CN1376949A - 投影光学***,具有该投影光学***的投影曝光装置以及投影曝光方法 - Google Patents

投影光学***,具有该投影光学***的投影曝光装置以及投影曝光方法 Download PDF

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水泽圣幸
藤岛洋平
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Abstract

一种投影光学***,具有较短的硝路长与较少的透镜个数,且于初期状态中具有良好的成像性能,而当照明条件或环境发生变化之后也可以维持良好的成像性能。屈折型投影光学***,自第1面A侧起,依序备有具负屈折力的第1透镜群G1、具正屈折力的第2透镜群G2、具负屈折力的第3透镜群G3、第4透镜群G4、以及具正屈折力的第5透镜群G5。在投影光学***中的透镜面的有效内径或透镜的外径,从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构,为在第1透镜群G1中为单调的逐片增加,在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少,在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加,以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。多个透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。再者,投影光学***的第2面B侧的数值孔径为0.8以上。

Description

投影光学***，具有该投影光学***的投影曝光装置以及投影曝光方法
技术领域
本发明是关于一种使用微影(lithography)技术制造例如是半导体集成电路、电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)等的成像器件、液晶显示器(display)、或薄膜磁头(head)等的微型装置(micro-device)之际所使用的投影曝光装置及方法，特别是关于具有投影光学***的投影曝光装置。
背景技术
近年来，随着半导体集成电路等的微型装置的电路图案的细微化，导致逐次移动式曝光方式等的曝光装置中所使用的曝光用照明光(曝光光线)的波长逐年短波长化。亦即，曝光光线的主流以KrF准分子雷射(excimer laser)光(波长：248nm)取代公知所主要使用的水银灯(lamp)的i线(波长：365nm)，更甚之，则是将短波长的ArF准分子雷射光(波长：193nm)实用化。再者，为更进一步地将曝光光线短波长化的目的，也尝试使用如氟雷射(F2雷射)(波长：157nm)等的卤素(halogen)分子雷射等。
因此，对紫外线区域或真空紫外线区域的光源而言，诸如上述的准分子雷射或卤素分子雷射等，由于受到透过紫外线区域或真空紫外线区域的放射光的材料的限制，因而也限制了用以构成投影光学***的透镜(lens)器件的材料，进而使此受限的材料的透过率也并不那么高。总而言之，在现状之下，设于透镜器件的表面的防止反射的外罩(jacket)的性能也无法得到比长波长用外罩更高的性能。再者，近年来，随着照明光学***中的照明条件的变更或投影光学***的环境的变动，因而更抑制了对投影光学***的成像性能的变动的要求。
发明内容
鉴于上述事情，本发明的目的提供一种投影光学***，具有较短的硝路长与较少的透镜个数，且于初期状态中具有良好的成像性能，而当照明条件或环境发生变化之后也可以维持良好的成像性能。
再者，本发明的另一目的提供一种投影曝光装置及投影曝光方法，以将极细微化的投影原版的图案的影像良好的投影曝光于工作件(work)上。
为解决上述问题，本发明提出一种第1投影光学***，通过多个透镜将第1面的影像投影于第2面上，其结构包括具有负屈折力的第1透镜群、具有正屈折力的第2透镜群、具有负屈折力的第3透镜群、第4透镜群、以及具有正屈折力的第5透镜群。在投影光学***中的透镜面的有效内径或透镜外径，在从第1面侧朝向第2面侧的方向上的结构，在第1透镜群中为单调的逐片增加，在第2透镜群中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群中为单调的逐片减少。当第2透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx2，且第3透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn3之际，满足1.7＜Mx2/Mn3＜4。前述多个透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。投影光学***的第2面侧的数值孔径为0.8以上。
为解决上述问题，本发明提出一种第2投影光学***，是通过多个透镜将第1面的影像投影于第2面上，其结构包括具有负屈折力的第1透镜群、具有正屈折力的第2透镜群、具有负屈折力的第3透镜群、第4透镜群、以及具有正屈折力的第5透镜群。投影光学***中的前述多个透镜中的从第1面侧起的总数为2片至4片的透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为单调的逐片增加。于投影光学***中的透镜面的有效内径或透镜外径，在从第1面侧朝向第2面侧的方向上的结构，在第2透镜群中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群中为单调的逐片减少。当第4透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx4，且第4透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn4之际，满足0.77＜Mn4/Mx4＜1。前述多个透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。投影光学***的第2面侧的数值孔径为0.8以上。
本发明的第1投影光学***或第2投影光学***中较佳具有位于第3透镜群与第2面之间的孔径光圈。
再者，为了解决上述问题，本发明提出一种第3投影光学***，凭借多个透镜将第1面的影像投影于第2面上，其结构包括具有负屈折力的第1透镜群、具有正屈折力的第2透镜群、具有负屈折力的第3透镜群、在光路中具有孔径光圈的第4透镜群、以及具有正屈折力的第5透镜群。在投影光学***中的前述多个透镜的透镜面的有效内径或透镜外径的结构在第2透镜群中所持有的为极大，第3透镜群中所持有的为极小，第3透镜群至第5透镜群中所持有的为极大，且在第1面至第2面之间仅具有一个显著的极小。前述多个透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。投影光学***的第2面侧的数值孔径为0.8以上。
在本发明的第3投影光学***中，较佳于投影光学***中的前述多个透镜所形成的空气透镜之中配置于最靠近第1面侧的空气透镜具有双凸形状。
再者，在本发明的第3投影光学***中，较佳当第2透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx2，且第3透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn3之际，满足1.7＜Mx2/Mn3＜4。
而且，在本发明的第3投影光学***中，较佳当第4透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx4，且第4透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn4之际，满足0.77＜Mn4/Mx4＜1。
另外，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为第1透镜群至第4透镜群的各个透镜群中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为第1面与第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及第2面与第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为第1面与第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及第2面与第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为投影光学***中的前述多个透镜中的孔径光圈位于第1面侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的前述多个中的孔径光圈位于第2面侧的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为投影光学***中的前述多个透镜中的孔径光圈位于第1面侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的前述多个中的孔径光圈位于第2面侧的至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为第1透镜群至少具有一个负透镜，第2透镜群至少具有一个负透镜及至少三个正透镜，第3透镜群至少具有二个负透镜，以及第5透镜群至少具有四个正透镜。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳为投影光学***中的前述多个透镜中的至少一个透镜具有非球面形状的透镜面。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳的为具有非球面形状的透镜面的透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
再者，在本发明的第1投影光学***至第3投影光学***中，较佳的为投影光学***中的前述多个透镜至少具有具非球面形状的透镜面的第1非球面透镜，以及具非球面形状的透镜面的第2非球面透镜，且当第1非球面透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为D1，且第2非球面透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为D2之际，满足0.8＜D1/D2＜1.2。
为解决上述问题，本发明提出一种投影曝光装置，将设于投影原版的图案的影像投影曝光于工作件上，包括用以供给曝光光线的光源、用以将来自光源的曝光光线导至投影原版上的图案的照明光学***、以及上述记载的投影光学***，其中，投影原版可配置于第1面上，且工作件可配置于第2面上。
为解决上述问题，本发明提出一种投影曝光方法，将设于一投影原版的一图案的影像投影曝光于一工作件上，包括供给曝光光线，再将曝光光线导至投影原版上的图案。之后，使用上述记载的投影光学***，将投影原版配置于第1面上，且将工作件配置于第2面上，再通过上述记载的投影光学***前述图案的影像形成于工作件上。
然而，在本发明中，在对多个透镜的径方向的尺寸进行透镜彼此间的比较时，透镜的「有效内径」与透镜的「外径」用以表示几乎相同的含意。透镜的外径的值通常是在透镜的有效内径上加上保持用的宽度。因此，此保持用的宽度用以稳定地保持透镜，且即使不对其尺寸进行限制，也不会使构成投影光学***的多个透镜的尺寸发生变化。因而，在对多个透镜的径方向的尺寸进行透镜彼此间的比较时，透镜的「有效内径」与透镜的「外径」可以表示几乎相同的含意。然而，当使用透镜的「外径」对透镜的径方向的尺寸进行比较时，在本发明所规定的条件中，并无透镜的有效内径随着透镜外径的变大或变小而改变的含意。
本发明提供一种投影光学***，具有较短的硝路长与较少的透镜个数，且于初期状态中具有良好的成像性能，而当照明条件或环境发生变化之后也可以维持良好的成像性能。
再者，本发明再提供一种投影曝光装置及投影曝光方法，以将极细微化的投影原版的图案的影像良好的投影曝光于工作件上，以形成高分辨率的细微电路图案。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1所示为本发明的第一较佳实施例的投影光学***的光路图。
图2所示为本发明的第二较佳实施例的投影光学***的光路图。
图3所示为本发明的第三较佳实施例的投影光学***的光路图。
图4A至图4C所示为本发明的第一较佳实施例的投影光学***的诸像差图。
图5A至图5C所示为本发明的第二较佳实施例的投影光学***的诸像差图。
图6A至图6C所示为本发明的第三较佳实施例的投影光学***的诸像差图。
图7A至图7J所示为本发明的第一较佳实施例的投影光学***的横像差图。
图8A至图8J所示为本发明的第二较佳实施例的投影光学***的横像差图。
图9A至图9J所示为本发明的第三较佳实施例的投影光学***的横像差图。
图10所示为本发明的较佳实施例的投影曝光装置的结构示意图。
图11所示为关于成像特性的补正的控制方块图。
图12A至图12B所示为使用驱动器件驱动透镜的结构的一实例的示意图。
图13所示为用以驱动透镜的结构的另一实例的示意图。
图14A至图14B所示为用以说明补正中心散光成分的原理的示意图。
图15所示为适用本发明的较佳实施例的投影光学***的透镜结构的一实例，以及可调整位置及姿势的透镜的配置实例的示意图。
图16所示为适用本发明的较佳实施例的投影光学***的透镜结构的另一实例，以及可调整位置及姿势的透镜的配置实例的示意图。
图17所示为适用本发明的较佳实施例的投影光学***的透镜结构的另一实例，以及可调整位置及姿势的透镜的配置实例的示意图。
图18所示为使用准分子雷射作为投影曝光装置的光源的结构实例的模式示意图。
图19所示为在本发明的较佳实施例中的微型装置的制造方法的一实例的流程图。
图20所示为在本发明的较佳实施例中的微型装置的制造方法的另一实例的流程图。标号说明：
2：雷射光源                        3：偏向镜
5：切替旋转体                      10：聚光透镜
11：照明视野光圈                   19：干涉计
20：晶圆托架                       22：晶圆座
23：定盘                           26：自动对焦感应器
28：调整感应器                     30：包装
40：包装                           41：光路延迟光学***
