JPH11214293A

JPH11214293A - 投影光学系及び該光学系を備えた露光装置並びにデバイス製造方法

Info

Publication number: JPH11214293A
Application number: JP10024043A
Authority: JP
Inventors: Koji Shigematsu; 幸二重松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-06
Also published as: US6259508B1; DE19902336A1

Abstract

(57)【要約】【課題】大開口数、広い投影領域を有し、両側テレセ
ントリックで、かつ諸収差を補正した投影光学系を提供
すること。【解決手段】第１物体Ｒ上のパターンの像を第２物体
Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬにおいて、第１物体側Ｒ
から順に、正第１レンズ群Ｇ１と、負第２レンズ群Ｇ２
と、正第３レンズ群Ｇ３と、非球面ＡＳＰ１を有する負
第４レンズ群Ｇ４と、非球面ＡＳＰ３と開口絞りＡＳを
有する正第５レンズ群Ｇ５とを備え、近軸上において前
記第２物体Ｗ側から前記投影光学系の光軸に平行に該投
影光学系へ入射する光線が該光軸と交差する位置Ｑは、
前記第４及び第５レンズ群Ｇ４、Ｇ５との間であり、前
記第４又は前記第５レンズ群は非球面ＡＳＰ２を有し、
かつ所定の条件式を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１物体のパター
ンの像を第２物体上に投影するための投影光学系、及び
該投影光学系を備え、半導体素子、又は液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程中でマスクパターン
を基板上に転写する際に使用される露光装置、さらに該
露光装置を用いたデバイス（半導体素子、撮像素子、液
晶表示素子、薄膜磁気へッド等）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等を製造するために、
一括露光型又は走査露光型の投影露光装置が使用されて
いる。ステッパー等に代表される一括露光型の投影露光
装置は、マスクとしてのレチクルのパターンの像を、投
影光学系を介してレジストが塗布されたウェハ又はガラ
スプレート等上に転写するものである。また、走査露光
型の投影露光装置では、ステップ・アンド・スキャン方
式が採用されている。近年、半導体集積回路等のパター
ンの微細化が進むに従って、かかる露光装置に備えられ
ている投影光学系の光学特性、特に解像力の向上が要求
されている。

【０００３】投影光学系の解像力を向上させるには、露
光波長をより短くするか、あるいは開口数（Ｎ．Ａ．）
を大きくすることが考えられる。露光用光束の波長につ
いては、水銀ランプのｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線
（λ＝３６５ｎｍ）が主として用いられるようになって
きており、さらに最近では、より短波長の光を発する光
源、例えばエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ，１９３ｎ
ｍ）が用いられようとしている。このため、短波長の露
光光のもとで使用できる光学特性を有する投影光学系が
開発されている。

【０００４】また、投影光学系においては、上述の解像
力の向上と共に、像歪の低減要求も一段と厳しくなって
きている。ここで、像歪とは、投影光学系に起因するデ
ィストーション（歪曲収差）により生ずるものの他、投
影光学系の像側で焼き付けられるウェハの反り等により
生ずるもの、さらに投影光学系の物体側で回路パターン
等が描かれているレチクルの反りにより生ずるものがあ
る。そして、近年益々転写パターンの微細化が進み、像
歪の低減要求も一段と厳しくなってきている。

【０００５】ウェハの反りによる像歪への影響を少なく
するためには、投影光学系の像側での射出瞳位置を遠く
に位置させる、所謂像側テレセントリック光学系が従来
より用いられている。一方、レチクルの反りによる像歪
の軽減についても、投影光学系の入射瞳位置を物体面か
ら遠くに位置させる、所謂物体側テレセントリック光学
系にすることが考えられ、投影光学系の入射瞳位置を物
体面から比較的遠くに位置させる光学系について種々の
提案がなされている。例えば、特開昭６３−１１８１１
５号公報、特開平４−１５７４１２号公報、特開平５−
１７３０６５号公報等で、そのように投影光学系の入射
瞳位置を物体面から遠くに位置させる投影光学系が開示
されている。

【０００６】また、レチクル上のパターンをウェハ上に
投影露光するための投影光学系において、複数のレンズ
面を非球面形状で構成した場合、使用されるレンズ枚数
の低減が可能となる。このような技術としては、例え
ば、特開平１−３１６７０９号公報、特開平５−３３４
５９３号公報、特開平７−１２８５９２号公報に開示さ
れた投影光学系が提案されている。

【０００７】さらに、最近の半導体素子、又は液晶表示
素子等の製造工程では、レチクル上のパターン及び各種
の使用条件に応じて、より最適な開口数（Ｎ．Ａ．）を
選択使用することが求められているため、露光装置にお
いても、開口数を可変できる絞りを有する投影光学系が
要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ウェハ
の反り及びレチクルの反りの像歪への影響を軽減するた
めには、投影光学系を像側及び物体側でテレセントリッ
クにすることが望ましい。そのため、上記各公報にて開
示された光学系は、物体側と像側とが共にテレセントリ
ックである、所謂両側テレセントリック投影光学系であ
る。しかしながら、上記従来の両側テレセントリック投
影光学系は、広い投影領域で諸収差を低減したうえで解
像力に寄与する開口数（Ｎ．Ａ．）を十分に大きくする
ことは困難であり、またディストーションの補正が十分
ではないので問題である。

【０００９】また、投影光学系の開口数を可変とするた
めに可変開口絞りを設けた場合、この可変開口絞りの開
口数を変化させると、瞳での球面収差によって像面の投
影領域の周辺部で口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）の影
響が生じることがあった。そのため、像面の投影領域の
周辺部において、開口数を可変にした際にテレセントリ
ック性の悪化や像面上での照度均一性の悪化等が生じ、
投影領域をあまり広くできないので問題である。

