JPH10172904A - 投影露光方法及び投影露光装置並びに投影光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 理想的な環境で得られると同じ性能を、実際
の使用環境（たとえば大気圧や温度）が理想的でない場
合でも維持すること。 【解決手段】 レチクル上に形成したパターンを基板上
に転写する投影露光装置は、レチクルを波長λの照明光
のもとで均一に照射するための照明光学系と；レチクル
を支持する第１の支持部材と；基板を支持する第２の支
持部材と；レチクルと前記基板との間に配置されてレチ
クル上のパターンを少なくとも開口数０．５５以上の光
束で前記基板に投射し、かつ所定の条件を満足する投影
光学系と；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクまたはレチ
クル上に形成したパタ−ンを、半導体ウェ−ハまたはガ
ラスプレートのような基板上に転写する方法と装置とに
関する。より詳しくは、本発明は、該装置が用いられる
環境（例えば大気や温度）が理想的でないにもかかわら
ず、あたかも理想的な環境に在るかのごとく作動する投
影光学系を用いて、マスクまたはレチクル上に形成した
パタ−ンを、例えば半導体ウェ−ハまたはガラスプレー
トのような別の表面に転写する投影露光方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）が一層微細かつ精緻と
なるに従って、回路パターンを半導体ウェ−ハまたは
（ガラスプレートなどの）他の感光性基板に転写する投
影露光装置には、一層高い解像力を発揮することが求め
られている。とりわけ近年、投影露光装置は、理想的環
境のみならず周囲条件が変化する場合でさえ良好に作動
することが要求されるようになってきている。

【０００３】現行の投影露光装置は、理想的環境では完
全に機能するけれども、投影露光装置内の投影光学系の
周囲の大気圧や温度等の条件が変化すると、理想的環境
下と同じようには作動しないのが通常である。従来の投
影露光装置では、大気圧の変化に起因する倍率誤差を、
投影光学系を構成する多数の光学部材間の間隙を満たす
媒体の気圧を制御することによって補正している。しか
しながら、この補正の程度は倍率誤差を補正するにとど
まる。その他の結像性能の劣化については、性能補償大
気圧の範囲（つまり装置の作動性能が補償される大気圧
の範囲）を制限することにより、実用上問題にならない
程度に結像性能の劣化を抑えている。また、温度の変動
による変化に関して云えば、投影光学系の温度を制御す
るのに用いる多様な温度制御装置が公知である。これら
の装置は、本質的には投影光学系の温度を理想的な環境
のもとでの温度に充分近づけるように維持するものであ
り、それにより、要求される性能を満足させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】けれども、近年、この
ような大気圧の変化を補正する方法は、前述のように一
層微細で一層複雑な回路パターンを製造しようとしてい
る露光装置の利用者の需要に適合しなくなってきてい
る。半導体製造業者から求められているパターン密度が
高くなればなるほど、この種の投影露光システムには一
層高い解像力が必要になってくる。さらに、このことは
投影露光装置の利用者が求める厳密な性能を充分に満た
すために、性能を保証する大気圧の範囲を狭くすること
にもなる。その上、この種の投影露光装置の解像力を一
層高くもっと厳密にという最近の要求は、このような装
置における一層厳密な温度制御に対する需要をも喚起し
ている。

【０００５】大気圧の異なるのは標高などが変化するた
め避けがたい。これは投影光学系の製造現場とその光学
系が組み込まれている投影露光装置が使用される場所と
が異なると云う現実にも部分的に起因する。投影光学系
は、通常、製造現場で理想的な結像性能に達するまで調
整される。その後、投影光学系は、実際に使用する場所
で同じ理想的な結像性能を使用現場で得るため、たとえ
ば標高と云った大気圧条件にしたがってさらに調整され
る。この調整は、たとえばその投影光学系内部の多数の
空気間隙を変更したり、あるいは或るレンズ素子を別の
僅かに曲率半径の異なるレンズ素子と交換したりするこ
とによって完了するのが典型的なやり方である。

【０００６】したがって、この投影光学系を用いる場所
を（たとえば異なる標高で）変更しようとする場合に
は、この投影光学系を分解して再組立てするなどの大幅
な再調整が必要になる。温度制御に関して云えば、実際
に使用される温度ごとにそれに対応する環境温度を設定
した上で、この投影光学系を製造することが必要とな
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、投影
光学系の周囲の雰囲気の環境（例えば大気圧や温度な
ど）が理想的な環境から変化した場合であっても、理想
的な環境にある場合と同じ性能を実質的に維持すること
を目的とする。また、本発明は、たとえ大気圧が装置の
使われる場所や標高の変更などに起因して著しく変化し
ても、その投影光学系を比較的僅かに調整することで、
理想的な環境に在ると同じ性能を再現することを別の目
的とする。

【０００８】上述の目的を達成するために、本発明の第
１の態様に従う投影露光装置は、レチクル上に形成され
たパターンを基板上に転写する投影露光装置であって、
レチクルを波長λの照明光のもとで均一に照射するため
の照明光学系と；レチクルを支持する第１の支持部材
と；基板を支持する第２の支持部材と；レチクルと基板
との間に配置され、照明光学系によって照射されたレチ
クル上のパターンを少なくとも開口数０．５５以上の光
束で基板に投射し、かつ以下の条件：

【０００９】

【数６】

【００１０】を満足する投影光学系と；を備えるもので
ある。但し、 ｄＳＡｐ：投影光学系の周囲の雰囲気の大気圧が３０ｍ
ｍＨｇだけ変化するときの投影光学系の最大開口数の光
線による球面収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｐ：投影光学系の周囲の雰囲気の大気圧が３
０ｍｍＨｇだけ変化するときの投影光学系の最大像高に
おける最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、 ＮＡ：投影光学系の基板側の開口数、である また、本発明の第２の態様に従う投影露光装置は、レチ
クル上に形成されたパターンを基板上に転写する投影露
光装置であって、レチクルを波長λで均一に照射するた
めの照明光学系と、レチクルを支持する第１の支持部材
と、基板を支持する第２の支持部材と、レチクルと基板
との間に設置され、少なくとも０．５５の開口数を有す
る光束を投射する投影光学系とを備え、投影光学系は、
照明光学系によって照射されたレチクル上のパターンを
基板に光束を用いて以下の条件：

【００１１】

【数７】

【００１２】を満たして投影するものである。但し、 ｄＡＳｔ：投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化すると
きの投影光学系の最大開口数の光線による球面収差の変
化量、 ｄＣＯＭＡｔ：投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化す
るときの投影光学系の最大像高における最大開口数の光
線によるコマ収差の変化量、 ｄＭｔ：投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化するとき
の投影光学系の最大像高での像面湾曲の変化量、 ｄＹｔ：投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化するとき
の投影光学系の最大像高での像高変化量、 ＮＡ：投影光学系の基板側の開口数、である。

【００１３】また、投影光学系は、複数のレンズ素子を
支持して以下の条件：

【００１４】

【数８】

【００１５】を満たす鏡胴を含むことが好ましい。但
し、 ｄＳＡｔ1：投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化によ
り引き起こされる投影光学系の最大開口光束の球面収差
の変化量、 ｄＳＡｔ2 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化により引
き起こされる投影光学系の最大開口光束の球面収差の変
化量であり、 ｄＳＡｔ3 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮により引き
起こされる投影光学系の最大開口光束の球面収差の変化
量、 ｄＣＯＭＡｔ1 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化に
より引き起こされる投影光学系の最大像高における最大
開口光束のコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ2 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化により
引き起こされる投影光学系の最大像高における最大開口
光束のコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ3 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮により引
き起こされる投影光学系の最大像高における最大開口光
束のコマ収差の変化量、ｄＭｔ1 ：投影光学系の温度が
３℃だけ変化するとき、レンズ素子を構成する光学部材
の屈折率の変化により引き起こされる投影光学系の最大
像高における像面湾曲の変化量、 ｄＭｔ2 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化するとき、
レンズ素子を構成する光学部材の形状変化により引き起
こされる投影光学系の最大像高における像面湾曲の変化
量、 ｄＭｔ3 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化するとき、
レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮により引き起こ
される投影光学系の最大像高における像面湾曲の変化
量、 ｄＹｔ1 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化するとき、
レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化により引
き起こされる投影光学系の最大像高における像高変化
量、ｄＹｔ2 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化により引
き起こされる投影光学系の最大像高における像高変化
量、 ｄＹｔ3 ：投影光学系の温度が３℃だけ変化するとき、
レンズ素子を構成する光学部材の膨張・収縮により引き
起こされる投影光学系の最大像高における像高変化量、 λ：照明光学系の照明光の波長、 ＮＡ：記投影光学系の開口数、である。

【００１６】また、投影光学系は、レチクル側から順
に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を
有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ
群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力
を有する第５レンズ群とを含むことが好ましい。また、
第５レンズ群中に配置された開口絞りをさらに含むこと
が好ましく、このとき、第３レンズ群は、正の屈折力と
レチクル側に向けられた凹面とをそれぞれ有するメニス
カス形状の第１及び第２メニスカスレンズと、正の屈折
力とレチクル側に向けられた凹面とをそれぞれ有するメ
ニスカス形状の第３及び第４メニスカスレンズとを有
し、第３レンズ群を構成するレンズ素子のうち最大有効
径を有するレンズ素子は、第１のメニスカスレンズと第
４のメニスカスレンズとの間に配置されることが好まし
い。

【００１７】この好ましい態様において、最大有効径を
有するレンズ素子は、第２メニスカスレンズの基板側
と、第３のメニスカスレンズのレチクル側との間に配置
されることがさらに好ましい。また、本発明の一つの態
様に従う投影光学系は、第１物体の像を第２物体に投影
する投影光学系であって、第１物体側から順に、正の屈
折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２
レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の
屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第
５レンズ群と、第５レンズ群内に配置された開口絞りと
を含み、第３レンズ群は、第１物体側に向けられた凹面
と正の屈折力とをそれぞれ有する第１及び第２メニスカ
スレンズ素子と、第２物体側に向けられた凹面と正の屈
折力とをそれぞれ有する第３及び第４メニスカスレンズ
素子とを有し、第３レンズ群のうち最大有効径を有する
レンズ素子は、第１メニスカスレンズ素子と第４メニス
カスレンズ素子との間に配置されるものである。

【００１８】また、第３レンズ群に含まれるレンズ素子
が、以下の条件： ｜sin（β）｜＜０．５ ｜（α−β）／（α−γ）｜＜１．５ を満たすことが好ましい。但し、 α：投影光学系の最大像高に対応する主光線の、レンズ
素子の第１物体側レンズ面に対する入射角と、投影光学
系の最大像高に対応する主光線の、レンズ素子の第２物
体側レンズ面からの射出角とのうち少なくとも一方の角
度、 β：投影光学系の最大像高に対応する下側メリジオナル
光線の、レンズ素子の第１物体側レンズに対する入射角
と、投影光学系の最大像高に対応する下側メリジオナル
光線の、レンズ素子の第２物体側レンズ面からの射出角
とのうち少なくとも一方の角度、 γ：投影光学系の最大像高に対応する上側メリジオナル
光線の、レンズ素子の第１物体側レンズ面に対する入射
角と、投影光学系の最大像高に対応する上側メリジオナ
ル光線の、レンズ素子の第２物体側レンズ面からの射出
角とのうち少なくとも一方の角度、である。

【００１９】また、第５レンズ群は、正レンズ素子、負
レンズ素子及び気体間隔をそれぞれ含む第１及び第２の
気体分離型ダブレットを有することが好ましく、これら
第１及び第２の気体分離型ダブレットは、開口数絞りよ
りも第２物体側に配置されることが好ましく、ここで、
第１及び第２の気体分離型ダブレットを構成する正レン
ズ素子と負レンズ素子との少なくとも一方のレンズ素子
は、第５レンズ群中で最大有効径を有することが好まし
い。

【００２０】また、第３レンズ群中の第１のメニスカス
レンズは、第３レンズ群のレンズ群のうち第１物体に最
も接近して設置され、第４のメニスカスレンズが、第３
レンズ群のレンズ群のうち第２物体に最も接近して設置
されることが好ましい。また、第３レンズ群は、正のレ
ンズ素子のみからなることが好ましい。また、第１乃至
第５レンズ群を支持する複数の支持部材を含む鏡胴をさ
らに含むことが好ましく、これらの支持部材と鏡胴と
は、同一の材料から構成されることが好ましい。

【００２１】また、第１乃至第５レンズ群を支持する複
数の鏡胴をさらに含みことが好ましく、これら複数の鏡
胴は、投影光学系の光軸に沿って配列されることが好ま
しい。また、投影光学系と第１乃至第５レンズ群とは、
以下の条件： ０．１０＜ｆ1／Ｌ＜０．２５ −０．０９＜ｆ2／Ｌ＜−０．０３ ０．０５＜ｆ3／Ｌ＜０．２０ −０．１０＜ｆ4／Ｌ＜−０．０２ ０．０５＜ｆ5／Ｌ＜０．２０ を満たすことが好ましい。但し、 ｆ1：第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離、 ｆ2：第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離、 ｆ3：第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離、 ｆ4：第４のレンズ群Ｇ４の焦点距離、 ｆ5：第５のレンズ群Ｇ５の焦点距離、 Ｌ：物像間距離、 である。

【００２２】また、本発明の別の態様に従う投影光学系
は、第１物体の像を第２物体に投影する投影光学系であ
って、第１物体側から順に、正の屈折力を有する第１レ
ンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈
折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４
レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、第５
レンズ群内部に置かれた開口絞りとを含み、第５レンズ
群は、正レンズ素子、負レンズ素子及び気体間隔をそれ
ぞれ含む第１及び第２の気体分離型ダブレットを有し、
第１及び第２の気体分離型ダブレットは、開口数絞りよ
りも第２物体側に配置され、第１及び第２の気体分離型
ダブレットを構成する正レンズ素子と負レンズ素子との
少なくとも一方のレンズ素子は、第５レンズ群中で最大
有効径を有するものである。

【００２３】本発明のその他の利点は、以下の発明の実
施の形態を図面と併せて読むに及んで一層明らかになる
であろう。この図面は本発明の実施例を単に例示しただ
けであって本発明を如何なる形においても例示の実施例
に限定するものではないことを確言しておく。本発明は
本明細書で出願した特許請求の範囲によって最大限規定
してある。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に述べる発明の詳細な説明
は、本発明の目下の実施例に充てたものであり、本発明
がここで例示する実施例に限定されるものでないことは
理解を要する。この詳細な説明では、類似の参照番号は
類似の素子に関する。図１において、高圧水銀ランプを
備える照明光学系ＩＳは、ｉ線の波長（３６５ｎｍ）の
照明光でレチクルＲを均一に照射する。このような照明
光学系の一例は、たとえば米国特許第4,497,015号、第
4,918,583号、第5,245,384号、第5,335,044号、第5,42
0,417号中に開示されている。