43：第1蝇眼透镜                    44：可变焦距透镜
45：振动镜                     46：第2蝇眼透镜
49：包装                       147：给气阀
148：排气阀                    150：包装
151：偏向镜                    152：透镜群
153：透镜群                    154：偏向镜
155：透镜群                    156：给气阀
157：排气阀                    170：包装
171：给气阀                    172：排气阀
173，177：活门                 174：气体置换室
175：给气阀                    176：排气阀
181：给气阀                    182：排气阀
200：包装                      201：给气阀
202：排气阀                    203：活门
204：气体置换室                205：给气阀
206：排气阀                    207：活门
210：光栅储藏库                300：气压感应器
301：主控制***                302：温度感应器
303：气压感应器                304：湿度感应器
306，315，316，317：驱动部
311a，311b，311c：驱动器件
310：透镜框架                  320，321：透镜
320A，320B，321A，321B：方向
330：平行平面板                     400：第1调整手段
401：第2调整手段                    402：第3调整手段
500：雷射室                         501：棱镜
502：反射型衍射栅                   503：半透镜
504：监控器
801，802，803，804，805：步骤
901：图案形成制作工艺               902：彩色薄膜形成制作工艺
903：器件安装制作工艺
904：组件安装制作工艺
A：第1面                             AS：孔径光圈
ASP1，ASP2，ASP3，ASP4：透镜面
AX：光轴                             B：第2面
G1：第1透镜群                        G2：第2透镜群
G3：第3透镜群                        G4：第4透镜群
G5：第5透镜群
L，L1，L2，L3，L11，L12，L21，L22，L23，L24，L25，L26，L31，L32，L33，L34，L35，L36，L37，L41，L42，L43，L44，L51，L52，L53，L54，L55：透镜
LC1，LC2，LC3：透镜框架              PL：投影光学***
R：光栅                              RS：光栅座
W：晶圆                              Y：像高
具体实施方式
以下，以图式为基准对本发明的较佳实施例的一实例进行说明。图1至图3所示为本发明的第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***的光路图。在图1至图3中，本较佳实施例的投影光学***为将第1面A上的图案(pattern)的缩小影像成像于第2面B上的屈折型投影光学***。此投影光学***例如是适用于半导体装置制造用的投影曝光装置的情形时，在第1面A上配置投影原版(光罩(mask))上的光栅(reticule)R的图案面，在第2面B上的工作件的被曝光基板上配置晶圆W的光阻的涂布面(曝光面)。
投影光学***，自第1面A侧起，依序备有具负屈折力的第1透镜群G1、具正屈折力的第2透镜群G2、具负屈折力的第3透镜群G3、第4透镜群G4、以及具正屈折力的第5透镜群G5。总而言之，在第3透镜群G3与第2面B之间配置有孔径光圈(aperture stop)。而且，在图1至图3所示的较佳实施例中，于第4透镜群G4的光路中配置有孔径光圈。再者，投影光学***的第2面B侧的数值孔径(numerical aperture)为0.8以上。
在投影光学***中的透镜面的有效内径在从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构，在第1透镜群G1中为单调的逐片增加，在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。或者，投影光学***中的多个透镜中的从第1面A侧起的总数为2片至4片的透镜的透镜面的有效内径为单调的逐片增加，在投影光学***中透镜面的有效内径在从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构，在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。在上述结构中，第2透镜群G2与第3透镜群G3对佩兹伐(patzval)和较为有用。
再者，投影光学***中的多个透镜的透镜面的有效内径的结构在第2透镜群G2中所持有的为极大，第3透镜群G3中所持有的为极小，第3透镜群G3至第5透镜群中所持有的为极大，且在第1面A至第2面B之间仅具有一个显著的极小。亦即，本较佳实施例的投影光学***为单腰(single waist)型的成像光学***。再者，在第1面A至第2面B之间仅具有一个显著的极小的透镜结构，由于透镜数的减少，因此可缩短硝路长，并减少透镜面数。
而且，在图1至图3的较佳实施例中，投影光学***中的多个透镜所形成的空气透镜之中配置于最靠近第1面A侧的空气透镜具有双凸形状。再者，第1透镜群G1至少具有一个负透镜，第2透镜群G2至少具有一个负透镜与至少三个正透镜，第3透镜群G3至少具有二个负透镜，第5透镜群G5至少具有四个正透镜。
且说，在本发明的投影光学***中，当第2透镜群G2中具有最大有效内径之面的有效内径为Mx2，且第3透镜群G3中具有最小有效内径之面的有效内径为Mn3之际，需满足下列的条件式(1)。
1.7＜Mx2/Mn3＜4     …(1)当超过条件式(1)的上限时，则会变得难以补正轴外像差，当超过下限时，也不易补正色像差。更甚之，较佳的范围值为上限3.2、下限1.85。
再者，当第4透镜群G4中具有最大有效内径之面的有效内径为Mx4，及其具有最小有效内径之面的有效内径为Mn4之际，需满足下列的条件式(2)。
0.77＜Mn4/Mx4＜1     …(2)条件式(2)为对自第1面A至第2面B之间仅持有的一个显著的极小的光学***结构进行较佳的色像差补正的规定。当未满足条件式(2)的情形时，则无法对色像差进行较佳的补正。更甚之，较佳的范围值的下限为0.8，上限为条件式的最小/最大，即临界值为1。
更甚之，投影光学***中的多个的透镜中的至少一个透镜较佳具有非球面形状的透镜面。在此非球面的作用下，一边完全提高初期的成像性能，另一边则确保对环境变动具有完全安定性的透过率。
在此情形下，投影光学***中的多个透镜较佳至少具有具非球面形状的透镜面的第1非球面透镜，以及具非球面形状的透镜面的第2非球面透镜。当第1非球面透镜的透镜面的有效内径为D1，且第2非球面透镜的透镜面的有效内径为D2之际，较佳满足以下的条件式(3)。
0.8＜D1/D2＜1.2    …(3)条件式(3)对设于投影光学***的非球面的直径的不可明显过大的规定。当未满足条件式(3)的情形时，设于投影光学***的非球面的直径会明显的过大，而难以进行非球面加工，在此情形下，无法将此应用于投影光学***的制造上。
再者，在本发明的投影光学***中，多个透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。当调整透镜的位置及姿势中至少一种之际，即可补正投影光学***的成像特性。
而且，在图1至图3的较佳实施例中，第1透镜群G1、第2透镜群G2、及第3透镜群G3的各个透镜群中至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。再者，第1面A与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及第2面B与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。再者，投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第1面A侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第2面B侧的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
在此情形下，具有非球面形状的透镜面的透镜较佳保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。如此，即可对投影光学***的成像特性进行良好的补正。
再者，在本发明的投影光学***中，第1面A与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及第2面B与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且较佳保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。或者，投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第1面A侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第2面B侧的至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且较佳保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。当具有可对光轴旋转的非对称透镜面的透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形时，可对投影光学***的中心散光(centerastigmatism)成分或非等方向性的畸变(distortion)进行补正。
接着，对本发明的投影光学***的数值较佳实施例进行说明。
图1所示为第一较佳实施例的投影光学***的光路图。本较佳实施例的投影光学***以248.4nm为基准波长。而且，在第一较佳实施例中，投影光学***的全体的透光性曲折部件(透镜L11～L55)由石英玻璃(glass)(合成石英)所形成。
请参照图1所示，第一较佳实施例的投影光学***自第1面A侧起，依序备有具负屈折力的第1透镜群G1、具正屈折力的第2透镜群G2、具负屈折力的第3透镜群G3、在光路中具孔径光圈的第4透镜群G4、以及具正屈折力的第5透镜群G5。在投影光学***中的透镜面的有效内径在从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构，在第1透镜群G1中为单调的逐片增加，在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。更甚之，投影光学***中的多个透镜的透镜面的有效内径的结构在第2透镜群G2中所持有的为极大，第3透镜群G3中所持有的为极小，第3透镜群G3至第5透镜群中所持有的为极大，且在第1面A至第2面B之间仅具有一个显著的极小。
第1透镜群G1自第1面A侧起依序具有凹面朝向第2面B侧的平凹形状的负透镜L11、以及凹面朝向第1面A侧的弯月面(meniscus)形状的负透镜L12，且于此负透镜L11、L12之间形成有双凸形状的气体透镜。在此，负透镜L11的第2面B侧的透镜面ASP1形成为非球面形状。
第2透镜群G2自第1面A侧起依序具有凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的2个负透镜L21、L22、双凸形状的2个正透镜L23、L24、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的2个正透镜L25、L26。在此，正透镜L25的第2面B侧的透镜面ASP2形成为非球面形状。
第3透镜群G3自第1面A侧起依序具有平凹形状的负透镜L31、双凸形状的3个负透镜L32～L34、凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L35。在此，负透镜L34的第2面B侧的透镜面ASP3形成为非球面形状。
第4透镜群G4自第1面A侧起依序具有凸面朝向第2面B侧的平凸形状的正透镜L41、双凸形状的正透镜L42、双凹形状的负透镜L43、双凸形状的正透镜L44。
第5透镜群G5自第1面A侧起依序具有双凸形状的正透镜L51、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的3个正透镜L52～L54、平行平板L55。在此，正透镜L53的第2面B侧的透镜面ASP4形成为非球面形状。
图2所示为第二较佳实施例的投影光学***的光路图。本较佳实施例的投影光学***以248.4nm为基准波长。而且，在第二较佳实施例中，投影光学***的全体的透光性曲折部件(透镜L11～L55)由石英玻璃(合成石英)所形成。
请参照图2所示，第二较佳实施例的投影光学***自第1面A侧起，依序备有具负屈折力的第1透镜群G1、具正屈折力的第2透镜群G2、具负屈折力的第3透镜群G3、在光路中具孔径光圈的第4透镜群G4、以及具正屈折力的第5透镜群G5。在投影光学***中的透镜面的有效内径在从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构，在第1透镜群G1中为单调的逐片增加，在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。更甚之，投影光学***中的多个透镜的透镜面的有效内径的结构在第2透镜群G2中所持有的为极大，第3透镜群G3中所持有的为极小，第3透镜群G3至第5透镜群中所持有的为极大，且在第1面A至第2面B之间仅具有一个显著的极小。
第1透镜群G1自第1面A侧起依序具有凹面朝向第2面B侧的平凹形状的负透镜L11、以及凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L12，且在此负透镜L11、L12之间形成有双凸形状的气体透镜。在此，负透镜L11的第2面B侧的透镜面ASP1形成为非球面形状。