【００１０】さらに、上記公報にも開示されている非球
面を用いた光学系は、光学系の硝材総厚を薄くして透過
率を向上させることを目的として非球面を導入してい
る。このため、広い露光領域、及び十分大きな開口数を
得られず問題である。本発明は、以上の問題に鑑みて
なされたものであり、両側テレセントリックであり、か
つ、開口数（Ｎ．Ａ．）を可変としたとき、実用上口径
食の影響が十分小さいことを達成した開口絞りを有し、
非球面形状のレンズ面を使用することで、十分大きな開
口数と広い露光領域とを確保しつつ諸収差、特にディス
トーションを極めて良好に補正した小型で高性能な投影
光学系を提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明は、上記投影光学系を備えた
露光装置、及び該露光装置を用いた半導体デバイス大の
製造方法を提供することを他の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の投影光学系は、第１物体Ｒ上のパタ
ーンの像を第２物体Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬにお
いて、前記第１物体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、近軸上において前記第２
物体Ｗ側から前記投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に該
光学系ＰＬへ入射する光線が該光軸ＡＸと交差する位置
Ｑは、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第５レンズ群Ｇ５と
の間であり、前記第４レンズ群Ｇ４は少なくとも１面の
非球面ＡＳＰ１を有し、前記第５レンズ群Ｇ５は、その
内部に開口数を決定するための開口絞りＡＳを有し、前
記第４又は前記第５レンズ群Ｇ４、Ｇ５は、前記第４レ
ンズ群Ｇ４の非球面ＡＳＰ１から前記開口絞りＡＳまで
のいずれかの位置に配置される少なくとも１面の非球面
ＡＳＰ２を有し、前記第５レンズ群Ｇ５は、前記開口絞
りＡＳよりも前記第２物体Ｗ側に配置される少なくとも
１面の非球面ＡＳＰ３を有し、前記第１物体から前記第
２物体までの距離をＬ、前記第４及び第５レンズＧ４，
Ｇ５間の前記光軸ＡＸと交わる位置Ｑから前記開口絞り
ＡＳまでの光軸上の距離をｄ，前記投影光学系ＰＬから
前記第２物体Ｗ側へ射出される光束の開口数をＮ．Ａ．
とするとき、０．０１＜ｄ／｛Ｌ×（１−Ｎ．Ａ．）｝＜０．４（１）の条件を満足することを特徴とする

【００１３】上記構成では、第１レンズ群Ｇ１はテレセ
ントリック性を維持しながら、主にデイストーションの
補正に寄与しており、第２レンズ群Ｇ２、及び第４レン
ズ群Ｇ４は、主にペッツバール和の補正に寄与し、像面
の平坦化を達成する機能を有している。また、第３レン
ズ群Ｇ３は第１レンズ群Ｇ１と共に正のディストーショ
ンを発生させ、第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及
び第５レンズ群Ｇ５で発生する負のディストーションを
補正する役割を担っている。さらに、第３レンズ群Ｇ３
と第２レンズ群Ｇ２とは、第２物体側から見ると、正・
負の屈折力配置を有する望遠系を構成している。このた
め、投影光学系ＰＬ全系の長大化を防ぐ機能を有してい
る。また、第５レンズ群Ｇ５は、第２物体Ｗ側での高開
口数化に十分対応するために、特に球面収差の発生を極
力避けた状態で、ディストーションの発生を抑え、第２
物体Ｗ上に光束を導き、結像させる役割を担っている。

【００１４】また、第４レンズ群Ｇ４に少なくとも１面
の非球面ＡＳＰ１を配置することで、屈折系の球面のみ
で構成された明るい（高開ロ数）光学系に残存する傾向
のある画角に関する収差、特にサジタル方向のコマ収差
の発生を抑えることが可能となる。なお、該非球面は凹
面で、かつレンズ周辺で近軸近傍の屈折力を弱める形状
の非球面であることが好ましい。

【００１５】また、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ
５において、前記の非球面ＡＳＰ１から開口絞りＡＳま
でに非球面ＡＳＰ２を配置し、第５レンズ群Ｇ５におい
て、開口絞りＡＳから第２物体Ｗ側に非球面ＡＳＰ３を
配置して構成することが好ましい。

【００１６】第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５にお
いて、前記の非球面ＡＳＰ１から開口絞りＡＳまでに非
球面ＡＳＰ２を配置し、更に、第５レンズ群Ｇ５におい
て、開口絞りＡＳから第２物体Ｗ側に非球面ＡＳＰ３を
配置することで、開口絞りＡＳ前後での非球面による収
差補正が可能となり、ディストーションやコマ収差を悪
化させずに高次の球面収差を補正することが可能とな
る。

【００１７】また、第１物体Ｒから第２物体Ｗまでの距
離をＬ、前記第４及び第５レンズ間の前記光軸と交わる
位置Ｑから前記開口絞りＡＳまでの光軸上の距離をｄ，
投影光学系ＰＬの第２物体Ｗ側の開口数をＮ．Ａ．とし
たとき、以下の条件式（１）、０．０８＜ｄ／｛Ｌ・（１−Ｎ．Ａ．）｝＜０．４（１）を満足することが好ましい。ここで、ｄは位置Ｑから第
２物体Ｗ側へ測る方向を正とする。

【００１８】条件式（１）は、容易に両側テレセントリ
ックにすると共に、投影領域内で口径食の影響を小さく
するための条件を規定している。条件式（１）の上限を
超えると、瞳の収差が大きくなり過ぎ、第１物体Ｒと第
２物体Ｗとの両側にテレセントリックな光学系を得るこ
とが困難となり好ましくない。逆に、条件式（１）の下
限を下回ると、ペッツバール和をゼロに近づけるように
瞳の収差を必要以上に補正する結果、投影光学系の長大
化（大型化）を招き好ましくない。

【００１９】また、請求項２の投影光学系は、前記開口
絞りＡＳは可変開口絞りであり、前記開口絞りＡＳによ
り前記投影光学系ＰＬから前記第２物体Ｗ側へ射出され
る光束の前記開口数Ｎ．Ａ．を変えたときに、前記開口
絞りＡＳの口径食により生ずる前記第２物体Ｗ上の投影
領域内に到達する光束の前記開口数Ｎ．Ａ．の差が最小
になるように、前記開口絞りＡＳを前記第４及び第５レ
ンズ群Ｇ４，Ｇ５の間の前記交差する位置Ｑよりも前記
第２物体Ｗ側に配置することが好ましい。

