(57)【要約】【目的】光学系が絞りを中心とした対称形状に形成され、倍率調整の際には、絞りの前後の対応位置に配された第２、第３レンズ群を移動させることで、結像倍率のずれの補正調整や、基板伸縮に応じた結像倍率調整を、収差を良好に保ち、かつ製造性を向上させつつ、簡易かつ良好に行う。【構成】マスクパターンをワーク上に投影する投影光学系において、物体側から順に、光束をテレセントリックとするための正の第１レンズ群Ｇ１、倍率調整機能および結像機能を有する第２レンズ群Ｇ２、絞り１、倍率調整機能および結像機能を有する第３レンズ群Ｇ３、光束をテレセントリックとするための正の第４レンズ群Ｇ４が配列されてなり、レンズ系全体として、絞り１を挟んで対称形状とされている。【選択図】　　　　　図１
2004012825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のレンズ群からなる前群と、第３および第４のレンズ群からなる後群とが絞りを挟んで略対称形状に配置され、前記第１および第４の各レンズ群はテレセントリック光学系として機能し、前記第２および第３の各レンズ群は倍率調整機能を有し、かつ主たる結像光学系とされてなることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、絞りと、正の第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが配列されてなり、これら第１から第４のレンズ群が前記絞りを中心として略対称形状をなすように構成されるとともに、倍率調整時に、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が光軸方向に移動するように構成されてなることを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
物体側および像側の光束が略テレセントリックとされていることを特徴とする請求項２記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を光軸の同一方向に同一距離だけ移動させることで結像倍率を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離をｆｆとしたとき、下記の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項４記載の投影光学系。
１．６＜ｆ２／ｆｆ＜１．９　・・・・・・（１）
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投影光学系を用いて、照明光学系により照明された原稿側のパターンをワーク上に投影して露光するように構成されていることを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学系および投影露光装置に関し、特に、プリント基板の作製等に用いられる投影光学系および投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリント基板を作製する際等において、原稿上のパターンをワーク上に投影するための投影光学系および投影露光装置が知られている。
そのうち、特許第３０２６６４８号には、レンズ系が絞りを挟んで対称形状に配置され、物体側および像側の光束が略テレセントリックである等倍投影レンズが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レンズ系が絞りに対して完全に対称であれば等倍結像とされることになるが、一般には、構成部品の製造誤差等により、レンズ系を完全な対称形状に作製することは困難であり、この結果、結像倍率が僅かながら等倍からずれてしまう。したがって、このずれを個々のレンズ系毎に補正する必要が生じる。
【０００４】
また、同一基板上に複数のパターンを露光させるときには像を正確に重ね合わせなければならず、温度変化等に伴って伸縮する基板に応じ、露光時において微妙な倍率の調整が必要になる。
【０００５】
一般に、レンズ系の結像倍率を変化させるためにはレンズ系全体を光軸方向に移動させればよいが、上述したような投影レンズ系では、物体側、像側ともに略テレセントリックとされているため、レンズ系全体を光軸方向に移動させても倍率を変化させることができない。
さらに、上述した投影露光装置においては、１回の投影露光により、なるべく大きな領域をカバーして製造性を向上させたいという要求がある。
【０００６】
本発明は、絞りに対して対称形状に配置され、物体側および像側がともに略テレセントリックとされた投影光学系および投影露光装置において、構成部品の製造誤差により生じた倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴う基板の伸縮に応じた結像倍率の調整を、収差を良好に保ちつつ、簡易かつ良好に行い得る、製造性に優れた投影光学系および投影露光装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の投影光学系は、第１および第２のレンズ群からなる前群と、第３および第４のレンズ群からなる後群とが絞りを挟んで略対称形状に配置され、前記第１および前記第４の各レンズ群はテレセントリック光学系として機能し、前記第２および前記第３の各レンズ群は倍率調整機能を有し、かつ主たる結像光学系とされてなることを特徴とするものである。ここでいう、主たる結像光学系とは、主に収差補正に寄与している光学系のことである。
【０００８】
本発明の第２の投影光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、絞りと、正の第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが配列されてなり、これら第１から第４のレンズ群が前記絞りを中心として略対称形状をなすように構成されるとともに、倍率調整時に、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が光軸方向に移動するように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この第２の投影光学系は、物体側および像側の光束が略テレセントリックとされていることが好ましい。
【００１０】
また、上記第１および第２の投影光学系において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を光軸の同一方向に同一距離だけ移動させることで結像倍率を変化させるように構成することが好ましい。
【００１１】
また、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離をｆｆとしたとき、下記の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．６＜ｆ２／ｆｆ＜１．９　・・・・・・（１）
【００１２】
また、本発明の投影露光装置は、上記いずれかの投影光学系を用いて、照明光学系により照明された原稿側のパターンをワーク上に投影して露光するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下３つの実施例について具体的に説明するが、各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【００１４】