第2透镜群G2自第1面A侧起依序具有凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的2个负透镜L21、L22、双凸形状的2个正透镜L23、L24、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的2个正透镜L25、L26。在此，正透镜L26的第2面B侧的透镜面ASP2形成为非球面形状。
第3透镜群G3自第1面A侧起依序具有双凹形状的4个负透镜L31～L34、凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L35。在此，负透镜L34的第2面B侧的透镜面ASP3形成为非球面形状。
第4透镜群G4自第1面A侧起依序具有双凸形状的正透镜L41、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状2个正透镜L442、L43、双凸形状的正透镜L44。
第5透镜群G5自第1面A侧起依序具有凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L51、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的4个正透镜L52～L55。在此，正透镜L53的第2面B侧的透镜面ASP4形成为非球面形状。
图3所示为第三较佳实施例的投影光学***的光路图。本较佳实施例的投影光学***以248.4nm为基准波长。而且，在第三较佳实施例中，投影光学***的全体的透光性曲折部件(透镜L11～L55)由石英玻璃(合成石英)所形成。
请参照图3所示，第三较佳实施例的投影光学***自第1面A侧起，依序备有具负屈折力的第1透镜群G1、具正屈折力的第2透镜群G2、具负屈折力的第3透镜群G3、在光路中具孔径光圈的第4透镜群G4、以及具正屈折力的第5透镜群G5。在投影光学***中的透镜面的有效内径在从第1面A侧朝向第2面B侧的方向上的结构，在第1透镜群G1中为单调的逐片增加，在第2透镜群G2中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在第3透镜群G3中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在第5透镜群G5中为单调的逐片减少。更甚之，投影光学***中的多个透镜的透镜面的有效内径的结构在第2透镜群G2中所持有的为极大，第3透镜群G3中所持有的为极小，第3透镜群G3至第5透镜群中所持有的为极大，且在第1面A至第2面B之间仅具有一个显著的极小。
第1透镜群G1自第1面A侧起依序具有双凹形状的2个负透镜L11、L12。在此，负透镜L11的第2面B侧的透镜面ASP1形成为非球面形状。
第2透镜群G2自第1面A侧起依序具有双凸形状的正透镜L21、凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L22、双凸形状的正透镜L23、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的正透镜L24、双凸形状的正透镜L25、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的正透镜L26。在此，正透镜L25的第2面B侧的透镜面ASP2形成为非球面形状。
第3透镜群G3自第1面A侧起依序具有凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的正透镜L31、双凹形状的负透镜L32、凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的正透镜L33、双凹形状的2个负透镜L34、L35、双凸形状的2个正透镜L36、L37。在此，正透镜L33的第2面B侧的透镜面ASP3形成为非球面形状。
第4透镜群G4自第1面A侧起依序具有双凸形状的正透镜L41、双凹形状的负透镜L42、双凸形状的正透镜L43、凸面朝向第2面B侧的平凸形状的正透镜L41、双凸形状的正透镜L42、双凹形状的负透镜L43、双凸形状的正透镜L44。凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L44。
第5透镜群G5自第1面A侧起依序具有凸面朝向第1面A侧的弯月面形状的4个正透镜L51～L54、凹面朝向第1面A侧的弯月面形状的负透镜L55。在此，正透镜L53的第2面B侧的透镜面ASP4形成为非球面形状。
在以下表1至表3中所示为第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***的各器件。
在表1至表3中，于左端的列中所示为自第1面A开始的各透镜面的号码，在第2列中所示为各透镜面的曲率半径，在第3列中所示为自各透镜面起至次一透镜面止的面间隔，在第4列中所示为透镜材料，在第5列中所示为非球面的符号，在第6列中所示为各透镜的符号，在第7列中所示为各透镜面的有效直径。在此，本较佳实施例的各器件值中的曲率半径、面间隔的单位的实例使用mm。再者，于非球面透镜面中的第2列的曲率半径所示为顶点曲率半径。
非球面形状如下式(a)所示。
在表1与表2的最后所示为[非球面资料(data)]与各非球面中的圆锥系数κ、非球面系数C4、C6、C8、C10、C12、C14。 Z = cY 2 1 + { 1 - ( 1 + κ ) c 2 Y 2 } + C 4 Y 4 + C 6 Y 6 + C 8 Y 8 + C 10 Y 10 + C 12 Y 12 + C 14 Y 14 - - - ( a )
Z：光轴方向的下垂度
Y：自光轴的距离(内径方向)
c：在面顶点的曲率(曲率半径的倒数)
κ：圆锥系数(K)(在球面的情形时，κ＝0)
C4、C6、C8、C10、C12、C14：非球面系数
在第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***中，玻璃材质(玻璃材料)使用石英玻璃(合成石英)。在各较佳实施例中，当基准波长为248.4nm时，石英玻璃(合成石英)的屈折率、每1pm波长的石英玻璃的屈折率的变化量(分散)、以及石英玻璃的比重等如下所示。
石英玻璃的屈折率：1.50839
石英玻璃的分散：-5.6×10-7/+1pm
石英玻璃的比重：2.2其中，分散所示为每+1pm波长的屈折率的变化量，当分散为-5.6×10-7/+1pm时，亦即当波长为自基准波长开始的每+1pm的变化的情形时，屈折率减少5.6×10-7。在以下的表1至表3中，SiO2所示表示石英玻璃，NA所示为第2面B侧的数值孔径，ψ所示为在第2面B上的影像调查(image survey)的半径，β所示为投影光学***全体的投影倍率，d0所示为自第1面A至最接近第1面A侧的光学面(透镜面、反射面)的距离，WD所示为自最接近第2面B侧的光学面至第2面B的距离(作动距离)。再者，ASP1～ASP4表示非球面，AS表示孔径光圈。而且，在各较佳实施例中所共通的投影光学***的数值孔径NA(第2面B侧的数值孔径)、投影倍率β、以及在第2面B上的影像调查的半径ψ，如下所示。NA＝0.82β＝1/4ψ＝13.2mm《表1》第一较佳实施例(图1)D0＝64.281(mm)WD＝10.468(mm)
曲率半径面间隔/中心                                            有效内径
                          玻璃         非球面          透镜
(mm)        厚度(mm)                                            (mm)1：  ∞         25.500        SiO2                        L11      132.42：  211.275    41.253                      ASP1                    142.13：  -112.355   15.000        SiO2                        L12      145.34：  1957.054   8.327                                               189.95：  -1339.441  37.900        SiO2                        L21      194.96：  -226.291   1.000                                               212.37：  -2414.978  46.229        SiO2                        L22      241.98：  -235.640   1.000                                               251.99：  1026.407   48.054        SiO2                        L23      277.910： -395.138   1.000                                               281.211： 353.730    49.482        SiO2                        L24      281.8(Mx2)12： -1276.637  1.000                                               278.213： 209.039    50.371        SiO2                        L25      250.414：  875.000        1.000                       ASP2            234.915：  215.723        44.255         SiO2                 L26    213.016：  125.930        32.223                                      161.717：  ∞             17.000         SiO2                 L31    159.318：  170.295        21.427                                      141.219：  -644.129       15.000         SiO2                 L32    140.420：  267.780        83.890                                      135.521：  -111.250       15.000         SiO2                 L33    135.3(Mn3)22：  766.547        11.872                                      155.723：  -503.294       53.098         SiO2                 L34    157.224：  1355.000       18.035                     ASP3             203.525：  -1349.778      36.393         SiO2                 L35    213.526：  -233.841       1.000                                       225.227：  ∞             43.709         SiO2                 L41    253.3(Mn4)28：  -279.044       1.000                                       260.129：  298.150        55.792         SiO2                 L42    286.1(Mx4)30：  -1235.697      12.300                                      284.831：  ∞             16.855                               AS     277.232：  -795.958       24.000         SiO2                 L43    277.433：  278.236        27.029                                      274.534：  500.126        58.684         SiO2                 L44    283.135：  -393.024      10.492                                       286.036：  2955.500       32.879       SiO2               L51     285.837：  -626.544       1.000                                    285.338：  201.110        49.960       SiO2               L52     265.139：  730.074        1.000                                    256.640：  162.066        45.261       SiO2               L53     223.741：  280.000        5.759                   ASP4             201.342：  159.106        53.928       SiO2               L54     177.443：  492.581        6.294                                    