JP2008122995A - 反射屈折投影対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＡ＞１の開口数で液浸リソグラフィを可能にする値に達することができる非常に高い像側開口数の可能性を有する真空紫外（ＶＵＶ）領域で使用するのに適する反射屈折投影対物レンズを提供する。
【解決手段】 投影対物レンズの物体面に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズにおいて、物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像する第１対物レンズ部と、第１中間像を第２中間像に結像する第２対物レンズ部と、第２中間像を像面上に結像する第３対物レンズ部とを有する。
投影対物レンズが、正確に２つの鏡と正確に２つの中間像を有し、投影対物レンズが、ひとみの不明瞭がない明瞭形である。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体面上に配置されたパターンを像面上に結像するための反射屈折投影対物レンズに関する。

この種類の投影対物レンズは、半導体デバイス及び他の種類のマイクロデバイスの作製に使用される投影露光系、特にウェハスキャナ又はウェハステップに用いられて、以下に総称的に「マスク」又は「レチクル」と呼ぶフォトマスク又はレチクル上のパターンを、感光性コーティングを有する物体上に超高解像度で縮小して投影する働きをする。

より微細な構造体を生成するために、使用する投影対物レンズの像側端部の開口数（ＮＡ）の増加、及びより短い波長、好ましくは波長が約２６０ｎｍ未満の紫外線の使用の両方が求められている。

しかし、必要な光学素子の作製に入手可能である波長領域で十分に透明である材料、特に合成石英ガラス及び結晶フッ化物は非常に少ない。入手可能であるこれらの材料のアッベ数は互いにかなり接近しているので、十分にうまく色補正された（色収差が補正された）純粋屈折系を設けることが困難である。

上記問題を鑑みて、屈折及び反射素子、すなわち特にレンズ及び鏡を組み合わせた反射屈折系は、主に上記種類の高解像度投影対物レンズの構成に使用される。

必要な材料が高価であること、及び大型レンズの作製に十分な大きさの結晶フッ化カルシウムの入手が限定的であることは、特に非常に大きい開口数ＮＡ、たとえばＮＡ＝０．８０以上に対して１５７ｎｍのマイクロリソグラフィの分野では問題になる。したがって、用いられるレンズの数及び大きさを減少させることができると同時に、結像忠実度の維持、さらには向上に資する方策が望まれる。

良好な色補正とともに中程度のレンズ量であるという要件をシステムに与えるために、少なくとも２つの凹面鏡を有する反射屈折投影対物レンズが提案されてきた。米国特許第６，６００，６０８Ｂ１号は、投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを第１中間像に結像する第１純粋屈折対物レンズ部と、第１中間像を第２中間像に結像する第２対物レンズ部と、第２中間像を直接的に、すなわちさらなる中間像を介さないで、像面上に結像する第３対物レンズ部とを有する反射屈折投影対物レンズを開示している。第２対物レンズ部は、中央穴を有する第１凹面鏡及び中央穴を有する第２凹面鏡を備えた反射屈折対物レンズ部であって、凹面鏡の鏡面は互いに向き合って、その間に鏡間空間又は反射屈折キャビティを画定している。第１中間像は、物体面に隣接した凹面鏡の中央穴内に形成される一方、第２中間像は、物体面に隣接した凹面鏡の中央穴内に形成される。対物レンズは、軸方向対称性を有し、軸方向及び横方向に良好な色補正を与える。しかしながら、凹面鏡の反射面は穴で中断されているので、光学系のひとみは不明瞭である。

欧州特許第ＥＰ１０６９４４８Ｂ１号は、互いに向き合う２つの凹面鏡を有する別の反射屈折投影対物レンズを開示している。凹面鏡は、凹面鏡の近傍に位置する中間像上に物体を結像する第１反射屈折対物レンズ部の一部である。これが唯一の中間像であって、それは、第２純粋屈折対物レンズ部によって像面に結像される。物体は、反射屈折結像系の像とともに、互いに向き合う鏡によって画定される鏡間空間の外に位置する。２つの凹面鏡、共通の直線状の光軸、及び反射屈折結像系によって形成されて凹面鏡の１つのそばに位置する１つの中間像を有する同様な光学系が、日本特開２００２−２０８５５１Ａ号及び米国特許出願第２００２／００２４１Ａ１号に開示されている。

欧州特許出願第１３３６８８７号（ＵＳ２００４／０１３０８０６Ａ１号に対応）は、単一の共通の直線状光軸を有するとともに、第１中間像を形成する第１反射屈折対物レンズ部、第１中間像から第２中間像を形成する第２反射屈折対物レンズ部、及び第２中間像から像を形成する屈折型の第３対物レンズ部をその順序で有する。各反射屈折系は、互いに向き合う２つの凹面鏡を有する。中間像は、凹面鏡によって画定される鏡間空間の外に位置する。凹面鏡は、光学的にひとみ面の近傍で、投影対物レンズの中間像よりひとみ面に近い位置にある。

SPIE 5377.65会報（２００４年）「光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ」にB.W. Smithによって紹介された、Ｔ．松山、Ｔ．石山及びＹ．大村による論文「Nikon Projection Lens Update（ニコン投影レンズ最新情報）」には、従来型ジオプトリックＤＵＶ系と、ＤＵＶ系のレンズ群の間に挿入された６鏡ＥＵＶカトプトリック系との組み合わせである反射屈折投影レンズの設計例が示されている。第１中間像が、凸面鏡の上流側のカトプトリック（純粋反射型）群の第３鏡の後方に形成される。第２中間像は、純粋反射型（カトプトリック）第２対物レンズ部によって形成される。第３対物レンズ部は、純粋屈折型であり、ペッツバール和補正のために第３対物レンズ部内の最小ビーム直径のウエスト部分での負の屈折力を特徴とする。

日本特開２００３−１１４３８７Ａ号及び国際特許出願第０１／５５７６７Ａ号は、単一の共通の直線状光軸、中間像を形成する第１反射屈折対物レンズ部、及び中間像を本光学系の像面上に結像する第２反射屈折対物レンズ部を有する反射屈折投影対物レンズを開示している。凹面鏡及び凸面鏡が組み合わせて使用されている。

本出願人によって２００３年１０月１７日に出願された米国特許仮出願第６０／５１１，６７３号は、非常に高いＮＡを有し、ＮＡ＞１で液浸リソグラフィに適する反射屈折投影対物レンズを開示している。好適な実施形態では、正確に３つの中間像が形成される。交差形の実施形態は、物体から第１中間像を形成する第１屈折型対物レンズ部と、第１物体から第２中間像を形成する第２反射屈折対物レンズ部と、第２中間像から第３中間像を形成する第３反射屈折対物レンズ部と、第３中間像を像面上に結像する第４屈折型対物レンズ部とを有する。反射屈折対物レンズ部の各々は、１つの凹面鏡を有し、折り曲げ平面鏡がそれに伴っている。凹面鏡は、凹面鏡面が互いに向き合っている。折り曲げ鏡は、中間に、すなわち凹面鏡によって画定される鏡間空間内に配置される。凹面鏡は同軸的でよく、反射屈折部の光軸は、屈折結像系内に画定される光軸に対して垂直でも、傾斜してもよい。

上記書類の開示内容はすべて、参照によって本出願に援用される。

SPIE第２３７号（１９８０年）２９２〜２９８ページのD. DeJagerによる論文「Camera view finder using tilted concave mirror erecting elements（傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダー）」は、１：１伸縮正立リレー系の素子として２つの凹面鏡を有するカメラビューファインダーを開示している。この光学系は、無限遠にある物体を実像に結像するように構成され、その実像は正立して、接眼レンズを介して見ることができる。カトプトリックリレー系の上流側及び下流側の光学系屈折部の個々の光軸は、互いに平行に外れている。互いに向き合う凹面鏡を有する光学系を形成するために、鏡を傾斜させなければならない。その著者は、このタイプの物理的に実現可能な光学系では像品質が低いと結論付けている。

国際特許出願第９２／０５４６２号及び第ＷＯ９４／０６０４７号及びOSA/SPIE会報（１９９４年）３８９ページ以降の論文「Innovative Wide-Field Binocular Design（革新的広視野双眼鏡構造）」は特に、単一の折り曲げられない光軸を有するインライン光学系として構成された双眼鏡及び他のビューイング器具用の反射屈折光学系を開示している。一部の実施形態は、光軸の一方側に配置された物体側鏡面を有する第１凹面鏡と、光軸の反対側に配置されて第１鏡と向き合う鏡面を有する第２凹面鏡とを有し、それにより、凹面鏡の面の湾曲が鏡間空間を画定する。前方屈折レンズ群が、第１鏡付近に第１中間像を形成し、第２中間像が、２つの向き合った鏡によって形成された空間の外に形成される。垂直方向より水平方向に大きい狭視野が、光軸から外して配置される。物体側屈折レンズ群はコリメートされた入力を有し、像側屈折レンズ群はコリメートされた出力を有し、テレセントリックから遠くに入射及び射出ひとみが形成される。ひとみの形状は、リソグラフィ投影レンズの場合の、円形であって光軸上に中心がなければならないひとみ面と異なり、半円形である。

ＰＣＴ出願第０１／０４６８２Ａ１号は、マンジャンミラーとして構成された１つの凹面鏡を有するウェハ検査用の反射屈折ＵＶ結像系を開示している。
米国特許第６，６００，６０８Ｂ１号 欧州特許第ＥＰ１０６９４４８Ｂ１号 特開２００２−２０８５５１Ａ 米国特許出願第２００２／００２４１Ａ１号 欧州特許出願第１３３６８８７号 ＵＳ２００４／０１３０８０６Ａ１号 特開２００３−１１４３８７Ａ 国際特許出願第０１／５５７６７Ａ号 米国特許仮出願第６０／５１１，６７３号 国際特許出願第９２／０５４６２号 第ＷＯ９４／０６０４７号 ＰＣＴ出願第０１／０４６８２Ａ１号 SPIE 5377.65会報（２００４年）「光学マイクロリソグラフィＸＶＩＩ」にB.W. Smithによって紹介された、Ｔ．松山、Ｔ．石山及びＹ．大村による論文「Nikon Projection Lens Update（ニコン投影レンズ最新情報）」 SPIE第２３７号（１９８０年）２９２〜２９８ページのD. DeJagerによる論文「Camera view finder using tilted concave mirror erecting elements（傾斜凹面鏡正立素子を使用したカメラビューファインダー）」 OSA/SPIE会報（１９９４年）３８９ページ以降の論文「Innovative Wide-Field Binocular Design（革新的広視野双眼鏡構造）」

本発明の１つの目的は、ＮＡ＞１の開口数で液浸リソグラフィを可能にする値に達することができる非常に高い像側開口数の可能性を有する真空紫外（ＶＵＶ）領域で使用するのに適する反射屈折投影対物レンズを提供することである。本発明の別の目的は、比較的少量の光学材料で作製されることができる反射屈折投影対物レンズを提供することである。

上記及び他の目的の解決策として、本発明は、１つの態様によれば、投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための反射屈折投影対物レンズであって、
物体面上に設けられたパターンを第１中間像に結像する第１対物レンズ部、
第１中間像を第２中間像に結像する第２対物レンズ部、及び
第２中間像を像面上に結像する第３対物レンズ部、
を備え、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡面を有する少なくとも１つの第２凹面鏡とが、第２中間像の上流側に配置され、ひとみ面が、物体面と第１中間像との間、第１及び第２中間像の間、及び第２中間像と像面との間に形成され、かつすべての凹面鏡がひとみ面から光学的に離して配置される、反射屈折投影対物レンズを提供する。

本発明のこの態様による構造では、光軸に中心を置いた円形ひとみを軸対称光学系内に設けることができる。第２中間像の形成に資する光学系部内に２つ以上の凹面鏡が設けられており、凹面鏡の使用部分は、軸対称照明から相当にずれている。好適な実施形態では、正確に２つの凹面鏡が設けられ、優れた結像品質及び非常に高い開口数を得るのに十分である。単一の共通の折り曲げられない（直線状の）光軸を有し、製造、調節及びフォトリソグラフィ露光系への組み込みが容易である光学系を提供することができる。折り曲げ平面鏡はまったく必要ない。しかしながら、よりコンパクトな構造にするために、１つ又は複数の折り曲げ平面鏡を用いることもできる。

すべての凹面鏡は、ひとみ面から「光学的に離して」配置され、そのことは、それらがひとみ面の光学的近傍外に配置されることを意味する。それらは、ひとみ面より視野面に光学的により近づけて配置されるであろう。ひとみ面から光学的に離れた（すなわち、ひとみ面の光学的近傍外の）好適な位置は、主光線の高さをｈ_Ｃ、結像プロセスの周縁光線の高さをｈ_Ｍとして、光線高さ比Ｈ＝ｈ_Ｃ／ｈ_Ｍ＞１で特徴付けられるであろう。周縁光線高さｈ_Ｍは、（光軸に最も近い）内側視野点から開口絞りの縁部まで進む周縁光線の高さである一方、主光線高さｈ_Ｃは、（光軸から最も遠く離れた）最外側視野点から光軸に対して平行に、又は小さい角度をなして進んで、開口絞りが位置することができるひとみ面位置で光軸と交差する主光線の高さである。言い換えると、すべての凹面鏡は、主光線高さが周縁光線高さを超える位置にある。

ひとみ面から「光学的に離れた」位置は、光ビームの断面形状が、ひとみ面上又はそのすぐ近くに見られる円形から大きくずれている位置である。ここで使用する「光ビーム」という表現は、物体面から像面まで進むすべての光線の束のことである。ひとみ面から光学的に離れた鏡位置は、光ビームの伝播方向に直交する相互に垂直な方向の光ビームのビーム直径が、互いから５０％より多く、又は１００％ずれる位置として定義されるであろう。言い換えると、凹面鏡上の被照明部分は、円から大きくずれた、ウェハスキャナ用のリソグラフィ投影対物レンズにおける好適な視野形状に対応する高アスペクト比の矩形に似た形状を有するであろう。したがって、一方向が他方向より相当に小さいコンパクトな矩形、又はほぼ矩形の小さい凹面鏡を使用してもよい。したがって、高開口の光ビームは、鏡縁部で口径食を生じることなく、光学系全体を案内されることができる。

「上流側」又は「下流側」という表現が本明細書に使用される場合はいつも、これらの表現は、投影対物レンズの物体面から像面まで進む光ビームの光路に沿った相対位置を表す。したがって、第２中間像の上流側の位置は、光学的に物体面と第２中間像との間の位置である。

本発明の別の態様によれば、投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための反射屈折投影対物レンズであって、
物体面上に設けられたパターンを第１中間像に結像する第１対物レンズ部、
第１中間像を第２中間像に結像する第２対物レンズ部、及び
第２中間像を像面上に結像する第３対物レンズ部、
を備え、第２対物レンズ部は、第１連続鏡面を有する第１凹面鏡と、第２連続鏡面を有する第２凹面鏡とを含み、凹面鏡の凹面鏡面は互いに向き合って、鏡間空間を画定しており、
少なくとも第１中間像が、幾何学的に第１凹面鏡及び第２凹面鏡の間の鏡間空間内に位置する、反射屈折投影対物レンズが提供される。

本明細書では、「中間像」という表現は一般的に、完全な光学系によって形成され、物体面に対して光学的に共役の平面上に位置する「近軸中間像」を言う。したがって、中間像の場所又は位置について言及するときはいつも、物体面に対して光学的に共役であるこの平面の軸方向位置のことである。

本発明の上記態様は、以下の包括的考察に基づいてより明らかに理解されるであろう。

Jan Hooglandが幾つかの出版物で指摘しているように、光学的構造において求めることができる最も困難な要求は、特にそれが全屈折構造である場合、それが平面像を有することである。平面像を設けるには逆のレンズの屈折力が必要であり、それは、より強力なレンズ、より長い光学系長さ、より多い光学系ガラス量、及びより強いレンズ曲線から生じるより大きい高次像収差を招く。

これとは逆に、光学系が湾曲像を有することができることは、低いレンズ屈折力、より弱い湾曲、よりコンパクトな構造に自動的につながり、ガラスの量が大幅に減少し、高次像収差が大幅に小さくなる。

Shaferは、（非球面を持たないで）正レンズだけを使用する湾曲像を有するレンズ構造を示しており、非常に良好な性能を有する。前側の４又は５個の弱い正レンズ群は、球面収差及びコマの補正を行うことができ、厚い正の液浸レンズは非点収差補正を行うことができる。像は大きく湾曲する。

しかしながら、リソグラフィには平面像が必須である。したがって、その場合の問題は、湾曲像が許容されるときに生じる良好な特性の妨害を最小限に抑えながらこれをいかに与えるかになる。

クックトリプレットやダブルガウス構造のような一部の従来型レンズは、構造の中央に強い負屈折力を置くことによって平面像を達成する。しかし、それは、湾曲像を有することで列挙された利益のすべてを完全に破壊し、レンズ屈折力が強力でなければならず、湾曲は高次収差を悪くする。

強い負レンズを像の直前に置き、それが近いほどよい従来型視野平坦化ペッツバールレンズ構造により、はるかに良好な解決策が提供される。この場合、構造のまさに最後のこの負レンズが、構造の像平坦化手段のすべてを与え、構造の残り部分は、弱い湾曲、低いレンズ屈折力、少ないガラス量などを有する。また、収差補正性能が非常に高い。それが、１９６０年代の超高解像空中偵察レンズ用にこの構造形式が使用された理由である。