【００２５】第１物体としてのレチクルＲは、表面上に
形成された特定の回路パターンを有し、レチクルステ−
ジＲＳ上に載置してある。レチクルＲの下方にウェ−ハ
Ｗがウェ−ハステ−ジＷＳ上に載置されており、該ステ
−ジによって支えられている。照明光学系ＩＳによって
照射されたレチクルＲからの光線は、投影光学系ＰＬに
入射し、ついで照明光学系ＩＳ内部の光源の像を投影光
学系ＰＬの瞳位置（開口絞りの位置）に形成する。つま
り、照明光学系ＩＳは、レチクルＲをケ−ラ−照明法の
もとで均一に照射する。投影光学系ＰＬの瞳位置からの
光線は投影光学系ＰＬから射出され、第２物体としての
ウェ−ハＷに達する。このウェーハＷの表面上には、レ
ジスト等の感光性樹脂が塗布されており、投影光学系Ｐ
ＬはレチクルＲの像をこのウェ−ハＷの上に形成する。
こうして、レチクルＲの回路パターンはウェ−ハＷに転
写されるのである。

【００２６】投影光学系ＰＬには多数のレンズ素子が含
まれている。これらのレンズ素子は、鏡筒ＬＢ内で所定
の空気間隔（気体間隔）が維持されている。この鏡筒Ｌ
Ｂの外側には、フランジＦＬが設けられている。フラン
ジＦＬは、この投影露光装置の本体のキャリッジ（カラ
ム）ＣＡによって支えられている。圧力制御装置ＰＣ
は、投影光学系ＰＬ内に設けられ、これらレンズ素子間
の幾つかの空気間隙（気体間隔）の気圧を制御する。圧
力制御装置ＰＣに関しては、例えば米国特許第4,666,27
3号に開示されているものを用いることができる。

【００２７】ここで、図１に示した投影露光装置内の投
影光学系ＰＬは、以下の条件：

【００２８】

【数９】

【００２９】を満たすように構成されている。ここで、 ｄＳＡｐ：投影光学系ＰＬの周囲の雰囲気の大気圧が３
０ｍｍＨｇだけ変化するときの投影光学系ＰＬの最大開
口数の光線による球面収差の変化量、ｄＣＯＭＡｐは、
投影光学系ＰＬの周囲の雰囲気の大気圧が３０ｍｍＨｇ
だけ変化するときの投影光学系ＰＬの最大像高における
最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、 ＮＡ：この投影光学系ＰＬの開口数、である。

【００３０】上記の条件（１）と（２）とは共に、投影
光学系ＰＬによって形成したレチクルＲの像のコントラ
ストを良好にするための条件である。条件（１）は、こ
の投影光学系の焦点深度と、大気圧が変化したときの投
影光学系として許容し得る球面収差の変化量と間の関係
を規定する。条件（１）を満足しない場合には、大気圧
が変化した際の球面収差の発生量が過度に大きくなり、
像のＭＴＦも低下して像のコントラストを劣化させるた
め望ましくない。

【００３１】条件（２）は、この投影光学系の解像力
と、大気圧が変化したときの投影光学系として許容し得
るコマ収差の変化量と間の関係を規定する。条件（２）
を満足しない場合には、大気圧が変化した際の像の周辺
におけるコマ収差の発生量が過度に大きくなり、像の周
辺領域でのＭＴＦも低下して、当該領域の像のコントラ
ストを劣化させるため望ましくない。

【００３２】この実施例のような投影露光装置では、照
明光学系ＩＳ、レチクルステ−ジＲＳおよびウェ−ハス
テ−ジＷＳについては、大気圧の変化に起因する性能の
劣化が実質的に存在しないと考えられる。したがって、
本実施例では、像コントラストの劣化は、上記条件
（１）と（２）とを満たす投影光学系を用いることによ
って、大気圧が変化したとしても実質的に抑止される。
この構造を用いて本実施例は、大気圧が変化したとして
もレチクルＲの像をウェ−ハＷに良好な結像性能のもと
で転写することを可能とする。

【００３３】また、図１に示した投影露光装置内の投影
光学系は、以下の条件：

【００３４】

【数１０】

【００３５】（３） ｜ｄＳＡｔ｜＜０．３×λ／（Ｎ
Ａ）２ （４） ｜ｄＣＯＭＡｔ｜＜０．３×λ／（ＮＡ） （５） ｜ｄＭｔ｜＜０．２＜λ／（ＮＡ）２ （６） ｜ｄＹｔ｜＜０．０５×λ／（ＮＡ） を満たすように構成されている。

【００３６】ここで、 ｄＡＳｔ：投影光学系ＰＬの周囲温度が３℃だけ変化す
るときの投影光学系ＰＬの最大開口数の光線による球面
収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ：投影光学系ＰＬの周囲温度が３℃だけ変
化するときの投影光学系ＰＬの最大像高における最大開
口数の光線によるコマ収差の変化量、 ｄＭｔ：投影光学系ＰＬの周囲温度が３℃だけ変化する
ときの投影光学系ＰＬの最大像高での像面湾曲の変化
量、 ｄＹｔ：投影光学系ＰＬの周囲温度が３℃だけ変化する
ときの投影光学系ＰＬの最大像高での像高変化量、 ＮＡ：投影光学系ＰＬのウェーハＷ側の開口数、であ
る。

【００３７】上記条件（３）〜（６）はなべて、投影光
学系ＰＬによって形成したレチクルＲの像のコントラス
ト、像面湾曲および像倍率を良好な状態に維持するため
の条件である。条件（３）は、この投影光学系の焦点深
度と、投影光学系ＰＬの周囲の大気の温度が変化したと
きの投影光学系ＰＬとして許容し得る球面収差の変化量
と間の好適な関係を規定する。条件（３）を満足しない
場合には、投影光学系ＰＬの周囲の大気の温度が変化し
たときの球面収差の発生量が過度に大きくなり、それで
像のＭＴＦも低下して像のコントラストを劣化させるた
め望ましくない。

【００３８】条件（４）は、投影光学系ＰＬの解像力
と、温度が変化したときの投影光学系ＰＬとして許容し
得るコマ収差の変化量との間の関係を好適な規定する。
条件（４）を満足しない場合には、投影光学系ＰＬの周
囲の大気の温度が変化したときの像周辺のコマ収差の発
生量が過度に大きくなり、像の周辺領域でのＭＴＦも低
下して、当該周辺領域の像のコントラストを劣化させる
ため望ましくない。

【００３９】条件（５）は、投影光学系ＰＬの焦点深度
と、温度が変化したときの投影光学系ＰＬとして許容し
得る像面湾曲の変化との間の好適な関係を規定する。条
件（５）を満足しない場合には、投影光学系ＰＬ周辺の
大気の温度が変化したときに生じる像面湾曲の量が過度
に大きくなり、そのため使用可能な焦点深度も浅くなり
過ぎるので望ましくない。

【００４０】条件（６）は、投影光学系ＰＬの解像力
と、温度が変化したときの投影光学系ＰＬとして許容し
得る像高の変化と間の関係を好適な規定する。条件
（６）を満足しない場合には、投影光学系ＰＬの周囲の
大気の温度が過度に大きくなるときに、倍率誤差を引き
起こすため望ましくない。この実施例のような投影露光
装置では、照明光学系ＩＳ、レチクルステ−ジＲＳおよ
びウェ−ハステ−ジＷＳに対する温度変化に起因する性
能の劣化は、実質的には存在しないと考えられる。

【００４１】したがって、本実施例の装置では、結像性
能の変化が上記条件（１）〜（６）をなべて満たす投影
光学系ＰＬを用いることによって実質的に制限されるの
である。このように本実施例の構造は、温度が変化して
もレチクルＲ上のパターンをウェ−ハＷに卓越した結像
性能で転写することを可能にする。以下の図２を参照し
て、本実施の形態におけるレンズ素子の保持手法につき
説明する。図２は、投影光学系ＰＬの断面図であって、
この図２では、投影光学系を構成するレンズ素子群を、
簡略化のため５群のレンズ素子群Ｇ１からＧ５までに概
略分割してある。

【００４２】図２において、各レンズ素子Ｇ１〜Ｇ５
は、支持部材Ｈ１〜Ｈ５にそれぞれ保持されている。リ
ング形状の支持部材Ｈ１〜Ｈ５は、レンズ素子Ｇ１〜Ｇ
５の周辺部を支持している。支持部材Ｈ１〜Ｈ５それぞ
れの間には、リング形状のスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５がレ
ンズ素子Ｇ１〜Ｇ５それぞれの間の特定の間隔を維持す
るために設置されている。ここで、スペ−サＳＰ１〜Ｓ
Ｐ５それぞれの光軸方向の厚さは、レンズ素子Ｇ１〜Ｇ
５間の所望の間隔が維持されるように規定してある。

【００４３】この実施例の構造では、鏡胴ＬＢ、支持部
材Ｈ１〜Ｈ５およびスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５が、全て同
じ材料で造られている。この構成により、仮に鏡胴、支
持部材およびスペ−サにおける線熱膨張係数の違いに起
因して発生する歪みが発生しない利点がある。さて、図
１に示した投影光学系ＰＬは、以下の条件：

【００４４】

【数１１】

【００４５】を満たすように構成されている。ここで、 ｄＳＡｔ1：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化に
よって引き起こされる投影光学系ＰＬの最大開口数の光
線による球面収差の変化量、 ｄＳＡｔ2 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化によっ
て引き起こされる投影光学系ＰＬの最大開口数の光線に
よる球面収差の変化量、 ｄＳＡｔ3 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化する
とき、レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮によって
引き起こされる投影光学系ＰＬの最大開口数の光線によ
る球面収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ1 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化
するとき、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変
化によって引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高に
おける最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ2 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化
するとき、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化に
よって引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高におけ
る最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ3 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化
するとき、レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮によ
って引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における
最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、 ｄＭｔ1 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化によ
って引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における
像面湾曲の変化量、 ｄＭｔ2 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の形状変化によって
引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における像面
湾曲の変化量、 ｄＭｔ3 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を支持する鏡胴の膨張・収縮によって引
き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における像面湾
曲の変化量、 ｄＹｔ1 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化によ
って引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における
像高変化量、 ｄＹｔ2 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構築する光学部材の形状変化によって
引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における像高
変化量、 ｄＹｔ3 ：投影光学系ＰＬの温度が３℃だけ変化すると
き、レンズ素子を構成する光学部材の膨張・収縮によっ
て引き起こされる投影光学系ＰＬの最大像高における像
高変化量、 λ：照明光学系からの照明光の波長、 ＮＡ：投影光学系ＰＬのウェーハＷ側開口数、である。

【００４６】上記条件（７）〜（１８）はなべて、投影
光学系ＰＬによって形成されるレチクルＲのコントラス
ト、像面湾曲および像倍率を良好に維持するための条件
である。条件（７）〜（９）は、上記の条件（３）に関
連するものであって、投影光学系ＰＬが含むレンズ素子
自体それぞれの温度変化によって生じる屈折率変化に起
因する球面収差の変化量、レンズ素子自体それぞれの温
度変化によって生じる形状変化に起因する球面収差の変
化量、および各レンズ素子を支持する鏡胴の温度変化に
よって生じる膨張・収縮に起因する球面収差の変化量
と、この投影光学系ＰＬの焦点深度と間の好適な関係を
規定するものである。

【００４７】条件（１０）〜（１２）は、上記の条件
（４）に関連するものであって、投影光学系ＰＬを構成
するレンズ素子自体それぞれの温度変化によって生じる
屈折率変化に起因するコマ収差の変化量、レンズ素子自
体それぞれの温度変化によって生じる形状変化に起因す
るコマ収差の変化量、および各レンズ素子を支持する鏡
胴の温度変化によって生じる膨張・収縮に起因するコマ
収差の変化量と、投影光学系ＰＬの解像力との間の好適
な関係を規定するものである。

【００４８】条件（１３）〜（１５）は、上記の条件
（５）に関連するものであって、投影光学系ＰＬを構成
するレンズ素子自体それぞれの温度変化によって生じる
屈折率変化に起因する像面湾曲の変化量、レンズ素子自
体それぞれの温度変化によって生じる形状変化に起因す
る像面湾曲の変化量、および各レンズ素子を支持する鏡
胴の温度変化によって生じる膨張・収縮に起因する像面
湾曲の変化量と、投影光学系ＰＬの焦点深度との間の好
適な関係を規定するものである。

【００４９】条件（１６）〜（１８）は、上記の条件
（６）に関連するものであって、投影光学系ＰＬを構成
するレンズ素子自体それぞれの温度変化によって生じる
屈折率変化に起因する像高の変化量、レンズ素子自体そ
れぞれの温度変化によって生じる形状変化に起因する像
高の変化量、および各レンズ素子を支持する鏡胴の温度
変化によって生じる膨張・収縮に起因する像高の変化量
と、投影光学系ＰＬの解像力との間の好適な関係を規定
するものである。

【００５０】上記の条件（７）〜（１８）全体は、レン
ズ素子それぞれの屈折率の変化、レンズ素子それぞれの
形状変化、および鏡胴の膨張・収縮に起因する収差の変
化量が、条件（３）〜（６）で規定している投影光学系
ＰＬとして認容できる各収差の３倍以内であることがさ
らに好ましい。これにより、それぞれのパラメ−タ（屈
折率の変化、形状の変化および鏡胴の膨張・収縮）にお
いて、設計値と実際値との間に差が在っても、温度変化
によって引き起こされるそれぞれの収差の変化量と期待
値との間の不一致を最小にすることができる。この構成
がとりわけ効果的なのは、屈折率がレンズ素子を構成す
る硝子のロットごとに異なる場合や、硝子の屈折率に計
測誤差がある場合である。

【００５１】さて、上述の例では、投影光学系ＰＬの各
レンズ素子Ｇ１〜Ｇ５を支持する支持部材Ｈ１〜Ｈ５、
支持部材Ｈ１〜Ｈ５の間の特定の間隔を維持するスペ−
サＳＰ１〜ＳＰ５、およびこれら支持部材Ｈ１〜Ｈ５と
スペ−サＳＰ１〜ＳＰ５とを含む鏡胴は、全て同一の材
料で造られている。しかしながら、これらの支持部材、
スペーサ及び鏡胴をすべて同一の材料で造ることは必須
ではなく、支持部材Ｈ１〜Ｈ５と鏡胴ＬＢＴは同じ材料
で造られるがスペ−サは異なる材料で造られても良い
し、支持部材Ｈ１〜Ｈ５、スペ−サＳＰ１〜ＳＰ５およ
び鏡胴ＬＢをすべて異なる材料で造っても良い。このと
き、上記の条件（１）〜（１８）を満足することが好ま
しい。