【００２０】ここで、投影光学系ＰＬへ第２物体Ｗ側か
ら平行光束が入射した場合を考える。かかる平行光束の
内、近軸上の光線（近軸主光線）は、第２物体Ｗ側に配
置された正レンズの屈折作用により所定の位置Ｑで光軸
ＡＸと交差する。このとき、第２物体Ｗ側の正レンズが
正の屈折力を有しているため、光軸ＡＸに対して所定の
角度をなして投影光学系ＰＬに入射する平行光束は、近
軸上で光軸ＡＸに沿って入射する平行光束の結像位置Ｑ
より第２物体Ｗ側にずれた位置に結像する。このため、
開口絞りＡＳを近軸上の光線（近軸主光線）が光軸ＡＸ
と交差する位置Ｑよりも第２物体Ｗ側に配置すれば、開
口絞りＡＳの開口径を変化させても瞳の像面湾曲による
投影領域周辺部での口径食の影響、即ち該開口絞りＡＳ
による光線のけられで生ずる投影領域の各点に至る光束
間の開口数の差を実用上十分に抑えることができ、諸収
差も良好に補正することができる。

【００２１】また、請求項３記載の投影光学系は、前記
第４レンズ群Ｇ４が有する少なくとも１面の非球面ＡＳ
Ｐ１は凹面であり、かつ前記非球面ＡＳＰ１は、前記非
球面ＡＳＰ１の周辺部の屈折力が前記非球面ＡＳＰ１の
前記光軸ＡＸ近傍の屈折力よりも弱くなる形状を有し、
前記第４レンズ群Ｇ４又は前記第５レンズ群Ｇ５が前記
非球面ＡＳＰ１から前記開口絞りＡＳまでのいずれかの
位置に有する少なくとも１面の前記非球面ＡＳＰ２は、
該非球面ＡＳＰ２が凸面のときは、前記非球面ＡＳＰ２
の周辺部の屈折力が前記非球面ＡＳＰ２の前記光軸ＡＸ
近傍の屈折力よりも弱くなる形状を有し、該非球面ＡＳ
Ｐ２が凹面のときは、前記非球面ＡＳＰ２の周辺部の屈
折力が前記非球面ＡＳＰ２の前記光軸ＡＸ近傍の屈折力
よりも強くなる形状を有し、前記第５レンズ群Ｇ５が前
記開口絞りＡＳよりも前記第２物体Ｗ側に有する少なく
とも１面の前記非球面ＡＳＰ３は、該非球面ＡＳＰ３が
凸面のときは、前記非球面ＡＳＰ３の周辺部の屈折力が
前記非球面ＡＳＰ３の前記光軸ＡＸ近傍の屈折力よりも
弱くなる形状を有し、該非球面ＡＳＰ３が凹面のとき
は、前記非球面ＡＳＰ３の周辺部の屈折力が前記非球面
ＡＳＰ３の前記光軸ＡＸ近傍の屈折力よりも強くなる形
状を有することが好ましい。ここで、非球面の最周辺部
での屈折力は、光軸近傍の屈折力の方向へ若干戻るよう
にしても良い。

【００２２】また、請求項４記載の投影光学系は、第１
物体Ｒ上のパターンの像を第２物体Ｗ上に投影する投影
光学系ＰＬにおいて、前記第１及び第２物体Ｒ，Ｗの間
に配置されて正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、
前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２物体Ｗとの間に配置さ
れて負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、前記第２
レンズ群Ｇ２と前記第２物体Ｗとの間に配置されて正の
屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、前記第３レンズ群
Ｇ３と前記第２物体Ｗとの間に配置されて負の屈折力を
有する第４レンズ群Ｇ４と、前記第４レンズ群Ｇ４と前
記第２物体Ｗとの間に配置されて正の屈折力を有する第
５レンズ群Ｇ５と、前記第４レンズ群Ｇ４と前記第２物
体Ｗとの間に配置され、開口数を決定するための開口絞
りＡＳとを備え、近軸上において、前記第２物体Ｗ側か
ら前記投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に前記投影光学
系ＰＬへ入射する光線が前記第４レンズ群Ｇ４及び前記
第５レンズ群Ｇ５との間で前記光軸ＡＸと交差し、前記
第４レンズ群Ｇ４中に凹面状の第１の非球面ＡＳＰ１が
配置され、前記第１の非球面ＡＳＰ１と前記第２物体Ｗ
との間に第２の非球面ＡＳＰ２が配置され、前記開口絞
りＡＳと前記第２物体Ｗとの間に第３の非球面ＡＳＰ３
が配置され、前記第１の非球面ＡＳＰ１は、前記第１の
非球面ＡＳＰ１の周辺部の屈折力が前記第１の非球面Ａ
ＳＰ１の光軸ＡＸ近傍の屈折力よりも弱くなる形状を有
し、前記第２の非球面ＡＳＰ２は、前記第２の非球面Ａ
ＳＰ２が凸面のときには、前記第２の非球面ＡＳＰ２の
周辺部の屈折力が前記第２の非球面ＡＳＰ２の光軸ＡＸ
近傍の屈折力よりも弱くなる形状を有し、前記第２の非
球面ＡＳＰ２が凹面のときには、前記第２の非球面ＡＳ
Ｐ２の周辺部の屈折力が前記第２の非球面ＡＳＰ２の光
軸ＡＸ近傍の屈折力よりも強くなる形状を有し、前記第
３の非球面ＡＳＰ３は、前記第３の非球面ＡＳＰ３が凸
面のときには、前記第３の非球面ＡＳＰ３の周辺部の屈
折力が前記第３の非球面ＡＳＰ３の光軸ＡＸ近傍の屈折
力よりも弱くなる形状を有し、前記第３の非球面ＡＳＰ
３が凹面のときには、前記第３の非球面ＡＳＰ３の周辺
部の屈折力が前記第３の非球面ＡＳＰ３の光軸ＡＸ近傍
の屈折力よりも強くなる形状を有することが好ましい。

【００２３】また、本発明では、第４レンズ群Ｇ４及び
第５レンズ群Ｇ５以外の第１、第２、第３レンズ群Ｇ
１、Ｇ２、Ｇ３に非球面を配置すると、収差補正には有
効であるので好ましい。

【００２４】このため、請求項５記載の投影光学系で
は、前記第１レンズ群Ｇ１は少なくとも１面の非球面Ａ
ＳＰ４を有することが好ましい。第１レンズ群Ｇ１に非
球面を配置すると、主に歪曲収差を補正できる。

【００２５】また、請求項６記載の投影光学系では、前
記第２レンズ群Ｇ２は少なくとも１面の非球面を有する
ことをが好ましい。第２レンズ群Ｇ２に非球面を配置す
ると、主に入射瞳の収差（物体高に対応する入射瞳のず
れ）を小さくできる。