130.644：  ∞             53.000       SiO2               L55     125.045：  ∞                                                      56.4[非球面资料]<ASP1>                                      <ASP2>κ：0.00000                                 κ：0.00000C4：-8.99872×10-08                        C4：1.00733×10-08C6：1.88253×10-12                         C6：-9.57452×10-14C8：-6.92844×10-17                        C8：2.76746×10-19C10：6.86429×10-21                        C10：-2.57352×10-23C12：-1.21174×10-24                       C12：7.72339×10-28C14：7.08409×10-29                        C14：-4.21223×10-32<ASP3>                                      <ASP4>κ：0.00000                                 κ：0.00000C4：4.32781×10-08                         C4：-1.11168×10-08C6：-7.29382×10-13                       C6：1.69910×10-13C8：-1.89306×10-17                       C8：-1.71278×10-18C10：1.26587×10-21                       C10：-2.32359×10-22C12：-1.84258×10-26                      C12：5.36170×10-28C14：0.00000×10+00                       C14：7.75398×10-32
《表2》第二较佳实施例(图2)D0＝60.533(mm)WD＝10.250(mm)
             面间隔/中
曲率半径                                                  有效内径
             心厚    度玻璃         非球面       透镜
(mm)                                                      (mm)
             (mm)1：  456661.760  14.007   SiO2                       L11     130.82：  257.652     35.928                 ASP1                  136.73：  -111.976    14.000   SiO2                       L12     139.34：  -372.001    15.312                                       165.95：  -177.016    42.312   SiO2                       L21     169.66：  -192.938    1.000                                        208.37：  -1457.639   36.216   SiO2                       L22     237.68：  -267.611    1.000                                        245.89：  1940.558    37.760   SiO2                       L23     267.310： -430.648    1.000                                        271.111：  688.317     36.462     SiO2             L24        277.8(Mx2)12：  -902.945    1.000                                   277.513：  226.241     47.929     SiO2             L25        266.914：  1191.278    1.000                                   260.115：  248.626     35.812     SiO2             L26        240.416：  1789.195    50.884              ASP2                230.717：  -4234.706   18.811     SiO2             L31        173.918：  123.779     31.361                                  142.219：  -463.315    14.000     SiO2             L32        140.620：  210.723     97.502                                  134.8(Mn3)21：  -115.190    17.865     SiO2             L33        138.122：  3048.133    14.394                                  159.523：  -306.688    55.025     SiO2             L34        161.624：  2288.537    12.262              ASP3                215.525：  -3110.668   37.657     SiO2             L35        220.726：  -238.147    1.000                                   230.627：  2784.239    49.533     SiO2             L41        262.4(Mn4)28：  -261.060    1.000                                   267.729：  301.548     50.456     SiO2             L42        287.3(Mx4)30：  2090.868    12.300                                  284.131：  ∞          9.305                        AS         282.332：  9513.104    55.412     SiO2             L43        281.233：  271.141       27.421                                 276.134：  462.725       50.112      SiO2             L44      283.935：  -564.778      1.000                                  285.636：  -84302.567    34.086      SiO2             L51      285.737：  -509.897      1.000                                  285.738：  200.575       46.481      SiO2             L52      264.339：  648.269       1.007                                  257.240：  169.530       35.871      SiO2             L53      227.641：  279.942       8.224                ASP4              214.242：  146.299       54.467      SiO2             L54      182.443：  469.601       7.273                                  139.544：  5116.633      58.229      SiO2             L55      132.245：  1153.136                                             54.8[非球面资料]<ASP1>                                  <ASP2>κ：0.00000                             κ：0.00000C4：-9.38125×10-08                    C4：1.54761×10-08C6：2.50879×10-12                     C6：-2.39312×10-13C8：-6.27999×10-17                    C8：4.05575×10-18C10：4.12928×10-21                    C10：-7.34673×10-23C12：-2.17575×10-25                   C12：7.00382×10-28C14：0.00000                            C14：0.00000<ASP3>                                           <ASP4>κ：0.00000                                      κ：0.00000C4：4.46673×10-08                              C4：-1.54863×10-08C6：-6.64292×10-13                             C6：-2.55751×10-14C8：-2.78075×10-17                             C8：1.39035×10-19C10：1.34132×10-21                             C10：-1.53962×10-22C12：-1.05650×10-26                            C12：-2.14246×10-27C14：-2.22069×10-31                            C14：8.42244×10-32
《表3》第三较佳实施例(图3)D0＝53.785(mm)WD＝11.251(mm)
曲率半径面间隔/中                                             有效内径
                          玻璃          非球面        透镜
(mm)        心厚度(mm)                                        (mm)1： -1389.219   25.000        SiO2                        L11    127.42： 234.167     38.998                       ASP1                 137.93： -102.435    17.000        SiO2                        L12    140.14： 1678.662    8.983                                             189.15： 6096.345    44.509        SiO2                        L21    204.46： -197.984    1.003                                             216.77： -1734.379   34.196        SiO2                        L22    245.18： -305.392    1.011                                             252.59：   845.430      45.398            SiO2               L23       274.210：  -425.259     2.389                                           276.911：  315.881      35.123            SiO2               L24       277.5(Mx2)12：  1240.127     4.140                                           274.213：  377.898      36.758            SiO2               L25       266.714：  -4217.598    1.000                       ASP2                260.915：  239.656      39.372            SiO2               L26       236.016：  1227.710     38.926                                          224.217：  1415.772     