【００５２】また、鏡胴は、図３に示すとおり構成する
ことができる。 図３は、鏡胴の別の構造の一例を表わ
す断面図である。図２の例と同様に図３の例でも、投影
光学系ＰＬを構成するレンズ素子群は、簡略化のため５
群のレンズ素子Ｇ１〜Ｇ５に分割される。図３では、各
レンズ素子Ｇ１〜Ｇ５は、部分鏡胴ＬＢ１〜ＬＢ５にそ
れぞれ設けられる。これら部分鏡胴ＬＢ１〜ＬＢ５は環
状部材であって、その内部には環状の棚が存在し、その
上に各レンズ素子が設置してある。各部分鏡胴ＬＢ１〜
ＬＢ５の間にはスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５が設置され特定
の間隔だけ鏡胴成分ＬＢ１〜ＬＢ５の間を維持して、各
レンズ素子Ｇ１〜Ｇ５の間の間隙を所望の値に保ってい
る。これらのスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５は環状であって、
それらの厚さで、各レンズ素子Ｇ１〜Ｇ５間の間隔が所
望値になるように規定される。

【００５３】図３の例においても、部分鏡胴ＬＢ１〜Ｌ
Ｂ５とスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５とを同じ材料で構成する
ことが好ましいが、部分鏡胴ＬＢ１〜ＬＢ５とスペ−サ
ＳＰ１〜ＳＰ５とを異なる材料で構成してもかまわな
い。ここで、図３の例においても前記条件（１）〜（１
８）を満たす構造を持つことが好ましい。図４は、第１
の実施例による投影光学系ＰＬの光路図である。図４に
おいて、第１の実施例による投影光学系ＰＬは、第１物
体としてのレチクルＲ側から順に、正の屈折力を有する
第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群
Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の
屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有す
る第５レンズ群Ｇ５とを有している。

【００５４】第３レンズ群Ｇ３は、レチクルＲ側から順
に、正の屈折力を有しレチクルＲ側に凹面を向けたメニ
スカス形状の第１及び第２メニスカスレンズＬ３１，Ｌ
３２と、正の屈折力を有しウェ−ハＷ側に凹面を向けた
メニスカス形状の第３及び第４メニスカスレンズＬ３
４，Ｌ３５とを含む。この実施例では、第３のレンズ群
Ｇ３のうちで最大の有効径を有するレンズ素子Ｌ３３
は、第１のメニスカスレンズＬ３１と第４のメニスカス
レンズＬ３５との間に配置されている。

【００５５】第５レンズ群Ｇ５は、内部に開口絞りＡＳ
を含むように構成してあり、開口絞りＡＳのウェ−ハＷ
側には、ウェ−ハＷに向けた凹面を備える負のメニスカ
スレンズＬ５３と両凸正レンズＬ５４とからなり、これ
ら負レンズＬ５３及び正レンズＬ５４間が空気間隔（気
体間隔）で隔てられている第１の気体分離型ダブレット
と、両凸正レンズＬ５５とレチクルＲ側に向けた凹面を
備える負のメニスカスレンズＬ５６とからなり、これら
正レンズＬ５５及び負レンズＬ５６間が空気間隔（気体
間隔）で隔てられている第２の気体分離型ダブレットと
が配置されている。

【００５６】次に、上述の構成による作用を説明する。
各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の役割は以下の通りである。第１
レンズ群Ｇ１は全体として正の屈折力を有し、非点収差
とディスト−ションを補正する役割を果たす。第２レン
ズ群Ｇ２は全体として負の屈折力を有し、コマ収差とデ
ィスト−ションとの発生を最小限にとどめながら、負の
ペッツバール和を有することによって像面湾曲の低減に
寄与している。第３レンズ群Ｇ３は、全体として正の屈
折力を有し、第４のレンズ群Ｇ４と第５のレンズ群Ｇ５
との後半（つまり第２物体側）で主に発生する負のコマ
収差を補正する。また、第３のレンズ群Ｇ３は、第２の
レンズ群Ｇ２とともに負・正の屈折力配置のレトロフォ
−カス系を構成することによって、この投影光学系ＰＬ
のウェ−ハＷ側の作動距離を長くする役割を果たしてい
る。第４レンズ群Ｇ４は、全体として負の屈折力を有
し、負のペッツバール和を有することによって像面湾曲
の減少に大いに寄与する。第５レンズ群Ｇ５は、全体と
して正の屈折力を有し、諸収差の発生を極力抑えなが
ら、第２物体の表面に光束を収束して物体の像を形成し
ている。

【００５７】この実施例による投影光学系ＰＬは、全体
として正・負・正・負・正と云う屈折力配置であり、正の屈
折力を有するレンズ群と負の屈折力を有するレンズ群と
を交互に配置している。この構成により、正の屈折力の
レンズ群で発生する収差をそれに隣接する負の屈折力の
レンズ群によって補正することを可能としており、理想
環境下での収差を抑えている。

【００５８】これに加えて、大気圧や温度のような環境
条件が変化した場合であっても、正の屈折力のレンズ群
で生じる収差の変動を、それに隣接する負の屈折力のレ
ンズ群で生じる収差の変動によって相殺することが可能
である。この実施例による投影光学系ＰＬでは、第１レ
ンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２と第５レンズ群Ｇ５と
は、正のレンズ素子と負のレンズ素子とを組合せること
によって構成してある。この構成により、正のレンズ素
子で生じる諸収差を負のレンズ素子によって補正するこ
とによって理想環境下での諸収差を抑えることがで
き、、また大気圧や温度のような環境が変化した場合で
あっても、正のレンズ素子で生じる収差の変動を負のレ
ンズ素子によって相殺することが可能である。

【００５９】しかしながら、投影光学系ＰＬが全体とし
て正の屈折力を有するため、環境条件が変化するときに
は、正のレンズ群で生じる収差の変化量が、負のレンズ
群で生じる収差の変化量より大きくなる傾向が在る。特
にこの実施例では、第３のレンズ群Ｇ３が正のレンズの
みで構成されているので、環境条件が変化するときに
は、収差の変化量を極力小さく保つために、第３のレン
ズ群Ｇ３自体の収差変化量を制御することが肝要であ
る。

【００６０】次に、この実施例のように正・負・正・負・正
の屈折力配置を持つ投影光学系ＰＬにおける大気圧の変
動に伴う収差の傾向について述べる。投影光学系ＰＬの
周囲の雰囲気の大気圧が変化すると、投影光学系ＰＬを
構成する各レンズ素子間の空気の屈折率が同様に変化す
る。例えば大気圧が低下すると空気の屈折率も低下し、
各レンズ素子を構成する光学材料の屈折率が空気の屈折
率に比べて一層大きくなる。したがって、各レンズ素子
の入射面ではこの入射面へ入射する光線の入射角が大き
くなればなるほど大気圧の変化の影響が一層大きくな
り、各レンズ素子の射出面ではこの射出面から射出され
る光線の射出角が大きくなればなるほど大気圧の変化の
影響が一層大きくなる。

【００６１】第３レンズ群Ｇ３について着目すると、こ
の第３レンズ群Ｇ３には負の屈折力を有する第２のレン
ズ群Ｇ２から射出される光束が入射する。この実施例に
よる投影光学系ＰＬの第３レンズ群Ｇ３では、第２レン
ズ群Ｇ２からの発散光束、つまり発散光線群は、この光
束の入射側に凹面を向けたメニスカス形状の第１及び第
２メニスカスレンズに導かれる。第１及び第２メニスカ
スレンズの各レンズ面では、第２レンズ群Ｇ２から発散
状態で入射する入射光線群に対する入射角及び射出角が
小さくなる（レンズ面に対して垂直入射に近くなる）。

【００６２】第１及び第２メニスカスレンズから射出さ
れる光線群は収束光束、つまり収束光線群になり、第４
レンズ群Ｇ４へ向かう。ここで、第３及び第４メニスカ
スレンズは、光束の射出側に向けた凹面を有するメニス
カス形状、云い換えれば光束の入射側に凸面を向けたメ
ニスカス形状であるため、各レンズ面では第４レンズ群
Ｇ４へ向かう射出光線群に対する入射角及び射出角を小
さくすることができる。

【００６３】このように、第３レンズ群では、第１のメ
ニスカスレンズから第４のメニスカスレンズまでの各レ
ンズ面での入射角と射出角とが小さくなるように構成さ
れているため、大気圧が変化した場合であっても、屈折
率変化による入射角及び射出角の変動が少なくなる、す
なわち空気の屈折率の変化に起因して生じる収差の変化
量を小さく保つことが可能である。また、この実施例
は、第３レンズ群Ｇ３のうち最大の有効径を有するレン
ズが、第１と第４とのメニスカスレンズ間に設置される
構造を有する。このような構成でない場合には（つまり
第３レンズ群のうち最大の有効径を有するレンズが第１
メニスカスレンズのレチクルＲ側にあるか、あるいは第
４メニスカスレンズのウェ−ハＷ側にあるかすれば）、
第１及び第２メニスカスレンズを通過する光束の状態が
発散光線群とならず、あるいは第３及び第４メニスカス
レンズから射出する光束が収束光線群にならないため、
上述の議論が成立せず大気圧の変化による収差変動が大
きくなる。

【００６４】また、この実施例は、第３レンズ群Ｇ３
は、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５の後半とで
生じるコマ収差に対して逆のコマ収差を発生することに
よって収差を平衡させている。ここで、第３レンズ群Ｇ
３を通過する軸外光束のうちの下側メリジオナル光線に
ついて着目すると、第３レンズ群Ｇ３の各レンズ面での
下側メリジオナル光線の入射角と射出角とが大きくなる
（つまり大気圧が減少する場合）場合では、コマ収差は
第３レンズ群Ｇ３で補正過剰となり、外向きコマが像面
で発生する。

【００６５】したがって本実施例の第３レンズ群Ｇ３
は、第３レンズ群Ｇ３を通過する軸外光束のうち下側メ
リジオナル光線の各レンズ面での入射角と射出角とを極
力小さくすることができるように、レチクルＲに凹面を
向けた第１及び第２メニスカスレンズと、ウェ−ハＷに
凹面を向けた第３及び第４メニスカスレンズを備えてい
る。その結果、大気圧の変化に起因するコマ収差の変化
量を減少させることができる。

【００６６】例えば第３レンズ群Ｇ３を両凸レンズのみ
で構成する場合には、第３レンズ群Ｇ３の各レンズ面に
関する下側メリジオナル光線の入射角と射出角とが大き
くなり、大気圧の変化時にコマ収差の変化を招くため好
ましくない。また、この場合（つまり第３のレンズ群Ｇ
３の各レンズ面に関する下側メリジオナル光線の入射角
と射出角とが大きい場合）、第４と第５とのレンズ群Ｇ
４とＧ５とを通過する光線の各レンズ面に関する入射角
と射出角とを増加させることによっても、第３レンズ群
Ｇ３で生じるコマ収差の変動を相殺することは可能では
あるが、理想的な条件のもとで生じる高次の球面収差と
高次のコマ収差との双方の量が増加し、その双方とも補
正が難しくなるため好ましくない。

【００６７】本実施例のように、レチクルＲに凹面を向
けた第１及び第２メニスカスレンズと、ウェ−ハＷに凹
面を向けた第３及び第４メニスカスレンズとを有する第
３レンズ群Ｇ３を備えることによって、第３のレンズ群
Ｇ３を通過する軸上光束の各レンズ面に関する入射角と
射出角とを減少させることも可能であるため、大気圧が
変化した際の球面収差の変化量を減少させることができ
る。

【００６８】さて、第３レンズ群Ｇ３に含まれる各レン
ズ素子Ｌ３１〜Ｌ３５が以下の条件： （１９） ｜SIN（β）｜＜０．５ （２０） ｜（α−β）／（α−γ）｜＜１．５ を満たすことが望ましい。

【００６９】但し、 α：投影光学系ＰＬの最大像高に対応する主光線の、各
レンズ素子の第１の対象側レンズ面に対する入射角と、
投影光学系ＰＬの最大像高に対応する主光線の、各レン
ズ素子の第２の対象側レンズ面からの射出角との双方ま
たはいずれか一方の角度、 β：投影光学系ＰＬの最大像高に対応する下側メリジオ
ナル光線の、レンズ素子の第１の対象側レンズに対する
入射角と、投影光学系ＰＬの最大像高に対応する下側メ
リジオナル光線の、レンズ素子の第２の対象側レンズ面
からの射出角との双方またはいずれか一方の角度、 γ：投影光学系ＰＬの最大像高に対応する上側メリジオ
ナル光線の、レンズ素子の第１の対象側レンズ面に対す
る入射角と、投影光学系ＰＬの最大像高に対応する上側
メリジオナル光線の、レンズ素子の第２の対象側レンズ
面からの射出角との双方またはいずれか一方の角度、で
ある。

【００７０】条件（１９）は、第３レンズ群Ｇ３を構成
する各レンズ素子のレンズ面を通過する下側メリジオナ
ル光線の入射角と射出角とを規定する。第３レンズ群Ｇ
３を構成する各レンズ素子のレンズ面が、上記条件（１
９）の範囲を超える場合には、第３レンズ群Ｇ３の各レ
ンズ面を通過する下側メリジオナル光線の入射角と射出
角とが過度に大きくなって、大気圧が変化するとコマ収
差の変化量を過度に大きくするため望ましくない。

【００７１】条件（２０）は、第３レンズ群Ｇ３を構成
する各レンズ素子のレンズ面を通過する上側メリジオナ
ル光線と下側メリジオナル光線と主光線との入射角と射
出角とを規定する。第３のレンズ群Ｇ３を構成する各レ
ンズ素子のレンズ面が上記条件（２０）の範囲を超える
場合には、各レンズ面での上側メリジオナル光線の入射
角と射出角とが過度に小さくなり、大気圧が変化した際
の第３のレンズ群内で生じるコマ収差の変化量を過度に
大きくするため望ましくない。

【００７２】本実施例は、開口絞りＡＳが第５のレンズ
群Ｇ５内部に設けられる構成であるため、第５レンズ群
Ｇ５内で生じるコマ収差の量を減少させることが可能で
ある。この構成によれば、第３レンズ群Ｇ３を通過する
主光線の光軸に関する高さを増加させることができるた
め、大気圧の変化に起因するコマ収差の変化量をさらに
減少させることが可能である。