しかしながら、強い負のレンズを像の直線に置くと、射出ひとみ位置がテレセントリックから非常に遠く離れることになるので、この優れた構造をリソグラフィに使用することができない。また、リソグラフィでは、テレセントリック射出ひとみが常に必要である。

おそらくは、視野平坦化ペッツバールレンズにテレセントリック射出ひとみを設ける唯一の方法は、開口絞りを構造の前方から極めて遠くに移動させ、良好な高次収差補正に望ましい位置から遠く離すことである。反対に、ダブルガウスのような一部の他の構造形式は、開口絞り位置をその好適な場所と比べて大して変化させないで、テレセントリック射出ひとみを有するように修正されることができる。そのように、リソグラフィでのこのテレセントリック射出ひとみ要件のために、最良の構造形式をあきらめて、望ましさが低いものに変えることが強要される。

本発明は、上記態様を考慮して、良好な妥協解決策を提供する。

像を平坦化し、テレセントリック射出ひとみを有し、さらに開口絞りを良好な収差補正に最も望ましい位置の近くに保持するための何らかの方法を見つけることができれば、湾曲像構造の多くの利益のすべてを維持することができる。

正屈折力レンズに、それが実際に有するものと逆のペッツバール湾曲を与えることができれば、完全であろう。そのような「マジックレンズ」は、もし存在するとすれば、湾曲像構造の湾曲像のすぐ近くに配置されることができるであろう。その場合、それは像を平坦化し、さらには設計上の開口絞りを所望される位置に置いたまま、テレセントリック射出ひとみを与えることを助けさえするであろう。

この問題には凹面鏡が理想的である。凹面鏡は、正レンズのように正の屈折力を有するが、ペッツバール湾曲の逆符号を有する。そのため、像の直前に置かれた凹面鏡は、湾曲像レンズ構造の像を平坦化することができ、テレセントリックひとみを与えるのを助ける正屈折力を有し、また色の問題が全くない。

残念ながら、それはまた、光を進んできた方向にそのまま戻して送るので、結果的に生じた像にまったくアクセスできなくする。１つの解決策は、レンズ系を大きく軸から外して使用することであり、その場合、１つ又は２つの反射を像のすぐ近くに有し、最終像が鏡から「歩き去り」、完全に入射光線外に位置することが可能であろう。しかし、短時間の研究からでも、これが構造の高ＮＡ端部では実現不可能であるか、主レンズ系（すなわち、像側集束レンズ系）を大きく軸から外して使用することになり、そのため、それの性能が非常に低くなってしまうことがわかる。

リソグラフィ構造の、たとえば約４Ｘ倍率の他端部では、状況がはるかに良好である。その場合、低ＮＡ像を鏡対から「歩き去らせる」ことができる前に、主屈折構造を同様に軸から外して使用する必要がない。１つではなく２つの凹面鏡を使用することにより、光は同一方向に進み続け、像にアクセスすることができる。軸から最小量を外した使用状態で主レンズ系を使用するとき、最良の性能結果が生じる。しかし、大きく軸から外れた主レンズ系を使用することにより、光線が口径食を伴わないで凹面鏡対を通ることが助けられる。そのため、これらは両立しない目的なのである。

口径食の問題を最小限に抑え、かつすべての開口数にわたってそれらが光学系に影響を与えないようにするために、低ＮＡの中間像を、反射の前後の２つの光線束が幾何学的に分離しているが、互いに隣接しているすべての位置に隣接させることが好ましい。この時、隙間は主に視野寸法によって決定され、開口数による変倍は非常に不完全に過ぎない。このことは、実際の高ＮＡ反射屈折構造に達するのに重要である。

最良の解決策は、２つの鏡を主レンズ系とその低ＮＡ物体側端部との間に設けないことである。それにより、鏡の口径食を生じないために、主レンズを軸から大幅に外して使用することが避けられる。鏡は、物理的に（必ずしも光学的ではない）低ＮＡ物体の各側に位置しなければならない。その場合、主レンズ系を光軸にはるかに近づけて使用することができる。好適度が低い解決策は、両方の鏡を主光学系及びその低ＮＡ端部物体の外に置くことである。最後に記載した２つのいずれの場合も、低ＮＡ物体が完全な光学系の端部ではなくなるので、それを再結像する必要がある。

物体を第１実中間像に再結像する間、この第１リレー系の光学系倍率は、それが拡大光学系であるように設計されることができる。これにより、中間像でのＮＡがますます減少し、したがって、口径食問題が緩和される。口径食が光学系ＮＡに依存する度合いがますます小さくなる。

好適な構造では、主レンズ系の低ＮＡ物体面の（やはり光学的ではなく物理的に）各側に、２つの凹面鏡が存在し、光学系は、鏡口径食を伴わないで、軸にできる限り近づけて使用される。この場合、たとえば約１Ｘ又は１．５Ｘの拡大で動作する別の屈折系又は反射屈折系のいずれかを使用して、この潜在物体を別の実像位置に取り次ぐことができる。

両方の鏡が物理的及び光学的に低ＮＡ物体の外にある別の解決策は、まさにこれらの同じ２つの鏡が再結像を行う可能性を与える。しかし、非常に大きい作動距離及び厚い鏡基板が必要であることから、軸から大きく外れた主光学系を使用する必要がある口径食問題を伴わないが、これは実際的ではない。そのため、この別の解決策も、個別の１Ｘ又は１．５Ｘ拡大屈折又は反射屈折リレー系を使用することから利益を得る。

これらの場合はすべて、１つ又は２つの屈折系の像を平坦化するために、１対の凹面鏡を使用する。凸面鏡はまったく使用されない。その場合、屈折系は、湾曲像構造について記載した利益を有することができる。

本発明の好適な実施形態による、共に凹状の２つの反射面だけを有する構造には、従来技術と比べて幾つかの利点がある。

中央ひとみが不明瞭である従来型光学系と比べて、本発明の幾つかの実施形態による構造では、鏡の寸法が小さく、不明瞭部分がまったくなく、二回又は三回透過レンズがなく、強い鏡出力のために光学系の視野平坦化が非常に効果的である。他の実施形態では、二回又は三回透過レンズが存在してもよい。

好ましくは２つの屈折リレー群を有する本発明による実施形態は、ウェハに近い屈折レンズ群、すなわち第３対物レンズ部から約３Ｘ又は４Ｘの縮小倍率を有し（そのため、一端部で高ＮＡであるだけ）、他方の屈折群（第１対物レンズ部）は両端部で低ＮＡである。その結果、必要なレンズ屈折力がはるかに小さく、また所望の収差補正を得るために必要な素子が比較的少ない。

一部の従来型光学系は限定ＮＡ光学系であることがわかっている。反対に、本発明による好適な構造は、そのような困難を伴わず、液浸光学系用の、ＮＡ＝１に近いか、それを超える非常に高いＮＡ値を処理することができる。好ましくは、２つの中間像は両方とも低ＮＡ値を有し、鏡がその縁で互いの空間に干渉する問題がない。

本発明による一部の有用な構造を軸色に関して補正することが困難であることに注意されたい。しかしながら、好適な実施形態のレンズは非常に小さく、それらの屈折力は非常に弱く、そのため新しい構造の軸色は許容可能な値である。

リソグラフィ用の他の従来型高ＮＡ反射屈折系は、構造内に少なくとも１つの凸面鏡を必要とするか、又は多数の鏡を有して非常に長いトラック長構造を与えがちである。凹面鏡及び幾つかのレンズと組み合わせて凸面鏡を使用することは、反射屈折構造の基本であることができ、口径食を避けるには大きすぎる軸外し状態で使用する必要がない明瞭な構造を有することができるようにする。これは、折り曲げ平面鏡を有していないインライン光学系である幾つかの従来特許構造の特徴である。反射屈折部は、光学系のレチクル端部上にある。そのような構造には少なくとも２つの問題がある。１つは、口径食を伴わないで凹面鏡の縁部を除くために、レチクルの後の第１中間像が凹面鏡を除かなければならず、凸面鏡から出た光線が光軸に対してかなり鋭角になりやすいことである。その場合、これらの光線を捕捉して、それらを折り曲げて光軸及び主集束レンズ群の方に戻すために、幾つかの視野レンズ又は視野鏡が必要である。これらの視野レンズ又は鏡は、光線を捕捉してひとみを主収束レンズ群の方に再結像するために、非常に大きく、かつ屈折力が強くなければならない。それらが視野レンズである場合、それらは大径で、強い正屈折力を有し、結果的に構造のガラス量が過大になる。加えて、それらは多くの正屈折力を有し、光学系のペッツバール湾曲の補正をさらに困難にする。代わりに視野鏡を使用する場合、それらが非常に大径でなければならず、光線の口径食を避けるようにそれらを構成することが困難である。しかしながら、それらは、視野レンズと逆の符号を有するので、ペッツバール補正を確かに助ける。これらの種類の光学系に係わる第２問題は、光学系内の凸面鏡が像の平坦化を助けるためにペッツバール湾曲の間違った符号を有することである。これにより、光学系にほとんどの凹面鏡から十分に良好なペッツバール補正を与え、それにより、この負担が完全に主集束レンズ群にかかることがないようにするための方法を幾つかの鏡で見つけるために、４又は６鏡光学系になりがちである。

反対に、本発明の好適な実施形態は、凸面鏡をまったく有しておらず、不明瞭さ又は口径食を伴うことなく光軸に極めて接近して動作できるようにする幾つかの特徴を有する。そしてこれは、中間像の寸法がさほど大きくなく、構造内の視野レンズを過大にする必要がないことを意味する。凸面鏡がなく、２つの凹面鏡だけであるので、新規な構造は、従来技術の多重鏡光学系と比べて非常に単純である。それの２つの凹面鏡は、光学系内の、ほとんどすべてが正でよいレンズに対してまさに適正量のペッツバール補正を与えることができ、このように得られた構造は、比較的短いトラック長、小型の素子、少ないガラス量、非常に良好な収差補正、及び超高浸漬ＮＡ値での動作能力を有する。

本発明による新規な構造に特有の他の特に有用な特徴がある。この構造のＮＡ値が高いので、それは鏡の寸法に、あるいはその構造が光軸にいかに接近して動作することができるかにほとんど関係がない。従来技術によるすべての他のインライン構造では、口径食及び不明瞭さを避けるために、ＮＡの増加に伴って、動作を軸からますます離しておくことが必要である。これにより、高次収差が悪化し、性能が低下し、反射屈折部内の素子の寸法が大きくなる。新規な構造は、その問題を伴わない点で、非常に珍しい。

１つの共通の直線状の光軸を有する実施形態の代替例が、少なくとも１つの折り曲げ平面鏡を有する反射屈折構造によって与えられる。その場合、光路の一部が、たとえば光軸に対して９０度に折り曲げられ、それから戻され、再び折り曲げて戻され、それにより、レチクル及びウェハは平行である。入射及び射出軸（すなわち、光軸の物体側及び像側部分）は、一部の実施形態では同軸的でよく、あるいは別の実施形態では横方向に食い違ってもよい。

そのような構造は、光学系内にまさに１つの動力付き鏡を有することができ、これは凹面鏡と、２つの折り曲げ平面鏡である。本出願人によって２００３年１０月１７日に出願された米国特許仮出願第６０／５１１，６７３号に開示されている構造のような幾つかの構造は、２つの凹面鏡と２つの平面折り曲げ鏡とを有する。これらの折り曲げ構造は、ここで説明している本発明による新規な構造の良好な特性の多くを有することができる。しかしながら、これらの折り曲げ鏡では偏光の問題が発生する可能性があり、そのため、折り曲げ鏡を有しない好適な実施形態が非常に魅力的になる。

一部の実施形態では、鏡間空間内に配置された、自由入射面及び自由射出面を有する少なくとも１つのレンズがあり、中間像と凹面鏡との間、又はその逆の光路でレンズを少なくとも２回透過する。そのような鏡関連レンズは、負の屈折力を有することができ、それを割り当てられている凹面鏡に似た湾曲方向を有するメニスカスレンズとして構成されるであろう。色補正は、このように正の影響を受けることができる。レンズは、光軸の、対応する凹面鏡が位置する側だけに配置された切頭レンズとして構成されてもよい。鏡関連レンズが光軸を横切って延在する場合、レンズを放射光が３回透過し、そのため、レンズの量を大して増加させることなく、光学効果が増加する。一方又は両方の凹面鏡が、鏡関連レンズを有してもよい。

一部の実施形態では、第１凹面鏡及び第２凹面鏡は、実質的に同一又は正確に同一の湾曲を有するように構成される。これにより、凹面鏡を同一のブランク材料から同時に製造することができ、そのため、最初に第１及び第２凹面鏡用の鏡ブランクを製造し、その後、鏡ブランクを、第１及び第２凹面鏡として使用される２つの切頭鏡に分離する。これにより、製造を容易にすると共に、コスト効率を向上させることができる。同様に、２つの同様な切頭鏡関連レンズに使用されるレンズ材料を１つのレンズブランクから製造することができ、最初に形作り、次に２つの切頭レンズに分離する。このように、同一に、又はほぼ同一に構成され、互いに関して対称的に配置されることができる反射屈折サブ群を有する光学系を妥当な製造コストで設けることが可能である。

一部の実施形態では、凹面鏡の少なくとも１つの鏡面が非球面である。一部の実施形態では、両方の凹面鏡の凹面が非球面である。非球面の凹面鏡は、光学補正を容易にし、かつレンズの量を減少させることができる。

一部の実施形態では、中間像と対応の凹面鏡との間に少なくとも１つのレンズを配置し、そのレンズの少なくとも一方の面が非球面であることが有益であるとわかっている。非球面は、中間像に面する表面でよい。これにより、視野収差を効果的に補正することができる。

一部の実施形態では、両方の凹面鏡が球形鏡面を有し、したがって、製造が容易でありかつ光学性能が向上する。１＜Ｄ／（｜ｃ_１｜＋｜ｃ_２｜）・１０^−４＜６の条件が満たされることが有益であることがわかっている。ここで、Ｄが第３対物レンズ部のレンズ素子の最大直径（単位はｍｍ）、ｃ_１及びｃ_２が凹面鏡の曲率（単位はｍｍ^−１）である。この条件が満たされれば、第３結像系での正屈折力と投影対物レンズ内の凹面鏡によるペッツバール補正とが最適に釣り合う。この条件は、球面及び非球面の両方の凹面鏡に当てはまる。

凹面鏡の基本形状と、当てはまる場合、非球面特性が光学性能に大きく影響を与えるので、規定の光学的特性を有する高品質鏡を製造するためには凹面鏡の製造方法が望ましい。ｐ_ｍａｘ＝Ｒ−（Ｒ^２−Ｄ^２／４）^０．５として、ｐ_ｍａｘ＜０．２２Ｒの関係が成り立つ場合、比較的「平坦的な」凹面鏡、すなわち凹面側の深さが比較的浅い凹面鏡を特に高い光学品質で製造することができることがわかった。この関係において、Ｒは非球面鏡面の曲率半径であり、Ｄは非球面鏡の直径である。好ましくは、Ｄ≦１．３Ｒの条件、さらに好ましくはＤ≦１．２Ｒの条件が満たされる。パラメータｐは、光学表面上の点の「サジッタ」又は「立ち上がり高さ」を表す。このパラメータは、ときには文字どおり（サジッタの代わりの）ＳＡＧ（サグ）も表す。サジッタｐは高さｈの、すなわちそれぞれの点の、光軸からの半径方向距離の関数である。

一般的に、製造の観点から、鏡面の頂点での凹面鏡の曲率（頂点曲率）をできる限り同じようにすることが好ましいであろう。第１及び第２鏡の頂点曲率半径をＲ１及びＲ２とすると、好ましくは、
０．８＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜１．２
の条件が成り立つ。

一部の実施形態は、第１中間像が幾何学的に鏡間空間内に位置する一方、第２中間像が鏡空間の外に配置されるように構成される。その場合、第１及び第２対物レンズ部は反射屈折対物レンズ部であることができ、ここで第１凹面鏡が、第１対物レンズ部の、第１中間像を形成する部分である一方、第２凹面鏡が、第２対物レンズ部によって第１中間像から第２中間像を形成するのに資する。

互いに向き合う第１及び第２凹面鏡によって定められる鏡群は、光軸に面する凹面鏡の縁部に接近した最も近い凹面鏡に隣接する位置にある鏡群入口及び鏡群出口を有することができる。投影対物レンズのひとみ面を鏡群入口及び鏡群出口の近傍に配置することができ、それにより、鏡群は、鏡群入口及び鏡群出口の間でひとみの結像を行う。その場合、第１及び第２凹面鏡は光軸の一方側に位置することができる。視野面が鏡群入口及び鏡群出口の近傍にある他の実施形態では、第１及び第２凹面鏡は光軸の対向側に位置するであろう。