21.030            SiO2               L31       175.318：  199.038      28.658                                          147.619：  -233.226     16.799            SiO2               L32       145.020：  136.280      29.897                                          132.0(Mn3)21：  11572.716    48.062            SiO2               L33       133.622：  4005.560     19.859                      ASP3                137.323：  -147.265     17.000            SiO2               L34       137.624：  288.349      21.528                                          156.925：  -1136.286    20.564            SiO2               L35       165.426：  460.382      13.073                                          190.427：  13964.940    34.001            SiO2               L36       196.728：  -238.368     5.343                                           206.629：  7900.267     35.691            SiO2               L37       236.130：  -303.283     10.205                                          241.931：  281.108        51.587          SiO2             L41        275.832：  -1499.268      40.580                                       274.933：  -1199.144      17.000          SiO2             L42        265.634：  249.770        41.000                                       261.1(Mn4)35：  ∞             0.919                             AS         261.336：  495.786        37.966          SiO2             L43        276.737：  -1137.747      15.324                                       278.738：  -2097.155      36.793          SiO2             L44        282.839：  -367.624       1.000                                        286.3(Mx4)40：  230.000        40.103          SiO2             L51        286.241：  413.404        1.000                                        278.942：  234.229        41.871          SiO2             L52        271.043：  803.282        3.792                                        264.144：  154.591        45.408          SiO2             L53        225.445：  395.911        7.175                    ASP4                210.846：  138.759        47.541          SiO2             L54        171.947：  261.540        10.750                                       128.448：  -2223.234      49.636          SiO2             L55        122.949：  -1482.603                                                   59.4[非球面资料]<ASP1>                                       <ASP2>κ：0.00000                                  κ：0.00000C4：-1.22769×10-07                     C4：5.48518×10-09C6：3.91902×10-12                      C6：-3.71287×10-14C8：1.54573×10-16                      C8：-6.54689×10-19C10：5.81458×10-21                     C10：1.54179×10-23C12：0.00000                             C12：0.00000C14：0.00000                             C14：0.00000<ASP3>                                   <ASP4>κ：0.00000                              κ：0.00000C4：2.48721×10-08                      C4：4.78408×10-09C6：-2.70011×10-12                     C6：2.28738×10-14C8：-1.40184×10-16                     C8：-8.67747×10-18C10：-2.90417×10-21                    C10：1.63825×10-22C12：0.00000                             C12：0.00000C14：0.00000                             C14：0.00000在以下的表4与表5中公开第一较佳实施例至第三较佳实施例的条件对应数值。在表4中，Mx2为第2透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径(mm)，Mn3为第3透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径(mm)。在表5中，Mx4为第4透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径(mm)，Mn4为第4透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径(mm)。再者，在表6中，D1为第1非球面透镜的透镜面的有效内径(mm)，D2为第2非球面透镜的透镜面的有效内径(mm)。《表4》
              Mx2(mm)         Mn3(mm)         Mx2/Mn3第一较佳实施例    281.8           135.3           2.08第二较佳实施例    277.8           134.8           2.06第三较佳实施例    277.5           132.0           2.10《表5》
              Mn4(mm)         Mx4(mm)         Mn4/Mx4第一较佳实施例    253.3           286.1           0.89第二较佳实施例    262.4           287.3           0.91第三较佳实施例    261.1           286.3           0.91《表6》
                 D1(mm)          D2(mm)          D1/D2第一较佳实施例(1)    234.9(ASP2)    201.3(ASP4)      1.17第一较佳实施例(2)    234.9(ASP2)    203.5(ASP3)      1.15第一较佳实施例(3)    201.3(ASP4)    203.5(ASP3)      0.99第二较佳实施例(1)    230.7(ASP2)    214.2(ASP4)      1.08第二较佳实施例(2)    230.7(ASP2)    215.5(ASP3)      1.07第二较佳实施例(3)    214.2(ASP4)    215.5(ASP3)      0.99第三较佳实施例(1)    137.9(ASP1)    137.3(ASP3)      1.00第三较佳实施例(2)    210.8(ASP4)    260.9(ASP2)      0.81
由表4及表5所得的资料可知，第一较佳实施例至第三较佳实施例满足条件式(1)、(2)。再者，由表6所得的资料可知，第一较佳实施例至第三较佳实施例满足条件式(3)。
接着，图4A至图9J所示为第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***的波长为248.4nm时的在第2面上的像差图。
在此，图4A、图5A及图6A为球面像差图，图4B、图5B及图6B为非点像差图，图4C、图5C及图6C为歪曲像差图在图7A至图7E、图8A至图8E及图9A至图9E所示为垂直方向(正切(tangential)方向)上的横像差(慧形(coma)像差)，在图7F至图7J、图8F至图8J及图9F至图9J所示为球切方向(亦即sagital方向)上的横像差(慧形像差)。在各像差图中，NA表示投影光学***的像侧(第2面侧)的数值孔径，Y表示在第2面上的像高。再者，在图4B、图5B及图6B的的非点像差图中，破折线为垂直(正切)像面，实现则为球切像面。而且，图7A、图8A及图9A为像高Y＝13.2时的垂直方向的横像差图，图7B、图8B及图9B为像高Y＝9.9时的垂直方向的横像差图，图7C、图8C及图9C为像高Y＝6.6时的垂直方向的横像差图，图7D、图8D及图9D为像高Y＝3.3时的垂直方向的横像差图，图7E、图8E及图9E为像高Y＝0(光轴上)时的垂直方向的横像差图，图7F、图8F及图9F为像高Y＝13.2时的球切方向的横像差图，图7G、图8G及图9G为像高Y＝9.9时的球切方向的横像差图，图7H、图8H及图9H为像高Y＝6.6时的球切方向的横像差图，图7I、图8I及图9I为像高Y＝3.3时的球切方向的横像差图，图7J、图8J及图9J为像高Y＝0(光轴上)时的球切方向的横像差图。
由各像差图可以明显地得知本较佳实施例的投影光学***于从像高0至最大像高为止的区域中皆可达成良好的像差补正。因此，由本较佳实施例的投影光学***所组合而成的曝光装置，可将极细微的图案转写于晶圆上。由于本较佳实施例的投影光学***具有直径为26.4的圆形影像区域(image field)，因此，在此影像区域内可确保例如是扫描方向的宽度约8.8、扫描垂直相交方向的宽度约25的长方形状的曝光区域，或扫描方向的宽度约8、扫描垂直相交方向的宽度约26的长方形状的曝光区域。而且，像高、影像区域的单位为mm，此与上述的曲率半径、间隔采用mm为单位的情形相同。而且，在本较佳实施例的投影光学***中，可以最大全宽的一半(full width at halfmaximum，FWHM)的方式在0.5pm的范围内进行色像差的补正，以在由本较佳实施例的投影光学***所组成的曝光装置中，减少曝光装置所负担的光源。
上述第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***可适用于如图10所示的较佳实施例的投影曝光装置。以下，请参照图10所示对本发明的较佳实施例的曝光装置进行说明。图10所示为较佳实施例的投影曝光装置的概略结构图。再者，在图10中，采用XYZ垂直相交坐标***。XYZ垂直相交坐标***将X轴及Y轴设定成与工作件(感旋光性基板)及保持晶圆W的晶圆座22平行，Z轴设定成与晶圆座22垂直相交的方向(与投影光学***PL的光轴AX平行的方向)。实际上，图中的XYZ垂直相交坐标***将XY平面设定为水平面，Z轴设定为铅锤方向。
在本发明中，本较佳实施例的曝光装置使用KrF准分子雷射光源作为曝光光源，并使用上述第一较佳实施例至第三较佳实施例的任何一个屈折型投影光学***作为投影光学***PL。在本较佳实施例的投影曝光装置中，对光栅R上的所定形状的照明区域朝与所定方向相反的方向对光栅R及晶圆W进行同步扫描，以采用步进扫描(step-and-scan)方式逐次将投影原版及光栅R的图案影像转写于晶圆W上的一个照射(shot)区域内。在此步进扫描型曝光装置中，也可通过投影光学***的曝光区域将光栅R的图案曝光于较广的基板(晶圆W)上的区域中。在图10中，雷射光源2例如是发射波长为248nm的由KrF准分子雷射所输出的脉冲(pulse)紫外光。而且，在本较佳实施例中，雷射光源2并不以KrF准分子雷射为限，也可以改用发射波长为193nm的ArF准分子雷射、或是例如是发射波长为157nm的氟雷射(F2 laser)、发射波长为146nm的氪雷射(Kr2 laser)、或发射波长为126nm的氩雷射(Ar2laser)等波长约为120nm～180nm的由属于真空紫外区域的光源所发射的雷射。