【００７３】本実施例では、開口絞りＡＳのウェ−ハＷ
側に、ウェ−ハＷに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ
５３と両凸レンズＬ５４とからなり、これら両レンズＬ
５３，Ｌ５４が空気間隔（気体間隔）で隔てられた第１
の気体分離型ダブレットと、両凸レンズＬ５５とレチク
ルＲに凹面を向けた負レンズＬ５６とからなり、これら
両レンズＬ５５，Ｌ５６が空気間隔（気体間隔）で隔て
られた第２の気体分離型ダブレットとを有する。この第
１及び第２の気体分離型ダブレットは、主に理想的な条
件の下で球面収差の補正に寄与する。

【００７４】大気圧が変化すると、第１及び第２の気体
分離型ダブレット内の負レンズの凹面で生じる球面収差
は、大気圧の変化によって引き起こされる第５レンズ群
Ｇ５での球面収差とは逆方向に変動するため、大気圧が
変化しても全体として球面収差の変化量を極めて小さく
することができる。なお、第１及び第２の気体分離型ダ
ブレットを構成するレンズ素子のうちの少なくとも１個
のレンズ素子が、第５レンズ群Ｇ５中において最大有効
径を有しない場合には、理想的な状態のもとでの球面収
差の補正が困難になるばかりではなく、第１及び第２の
気体分離型ダブレットの負レンズでの収差の傾向が異な
ったものになるため好ましくない。

【００７５】光学系に及ぼす温度変化の影響は、膨張・
収縮に起因する光学材料の形状変化の結果として生じる
諸収差の変化と、光学材料の屈折率の変化の結果として
生じる諸収差の変化と、レンズ支持部材の膨張・収縮の
結果として生じる諸収差の変化と、これら各細目の相互
作用の結果として生じる諸収差の変化との総和である。

【００７６】上に指摘したように、本実施例の投影光学
系ＰＬは正・負・正・負・正の屈折力配置を有するので、投
影光学系の温度が変化すると、正のレンズ群内で変動す
る収差と、隣接する負のレンズ群内で変動する収差と
は、互いに逆方向であり相殺される傾向を持つ。さら
に、本実施例の第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２お
よび第５レンズ群Ｇ５は、正のレンズ素子と負のレンズ
素子との組合せから成り立っている。この構成によれ
ば、温度が変化しても、正のレンズ素子内で生じる収差
の変動を負のレンズ素子によって相殺することができ
る。

【００７７】実質的に正のレンズ素子で成り立っている
第３のレンズ群Ｇ３について着目する。本実施例の第３
レンズ群Ｇ３は、レチクルＲ側から順に、レチクルＲ側
に凹面を向けたメニスカス形状で正屈折力を有する第１
及び第２のメニスカスレンズＬ３１，Ｌ３２、およびウ
ェ−ハＷ側に凹面を向けたメニスカス形状で正屈折力を
有する第３及び第４のメニスカスレンズＬ３４，Ｌ３５
を含んでいる。ここで、第３レンズ群Ｇ３のうち最大有
効径を有するレンズが、第１のメニスカスレンズＬ３１
と第４のメニスカスレンズＬ３５との間に配置される構
成であるため、第１及び第２のメニスカスレンズＬ３
１，Ｌ３２に対しては発散光線群が入射して、第３及び
第４のメニスカスレンズＬ３４，Ｌ３５からは収束光線
群が射出される。したがって、第１及び第２のメニスカ
スレンズＬ３１，Ｌ３２を通過する発散光線群の各レン
ズ面での入射角と射出角とを減少させることができ、第
３及び第４のメニスカスレンズＬ３４，Ｌ３５を通過す
る収束光線群に関しても各レンズ面での入射角と射出角
とを減少させることができる。各レンズ面での入射角と
射出角とが減少すると云うことは、各レンズ面で生じる
諸収差の量が減少することを意味することであるため、
温度が変化による諸収差の変動が生じたとしても、この
諸収差の変化量は、もともとの収差が小さいため極めて
小さく保つことができる。

【００７８】しかしながら、上述の第３レンズ群Ｇ３の
構成によるだけでは理想的な環境（つまり理想的な温
度）下でのコマ収差を平衡させるのは難しい。したがっ
て、本実施例では、開口絞りＡＳを、第５のレンズ群Ｇ
５内に含めることによって（開口絞りＡＳをウェ−ハＷ
に一層近づけることによって）、第５レンズ群Ｇ５自体
の中で生じるコマ収差を減少させるようにしてある。

【００７９】この第５レンズ群Ｇ５について着目する
と、気体間隙（空気間隔）を有する第１の気体分離型ダ
ブレットは、ウェ−ハ側に凹面を向けたメニスカス形状
である負メニスカスレンズＬ５３と両凸正レンズＬ５５
とを含み、気体間隙（空気間隔）を有する第２の気体分
離型ダブレットは、両凸正レンズＬ５５とレチクル側に
凹面を向けたメニスカス形状である負レンズＬ５６とを
含むものであり、これらの第１及び第２の気体分離型ダ
ブレットは、開口絞りＡＳのウェ−ハＷ側に配置されて
いる。このとき、第１及び第２の気体分離型ダブレット
を構成する少なくとも１個のレンズ素子が、第５のレン
ズ群Ｇ５のうちで最大有効径を有する。

【００８０】この構成を用いれば、温度が変化すると、
第１及び第２の気体分離型ダブレットにおける負レンズ
の凹面で生じる球面収差及びコマ収差は、温度変化の際
に変動する投影光学系ＰＬ全体の球面収差及びコマ収差
の方向とは逆に変動するため、球面収差とコマ収差との
全変化量（投影光学系ＰＬ全体の変化量）を温度が変化
しても小さく維持することができる。さらに、第１及び
第２の気体分離型ダブレットにおける負レンズの凹面
は、温度が変化したときに投影光学系ＰＬの最大像高位
置での像高の変化を補正する機能を有する。

【００８１】さて、本実施例の投影光学系ＰＬは以下の
条件： （２１） ０．１０＜ｆ1／Ｌ＜０．２５ （２２） −０．０９＜ｆ2／Ｌ＜−０．０３ （２３） ０．０５＜ｆ3／Ｌ＜０．２０ （２４） −０．１０＜ｆ4／Ｌ＜−０．０２ （２５） ０．０５＜ｆ5／Ｌ＜０．２０ を満たすことが望ましい。但し、 ｆ1：第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離、 ｆ2：第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離、 ｆ3：第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離、 ｆ4：第４のレンズ群Ｇ４の焦点距離、 ｆ5：第５のレンズ群Ｇ５の焦点距離、 Ｌ：物像間距離（第１物体（レチクルＲ）から第２の対
象（ウェ−ハＷ）までの距離）、である。

【００８２】条件（２１）は、正の屈折力を有する第１
レンズ群Ｇ１の最適な焦点距離の範囲を規定する。この
上限を超えると、負のディスト−ションの補正が困難に
なるので好ましくない。この下限を下回ると、瞳の球面
収差の補正が困難になるので好ましくない。条件（２
２）は、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の最適な
焦点距離の範囲を規定する。この上限を超えると、第２
のレンズ群Ｇ２で生じる負のディスト−ションの補正が
困難になるので好ましくない。この下限を下回ると、ペ
ッツバール和の低減と全長の短縮化が困難になるので好
ましくない。

【００８３】条件（２３）は、正の屈折力を有する第３
レンズ群Ｇ３の最適な焦点距離の範囲を規定する。この
上限を超えると、第２または第４のレンズ群の屈折力が
弱くなってペッツバール和の補正が困難になるので好ま
しくない。この下限を下回ると、コマ収差とディスト−
ションとの補正が困難になるので好ましくない。条件
（２４）は、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の最
適な焦点距離の範囲を規定する。この上限を超えると、
コマ収差が発生するため好ましくない。この下限を下回
ると、ペッツバール和の低減が困難になるので好ましく
ない。

【００８４】最後に条件（２５）は、正の屈折力を有す
る第５レンズ群Ｇ５の最適な焦点距離の範囲を規定す
る。この上限を超えると、第５レンズ群の屈折力が弱く
なり過ぎ、これに伴って第４のレンズ群の屈折力も弱く
なって、ペッツバール和を小さく保つのが困難になるの
で好ましくない。この下限を下回ると、球面収差が発生
するため好ましくない。

【００８５】

【実施例】次に、図４及び図６を参照して、第１及び第
２の数値実施例にかかる投影光学系の構成について説明
する。ここで、図４及び図６は、それぞれ第１及び第２
の数値実施例の投影光学系の光路図である。これら図４
及び図６に示す各数値実施例は共に、第１物体としての
レチクルＲ側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ
群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正
の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有
する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レン
ズ群Ｇ５とを備えている。第１及び第２の数値実施例に
よる投影光学系では、第１物体側（レチクルＲ側）と第
２物体側（ウェ−ハＷ側）とは、実質的にテレセントリ
ックであって、第１物体の縮小像が第２物体に転写され
る。

【００８６】図４に示した第１の数値実施例による投影
光学系は、第１物体側から順に、正の屈折力を有する第
１レンズ群Ｇ１と、第２物体側に向けた凹面を備えて最
も第１物体側に接近して配置される負のメニスカスレン
ズＬ２１と第１物体側に向けた凹面を備えて最も第２物
体側に近接して配置される負のメニスカスレンズＬ２７
とを含み、全体として負の屈折力を有する第２のレンズ
群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、第
２物体側に向けた凹面を備えて最も第１物体側に近接し
て配置される負のメニスカスレンズＬ４１と第１物体側
に向けた凹面を備えて最も第２物体側に近接して配置さ
れる平凹レンズＬ４４とを含み、全体として負の屈折力
を有する第４レンズ群Ｇ４と、最も第１物体側に近接し
て配置される正レンズＬ５１とこの正レンズＬ５１の第
２物体側に配置される開口絞りとを含む第５レンズ群Ｇ
５とを有する。

【００８７】この第１レンズ群Ｇ１は、レチクルＲ側か
ら順に、ウェ−ハＷ側に向けた凸面を備える平凸レンズ
Ｌ１１と、ウェ−ハＷ側に向けた凹面を備える負のメニ
スカスレンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、レチク
ルＲ側に向けた凸面を備える正のメニスカスレンズＬ１
４と含む。第２レンズ群Ｇ２は、レチクルＲ側から順
に、ウェ−ハＷ側に向けた凹面を備える負のメニスカス
レンズＬ２１と、ウェ−ハＷ側に強い凸面を向けた両凸
正レンズＬ２２と、ウェ−ハＷ側に向けた凹面を備える
平凹負レンズＬ２３と、両凹負レンズＬ２４と、レチク
ルＲ側に向けた凹面を備える平凹負レンズＬ２５と、ウ
ェ−ハＷ側に向けた凸面を備える平凸正レンズＬ２６
と、レチクルＲ側に向けた凹面を備える負のメニスカス
レンズＬ２７とを含む。

【００８８】第３レンズ群Ｇ３は、レチクルＲ側から順
に、第１のメニスカスレンズとしてのレチクルＲ側に向
けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３１と、第２
のメニスカスレンズとしてのレチクルＲ側に向けた凹面
を備える正のメニスカスレンズＬ３２と、両凸正レンズ
Ｌ３３と、第３のメニスカスレンズとしてのウェ−ハＷ
側に向けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３４
と、第４のメニスカスレンズとしてのウェ−ハＷ側に向
けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３５とを含
む。

【００８９】図５に示す通り、第３レンズ群Ｇ３内の正
のメニスカスレンズＬ３１は、入射面としての第１物体
側のレンズ面Ｓ３１１と、射出面としての第２物体側の
レンズ面Ｓ３１２とを有する。正のメニスカスレンズＬ
３２は、入射面としての第１物体側のレンズ面Ｓ３２１
と、射出面としての第２物体側のレンズ面Ｓ３２２とを
有する。両凸正レンズＬ３３は、入射面としての第１物
体側のレンズ面Ｓ３３１と、射出面としての第２物体側
のレンズ面Ｓ３３２とを有する。正のメニスカスレンズ
Ｌ３４は、入射面としての第１物体側のレンズ面Ｓ３４
１と、射出面としての第２物体側のレンズ面Ｓ３４２と
を有する。正のメニスカスレンズＬ３５は、入射面とし
ての第１物体側のレンズ面Ｓ３５１と、射出面としての
第２物体側のレンズ面Ｓ３５２とを有する。

【００９０】さて、図４に戻って、第４レンズ群Ｇ４
は、レチクルＲ側から順に、ウェ−ハＷ側に向けた凹面
を備える負のメニスカスレンズＬ４１と、ウェ−ハＷ側
に向けた凹面を備える負のメニスカスレンズＬ４２と、
両凹負レンズＬ４３と、レチクルＲ側に向けた凹面を備
える平凹負レンズＬ４４とを含む。第５のレンズ群は、
レチクルＲ側から順に、ウェ−ハＷ側に向けた強い凸面
を備える両凸正レンズＬ５１と、レチクルＲ側に向けた
凹面を備える正のメニスカスレンズＬ５２と、開口絞り
ＡＳと、両凸正レンズＬ５３と、レチクルＲ側に向けた
凹面を備える負のメニスカスレンズＬ５４と、ウェ−ハ
Ｗ側に向けた凹面を備える負のメニスカスレンズＬ５５
と、両凸正レンズＬ５６と、レチクルＲ側に向けた凸面
を備える正のメニスカスレンズＬ５７と、レチクルＲ側
に向けた凸面を備える正のメニスカスレンズＬ５８と、
同じくレチクルＲ側に向けた凸面を備える正のメニスカ
スレンズＬ５９と、レチクルＲ側に向けた凸面を備える
負のメニスカスレンズＬ５１０と、ウェ−ハＷ側に向け
た凹面を備える平凹負レンズＬ５１２とを含む。

【００９１】以下の表１に上記第１の実施例の設計値を
掲げる。表１で、左端列内の番号は第１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（0.
000は本表では無限大に等しい）、ｄはレンズ面間の間
隔、ｎは露光波長λが３６５ｎｍの場合の光学材料の屈
折率、φは各レンズ素子の有効径、Ｅはレンズ素子を構
成する光学材料の膨張率、ｄｎ／ｄｔはレンズ素子を構
成する光学材料の屈折率温度係数、Ｄはフランジから各
レンズ素子の支持点までの距離である。また表１で、ｄ
０は第１物体（レチクル）から最も第１物体側（レチク
ル側）のレンズ面までの距離であり、Ｂｆは最も第２物
体側のレンズ面から第２物体（ウェ−ハ）までの距離
（作動距離）である。