本発明の別の態様によれば、１つの第１凹面鏡及び少なくとも１つの第２凹面鏡を有する投影対物レンズが提供され、第１凹面鏡は第１非球面鏡面を有し、第２凹面鏡は第２非球面鏡面を有し、また第１及び第２鏡面はほぼ同一の非球面形状を有する。非球面形状は同一でよい、すなわち、同一の非球面定数及び基本球面半径によって説明されることができる。本発明のこの態様は、凹面鏡のすべてがひとみ面から光学的に離して配置されている、特に正確に２つの凹面鏡が使用されている実施形態で利用されるであろう。しかしながら、１つ又は複数の凹面鏡がひとみ面上または光学的にひとみ面付近に位置する投影対物レンズでも、利点が利用されるであろう。第１及び第２鏡面がほぼ同じ、又は同一の非球面形状を有する場合、球形の基本形状から材料を除去するためにほぼ同一の研削及び研磨ステップを、又は他のステップを使用して非球面形状を作製することができるので、製造を簡略化することができる。さらに、複数の凹面鏡面を検査するために、非球面形状を特徴付けるための同一の検査装置を使用することができるので、非球面の製造中に使用される検査プロセスを高いコスト効率で構成することができる。その意味で、「ほぼ同じ非球面形状」という表現は、同一の光学検査装置によって検査されることができる非球面形状を包含すると理解されたい。当てはまる場合、表面形状は、同一の光学検査装置を使用することができるという意味で同様であるが、作動距離が異なることもあろう。

一実施形態では、第２対物レンズ部が、それぞれ非球面を有する２つの凹面鏡を有し、第１及び第２鏡面は実質的に同一の非球面形状を有する。一実施形態では、この形式の第２対物レンズ部が反射屈折対物レンズ部である、すなわち、ほぼ同一の非球面形状を有する非球面鏡面を有する２つの凹面鏡だけで構成されている。この形式の反射屈折第２対物レンズ部も可能である。

別の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの凹面鏡を有し、その凹面鏡の鏡面が放物形状を有する反射屈折投影対物レンズを提供している。一実施形態では、２つの凹面鏡が設けられ、それらの凹面鏡の少なくとも一方が放物形状を有する。放物面鏡（すなわち、鏡の経線が放物型である凹面鏡）を使用することは、特に鏡の非球面形状の検査に関して有利であることがわかっている。放物面鏡は、平行な入射光を１つの単一焦点に集光し、それにより、放物面鏡面に当たる平行光線は、球面収差を受けることなく、１つの焦点に集光する。この形式の放物面鏡は、平面的な波面を有する検査ビームを生じるように構成された比較的簡単な光学検査装置を使用することによって容易に検査されることができる。簡単な構造を有する光学検査装置を使用し、それにより、非球面鏡の検査を高コスト効率にすることができる。

投影対物レンズの所望機能を得るために光学的特性が必須であるが、光学系の製造に伴うコストに関する他の要因及び／又は光学系の全体的寸法及び形状に影響を与える要因もクリティカルであろう。また、レンズ取り付け及びレンズマニピュレータの組み込みの側面も考慮しなければならない。一種の実施形態は、この点に関して、特に第１対物レンズ部内のレンズ素子が少数である投影対物レンズが提供されることで特に有利である。一実施形態では、第１対物レンズ部が正レンズだけを有する。本明細書で使用する「レンズ」という表現は、減法屈折力を有する光学素子を表すものとする。これに関して、ほぼ平行な平面を有するプレートはレンズではなく、したがって、正レンズに加えて挿入されるであろう。正レンズだけを使用することにより、レンズの最大直径が比較的小さい、軸方向にコンパクトな第１対物レンズ部を提供することが可能になる。一実施形態では、第１対物レンズ部は、大きい屈折力を有する６個のレンズだけを有する。第１対物レンズ部内に１つ又は複数の非球面を設けてもよい。非球面レンズ面の適当な非球面形状を使用することにより、コンパクトな構造を得ることができる。傾向として、より多くの非球面を使用するほど、それだけ第１対物レンズ部をよりコンパクトに構成することができる。好適な実施形態では、レンズ素子の数と非球面の数との比が１．６未満である。一実施形態では、第１対物レンズ部の、物体面の直後の第１レンズ素子が、物体面に面する非球面を有し、その非球面は、ほぼ平坦であり、非球面の各点においてＲ＞３００ｍｍである局部曲率半径Ｒを有する。このようにして、物体側テレセントリック性及び歪曲などの視野収差の有効な補正を得ることができる。

すべての負レンズ（すなわち、大きい負屈折力を有するレンズ）がひとみ面から光学的に離して配置される場合、ジオプトリック系のコンパクトな形状も容易にすることができる。言い換えると、構造をコンパクトな形状に関して最適化しようとする場合、ひとみ面に光学的に近い負レンズを排除すべきである。

レンズや鏡などの光学素子、及び／又はプレートやプリズムなどのほぼ平坦な面に設けられた非球面を利用して、光学系の補正状態と、全体寸法及び材料使用量との両方を改善することができる。非球面の最適表面形状は、理論的考察及び／又は数値計算から引き出されることができる。しかしながら、光学系を製造することができるか否かは、他の要因の中でも、非球面を必要な光学品質で所望形状に実際に製造することができるか否かの問題によって決まる。本発明の実現可能性の検討は、光学系内、特にマイクロリソグラフィに適した高解像投影対物レンズ内での非球面の使用を管理する幾つかの本質的な規則を示している。

一実施形態によれば、投影対物レンズは、非球面の光学的使用部分内に変曲点がない表面形状の非球面を有する少なくとも１つの光学素子を有する。回転対称非球面では、「変曲点」は、非球面の局部曲率において符号変化が生じる経線方向に沿った点として特徴付けられる。言い換えると、変曲点は、幾何学的に非球面の局部凸面領域と局部凹面領域との間に見られる。少なくとも１つの非球面を有する複数の光学素子が設けられているとき、すべての非球面が、変曲点のない表面形状を有することが好ましい。妥協案として、非球面の少なくとも５０％又は６０％又は７０％又は８０％又は９０％に変曲点がないように光学系を設計することが有利であろう。非球面から変曲点をなくすことは、変曲点を有する非球面と比較したとき、完成した非球面の光学品質を向上させることがわかっている。変曲点が排除されれば、表面処理工具の材料除去効果をより均一にすることができると考えられる。他方、変曲点を含む表面領域に研磨工具が作用している場合、変曲点の各側での工具の材料除去作用が相当に異なり、したがって、完成した表面の光学品質にばらつきが生じるであろう。

本発明の別の態様によれば、投影対物レンズは、少なくとも１つの非球面を有する複数の光学素子を含み、すべての非球面は、光軸の外に極限点がない表面形状を有し、極限点は方程式：

によって定められる。この方程式において、上記の非球面の数学的記述を記載する方程式に関連して説明したように、パラメータ「ｐ」は、高さｈの点の、（光軸上に位置する）表面の頂点から光学素子の光軸に平行に測定した距離を表す。パラメータｐ（ｈ）も、光学表面上の点の「サジッタ」又は「立ち上がり距離」と表される。これらの考察に基づき、「極限点」は、それぞれ関数ｐ（ｈ）の最大値及び最小値である。本発明者の研究から、極限点の領域では、仕上げに使用される工具の材料除去作用が、極限点の周囲の部分に加えられる作用と大きく異なり、そのため、不均一な光学表面品質が生じるであろうから、非球面の作製中は光軸の外の極限点（ｈ＝０）がクリティカルであることがわかった。

（光学的使用半径ｈ_ｏｐｔによって画定される）光学的使用部分を含むが、その部分を越えて最大高さｈ_ｍａｘ＞ｈ_ｏｐｔまで進む部分内では、この条件に従う必要があり、ここで、ｈ_ｍａｘ＝ｈ_ｏｐｔ＋ＯＲであり、ＯＲは、光学的使用部分に隣接した「オーバーラン部分」の半径方向幅であって、光学的使用部分の周縁を研磨するとき、そのオーバーラン部分で回転工具が光学表面と接触するであろう。オーバーラン部分の一般的な幅は、工具の寸法によって決まり、５ｍｍ〜１５ｍｍの程度であろう。

非球面上の極限点は製造の観点からクリティカルであるのに対して、極限点は、非球面の屈折力を半径（経線）方向に所望通りに変化させるために光学的観点から望ましいであろう。妥協案として、少なくとも１つの極限点を有する非球面が、使用可能直径全体にわたってほぼ平坦であることが有利であるとわかっている。言い換えると、少なくとも１つの極限点を有する非球面の基本形状は平面的である、又は平面からわずかにずれているだけであるべきである。それに関して、少なくとも１つの極限点を有する少なくとも１つの非球面を備え、Ｐ_ｍａｘ＝０．５、さらに好ましくはＰ_ｍａｘ＝０．２５として、これらの非球面について、
｜ｐ（ｈ）｜＜ｐ_ｍａｘ
の条件が成り立つ投影対物レンズが好ましい。

上記の非球面用の好適な条件は、本発明の一定の実施形態で実行される実現可能性検討から引き出されたものである。しかしながら、非球面を備えた光学素子を有する他の形式の光学系でも、その条件を利用することができるであろう。したがって、本発明のこれらの態様は、本発明の好適な実施形態の他の特徴から独立的に有益である。

本発明の別の態様によれば、第１対物レンズ部は、凹面鏡と、湾曲鏡面を有する少なくとも１つの追加鏡とを備え、凹面鏡及び追加鏡の湾曲鏡面は互いに向き合っている。本実施形態では、湾曲鏡面を有する２つの鏡が、第１中間像の形成に資する。好ましくは、この形式の第１対物レンズ部は反射屈折型である、すなわち、凹面鏡及び追加鏡に加えて、少なくとも１つのレンズが設けられる。凹面鏡及び追加鏡は好ましくは、第２及び第３対物レンズ部の光軸と一致する共通の直線状の光軸を共用し、そのため、すべての対物レンズ部は、共通の直線状の光軸を共用する。好ましくは、この形式の第１対物レンズ部は、拡大結像系として構成される。一部の実施形態では、追加鏡は、その対物レンズ部の凹面鏡の効果を少なくとも部分的に補償する凸面鏡面を有する凸面鏡である。好ましくは、この形式の第１対物レンズ部は、第１及び第２凹面鏡を含む第２対物レンズ部と組み合わされ、その凹面鏡表面が互いに向き合って、鏡間空間を画定する。これらの実施形態では、一般的に第１中間像はその鏡間空間の外に位置するであろうが、第２中間像は鏡間空間内に位置するであろう。２つの対物レンズ部（第１対物レンズ部及び第２対物レンズ部）内に分散させた少なくとも３つの凹面鏡、好ましくは正確に３つの凹面鏡を有する実施形態は、すべての凹面鏡がひとみ面から光学的に離して配置されるような構造にすることができる。しかしながら、所望されれば、少なくとも１つの凹面鏡、特に第１対物レンズ部内に位置する凹面鏡を光学的にひとみ面の近くに位置させることも可能である。

この形式の実施形態では、凹面鏡によって与えられる補正能力が、中間像によって分離された２つの対物レンズ部間で有利に分散されることができ、それにより、補正作用間の良好な釣り合い及び補償を得ることができる。凹面鏡によって支持された一定の補正効果が光路内で２回存在するように、第１及び第２対物レンズ部を構成することも可能である。しかしながら、異なった対物レンズ部内の異なった凹面鏡において主要光線（主光線）及び周縁光線の高さが異なるであろうから、補正手段は、それらが異なった光学効果を有する光学位置に配置されるであろう。光学素子のインライン配置（１つの共通の直線状光軸）によって与えられるすべての利点を保持することができる。

上記及び他の性質は、特許請求の範囲だけでなく、説明及び図面にも見ることができ、個々の特徴は、本発明の実施形態及び他の領域で単独で、又は小組み合わせの形で使用されることができ、有利かつ特許性がある実施形態を個別に表すであろう。

本発明の好適な実施形態の以下の説明で、「光軸」という用語は、関係する光学素子の曲率中心を通る直線又は一連の直線状線分を意味するものとする。光軸は、折り曲げ鏡（偏向鏡）又は他の反射面によって折り曲げられる。ここに提示する例の場合、関係する物体は、集積回路のパターンを付けたマスク（レチクル）か、何らかの他のパターン、たとえば、格子パターンのいずれか一方である。ここに提示する例では、物体の像は、フォトレジスト層をコーティングした、基板として機能するウェハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの部品又は光学格子用の基板などの他の形式の基板も可能である。

図面に示された構造の規格値を開示するために表が提供されている場合、表（複数可）にはそれぞれの図面と同一の番号が付けられている。

図１は、約１９３ｎｍＵＶの作動波長用に構成された本発明による反射屈折投影レンズ１００の第１実施形態を示す。それは、物体面１０１上に配置されたレチクル上のパターンの像を、正確に２つの実中間像１０３、１０４を生じながら、像面１０２に縮小して、たとえば４：１の縮尺で投影するように構成されている。第１屈折対物レンズ部１１０が、物体面上のパターンを第１中間像１０３に拡大して結像するように構成され、第２反射屈折対物レンズ１２０が、第１中間像１０３を１：１に近い倍率で第２中間像１０４に結像し、第３屈折対物レンズ部１３０が、第２中間像１０４を像面１０２上に強い縮小率で結像する。第２対物レンズ部１２０は、物体側に面する凹面鏡面を有する第１凹面鏡１２１と、像側に面する凹面鏡面を有する第２凹面鏡１２２とを有する。鏡面は両方とも連続している、又は中断していない、すなわちそれらは穴又は内孔を有していない。互いに向き合う鏡面は、凹面鏡によって画定された湾曲面によって取り囲まれた、鏡間空間１２５とも呼ばれる反射屈折キャビティ１２５を画定する。中間像１０３、１０４は両方とも、反射屈折キャビティ１２５内に位置し、少なくとも近軸中間像がほぼその中間にあって、鏡面から十分に離れている。

凹面鏡の各鏡面は、物理的鏡面の縁部を越えて延びて鏡面を含む数理表面である「湾曲表面」又は「湾曲した表面」を画定する。第１及び第２凹面鏡は、共通の回転対称軸を有する回転対称湾曲表面の一部分である。

光学系を通るビーム路をわかりやすくするために、図２及び図３は、軸外物体側視野から生じた２つの異なったビーム束を示す。図２のビーム束は、光軸に最も近い物点から発生するのに対して、図３では、ビーム束は光軸から最も離れた物点から発生する。中間像が凹面鏡間のほぼ中央に位置することが、この図面で明らかにわかる。図２では、鏡間で交差する光ビームの交点の図示の位置は、近軸中間像の位置に近い。反対に、図３では、鏡間で交差する光ビームの交点の図示の位置又は区域は、近軸中間像の位置から遠くにずれている。

光学系１００は回転対称的であり、すべての屈折及び反射光学部材に共通の１つの直線状の光軸１０５を有する。折り曲げ鏡はない。凹面鏡は小径であり、それらを互いに接近させる、又はむしろその間に位置する中間像に近づけることができる。凹面鏡は両方とも、軸対称表面の軸外部分として構成され、かつ照明される。光ビームは、口径食を伴わないで、光軸に面する凹面鏡の縁部のそばを通過する（たとえば、図４又は図７〜図９を比較されたい）。

凹面鏡での最大光ビーム高さは、第３対物レンズ部内での最大光ビーム高さとほぼ同じである。好ましくは、凹面鏡での最大光ビーム高さは、第３対物レンズ部内での最大光ビーム高さの１．５倍未満、又は１．２倍未満である。これにより、投影対物レンズ内の光ビームのすべてが、その第３対物レンズ部の光軸を中心にして物体面から像面まで延び、かつその第３対物レンズ部内での最大ビーム高さの１．５倍、好ましくは１．２倍の最大半径を有する円筒として画定された空間内に位置する構造が可能である。

本光学系は、良好な横色補正を有するが、軸色は完全には補正されない。本実施形態では、両方の凹面鏡がマンジャンミラーとして構成されている。各マンジャンミラーは、鏡面処理された凸面を有する負メニスカスレンズからなる。鏡の補正不足の球面収差は、負レンズの過剰球面収差によって相殺される。両方の凹面鏡は、屈折力が非常に小さい。凹面鏡は、単純な鏡として構成されてもよい（図４を比較されたい）。それらが（メニスカスレンズを伴わない）単純な鏡である場合、透明光学材料の量が減少するが、鏡を切断する必要があるであろう。

投影対物レンズは、液浸レンズとして構成される。補正状態は、２６・５．０ｍｍ^２の視野全体にわたって１．１ＮＡで約９ミリ波である。視野半径は６５ｍｍである。最適の球形からのずれ（変形）が１．０ｍｍを超える非球面は必要ない。最大素子の最大直径が２２０ｍｍであることは、レンズの使用量が抑えられる可能性を示す。この構造では、トラック長（物体面と像面との間の軸方向距離）が１１６０ｍｍであり、ガラス量が少ない。像面に隣接する最後のレンズは、液浸用にフッ化カルシウムで作製される。

この新しい構造は、横色補正が非常に良好であるが、軸色に関しては全くそうでない。しかし、レンズが小型であることにより、同一ＮＡの全屈折構造より軸色が少なくなる。ひとみ収差は十分に補正され、主光線は両端部でほぼ正確にテレセントリックである。