另外，来自雷射光源2的脉冲雷射光(照明光)经过偏向镜(mirror)3偏向后，朝向光路延迟光学***41，已将来自雷射光源2的照明光的时间的可干涉距离(凝聚(coherence)长度)以上的光路长度差依所附时间分割成多个光数。而且，此光路延迟光学***如是公开于日本专利特开平1-198759号公报或日本专利特开平11-174365号公报。
由光路延迟光学***41所射出的照明光在受到光路偏向镜42偏向之后，依序经过第1蝇眼透镜(fly eye lens)43、可变焦距透镜(zoomlens)44、振动镜45而到达第2蝇眼透镜46。于第2蝇眼透镜46的射出侧，配置有用以将有效光源的尺寸形状依所望设定的照明光学***孔径光圈用的切替旋转体(revolver)5。在本较佳实施例中，为减少照明光学***孔径光圈的光量损失，因而可通过可变焦距透镜调变射至第2蝇眼透镜46的光束尺寸。
由照明光学***孔径光圈的孔径所射出的光束，接由聚光透镜(condenser lens)10之后对照明视野光圈(标线片遮帘(reticule blind))11进行照明。照明视野光圈11如是公开于日本专利特开平4-196513号公报或对应的美国专利第5473410号公报。
来自照明视野光圈11的光借着由偏向镜151、154、透镜群152、153、155所构成的照明视野光圈成像光学***(标线片遮帘成像***)而传导至光栅R上，且于光栅R上形成具照明视野光圈11的孔径部的影像的照明区域。来自光栅R上的照明区域的光凭借投影光学***PL而传导至晶圆W上，以于晶圆上形成对应光栅R的照明区域内的图案的缩小影像。用以保持光栅R的光栅座RS可于XY平面内进行二次元的移动，其位置坐标由干涉计19所计算测量并进行位置控制。由此，即可高精确度地对光栅R及晶圆W进行同步扫描。
另外，当以紫外区域或真空紫外区域的光线作为曝光光线的情形时，必需要排除来自此光路的氧气、水蒸气、碳氢系的气体等对此波长带区域的光具有强吸收特性的气体(以下称为「吸收性气体」)。因此，在本较佳实施例中照明光路(从雷射光源2至光栅R的光路)及投影光路(自光栅R至晶圆W的光路)通过外部的气氛气所遮断，例如是在此光路中充填对紫外区域或真空紫外区域的光线具有吸收较少的特性的例如是氮气、氦气(helium)、氩气、氖气(neon)、氪气等气体或混合气体等的特定气体(以下称为「低吸收性气体」或「特定气体」)。
具体而言，从雷射光源2至光路延迟光学***41的光路以包装(casing)30通过外部气氛气遮断，从光路延迟光学***41至照明视野光圈11的光路以包装40通过外部气氛气遮断，照明视野光圈11成像光学***以包装150通过外部气氛气遮断，且于上述的光路内皆充填有上述特定气体。包装40与包装150之间以包装49连接。再者，投影光学***PL自体也可用包装包覆成镜筒，并于其内部光路中充填上述特定气体。
而且，在各光路中所充填的特定气体较佳使用氮气或氦气。氮气对波长为150nm左右以下的光线具有强的吸光特性，氦气则对波长为100nm左右以下的光线具有强的吸光特性。氦气的热传导率为氮气的6倍，且对气压变化的屈折率变动量约为氮气的1/8，特别是具有高透过率，以及较佳的光学***的成像特性的安定性或冷却性。而且，当投影光学***PL的镜筒中的特定气体使用氦气时，其它光路(例如是雷射光源2至光栅R的照明光路)中的特定气体较佳的使用氮气。
包装170用以将收纳有照明视野光圈成像光学***的包装150与投影光学***之间的空间通过外部气氛气遮断，在其内部收纳有保持光栅R的光栅座RS。在此包装170中设有用以将光栅R搬入.搬出的活门173，在此活门173的外侧设有气体置换室174，以防止在搬入·搬出光栅R的际污染包装170内的气氛气。在此气体置换室174也可以设置活门177，以通过活门177进行保管有多种光栅的光栅储藏库(reticule stocker)210之间的光栅的接受与让渡。
包装200通过外部气氛气遮断投影光学***PL与晶圆W之间的空间，在其内部，收纳有通过晶圆托架(wafer holder)20保持晶圆的晶圆座22、可检测出晶圆W的表面的Z方向的位置(焦点(focus)位置)或倾斜角的自动对焦感应器(auto focus sensor)26、偏离轴(off-axis)方式的调整感应器(alignment sensor)28、以及用以载置晶圆座22的定盘23。在此包装200中，设有用以搬入·搬出晶圆W的活门203，在此活门203的外侧设有气体置换室204，以防止污染包装200内部的气氛气。在此气体置换室204也可以设置活门207，以通过活门207进行朝装置内部的晶圆W的搬入动作，以及朝装置外部的晶圆W的搬出动作。
在此，分别于包装40、150、170、200上设置给气阀147、156、171、201，此给气阀147、156、171、201分别与未图标的气体供给装置所连接的给气管路相连接。再者，分别于包装40、150、170、200上设置排气阀148、157、172、202，此排气阀148、157、172、202分别通过未图标的排气管路而与前述气体供给装置相连接。而且，来自气体供给装置的特定气体可通过未图标的温度调整装置将温度控制于所定的目标温度。在此，当特定气体使用氦气时，温度调整装置较佳配置于各包装的附近。
同样的，在气体置换室174、204上也可设置给气阀175、205与排气阀176、206，给气阀175、205通过给气管路、排气阀176、206通过排气管路分别与前述气体供给装置相连接。更甚之，在投影光学***PL的镜筒中也可设置给气阀181与排气阀182，给气阀181通过未图标的给气管路、排气阀182通过未图标的排气管路与前述气体供给装置相连接。
而且，在设有给气阀147、156、171、175、181、201、205的给气管路，以及设有排气阀148、157、172、176、182、202、206的排气管路上，设有用以去除尘埃(微粒(particle))的HEPA过滤器(filter)或ULPA过滤器等的过滤器，以及用以去除氧气等吸收性气体的化学过滤器(chemical filter)。
再者，在气体置换室174、204中，当光栅交换或晶圆交换时等之际，必需进行气体置换。例如，当光栅交换之际，开启活门177自光栅储藏库210将光栅搬入气体置换室174，当关闭活门177之后，将气体置换室174内充满特定气体，之后，开启活门173，将光栅载置于光栅座RS上。再者，当晶圆交换之际，开启活门207将晶圆搬入气体置换室204，当关闭活门207之后，将气体置换室204内充满特定气体，之后，开启活门203，将晶圆载置于晶圆托架20上。另外，当为光栅搬出、晶圆搬出的情形时，则反转上述顺序即可。而且，当对气体置换室174、204进行气体置换之际，较佳先将气体置换室内的气氛气减压之后，再自给气阀供给特定气体。
再者，在包装170、200中，于气体置换室174、204进行气体置换之际可能会有气体混入，而使此气体置换室174、204的气体中混入少量的氧气等的吸收气体的可能性提高，因此较佳于气体置换室174、204的气体置换的同时，定时进行气体置换。而且，于包装及气体置换室中，较佳为充填压力高于外部气氛气的压力的特定气体。
另外，在本较佳实施例中，构成投影光学***的多个透镜中至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。如此，即可对投影光学***PL的成像特性进行补正。在本较佳实施例中，对投影光学***PL的内外的环境进行计测，再以此计测结果为基准，驱动投影光学***PL的透镜，并对此透镜的位置及姿势中至少一种进行调整，以补正投影光学***PL的成像特性。
图11所示为关于上述成像特性的补正的控制方块图。在图11中，环境条件的计测机构于投影光学***PL的内部(镜筒的内侧)设置气压感应器300，再将气压感应器300的计测值供给主控制***301。再者，于投影光学***PL的附近设置温度感应器302、气压感应器303、以及湿度感应器304，以分别计测出围绕于投影光学***PL的气体的温度、气压、及湿度的情报，再分别将之供给主控制***301。主控制***301通过驱动部306(传动装置(actuator))驱动投影光学***PL中的所定的透镜，以对此透镜的位置及姿势中至少一种进行调整。亦即，主控制***301可记忆投影光学***PL的内外环境条件的变化与投影光学***PL的成像特性(诸像差)之间的关系，再于所定的一定时间时，通过各感应器300、302～304对环境进行计测。之后，以此计测的情报以预先记忆的资料为基准，调整透镜的位置及姿势中至少一种，以在现时点之际得到最佳的成像特性。而且，对环境条件的变化进行计测，并不限于上述实际对投影光学***PL的内外环境进行直接计测的方法，也可以改用曝光用照明光线的照射量等环境变化的主要因素而间接计测得到所需的重要因素。在此情形下，例如是累积计算曝光用照明光线的照射量，再与记忆比对而可预测推定温度变化等的环境变化。
用以驱动透镜的驱动部306例如是使用由压电器件(压力(piezo)器件等)所构成的伸缩自如的驱动器件。在此，图12A至图12B所示为使用驱动器件驱动透镜的结构的一实例的示意图。在此图12A至图12B中，透镜L保持于透镜框架310上，此透镜框架310由以方位角120度等分配置的3个驱动器件311a、311b、311c所支持。主控制***301对各驱动器件311a～311c控制个个驱动电压，以使3个驱动器件311a～311c分别相互独立地在Z轴方向(光轴AX方向)进行伸缩。当3个驱动器件311a～311c的Z轴方向的伸缩量为相同量之际，透镜L朝Z轴方向(光轴AX方向)移动。当3个驱动器件311a～311c的Z轴方向的伸缩量为相异量之际，透镜L朝垂直于Z轴方向的XY面倾斜(平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜(tilt))。再者，于驱动器件311a～311c的配置位置(驱动点)上配置有未图标的位置感应器，以通过此位置感应器检测出驱动器件311a～311c的伸缩量的情报，并归几主控制***301。在主控制***301中，当检测出的伸缩量与目标值不符时，利用例如是罗斯固定偏差(ROSE droop)方式对驱动器件311a～311c的驱动电压进行控制。而且，位置感应器例如是使用静电容量型的间隙感应器(gap sensor)、光学式或磁式的线性编码器(1inear encoder)、或干涉计等。再者，在用以驱动透镜的驱动部中也可以使用磁歪传动装置或流体压力传动装置等其它传动装置来替代压电器件。
再者，图13所示为用以驱动透镜的结构的另一实例的示意图。在此图13中，构成投影光学***的多个透镜中的3个透镜L1、L2、L3分别受到可用以驱动的含有由压电器件(压力器件)等所构成的伸缩自如的驱动器件的驱动部315～317所支持。各驱动部315～317分别使用先前于图12中所说明的3个驱动器件所构成，以使对应的透镜L1～L3在投影光学***的光轴AX方向(Z轴方向)移动，甚至朝垂直于此光轴AX的XY面移动。再者，在此图13所示的实例中，3个透镜L1～L3之中的上层的2个透镜L1、L2(透镜框架LC1、LC2)于最下层L3(透镜框架LC3)上通过驱动部315～317所堆栈而成的结构。
在图13所示的结构的情形下，3个透镜L1～L3由最下层的驱动部317所驱动。为此的有利点为当伸缩驱动部317的驱动器件时，透镜L1～L3会于维持相互间的位置关系的情形下驱动此多个透镜L1～L3全体。另一方面，反过来说，当多个透镜为分别支持成相互独立且移动自如的结构的情形时，例如是当驱动1个透镜之际，因有间隔之故，而不会对其上侧及下侧的2个透镜同时变更，进而减少了可对全体的多个透镜的驱动量的有利点。而且，在此所提及的透镜可以由单一透镜器件所构成，也可以由多个透镜器件所组合而成的透镜群所构成。投影光学***中的各透镜无论是统一驱动或个别独立地驱动，皆可决定对此投影光学***PL的成像特性的补正上的各透镜的驱动量与各透镜所要求的位置安定精确度的变化。但，在本较佳实施例中，如果目的是对投影光学***PL所产生的所定数的种类的像差进行个别补正，则较佳为对投影光学***PL中所定数的透镜进行相互独立地驱动的结构。
在此，对补正对象的像差的种类的数至少为同数以上的透镜时，朝上述Z轴方向(光轴AX方向)的移动，及进行平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜之际，可对此所定数的种类的像差进行个别补正。在本较佳实施例中，可于投影光学***PL中的5个透镜中，对其中的1个透镜的位置及姿势进行调整，或者对其中的多个透镜的位置及姿势进行具有相互关连的调整，以个别补正倍率、畸变(歪曲像差)、慧形像差、像面弯曲像差、以及球面像差。而且，对上述透镜位置及姿势的调整中所进行的像差补正技术，例如是公开于日本专利特开平11-195602号公报的技术。再者，关于朝上述Z轴方向(光轴AX方向)的移动，及进行平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的技术例如是公开于日本专利特开平9-106944号公报、日本专利特开平10-206714号公报、日本专利特开平11-44834号公报等各公报的技术。更甚之，关于进行平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的技术也可以改用公开于日本专利特开2000-235134号公报、日本专利特开2000-249886号公报等各公报的技术。
再者，为对投影光学***的成像特性进行补正而做的透镜的位置及姿势的调整并不限于对上述Z轴方向(光轴AX方向)的位置及平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的调整。亦即，也可以在上述姿势的调整中增加对投影光学***PL中的多个透镜中的至少一个透镜在垂直于光轴的XY面内移动(偏移(shift))而调整此透镜的偏心。在此，于透镜位置及姿势的调整中，上述Z轴方向(光轴AX方向)的位置及平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的调整手段称为第1调整手段，对垂直于光轴的XY面的透镜位置的调整的手段称为第2调整手段。
在以第2调整手段进行透镜的位置调整时，也可以利用第1调整手段，以与前述透镜相异的透镜为调整对象，调整其位置及姿势。更甚之，也可以对投影光学***中的多个透镜中至少2个的具有相互关连的透镜同时进行调整。当利用第2调整手段进行透镜的位置调整时，其目的为对在第1调整手段的调整后进行补正，以及对投影光学***的成像特性的残留部分进行补正。亦即，组合第1调整手段对透镜位置及姿势的调整与第2调整手段对透镜位置及姿势的调整，以对投影光学***的成像特性进行高精确度的补正。而且，第2调整手段也与第1调整手段相同，以投影光学***的内外环境的计测结果为基准进行驱动控制。透镜在垂直于光轴的XY面内移动为第2调整手段的基本结构例如是使用日本专利特开2000-206385号公报所公开的技术。