【００９２】なお、以下の表１の膨張率Ｅの列及び屈折
率温度係数ｄｎ／ｄｔの列においては、「10-N」は１０
の−Ｎ乗を表すものとする。図４で示した第１の実施例
の投影光学系では、物像距離（物体表面から光軸に沿っ
て像表面までの距離）Ｌは１２００であり、像側開口数
は０．６２、投影倍率Ｂは−１／５、ウェ−ハＷでの露
光視野径は３１．２である。

【００９３】

【表１】 ｄ０＝８９．６５０ Ｂｆ＝２１．６５５ ｒ ｄ ｎ φ Ｅ dn/dt Ｄ 1 0.000 24.000 1.61548 178.197 6.1×10-5 7.5×10-5 -694.728 2 -531.881 0.500 180.687 3 1104.059 18.000 1.61265 181.138 11.0×10-5 5.8×10-5 -662.352 4 255.431 5.483 179.922 5 327.711 35.384 1.48858 180.689 16.3×10-5 -4.6×10-5 -639.286 6 -359.443 0.500 181.588 7 185.781 30.655 1.61548 176.930 6.1×10-5 7.5×10-5 -593.691 8 1322.182 1.132 171.629 9 168.786 20.000 1.61265 158.656 11.0×10-5 5.8×10-5 -564.219 10 119.569 21.502 139.546 11 1072.143 19.611 1.48858 138.873 16.3×10-5 -4.6×10-5 -540.573 12 -360.000 0.538 134.563 13 0.000 11.778 1.61548 128.763 6.1×10-5 7.5×10-5 -514.976 14 109.248 22.806 114.851 15 -326.667 19.026 1.61548 114.746 6.1×10-5 7.5×10-5 -483.735 16 265.643 29.341 117.512 17 -173.435 16.906 1.61548 122.659 6.1×10-5 7.5×10-5 -443.206 18 0.000 1.476 138.433 19 0.000 28.000 1.61265 139.865 11.0×10-5 5.8×10-5 -417.086 20 -222.691 35.745 148.448 21 -111.227 20.000 1.61265 156.260 11.0×10-5 5.8×10-5 -386.305 22 -192.996 0.633 184.087 23 -279.097 29.000 1.61548 190.595 6.1×10-5 7.5×10-5 -353.519 24 -161.834 0.500 199.934 25 -1975.662 28.206 1.61548 214.220 6.1×10-5 7.5×10-5 -310.032 26 -309.687 0.500 217.778 27 440.594 30.177 1.61548 219.590 6.1×10-5 7.5×10-5 -266.369 28 -880.644 0.500 218.048 29 238.555 28.012 1.61548 205.015 6.1×10-5 7.5×10-5 -224.68 30 767.881 0.500 198.020 31 194.345 25.000 1.48858 183.229 16.3×10-5 -4.6×10-5 -192.323 32 276.460 4.315 169.007 33 347.485 15.000 1.61265 167.559 6.1×10-5 5.8×10-5 -180.576 34 279.555 6.194 154.365 35 431.474 15.091 1.61548 152.216 6.1×10-5 7.5×10-5 -154.189 36 115.261 32.234 130.700 37 -206.306 11.776 1.61265 130.129 11.0×10-5 5.8×10-5 -122.424 38 243.147 29.754 130.481 39 -120.027 42.742 1.61265 131.003 11.0×10-5 5.8×10-5 -79.516 40 0.000 1.000 174.761 41 1483.642 42.880 1.48858 179.469 16.3×10-5 -4.6×10-5 -31.343 42 -179.843 1.416 189.009 43 -2788.744 30.003 -1.48858 201.840 -16.3×10-5 -4.6×10-5 0.615 44 -265.715 0.846 205.689 45 0.000 8.000 206.470 (開口絞りＡＳ) 46 380.423 36.200 1.61265 214.892 6.1×10-5 7.5×10-5 59.832 47 -486.693 9.223 215.329 48 -297.922 20.000 1.61265 215.089 11.0×10-5 5.8×10-5 89.869 49 -543.660 5.000 220.007 50 322.369 20.000 1.61265 220.834 11.0×10-5 5.8×10-5 146.184 51 202.379 15.117 212.877 52 357.384 33.000 1.61548 212.280 6.1×10-5 7.5×10-5 172.341 53 -2968.481 0.500 212.838 54 199.918 33.785 1.48858 209.863 16.3×10-5 -4.6×10-5 215.379 55 772.323 0.500 204.987 56 159.448 35.451 1.48858 191.211 16.3×10-5 -4.6×10-5 260.105 57 254.318 0.500 175.354 58 129.479 42.998 1.48858 163.255 16.3×10-5 -4.6×10-5 288.627 59 4229.259 0.500 147.182 60 1082.306 15.000 1.61265 142.777 11.0×10-5 5.8×10-5 308.249 61 74.634 28.943 106.093 62 78.815 28.615 1.6154I 93.187 6.1×10-5 7.5×10-5 354.506 63 3000.000 2.102 81.008 64 0.000 15.007 1.61265 77.889 11.0×10-5 5.8×10-5 354.506 65 820.248 (Bf) 64.145 以下の表２に、第１の実施例の条件（１）〜（１８）と
（２１）〜（２５）とに対応する数値を掲げる。

【００９４】

【表２】 （１） ０．０６２ｕｍ （２） ０．０１４ｕｍ （３） ０．４３９ｕｍ （４） ０．０４７ｕｍ （５） ０．０３５ｕｍ （６） ０．００９ｕｍ （７） ０．０２１ｕｍ （８） −０．７２９ｕｍ （９） ０．３１２ｕｍ （１０） ０．０５０ｕｍ （１１） ０．２４５ｕｍ （１２） ０．３４３ｕｍ （１３） ０．０１７ｕｍ （１４） ０．１４３ｕｍ （１５） ０．１９５ｕｍ （１６） ０．０１８ｕｍ （１７） ０．０３９ｕｍ （１８） ０．０６７ｕｍ （２１） ０．１６９ （２２） −０．０５９ （２３） ０．１０３ （２４） −０．０４６ （２５） ０．１４３ 以下の表３に、第１の実施例の条件（１９）と（２０）
とに対応する数値を掲げる。

【００９５】

【表３】 面番号 条件（１９） 条件（２０） 対応数値 対応数値 ２３ ０．０３７ ０．０１３ ２４ ０．２２２ ０．８７６ ２５ ０．０８２ ０．７０４ ２６ ０．１６６ ０．８３９ ２７ ０．１３９ １．１０２ ２８ ０．１６７ ０．８７２ ２９ ０．１１６ ０．９０８ ３０ ０．１３９ ０．７９３ ３１ ０．０４１ ０．０８６ ３２ ０．０９３ ０．４４２ 図６に示す第２実施例にかかる投影光学系ＰＬは、第１
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１
と、第２物体側に向けた凹面を備えて最も第１物体に近
接して配置された負のメニスカスレンズＬ２１と、第１
物体側に向けた凹面を備えて最も第２物体側に近接して
配置された負のメニスカスレンズＬ２７とを含み、全体
として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈
折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、第２物体側に向けた
凹面を備えて最も第１物体側に近接して配置された負の
メニスカスレンズＬ４１と、第１物体側に向けた凹面を
備えて最も第２物体側に近接して配置された負のメニス
カスレンズＬ４４とを含み、全体として負の屈折力を有
する第４のレンズ群Ｇ４と、最も第１物体側に近接して
配置された正レンズＬ５１と、この正レンズ５１よりも
第２物体側に配置された開口絞りとを含む第５レンズ群
Ｇ５とを有する。

【００９６】正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１は、
レチクルＲ側から順に、両凸正レンズＬ１１と、ウェ−
ハＷ側に強い凹面を向けた両凹レンズＬ１３と、レチク
ルＲ側に強い凸面を向けた両凸レンズＬ１４とを有す
る。第２レンズ群Ｇ２は、レチクルＲ側から順に、レチ
クルＲ側に向けた凸面を備える負のメニスカスレンズＬ
２１と、両凸正レンズＬ２２と、ウェ−ハＷ側に強い凹
面を向けた平凹負レンズＬ２３と、両凹負レンズＬ２４
と、レチクルＲ側に強い凹面を向けた平凹負レンズＬ２
５と、ウェ−ハＷ側に強い凸面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ２６と、レチクルＲ側に向けた凹面を備える負メ
ニスカスレンズＬ２７とを含む。

【００９７】第３レンズ群Ｇ３は、レチクルＲ側から順
に、第１のメニスカスレンズとしてのレチクルＲ側に向
けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３１と、第２
のメニスカスレンズとしてのレチクルＲ側に向けた凹面
を備える正のメニスカスレンズＬ３２と、両凸正レンズ
Ｌ３３と、第３のメニスカスレンズとしてのウェ−ハＷ
側に向けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３４
と、第４のメニスカスレンズとしてのウェ−ハＷ側に向
けた凹面を備える正のメニスカスレンズＬ３５とを含
む。

【００９８】第４レンズ群Ｇ４は、レチクルＲ側から順
に、ウェ−ハＷ側に向けた凹面を備える負のメニスカス
レンズＬ４１と、同じくウェ−ハＷ側に向けた凹面を備
える負のメニスカスレンズＬ４２と、両凹負レンズＬ４
３と、レチクルＲ側に向けた凹面を備える負メニスカス
レンズＬ４４とを含む。第５レンズ群Ｇ５は、レチクル
Ｒ側から順に、ウェ−ハＷ側に向けた凸面を備える正の
メニスカスレンズＬ５１と、ウェ−ハＷ側に向けた凸面
を備える正のメニスカスレンズＬ５２と、開口絞りＡＳ
と、両凸正レンズＬ５３と、レチクルＲ側に向けた凹面
を備える負のメニスカスレンズＬ５４と、ウェ−ハＷ側
に向けた凹面を備える負のメニスカスレンズＬ５５と、
両凸正レンズＬ５６と、レチクルＲ側に向けた凸面を備
える正のメニスカスレンズＬ５７と、同じくレチクルＲ
側に向けた凸面を備える正のメニスカスレンズＬ５８
と、レチクルＲ側に向けた凸面を備える正のメニスカス
レンズＬ５９と、ウェ−ハＷ側に向けた凹面を備える負
のメニスカスレンズＬ５１０と、レチクルＲ側に向けた
凸面を備える正のメニカスカレンズＬ５１１と、ウェ−
ハＷ側に向けた凹面を備える平凹レンズＬ５１２とを含
む。

【００９９】以下の表４に、上記第２実施例の設計値を
掲げる。表４において、左端の列の番号は第１物体側
（レチクル側）からの順序を指示し、ｒはレンズ面の曲
率半径（0.000は本表では 無限大に等しい）、ｄはレン
ズ面間の間隔、ｎは露光波長λが３６５ｎｍの場合の光
学材料の屈折率、φは各レンズ素子の有効径、Ｅはレン
ズ素子を構成する光学材料の膨張率、ｄｎ／ｄｔはレン
ズ素子を構成する光学材料の屈折率温度係数である。ま
た表４で、ｄ０は第１物体（レチクル）から最も第１物
体側（レチクル側）のレンズ面までの距離であり、Ｂｆ
は最も第２物体側のレンズ面から第２物体（ウェ−ハ）
までの距離である。

【０１００】なお、以下の表１の膨張率Ｅの列及び屈折
率温度係数ｄｎ／ｄｔの列においては、「10-N」は１０
の−Ｎ乗を表すものとする。図６に示した第２実施例の
投影光学系では、物像距離（物体表面から光軸に沿って
像表面までの距離）Ｌは１２００であり、像側開口数は
０．５７、投影倍率Ｂは−１／５、ウェ−ハＷでの露光
視野径は３１．２である。

【０１０１】

【表４】 ｄ０＝８９．６５０ Ｂｆ＝２１．６５５ ｒ ｄ ｎ φ Ｅ dn/dt Ｄ 1 555.188 24.000 1.61548 178.494 6.1×10-5 7.5×10-5 -692.683 2 -631.380 0.500 178.675 3 -1314.268 15.000 1.61265 178.104 11.0×10-5 5.8×10-5 -668.247 4 308.194 9.512 176.852 5 799.387 36.000 1.48858 177.316 16.3×10-5 -4.6×10-5 -637.495 6 -337.323 0.500 179.829 7 392.053 24.352 1.61548 178.199 6.1×10-5 7.5×10-5 -603.455 8 -1296.268 1.132 175.750 9 164.687 43.000 1.61265 164.038 11.0×10-5 5.8×10-5 -557.639 10 132.580 12.823 136.056 11 308.675 25.125 1.48858 135.393 16.3×10-5 -4.6×10-5 -524.551 12 -346.757 0.538 130.437 13 0.000 11.778 1.61548 124.203 6.1×10-5 7.5×10-5 -500.268 14 109.864 22.886 109.911 15 -245.687 19.026 1.61548 109.537 6.1×10-5 7.5×10-5 -468.416 16 249.948 29.177 111.375 17 -133.699 16.906 1.61548 115.225 6.1×10-5 7.5×10-5 -428.042 18 0.000 1.840 133.121 19 -3783.753 28.000 1.61265 134.418 11.0×10-5 5.8×10-5 -402.53 20 -184.592 46.411 143.127 21 -112.744 21.759 1.61265 157.111 11.0×10-5 5.8×10-5 -359.85 22 -170.639 0.937 183.154 23 -331.042 29.000 1.61548 193.566 6.1×10-5 7.5×10-5 -321.65 24 -175.469 0.601 201.889 25 -2161.494 26.575 1.61548 212.404 6.1×10-5 7.5×10-5 -281.02 26 -325.080 0.500 215.162 27 555.883 26.228 1.61548 214.695 6.1×10-5 7.5×10-5 -240.46 28 -1325.450 0.500 212.868 29 232.785 28.012 1.61548 202.703 6.1×10-5 7.5×10-5 -201.29 30 737.420 0.510 196.084 31 171.317 25.000 1.48858 180.462 16.3×10-5 -4.6×10-5 -168.643 32 263.216 4.647 168.225 33 334.109 15.000 1.61265 166.715 11.0×10-5 5.8×10-5 -151.334 34 147.477 6.194 146.515 35 179.817 15.874 1.61548 145.159 6.1×10-5 7.5×10-5 -128.080 36 118.970 31.868 130.156 37 -243.708 11.776 1.61265 128.421 11.0×10-5 5.8×10-5 -99.096 38 295.224 28.997 126.918 39 -118.373 15.239 1.61265 127.550 11.0×10-5 5.8×10-5 -70.965 40 -816.863 23.427 145.176 41 -1141.486 33.144 1.48858 165.190 16.3×10-5 -4.6×10-5 -18.230 42 -176.634 0.500 173.223 43 -891.966 23.434 1.48858 179.942 16.3×10-5 -4.6×10-5 6.044 44 -268.530 10.149 183.581 45 0.000 5.000 184.271 (開口絞りＡＳ) 46 696.535 41.200 1.61548 188.228 6.1×10-5 7.5×10-5 68.129 47 -294.506 4.852 189.845 48 -250.731 18.000 1.61265 189.600 11.0×10-5 5.8×10-5 97.299 49 -506.743 0.500 195.822 50 415.632 18.000 1.61265 198.709 11.0×10-5 5.8×10-5 136.418 51 267.230 6.950 196.095 52 374.561 35.000 1.61548 196.561 6.1×10-5 7.5×10-5 167.014 53 -9613.854 0.500 196.280 54 264.692 24.937 1.48858 195.612 16.3×10-5 -4.6×10-5 200.03 55 672.783 0.500 191.953 56 160.583 41.955 1.48858 185.603 16.3×10-5 -4.6×10-5 240.09 57 848.012 0.500 175.081 58 121.040 39.977 1.48858 154.843 16.3×10-5 -4.6×10-5 279.23 59 742.443 0.500 138.301 60 888.126 15.036 1.61265 138.352 11.0×10-5 5.8×10-5 296.10 61 76.259 36.011 105.360 62 82.754 32.442 1.61548 90.414 6.1×10-5 7.5×10-5 350.54 63 31489.489 1.286 75.130 64 0.000 16.135 1.61265 73.228 11.0×10-5 5.8×10-5 378.19 65 527.377 (Bf) 59.584 以下の表５に、第２実施例の条件（１）〜（１８）と
（２１）〜（２５）とに対応する数値を掲げる。