【００２６】また、請求項７記載の投影光学系では、前
記第３レンズ群Ｇ３は少なくとも１面の非球面を有する
ことが好ましい。第３レンズ群Ｇ３に非球面を配置する
と、主にコマ収差を補正することが可能となる。

【００２７】また、請求項８記載の投影光学系では、以
下の条件式（２）、０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．５（２）を満足することが好ましい。

【００２８】ここで、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距
離、Ｌは第１物体Ｒから第２物体Ｗまでの距離をそれぞ
れ表している。条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の最
適な屈折力の範囲を規定している。条件式（２）の上限
を超えると、第１レンズ群Ｇ１で発生する正のディスト
ーションが、第２、第４及び第５レンズ群Ｇ１、Ｇ２、
Ｇ５で発生する負のディストーションを補正しきれなく
なるため好ましくない。逆に、条件式（２）の下限を下
回ると、高次の正のディストーションが発生する要因と
なるため好ましくない。

【００２９】また、請求項８記載の投影光学系では、以
下の条件式（３）、０．０２＜−ｆ２／Ｌ＜０．２（３）を満足することが好ましい。

【００３０】ここで、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距
離を表している。条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の
最適な屈折力の範囲を規定している。条件式（３）の上
限を超えると、ペッツバール和の補正が不十分となり、
像面の平坦化の達成が困難となるため好ましくない。一
方、条件式（３）の下限を下回ると、負のディストーシ
ョンの発生が大きくなり、第１、第３レンズ群Ｇ１、Ｇ
３だけでは、かかる大きな負のディストーションの良好
な補正が困難となるため好ましくない。

【００３１】また、請求項８記載の投影光学系では、以
下の条件式（４）、０．０４＜ｆ３／Ｌ＜０．４（４）を満足することが好ましい。

【００３２】ここで、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距
離を表している。条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３の
最適な屈折力の範囲を規定している。条件式（４）の上
限を超えると、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３と
で形成する望遠系の望遠比（ｔｅｌｅｐｈｏｔｏｒａ
ｔｉｏ）が大きくなるので、投影光学系が長大化してし
まう。また、第３レンズ群Ｇ３で発生する正のディスト
ーションの発生量が小さくなり、第２、第４及び第５レ
ンズ群Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５で発生する負のディストーショ
ンを良好に補正できなくなるため好ましくない。逆に、
条件式（４）の下限を下回ると、高次の球面収差が発生
するため、第２物体上で良好な結像性能を得ることがで
きなり好ましくない。

【００３３】また、請求項８記載の投影光学系では、以
下の条件式（５）、０．０３＜−ｆ４／Ｌ＜０．３（５）を満足することが望ましい。

【００３４】ここで、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距
離を表している。条件式（５）は、第４レンズ群Ｇ４の
最適な屈折力の範囲を規定している。条件式（５）の上
限を超えると、ペッツバール和の補正が不十分となり、
像面の平坦化の悪化を招くため好ましくない。逆に、条
件式（５）の下限を下回ると、高次の球面収差やコマ収
差の発生する要因となるため好ましくない。

【００３５】また、請求項８記載の投影光学系では、以
下の条件式（６）、０．０４＜ｆ５／Ｌ＜０．４（６）を満足することが好ましい。

【００３６】ここで、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５の焦点距
離を表している。条件式（６）は、第５レンズ群の最適
な屈折力の範囲を規定している。条件式（６）の上限を
超えると、第５レンズ群Ｇ５全体の屈折力が弱くなり過
ぎ、結果的に投影光学系の長大化を招くため好ましくな
い。逆に、条件式（６）の下限を下回ると、高次の球面
収差の発生し、第２物体上の像のコントラストの悪化を
招くため好ましくない。

【００３７】また、請求項９記載の露光装置は、前記第
１物体としてのマスクＲを支持する第１ステージＲＳ
と、前記マスクＲを照明する照明光学系ＩＳと、前記第
２物体としての基板Ｗを保持する第２ステージＷＳと、
請求項１乃至８のいずれか１項記載の投影光学系ＰＬと
を備え、前記照明光学系ＩＳにより照明された前記マス
クＲのパターンの像を前記投影光学系ＰＬにより前記基
板Ｗ上に形成することを特徴とする。

【００３８】上記露光装置は、請求項１乃至８のいずれ
か１項記載の投影光学系を備えているので、大きい開口
数で両側テレセントリックにできるため、高い解像度が
得られると共に、マスクや基板の反りが生じても投影倍
率が変化しない。したがって、高解像力で像歪の無い露
光を行なうことができる。また、広い露光領域が得られ
るため、大きなチップパターンを一度に露光できる。

【００３９】また、請求項１０記載のデバイス製造方法
は、請求項９記載の露光装置を用いた半導体デバイスの
製造方法であって、前記基板Ｗ上に感光材料を塗布する
工程と、前記基板Ｗ上に前記投影光学系ＰＬを介して前
記マスクＲのパターンの像を投影する工程と、前記基板
Ｗ上の前記感光材料を現像する工程と、該現像後の感光
材料をマスクとして前記基板Ｗ上に所定の回路パターン
を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００４０】かかる、デバイスの製造方法により、基板
Ｗ上に、像歪が少なく、高い解像度のデバイス用回路パ
ターンを形成できる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について説明する。図１は、投影露光装
置の投影光学系に本発明を適用したものである。図１に
おいて、投影光学系ＰＬの物体面には所定の回路パター
ンが形成された投影原版としてのレチクルＲが配置さ
れ、投影光学系ＰＬの像面には、基板としてのフォトレ
ジストが塗布されたウェハＷが配置されている。レチク
ルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウェハＷは
ウェハステージＷＳ上に保持され、レチクルＲの上方に
は、レチクルＲを均一照明するための照明光学装置ＩＳ
が配置されている。

【００４２】投影光学系ＰＬは、瞳位置近傍に可変の開
口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ側及びウェハＷ
側において、実質的にテレセントリックとなっている。
照明光学装置ＩＳは、ＫｒＦエキシマレーザ光源よりな
る露光光源、該光源からの波長２４８．４ｎｍの露光光
の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明
系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及
びコンデンサレンズ系等から構成されている。なお、露
光光としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ
光、ＹＡＧレーザの高調波、又は水銀ランプのｉ線（λ
＝波長３６５ｎｍ）等を使用することもできる。照明光
学系ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明
し、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学装置中の光源
の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そし
て、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像は、
投影光学系ＰＬを介して投影倍率で縮小され、ウェハＷ
上に投影・露光（転写）される。