【実施例】
＜実施例１＞
図１は、実施例１の投影光学系の基本構成を示すものである。
【００１５】
この実施例１の投影光学系は、図１に示すように、物体側から順に、光束をテレセントリックとするための正の第１レンズ群Ｇ１、倍率調整機能および結像機能を有する（収差補正に寄与する）正の第２レンズ群Ｇ２、絞り１、倍率調整機能および結像機能を有する（収差補正に寄与する）正の第３レンズ群Ｇ３、光束をテレセントリックとするための正の第４レンズ群Ｇ４が配列されてなり、レンズ系全体として、絞り１を挟んで対称形状とされている。
【００１６】
また、上記第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる固定の第１レンズＬ１のみからなる。
【００１７】
また、上記第２レンズ群Ｇ２は、光軸方向に移動可能な、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ５、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第６レンズＬ６からなる。
【００１８】
また、上記第３レンズ群Ｇ３は、光軸方向に移動可能な、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第７レンズＬ７、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第８レンズＬ８、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１からなる。
【００１９】
また、上記第４レンズ群Ｇ４は、物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる固定の第１２レンズＬ１２のみからなる。
【００２０】
また、上述したように、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４はテレセントリック機能を有し、この光学系の物体側および像側の光束が略テレセントリックとされている。
【００２１】
また、上記倍率調整機能を有する第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は光軸方向に同一距離だけ一体的に移動させることができるようになっており、これにより結像倍率を変化させることが可能となる。
【００２２】
このように、倍率調整の際には、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３のみを同一方向に同一距離だけ移動させることにより行っているので、収差の変動を最小限にとどめながら、倍率を変化させることができる。
【００２３】
さらに、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離をｆｆとしたとき、下記の条件式（１）を満足する。
１．６＜ｆ２／ｆｆ＜１．９　・・・・・・（１）
【００２４】
上記条件式（１）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の正のパワーが強くなり、レンズのわずかな移動量で倍率の変化が大きくなるため、必要な位置精度が高くなり過ぎてしまう。
一方、その上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ２の正のパワーが弱くなり、位置精度は緩和されるが、変化させるのに必要なレンズの移動量が大きくなってしまうため、機構の設計が難しくなる。
【００２５】
次に、この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズの入射光波長λ（＝４０４．６６ｎｍ）における屈折率Ｎを下記表１に示す。
【００２６】
ただし、この表１および後述する表２、３において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
なお、表１および後述する表２、表３において用いられている数値は、焦点距離を２０００とした場合の数値である。
【００２７】
【表１】
2004012825.tif 000003
【００２８】
また、表１の下段には実施例１における、ＦＮｏ．、全系の焦点距離ｆ´、第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離ｆｆ、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、上記条件式（１）に対応する数値を示す。
【００２９】
図２、３、４は実施例１の投影光学系の撮影倍率（×０．９９５）、（×１．０）および（×１．００５）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている（以下の図面についても同じ）。
この図２、３、４から明らかなように、実施例１の投影光学系によれば等倍付近において倍率調整した場合にもその倍率調整範囲に亘って良好な収差補正がなされる。
【００３０】
また、その倍率調整範囲が等倍から±０．５％の範囲で可能となっており、構成部品の製造誤差により生じた倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴う基板の伸縮に応じた結像倍率の調整に十分対応することが可能である。
また、像高ｙは１２５とされており、従来のものに比べて大きな領域をカバーすることができる。
【００３１】
＜実施例２＞
次に、実施例２の投影光学系について説明する。
この実施例２の投影光学系は、上記実施例１の投影光学系とほぼ同様の構成とされている。
【００３２】
次に、この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズの入射光波長λ（＝４０４．６６ｎｍ）における屈折率Ｎを下記表２に示す。
【００３３】
【表２】
2004012825.tif 000004
【００３４】
また、表２の下段には実施例２における、ＦＮｏ．、全系の焦点距離ｆ´、第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離ｆｆ、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、上記条件式（１）に対応する数値を示す。
【００３５】
図５、６、７は実施例２の投影光学系の撮影倍率（×０．９９５）、（×１．０）および（×１．００５）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図である。
この図５、６、７から明らかなように、実施例２の投影光学系によれば等倍付近において倍率調整した場合にもその倍率調整範囲に亘って良好な収差補正がなされている。
【００３６】
また、その倍率調整範囲が等倍から±０．５％の範囲で可能となっており、構成部品の製造誤差により生じた倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴う基板の伸縮に応じた結像倍率の調整に十分対応することが可能である。