【０１０２】

【表５】（１） ０．００２ｕｍ （２） ０．００５ｕｍ （３） ０．４２７ｕｍ （４） ０．０４４ｕｍ （５） ０．０７６ｕｍ （６） ０．００４ｕｍ （７） ０．００６ｕｍ （８） ０．６９１ｕｍ （９） ０．２５８ｕｍ （１０） ０．０８１ｕｍ （１１） ０．３０７ｕｍ （１２） ０．３４７ｕｍ （１３） ０．０１４ｕｍ （１４） ０．１４３ｕｍ （１５） ０．２３４ｕｍ （１６） ０．００８ｕｍ （１７） ０．００３ｕｍ （１８） ０．００１ｕｍ （２１） ０．２３０ （２２） −０．０７９ （２３） ０．１０７ （２４） −０．０５４ （２５） ０．１２８ 以下の表６に、第２実施例の条件（１９）と（２０）と
に対応する数値を掲げる。

【０１０３】

【表６】 面番号 条件（１９） 条件（２０） 対応数値 対応数値 ２３ ０．０４０ ０．１１８ ２４ ０．２１８ ０．９１３ ２５ ０．０６２ ０．５３６ ２６ ０．１７２ ０．８８３ ２７ ０．０９３ ０．８４７ ２８ ０．１３０ ０．８２４ ２９ ０．１３５ １．０５６ ３０ ０．１２２ ０．７７５ ３１ ０．０８８ ０．６７４ ３２ ０．０８３ ０．３１４ 次に、図７〜図２２を参照して、大気圧変動及び温度変
動時の第１及び第２実施例の特性につき説明する。

【０１０４】なお、以下において説明する大気圧変動時
のＭＴＦ・諸収差は、投影光学系ＰＬを構成する各レン
ズ素子間の空気間隔における大気圧を変化させ、そのと
きの空気間隔の屈折率に基づいたシミュレーション結果
である。また、温度変動時のＭＴＦ・諸収差は、以下に
説明する関係式（Ａ）〜（Ｅ）により計算されるレンズ
データに基づいたシミュレーション結果である。

【０１０５】再び、図２を参照して温度変化時のレンズ
パラメ−タの変化について説明する。図２の例において
は、投影露光装置本体のキャリッジＣＡによって鏡筒Ｌ
ＢのフランジＦＬが支持されており、レチクルＲの光軸
方向の位置は自由に変更できるため、温度変動時におい
ても、フランジＦＬとレチクルＲとの間の距離d(FL-R)
を一定に維持できる。従って、以下の説明においては、
フランジＦＬとレチクルＲとの間の距離は一定であると
している。

【０１０６】また、図２の例では、鏡胴ＬＢ、支持部材
Ｈ１〜Ｈ５およびスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５の全てが同一
材料で造られているとしている。図２において、理想的
な環境下におけるレンズ素子Ｇ１の第１物体側（レチク
ルＲ側）のレンズ表面の曲率半径をｒ11、理想的な環境
下におけるレンズ素子Ｇ１の第２物体側（ウェ−ハＷ
側）のレンズ表面の曲率半径をｒ12、理想的な環境下に
おけるレンズ素子Ｇ１のレンズ厚さをｔ1、理想的な環
境下において支持部材Ｈ１によるレンズ素子Ｇ１の支持
点とフランジＦＬの支持点との間の光軸方向の距離をｄ
1、理想的な環境下におけるレンズ素子Ｇ１を構成する
光学部材の屈折率をｎ1、レンズ素子Ｇ１の膨張係数を
Ｅ1、鏡胴ＬＢを構成する部材、支持部材Ｈ１〜Ｈ５お
よびスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５の膨張係数をＥＭ、レンズ
素子Ｇ１を構成する光学部材の屈折率温度係数を（ｄｎ
／ｄＴ）1とする。

【０１０７】ここで、温度が＋Ｔ℃だけ変化するとき、
レンズ素子Ｇ１の第１物体側のレンズ表面の曲率半径ｒ
11’、レンズ素子Ｇ１の第２物体側のレンズ表面の曲率
半径ｒ12’、レンズ素子Ｇ１のレンズ厚さｔ1’、 支持
部材Ｈ１によるレンズ素子Ｇ１の支持点とフランジＦＬ
の支持点との間の光軸方向の距離ｄ1’、レンズ素子Ｇ
１を構成する光学部材の屈折率ｎ1’は： ｒ11'＝ｒ11＋ｒ11×Ｅ1×Ｔ ｔ1'＝ｔ1＋ｔ1×Ｅ1×Ｔ ｒ21'＝ｒ21＋ｒ21×Ｅ1×Ｔ ｄ1'＝ｄ1＋ｄ1×ＥＭ×Ｔ ｎ1'＝ｎ1＋（ｄｎ／ｄＴ）1×Ｔ で表される。

【０１０８】同様に、ｍ番目（ｍは自然数の整数）のレ
ンズ素子Ｇｍについては、理想的な環境下におけるレン
ズ素子Ｇｍの第１物体側（レチクルＲ側）のレンズ表面
の曲率半径をｒm1、理想的な環境下におけるレンズ素子
Ｇ１の第２物体側（ウェ−ハＷ側）のレンズ表面の曲率
半径をｒm2、理想的な環境下におけるレンズ素子Ｇｍの
レンズ厚さをｔm、 理想的な環境下における支持部材Ｈ
ｍによるレンズ素子Ｇｍの支持点とフランジＦＬの支持
点との間の光軸方向の距離をｄm、理想的な環境下にお
けるレンズ素子Ｇｍを構成する光学部材の屈折率をｎ
m、レンズ素子Ｇｍの膨張係数をＥm、鏡胴ＬＢを構成す
る部材、支持部材およびスペ−サの膨張係数をＥＭ、レ
ンズ素子Ｇｍを構成する光学部材の屈折率温度係数を
（ｄｎ／ｄＴ）mとする。

【０１０９】ここで、温度が＋Ｔ℃だけ変化すると、レ
ンズ素子Ｇｍの第１物体側のレンズ表面の曲率半径ｒm
1’、レンズ素子Ｇｍの第２物体側のレンズ表面の曲率
半径ｒm2’、レンズ素子Ｇｍのレンズ厚さｔm’、支持
部材Ｈｍによるレンズ素子Ｇｍの支持点とフランジＦＬ
の支持点との間の光軸方向の距離ｄm’、レンズ素子Ｇ
ｍを構成する光学部材の屈折率ｎm’は： （Ａ） ｒm1'＝ｒm1＋ｒm1×Ｅｍ×Ｔ （Ｂ） ｔm'＝ｔm＋ｔm×Ｅｍ×Ｔ （Ｃ） ｒ2m'＝ｒ2m＋ｒ2m×Ｅｍ×Ｔ （Ｄ） ｄm'＝ｄm＋ｄm×ＥＭ×Ｔ （Ｅ） ｎm'＝ｎm＋（ｄｎ／ｄＴ）m×Ｔ で表される。

【０１１０】温度変化が生じた場合における各レンズ素
子のパラメ−タは、変化した温度において上記の（Ａ）
〜（Ｅ）に基づいて計算され、ＭＴＦと諸収差とは、こ
の計算の結果によって得られるレンズデ−タを用いて計
算される。また、図３の例では、上記条件は、鏡胴成分
ＬＢ１〜ＬＢ５とスペ−サＳＰ１〜ＳＰ５とが、同一材
料で造られているときに適用できる。

【０１１１】まず、図７〜図１２を参照して、大気圧変
動時の第１実施例の特性につき説明する。図７は、理想
的な条件で焦点方向に走査した第１実施例のインコヒ−
レントＭＴＦのグラフであり、図８は、大気圧が理想的
な条件から−１００ｍｍＨｇだけ変化したときの第１実
施例のＭＴＦを表わす。図７において、縦軸はＭＴＦの
コントラストを表わし、横軸はデフォーカス量を表わ
す。図７及び図８において、Ｔはタンジェンシャル方向
を表し、Ｒはラジアル方向を表す。図７及び図８から明
らかなように、第１実施例の投影光学系では、大気圧の
変化に起因する像コントラストの劣化はほとんど無い。

【０１１２】図９及び図１０は、理想的な条件の下にお
ける第１実施例の投影光学系の諸収差図である。ここ
で、図９（ａ）は球面収差を、図９（ｂ）は非点収差
を、図９（ｃ）はディスト−ションをそれぞれ表す。図
９（ｂ）の非点収差図において、破線はメリジオナル像
面を表し、実線はサジタル像面を表す。また、図１０
は、理想的な条件の下における第１実施例の投影光学系
の横収差図である。ここで、図１０（ａ）は像高１００
％でのメリジオナル方向の横収差を、図１０（ｂ）は像
高７０％でのメリジオナル方向の横収差を、図１０
（ｃ）は像高０％（軸上）でのメリジオナル方向の横収
差を、図１０（ｄ）は像高１００％でのサジタル方向の
横収差を、図１０（ｅ）は像高７０％でのサジタル方向
の横収差を、図１０（ｆ）は像高０％（軸上）でのサジ
タル方向の横収差をそれぞれ表す。

【０１１３】また、図１１及び図１２は、大気圧が理想
的な条件から−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合の条件で
の第１実施例の投影光学系の諸収差図である。ここで、
図１１（ａ）は球面収差を、図１１（ｂ）は非点収差
を、図１１（ｃ）はディスト−ションをそれぞれ表す。
図１１（ｂ）の非点収差図において、破線はメリジオナ
ル像面を表し、実線はサジタル像面を表す。また、図１
２は、大気圧が理想的な条件から−３０ｍｍＨｇだけ変
化した場合の条件での第１実施例の投影光学系の横収差
図である。ここで、図１２（ａ）は像高１００％でのメ
リジオナル方向の横収差を、図１２（ｂ）は像高７０％
でのメリジオナル方向の横収差を、図１２（ｃ）は像高
０％（軸上）でのメリジオナル方向の横収差を、図１２
（ｄ）は像高１００％でのサジタル方向の横収差を、図
１２（ｅ）は像高７０％でのサジタル方向の横収差を、
図１２（ｆ）は像高０％（軸上）でのサジタル方向の横
収差をそれぞれ表す。

【０１１４】以下の表７に、大気圧が理想的な条件から
−３０ｍｍＨｇだけ変化した条件下における第１実施例
の球面収差、コマ収差、像高及びメリジオナル像面の変
化量を示す。

【０１１５】

【表７】［第１実施例］ 球面収差 0.062μm 像高 0.143μm メリジオナル像面 -0.010μm コマ収差 0.014μm 図９〜図１２及び表７から明らかな通り、第１実施例の
投影光学系では大気圧の変化に起因する球面収差とコマ
収差とに変化がほとんど無く、像面湾曲も同様に小さな
変化量に保たれている。

【０１１６】表８は、第１実施例において、倍率を補正
するために光学系中の複数の気体間隔（空気間隔）の一
部の気圧を変化させた後の理想的な条件からの諸収差の
変化量を表わす。このとき、上記表１の面番号１５と１
６との間の間隙内の気圧は、圧力制御装置ＰＣによって
−５３．９ｍｍＨｇに変更してある。

【０１１７】

【表８】［第１実施例］ 球面収差 0.040μm 像高 0.001μm メリジオナル像面 -0.028μm コマ収差 0.016μm このように、圧力制御装置ＰＣを用いて倍率を補正する
ことによって、大気圧の著しい変化（−３０ｍｍＨｇ）
にもかかわらず、理想的な条件での性能を実用上維持で
きるのである。

【０１１８】次に、図９〜図１０及び図１３〜図１４を
参照して、温度変動時の第１実施例の特性につき説明す
る。ここで、図１３及び図１４は、温度が理想的な条件
から３℃だけ変化した場合の条件での第１実施例の投影
光学系の諸収差図である。ここで、図１３（ａ）は球面
収差を、図１３（ｂ）は非点収差を、図１３（ｃ）はデ
ィスト−ションをそれぞれ表す。図１３（ｂ）の非点収
差図において、破線はメリジオナル像面を表し、実線は
サジタル像面を表す。また、図１４は、温度が理想的な
条件から３℃だけ変化した場合の条件での第１実施例の
投影光学系の横収差図である。ここで、図１４（ａ）は
像高１００％でのメリジオナル方向の横収差を、図１４
（ｂ）は像高７０％でのメリジオナル方向の横収差を、
図１４（ｃ）は像高０％（軸上）でのメリジオナル方向
の横収差を、図１４（ｄ）は像高１００％でのサジタル
方向の横収差を、図１４（ｅ）は像高７０％でのサジタ
ル方向の横収差を、図１４（ｆ）は像高０％（軸上）で
のサジタル方向の横収差をそれぞれ表す。

