CN1704797A - 投影光学系统和图形描画装置 - Google Patents

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Abstract

投影光学系统(6)包括把以焦点(P1)为中心的凹面镜(611)作为背面镜而形成的凹凸透镜612即第一反射镜构件(61)和把在基准点(P1)与第一反射镜构件(61)之间并大致以基准点(P1)为中心的凸面镜(621)作为背面镜而形成的凹凸透镜(622)即第二反射镜构件(62)。来自物体侧的光与中心轴(J1)平行地入射在第一反射镜构件(61)上被凹面镜(611)，凸面镜(621)、凹面镜(611)反射后被与中心轴(J1)平行地引导出后形成像。借此可以使在凹面镜与凸面镜之间反射3次的投影光学系统(6)中通过凹面镜(612、622)抑制像差。

Description

投影光学系统和图形描画装置
技术领域
本发明涉及使来自物体的光在凹面镜与凸面镜之间三次反射的投影光学系统和利用该光学系统的图形描画装置。
背景技术
以前，作为通过将光照射在形成在半导基板、印刷电路基板或等离子显示装置、液晶显示装置掩模用玻璃基板(以下称为“基板”)上的感光材料上描画图形方法，用接近式或分步式曝光方式等将掩模图形转写到感光材料上的方法是公知的。这样的转写掩模图形的描画方式往往存在与描画的图形的节距和宽度的变更灵活地对应的困难。
特开昭57-51083号公报(文献1)提出一种光学投影系统，该光学投影系统具有互相对置的凸面镜和凹面镜，在使从物体侧入射的光经凹面镜反射后经凸面镜反射再经凹面镜反射并导引到规定位置而形成物体的像。
然而将光照射在掩模上后通过投影光学系统一边在基板的感光材料上形成掩模的像(光照射区域)，一边使掩模的像对着基板相对地移动，高效率地将线条状的图形描画在感光材料上，在采用这样的方法时，为了实现高速的图形描画，而必需采用能尽可能多地把通过掩模的光取入的物体侧数值孔径(NA)大的投影光学系统。可是一般地讲，因为当NA变大时像差也变大而通常使分辨率下降(即图形的描画控制的最小单位变大)，即使将透镜复杂地组合起来也往往难于构筑满足要求精度的投影光学系统。如文献1所述，虽然可以通过利用凹面镜和凸面镜的投影光学系统来抑制色散，但是难于抑制其它的各种像差。而且因文献1的投影光学系统不能变更投影放大率而不能改变掩模像的大小，又因不能调整成像位置而使与基板的凹凸的对应困难。
发明内容
本发明用作使来自物体侧的光在凹面镜与凸面镜之间3次反射的投影光学系统，把能变更投影放大率作为主要目的。另外也把抑制像差作为目的，还把调整成像位置作为目的。
按照本发明的一种方式，投影光学系统，包括：配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，配置在把来自物体侧的光，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的光路上的第一透镜，将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光引导到像侧的第2透镜，以及使上述第1透镜和上述第2透镜沿着光轴移动的透镜移动机构。
通过本发明可以在使来自物体侧的光在凹面镜与凸面镜之间反射3次的投影光学系统中变更投影放大率。
按照本发明的另一实施方式，投影光学系统，包括：包括：第一反射镜构件，该第一反射镜构件是把配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，第二反射镜构件，该第二反射镜构件是把在上述基准点与上述第一反射镜构件之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，来自物体侧的光一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地入射到上述第一反射镜构件，并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地导出。
通过本发明可以利用2个背面镜一边抑制像差一边形成物体的像。
优选的是，第一反射镜构件的凹凸透镜具有负的放大率，第2反射镜构件的凹凸透镜具有正的放大率。另外，优选的是，第1反射镜构件的凹凸透镜的中心轴上的厚度大约是2个透镜面的曲率半径的差的一半。
按照本发明的又一个其它方式，投影光学系统，包括：
配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，把从物体侧朝向上述中心轴的光在上述中心轴旁边反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的第一折回反射镜，将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光反射后，向偏离上述中心轴方向引导的第2折回反射镜，以及通过移动上述第1折回反射镜或上述第2折回反射镜来变更上述中心轴与成像位置之间距离的镜移动机构。