【００４３】（第１実施形態）次に、第１の実施の形態
にかかる投影光学系について説明する。本実施形態にお
ける露光波長は２４８．４ｎｍである。図２は、第１の
実施の形態の投影光学系のレンズ構成を示す断面図であ
る。図２において、投影光学系は、第１物体としてのレ
チクルＲ（物体面）から順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２
と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折
力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第
５レンズ群Ｇ５とを配置して構成されている。

【００４４】そして、その投影光学系は、レチクルＲ
（物体面）側及び第２物体としてのウェハＷ（像面）側
の両方でテレセントリックとなっている。

【００４５】また、図２の投影光学系において、近軸上
において、ウェハＷ側から該光学系ＰＬへ入射した光軸
ＡＸと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レ
ンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に存在しており、
可変機構を有する開口絞りＡＳは、位置ＱよりウェハＷ
側に配置されている。これによって、ウェハＷ上の露光
領域の全面で口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）の差を最
小にしている。

【００４６】更に、第４レンズ群Ｇ４中に非球面ＡＳＰ
１を配置し、その非球面ＡＳＰ１からウェハＷ側の開口
絞りＡＳまでに非球面ＡＳＰ２を配置し、第５レンズ群
Ｇ５中の開口絞りＡＳからウェハＷ側に非球面ＡＳＰ３
を配置して構成される。

【００４７】第１の実施の形態の投影光学系の諸元値を
以下の表１乃至表４に掲げる。ここで、Ｄ０はレチクル
Ｒ（第１物体）から第１レンズ群Ｇ１の最もレチクルＲ
側のレンズ面までの光軸上の距離、ＷＤは第５レンズ群
Ｇ５の最もウェハＷ（第２物体）側のレンズ面からウェ
ハＷまでの光軸上の距離（作動距離）、βは投影光学系
の投影倍率、Ｎ．Ａ．は投影光学系のウェハＷ側の開口
数、φＥＸは投影光学系のウェハＷ面における円形の露
光領域（投影領域）の直径、Ｌは物像間（レチクルＲと
ウェハＷとの間）の光軸上の距離を表している。さら
に、表２において、Ｎｏ．はレチクルＲ（第１物体）側
からのレンズ面の順序、ｒは該当レンズ面の曲率半径、
ｄは該当レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の間
隔、ｎは波長２４６．４ｎｍにおける硝材屈折率をそれ
ぞれ示している。硝材としては、例えば石英が使用でき
る。

【００４８】また、表３は非球面ＡＳＰ１，ＡＳＰ２，
ＡＳＰ３の形状を表す非球面係数をそれぞれ示してい
る。非球面式は次式で示すものである。ここで、Ｚは光軸に平行な面のサグ量、ｃは面の頂点で
の曲率、ｈは光軸からの距離、κは円錐係数をそれぞれ
表している。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは非球面係数を示
している。尚、かかる非球面式は以下の全ての実施形態
において同様に用いるものとする。

【００４９】また、表４に条件対応値を掲げる。ただ
し、表４において、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距
離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆ３は第３レ
ンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点
距離、ｆ５は第５レンズ群Ｇ５の焦点距離をそれぞれ表
している。また、ｄは、近軸上において、ウェハＷ側か
ら投影光学系ＰＬへ入射した光軸ＡＸと平行な光線が光
軸ＡＸと交わる位置Ｑから第５レンズ群Ｇ５中の開口絞
りＡＳまでの光軸上の距離を表している。

【００５０】以下、上記非球面式と同様に、全ての実施
例についての諸元値等の符号は上記第１実施例と同様の
ものを用いる。

【００５１】第１の実施の形態の投影光学系の、ウェハ
Ｗ側の開口数Ｎ．Ａ．の最大値は０．８であり、開口数
Ｎ．Ａ．の可変範囲を最大値の６０％程度までとする
と、開口絞りＡＳによる開口数Ｎ．Ａ．の可変範囲は、
０．５≦Ｎ．Ａ．≦０．８のようになる。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】

【００５６】図３は、第１の実施の形態の投影光学系の
縦収差を示し、図４は、その子午方向（タンジェンシャ
ル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差
（コマ収差）を示している。各収差図において、Ｎ．
Ａ．は投影光学系のウェハＷ側の開口数、ＹはウェハＷ
側の像高を示しており、非点収差図中において、点線は
子午像面（タンジェンシャル像面）、実線は球欠像面
（サジタル像面）を示している。なお、以下全ての実施
形態の収差図において、第１実施形態の収差図と同様の
符号を用いる。

【００５７】諸収差図から明らかなように、第１の実施
の形態の投影光学系は、広い露光領域の全てにおいて、
特にディストーションが良好に補正されていると共に、
他の収差もバランス良く補正されていることがわかる。
また、第１の実施の形態の投影光学系は、両側テレセン
トリックであるにも関わらず、開口数Ｎ．Ａ．の最大値
は０．８と大きく、口径食の影響も少なく、且つ、開口
数Ｎ．Ａ．を大きく変えた場合でも、諸収差が良好に補
正されている。

【００５８】（第２実施形態）次に、第２の実施の形態
の投影光学系の構成を説明する。本例も露光波長は２４
８．４ｎｍである。図５は、第２の実施の形態の投影光
学系のレンズ構成を示す断面図である。図５において、
投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体面）
から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負
の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有
する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レン
ズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを
配置して構成されている。そして、その投影光学系は、
レチクルＲ（物体面）側及び第２物体としてのウェハＷ
（像面）側の両方でテレセントリックとなっている。

【００５９】また、図５の投影光学系において、近軸上
において、ウェハＷ側から該光学系へ入射した光軸ＡＸ
と平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レンズ
群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に存在しており、可変
機構を有する開口絞りＡＳは、その位置ＱよりウェハＷ
側に配置されている。これによって、ウェハＷ上の露光
領域の全面で口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）の差を最
小にしている。

【００６０】更に、第４レンズ群Ｇ４中に非球面ＡＳＰ
１を配置し、その非球面ＡＳＰ１からウェハＷ側の開口
絞りＡＳまでに非球面ＡＳＰ２を配置し、第５レンズ群
Ｇ５中の開口絞りＡＳからウェハＷ側に非球面ＡＳＰ３
を配置して構成される。