【０１１９】以下の表９に、温度が理想的な条件から３
℃だけ変化した条件下における第１実施例の球面収差、
コマ収差、像高及びメリジオナル像面の変化量を示す。

【０１２０】

【表９】［第１実施例］ 球面収差 -0.439μm 像高 0.009μm メリジオナル像面 0.035μm コマ収差 -0.047μm 図９〜図１０、図１３〜図１４及び表９より明らかな通
り、第１実施例の投影光学系では、３℃の温度変化にも
拘らず、理想的な条件で得られた性能が維持できる。

【０１２１】次に、大気圧変動時の第２実施例の特性に
ついて、図１５〜図１８を参照して説明する。図１５
は、理想的な条件で焦点方向に走査した第２実施例のイ
ンコヒ−レントＭＴＦのグラフであり、図１６は、大気
圧が理想的な条件から−１００ｍｍＨｇだけ変化したと
きの第２実施例のＭＴＦを表わす。図１５において、縦
軸はＭＴＦのコントラストを表わし、横軸はデフォーカ
ス量を表わす。図１５及び図１６において、Ｔはタンジ
ェンシャル方向を表し、Ｒはラジアル方向を表す。図１
５及び図１６から明らかなように、第２実施例の投影光
学系では、大気圧の変化に起因する像コントラストの劣
化はほとんど無い。

【０１２２】図１７及び図１８は、理想的な条件の下に
おける第１実施例の投影光学系の諸収差図である。ここ
で、図１７（ａ）は球面収差を、図１７（ｂ）は非点収
差を、図１７（ｃ）はディスト−ションをそれぞれ表
す。図１７（ｂ）の非点収差図において、破線はメリジ
オナル像面を表し、実線はサジタル像面を表す。また、
図１８は、理想的な条件の下における第１実施例の投影
光学系の横収差図である。ここで、図１８（ａ）は像高
１００％でのメリジオナル方向の横収差を、図１８
（ｂ）は像高９０％でのメリジオナル方向の横収差を、
図１８（ｃ）は像高７０％でのメリジオナル方向の横収
差を、図１８（ｄ）は像高５０％でのメリジオナル方向
の横収差を、図１８（ｅ）は像高０％（軸上）でのメリ
ジオナル方向の横収差を、図１８（ｆ）は像高１００％
でのサジタル方向の横収差を、図１８（ｇ）は像高９０
％でのサジタル方向の横収差を、図１８（ｈ）は像高７
０％でのサジタル方向の横収差を、図１８（ｉ）は像高
５０％でのサジタル方向の横収差を、図１８（ｊ）は像
高０％（軸上）でのサジタル方向の横収差をそれぞれ表
す。

【０１２３】また、図１９及び図２０は、大気圧が理想
的な条件から−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合の条件で
の第２実施例の投影光学系の諸収差図である。ここで、
図１９（ａ）は球面収差を、図１９（ｂ）は非点収差
を、図１９（ｃ）はディスト−ションをそれぞれ表す。
図１９（ｂ）の非点収差図において、破線はメリジオナ
ル像面を表し、実線はサジタル像面を表す。また、図２
０は、大気圧が理想的な条件から−３０ｍｍＨｇだけ変
化した場合の条件での第１実施例の投影光学系の横収差
図である。ここで、図２０（ａ）は像高１００％でのメ
リジオナル方向の横収差を、図２０（ｂ）は像高９０％
でのメリジオナル方向の横収差を、図２０（ｃ）は像高
７０％でのメリジオナル方向の横収差を、図２０（ｄ）
は像高５０％でのメリジオナル方向の横収差を、図２０
（ｅ）は像高０％（軸上）でのメリジオナル方向の横収
差を、図２０（ｆ）は像高１００％でのサジタル方向の
横収差を、図２０（ｇ）は像高９０％でのサジタル方向
の横収差を、図２０（ｈ）は像高７０％でのサジタル方
向の横収差を、図２０（ｉ）は像高５０％でのサジタル
方向の横収差を、図２０（ｊ）は像高０％（軸上）での
サジタル方向の横収差をそれぞれ表す。

【０１２４】以下の表１０に、大気圧が理想的な条件か
ら−３０ｍｍＨｇだけ変化した条件下における球面収
差、コマ収差、像高及びメリジオナル像面の変化量を示
す。

【０１２５】

【表１０】［第２実施例］ 球面収差 -0.002μm 像高 0.133μm メリジオナル像面 0.021μm コマ収差 0.005μm 図１７〜図２０及び表１０から明らかな通り、第１実施
例の投影光学系では大気圧の変化に起因する球面収差と
コマ収差とに変化がほとんど無く、像面湾曲も小さな変
化量に保たれている。

【０１２６】表１１は、第２実施例において、倍率を補
正するために光学系中の複数の気体間隔（空気間隔）の
一部の気圧を変化させた後の理想的な条件からの諸収差
の変化量を表わす。このとき、上記表１の面番号１５と
１６との間の間隙内の気圧は、圧力制御装置ＰＣによっ
て−５１．２ｍｍＨｇに変更してある。

【０１２７】

【表１１】［第２実施例］ 球面収差 -0.021μm 像高 0.001μm メリジオナル像面 0.000μm コマ収差 0.006μm このように、圧力制御装置ＰＣを用いて倍率を補正する
ことによって、（−３０ｍｍＨｇという）大気圧の著し
い変化にもかかわらず、理想的な条件での性能を実用上
維持できるのである。

【０１２８】次に、図１７〜図１８及び図２１〜図２２
を参照して、温度変動時の第２実施例の特性につき説明
する。ここで、図２１及び図２２は、温度が理想的な条
件から３℃だけ変化した場合の条件での第１実施例の投
影光学系の諸収差図である。ここで、図２１（ａ）は球
面収差を、図２１（ｂ）は非点収差を、図２１（ｃ）は
ディスト−ションをそれぞれ表す。図２１（ｂ）の非点
収差図において、破線はメリジオナル像面を表し、実線
はサジタル像面を表す。また、図２２は、温度が理想的
な条件から３℃だけ変化した場合の条件での第１実施例
の投影光学系の横収差図である。ここで、図２２（ａ）
は像高１００％でのメリジオナル方向の横収差を、図２
２（ｂ）は像高９０％でのメリジオナル方向の横収差
を、図２２（ｃ）は像高７０％でのメリジオナル方向の
横収差を、図２２（ｄ）は像高５０％でのメリジオナル
方向の横収差を、図２２（ｅ）は像高０％（軸上）での
メリジオナル方向の横収差を、図２２（ｆ）は像高１０
０％でのサジタル方向の横収差を、図２２（ｇ）は像高
９０％でのサジタル方向の横収差を、図２０（ｈ）は像
高７０％でのサジタル方向の横収差を、図２２（ｉ）は
像高５０％でのサジタル方向の横収差を、図２２（ｊ）
は像高０％（軸上）でのサジタル方向の横収差をそれぞ
れ表す。

【０１２９】以下の表１２に、温度が理想的な条件から
３℃だけ変化した条件下における第１実施例の球面収
差、コマ収差、像高及びメリジオナル像面の変化量を示
す。

【０１３０】

【表１２】［第２実施例］ 球面収差 -0.427μm 像高 -0.004μm メリジオナル像面 -0.076μm コマ収差 0.044μm 図１７〜図１８、図２１〜図２２及び表１２より明らか
な通り、第２実施例の投影光学系では、３℃の温度変化
にも拘らず、理想的な条件で得られた性能が維持でき
る。

【０１３１】以上説明した第１及び第２実施例の投影光
学系は、像側に０．５５以上の大開口数を有し、第２物
体上に３０ｍｍ以上の大露光視野を有し、しかもそれら
の結像性能は、理想的な環境でも大気圧または温度の条
件が変化しても優れて良好である。この第１及び第２実
施例の投影光学系を図１に示す投影露光装置に応用する
ことによって、レチクル上の回路パターンは、理想的な
条件の場合に限らず理想的な条件から甚だしく外れた環
境でも正確に転写できる。

【０１３２】なお、上述の実施例では、露光光源として
３６５ｎｍのｉ線を供給する水銀ランプを用いている
が、本発明はまた他の光源である４６５ｎｍのｇ線を供
給する水銀ランプや、波長１９３ｎｍや２４８ｎｍを供
給するエキシマレ−ザのような極紫外（ＤＵＶ）光源で
も使用できる。本発明の投影光学系は、さまざまなリソ
グラフィシステムに応用できるのであって、含まれるシ
ステムは必ずしもいわゆるステップアンドリピ−トシス
テムやステップアンドスキャン露光システムに限られる
わけではない。

【０１３３】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、投影光学系
の周囲の雰囲気の環境（例えば大気圧や温度など）が理
想的な環境から変化した場合であっても、理想的な環境
である場合と同じ性能を実質的に維持することができ
る。また、本発明のある態様によれば、たとえ大気圧が
装置の使われる場所や標高の変更などに起因して著しく
変化しても、その投影光学系を比較的僅かに調整するこ
とで、理想的な環境に在ると同じ性能を再現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一例を概略的に示
す模式図である。

【図２】本発明による投影露光装置における鏡胴の一例
を示す模式的断面図である。

【図３】本発明による投影露光装置における鏡胴の別の
一例を示す模式的断面図である。

【図４】本発明による投影光学系の第１実施例の光路図
である。

【図５】本発明による投影光学系の第１実施例の第３レ
ンズ群に含まれるレンズ素子を詳細に示す光路図であ
る。

【図６】本発明による投影光学系の第２実施例の光路図
である。

【図７】理想的な条件下における第１実施例の変調伝達
関数（ＭＴＦ）のグラフである。

【図８】大気圧が理想的な条件から−１００ｍｍＨｇだ
け変化した場合における第１実施例のＭＴＦのグラフで
ある。

【図９】理想的な条件下における第１実施例の縦収差図
であって、図９（ａ）は軸上球面収差図、図９（ｂ）は
非点収差図、図９（ｃ）はディストーション（歪曲収
差）図である。

【図１０】理想的な条件下における第１実施例の横収差
図であって、図１０（ａ）は像高１００％でのメリジオ
ナル方向の横収差図、図１０（ｂ）は像高７０％でのメ
リジオナル方向の横収差図、図１０（ｃ）は像高０％
（軸上）でのメリジオナル方向の横収差図、図１０
（ｄ）は像高１００％でのサジタル方向の横収差図、図
１０（ｅ）は像高７０％でのサジタル方向の横収差図、
図１０（ｆ）は像高０％（軸上）でのサジタル方向の横
収差図である。

【図１１】大気圧が−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合に
おける第１実施例の縦収差図であって、図１１（ａ）は
軸上球面収差図、図１１（ｂ）は非点収差図、図１１
（ｃ）はディストーション（歪曲収差）図である。

【図１２】大気圧が−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合に
おける第１実施例の横収差図であって、図１２（ａ）は
像高１００％でのメリジオナル方向の横収差図、図１２
（ｂ）は像高７０％でのメリジオナル方向の横収差図、
図１２（ｃ）は像高０％（軸上）でのメリジオナル方向
の横収差図、図１２（ｄ）は像高１００％でのサジタル
方向の横収差図、図１２（ｅ）は像高７０％でのサジタ
ル方向の横収差図、図１２（ｆ）は像高０％（軸上）で
のサジタル方向の横収差図である。

【図１３】温度が理想的な条件から−３℃だけ変化した
場合における第１実施例の縦収差図であって、図１３
（ａ）は軸上球面収差図、図１３（ｂ）は非点収差図、
図１３（ｃ）はディストーション（歪曲収差）図であ
る。

【図１４】温度が理想的な条件から−３℃だけ変化した
場合における第１実施例の横収差図であって、図１４
（ａ）は像高１００％でのメリジオナル方向の横収差
図、図１４（ｂ）は像高７０％でのメリジオナル方向の
横収差図、図１４（ｃ）は像高０％（軸上）でのメリジ
オナル方向の横収差図、図１４（ｄ）は像高１００％で
のサジタル方向の横収差図、図１４（ｅ）は像高７０％
でのサジタル方向の横収差図、図１４（ｆ）は像高０％
（軸上）でのサジタル方向の横収差図である。

【図１５】理想的な条件下における第２実施例の変調伝
達関数（ＭＴＦ）のグラフである。

【図１６】大気圧が理想的な条件から−１００ｍｍＨｇ
だけ変化した場合における第２実施例のＭＴＦのグラフ
である。

【図１７】理想的な条件下における第２実施例の縦収差
図であって、図１７（ａ）は軸上球面収差図、図１７
（ｂ）は非点収差図、図１７（ｃ）はディストーション
（歪曲収差）図である。

【図１８】理想的な条件下における第２実施例の横収差
図であって、図１８（ａ）は像高１００％でのメリジオ
ナル方向の横収差図、図１８（ｂ）は像高９０％でのメ
リジオナル方向の横収差図、図１８（ｃ）は像高７０％
でのメリジオナル方向の横収差図、図１８（ｄ）は像高
５０％でのメリジオナル方向の横収差図、図１８（ｅ）
は像高０％（軸上）でのメリジオナル方向の横収差図、
図１８（ｆ）は像高１００％でのサジタル方向の横収差
図、図１８（ｇ）は像高９０％でのサジタル方向の横収
差図、図１０（ｈ）は像高７０％でのサジタル方向の横
収差図、図１８（ｉ）は像高５０％でのサジタル方向の
横収差図、図１８（ｊ）は像高０％（軸上）でのサジタ
ル方向の横収差図である。

【図１９】大気圧が−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合に
おける第２実施例の縦収差図であって、図１９（ａ）は
軸上球面収差図、図１９（ｂ）は非点収差図、図１９
（ｃ）はディストーション（歪曲収差）図である。

【図２０】大気圧が−３０ｍｍＨｇだけ変化した場合に
おける第２実施例の横収差図であって、図２０（ａ）は
像高１００％でのメリジオナル方向の横収差図、図２０
（ｂ）は像高９０％でのメリジオナル方向の横収差図、
図２０（ｃ）は像高７０％でのメリジオナル方向の横収
差図、図２０（ｄ）は像高５０％でのメリジオナル方向
の横収差図、図２０（ｅ）は像高０％（軸上）でのメリ
ジオナル方向の横収差図、図２０（ｆ）は像高１００％
でのサジタル方向の横収差図、図２０（ｇ）は像高９０
％でのサジタル方向の横収差図、図２０（ｈ）は像高７
０％でのサジタル方向の横収差図、図２０（ｉ）は像高
５０％でのサジタル方向の横収差図、図２０（ｊ）は像
高０％（軸上）でのサジタル方向の横収差図である。