２つだけの反射と少ないガラス量とを有する構造には、不明瞭さの問題がまったくなく、そのため、鏡は好適な寸法であり、大きすぎず、それらの強い屈折力が、光学系のペッツバール補正のほぼすべてを行う。実施形態では、２つの中間像が反射屈折キャビティのほぼ正確に中央にある。

本明細書に示されていない変更形は、本出願人が２００３年１０月１７日に出願した米国特許仮出願第６０／５１１，６７３号に開示されているものとよく似た第１屈折対物レンズ部及び第３屈折対物レンズ部を有する。対応の明細書は参照によって援用される。

この基本構造は、特にマンジャンミラーのガラスを取り除いた場合、さらにより少量の光学材料でやっていく可能性を持っている。（図４を比較されたい。）
図４には、第２実施形態が示されている。構造及び／又は機能の点で図１のものと同一又は同様である機構又は機構群は、同様な番号に１００を加えて示されている。

投影対物レンズ２００は、対物レンズの射出面と像面との間の高屈折率浸漬流体、たとえば純水と組み合わせて使用されるとき、像側開口数ＮＡ＝１．２０を有するλ＝１９３ｎｍ用の液浸レンズとして構成される。視野寸法は２６・５．０ｍｍ^２である。この構造用の規格値が、表４にまとめられている。最も左側の欄は、屈折、反射又は他の指定の表面の番号を示し、第２欄は、その表面の半径ｒ［ｍｍ単位］を示し、第３欄は、その表面と次の表面との間の距離ｄ［ｍｍ単位］、すなわち光学部材の「厚さ」と呼ばれるパラメータを示し、第４欄は、その光学素子の作製に用いられた材料を示し、第５欄は、その作製に用いられた材料の屈折率を記載する。第６欄は、光学素子の光学的使用可能な透明な半直径［ｍｍ単位］を示す。表中の半径ｒ＝０は、平坦面（半径が無限大）を表す。

この特定実施形態の場合、表４の１２表面、すなわち表面２、３、８、１２、１５、１６、１７、１９、２２、３０、３３及び３５は非球面である。表４Ａは、これらの非球面の関連データを示し、それからそれらの表面形状のサジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）を高さｈの関数として、

の方程式を用いて計算することができ、ここで半径の逆数（１／ｒ）は問題の表面の表面頂点での曲率であり、ｈはその上の点の光軸からの距離である。したがって、サジッタ又は立ち上がり高さｐ（ｈ）は、その点を問題の表面の頂点からｚ方向に沿って、すなわち光軸に沿って測定した距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２などは表４Ａに示されている。

対物レンズは１７レンズを有するので、それらのレンズの５０％を超える、又は６０％を超えるものが非球面レンズである。

図１の実施形態のように、折り曲げ鏡がなく、すべての光学部材に共通の直線状で折り曲げられない光軸のままである。第１実施形態と異なって、互いに向き合う凹面鏡２２１、２２２は、マンジャンミラーではなく単純な鏡であり、それにより、光学系の全体量を減少させることができる。カトプトリック（純粋反射）群２２０を進む光の経路を示すために、図５及び図６は、凹面鏡上のビームの「フットプリント」を示す。図５には、第１凹面鏡２２１の位置でのフットプリントが示されている。楕円線の下側群は、第１凹面鏡２２１で反射したビームを表し、楕円線の上側群は、第２凹面鏡２２２から第２屈折部２３０に向かって進むビームを表す。図６には、第２凹面鏡２２２の位置でのフットプリントが示されている。下側部分は、第１屈折部２１０から第１凹面鏡２２１に進むビームを表す一方、上側の楕円線は、第２凹面鏡２２２で反射して像面に進むビームを表す。鏡上の使用部分は単純な連続形状を有し、そのため、鏡は、たとえば取り付けが容易である矩形鏡として作製されることができることがわかる。

凹面鏡での全体的なビーム断面形状が、ひとみ位置で見られる円形から大きくずれていることは、特徴的な機能である。本実施形態では、相互に垂直方向のビーム直径が約１：３の比率であり、走査方向ｙの直径は、横走査方向ｘの直径の５０％又は３０％未満である。ビーム形状は矩形の視野形状に似ており、凹面鏡がひとみ面より視野面に近い、すなわち凹面鏡がひとみ面から光学的に離れた位置にあることを示す。したがって、小型で狭い鏡を凹面鏡として使用することができる。これにより、開口数が高いときでも、光束が口径食を伴わないで凹面鏡の一方側を通るように案内することが容易である。

一般的に本発明による実施形態では、凹面鏡の寸法が開口数に正比例することはなく、そのため、鏡寸法を不必要に大きくすることなく、非常に高い値のＮＡ、たとえばＮＡ＞１．３又はＮＡ＞１．４を得ることができる。

図７〜図９には、第２実施形態の幾つかの有益な変更例が示されている。構造及び／又は機能の点で図４のものと同一又は同様である機構又は機構群には同様な番号を付けて示す。すべての変更例は、対物レンズの射出面と像面との間の高屈折率浸漬流体、たとえば純水と組み合わせて使用されるとき、像側開口数ＮＡ≧１を有するλ＝１９３ｎｍ用の液浸レンズとして構成される。視野寸法は２６ｍｍ・５．０ｍｍである。規格値が、図７について表７及び７Ａに、図８及び図９に付いて表８及び８Ａに示されている。図８及び図９の構造は同一であり、その違いは開口絞りＡの位置にある。

図７の変更例（ＮＡ＝１．１）は、凹面鏡上の使用部分が、図４の実施形態の場合より小さいことを特徴とする。したがって、矩形の凹面鏡の寸法をさらに小さくすることができる。

図８の変更例（ＮＡ＝１．１５）は、開口絞りＡが、第３純粋屈折部２３０の最大ビーム直径領域内に位置することを特徴とする。反対に、密接な関係にある図９の変更例（ＮＡ＝１．１５）では、開口絞りＡが第１屈折対物レンズ部２１０内に位置する。このことは、その構造によって開口絞りを配置することができる位置に関する融通性が得られることを示す。

上記実施形態は、すべての光学素子に共通の直線状の折り曲げられない光軸を特徴とする。そのような構造の潜在的な問題点は、凹面鏡用に設けられた取り付け部のために、トラック長が長くなることがある、又はビーム路が妨害されることがあることであろう。以下に、少なくとも１つの折り曲げ平面鏡を有する実施形態を、コンパクトな構造を得るための代替構造として示す。

図１０には、第３実施形態が示されている。構造及び／又は機能の点で図１のものと同一又は同様である機構又は機構群は、同様な番号に２００を加えて示されている。図１１は、図１０に示された基本に基づいて構成された実施形態の長手方向断面図を示す。

図１０の反射屈折投影対物レンズ３００の実施形態は、それが第１中間像３０３を生成する第１屈折対物レンズ部３１０と、第１中間像から第２中間像３０４を生成する第２反射屈折対物レンズ部３２０と、第２中間像を像面３０２上に再結像する第３屈折対物レンズ部３３０とを有する点で、上記実施形態の幾つかに似ている。第２対物レンズ部は、それが反射屈折対物レンズ部になるようにする少なくとも１つのレンズを備えてもよい。

上記実施形態と異なって、第２対物レンズ部３２０は４つの反射面、すなわち２つの折り曲げ平面鏡３０６、３０７と、互いに向き合った２つの凹面鏡３２１、３２２とを有する。これらの鏡の凹面鏡面がカトプトリックキャビティ３２５を画定し、その内部に折り曲げ鏡及び中間像が位置する。

第１中間像３０３のすぐ近くに位置する第１折り曲げ鏡３０６は、物体面から進む放射光を第１凹面鏡３２１上に反射するように配置されており、第１凹面鏡３２１は、光を直接的に、すなわち中間像を伴わないで、第２凹面鏡３２２に反射する。第２凹面鏡から反射した光は第２折り曲げ鏡３０７に当たり、これが光を物体面に反射し、それにより、第２折り曲げ鏡のすぐ近くに第２中間像を生成する。この構造では、凹面鏡及びこれらの鏡の取り付け部が、物体面及び像面間に延びる中央主要部の外に位置する。凹面鏡は共通光軸３０５’を有し、これは、光軸の、本実施形態では横方向にずれている物体側及び像側部分３０５”及び３０５”’に対して正確に、又はほぼ垂直であろう。光軸に対する折り曲げ鏡の傾斜角は４５°でよいが、それから大きく、たとえば５又は１０度までずらしてもよい。したがって、７０°〜１１０°の傾斜角が、凹面鏡の共通光軸と光軸の物体及び像側部分との間に生じるであろう。

中間像は幾何学的に凹面鏡の間に位置するが、光学的には凹面鏡間に中間像がないことに注意されたい。この構造は、凹面鏡上の小さいスポット直径を可能にし、これは、幾何学的光案内値（エタンデュ）を減少させるのに有利である。ひとみ面３０９が、両方の凹面鏡から距離を置いて、主光線３０８が凹面鏡によって画定される光軸３０５’と交差する位置にある。ここに開口絞りを配置してもよい。凹面鏡の少なくとも一方が、光軸から鏡の縁部まで半径方向に減少する曲率を有する非球面反射面を有することが、有利であろう。

軸外物体側視野を第１中間像に変換する純粋屈折第１対物レンズ部３１０は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１１と、正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ１２とを有する。これらのレンズ群の間で主光線３０８が光軸と交差する位置に開口絞りを設けてもよい。カトプトリック対物レンズ部３２０は、第１中間像を第２中間像に結像し、凹面鏡間のひとみ面を有する。純粋屈折第３対物レンズ部３３０は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ３１と、正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ３２とを有する。開口絞りＡ用の位置が、ＬＧ３１及びＬＧ３２間にある。

図１２は、２つの凹面鏡４２１及び４２２と２つの中間像４０３、４０４とを有する別の投影対物レンズ４００の概略図を示す。構造及び／又は機能の点で図１０のものと同一又は同様である機構又は機構群は、同様な番号に１００を加えて示されている。図１３は、図１２に示された基本に基づいて構成された実施形態の長手方向断面図を示す。

図１０、図１１に示された実施形態とは異なって、凹面鏡４２１、４２２は共通の直線状光軸を共用していない。代わりに、凹面鏡４２１の光軸は、物体面及び像面間の光軸４０５と一致する。凹面鏡４２２の光軸は、光軸４０５に対してほぼ垂直である。鏡取り付け部用の構造空間は、物体及び像面を結ぶ光軸の外に位置し、これは好都合であろう。光軸の物体側及び像側部分が同軸的であることに注意されたい。両方の凹面鏡が光軸４０５の一方側に位置するので、第１及び第２折り曲げ鏡を、凹面鏡と向き合って、光が進むときに二回使用される鏡面を有する単一の平面鏡４０６として構成することができる。また、２つの個別の凹面鏡４２１、４２２を組み合わせて、二回使用される単一の凹面鏡を形成することもできる。

図１４は、鏡の幾何学的配置を説明するための、第３実施形態のカトプトリック対物レンズ部の斜視図を示す。被照明部分が単純な形であるとともに連続的であるので、折り曲げ鏡及び凹面鏡は幾何学的に単純な形を有することができることがわかる。本実施形態の凹面鏡及び折り曲げ鏡は、取り付けが容易である矩形である。

図１５は、光学性能を向上させる機構及び製造を容易にする機構を有する投影対物レンズ５００の別の実施形態の概略図を示す。図１６は、図１５に示された原理に従って構成された投影対物レンズのレンズ部分を示す。本実施形態の規格値が、表１６及び１６Ａに示されている。構造及び／又は機能の点で図１のものと同一又は同様である機構又は機構群は、同様な番号に４００を加えて示されている。

第１中間像５０３を第２中間像５０４に結像する働きをする第２対物レンズ部５２０は、第１凹面鏡５２１と、光学的に第１凹面鏡５２１の下流側の第２凹面鏡５２２とを有する。第１及び第２凹面鏡の湾曲面は、投影対物レンズのすべての光学素子が共用する光軸と同軸的な共通回転対称軸を有する。第１及び代２凹面鏡で使用される中断のない鏡面が、光軸５０５の対向側に位置している。第１鏡関連レンズ５５１が、光学的に第１中間像５０３と第１凹面鏡５２１との間で第１凹面鏡の直前に配置され、それにより、第１中間像と第１凹面鏡との間の光路中、及び第１凹面鏡と第２凹面鏡との間の光路中でレンズの二回透過が行われる。第２凹面鏡と像面との間の光路の妨害を避けるために、第１鏡関連レンズ５５１は、光軸の外に配置された切頭レンズとして構成されている。第２鏡関連レンズ５５２が第２凹面鏡５２２の直前に配置され、それにより、第１及び第２凹面鏡間の光路中、及び第２凹面鏡と像面５０２との間の光路中で二回使用される。レンズ５５２は切頭され、それにより、物体面５０１及び第１凹面鏡５２１間の光路内に延在しないようにしている。第１及び第２鏡関連レンズ５５１、５５２の両方は、自由入口及び出口表面を有する自立形レンズである。特に、それぞれの凹面鏡に面するレンズ面は、凹面鏡の曲率と異なった曲率を有し、これにより、マンジャンミラーを有する実施形態と比べたとき、追加的な自由度が可能である（図１を比較されたい）。両方の鏡関連レンズ５５１、５５２は、対応の凹面鏡の湾曲と同様な湾曲方向を有する、すなわち対応の凹面鏡の凹面鏡面に面する凸面を有する負メニスカスレンズとして構成されている。凹面鏡の直前に配置された負の屈折力は、長さ方向色収差（ＣＨＬ）の補正を改善するのに役立つ。第２対物レンズ部のすべての光学的活性表面は球形であり、これにより、製造が大幅に容易になり、かつ光学性能が向上する。特に、非球面、特に非球面鏡面を有する実施形態と比べたとき、迷光が減少するであろう。

高いアスペクト比の矩形であって、横走査方向（ｘ方向）に幅ａを、走査方向（ｙ方向）に狭い幅ｂを有し、軸を外して光軸から距離ｃに配置された視野が図１５ａに示されている。液浸対物レンズは、１９３ｎｍで浸漬媒体としての純水と組み合わせて使用したとき、像側開口数ＮＡ＝１．２を有する。本光学系は、物体及び像側でテレセントリックであって、実質的に視野区域収差がない。

図１７には、図１５に関連して説明した原理に従った光学系の変更形のレンズ部分が示されている。ＮＡ＝１．２を有する１９３ｎｍ液浸レンズの規格値が、表１７及び１７Ａに示されている。構造及び／又は機能の点で図１のものと同一又は同様である機構又は機構群が、同様な番号に５００を加えて示されている。第２対物レンズ部６２０は、球面凹面鏡６２１、６２２の直前に非球面負メニスカスレンズ６５１、６５２を有し、これらはそれぞれの凹面鏡へ往復する光路中で二回使用される。簡単にするために、凹面鏡６２１、６２２及びそれぞれの凹面鏡の直前の対応のレンズ６５１、６５２からなる各光学素子群を「反射屈折サブ群」と呼ぶ。図１７の実施形態では、反射屈折サブ群６２１、６５１及び反射屈折サブ群６２２、６５２は同一に構成され、互いに対称的に配置されている。特に、光学表面の半径、光学表面の軸方向距離すなわち厚さ、及び対称関連レンズ及び対称関連凹面鏡の光学表面の直径が同一である。これにより、それぞれレンズ６５１、６５２及び鏡６２１、６２２を同一のブランク材料から同時に作製することができる。したがって、図１７に例示的に示されている形式の構造では、第２反射屈折対物レンズ部に使用される光学素子の材料及び製造のコストを大幅に削減することができる。

切頭鏡として構成される第１凹面鏡及び第２凹面鏡を有する投影レンズの反射屈折又はカトプトリック対物レンズ部用の光学素子の対応の製造方法では、最初に、鏡面の所望の凹形状が得られるように第１及び第２凹面鏡用の鏡ブランクを作製し、次に、形付けられた鏡ブランクを、第１及び第２凹面鏡として使用される２つの切頭鏡に分離するようにして、第１及び第２鏡を作製する。鏡ブランクは、表面処理後に２つに切断される単一部品でよい。鏡面を形作る前に、２つの個別のブランク部品を、たとえばリンギング又はセメント接着によって接合することも可能である。これにより、表面処理後の分離が容易になる。鏡基板のコーティングは、鏡基板部品の分離前に、又は後に行ってもよい。鏡関連レンズも同様に作製されるであろう。

図１６に示された実施形態とのさらなる違いは、レンズ６５１、６５２の、それぞれの凹面鏡に近い表面の少なくとも一方が非球面形状であることにある。実施形態では、レンズ６５１、６５２の各凹レンズ面が非球面である。本光学系の視野面である、それぞれの中間像に接近して配置された非球面は、物体結像の歪曲のような視野依存収差又はひとみ結像の球面収差に対して強い影響が及ぶように構成されることができる。一般的に、中間像と対応の凹面鏡との間で光学的に中間像に近づけて（中間像の上流側又は下流側に）少なくとも１つのレンズを配置し、中間像と凸面鏡との間に配置されたレンズの少なくとも一方の表面を非球面にすることが有益であろう。特に、中間像に面するレンズ面が非球面であろう。

