆ガリレオ系もしくはレトロフォーカス系を
構成し、第３サブレンズG₂₃ と第４サブレンズ群G₂₄ と
は、逆ガリレオ系もしくはレトロフォーカス系を構成す
る。これにより、第２レンズ群G₂は、投影光学系のコン
パクト化に寄与する２つの光学系（逆ガリレオ系もしく
はレトロフォーカス系）を有する事になるため、第４サ
ブレンズ群G₂₄ が付加されても投影光学系の大型化を実
質的に招くことはない。

【００５７】なお、第２レンズ群G₂が４つのサブレンズ
群を有する場合においても、上記条件（Ｉ）〜（ＸＩ）
を適用し得る事は勿論であり、さらには、第２レンズ群
中に第４サブレンズ群G₂₄ を配置した場合、球面収差補
正を十分に果たすためには、少なくとも２枚以上の正レ
ンズを含む構成とすることがより好ましい。

【００５８】また、第２レンズ群G₂は、物体側（レチク
ル側）より順に、負の屈折力を持つ第１サブレンズ群G
₂₁ 、正の屈折力を持つ第２サブレンズ群G₂₂ 、負の屈
折力を持つ第３サブレンズ群G₂₃ のみを有する構成とし
た場合には、第２サブレンズ群G₂₂ から射出する光束を
収斂気味にする事によって、第３サブレンズ群G₂₃ から
射出する光束をほぼ平行光束にとする事が可能である。
この場合にも、上記条件（Ｉ）〜（ＸＩ）の適用が可能
である。従って、第２レンズ群G₂を具体的に構成する上
で、第４サブレンズ群G₂₄ のレンズ構成は必須なもので
はない。

【００５９】

【実施例】次に、本発明よる実施例について詳述する。
本実施例における投影光学系は、図８に示す露光装置に
応用したものである。

【００６０】まず、図８について簡単に説明すると、図
示の如く、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が配置さ
れており、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのウ
エハＷが配置されている。レチクルＲはレチクルステー
ジＲＳに保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳに保
持されている。また、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。

【００６１】以上の構成により、照明光学装置ＩＳから
供給される光は、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される。そ
して、投影光学系ＰＬによって、ケーラー照明されたレ
チクルＲのパターン像が、投影光学系ＰＬによりウエハ
Ｗ上に露光（転写）される。

【００６２】本実施例では、照明光学装置ＩＳ内部に配
置される光源として、248nm の露光波長λを持つ光を供
給するエキシマレーザとした時の投影光学系の例を示し
ており、図９〜図１１には本発明による第１〜第３実施
例の投影光学系のレンズ構成図を示している。

【００６３】図９〜図１１に示す如く、各実施例の投影
光学系は、物体側（レチクル側）より順に、正の屈折力
を持つ第１レンズ群G₁と、アフォーカル系で構成される
第２レンズ群G₂と、正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃と
を有し、第２レンズ群G₂は、物体側（レチクル側）より
順に、負の屈折力を持つ第１サブレンズ群G₂₁ と、正の
屈折力を持つ第２サブレンズ群G₂₂ と、負の屈折力を持
つ第３サブレンズ群G₂ ₃ 、正の屈折力を持つ第４サブレ
ンズ群G₂₄ を有し、物体側（レチクル側）及び像側（ウ
エハ側）においてテレセントリックとなっている。

【００６４】まず、図９に示す第１実施例の投影光学系
は、物像間距離（物体面から像面までの距離、またはレ
チクルＲからウエハＷまでの距離）Ｌが1000、像側の開
口数ＮＡが0.56、投影倍率Ｂが１／４、ウエハＷ上での
露光領域の直径が24.4のスペックを有する。