再者，在上述第1调整手段及第2调整手段对透镜的位置及姿势的调整之际，也可以增加对投影光学***中的多个透镜中的至少一个具有对光轴旋转的非对称透镜面的透镜进行以光轴为中心的旋转的透镜的旋转位置的调整。在此，此对透镜的旋转位置的调整手段称为第3调整手段。此第3调整手段，对投影光学***的中心散光成分或非等方向性的畸变进行补正。在此，中心散光成分为在投影光学***的投影区域的中心所产生的？？成分。再者，非等方向性的畸变为像面内所定的垂直方向的成像倍率与垂直相交于垂直方向的成像倍率的差异所造成的像差。而且，对光轴旋转的非对称透镜面例如是使用X轴方向的曲率与Y轴方向的曲率相异的足尖堆垛(toe rick)面。
在此，使用由足尖堆垛面所形成的透镜对中心散光成分的补正的原理进行简单的说明。图14A至图14B所示为用以对中心散光成分补正的原理进行说明的示意图。在图14A至图14B图中，透镜320、321为构成投影光学***PL的透镜中的一部分透镜。此透镜320、321之中至少一个设为可以光轴AX为中心旋转的情形。总而言之，透镜320、321分别具有曲率半径的最强的方向320A、321A，以及与此方向320A、321A为垂直相交方向的曲率半径的最弱的方向320B、321B。在此，图中实线所表示的方向320A、321A为透镜320、321的屈折力最强之处，而图中破折线所表示的方向320B、321B则为透镜320、321的屈折力最弱之处。而且，在以下的叙述中，将曲率半径(屈折力)最强的方向320A、321A称为强主经线，将曲率半径(屈折力)最弱的方向320B、321B称为弱主经线。
请参照图14A所示，当2个透镜320、321中的强主经线320A、321A相互间的角度为90度的情形时，不会自此2个透镜320、321发生中心散光成分或非等方向性的畸变。而，请参照图14B所示，当2个透镜320、321中的强主经线320A、321A相互间的角度为90度以外的情形时，则会在此角度上发生对应量的轴上中心散光成分或非等方向性的畸变。
因此，例如，构成投影光学***PL的透镜中的2个透镜的透镜面为在所定的垂直方向及垂直于此垂直方向的方向上具有相异放大率(power)的形状，且可以光轴AX为中心进行相对的旋转，以对中心散光成分或非等方向性的畸变的任一种进行补正。更甚之，当上述2个透镜的相异的2个透镜的透镜面，在所定的垂直方向及垂直于此垂直方向的方向上具有相异放大率(power)的形状，且可以光轴AX为中心进行相对的旋转，也可对中心散光成分或非等方向性的畸变的任一种进行补正。而且，为调整中心散光成分的发生量，透镜面也可以设置于投影光学***的瞳目附近。为调整非等方向性的畸变的发生量，透镜面也可以设置于物体面或像面附近。再者，关于调整中心散光成分及非等向性畸变技术例如是公开于日本专利特开平7-183190号公报、日本专利特开平8-327895号公报、日本专利特开2000-164489号公报等。
图15、图16及图17所示为在先前图1至图3所示的本发明的第一较佳实施例至第三较佳实施例的投影光学***于本较佳实施例中所适用的投影光学***PL中，以上述第1调整手段、第2调整手段及第3调整手段进行位置及姿势调整的透镜的配置实例的示意图。在此，图中符号400表示第1调整手段，符号401表示第2调整手段，符号402表示第3调整手段。
在图15所示的第一较佳实施例的投影光学***PL中，可利用第1调整手段400，对第2透镜群G2中的3个正透镜L23、L25、L26、第3透镜群G3中的2个负透镜L33、L35等进行Z轴方向(光轴AX方向)的位置及平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的调整。再者，可利用第2调整手段401，对第2透镜群G2中的正透镜L24与负透镜L31等进行垂直于光轴的XY平面内的位置的调整。更甚之，可利用第3调整手段402，对第1透镜群G1中的负透镜L12、第2透镜群G2中的负透镜L21、第4透镜群G4中的正透镜L42及负透镜L43等旋转位置的调整。
在图16所示的第二较佳实施例的投影光学***PL中，可利用第1调整手段400，对先前的图2所示的第2透镜群G2中的3个正透镜L23、L25、L26、第3透镜群G3中的2个负透镜L33、L35等进行Z轴方向(光轴AX方向)的位置及平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的调整。再者，可利用第2调整手段401，对第2透镜群G2中的正透镜L24与负透镜L31等进行垂直于光轴的XY平面内的位置的调整。更甚之，可利用第3调整手段402，对第1透镜群G1中的负透镜L12、第2透镜群G2中的负透镜L21、第4透镜群G4中的2个正透镜L42、L43等旋转位置的调整。
在图17所示的第三较佳实施例的投影光学***PL中，可利用第1调整手段400，对先前的图3所示的第2透镜群G2中的3个正透镜L23、L25、L26、第3透镜群G3中的负透镜L24与正透镜L31等进行Z轴方向(光轴AX方向)的位置及平行于X轴的轴周围及平行于Y轴的轴周围的倾斜的调整。再者，可利用第2调整手段401，对第2透镜群G2中的正透镜L24与负透镜L31等进行垂直于光轴的XY平面内的位置的调整。更甚之，可利用第3调整手段402，对第1透镜群G1中的负透镜L12、第2透镜群G2中的负透镜L21、第4透镜群G4中的负透镜L42及正透镜L43等旋转位置的调整。
亦即，在本较佳实施例中，在图15至图17所示的各投影光学***PL中，第1透镜群G1～第4透镜群G4的个个的透镜群中的至少一个透镜可使用第1～第3调整手段400～402的任一调整手段进行位置或姿势的调整。再者，第1面A与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面之间的位置中至少一个透镜，以及以及第2面B与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面之间的位置中至少一个透镜可通过第1～第3调整手段400～402的任一调整手段进行位置或姿势的调整。更甚之，第1面A与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面之间的位置中至少一个透镜，以及以及第2面B与第3透镜群G3中的具有最小有效内径的透镜面之间的位置中至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，可通过第3调整手段402进行旋转位置的调整。而且，投影光学***PL中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第1面A侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第2面B侧的至少一个透镜可通过第1～第3调整手段400～402的任一调整手段进行位置及姿势中至少一种的调整。或者，投影光学***PL中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第1面A侧的至少一个透镜，以及投影光学***中的多个透镜中的孔径光圈AS位于第2面B侧的至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，可通过第3调整手段402进行旋转位置的调整。再者，投影光学***PL中的多个透镜中的具有非球面形状的透镜面(ASP2)的透镜中至少一个透镜可通过第1调整手段400进行位置及姿势的调整。总而言之，通过调整透镜的位置及姿势，即可补正投影光学***PL的成像特性。
特别是，在本较佳实施例中，对投影光学***PL的内外的环境进行计测，再以此计测结果为基准，对此透镜的位置及姿势中至少一种进行调整，以补正投影光学***PL的成像特性，进而可以抑制随着环境条件的变化而发生的投影光学***PL的成像特性的变动。
另外，补正投影光学***PL的成像特性的方法并不以进行上述的透镜的位置及姿势的调节为限，例如也可以在先前的图15至图17中所示的投影光学***PL的晶圆W侧或投影光学***PL的光栅R侧上，设置平行平面板330，通过未图标的驱动部对此平行平面板330的位置及姿势进行调节。在此情形下，使用表面上形成有微妙的凹凸的平行平面板，以在投影光学***PL的全***所持有的像差内，特别对畸变(歪曲像差)的非旋转对称成分进行补正。或者是，在投影光学***PL的晶圆W侧设置平行平面板，通过对此平行平面板的Z轴方向的位置或倾斜角进行调整，即可补正偏心慧形像差。
再者，例如在日本专利特开平9-329742号公报等所公开的技术中，也可以通过在投影光学***PL的晶圆W侧或光栅R侧的光路中配置光学部件(例如是在图15～图17中所示的平行平面板330)的至少一方的面的放大率的变化，补正投影光学***PL的成像特性。在此情形下，通过交换放大率相异的光学部件，也可以对上述的放大率进行调整。由此，对投影光学***PL的远心堆垛(telecentric rick)性造成影响，而对像面弯曲像差进行较佳的补正。
再者，在补正投影光学***PL的成像特性的方法中，对透镜或平行平面板等的光学部件的位置或姿势变更的方法的其它方法也可以是公知变化曝光光线的光源(雷射光源)的发射波长的技术。例如，在日本专利特开平11-352012号公报及日本专利特开2000-75493号公报中，公开通过变更大气的屈折率而降低成像特性变动的技术。再者，例如在日本专利特开平7-245251号公报等中，公开通过偏移光源的发射波长，以积极的补正投影光学***的成像特性的技术。在此图18所示为用于本较佳实施例的准分子雷射的结构实例。于雷射室(laser chamber)500所发生的光线往返通过棱镜(prism)501或反射型衍射栅(diffraction grating)502，而选择发射出特定波长的光线，以使光谱(spectrum)狭带化。狭带化后的雷射光由雷射室500射出，此波长通过半透镜(half mirror)503，通过使用校准器(etalon)等的波长监控器(monitor)504进行测定。再者，控制棱镜501或反射型衍射栅502的角度，可以改变发射波长。由于光的波长的变化及气压的变化而导致的光学部件的屈折率的变化，例如是随着大气的屈折率的变化，即可抵销透镜的屈折率的变动，因此，通过变更雷射光的发射波长，可以抑制投影光学***的成像特性的降低。
另外，在上述中，以在投影光学***PL的内外的环境变动之际所进行的成像特性的补正为例进行说明，使用上述的成像特性的补正方法，可于照明条件变更之际，对变动的投影光学***的成像特性进行补正。例如，在图10中，当变更照明条件之际，可变焦透镜44的焦点距离通过照明光学***孔径光圈用的切替旋转体5的种类等的未图标的驱动部进行变更，并于对应此变更动作的情形下，使用上述第1～第3调整手段中至少一种调整手段变更投影光学***的成像特性。由此，当照明条件的变更之际，达成所对应的最佳成像性能。而且，在此情形下，也可以预先得到照明条件(二次光源形状·尺寸、σ值、光栅种类等)与调整手段的驱动量之间的关系。
另外，在此所说明的投影光学***PL的成像特性进行补正的方法主要适用于投影光学***及投影曝光装置相互组合之后，可达成提升投影光学***的成像特性的目的。对于此，在投影光学***中，在安装的初期阶段及某一程度的安装阶段之际，为了得到所望的成像特性需进行种种的调整。自安装阶段起所进行的调整，例如是，透镜间隙的调整、由多个透镜所形成的透镜群的偏心调整及透镜群彼此的间隙的调整、透镜交换等。为此，投影光学***在构成投影光学***的多个透镜中，为当种种调整时，为保持成可调整对应的位置及姿势中的至少一种的结构。投影光学***的结构例如是适用具有分别保持多个或1个透镜的分离式镜筒部件，且在相互邻接的镜筒部件之间具有可在***之际更换成厚的调整部件的垫圈(washer)的结构。在此情形下，可通过更换厚度相异的垫圈，以调整透镜的光轴方向的位置及姿势，进而补正投影光学***的成像特性。而，关于使用垫圈的投影光学***的成像特性的补正的技术例如是公开于日本专利特开平10-54932号公报中。
接着，使用上述较佳实施例的投影曝光装置于晶圆上形成所定的电路图案，并参照图19的流程图(flow chart)对得到微型装置的半导体装置之际的动作的一实例进行说明。
首先，进行图19的步骤801，在一批(lot)晶圆上蒸着金属膜。接着，进行步骤802，在此批晶圆上的金属膜上涂布光阻。之后，进行步骤803，使用具有第1～第3较佳实施例的任一种投影光学***PL的图10的投影曝光装置，通过此投影光学***PL将光栅R上的图案的影像依序曝光转写于此一批的晶圆上的各照射区域上。
之后，进行步骤804，进行此一批晶圆上的光阻的显影。再于显影之后，进行步骤805，以此一批晶圆上的光阻图案为罩幕进行蚀刻(etching)，已于各晶圆上的各照射区域上形成对应光栅上的图案的电路图案。其后，更进一步地进行上层(layer)的电路图案的形成等，而制造出半导体器件等的装置。在上述的半导体装置制造方法中，可以较佳的生产量(throughput)得到具有极细微的电路图案的半导体装置。
再者，在上述的较佳实施例的投影曝光装置中，在平板(plate)(玻璃基板)上形成所定的电路图案之际，即可得到微型装置的液晶显示器件。以下，参照图20的流程图对此时的动作的一实例进行说明。
在图20中，于图案形成制作工艺901中，使用本较佳实施例的曝光装置，将光栅的图案转写曝光于感旋光性基板(如涂布有光阻的玻璃基板等)上，亦即进行所谓的微影制作工艺。在此微影制作工艺中，于感旋光性基板上形成含有多个电极等的所定图案。之后，将已曝光的基板经过显影制作工艺、蚀刻制作工艺、光栅剥离制作工艺等的各制作工艺，即可于基板上形成所定图案，之后转移至次一个彩色薄膜(color film)形成制作工艺902。
接着，在彩色薄膜形成制作工艺902中，由与红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)相对应的3个点(dot)所构成的一组，以矩阵(matrix)状的方式多个排列而形成彩色薄膜。之后，当完成彩色薄膜形成制作工艺902后进行器件(cell)安装制作工艺903。
在器件安装制作工艺903中，使用由图案形成制作工艺901所得到的具有所定图案的基板，以及由彩色薄膜形成制作工艺902所得到的彩色薄膜等进行液晶配电盘(panel)(液晶器件)的安装。在器件安装制作工艺903中，例如，在由图案形成制作工艺901所得到的具有所定图案的基板与由彩色薄膜形成制作工艺902所得到的彩色薄膜之间注入液晶，以制造出液晶配电盘(液晶器件)。
其后，在组件(module)安装制作工艺904中，安装用以进行安装完成的液晶配电盘(液晶器件)的显示动作的电性电路、背光(backlight)等的各部件以完成液晶显示器件。在上述液晶显示器件的制造方法中，可以较佳的生产量(throughput)得到具有极细微的电路图案的液晶显示器件。