代替実施形態では、図１６及び図１７の実施形態の切頭レンズである鏡関連レンズは、光軸を横切って延びる完全メニスカス形負レンズとして構成され、そのため、それらの透過は三回である。具体的に言うと、（第２凹面鏡６２２に対応する）レンズ６５２が光軸６０５を横切って延在し、それにより、物体面から進行する光が、第１中間像６０３を形成する前に、次に光軸の反対側で第１及び第２凹面鏡の間の光路中に、また第２凹面鏡と像面との間の光路中にこのレンズを透過するようにしてもよい。同様に、第１凹面鏡６２１に対応するレンズ６５１が光軸を横切って延在し、それにより、レンズは、第１凹面鏡へ往復する光路中に二回、及び第２中間像６０４と像面との間の光路中に三回使用される。本実施形態では、中間像の上流側及び下流側で三回透過される２つの非球面が設けられ、これにより、光学補正が容易になる。さらに、切頭レンズの取り付けと比べたとき、レンズの取り付けが改善される（図１８及び図１９を比較されたい）。

図１８には、三回透過するように使用される２つのレンズを有する投影対物レンズ７００の概略図が示されている。図１９は、この形式の実施形態を示し、その規格値が表１９及び１９Ａに与えられている。図１５〜図１７に関連して詳細に記載した機構と同一又は同様である機構は、同様な参照番号にそれぞれ１００又は２００を加えて示されている。

反射屈折第２対物レンズ部７２０は、第１中間像７０３を第２中間像７０４に結像する働きをする。第１鏡関連レンズ７５１が、光学的に第１中間像７０３と第１凹面鏡７２１との間に配置されており、光軸７０５の反対側では、第２鏡関連レンズ７５２が、光学的に第２凹面鏡７２２と第２中間像７０４との間に配置されている。両方の鏡関連レンズ７５１、７５２は、光軸を横切って、それぞれの凹面鏡７２１、７２２を通る光のビーム路内に延びている。具体的に言うと、第２鏡関連レンズ７５２は、物体面７５１と第１凹面鏡７２１との間のビーム路内に延びているのに対して、第１鏡関連レンズ７５１は、第２凹面鏡７５２と像面との間のビーム路内に延びている。したがって、鏡関連レンズ７５１、７５２の各々は光学的に三回使用され、それにより、レンズの光学効果が最大になることができ、同時に光学材料の使用量を最小にすることができる。さらに、切頭レンズの取り付けと比べたとき、レンズ７５１、７５２の取り付けが容易である。

３回透過型レンズ７５１、７５２は好ましくは、光軸の一方側に対応し、対応の凹面鏡へ往復する光路中に二回の透過が行われる第１レンズ区域と、光軸の他方側に対応して一回の透過が行われる第２区域とを有するマルチグレードレンズとして構成されることができ、第１レンズ区域及び第２レンズ区域が、レンズの少なくとも一方側に異なったレンズ面曲率を有し、それにより、マルチグレードレンズは、共通位置で作用するが相互に独立的に作用する１対のレンズを形成することができる。光軸の両側で異なった光学屈折力を与えるモノリシックマルチグレードレンズを単一のレンズブランクから作製することができ、従来通りに円形取り付け部で取り付けることができる。光軸の各側のレンズ区域は異なった非球面形状を有することができ、その場合、製造しやすくするために、非球面は好ましくは同一の球面ベースの形状に基づく。レンズ７５２の、第１中間像に最も近い部分、及びレンズ７５１の、第２中間像に最も近い部分の両方は、視野面に近い位置にあり、それにより、レンズ面は、特に非球面に形成されている場合、視野収差の補正に有効である。

図１９に示されている実施形態では、両方の三回使用型レンズ７５１、７５２は、関連の凹面鏡と同様の湾曲方向を有するとともに弱い負の屈折力を有する負メニスカスレンズとして構成されている。他の実施形態では、レンズが光学屈折力をほとんど有していなくてもよい。いずれの場合も、光学補正を支援するために、少なくとも１つのレンズ面が非球面であろう。

すべての実施形態において、第１ジオプトリック対物レンズ部は、平坦な物体側視野から第１中間像を形成する働きをする。第１中間像の寸法及び軸方向位置は、第１中間像に関連した収差とともに、第１対物レンズ部の光学性質によって決まる。上記の実施形態の場合と同様に、第１対物レンズ部は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１１と、正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ１２とに細分割され、光学系のひとみ面７１１は、レンズ群の間で結像の主光線７０８が光軸と交差する軸方向位置に配置する。結像処理に使用される開口数を決定する開口絞りをこのひとみ面の近傍に設けてもよい。しかしながら、図１８及び図１９に示されている実施形態では、開口絞りＡが、第３ジオプトリック対物レンズ部内の、このひとみ面に対して光学的に共役のひとみ面の近傍に設けられている。ひとみ面７１１と第１中間像との間の第２レンズ群ＬＧ１２は、第１中間像のすぐ上流側に負メニスカスレンズ７５２を含む。

図１９の実施形態では、第１レンズ群ＬＧ１１は、像側凹面及び弱い光学屈折力を有する正メニスカスレンズ７８１と、像側凹面及び弱い負屈折力を有する負メニスカスレンズ７８２と、物体側凹面を有する正メニスカスレンズ７８３と、両凸正レンズ７８４と、像側凹面を有する正メニスカスレンズ７８５と、ひとみ面７１１の直前に像側凹面を有する正メニスカスレンズ７８６とからなる。第２レンズ群ＬＧ１２は、物体に面する強い湾曲の凹面を有するメニスカス形レンズ７８７と、物体側凹面を有する正メニスカスレンズ７８８と、すぐ後の両凸正レンズ７８９と、鏡関連第２レンズの一体部分である負メニスカスレンズ７５２とを有する。ひとみ面にすぐ続き、ひとみ及び物体面に面する凹面を有するメニスカスレンズ７８７は、第１対物レンズ部内の球面収差、非点収差及び像湾曲を補正するのに特に有効である。光学補正は、第１レンズ群ＬＧ１１の発散ビーム部分内に配置された負メニスカスレンズ７８２及び正メニスカスレンズ７８３によって形成される負−正二重レンズによっても積極的な影響を受ける。光学的に物体面に近い射出凹面を有する負メニスカスレンズは、主光線の高さが周縁光線の高さより高い領域内に配置され、それにより、歪曲などの視野収差を効果的に補正することができる。

図２０に示され、表２０及び２０Ａに与えられる規格値を有する投影対物レンズ８００の実施形態は、図１９に示された実施形態の変更例として説明することができる。その実施形態と同様に、第１凹面鏡８２１の直前に負メニスカスレンズ８５１が配置されており、このレンズ８５１を光ビームが三回透過する。図１９の実施形態とは異なって、レンズ８５１が、光ビームが三回透過する唯一のレンズである。第２凹面鏡８２２の直前には負屈折力又は正屈折力がまったくない。したがって、反射屈折対物レンズ部に必要な透明光学材料の量が、図１９に示された実施形態の場合より少ない。第１対物レンズ部の倍率は｜β_１｜≒１．９である。

図２１には、図１５に関連して詳細に説明した原理に従って全体的に構成された投影対物レンズ９００の別の実施形態が示されている。規格値が表２１及び２１Ａに示されている。参照番号は同様であるが、４００を加えた番号である。特に、各凹面鏡９２１、９２２には、光学的にそれぞれの凹面鏡と凹面鏡の上流側又は下流側の中間像との間で凹面鏡の直前に負メニスカスレンズ９５１、９５２が割り当てられている。各負メニスカスレンズ９５１、９５２は、光軸の、対応の凹面鏡が位置する側だけに配置された切頭レンズとして構成されている。したがって、光は鏡関連レンズを二回透過する。第１対物レンズ部９１０を２つのレンズ群に細分割することができ、レンズ群ＬＧ１１は物体面とひとみ面９１１との間に配置され、レンズ群ＬＧ１２はひとみ面と第１中間像９０３との間に配置される。図１９に示された実施形態の場合と同様に、第１レンズ群ＬＧ１１は、負−正二重レンズ９８２、９８３を有し、負メニスカスレンズ９８２は物体面の近くに設けられ、像面に面する凹面射出側を有する。この負レンズに続く正屈折力は、２つの正メニスカスレンズに分割され、その各々は物体に面する凹面側を有する。物体に面する強い湾曲の凹面入口側を有するメニスカスレンズ９８７が、ひとみ面９１１のすぐ下流側に配置されている。このレンズは、第１対物レンズ部内での球面収差、非点収差及び像湾曲を補正するのに光学的に有効である。

第３対物レンズ部９３０は、第２中間像９０４と開口絞りＡとの間の第１レンズ群ＬＧ３１と、開口絞りＡと像面との間の第２レンズ群ＬＧ３２とからなる。開口絞りは、第３対物レンズ部の最大ビーム直径の領域と像面との間に配置されている。開口絞りＡにすぐ続く両凸正レンズ９９６は、入射側及び射出側の両方が非球面である両非球面レンズである。互いに近接し、像面のすぐ上流側の収束ビーム路内に配置された非球面は、収差補正に強い影響を及ぼす。特に、より高次の球面収差及びコマが積極的な影響を受ける。第３対物レンズ部内には１つの負レンズ９９１があるだけである。両凸負レンズ９９１は、第３対物レンズ部のビーム路内に浅いウエストを画定している。負レンズ９９１の下流側のすべてのレンズは正レンズである。第３対物レンズ部の漸増する大きいビーム直径の領域内に負レンズをなくすことにより、ビーム直径を小さく保つことができ、したがって、第３対物レンズ部のレンズに使用される光学材料の需要量が減少する。

両方の凹面鏡９２１、９２２は球面鏡面を有し、したがって、製造が容易であるとともに、光学性能が向上する。Ｄが第３対物レンズ部のレンズ素子の最大直径（単位ｍｍ）であり、ｃ_１及びｃ_２が凹面鏡９２１、９２２の曲率（単位ｍｍ^−１）である場合、図２１の実施形態によって、
１＜Ｄ／（｜ｃ_１｜＋｜ｃ_２｜）・１０^−４＜６
の条件が満たされる。曲率ｃは、頂点での曲率半径の逆数である。この条件が満たされれば、第３対物レンズ部でのペッツバール補正と正屈折力との間に良好な釣り合いを得ることができる。

図２２は、図４に示された実施形態のものと同様の全体構造を有する、すなわち２つの凹面鏡１０２１、１０２２からなり、屈折光学素子をまったく含まない第２対物レンズ部１０２０を有する投影対物レンズ１０００の変更例を示す。同様な機構／機構群の参照番号は同様であるが、８００を加えた番号である。規格値が表２２及び２２Ａに示されている。第１中間像１００３を生成するための第１ジオプトリック対物レンズ部１０１０は、物体面とひとみ面１０１１との間の第１レンズ群ＬＧ１１と、ひとみ面と第１中間像との間の第２レンズ群ＬＧ１２とに細分割されている。第１レンズ群ＬＧ１１は、両凸正レンズ１０８１で始まり、その後に像側凹面を有する負メニスカスレンズ１０８２と両凸正レンズ１０８３とが続く。光ビームがわずかに発散する領域内に配置されている負メニスカスレンズ１０８２の凹面射出側に特に高い入射角が発生する。高い入射角は、強い補正影響を有する。レンズ１０８１、１０８２、１０８３によって与えられる正−負−正の順序が有効であることがわかっている。したがって、第１中間像を生成する第１対物レンズ部が、像に面する少なくとも１つの凹面を含み、それが好ましくは正−負−正レンズの順序で含まれる場合、好都合であろう。

図２３は、全体的に図４に関連して説明した原理に従って構成された投影対物レンズ１１００の別の実施形態を示す。規格値が表２３及び２３Ａに示されている。第２対物レンズ部１１２０は純粋反射型であり、したがって、透明光学材料はまったく必要ない。製造を容易にする機構に関する幾つかの態様を、本実施形態及び図２４に関連させてここで説明する。しかしながら、それらは他の実施形態で実行されることもできる。両方の凹面鏡１１２１、１１２２は同様な表面を有し、これによって製造が容易になるとともに、光学性能が向上する。一般的に、凹面鏡の形状は一定の収差に強い影響を有する。特に、像湾曲（ペッツバール湾曲）は、鏡の頂点湾曲の影響を受ける。非球面鏡面を使用する場合、非球面の基本データが一定の視野依存収差を、特に凹面鏡でのビーム高さをｙとするとき、ｙ^４に比例するひとみの球面収差を定める。鏡面の形状に影響する両方の要素は光学構造に深く根付き、互いに依存している。特に、たとえば凹面鏡の強い湾曲は強い視野依存収差を誘発するので、非球面の形式に関する第２要素は第１要素（基本湾曲）によって強く影響される。

凹面鏡の製造しやすさ及び光学性能間の良好な妥協に影響する一定の決定的な要素が認識されている。凹面鏡の製造から生じる１つの破壊的な要素は、凹面鏡面を作製するために工具を鏡基板の材料内へ押し込まなければならない深さである。この押し込み深さを図２４では「ｐ_ｍａｘ」で表す。鏡の縁部の最大サジッタ又は立ち上がり高さは、光軸と直交し、かつ凹面鏡の縁部に触れる平面と、それに平行であって凹面鏡の頂点に触れる平面との軸方向離隔距離として定義されるであろう。図２４に概略的に示されているように、ｐ_ｍａｘは、非球面鏡面の曲率半径Ｒと非球面鏡の直径Ｄとに依存する。（非球面形状の場合の）第１近似式で、ｐ_ｍａｘは：ｐ_ｍａｘ＝Ｒ−（Ｒ^２−Ｄ^２／４）^０．５によって与えられる。光学効果に強い影響を与えることなく鏡の基本形状を変更することはできないので、製造しやすさに影響を与えるための自由パラメータとして鏡面の直径だけを使用することができる。製造を考えるとき、研磨の前に鏡基板の基本形状を定めるために必要な鏡基板の研削に特に取り組む。Ｄ≦１．３Ｒの条件が満たされることが好ましく、またＤ≦１．２Ｒの条件が満たされ、それにより、ｐ_ｍａｘ≦０．２２Ｒの条件も満たされることがより好ましいであろうことがわかった。２つの鏡の湾曲鏡面の頂点での曲率半径ができる限り似ている場合も、製造が容易になる。Ｒ１が第１鏡の頂点曲率半径であり、Ｒ２が第２鏡の頂点曲率半径である場合、０．８＜｜Ｒ１／Ｒ２｜＜１．２の条件が満たされることが好ましい。図２３に示されている実施形態で、この条件と、ｐ_ｍａｘ≦０．２２Ｒ及びＤ≦１．３Ｒの２つの条件とが満たされる。曲率半径の関係に関する条件に加えて、これらの条件の一方が満たされれば、十分であろう。

図２３に示された実施形態では、鏡１１２１、１１２２の曲率がほとんど同一であり（曲率半径の差は１％未満）、非球面形状がほぼ同一である。鏡１１２１、１１２２が第２対物レンズ部の唯一の光学素子であり、したがって、この部分がカトプトリック部になる。第２対物レンズ部１１２０の光学素子の最大直径は、第３対物レンズ部内のレンズの最大直径より小さいか、それとほぼ同じである。これにより、ウェハステッパ又はウェハスキャナへの軸方向対称投影対物レンズの実装が容易になる。開口絞りＡが第３対物レンズ部内に設けられているが、第１対物レンズ部内でそれのひとみ面１１１１の近傍に設けてもよい。

図２５には、投影対物レンズ１２００の別の実施形態が示されている。図２６は、第２中間像を像面１２９０上に約１：４の縮尺で結像するための純粋屈折対物レンズ部１２３０の物体である第２中間像１２０４と物体面１２０１との間の部分の詳細図を示す。

物体面１２０１に配置された物体を像面１２０２上に縮小して結像するように構成された投影対物レンズ１２００全体は、３つの対物レンズ部１２１０、１２２０、１２３０からなり、その各々は、対物レンズ部の上流側の視野面を対物レンズ部の下流側の視野面に結像するように構成されている。第１対物レンズ部１２１０は、４つの連続したレンズ１２１１、１２１２、１２１３及び１２１４からなり、それに続いて第１中間像１２０３のすぐ上流側に第１凹面鏡１２２１を有する。したがって、第１対物レンズ部は反射屈折型である。第２対物レンズ部１２２０も反射屈折型であって、第１中間像１２０３のすぐ下流側の第２凹面鏡１２２２と正レンズ１２２６、１２２７、１２２８、１２２９とを有し、これらはすべて第１中間像１２０３を第２中間像１２０４に再合焦するのに有効である。第３対物レンズ部１２３０は純粋に屈折型であり、光学系の自由にアクセス可能な開口絞りＡを有する。