【００６５】第１実施例の具体的なレンズ構成を説明す
ると、図９に示す如く、正の屈折力を持つ第１レンズ群
G₁は、物体側から順に、像側に凸面を向けたメニスカス
形状の正レンズL₁₁ と、両凸形状の正レンズL₁₂ とを有
し、第２レンズ群G₂中の第１サブレンズ群G₂₁ は、物体
側から順に、像側により強い曲率の面を向けたメニスカ
ス形状の負レンズL₂₁₁と、両凹形状の負レンズL₂₁₂と、
像側により強い曲率の面を向けた負レンズL₂₁₃と、物体
側により強い曲率の面を向けた負レンズL₂₁₄とを有す
る。そして、第２レンズ群G₂中の第２サブレンズ群G₂₂
は、物体側から順に、像側により強い曲率の面を向けた
正レンズL₂₂₁と、３枚の両凸形状の正レンズ（L₂₂₂〜L
₂₂₄）と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レ
ンズL₂₂₅とを有し、第２レンズ群G₂中の第３サブレンズ
群G₂₃ は、物体側から順に、像側により強い曲率の面を
向けた負レンズL₂₃₁と、両凹形状の負レンズL₂₃₂と、物
体側により強い曲率の面を向けた負レンズL₂₃₃とを有す
る。第２レンズ群G₂中の第４サブレンズ群G₂₄ は、物体
側から順に、像側に凸面を向けた２枚の正レンズ
（L₂₄₁，L₂₄₂）と、両凸形状の正レンズL₂₄₃とを有し、
第３レンズ群G₃は、物体側から順に、物体側に凸面を向
けた２枚の正レンズ(L₃₁，L₃₂)と、物体側に凸面を向け
たメニスカスレンズ形状の負レンズL₃₃ と、物体側に凸
面を向けた正レンズL₃₄とを有する。

【００６６】次に、図１０に示す第２実施例の投影光学
系は、物像間距離Ｌが1000、像側の開口数ＮＡが0.57、
投影倍率Ｂが１／４、ウエハＷ上での露光領域の直径が
26.0のスペックを有する。

【００６７】第２実施例の具体的なレンズ構成は、図１
０に示す如く、先に述べた図９に示す第１実施例のもの
と基本的に同一である。また、図１１に示す第３実施例
の投影光学系は、物像間距離Ｌが1000、像側の開口数Ｎ
Ａが0.61、投影倍率Ｂが１／４、ウエハＷ上での露光領
域の直径が24.2のスペックを有する。

【００６８】第３実施例の具体的なレンズ構成は、図１
１に示す如く、先に述べた第１及び実施例のものと類似
しているが、第２レンズ群G₂中の第１サブレンズ群G₂₁
のレンズ構成が異なる。すなわち、第１及び第２実施例
では、第１サブレンズ群G₂₁ を４枚の負レンズで構成し
ているが、図１１に示す第３実施例では、第１サブレン
ズ群G₂₁ を３枚の負レンズで構成している。具体的に
は、第３実施例の第１サブレンズ群G₂₁ は、物体側から
順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ
L₂₁₁と、両凹形状の負レンズL₂₁₂と、物体側により強い
曲率の面を向けた負レンズL₂₁₃とを有する。

【００６９】さて、以下において、それぞれ本発明にお
ける各実施例の諸元の値並びに条件対応数値を掲げる。
但し、左端の数字は物体側（レチクル側）からの順序を
表し、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎ
は露光波長λが248nm における溶融石英ＳｉＯ₂ の屈折
率、ｄ₀ は物体（レチクル）から第１レンズ群G₁の最も
物体側（レチクル側）のレンズ面（第１レンズ面）まで
の距離、Ｂは投影光学系の投影倍率、ＮＡは投影光学系
の像側での開口数、Ｆは全系の焦点距離、Ｌは物体面
（レチクル面）から像面（ウエハ面）までの物像間距
離、ｆ₁ は第１レンズ群G₁の焦点距離、ｆ₂ は第２レン
ズ群G₂の焦点距離、ｆ₃ は第３レンズ群G₃の焦点距
離、Ｈは投影光学系の光軸からの物体の最大の高さ（最
大物体高）、ｆ₂₁は第１サブレンズ群G₂₁ の焦点距離、
ｆ₂₂は第２サブレンズ群G₂₂ の焦点距離、ｆ₂₃は第３サ
ブレンズ群G₂₃ の焦点距離、ｕ₁ は物体（レチクル）上
での軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナル光
線が第１レンズ群G₁に入射する時の近軸マージナル光線
の入射角、ｕ₂ は物体（レチクル）上での軸上物点（レ
チクル中心）からの近軸マージナル光線が第２レンズ群
G₂に入射する時の近軸マージナル光線の入射角、ｕ₂'は
物体（レチクル）上での軸上物点（レチクル中心）から
の近軸マージナル光線が第２レンズ群G₂を射出する時の
近軸マージナル光線の射出角、ｕ₃'は物体（レチクル）
上での軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナル
光線が第３レンズ群G₃を射出する時の近軸マージナル光
線の射出角を表している。