【００６１】更に、第１レンズ群Ｇ１中に非球面ＡＳＰ
４を配置して構成される。第２の実施の形態の投影光学
系の諸元値を表５乃至表８に掲げる。なお、硝材として
は、第１の実施の形態の投影光学系と同様、例えば石英
が使用できる。

【００６２】第２の実施の形態の投影光学系も、ウェハ
Ｗ側の開口数Ｎ．Ａ．の最大値は０．８であり、開口数
Ｎ．Ａ．の可変範囲を最大値の６０％程度までとする
と、開口絞りＡＳによる開口数Ｎ．Ａ．の可変範囲は、０．５≦Ｎ．Ａ．≦０．８のようになる。

【００６３】

【表５】

【００６４】

【表６】

【００６５】

【表７】

【００６６】

【表８】

【００６７】図６は、第２の実施の形態の投影光学系の
縦収差を示し、図７は、その子午方向（タンジェンシャ
ル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収差
（コマ収差）を示している。

【００６８】諸収差図から明らかなように、第２の実施
の形態の投影光学系も、広い露光領域の全てにおいて、
特にディストーションが良好に補正されていると共に、
他の収差もバランス良く補正されていることが理解され
る。また、第２の実施の形態の投影光学系は、両側テレ
セントリックであるにも拘わらず、開口数Ｎ．Ａの最大
値は０．８と大きく、口径食の影響も少なく、且つ、開
口数Ｎ．Ａ．を大きく変えた場合でも、諸収差が良好に
補正されている。

【００６９】（第３実施形態）次に、第３の実施の形態
の投影光学系の構成を説明する。本例も露光波長は２４
８．４ｎｍである。図８は、第３の実施の形態の投影光
学系のレンズ構成を示す断面図である。図８において、
投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体面）
から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負
の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有
する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レン
ズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを
配置して構成されている。

【００７０】そして、その投影光学系は、レチクルＲ
（物体面）側及び第２物体としてのウェハＷ（像面）側
の両方でテレセントリックとなっている。

【００７１】また、図８の投影光学系において、近軸上
において、ウェハＷ側から該光学系へ入射した光軸ＡＸ
と平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レンズ
群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に存在しており、可変
機構を有する開口絞りＡＳは、その位置ＱよりウェハＷ
側に配置されている。これによって、ウェハＷ上の露光
領域の全面で口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）の差を最
小にしている。

【００７２】更に、第４レンズ群Ｇ４中に非球面ＡＳＰ
１を配置し、その非球面ＡＳＰ１からウェハＷ側の開口
絞りＡＳまでに非球面ＡＳＰ２を配置し、第５レンズ群
Ｇ５中の開口絞りＡＳからウェハＷ側に非球面ＡＳＰ３
を配置して構成される。更に、第２レンズ群Ｇ２中に非
球面ＡＳＰ４を配置して構成される。

【００７３】第３の実施の形態の投影光学系の諸元値を
表９乃至表１２に掲げる。なお、硝材としては、第１の
実施の形態の投影光学系と同様、例えば石英が使用でき
る。

【００７４】第３の実施の形態の投影光学系において、
ウェハＷ側の開口数Ｎ．Ａ．の最大値は０．８であり、
開口数Ｎ．Ａ．の可変範囲を最大値の６０％程度までと
すると、開口絞りＡＳによる開口数Ｎ．Ａ．の可変範囲
は、０．８≦Ｎ．Ａ．≦０．５のようになる。

【００７５】

【表９】

【００７６】

【表１０】

【００７７】

【表１１】

【００７８】

【表１２】

【００７９】図９は、第３の実施の形態の投影光学系の
縦収差を示し、図１０は、その子午方向（タンジェンシ
ャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横収
差（コマ収差）を示している。

【００８０】諸収差図から明らかなように、第３の実施
の形態の投影光学系も、広い露光領域の全てにおいて、
特にディストーションが良好に補正されていると共に、
他の収差もバランス良く補正されていることがわかる。
また、第３の実施の形態の投影光学系は、両側テレセン
トリックであるにも拘わらず、開口数Ｎ．Ａ．の最大値
は０．８と大きく、口径食の影響も少なく、且つ、開口
数Ｎ．Ａ．を大きく変えた場合でも、諸収差が良好に補
正されている。

【００８１】（第４実施形態）次に、第４の実施の形態
の投影光学系の構成を説明する。本例も露光波長は２４
８．４ｎｍである。図１１は、第４の実施の形態の投影
光学系のレンズ構成を示す断面図である。図１１におい
て、投影光学系は、第１物体としてのレチクルＲ（物体
面）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Ｇ
５とを配置して構成されている。

【００８２】そして、その投影光学系は、レチクルＲ
（物体面）側及び第２物体としてのウェハＷ（像面）側
の両方でテレセントリックとなっている。

【００８３】また、図１１の投影光学系において、近軸
上において、ウェハＷ側から該光学系へ入射した光軸Ａ
Ｘと平行な光線が光軸ＡＸと交わる位置Ｑは、第４レン
ズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に存在しており、可
変機構を有する開口絞りＡＳは、その位置Ｑよりウェハ
Ｗ側に配置されている。これによって、ウェハＷ上の露
光領域の全面で口径食（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）の差を
最小にしている。

【００８４】また、第４レンズ群Ｇ４中に非球面ＡＳＰ
１を配置し、その非球面ＡＳＰ１からウェハＷ側の開口
絞りＡＳまでに非球面ＡＳＰ２を配置し、第５レンズ群
Ｇ５中の開口絞りＡＳからウェハＷ側に非球面ＡＳＰ３
を配置して構成される。さらに、第３レンズ群Ｇ３中に
非球面ＡＳＰ４を配置して構成される。

【００８５】第４の実施の形態の投影光学系の諸元値を
表１３乃至１６に掲げる。なお、硝材としては、第１の
実施の形態の投影光学系と同様、例えば石英が使用でき
る。

【００８６】第４の実施の形態の投影光学系も、ウェハ
Ｗ側の開口数Ｎ．Ａ．の最大値は０．８であり、開口数
Ｎ．Ａ．の可変範囲を最大値の６０％程度までとする
と、開口絞りＡＳによる開口数Ｎ．Ａ．の可変範囲は、０．５≦Ｎ．Ａ．≦０．８のようになる。