上記実施形態と異なり、第１中間像１２０３だけが、凹面鏡１２２１、１２２２によって画定される鏡間空間内に位置し、第２中間像１２０４はこの鏡間空間の外に位置する。互いに向き合う２つの凹面鏡１２２１、１２２２によって形成される鏡群は、鏡群入口と鏡群出口とを有する。第２鏡１２２２の、光軸１２０５に面する縁部に幾何学的に隣接する位置にある鏡群入口で、物体側から進行してくる放射光が鏡間空間に入り、また、放射光は凹面鏡上で反射した後、第１鏡１２２１の、光軸に面する縁部に幾何学的に隣接する位置にある鏡群出口で鏡間空間から出る。投影対物レンズの第１ひとみ面ＰＳ１が鏡群入口の近傍に位置し、第２ひとみ面ＰＳ２が鏡群出口の近傍に位置することは、本実施形態の特徴的な機能である。反対にほとんどの他の実施形態、たとえば図１〜図４及び図７〜図１４に示されているものでは、鏡群の入口及び鏡群の出口が光学的に中間像に近く、これらは投影レンズの視野面である。また、上記実施形態では、第１凹面鏡から反射した放射光は、第２凹面鏡に当たる前に光軸と交差し、これにより、光軸の両側の凹面鏡の反射面上に放射光のフットプリントが有効に残る。反対に図２５及び図２６に示された実施形態では、第１及び第２凹面鏡１２２１、１２２２が光軸の同一側に位置している。この違いにより、凹面鏡によって画定された空間内の光路は、上記実施形態で凹面鏡の頂点間の中程に配置された対称点に関してほとんど点対称的である一方、光路は、光軸に垂直で、図２５及び図２６の実施形態の凹面鏡の頂点間の中程に配置された鏡面に関してほとんど鏡像対称的である。

物体面１２０１と像面１２０２との間の視野面の１つ、すなわち、第２中間像１２０４の視野面が、凹面鏡１２２１、１２２２によって画定される鏡間空間外に距離を置いて自由にアクセス可能に配置されているので、視野面に近いレンズの作用によって視野収差に影響を与えることが望まれる場合、図２５、２６に示された実施形態の原理にほぼ従って構成された実施形態が光学的に有利であろう。図２５に示されているように、２つの視野レンズ１２２９、１２３５は、第２中間像１２０４の近くで、この中間像のすぐ上流側（１２２９）及びすぐ下流側（１２３５）に配置され、これにより、収差補正用の視野レンズ群を形成している。

第１及び第２対物レンズ部１２１０、１２２０は、凹面鏡１２２１、１２２２によって幾何学的に画定された鏡群からこの鏡群の後方に距離を置いて中間像１２０４を形成するのに有効である。鏡群の出口の近傍にひとみ面ＰＳ２が配置されているので、組み合わされてフーリエ変換レンズ群として作用するレンズ群１２２６〜１２２８を使用して、中間像１２０４を位置付け、かつその特性を定めることができ、中間像１２０４は次に、第３対物レンズ部１２３０によって像面１２０２上に再結像される。これらの性質は、第１及び第２対物レンズ部１２１０、１２２０によって形成されるサブ光学系を、前方及び下流の光学系の光路を連結するリレー系として有用にする。鏡群の凹面鏡１２２１、１２２２の作用により、このリレー系は像湾曲に強い影響を有し、鏡群の上流側及び下流側の正レンズの逆の影響を少なくとも部分的に補償するように構成されることができる。

図２７は、図４に示された実施形態のものと同様の全体構造を有する、すなわち２つの凹面鏡１３２１、１３２２からなり、屈折光学素子をまったく含まない第２反射対物レンズ部１３２０を有する投影対物レンズ１３００の変更例を示す。同様な機構／機構群の参照番号は図４と同様であるが、１１００を加えた番号である。規格値が表２７及び２７Ａに示されている。

第１中間像１３０３を生成するための第１ジオプトリック対物レンズ部１３１０は、物体面１３０１にすぐ続いて第１レンズ素子１３１２を有し、この第１レンズ素子の入射面は非球面であって物体面の方に凸状であり、第１対物レンズ部内の、それぞれ正屈折力を有するレンズ群の間に開口絞りＡが設けられている。カトプトリック第２対物レンズ部１３２０の凹面鏡１３２１、１３２２はそれぞれ非球面鏡面を有する。鏡１３２１、１３２２の非球面鏡面が同一の非球面形状を有することが、この構造の特徴的特性である。これにより、製造工程中に両凹面鏡の非球面形状を測定するためにまったく同一の光学検査装置を使用することができる。表２７、２７Ａからわかるように、（鏡面の基本形状を示す）凹面鏡の半径と（表面２５、２６の基本形状からの非球面ずれを示す）非球面定数とが同一である。他の実施形態では、２つの凹面鏡間で基本形状及び非球面定数がわずかに異なってもよい。この場合も、鏡面が同様な形状であり、それにより、同一の測定光学素子を両鏡面の検査に使用することができれば、製造工程のコストに関する大幅な改善を得ることができる。

レンズ部分が図２８に示されている投影対物レンズ１４００は、図４に示された実施形態のものと同様の全体構造を有する。したがって、同様な機構／機構群の参照番号は同様であるが、１２００を加えた番号である。規格値が表２８及び２８Ａに示されている。

開口絞りＡを有する第１ジオプトリック対物レンズ部１４１０が、第１中間像１４０３を形成するように構成されている。第２カトプトリック（純粋反射）対物レンズ部１４２０は、第１凹面鏡１４２１及び第２凹面鏡１４２２からなり、これらは組み合わされて、第１中間像１４０３から第２中間像１４０４を生成する。ジオプトリック第３対物レンズ部１４３０は、第２中間像１４０４を像面１４０２上に結像するように構成されており、それにより、作動中に浸漬流体Ｉ（水）の薄い層が放射光によって移動する。構造を最適化するとき、鏡製造中の非球面鏡面の光学検査を容易にするように特に注意が払われた。この目的のために、第１凹面鏡１４２１の鏡面は放物形状を有する（表２８Ａの表面２３を比較されたい）。

なぜ鏡面の放物形状が検査を容易にするかを理解しやすくするために、以下の考察を行う。一般的な場合、非球面鏡面の光学検査には、鏡面の所望非球面形状に適合させた歪曲波面を有する検査放射光を発生し、それにより、非球面に対する検査波の局部入射角が、非球面の各位置について直角であるように構成された個別適応型光学検査系を使用する必要がある。この目的には、歪曲波面を成形するために、無収差光学系又は補償光学系（Ｋ光学系）を使用する光学検査装置又は計算機ホログラム（ＣＧＨ）又はそれらの組み合わせが一般的に用いられる。各非球面形状用に個別に設計された検査光学素子を構成することは高価であり、代替方法が望まれる。

反対に、放物形状を有する非球面鏡は簡単な検査装置で検査することができる。さらに説明するために、純粋円錐形の回転対称表面形状を、

の方程式によって説明できると考える。但し、ｐは表面点の軸方向座標、ｋは円錐定数、ｃは表面の（光軸が鏡面と交差する）頂点での曲率（すなわち半径ｒの逆数（１／ｒ））、ｈは（光軸に対して垂直に測定した）高さである。この方程式を使用して、円錐定数ｋの値によって異なった円錐形回転対称表面形状を生成することができる。たとえば、球面形状はｋ＝０に対応し、ｋ＝−１の値は放物線を示し、ｋ＜−１の値は双曲線を示し、−１＜ｋ＜０の値は楕円形を示す。これらの形状のすべてでは、（表面の形状に応じて）特定位置に配置された物点が収差を伴わないで結像される（無収差結像）ことが一般的である。したがって、少なくとも１つの非球面円錐鏡が本発明の実施形態に、又は凹面鏡を有する他の投影対物レンズに有用であろう。鏡検査の要件を考慮すると、球面収差を伴わないで結像される物点は無限遠に位置するので、放物形状（ｋ＝−１）が特に有用である。言い換えると、検査ビームからの光、すなわち放物面に光軸に平行に当たる平行光は、放物面鏡によって単一の焦点に合焦するであろう。検査波のビーム束を発散又は収束させるための特別な装置がまったく必要ないので、これは有利である。検査波は平面波面を有する。

可能な検査装置が図２９に概略的に示されている。この場合、放物面鏡面１４２１が、この鏡面によって定められる光軸ＯＡと共に示されている。検査装置は、光軸ＯＡに平行かつ放物面鏡面に入射する平行検査光ビームを発生するように構成された検査光学系１４６０を有する。検査装置はさらに、放物面鏡１４２１の所望形状に関連させて、放物面鏡の焦点と一致する曲率中心１４９０を有するような形状及び配置にした球面鏡１４７０を有する。この装置では、光学素子１４６０によって与えられた平面波面を有し、かつ放物面鏡面１４２１に入射する検査波１４９５は最初、球面鏡１４７０に当たる前に放物面鏡によって放物面鏡の焦点１４９０に収束される。球面鏡１４７０は、検査波を反射し、同一経路に沿って検査光学素子１４６０に戻す。平面基準波と放物面鏡から反射して戻る波との間の経路長さのずれを使用して、放物面鏡の放物形状を特徴付けることができる。

投影対物レンズ１４００は、物体側及び像側でテレセントリックである。物体側のテレセントリック性に資する１つの特性は、物体面にすぐ続く第１レンズ素子（正メニスカス１４１２）の入射側の特別な凸形状である。物体側の最初の２つのレンズの非球面が、テレセントリック性に資する。テレセントリックビームには、物体及び像側での視野区域誤差がほとんどない、すなわち、物体側及び像側視野全体でのテレセントリック性にばらつきがほとんどない。

図３０〜図３２には、カトプトリック第２対物レンズ部を有する図４に示されたものと同様の全体構造を有する投影対物レンズの３つのさらなる実施形態１５００、１６００及び１７００が示されている。同様な機構／機構群の参照番号は同様であるが、それぞれ１３００、１４００、１５００を加えた番号である。規格値が表３０、３０Ａ、３１、３１Ａ及び３２、３２Ａに示されている。これらの実施形態を構成するとき、物体側視野を第１中間像に結像するためのリレー系として働く第１ジオプトリック対物レンズ部１５１０、１６１０、１７１０に必要な材料使用量及び設置空間の最適化を特に重要視した。

図３０、図３１及び図３２のすべての実施形態に共通の特性として、第１対物レンズ部は６つのレンズ素子、すなわち屈折力が相当に強い透明光学素子だけを有する。正レンズだけを使用し、それにより、最大直径が比較的小さく軸方向に短い対物レンズ部内に強い集束力を有する第１対物レンズ部が生じる。すべての実施形態において、平行平面プレート１５１９、１６１９、１７１９が、投影対物レンズのそれぞれの第１ひとみ面１５１１、１６１１、１７１１にすぐ続いて配置されている。ひとみ面の近くに少なくとも１つのほぼ平行平面のプレートを置くことの１つの利点は、そのようなプレートを非球面化して、製造によって発生した収差又は他の効果を補正することができる（補正非球面）ことである。そのようなプレートは交換可能である。図３０の実施形態では、開口絞りＡが、第１対物レンズ部１５１０内の、平行プレート１５１９の直前のひとみ位置に設けられている。図３１及び図３２の実施形態では、開口絞りが、第３対物レンズ部内の、それぞれ第３ひとみ面１６３１、１７３１の位置で最大ビーム直径の領域に設けられている。上記のすべての実施形態は、像側ひとみ面と像面との間に正レンズだけを有し、図３０の実施形態は、像側ひとみ面と像面との間に５つのそのような正レンズを有し、その他の実施形態（図３１、図３２）は４つの正レンズだけを有する。

図３０〜図３２の実施形態の第１対物レンズ部の比較図から、非球面の使用と物体面にすぐ続く第１レンズ素子の入射面の曲率との間の一定の関係が明らかになる。図３０の実施形態では、第１レンズ素子１５１２が、物体面に面する非球面入射面を有する両凸正レンズであり、この入射面はわずかに湾曲しているだけであって、曲率半径が３００ｍｍを超える。（点線で示された）６つの非球面が使用されている。第１中間像１５０３の領域内で交差する光線から明らかなように、コマが、第１中間像１５０３内の１つの顕著な結像誤差である。この誤差は、第１中間像の下流側の光学表面の構造によって補償される。反対に、図３１に示された実施形態では、第１レンズ素子（正メニスカス１６１２）の非球面入射面が、曲率半径が３００ｍｍ未満（この場合、Ｒ≒１５４ｍｍ）の比較的強い凸湾曲を有する。第１対物レンズ部１６１０には４つの非球面が用いられているだけである。第１中間像１６０３にコマがほとんどないように、非球面を湾曲入射面の光学効果に適応させる。これは、少数の非球面で高品質の第１中間像を得るのに、入射側の強い凸湾曲が有効である傾向を示す。図３２に示されている実施形態の第１対物レンズ部１７１０では、中程度の数の５つの非球面が、中程度の曲率（曲率半径＞３００ｍｍ）を有する第１素子（両凸レンズ１７１２）の入射面と組み合わせて使用されている。湾曲がない（平坦面）、又は弱い湾曲（たとえば曲率半径＞５００ｎｍ以上の値）の投影対物レンズの入射面を設けると、対物レンズが周囲圧力の圧力変動に対して比較的鈍感になる。すべての３つの実施形態の第１対物レンズ部において、非球面の数が正レンズの数に等しいか、それより少ないので、正レンズ素子だけが使用されているときで、屈折力を有するレンズの数と非球面の数との比が１．６未満である場合、コンパクトな構造を得ることができることがわかる。

図３０〜図３２の実施形態は、すべての対物レンズ部に共通の直線状の光軸及びカトプトリック第２対物レンズ部を有する好適な構造の枠組み内で、第３対物レンズ部の軸方向長さより相当に短い軸方向長さを有する対物レンズの入射側（第１対物レンズ部）にリレー系を構成することが可能であることを示す。（物体面と第１中間像との間を測定した）軸方向長さは、（第２中間像と像面との間を測定した）第３対物レンズ部の軸方向長さの９０％未満、又は８０％未満でよい。このことは、屈折対物レンズ部間の第２（カトプトリック又は反射屈折）対物レンズ部のさまざまな異なった位置でこの構造を使用することができることを表す。

図３０〜図３２の実施形態では、像面に最も近い平凸レンズ、すなわち対物レンズの最後のレンズがフッ化カルシウムで作製されている。この材料は、放射光誘発型密度変化（特に圧密化）に対する感度が低いので、最後のレンズが溶融石英からなる対物レンズと比較したとき、対物レンズの有効寿命が長くなるであろう。しかしながら、水性浸漬液で作動するように構成されている液浸対物レンズでは、フッ化カルシウムは水に溶解可能であるので、フッ化カルシウム製の最後のレンズ素子は問題になる。したがって、光学系の寿命が短くなるであろう。したがって、最後のレンズ素子を攻撃性の浸漬液によって生じる劣化から保護する保護層が有用であろう。適当な保護層が、たとえば本出願人によって２００３年１２月１９日に出願された米国特許仮出願第６０／５３０，６２３号に記載されており、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。図３０〜図３２の実施形態では、厚さが０．３ｍｍである溶融石英の薄い平行平面プレートをリンギングによって平凸フッ化カルシウムレンズの平面的な射出面に付着させている。投影対物レンズの射出面を提供する平面的な平行石英ガラスプレートは、所望ならば交換することができる。高い放射光負荷によって溶融石英材料が損傷した場合、及び／又は溶融石英保護プレートの汚染及び／又は引っ掻き傷が発生した場合、交換が望まれるであろう。

一例として図３２の実施形態を使用して、本発明による投影対物レンズのさらなる特徴的特性を説明する。この目的のために、理解しやすいように、（光軸ＡＸから最も遠くに離れた）最外側視野点から光軸にほぼ平行に進行し、それぞれ結像対物レンズ部１７１０、１７２０、１７３０の１つの内部にある３つの連続したひとみ面位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で光軸と交差する主光線ＣＲを太線で描いている。主光線に沿った各位置で光軸ＡＸと主光線ＣＲとがなす角度を以下では「主光線角度」と呼ぶ。第１中間像１７０３の位置で主光線ＣＲは発散する（主光線の高さが光伝播方向に増加する）。第１中間像の後に主光線の高さが増加することは、第１中間像１７０３の下流側の第１対物レンズ部１７１０の負の主光線交差長さに対応する。ここで、「主光線交差長さ」は、中間像の位置と、中間像での主光線ＣＲに対する接平面の交点との間の軸方向長さであると定義される。交点は、第１対物レンズ部１７１０内の第１中間像の物体側に位置する。第１中間像に対する負の主光線交差長さは、第１対物レンズ部の負の（虚）射出ひとみに対応する。反対に、収束主光線が第２中間像１７０４の位置に存在し、第２中間像の下流側の正の主光線交差長さに対応し、この交差長さは第２中間像の下流側に存在する実射出ひとみに対応する。したがって、第２中間像１７０４に対する第２対物レンズ部１７２０の実射出ひとみは、第３対物レンズ部１７３０（実射出ひとみ）の外で像面を越えた位置にある。第１対物レンズ部１７１０の虚射出ひとみは、第２対物レンズ部１７２０の実入射ひとみと一致する。これらの条件が与えられたとすると、少なくとも２つの中間像を有する投影対物レンズが提供され、１つの結像対物レンズ部（この場合、屈折第１対物レンズ部と屈折第３対物レンズ部との間に配置された反射屈折又はカトプトリック第２対物レンズ部）が、第１及び第２中間像間で実像形成を行い、さらに、実入射ひとみが実射出ひとみに結像される。屈折第１対物レンズ部内にアクセス可能なひとみ面Ｐ１が存在し、別のアクセス可能なひとみ面Ｐ３が第３対物レンズ部内に存在するので、この形式の投影対物レンズは、結像プロセスで使用される開口数を効果的に定めるように開口絞りを置く２つの可能な位置を有する。ここで、「アクセス可能」という表現は、対物レンズ部の、投影対物レンズ内を進む光が一回だけ透過する部分内の可能な開口絞り位置を意味する。