また、像高ｙは１２５とされており、従来のものに比べて大きな領域をカバーすることができる。
【００３７】
＜実施例３＞
次に、実施例３の投影光学系について説明する。
この実施例３の投影光学系は、上記実施例１の投影光学系とほぼ同様の構成とされている。
【００３８】
次に、この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズの入射光波長λ（＝４０４．６６ｎｍ）における屈折率Ｎを下記表３に示す。
【００３９】
【表３】
2004012825.tif 000005
【００４０】
また、表３の下段には実施例３における、ＦＮｏ．、全系の焦点距離ｆ´、第１、第２の各レンズ群の合成焦点距離ｆｆ、第２レンズ群の焦点距離ｆ２、上記条件式（１）に対応する数値を示す。
【００４１】
図８、９、１０は実施例３の投影光学系の撮影倍率（×０．９９５）、（×１．０）および（×１．００５）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図である。
この図８、９、１０から明らかなように、実施例３の投影光学系によれば等倍付近において倍率調整した場合にもその倍率調整範囲に亘って良好な収差補正がなされている。
【００４２】
また、その倍率調整範囲が等倍から±０．５％の範囲で可能となっており、構成部品の製造誤差により生じた倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴う基板の伸縮に応じた結像倍率の調整に十分対応することが可能である。
また、像高ｙは１２５とされており、従来のものに比べて大きな領域をカバーすることができる。
【００４３】
図１１は上記実施形態の投影光学系を搭載した投影露光装置を示す概略図である。
この投影露光装置は、例えばマスクパターン１３に照明光を照射する光源および照明光学系１２と、該マスクパターン１３の像が投影されて、露光されるプリント基板等のワーク１４と、上記実施形態の投影光学系１１と、ワーク１４上のマスクパターン１３の像の大きさに基づいて、結像倍率を検出する結像倍率検出手段２１と、この検出された結像倍率に応じて、前記投影光学系１１の第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に同一距離だけ一体的に移動させる駆動手段２２を備えている。
【００４４】
このように、本実施形態に係る投影露光装置は、自動的に結像倍率を検出し、この検出結果に基づいて所定の倍率が維持されるように第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の配設位置が調整されるように構成されているので、構成部品の製造誤差により生じた結像倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴うワーク１４の伸縮に応じた結像倍率の調整を、簡易かつ良好に行うことができる。
【００４５】
なお、本発明の投影光学系および投影露光装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数および形状は適宜選択し得る。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の投影光学系および投影露光装置によれば、第１および第２のレンズ群からなる前群と、第３および第４のレンズ群からなる後群とが絞りを挟んで略対称形状に配置され、前記第１および第４の各レンズ群はテレセントリック光学系として機能し、前記第２および第３の各レンズ群は倍率調整機能を有し、かつ主たる結像光学系とされているので、倍率を調整する際において、収差の変動を最小限にとどめることができる。
【００４７】
また、本発明の第２の投影光学系および投影露光装置によれば、光学系が絞りを中心とした対称形状に形成され、倍率調整の際には、絞りの前後の対応位置に配された第２レンズ群および第３レンズ群を移動させることにより行なっているので、倍率を調整する際において、収差の変動を最小限にとどめることができる。
【００４８】
これにより、構成部品の製造誤差により生じた結像倍率のずれを補正する調整や、温度変化等に伴う基板の伸縮に応じた結像倍率の調整を、収差を良好に保ち、かつ製造性を向上させつつ、簡易かつ良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る投影光学系のレンズ構成図
【図２】実施例１に係る投影光学系の倍率×１．０における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図３】実施例１に係る投影光学系の倍率×０．９９５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図４】実施例１に係る投影光学系の倍率×１．００５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図５】実施例２に係る投影光学系の倍率×１．０における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図６】実施例２に係る投影光学系の倍率×０．９９５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図７】実施例２に係る投影光学系の倍率×１．００５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図８】実施例３に係る投影光学系の倍率×１．０における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図９】実施例３に係る投影光学系の倍率×０．９９５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図１０】実施例３に係る投影光学系の倍率×１．００５における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）
【図１１】本発明の実施形態に係る投影露光装置の概略図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ１２レンズ
Ｒ１〜Ｒ２５レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ２４レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ　　　　光軸
１　　　　絞り
１１　　　投影光学系
１２　　　光源および照明光学系
１３　　　マスクパターン
１４　　　ワーク
２１　　　結像倍率検出手段
２２　　　駆動手段
【図１】
2004012825.tif 000006
【図２】
2004012825.tif 000007
【図３】
2004012825.tif 000008
【図４】
2004012825.tif 000009
【図５】
2004012825.tif 000010
【図６】
2004012825.tif 000011
【図７】
2004012825.tif 000012
【図８】
2004012825.tif 000013
【図９】
2004012825.tif 000014
【図１０】
2004012825.tif 000015
【図１１】
2004012825.tif 000016