【００８７】

【表１３】

【００８８】

【表１４】

【００８９】

【表１５】

【００９０】

【表１６】

【００９１】図１２は、第３の実施の形態の投影光学系
の縦収差を示し、図１３は、その子午方向（タンジェン
シャル方向）及び球欠方向（サジタル方向）における横
収差（コマ収差）を示している。

【００９２】諸収差図から明らかなように、第４の実施
の形態の投影光学系も、広い露光領域の全てにおいて、
特にディストーションが良好に補正されていると共に、
他の収差もバランス良く補正されていることが理解され
る。また、第４の実施の形態の投影光学系は、両側テレ
セントリックであるにも拘わらず、開口数Ｎ．Ａ．の最
大値は０．８と大きく、口径食の影響も少なく、且つ、
開口数Ｎ．Ａ．を大きく変えた場合でも、諸収差が良好
に補正されている。

【００９３】なお、上記の実施の形態では、露光光とし
て波長２４８．４ｎｍの光を用いた例を示したが、本発
明はこれに限定されることなく、ＡｒＦ（波長１９３ｎ
ｍ）等のエキシマレーザ光等の極紫外光や、水銀ランプ
のｇ線（λ＝波長４３５．８ｎｍ）やｉ線（λ＝波長３
６５．０ｎｍ）等、更にはそれ以外の紫外領域の光を使
用する場合にも適用できることは言うまでもない。ま
た、硝材としては、蛍石（ＣａＦ₂）等も使用できる。

【００９４】次に、上記の実施の形態の投影露光装置を
用いてウェハ上に所定の回路パターンを形成する際の動
作の一例につき図１４のフローチヤートを参照して説明
する。先ず、図１４のステップ１において、１ロットの
ウェハ上に金属膜が蒸着される。ステップ２において、
その１ロットのウェハ上の金属膜状にフォトレジストが
塗布される。その後、ステップ３において、第１の実施
の形態（図２）の投影光学系ＰＬを備えた図１の投影露
光装置を用いて、レチクルＲ上のパターンの像がその投
影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウェハＷ上の各
ショット領域に順次露光転写される。そして、ステップ
４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジスト
の現像が行われた後、ステップ５において、その１ロッ
トのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチ
ングを行うことによって、レチクルＲ上のパターンに対
応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に
形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの
形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが
製造される。

【００９５】この際に、本例の投影光学系ＰＬは、両側
テレセントリックであると共に、開口数Ｎ．Ａ．が大き
くできるため、レチクルＲの反りや露光対象の各ウェハ
Ｗに反りがあっても、各ウェハＷ上に微細な回路パター
ンを高い解像度で安定して形成できる。また、投影光学
系の露光領域が広いため、大きなデバイスを高いスルー
プットで製造できる。

【００９６】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００９７】

【発明の効果】上記説明したように、請求項１記載の投
影光学系では、開口数を可変としても口径食があまり大
きくならないと共に、両側テレセントリックとすること
ができる。また、非球面の採用により、コンパクトな光
学系で、かつ広い露光領域及び大きな開口数を得ること
ができる。

【００９８】また、請求項２記載の投影光学系では、開
口絞りを交差位置Ｑよりも第２物体側に配置すること
で、上記口径食の影響を最小限に抑えることができる。

【００９９】また、請求項３記載の投影光学系では、非
球面の周辺部の屈折力を光軸近傍の屈折力に比較して増
加又は減少させている。このため、正レンズで生じる球
面収差を良好に補正できる。

【０１００】また、請求項４記載の投影光学系では、開
口数を可変としても口径食があまり大きくならないと共
に、両側テレセントリックとすることができる。さら
に、非球面の周辺部の屈折力を光軸近傍の屈折力に比較
して増加又は減少させている。このため、正レンズで生
じる球面収差を良好に補正できる。

【０１０１】また、請求項５記載の投影光学系では、第
１レンズ群Ｇ１に非球面を配置しているので、主として
歪曲収差を補正できる。

【０１０２】また、請求項６記載の投影光学系では、第
２レンズ群Ｇ２に非球面を配置しているので、主に入射
瞳の収差（物体高に対応する入射瞳のずれ）を小さくで
きる。

【０１０３】また、請求項７記載の投影光学系では、第
３レンズ群Ｇ３に非球面を配置しているので、主にコマ
収差を補正することが可能となる。

【０１０４】また、請求項８記載の投影光学系では、条
件式（２）〜（６）が満足されているため、諸収差、特
に球面収差、ディストーションを良好に補正できる。ま
た、光学系の長大化を防ぐことができる。

【０１０５】また、請求項９記載の投影露光装置では、
本発明による両側テレセントリックで、且つ高い開口数
が得られる投影光学系を備えているため、マスクや基板
に反りがあっても基板上に高い解像度でマスクパターン
像を転写できる利点がある。また、本発明の投影光学系
は露光領域が広いため、極めて微細な回路パターンを基
板上の広い露光領域に形成することが可能となる。

【０１０６】また、請求項１０記載の半導体デバイス製
造方法では、マスクや基板に反りがある場合でも高解像
力で高性能なデバイスの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の投影光学系を使用した
投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態の投影光学系を示すレン
ズ断面図である。