さらに、本明細書で論じる好適な実施形態による投影対物レンズは、物体面と像面との間に３つの実ひとみ面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を有し、これらのひとみ面の１つの最大主光線角度は、物体側開口数より小さく、また（１）３つのひとみ面のうちの２つの最大周縁光線高さが、第３ひとみ面（この場合は第３ひとみ面Ｐ３）の最大周縁光線高さのせいぜい５０％であること、（２）ひとみ面のうちの２つの最大主光線角度が、第３ひとみ面での最大主光線角度の少なくとも２倍であること、及び（３）ひとみ面のうちの２つの最大主光線角度が、物体側開口数の少なくとも２倍であることの条件の少なくとも１つが満たされる。

次に、使用される非球面の製造及び検査の態様に関して最適化された多数の実施形態を示す。レンズの非球面の作製中に生じる問題の１つを示すために、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は各々、非球面入射面ＡＳを有する薄い正レンズＬを有する従来型対物レンズを通る経線方向のレンズ断面の拡大部分図を示す。図３３（ａ）には、非球面レンズＬの光学作用を示すために、透過ビーム束の周縁に沿って進む特性光線Ｒ１と、光学系の光軸の近くを進む特性ビームＲ２が示されている。従来型光学系ＣＯＮＶでは、非球面ＡＳが、光軸の近くを進む光線に対して正レンズとして、また光ビームの周縁の近くの光線（光線Ｒ１）に対して負レンズとして作用するように構成されている。経線方向の屈折力のこの変化を得るために、非球面は、光軸の周囲の部分には正の曲率（Ｃ＞０）を、光線Ｒ１が通過する周縁領域には負の曲率（Ｃ＜０）を有する。局部曲率Ｃ＝０で特徴付けられる変曲点ＩＰが、（光軸の周囲の）凸部分と（周縁部の）凹部分との間に位置付けられている。このように得られる湾曲方向の局部変化は光学的観点から望ましいであろうが、表面仕上げを考えるとき、効率的な表面研磨を行うために妥当な直径を有する（図３３（ｂ）に工具Ｔとして概略的に示されている）仕上げ工具は、変曲点の周囲の領域内で相当に不均一な効果を有するであろうから、変曲点はクリティカルである。したがって、変曲点を有する非球面の十分な光学品質を得ることが困難である。

非球面が変曲点を有していない場合、これらの問題を回避することができる。図３４に示されている投影対物レンズ１８００（規格値が表３４及び３４Ａに与えられている）は、非球面のいずれも変曲点を有しないように構成されている。

本発明者が製造の観点からクリティカルであると認識した非球面の別の特徴を、図３５に関連させて説明する。本発明者は、光軸の外での非球面の表面形状上の極限点（最小値又は最大値）が排除される場合、又はそれが不可能であれば、極限点が、ほぼ平坦な基本形状を有する非球面上だけで使用される場合、非球面の高い光学品質を得ることができることがわかった。図３５において、２つの非球面ＡＳ１及びＡＳ２の表面形状が関数ｐ（ｈ）によって概略的に示されており、但し、ｐは光軸に平行に（ｚ方向に）測定され、ｈは表面点の高さであって、この高さは、表面点と光軸との間の半径方向距離に対応する。ここで使用するパラメータｐは、光軸に直交し、かつ対応の表面点と交差する平面と、それに平行であって光軸上の光学素子の頂点Ｖに触れる平面との軸方向離隔距離を表す。

これに関連して、非球面上の極限点は、（表面の傾斜を特徴付ける）一次導関数が、

によって与えられ、二次導関数が、

によって与えられることによって特徴付けられる（ここで、二次導関数は表面湾曲を示す）。したがって、図３５の第１非球面ＡＳ１は、二次導関数の符号が逆である第１極限点ＥＸ１１及び第２極限点ＥＸ１２を有する一方、第２非球面ＡＳ２は１つの極限点ＥＸ２１だけを有する。ここで使用する定義では、光学表面の頂点Ｖ（ｈ＝０）は、常にここで考慮する回転対称型非球面の極限点であるので、頂点Ｖを考慮から外す。

図３５には、光軸（ｈ＝０）と、工具で、たとえば研磨によって仕上げを行う表面部分の外周部との間の表面形状を概略的に示す。この仕上げ部分は、最大高さｈ^ｍａｘによって特徴付けられる。作動で光学的に使用される最大部分は一般的により小さく、そのため、光学的に使用される半径は、最大値ｈ_ｏｐｔ＜ｈ_ｍａｘによって特徴付けられる。光学的に使用される部分外で、その部分の縁部と光学部材の縁部との間の部分をオーバーラン領域ＯＲとする。この部分は通常、光学素子の取り付けに使用される。しかしながら、製造中、オーバーラン領域は、最適表面形状に関連した考察に含まれなければならない。

以下に、最適表面品質が望まれる場合、非球面上の極限点がクリティカルである理由を説明する。このために、妥当な大きさの直径を有する回転研磨工具Ｔが、第１極限点ＥＸ１１の領域内で動作している。極限点ＥＸ１１の周囲の「谷」と工具Ｔとの間の相対寸法により、ほとんどの時間で工具がクリティカルな底領域を「跨ぐ」ので、凹状の谷の底部の部分が十分に研磨されないであろう。したがって、極限点領域内の表面品質は、クリティカルな極限点から遠く離れた領域の表面品質と異なるであろう。他方、極限点が非球面上の凸状「山」に対応する場合、この部分は周囲の部分より強く研磨され、それによっても極限点領域内で表面品質のむらが生じるであろう。非球面が極限点を有しない場合（頂点で必要な極限点を除く）、これらの問題を回避することができる。光学的に使用される部分の周辺領域を処理する時、工具Ｔは一般的に、（ｈ_ｏｐｔで）光学的に使用される最大部分を越えて延在するので、縁部領域ＯＲ内でも極限点が排除されることが望ましい。

他方、経線方向に非球面の屈折力の一定変化を得るためには、極限点を有する非球面が望ましいであろう。本発明者は、ほぼ平坦な基本形状を有する光学表面上に極限点が存在する場合、製造の観点から極限点を容認することができることを発見した。たとえば、平凸又は平凹レンズの平面側，又は平行平面プレートの表面上に非球面を形成することができる。好ましくは、極限点を有するそのような表面の最大ｚ変化量（ｐ_ｍａｘ）の絶対値が０．５ｍｍを超えてはならず、より好ましくは、０．２５ｍｍ未満でなければならない。したがって、光学表面品質に大したムラを伴うことなく、非球面上の極限点の光学利点を得ることができる。

図３６には、すべての非球面が、光軸から外れた極限点を有していない投影対物レンズ１９００の実施形態を示す。規格値が表３６及び３６Ａに示されている。極限点を有する非球面が望まれる場合、これは、一般的に｜ｒ｜＞２０００ｍｍの長い半径を有するほぼ平坦な基本形状を有する光学表面上に形成されるべきである。

図３７及び図３８は、図４に与えられた全体構造に従って構成された、すなわちそれぞれカトプトリック（純粋反射）第２対物レンズ部２０２０、２１２０を有する投影対物レンズ２０００、２１００の実施形態を示す。同様な機構／機構群の参照番号は同様であるが、それぞれ１８００、１９００を加えた番号である。規格値が表３７、３７Ａ及び３８、３８Ａに示されている。これらの実施形態を設計するとき、非球面などの補正手段をわずかにし、かつ中程度の数のレンズ素子を有する釣り合った構造に特に重点を置いた。さらに、投影対物レンズの異なった部分間での屈折力の釣り合った分布が、光学系全体での調和的ビーム偏向に資する。調和的な全体構造により、単一レンズ素子又はレンズ群の調節不良に対する構造の感度が低くなり、また、たとえば単一レンズ又はレンズ群を軸方向に、光軸に対して垂直に移動させ、かつ／又は傾動させることにより、光学系の性能に動的な影響を与えるマニピュレータの組み込みが容易になる。

図３７の実施形態では、１０個の非球面が使用されているだけであり、これらは、上記考察に従って、比較的高コスト効率で製造かつ検査されることができる。最後の光学素子（像面２００２の直前の平凸レンズ２０５０）は溶融石英で作製され、光学的に使用される部分の縁部の厚さが約２３ｍｍである。全体的な波面誤差は１．６ｍλまで減少する。すべてのレンズが溶融石英で作製され、すべてのレンズを作製するためには約６０ｋｇの溶融石英のブランク材料が必要である。それに対して、図３８の実施形態の最後の素子を形成する平凸レンズ２１５０はフッ化カルシウムで作製され、これは、放射光誘発密度変化（圧密化及び希薄化）の傾向が低い。中程度の労力で作製することができる１２個の非球面を使用することにより、２．１ｍλの波面誤差で特徴付けられる性能を得ることができる。本実施形態では、全体的なブランク質量で、約６３ｋｇの溶融石英及び１．５ｋｇのフッ化カルシウムが使用される。

図３９及び図４０には、とりわけ、物体側視野を第１中間像に結像する第１対物レンズ部が、１つの凹面鏡と湾曲鏡面を有する１つの追加鏡とを有する反射屈折対物レンズ部であって、凹面鏡及び追加鏡の湾曲鏡面は互いに向き合い、それにより、第１対物レンズ部が、すべての対物レンズ部に共通の単一の直線状の光軸を有する好適な実施形態の投影対物レンズ内のリレー系として働くことができる。

図３９に示された投影対物レンズ２２００の規格値が、表３９及び３９Ａ（非球面定数）に与えられている。本光学系は、浸漬流体として水（ｎ＝１．４３６６７７）を使用するように１９３ｎｍ用に設計されている。最後の像側光学素子（フッ化カルシウム製の平凸レンズ２２６０）を除いたすべてのレンズが溶融石英で作製されている。光軸から２１．８ｍｍ外して配置された２６ｍｍ・５．５ｍｍの像側視野寸法で像側開口数ＮＡ＝１．２が得られる。トラック長（物体像距離）は１１２５ｍｍである。

第１反射屈折対物レンズ部２２１０が、第１中間像２２０３を生成するように構成されている。第１中間像から第２中間像２２０４を生成するように構成された第２反射屈折対物レンズ部２２２０は、互いに向き合って鏡間空間を画定する凹面鏡面を有する第１凹面鏡２２２１及び第２凹面鏡２２２２と、第１中間像のすぐ下流側の非球面入射凹面を有する正のメニスカスレンズ２２２９とを含む。ジオプトリック第３対物レンズ部２２３０が、第２中間像を像面２２０２上に結像するように構成されており、放射光によって水（浸漬流体Ｉ）の薄い層が移動する。第３対物レンズ部内に開口絞りＡが位置付けられている。

第１対物レンズ部２２１０は、物体側視野から光学順に、強い非球面の入射面及び非球面射出面を有する両凸正レンズ２２１１と、非球面入射凹面及び球面射出面を有する正のメニスカスレンズ２２１２と、物体側凹面鏡面を有し、光軸に対して偏心配置されているが、光軸２２０５と交差する凹面鏡２２１３とを含む。凹面鏡から反射して戻された放射光は、物体側視野及び凹面鏡２２１３間を通る放射光と比べて、逆方向に、かつほとんど光軸の反対側で正メニスカス２２１２へ進む。凸鏡面を有する追加鏡２２１４が、凸面鏡２２１１の像側表面上の軸外ミラーコーティングによって設けられている。放射光は、第１中間像を形成する前に、正のメニスカス２２１２を三回透過する。したがって、レンズ２２１２は、側方に外れたレンズ領域で三回使用される。

凹面鏡２２１３は光学的にひとみ面の近くに位置付けられているが、凸面鏡２２１４は光学的に中間像２２０３の近くに配置されている。したがって、視野収差及びひとみ収差は、凹面及び凸面鏡２２１３、２２１４の一致した形状を選択することにより、個別に補正されることができる。これにより、第１中間像２２０３の補正状態を調節し、それにより、第１中間像の下流側に続く、反射屈折第２対物レンズ部２２２０を含む２つの対物レンズ部によって残留結像誤差を補正することができる。

第１対物レンズ部は、大きい倍率｜β１｜＞１を有する拡大系として構成されている。第１中間像２２０３は、第２対物レンズ部の凹面鏡２２２１及び２２２２間に画定された鏡間空間の外で、凹面鏡２２１３の最も近い縁部に幾何学的に近接した位置にあり、それにより、第１中間像と第１凹面鏡２２２１との間の光路長が比較的長くなる一方、第２凹面鏡２２２２と第２中間像２２０４との間の光路長が比較的短くなる。したがって、第２対物レンズ部の凹面鏡の寸法は大きく異なり、第１凹面鏡の光学的使用部分は、第２凹面鏡上の対応部分の約２倍の大きさである。両方の凹面鏡２２２１及び２２２２が光軸から外れた位置にあり、それにより、光軸は光学的に使用される鏡面と交差しない。凹面鏡は、中心光線及び周縁光線の光線高さ間の比に関して異なった位置にあるので、異なった結像誤差に対する凹面鏡の補正効果を２つの反射屈折対物レンズ部２２１０及び２２２０間で分散させることができる。

図４０に示された投影対物レンズ２３００は、光学系の設計波長λ（１９３ｎｍ）又はその何分の一（たとえば、λ／２又はλ／４以下）の程度の有限像側作動距離を有する「固体浸漬レンズ」として構成されている。結像用に、最後のレンズの射出面から出る消散型視野を使用することができる。本光学系は、光学的近視野リソグラフィに適する。本出願人によって２００３年７月９日に出願されたドイツ特許出願第１０３３２１１２．８号を参照することができ、これには光学近視野リソグラフィ用の好適な条件が明記されている。この場合、像側開口数ＮＡ＞１を得るために浸漬流体が必要ない。実施形態では、像側視野寸法２２ｍｍ・４．５ｍｍ用にＮＡ＝１．０５であり、像側視野は軸から３９ｍｍ外して配置される。全体の縮小率は１：４であり、トラック長は１２９４．４ｍｍである。この構造では、最後の像側平凸レンズ２３６０を含めたすべてのレンズが溶融石英で作製されている。規格値が表４０及び４０Ａ（非球面定数）に示されている。

物体側視野から第１中間像２３０３を拡大倍率で生成するように構成された第１反射屈折対物レンズ部２３１０は、光路に沿った順に、非球面入射面及び球面射出面を有する両凸正レンズ２３１１と、物体側鏡面を有する凹面鏡２３１２と、凹面鏡に面して、レンズ２３１１の像側レンズ面の上層部分上のミラーコーティングによって形成されてわずかに湾曲した凸鏡面を有する凸面鏡２３１３と、凹面入射側を有する両球面正メニスカスレンズ２３１４と、第１中間像２３０３のすぐ近傍に位置付けられた強い非球面の射出面を有する両凸正レンズ２３１５とを含む。

第２反射屈折対物レンズ部２３２０は、第１中間像２３０３を受け取って、第２対物レンズ部の第１凹面鏡２３２１及び第２凹面鏡２３２２によって画定された鏡間空間内に幾何学的に位置する第２中間像２３０４を形成する。第２対物レンズ部はさらに、それぞれ対応の凹面鏡２３２１及び２３２２の鏡面のすぐ前方に位置付けられた負メニスカスレンズ２３２５、２３２６を含む。これにより、長手方向色収差（ＣＨＬ）に対する強い補正効果を得ることができる。物体側非球面及び像側球面を有する両凸正レンズ２３２８が、第１及び第２凹面鏡２３２１、２３２２間において投影対物レンズの直径全体にわたって広がって、放射光がそれを三回透過する、すなわち、１回目は第１中間像と第１凹面鏡との間、２回目は第１及び第２凹面鏡２３２１、２３２２の間、３回目は第２凹面鏡２３２２と第２中間像２３０４との間である。

本実施形態では、３つの凹面鏡２３１２、２３２１、２３２２はすべて、投影対物レンズのひとみ面から光学的に離れた位置にある。また、ほぼ平坦な凸面鏡２３１３は、明らかに第１ひとみ面Ｐ１の外に位置する。本構造は、第１及び第２対物レンズ部間の反射屈折対物レンズ部の補正効果を分散させることができる。

本発明は、投影露光装置内への実際の実装の多くの点で、従来の屈折投影対物レンズに似た性質を有する反射屈折投影対物レンズを製造することができ、それにより、屈折系及び反射屈折系間の切り換えが非常に容易である。第１に、本発明は、単一の直線状の（折り曲げられていない）光軸を有する反射屈折投影対物レンズを構築することができる。さらに、光軸の一方側に配置された物体側視野を、光軸の反対側に配置された像側視野に結像することができる、すなわち、「負の倍率」で結像が行われる。第３に、対物レンズは等方性倍率を有するように構成されることができる。ここで、「等方性倍率」という表現は、「像反転」がない、すなわち物体側視野と像側視野との間にキラリティの変化がない像形成を意味する。言い換えると、右側座標系に描かれたレチクル上の特徴が、像でも同様に右側座標系に描かれることができる。光軸に対して垂直なｘ及びｙの両方向で、負の等方性倍率が存在する。これにより、屈折投影対物レンズでの結像にも使用された同一形式のレチクルを使用することができる。これらの特徴により、たとえばレチクル及びウェハステージでの大幅な再構成が必要ないので、本発明による反射屈折投影対物レンズの、屈折投影対物レンズ用に構成された従来型露光装置内への実装が容易になる。また、屈折投影対物レンズで使用されるように構成されたレチクルを、原則的には本発明による反射屈折投影対物レンズに使用することもできる。このようにして、エンドユーザでの相当なコスト節約を得ることができる。