【００７０】

【第１実施例】ｄ₀ ＝112.464 、Ｂ＝１／４、ＮＡ＝0.56、｜Ｆ／（Ｂ
・Ｌ）｜＝4.648 、ｄ₀ ／Ｌ＝0.1125、ｆ₃ ／ｆ₁ ＝0.
879 、ｆ₁ ／Ｌ＝0.1880、Ｈ_MAX ／Ｌ＝0.0488、ｆ₂₂／
ｆ₂₁＝1.919 、ｆ₂₃／Ｌ＝0.0433、｜ｕ₂ ／ｕ₁ ｜＝0.
2664、｜ｕ₂'／ｕ₃'｜＝0.1177、｜ｆ₂ ｜／ｆ₁ ＝1.81
3 、｜ｆ₂ ｜／ｆ₃ ＝２．０６１

【００７１】

【第２実施例】ｄ₀ ＝104.463 、Ｂ＝１／４、ＮＡ＝0.57、｜Ｆ／（Ｂ
・Ｌ）｜＝4.173 、ｄ₀ ／Ｌ＝0.1045、ｆ₃ ／ｆ₁ ＝0.
876 、ｆ₁ ／Ｌ＝0.1883、Ｈ_MAX ／Ｌ＝0.0520、ｆ₂₂／
ｆ₂₁＝1.968 、ｆ₂₃／Ｌ＝0.0428、｜ｕ₂ ／ｕ₁ ｜＝0.
3091、｜ｕ₂'／ｕ₃'｜＝0.1226、｜ｆ₂ ｜／ｆ₁ ＝1.70
8 、｜ｆ₂ ｜／ｆ₃ ＝1.949

【００７２】

【第３実施例】ｄ₀ ＝121.885 、Ｂ＝１／４、ＮＡ＝0.61、｜Ｆ／（Ｂ
・Ｌ）｜＝3.404 、ｄ₀ ／Ｌ＝0.1219、ｆ₃ ／ｆ₁ ＝0.
9016、ｆ₁ ／Ｌ＝0.1883、Ｈ_MAX ／Ｌ＝0.0484、ｆ₂₂／
ｆ₂₁＝1.851 、ｆ₂₃／Ｌ＝0.0461、｜ｕ₂ ／ｕ₁ ｜＝0.
2035、｜ｕ₂'／ｕ₃'｜＝0.1114、｜ｆ₂ ｜／ｆ₁ ＝1.97
3 、｜ｆ₂ ｜／ｆ₃ ＝2.188

【００７３】以上の各実施例の諸元の値より、各実施例
のものは、比較的少ないレンズ構成枚数で全長がコンパ
クトであるにもかかわず、比較的広い露光領域と0.55以
上の高い開口数とを確保しながら、物体側（レチクル
側）及び像側（ウェハ側）においてテレセントリックが
達成されている事が理解される。また、図１２、図１
３、図１４はそれぞれ本発明による第１〜第３実施例に
おける諸収差図を示している。

【００７４】ここで、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、また、各非点収
差図中において、点線は子午的像面（メリジオナル像
面）、実線は球欠的像面（サジタル像面）を示してい
る。各収差図の比較より、各実施例とも諸収差がバラン
ス良く補正されながら、0.55以上の高い開口数を持つ高
解像力な投影光学系が達成されていることが理解され
る。特に、歪曲収差は、像全体にわたり限り無く零に近
い状態まで良好に補正されていることが理解される。

【００７５】なお、以上の各実施例では、第２レンズ群
G₂を負・正・負・正の４つのサブレンズ群で構成した例
を示したが、これに限ることなく、第２レンズ群G₂を負
・正・負の３つのサブレンズ群で構成し得ることは言う
までもない。また、以上の各実施例の第２レンズ群G₂の
屈折力は比較的弱い正の屈折力を有しているが、第２レ
ンズ群G₂を零の屈折力、あるいは比較的弱い負の屈折力
で構成しても良いことは勿論である。

【００７６】さらに、以上の各実施例では、投影光学系
を構成する光学材料として単一の硝子材料、即ち全て石
英（ＳｉＯ₂ ）を用いているが、露光光にある半値幅を
持つ場合には、石英（ＳｉＯ₂ ）と蛍石（ＣａＦ₂ ）と
を組み合わせて、色収差を補正することが可能であり、
さらには、その他の紫外域の光を通過させる光学材料を
組み合わせて色収差を補正することも可能である。

【００７７】また、各実施例では、248nm の光を供給す
るエキシマレーザを光源として用いた例を示したがこれ
に限ることなく、ｇ線（436nm)，ｉ線（365nm)の光を供
給する水銀アークランプや、193nm の光を供給するエキ
シマレーザ、さらにはそれ以外の紫外領域の光を供給す
る光源を用いたものにも応用し得ることは言うまでもな
い。また、投影光学系を構成する１部のレンズの代わり
に反射鏡等の反射部材を用いることも可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、コンパ
クトであるにもかかわず、比較的広い露光領域を確保し
ながら、諸収差がバランス良く補正され、しかも高い開
口数を持つ高解像力な投影光学系が達成できる。これに
より、高性能な投影露光装置を実現することが可能とな
る。