【図３】第１実施形態の投影光学系の縦収差図である。

【図４】第１実施形態の投影光学系の横収差図である。

【図５】本発明の第２実施形態の投影光学系を示すレン
ズ断面図である。

【図６】第２実施形態の投影光学系の縦収差図である。

【図７】第２実施形態の投影光学系の横収差図である。

【図８】本発明の第３実施形態の投影光学系を示すレン
ズ断面図である。

【図９】第３実施形態の投影光学系の縦収差図である。

【図１０】第３実施形態の投影光学系の横収差図であ
る。

【図１１】本発明の第４実施形態の投影光学系を示すレ
ンズ断面図である。

【図１２】第４実施形態の投影光学系の縦収差図であ
る。

【図１３】第４実施形態の投影光学系の横収差図であ
る。

【図１４】本発明の実施形態にかかる投影露光装置を用
いて所定の回路パターンを形成する場合の動作の一例を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｒレチクル（第１物体）ＰＬ投影光学系Ｗウェハ（第２物体）Ｇ１第１レンズ群Ｇ２第２レンズ群Ｇ３第３レンズ群Ｇ４第４レンズ群Ｇ５第５レンズ群ＡＳ開口絞りＡＳＰ１〜４非球面Ｑ交差位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物体上のパターンの像を第２物体上
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レンズ群とを備え、近軸上において前記第２物体側から前記投影光学系の光
軸に平行に該投影光学系へ入射する光線が該光軸と交差
する位置は、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との
間であり、前記第４レンズ群は少なくとも１面の非球面を有し、前
記第５レンズ群は、その内部に開口数を決定するための
開口絞りを有し、前記第４又は前記第５レンズ群は、前記第４レンズ群の
非球面から前記開口絞りまでのいずれかの位置に配置さ
れる少なくとも１面の非球面を有し、前記第５レンズ群は、前記開口絞りよりも前記第２物体
側に配置される少なくとも１面の非球面を有し、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬ、前記第４及び第５レンズ間の前記光軸と交わる位置から
前記開口絞りまでの光軸上の距離をｄ，前記投影光学系
から前記第２物体側へ射出される光束の開口数をＮ．
Ａ．とするとき、０．０１＜ｄ／｛Ｌ×（１−Ｎ．Ａ．）｝＜０．４（１）の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
【請求項２】前記開口絞りは可変開口絞りであり、前記開口絞りにより前記投影光学系から前記第２物体側
へ射出される光束の前記開口数Ｎ．Ａ．を変えたとき
に、前記開口絞りの口径食により生ずる前記第２物体上
の投影領域内に到達する光束の前記開口数Ｎ．Ａ．の差
が最小になるように、前記開口絞りを前記第４及び第５
レンズ群の間の前記交差する位置よりも前記第２物体側
に配置することを特徴とする請求項１記載の投影光学
系。
【請求項３】前記第４レンズ群が有する少なくとも１
面の非球面は凹面であり、かつ前記非球面は、前記非球
面の周辺部の屈折力が前記非球面の前記光軸近傍の屈折
力よりも弱くなる形状を有し、前記第４レンズ群又は前記第５レンズ群が前記非球面か
ら前記開口絞りまでのいずれかの位置に有する少なくと
も１面の前記非球面は、該非球面が凸面のときは、前記非球面の周辺部の屈折力
が前記非球面の前記光軸近傍の屈折力よりも弱くなる形
状を有し、該非球面が凹面のときは、前記非球面の周辺部の屈折力
が前記非球面の前記光軸近傍の屈折力よりも強くなる形
状を有し、前記第５レンズ群が前記開口絞りよりも前記第２物体側
に有する少なくとも１面の前記非球面は、該非球面が凸面のときは、前記非球面の周辺部の屈折力
が前記非球面の前記光軸近傍の屈折力よりも弱くなる形
状を有し、該非球面が凹面のときは、前記非球面の周辺部の屈折力
が前記非球面の前記光軸近傍の屈折力よりも強くなる形
状を有することを特徴とする請求項１または２記載の投
影光学系。
【請求項４】第１物体上のパターンの像を第２物体上
に投影する投影光学系において、前記第１及び第２物体の間に配置されて正の屈折力を有
する第１レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第２物体との間に配置されて負
の屈折力を有する第２レンズ群と、前記第２レンズ群と前記第２物体との間に配置されて正
の屈折力を有する第３レンズ群と、前記第３レンズ群と前記第２物体との間に配置されて負
の屈折力を有する第４レンズ群と、前記第４レンズ群と前記第２物体との間に配置されて正
の屈折力を有する第５レンズ群と、前記第４レンズ群と前記第２物体との間に配置され、開
口数を決定するための開口絞りとを備え、近軸上において、前記第２物体側から前記投影光学系の
光軸に平行に前記投影光学系へ入射する光線が前記第４
レンズ群及び前記第５レンズ群との間で前記光軸と交差
し、前記第４レンズ群中に凹面状の第１の非球面が配置さ
れ、前記第１の非球面と前記第２物体との間に第２の非球面
が配置され、前記開口絞りと前記第２物体との間に第３の非球面が配
置され、前記第１の非球面は、前記第１の非球面の周辺部の屈折
力が前記第１の非球面の光軸近傍の屈折力よりも弱くな
る形状を有し、前記第２の非球面は、前記第２の非球面が凸面のときには、前記第２の非球面
の周辺部の屈折力が前記第２の非球面の光軸近傍の屈折
力よりも弱くなる形状を有し、前記第２の非球面が凹面のときには、前記第２の非球面
の周辺部の屈折力が前記第２の非球面の光軸近傍の屈折
力よりも強くなる形状を有し、前記第３の非球面は、前記第３の非球面が凸面のときには、前記第３の非球面
の周辺部の屈折力が前記第３の非球面の光軸近傍の屈折
力よりも弱くなる形状を有し、前記第３の非球面が凹面のときには、前記第３の非球面
の周辺部の屈折力が前記第３の非球面の光軸近傍の屈折
力よりも強くなる形状を有することを特徴とする投影光
学系。
【請求項５】前記第１レンズ群は少なくとも１面の非
球面を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か１項記載の投影光学系。
【請求項６】前記第２レンズ群は少なくとも１面の非
球面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１項記載の投影光学系。
【請求項７】前記第３レンズ群は少なくとも１面の非
球面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か１項記載の投影光学系。
【請求項８】前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５、前記第１物体から前記第２物体までの距離をＬとしたと
き、０．０５＜ｆ１／Ｌ＜０．５（２）０．０２＜−ｆ２／Ｌ＜０．２（３）０．０４＜ｆ３／Ｌ＜０．４（４）０．０３＜−ｆ４／Ｌ＜０．３（５）０．０４＜ｆ５／Ｌ＜０．４（６）の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれか１項記載の投影光学系。
【請求項９】前記第１物体としてのマスクを支持する
第１ステージと、前記マスクを照明する照明光学系と、前記第２物体としての基板を保持する第２ステージと、請求項１乃至８のいずれか１項記載の投影光学系とを備
え、前記照明光学系により照明された前記マスクのパターン
の像を前記投影光学系により前記基板上に形成すること
を特徴とする露光装置。
【請求項１０】請求項９記載の露光装置を用いた半導
体デバイスの製造方法であって、前記基板上に感光材料を塗布する工程と、前記基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパタ
ーンの像を投影する工程と、前記基板上の前記感光材料を現像する工程と、該現像後の感光材料をマスクとして前記基板上に所定の
回路パターンを形成する工程とを有することを特徴とす
るデバイス製造方法。