另外，在上述图10的较佳实施例中，以使用照明光学***中的光学集成器(optical integrator)(均一器(uniformiser)、均化器(homogenizer))虽以蝇眼透镜43、46为例进行说明，然并不以此为限，也可改用由在1片基板上以蚀刻等方法形成多个透镜面所形成的微型蝇眼透镜(micro-fly-eye-lens)。再者，第1蝇眼透镜43的代替品较佳使用具有将转折作用中的入射光发散的远场(far-field)(弗朗荷费(Fraunhofer)转折区域)的形成圆形、轮带形、多重极状的照射视野的转折光学器件。而且，此转折光学器件例如是使用美国专利第5850300号公报所公开的对象。在此，当使用转折光学器件的情形时，也可省略光路延迟光学***41。
再者，光学集成器也可以改用内面反射型集成器(如负载(load)·集成器、光管(pipe)、光隧穿(tunnel)等)。当使用内面反射型集成器的情形时，内面反射型集成器的射出面与光栅的图案面可以共享。因此，当适用于图10的较佳实施例的情形时，例如是在内面反射型集成器的射出面附近配置照明视野光圈(标线片遮帘)11，以第1蝇眼透镜43的射出面与内面反射型集成器的入射面共享，并构成可变焦距透镜44。
再者，于上述第一～第三较佳实施例中，投影光学***PL中的透镜成分虽以石英玻璃(合成石英)为例进行说明，然并不以此为限，投影光学***中的透镜成分也可以改用由氟化钙(CaF2，萤石)、氟化钡(BaF2)、氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化锶(SrF2)、六氟化锂钙铝(LiCaAlF6)、以及六氟化锂锶铝(LiSrAlF6)所构成的族群(group)中选择一种或至少二种以上的氟化物材料。在此，六氟化锂钙铝及六氟化锂锶铝等称为LICAF结晶，为不需在复合氟化物中添加铬(Cr)或铈(Ce)等的微量元素的物质。再者，在构成上述第一～第三较佳实施例的投影光学***PL的各透镜成分的透镜面上，也可以设置防止反射外衣(coat)。在此，当防止反射外衣为3层以下(较佳为2层至3层)的膜所构成时，适用于入射角范围较小且透过率较高的第1外衣，而当防止反射外衣由4层以上的膜所构成时，则适用于透过率较低且入射角范围较大的第2外衣。在本较佳实施例中，对应朝构成投影光学***PL的各透镜成分的透镜面的光线的入射角，以适当地配置上述第1外衣与上述第2外衣(例如是在光线的入射角范围较狭窄的透镜面上配置第1外衣，而在光线的入射角范围较广的透镜面上配置第2外衣)，即可具有较大的数值孔径及较大的影像区域，进而有效地降低投影光学***的影像区域内的最小透过率，以及到达投影光学***的影像区域的各点的光束的最小角度。而且，在本较佳实施例中，也可将此外衣配置于投影光学***的照明光学***中。
再者，于图10的较佳实施例中，也可以在第1蝇眼透镜43的入射侧，配置由可防止散布(speckle)的复屈折性材料所形成的棱镜。此棱镜例如是公开于美国专利第5253110号公报。再者，当使用曝光波长为180nm以下的波长的光线时，可以利用由氟化镁(MgF2)的结晶所形成的棱镜取代美国专利第5253110号公报所公开水晶棱镜。
此由氟化镁的结晶所形成的楔型棱镜配置成于与照明光学***的光轴成交错方向上厚度依序变化。因此在与由氟化镁的结晶所形成的楔型棱镜成对向，且自此顶角朝相互间的相反侧上，配置有光路补正用的楔型棱镜。此光路补正用的楔型棱镜系与前述由氟化镁的结晶所形成的棱镜具有相同的顶角，且由不具复屈折性的透光性材料所形成。如此，在棱镜的对角上所射入的光线与由此射出的光线一致朝向同一进行方向。
再者，于图10的较佳实施例中，本较佳实施例的曝光装置虽以采用步进扫描的方式为例进行说明，然并不以此为限，本较佳实施例的曝光装置也可以为针脚(stitching)及缝隙扫描(slit scan)型的曝光装置。当采用针脚及缝隙扫描的方式的情形时，在对于光栅上的所定形状的照明区域中于相对于所定的第1方向上同步对光栅及晶圆进行扫描，以进行对晶圆上的第1列的区域的曝光。之后，交换光栅，或沿着与此光栅的上述照明区域的第1方向垂直相交的第2方向上移动所定量，而横移至与晶圆的照明区域的第2方向共同的方向上。之后，再次在对于光栅上的所定形状的照明区域中于相对于所定的第1方向上同步对光栅及晶圆进行扫描，以进行对晶圆上的第2列的区域的曝光。
在此针脚及缝隙扫描型的曝光装置中，以投影光学***的曝光场(field)也可将光栅的图案曝光于晶圆上的区域内。而且，其中的针脚及缝隙扫描型的曝光装置例如是公开于美国专利第5477304号公报、日本专利特开平8-330220号公报、日本专利特开平10-284408号公报中。而且在上述较佳实施例中，也可以采用将光栅上的图案影像一起转写至晶圆上的所定照射区域的一起曝光方式。
再者，在图10的较佳实施例中，工作件(感旋光性基板)虽以设有1个晶圆座的结构保持晶圆为例进行说明，然也可以改为设有2组晶圆座的结构，例如是日本专利特开平5-175098号公报、日本专利特开平10-163097号公报、日本专利特开平10-163098号公报、日本专利特开平10-163099号公报、或日本专利特开平10-214783号公报等各公报所公开的内容。
另外，本发明不仅适用于在半导体器件的制造上所使用的曝光装置，也可以适用于在含有液晶显示器件等的显示器的制造上所使用的将装置图案转写于玻璃平板上的曝光装置、在薄膜磁头的制造上所使用的将装置图案转写于陶瓷晶圆上的曝光装置、在光栅或罩幕的制造上所使用的将电路图案转写于玻璃基板或硅晶圆等上的曝光装置。
以上，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。

Claims (19)

1、一种投影光学***，通过复数个透镜将一第1面的一影像投影于一第2面上，其特征在于：包括：
一第1透镜群，配置于该第1面与该第2面之间的光路中，且该第1透镜群具有负屈折力；
一第2透镜群，配置于该第1透镜群与该第2面之间的光路中，且该第2透镜群具有正屈折力；
一第3透镜群，配置于该第2透镜群与该第2面之间的光路中，且该第3透镜群具有负屈折力；
一第4透镜群，配置于该第3透镜群与该第2面之间的光路中；
一第5透镜群，配置于该第4透镜群与该第2面之间的光路中，且该第5透镜群具有正屈折力，
其中，在该投影光学***中，该些透镜的透镜面的有效内径或透镜外径，在从该第1面侧朝向该第2面侧的方向上的结构，在该第1透镜群中为单调的逐片增加，在该第2透镜群中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在该第3透镜群中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在该第5透镜群中为单调的逐片减少，
当该第2透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx2，且该第3透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn3之际，满足1.7＜Mx2/Mn3＜4，
该些透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形，
该投影光学***的该第2面侧的一数值孔径为0.8以上。
2、如权利要求1所述的投影光学***，其特征在于：还包括一孔径光圈，位于该第3透镜群与该第2面之间。
3、一种投影光学***，通过复数个透镜将一第1面的一影像投影于一第2面上，其特征在于：包括：
一第1透镜群，配置于该第1面与该第2面之间的光路中，且该第1透镜群具有负屈折力；
一第2透镜群，配置于该第1透镜群与该第2面之间的光路中，且该第2透镜群具有正屈折力；
一第3透镜群，配置于该第2透镜群与该第2面之间的光路中，且该第3透镜群具有负屈折力；
一第4透镜群，配置于该第3透镜群与该第2面之间的光路中；
一第5透镜群，配置于该第4透镜群与该第2面之间的光路中，且该第5透镜群具有正屈折力，
其中，该投影光学***中的该些透镜中的从该第1面侧起的总数为2片至4片的透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为单调的逐片增加，
在该投影光学***中，该些透镜的透镜面的有效内径或透镜外径，在从该第1面侧朝向该第2面侧的方向上的结构，在该第2透镜群中将所具有的倾向从逐片增加转变为逐片减少，在该第3透镜群中将所具有的倾向从逐片减少转变为逐片增加，以及在该第5透镜群中为单调的逐片减少，
当该第4透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx4，且该第4透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn4之际，满足0.77＜Mn4/Mx4＜1，
该些透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形，
该投影光学***的该第2面侧的一数值孔径为0.8以上。
4、如权利要求3所述的投影光学***，其特征在于：还包括一孔径光圈，位于该第3透镜群与该第2面之间。
5、一种投影光学***，通过复数个透镜将一第1面的一影像投影于一第2面上，其特征在于：包括：
一第1透镜群，配置于该第1面与该第2面之间的光路中，且该第1透镜群具有负屈折力；
一第2透镜群，配置于该第1透镜群与该第2面之间的光路中，且该第2透镜群具有正屈折力；
一第3透镜群，配置于该第2透镜群与该第2面之间的光路中，且该第3透镜群具有负屈折力；
一第4透镜群，配置于该第3透镜群与该第2面之间的光路中，且该第4透镜群具有一孔径光圈；
一第5透镜群，配置于该第4透镜群与该第2面之间的光路中，且该第5透镜群具有正屈折力，
其中，于该投影光学***中，该些透镜的透镜面的有效内径或透镜外径的结构在该第2透镜群中所持有的为极大，该第3透镜群中所持有的为极小，该第3透镜群至该第5透镜群中所持有的为极大，且在该第1面至该第2面之间仅具有一个显著的极小，
该些透镜之中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形，
该投影光学***的该第2面侧的一数值孔径为0.8以上。
6、如权利要求5所述的投影光学***，其特征在于：其中该投影光学***中的该些透镜所形成的复数个空气透镜之中配置于最靠近该第1面侧的该些空气透镜的一具有双凸形状。
7、如权利要求6所述的投影光学***，其特征在于：其中当该第2透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx2，且该第3透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn3之际，满足1.7＜Mx2/Mn3＜4。
8、如权利要求7所述的投影光学***，其特征在于：其中当该第4透镜群中具有最大有效内径之面的有效内径或具有最大外径的透镜外径为Mx4，且该第4透镜群中具有最小有效内径之面的有效内径或具有最小外径的透镜外径为Mn4之际，满足0.77＜Mn4/Mx4＜1。
9、如权利要求8所述的投影光学***，其特征在于：其中该第1透镜群至该第4透镜群的各个透镜群中的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
10、如权利要求9所述的投影光学***，其特征在于：其中该第1面与该第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及该第2面与该第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
11、如权利要求10所述的投影光学***，其特征在于：其中该第1面与该第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜，以及该第2面与该第3透镜群中的具有最小有效内径的透镜面或具有最小外径的透镜之间的位置中至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
12、如权利要求11所述的投影光学***，其特征在于：其中该投影光学***中的该些透镜中的该孔径光圈位于该第1面侧的至少一个透镜，以及该投影光学***中的该些透镜中的该孔径光圈位于该第2面侧的至少一个透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
13、如权利要求12所述的投影光学***，其特征在于：其中该投影光学***中的该些透镜中的该孔径光圈位于该第1面侧的至少一个透镜，以及该投影光学***中的该些透镜中的该孔径光圈位于该第2面侧的至少一个透镜具有可对光轴旋转的非对称透镜面，且保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
14、如权利要求13所述的投影光学***，其特征在于：其中，
该第1透镜群至少具有一个负透镜；
该第2透镜群至少具有一个负透镜及至少三个正透镜；
该第3透镜群至少具有二个负透镜；
该第5透镜群至少具有四个正透镜。
15、如权利要求14所述的投影光学***，其特征在于：其中该投影光学***中的该些透镜中的至少一个透镜具有一非球面形状的透镜面。
16、如权利要求15所述的投影光学***，其特征在于：其中具有该非球面形状的透镜面的透镜保持成可以调整位置及姿势中至少一种的情形。
17、如权利要求16所述的投影光学***，其特征在于：其中该投影光学***中的该些透镜至少具有具非球面形状的透镜面的一第1非球面透镜，以及具非球面形状的透镜面的一第2非球面透镜，且当该第1非球面透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为D1，且该第2非球面透镜的透镜面的有效内径或透镜外径为D2之际，满足0.8＜D1/D2＜1.2。
18、一种投影曝光装置，将设于一投影原版的一图案的影像投影曝光于一工作件上，其特征在于：包括：
一光源，用以供给一曝光光线；
一照明光学***，用以将来自该光源的该曝光光线导至该投影原版上的该图案；以及
如权利要求1项至权利要求17项中任一项的投影光学***，其中，该投影原版可配置于该第1面上，且该工作件可配置于该第2面上。
19、一种投影曝光方法，将设于一投影原版的一图案的影像投影曝光于一工作件上，其特征在于：包括：
供给一曝光光线；
将该曝光光线导至该投影原版上的该图案；以及
使用权利要求1项至权利要求17项中任一项的投影光学***将配置于该第1面的该投影原版的该图案的影像投影于配置于该第2面的该工作件上。
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