前述したように、本発明は、高い開口数の反射屈折投影対物レンズの構築を可能にし、特に開口数ＮＡ＞１での液浸リソグラフィを可能にし、これは比較的少量の光学材料で構成されることができる。材料の使用量を少なくすることができるのは、特にコンパクトな投影対物レンズを製造することができることを説明する以下の考慮パラメータで表される。

一般的に、像側開口数ＮＡが増加するのに伴って、投影対物レンズの寸法が劇的に増加する傾向がある。最大レンズ直径Ｄ_ｍａｘは、ｋ＞１としてＤ_ｍａｘ〜ＮＡ^ｋに従ったＮＡの増加に伴って直線関係より大きく増加する傾向があることが実験的にわかっている。値ｋ＝２は、本用途の目的で使用される近似値である。さらに、最大レンズ直径Ｄｍａｘは、（像側視野高さＹ’によって表される）像側視野寸法に比例して増加することがわかっている。本用途の目的には、比例依存であると仮定する。これらの考慮に基づいて、第１コンパクト化パラメータＣＯＭＰ１は、
ＣＯＭＰ１＝Ｄ_ｍａｘ／（Ｙ’・ＮＡ^２）
と定義される。コンパクトな構造が望まれる場合、ある値の像側視野高さ及び開口数について、第１コンパクト化パラメータＣＯＭＰ１ができる限り小さくなければならないことは明らかである。

投影対物レンズを提供するために必要な材料使用量全体を考えると、レンズの絶対数Ｎ_Ｌも関連がある。一般的に、レンズの数がより少ない光学系が、レンズの数がより多い光学系より好ましい。したがって、第２コンパクト化パラメータＣＯＭＰ２は、
ＣＯＭＰ２＝ＣＯＭＰ１・Ｎ_Ｌ
と定義される。やはり、ＣＯＭＰ２の値が小さいことは、コンパクトな光学系であることを表す。

さらに、本発明による投影対物レンズは、入射側視野面を光学的に共役な射出側視野面に結像するために少なくとも３つの対物レンズ部を有し、結像対物レンズ部は、中間像で結合されている。一般的に、光学系の結像対物レンズ部の数Ｎ_ＯＰが大きいほど、投影対物レンズを構築するために必要なレンズの数及び材料全体が増加するであろう。１つの対物レンズ部当たりのレンズの平均数Ｎ_Ｌ／Ｎ_ＯＰをできる限り小さく保つことが望ましい。したがって、第３コンパクト化パラメータＣＯＭＰ３は、
ＣＯＭＰ３＝ＣＯＭＰ１・Ｎ_Ｌ／Ｎ_ＯＰ
と定義される。やはり光学材料使用量が少ない投影対物レンズは、ＣＯＭＰ３が小さい値であることによって特徴付けられるであろう。

表４１は、コンパクト化パラメータＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ３を計算するために必要な値をまとめており、各光学系についてのこれらのパラメータのそれぞれの値が規格値表で示されている（（図面と同一の番号に対応する）表番号が表４１の第１欄に与えられている）。したがって、少なくとも１つの凹面鏡及び少なくとも３つの結像対物レンズ部（すなわち、少なくとも２つの中間像）を有するコンパクトな反射屈折投影対物レンズを得るために、次の条件の少なくとも１つに従うべきである、すなわち、
ＣＯＭＰ１＜１１
好ましくは、ＣＯＭＰ１＜１０．８、より好ましくはＣＯＭＰ１＜１０．４、さらに好ましくはＣＯＭＰ１＜１０に従うべきである。

ＣＯＭＰ２＜３００
好ましくは、ＣＯＭＰ２＜２８０、より好ましくはＣＯＭＰ２＜２５０、さらに好ましくはＣＯＭＰ２＜２３０に従うべきである。

ＣＯＭＰ３＜１００
好ましくは、ＣＯＭＰ３＜９０、より好ましくはＣＯＭＰ３＜８０、さらに好ましくはＣＯＭＰ３＜７５に従うべきである。

表４１は、本発明による好適な実施形態が、一般的にこれらの条件の少なくとも１つに従うことを示し、本明細書でわかりやすく説明した設計規則に従って中程度の材料使用量のコンパクトな構造が得られることを表している。

所望ならば、投影対物レンズの光学素子間の空き空間を満たすために、さまざまな種類の充填ガスを使用することができる。たとえば、実施形態の所望性質に応じて、充填ガスとして空気又は窒素又はヘリウムを使用することができる。

好適な実施形態は、以下の条件の１つ又は複数によって特徴付けられるであろう。好ましくは第１対物レンズ部は、好ましくは１＜｜β_１｜＜２．５の範囲の倍率β_１を有する拡大系として構成される。これにより、第１中間像で低ＮＡが確保され、口径食の問題を回避するのに役立つ。｜β_１｜は１：１でよく、あるいはわずかに小さく、たとえば０．８≦｜β_１｜≦１でもよい。好ましくは第２対物レンズ部は、ほぼ単位倍率を有する、すなわちほとんど拡大又は縮小がない光学系として構成される。特に、第２対物レンズ部は、倍率β_２が０．４＜｜β_２｜＜１．５、より好ましくは０．８＜｜β_２｜＜１．２５、又は０．９＜｜β_２｜＜１．１の光学系として構成されてもよい。好ましくは第３対物レンズ部は、縮小率｜β_３｜＜１を有する。投影対物レンズ全体の倍率βは、β＝β_１・β_２・β_３である。第２中間像は、像寸法より大きい寸法を有してもよい。

好ましくは、第１中間像及び第２中間像の両方が、幾何学的に第１凹面鏡及び第２凹面鏡の間の鏡間空間内に位置する。それらは、幾何学的に第１凹面鏡及び第２凹面鏡の間の鏡間空間内で２つの凹面鏡間の中間点付近に中心が位置する中間領域内に位置することができ、中間領域は、第１及び第２凹面鏡の湾曲表面の頂点間の軸方向距離の９０％以下の軸方向広がりを有する空間内に延在する。

２つの凹面鏡の間の光軸上の距離をｄ、第１中間像と第１凹面鏡との間の光軸上の距離をｄ１、第２凹面鏡と第２中間像との間の光軸上の距離をｄ２とすると、好ましくは０．５ｄ／２＜ｄ１＜１．５ｄ／２、及び０．５ｄ／２＜ｄ２＜１．５ｄ／２の関係が満足される。上記距離は、光軸に沿って測定されるもとのし、光軸は折り曲げられてもよい。好ましくは、軸から最も外れた視野点の主光線は、第１中間像の位置の近傍で２つの凹面鏡間のｄ／４〜３ｄ／４の上記領域内で光軸と交差する。その場合、ひとみ位置は鏡から離れている。

少なくとも１つの中間像、好ましくはすべての中間像が、中間像と、ほとんどの実施形態では鏡面である次の光学表面との間に有限最短距離が存在するように位置付けられるように光学系を構成することが有益であることがわかっている。有限最短距離を維持すれば、光学表面上又はその内部の汚染又は欠陥が像面に鮮明に結像され、それにより、パターンの所望の結像が妨害されることを回避することができる。好ましくは、有限距離は、中間像での放射光の開口数に応じて、中間像に隣接する光学表面に当たる放射光のサブ開口（特定の視野点のフットプリント）が、少なくとも３ｍｍ、又は少なくとも５ｍｍ、又は少なくとも１０ｍｍ、又は少なくとも１５ｍｍの最小直径を有するように選択される。図面及び表から、ほとんど又はすべての実施形態において、鏡間空間内の中間像と、光学的に中間像に最も近接して配置された鏡面との間の距離に関してこれらの条件が容易に満たされることは明らかである。凹面鏡間の中間領域内に中間像が配置される実施形態が、この点で特に良好である。

フッ化カルシウムにすることができる最後の像側レンズを考えられる例外として、上記実施形態の透明光学部材はすべて同一材料、すなわち溶融石英（ＳｉＯ_２）で作製される。しかしながら、作動波長で透明である他の材料、特に結晶性アルカリ土類金属フッ化物材料も使用することができる。必要ならば、たとえば色収差の補正を助けるために、少なくとも１つの第２材料を用いることもできる。もちろん、本発明の利益は、他の波長、たとえば２４８ｎｍ又は１５７ｎｍでの使用を意図した光学系の場合にも利用されることができる。

一部又はすべての条件が、上記実施形態の一部又はすべてで満たされる。

上記光学系はすべて、実際の物体から実像を（たとえばウェハ上に）形成するための完全な光学系であってもよいことを理解されたい。しかしながら、本光学系は、より大きい光学系の部分光学系として使用されてもよい。たとえば、上記光学系のための「物体」は、物体面の上流側の結像系（リレー系）によって形成された像でもよい。同様に、上記光学系によって形成された像は、像面の下流側の光学系（リレー系）のための物体として使用されてもよい。

好適な実施形態の上記説明は、例示のために与えられている。本開示から、当業者であれば、本発明及びそれに付随した利点を理解できるだけでなく、開示されている構造及び方法に対する様々な変化及び修正が明らかであることがわかるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲及びそれの同等物によって定義されるような本発明の精神及び範囲に入るすべての変化及び修正を包含することが要求される。

すべての特許請求の範囲の内容は、本明細書の一部を構成する。

本出願は、２００４年１月１４日に出願された米国特許仮出願第６０／５３６，２４８号、２００４年７月１４日に出願された米国特許仮出願第６０／５８７，５０４号、２００４年１０月１３日に出願された米国特許仮出願第６０／６１７，６７４号、２００４年７月２７日に出願された米国特許仮出願第６０／５９１，７７５号及び２００４年９月２４日に出願された米国特許仮出願第６０／６１２，８２３号の優先権の利益を主張する。これらの米国特許仮出願すべての開示内容は、本出願の記載内容の一部を構成する。

本発明による投影対物レンズの第１実施形態の長手方向断面図である。 図１の光学系を通過する内側軸外ビームを示す図である。 図１の光学系を通過する外側軸外ビームを示す図である。 本発明による投影対物レンズの第２実施形態の長手方向断面図である。 図４に示された実施形態の凹面鏡上のビームのフットプリントを示す概略図である。 図４に示された実施形態の凹面鏡上のビームのフットプリントを示す概略図である。 ＮＡ値が異なり、かつ開口絞りの位置が異なる、図４の実施形態の変更形を示す。 ＮＡ値が異なり、かつ開口絞りの位置が異なる、図４の実施形態の変更形を示す。 ＮＡ値が異なり、かつ開口絞りの位置が異なる、図４の実施形態の変更形を示す。 本発明による投影対物レンズの第３実施形態の、それぞれ概略図及びレンズ部分を示す。 本発明による投影対物レンズの第３実施形態の、それぞれ概略図及びレンズ部分を示す。 本発明による投影対物レンズの第４実施形態の、それぞれ概略図及びレンズ部分を示す。 本発明による投影対物レンズの第４実施形態の、それぞれ概略図及びレンズ部分を示す。 鏡の幾何学的配置を示すための、第３実施形態の反射屈折対物レンズ部の斜視図を示す。 凹面鏡と傾斜視野（図１５ａ）との間に二回透過レンズを有する別の実施形態の概略図である。 図１５に従って構成された実施形態全体のレンズ部分を示す。 図１５に示された原理に従って構成された別の実施形態のレンズ部分を示す。 凹面鏡間に三回透過レンズを有する実施形態の概略図である。 図１８に示された原理に従って構成された実施形態のレンズ部分を示す。 凹面鏡の一方の近くに鏡関連レンズを有する実施形態のレンズ部分を示す。 本発明による投影対物レンズの別の実施形態のレンズ部分を示す。 同様な浅い凹面鏡を有する、本発明による投影対物レンズの別の実施形態のレンズ部分を示す。 同様な浅い凹面鏡を有する、本発明による投影対物レンズの別の実施形態のレンズ部分を示す。 凹面鏡の押し込み深さを画定するための図を示す。 鏡間空間内の唯一の中間像と、鏡群の入口及び出口に近いひとみ面とを有する、本発明による投影対物レンズの別の実施形態のレンズ部分を示す。 図２５に示された実施形態の、物体面と第１中間像との間の部分の拡大図を示す。 カトプトリック第２対物レンズ部が正確に同一の非球面を有する２つの凹面鏡を有する、本発明の実施形態のレンズ部分を示す。 カトプトリック第２対物レンズ部を有し、第１凹面鏡が放物面鏡として構成されている実施形態のレンズ部分を示す。 放物面鏡を光学的に検査する検査装置を示す概略図である。 正レンズのみを有し、かつ非球面の数が異なるコンパクトな第１対物レンズ部を有する投影対物レンズの実施形態を示す。 正レンズのみを有し、かつ非球面の数が異なるコンパクトな第１対物レンズ部を有する投影対物レンズの実施形態を示す。 正レンズのみを有し、かつ非球面の数が異なるコンパクトな第１対物レンズ部を有する投影対物レンズの実施形態を示す。 変曲点を有する従来型非球面の概略図を示す。 すべての非球面に変曲点がない実施形態のレンズ部分を示す。 極限点を有する非球面を示す概略図である。 極限点が存在することによる問題を排除した投影対物レンズの実施形態のレンズ部分を示す。 少数の非球面を有する別の実施形態のレンズ部分を示す。 少数の非球面を有する別の実施形態のレンズ部分を示す。 ２つの凹面鏡を含む反射屈折第１対物レンズ部と、２つの凹面鏡を有する反射屈折第２対物レンズ部とを有する実施形態のレンズ部分を示す。 ２つの湾曲鏡を有する第１対物レンズ部と、２つの凹面鏡を有する反射屈折第２対物レンズ部とを有する別の実施形態のレンズ部分を示す。

Claims (18)

1. 投影対物レンズの物体面に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズであって、
   物体面に設けられたパターンを第１中間像に結像する第１対物レンズ部と、
   第１中間像を第２中間像に結像する第２対物レンズ部と、
   第２中間像を像面上に結像する第３対物レンズ部とを有し、
   投影対物レンズが、正確に２つの鏡と正確に２つの中間像を有し、
   投影対物レンズが、ひとみの不明瞭がない明瞭形である、投影対物レンズ。
2. 投影対物レンズが反射屈折投影対物レンズであり、少なくとも１つの鏡が凹面鏡である、請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 正確に２つの鏡の各々が凹面鏡である、請求項１又は２に記載の投影対物レンズ。
4. 主光線高さが結像プロセスの周縁光線高さを超える位置のひとみ面から、２つの凹面鏡が光学的に離して配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
5. 第１対物レンズ部が、ジオプトリック結像系であり、
   第２対物レンズ部が、第１及び第２凹面鏡を含み、凹面鏡の凹面鏡面が互いに向き合って鏡間空間を画定しており、
   少なくとも第１中間像が、幾何学的に第１凹面鏡と第２凹面鏡との間の鏡間空間内に位置する、請求項１〜４のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
6. 第１中間像及び第２中間像の両方が、幾何学的に第１凹面鏡と第２凹面鏡との間の鏡間空間内に位置する、請求項５に記載の投影対物レンズ。
7. 第１対物レンズ部及び第２対物レンズ部及び第３対物レンズ部が、共通の直線状の光軸を共用する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
8. 凹面鏡の少なくとも１つの鏡面が非球面である、請求項２〜７のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
9. 第１凹面鏡から反射した放射光が、第２凹面鏡に当たる前に光軸と交差するように構成されている、請求項５〜８のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
10. 第１対物レンズ部が、純粋屈折型であり、第２対物レンズ部が、カトプトリック又は反射屈折型であり、第３対物レンズ部が、純粋屈折型である、請求項１〜９のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
11. 凸面鏡をまったく含まない、請求項１〜１０のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
12. 投影対物レンズが折り曲げ平面鏡をまったく含まない、請求項１〜１１のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
13. 凹面鏡での最大光ビーム高さが、第３対物レンズ部内での最大光ビーム高さの１．５倍未満である、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
14. 像側開口数ＮＡ＞０．９である、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、収差に関して適応させた液浸対物レンズとして構成されていて、最後の光学素子と像面との間の像側作動距離が、屈折率が１より相当に大きい浸漬媒体で満たされるようになっている、請求項１〜１４のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
16. 浸漬媒体と一緒に使用されるとき、像側開口数ＮＡ＞１．１である、請求項１〜１５のいずれか1項に記載の投影対物レンズ。
17. 照明系と投影対物レンズとを有してマイクロリソグラフィに使用される投影露光系であって、投影対物レンズが、請求項１〜１６のいずれか1項に従って構成される、投影露光系。
18. 半導体デバイス又は他の形式のマイクロデバイスを作製する方法であって、
    所定パターンを有するマスクを設ける工程と、
    所定波長を有する紫外線でマスクを照明する工程と、
    請求項１〜１６のいずれか1項に記載の投影対物レンズを使用して、投影対物レンズの像面の近傍に配置された感光基材上にパターンの像を投影する工程と、
    を含む方法。

Images