【００７９】また、投影光学系の入射瞳位置を物体面
（レチクル面）より遠くに、また射出瞳位置も像面（ウ
エハ面）から遠くにする、所謂両側テレセントリックな
光学系が実現できるため、物体面や像面でのそりによる
像歪の問題を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の両側テレセントリックな投影光学系を
示す概念図である。

【図２】本発明の投影光学系の基本構成を示す図であ
る。

【図３】図２の構成によって諸収差がバランス良く補正
される様子を示すための図である。

【図４】軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナ
ル光線の傾角の変化量が最初に小さくなるような最も物
体側（レチクル側）に近い領域において、近軸マージナ
ル光線のレンズ面通過高さが極大値を示す時の近軸マー
ジナル光線の光路の様子を定性的に示す図である。

【図５】軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナ
ル光線の傾角の変化量が最初に小さくなるような最も物
体側（レチクル側）に近い領域において、近軸マージナ
ル光線の傾角が増加する傾向にある時の近軸マージナル
光線の光路の様子を定性的に示す図である。

【図６】軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナ
ル光線の傾角の変化量が最後の小さくなるような最も像
側（ウエハ側）に近い領域において、近軸マージナル光
線のレンズ面通過高さが極大値を示す時の近軸マージナ
ル光線の光路の様子を定性的に示す図である。

【図７】軸上物点（レチクル中心）からの近軸マージナ
ル光線の傾角の変化量が最初に小さくなるような最も像
側（ウエハ側）に近い領域において、近軸マージナル光
線の傾角が減少する傾向にある時の近軸マージナル光線
の光路の様子を定性的に示す図である。

【図８】本発明による投影光学系を露光装置に応用した
時の露光装置の概略的構成を示す図である。

【図９】本発明による第１実施例のレンズ構成図を示す
図である。

【図１０】は本発明による第２実施例のレンズ構成図を
示す図である。

【図１１】は本発明による第３実施例のレンズ構成図を
示す図である。

【図１２】は本発明による第１実施例の諸収差の様子を
示す諸収差図である。

【図１３】は本発明による第２実施例の諸収差の様子を
示す諸収差図である。

【図１４】は本発明による第３実施例の諸収差の様子を
示す諸収差図である。

【符号の説明】

Ｇ₁ ・・・・・・・・・第１レンズ群Ｇ₂ ・・・・・・・・・第２レンズ群Ｇ₃ ・・・・・・・・・第３レンズ群Ｇ₂₁・・・・・・・・・第１サブレンズ群Ｇ₂₂・・・・・・・・・第２サブレンズ群Ｇ₂₃・・・・・・・・・第３サブレンズ群Ｇ₂₄・・・・・・・・・第４サブレンズ群

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年２月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】投影光学系及び投影露光装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027 (72)発明者ロメオアイ．メルカドアメリカ合衆国．カリフォルニア，フレモント，マウンテンドライヴ 2977

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物体の像を所定の縮小倍率のもとで第
２物体に投影する投影光学系において、前記投影光学系は、前記第１物体側より順に、正の屈折
力を持つ第１レンズ群G₁と、アフォーカル系で構成され
る第２レンズ群G₂と、正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃
とを有し、全系の焦点距離をＦとし、前記投影光学系の投影倍率を
Ｂ、前記第１物体と前記第２物体との間の距離をＬ、前
記第１物体から前記第１レンズ群G₁の最も第１物体側の
レンズ面までの距離をｄ₀ 、前記第１レンズ群G₁の焦点
距離をｆ₁ 、前記第３レンズ群G₃の焦点距離をｆ₃ 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。（Ｉ）１．８≦｜Ｆ／（Ｂ・Ｌ）｜（ＩＩ）ｄ₀ ／Ｌ≦０．２（ＩＩＩ）０．８０≦ｆ₃ ／ｆ₁ ≦１．５
【請求項２】前記第１物体と前記第２物体との間の距離
Ｌに対する前記第１レンズ群G₁の焦点距離ｆ₁ の比率を
以下の条件を満足するように構成することを特徴とする
請求項１記載の投影光学系。（ＩＶ）０．０５≦ｆ₁ ／Ｌ≦０．３