【図２１】温度が理想的な条件から−３℃だけ変化した
場合における第２実施例の縦収差図であって、図２１
（ａ）は軸上球面収差図、図２１（ｂ）は非点収差図、
図２１（ｃ）はディストーション（歪曲収差）図であ
る。

【図２２】温度が理想的な条件から−３℃だけ変化した
場合における第２実施例の横収差図であって、図２２
（ａ）は像高１００％でのメリジオナル方向の横収差
図、図２２（ｂ）は像高９０％でのメリジオナル方向の
横収差図、図２２（ｃ）は像高７０％でのメリジオナル
方向の横収差図、図２２（ｄ）は像高５０％でのメリジ
オナル方向の横収差図、図２２（ｅ）は像高０％（軸
上）でのメリジオナル方向の横収差図、図２２（ｆ）は
像高１００％でのサジタル方向の横収差図、図２２
（ｇ）は像高９０％でのサジタル方向の横収差図、図２
２（ｈ）は像高７０％でのサジタル方向の横収差図、図
２２（ｉ）は像高５０％でのサジタル方向の横収差図、
図２２（ｊ）は像高０％（軸上）でのサジタル方向の横
収差図である。

【符号の説明】

ＩＳ：照明光学系、 Ｒ ：レチクル（第１物体）、 ＲＳ：レチクルステージ（第１の支持部材）、 ＰＬ：投影光学系、 ＰＣ：圧力制御装置、 ＡＳ：開口絞り、 ＦＬ：フランジ、 ＣＡ：キャリッジ（カラム）、 Ｗ ：ウェーハ（第２物体）、 ＷＳ：ウェーハステージ（第２の支持部材）、

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レチクル上に形成したパターンを基板上に
   転写する投影露光装置において、 前記レチクルを波長λの照明光のもとで均一に照射する
   ための照明光学系と；前記レチクルを支持する第１の支
   持部材と；前記基板を支持する第２の支持部材と；前記
   レチクルと前記基板との間に配置され、前記照明光学系
   によって照射された前記レチクル上の前記パターンを少
   なくとも開口数０．５５以上の光束で前記基板に投射
   し、かつ以下の条件： 【数１】 を満足する投影光学系と；を備えることを特徴とする投
   影露光装置。但し、ｄＳＡｐ：前記投影光学系の周囲の
   雰囲気の大気圧が３０ｍｍＨｇだけ変化するときの投影
   光学系の最大開口数の光線による球面収差の変化量、ｄ
   ＣＯＭＡｐ：投影光学系の周囲の雰囲気の大気圧が３０
   ｍｍＨｇだけ変化するときの投影光学系の最大像高にお
   ける最大開口数の光線によるコマ収差の変化量、ＮＡ：
   前記投影光学系の前記基板側の開口数、である。
2. 【請求項２】レチクル上に形成したパターンを基板上に
   転写する投影露光装置において、 前記レチクルを波長λで均一に照射するための照明光学
   系と、 前記レチクルを支持する第１の支持部材と、 前記基板を支持する第２の支持部材と、 前記レチクルと前記基板との間に設置され、少なくとも
   ０．５５の開口数を有する光束を投射する投影光学系と
   を備え、 前記投影光学系は、前記照明光学系によって照射された
   前記レチクル上の前記パターンを前記基板に前記光束を
   用いて以下の条件： 【数２】 を満たして投影することを特徴とする投影露光装置。但
   し、 ｄＡＳｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化す
   るときの前記投影光学系の最大開口数の光線による球面
   収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変
   化するときの前記投影光学系の最大像高における最大開
   口数の光線によるコマ収差の変化量、 ｄＭｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化する
   ときの前記投影光学系の最大像高での像面湾曲の変化
   量、 ｄＹｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化する
   ときの前記投影光学系の最大像高での像高変化量、 ＮＡ：前記投影光学系の前記基板側の開口数、である。
3. 【請求項３】前記投影光学系は、複数のレンズ素子を支
   持して以下の条件： 【数３】 を満たす鏡胴を含むことを特徴とする請求項２に記載の
   投影露光装置。但し、 ｄＳＡｔ1：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化する
   とき、前記レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変
   化により引き起こされる前記投影光学系の最大開口光束
   の球面収差の変化量、 ｄＳＡｔ2 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化する
   とき、前記レンズ素子を構成する光学部材の形状変化に
   より引き起こされる前記投影光学系の最大開口光束の球
   面収差の変化量であり、 ｄＳＡｔ3 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化する
   とき、前記レンズ素子を支持する前記鏡胴の膨張・収縮
   により引き起こされる前記投影光学系の最大開口光束の
   球面収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ1 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化
   するとき、前記レンズ素子を構成する光学部材の屈折率
   の変化により引き起こされる前記投影光学系の最大像高
   における最大開口光束のコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ2 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化
   するとき、前記レンズ素子を構成する光学部材の形状変
   化により引き起こされる前記投影光学系の最大像高にお
   ける最大開口光束のコマ収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｔ3 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化
   するとき、前記レンズ素子を支持する前記鏡胴の膨張・
   収縮により引き起こされる前記投影光学系の最大像高に
   おける最大開口光束のコマ収差の変化量、 ｄＭｔ1 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化
   により引き起こされる前記投影光学系の最大像高におけ
   る像面湾曲の変化量、 ｄＭｔ2 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を構成する光学部材の形状変化によ
   り引き起こされる前記投影光学系の最大像高における像
   面湾曲の変化量、 ｄＭｔ3 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を支持する前記鏡胴の膨張・収縮に
   より引き起こされる前記投影光学系の最大像高における
   像面湾曲の変化量、 ｄＹｔ1 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を構成する光学部材の屈折率の変化
   により引き起こされる前記投影光学系の最大像高におけ
   る像高変化量、 ｄＹｔ2 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を構成する光学部材の形状変化によ
   り引き起こされる前記投影光学系の最大像高における像
   高変化量、 ｄＹｔ3 ：前記投影光学系の温度が３℃だけ変化すると
   き、前記レンズ素子を構成する光学部材の膨張・収縮に
   より引き起こされる前記投影光学系の最大像高における
   像高変化量、 λ：照明光学系の照明光の波長、 ＮＡ：記投影光学系の開口数、である。
4. 【請求項４】前記投影光学系は、前記レチクル側から順
   に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を
   有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ
   群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力
   を有する第５レンズ群とを含むことを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか一項に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】前記第５レンズ群中に配置された開口絞り
   をさらに含み、 前記第３レンズ群は、正の屈折力と前記レチクル側に向
   けられた凹面とをそれぞれ有するメニスカス形状の第１
   及び第２メニスカスレンズと、正の屈折力と前記レチク
   ル側に向けられた凹面とをそれぞれ有するメニスカス形
   状の第３及び第４メニスカスレンズとを有し、 前記第３レンズ群を構成するレンズ素子のうち最大有効
   径を有するレンズ素子は、前記第１のメニスカスレンズ
   と前記第４のメニスカスレンズとの間に配置されること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投
   影露光装置。
6. 【請求項６】最大有効径を有する前記レンズ素子は、前
   記第２メニスカスレンズの前記基板側と、前記第３のメ
   ニスカスレンズの前記レチクル側との間に配置されるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】第１物体の像を第２物体に投影する投影光
   学系において、 前記第１物体の側から順に、正の屈折力を有する第１レ
   ンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈
   折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４
   レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、前記
   第５レンズ群内に配置された開口絞りとを含み、 前記第３レンズ群は、前記第１物体側に向けられた凹面
   と正の屈折力とをそれぞれ有する第１及び第２メニスカ
   スレンズ素子と、前記第２物体側に向けられた凹面と正
   の屈折力とをそれぞれ有する第３及び第４メニスカスレ
   ンズ素子とを有し、 前記第３レンズ群のうち最大有効径を有するレンズ素子
   は、前記第１メニスカスレンズ素子と前記第４メニスカ
   スレンズ素子との間に配置されることを特徴とする投影
   光学系。
8. 【請求項８】前記第３レンズ群に含まれる前記レンズ素
   子が、以下の条件： ｜sin（β）｜＜０．５ ｜（α−β）／（α−γ）｜＜１．５ を満たすことを特徴とする請求項７記載の投影光学系。
   但し、 α：前記投影光学系の最大像高に対応する主光線の、前
   記レンズ素子の第１物体側レンズ面に対する入射角と、
   前記投影光学系の最大像高に対応する主光線の、前記レ
   ンズ素子の第２物体側レンズ面からの射出角とのうち少
   なくとも一方の角度、 β：前記投影光学系の最大像高に対応する下側メリジオ
   ナル光線の、前記レンズ素子の第１物体側レンズに対す
   る入射角と、前記投影光学系の最大像高に対応する下側
   メリジオナル光線の、前記レンズ素子の第２物体側レン
   ズ面からの射出角とのうち少なくとも一方の角度、 γ：前記投影光学系の最大像高に対応する上側メリジオ
   ナル光線の、前記レンズ素子の第１物体側レンズ面に対
   する入射角と、前記投影光学系の最大像高に対応する上
   側メリジオナル光線の、前記レンズ素子の第２物体側レ
   ンズ面からの射出角とのうち少なくとも一方の角度、で
   ある。
9. 【請求項９】前記第５レンズ群は、正レンズ素子、負レ
   ンズ素子及び気体間隔をそれぞれ含む第１及び第２の気
   体分離型ダブレットを有し、 前記第１及び第２の気体分離型ダブレットは、前記開口
   数絞りよりも前記第２物体側に配置され、 前記第１及び第２の気体分離型ダブレットを構成する前
   記正レンズ素子と前記負レンズ素子との少なくとも一方
   のレンズ素子は、前記第５レンズ群中で最大有効径を有
   することを特徴とする請求項７または８に記載の投影光
   学系。
10. 【請求項１０】前記第３レンズ群中の前記第１のメニス
    カスレンズは、前記第３レンズ群の前記レンズ群のうち
    前記第１物体に最も接近して設置され、該第４のメニス
    カスレンズが、前記第３のレンズ群の前記レンズ群のう
    ち第２物体に最も接近して設置されることを特徴とする
    請求項７乃至９のいずれか一項に記載の投影光学系。
11. 【請求項１１】前記第３レンズ群は、正のレンズ素子の
    みからなることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれ
    か一項に記載の投影光学系。
12. 【請求項１２】前記第１乃至第５レンズ群を支持する複
    数の支持部材を含む鏡胴をさらに含み、 前記支持部材と前記鏡胴とは、同一の材料から構成され
    ることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に
    記載の投影光学系。
13. 【請求項１３】前記第１乃至第５レンズ群を支持する複
    数の鏡胴をさらに含み、 前記複数の鏡胴は、前記投影光学系の光軸に沿って配列
    してあることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか
    一項に記載の投影光学系。
14. 【請求項１４】前記投影光学系と前記第１乃至第５レン
    ズ群とが、以下の条件： ０．１０＜ｆ1／Ｌ＜０．２５ −０．０９＜ｆ2／Ｌ＜−０．０３ ０．０５＜ｆ3／Ｌ＜０．２０ −０．１０＜ｆ4／Ｌ＜−０．０２ ０．０５＜ｆ5／Ｌ＜０．２０ を満たすことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか
    一項に記載の投影光学系。但し、 ｆ1：前記第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離、 ｆ2：前記第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離、 ｆ3：前記第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離、 ｆ4：前記第４のレンズ群Ｇ４の焦点距離、 ｆ5：前記第５のレンズ群Ｇ５の焦点距離、 Ｌ：物像間距離、 である。
15. 【請求項１５】第１物体の像を第２物体に投影する投影
    光学系において、 前記第１物体側から順に、正の屈折力を有する第１レン
    ズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折
    力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レ
    ンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、前記第
    ５レンズ群内部に置かれた開口絞りとを含み、 前記第５レンズ群は、正レンズ素子、負レンズ素子及び
    気体間隔をそれぞれ含む第１及び第２の気体分離型ダブ
    レットを有し、 前記第１及び第２の気体分離型ダブレットは、前記開口
    数絞りよりも前記第２物体側に配置され、 前記第１及び第２の気体分離型ダブレットを構成する前
    記正レンズ素子と前記負レンズ素子との少なくとも一方
    のレンズ素子は、前記第５レンズ群中で最大有効径を有
    することを特徴とする投影光学系。
16. 【請求項１６】レチクル上に形成したパターンを感光性
    基板に転写する工程を含む半導体製造方法において、 前記レチクル上の前記パターンを波長λを有する照明光
    源を用いて前記照明光の少なくとも一部が前記レチクル
    上に形成した前記パターンを通過するように照射する工
    程と、 前記レチクルを通過した前記照明光を、以下の条件： 【数４】 を満たす投影光学系に導く工程と、 前記感光性基板を前記導かれた照明光で露光する工程と
    を含み、 前記導かれた照明光は、少なくとも０．５５の開口数を
    有する投影光束を構成することを特徴とする半導体製造
    方法。但し、 ｄＳＡｐ：前記投影光学系の周囲大気圧が３０ｍｍＨｇ
    だけ変化するときの前記投影光学系の最大開口光束の球
    面収差の変化量、 ｄＣＯＭＡｐ：前記投影光学系の周囲大気圧が３０ｍｍ
    Ｈｇだけ変化するときの前記投影光学系の最大像高にお
    ける最大開口光束のコマ収差の変化量、 ＮＡ：前記投影光学系の開口数、である。
17. 【請求項１７】レチクル上に形成したパターンを感光性
    基板に転写する工程を含む半導体製造方法において、 前記レチクル上の前記パターンを波長λを有する照明光
    源を用いて前記照明光の少なくとも一部が前記レチクル
    上に形成した前記パターンを通過するように照射する工
    程と、 前記レチクルを通過した前記照明光の前記一部を、以下
    の条件： 【数５】 をそれぞれ満たす投影光学系へ導く工程と、 前記感光性基板を前記導かれた照明光で露光する工程
    と、を含み、 前記導かれた照明光は、少なくとも０．５５の開口数を
    有する投影光束を構成することを特徴とする半導体製造
    方法。但し、 ｄＡＳｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化す
    るときの前記投影光学系の最大開口光束の球面収差の変
    化量、 ｄＣＯＭＡｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変
    化するときの前記投影光学系の最大像高における最大開
    口光束のコマ収差の変化量、 ｄＭｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化する
    ときの前記投影光学系の最大像高での像面湾曲の変化
    量、 ｄＹｔ：前記投影光学系の周囲温度が３℃だけ変化する
    ときの前記投影光学系の最大像高での像高変化量、 ＮＡ：前記投影光学系の開口数、である。