按照本发明，可以在使来自物体侧的光在凹面镜与凸面镜之间3次反射的投影光学系统中调整成像位置。另外为了高效率地变更中心轴与成像位置之间的距离，而镜移动机构优选的是使第1折回反射镜与第2折回反射镜一体地移动。
本发明也用作具有上述光学系统并描在基板上的感光材料上描画图形的图形描画装置。
通过参照附图进行以下的本发明的详细说明，可使上述的目的和其它的目的、特征方式和优点更加清楚。
附图说明
图1是表示图形描画装置构成的图。
图2是表示第1掩模的图。
图3是表示第2掩模的图。
图4是表示掩模部的构成的图。
图5是表示在基板上形成的多个光照射区域的一部分的图。
图6是表示控制部的构成和关于控制的信息流的流程图。
图7是表示在感光材料上的图形描画动作流的图。
图8和图9是表示投影光学系统的图。
图10A和图10B是表示在放大率1.02时的横向像差的图。
图11是放大率为1.02时畸变的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施方式的图形描画装置1的构成的图。图形描画装置1是通过将光照射在液晶显示装置用的的玻璃基板9(以下简称为“基板9”)上来在基板9上的感光材料(在本实施方式中为彩色抗蚀剂)上描画多个线条状图形的装置。描画有图形的基板9经后续的其它工序最终形成作为液晶显示装置的组装部件的滤色器。
在图形描画装置1中，载物台移动机构2设置在基台11上，并通过载物台移动机构2使保持基板9的载物台单元3能沿基板9的主面向图1中的Y方向移动。架12跨过载物台单元3并固定在基台11上，在架12上安装掩模交换器4和头部5。
载物台移动机构2与电动机2构成为将滚珠螺杆22连接在电动机上又将固定在载物台单元3上的螺母23安装在滚珠螺杆22上的构造。在滚珠螺杆22的上方固定导轨24，当电动机旋转时，载物台单元3与螺母23一起沿着导轨24向Y方向滑动地移动。
载物台单元3包括：直接保持基板9的载物台31，以垂直基板的主面的轴为中心使载物台31旋转的载物台旋转机构32，可使载物台31旋转地支持的支持板33和保持支持板33的底板34，在底板31上直接固定上述螺母23。在支持板33上设置通过作为二维排列的受光元件组的摄像器件接收从头部5照射的光的摄像机35。另外，可以将摄像机35的摄像面预先调整为与基板9的感光材料的表面相同的高度。
头部5包括：支持头部5的头支持部50，使头部5向图1中的X方向(即与相对头5的载物台单元3的相对移动方向的正交方向)移动的头部移动机构501，将光向基板9发射的光发射部51，具有通过多个开口排列形成的2个掩模(以下从靠近光发射部51开始顺次称为第1掩模53、第2掩模54)的掩模部52，将来自光发射部51的光引导到掩模部52的辅助光学系统51a、和将通过掩模部52的光引导到基板9上的投影光学系统6。
光发射部51通过光纤511和在感光材料上进行光照射的ON/OFF的快门512连接在水银灯513上。来自水银灯513的光从光发射部51发射并经辅助光学系统51a后，顺次通过配置在光路上的第1掩模53和第2掩模54(以下在用2个1组指第1掩模第2掩模的场合称为“掩模组”)的开口。这样，光在头部5上通过光发射部51，辅助光学系统51a和掩模部52以规定光源图形发射后，通过投影光学系统6将掩模部52的像形成在基板9上作为通过掩模部52的光在基板上的多个照射区域。这时，相当于图形描画控制的最小单位的投影光学系统6的分辨率在X方向和Y方向彼此不同，实际上光照射区域在X方向的分辨率高。另外，投影光学系统6的对焦位置(即成像位置)可以调整，而且基板9上的光照射区域可以微小地扩大或缩小。就投影光学系统6将在图形描画装置体1的整体说明后详细描述。
头部移动机构501通过由电动机502驱动滚珠螺杆机构使导头部5沿着导轨503向X方向移动。与头部5相邻设置的掩模交换器4存储多个掩模，利用掩模交换器4根据需要交换掩模部52的掩模。
载物台移动机构2、载物台单元3、摄像机35、快门512头部移动机构501、掩模部52、投影光学系统6和掩模交换器4与控制部7相连，这些构成由控制部控制，由图形描画装置1进行在基板9上的图形描画。输入部8与控制部7相连，由操作者通过输入部8将基板9上的多个光照射区域的各自在X方向的宽度(是第1掩模53的开口排列的方向的宽度，以下简称为“宽度”)和多个光照射区域的间隔(是从各光照射区域的中心到邻接的光照射区域的中心的距离，以下称为“节距”)的设定值输入给控制部7。
图2和图3分别是表示第1掩模53和第2掩模54的图。在第1掩模53上在图2中的X方向排列形成作为光通过的多个光通过区域的第1开口531。在第2掩模54上排列形成作为分别与多个第1开口531对应的多个光通过区域的第2开口541。与第1开口531和第2开口541的形状是矩形，开口的长度(即与第1开口531和第2开口541的排列方向正交方向的尺寸)和宽度(即第1开口531和第2开口541排列的方向的宽度)与第2开口541相比，第1开口531的都大。另外第1开口531的宽度是相同的，而且从各第1开口531的中心到相邻的第一开口531的中心的距离即节距也是一定的。同样第2开口541的宽度和节距也相等，第2开口541的节距与第1开口531的节距相等。另外，虽然图2的第1掩模53和图3的第2掩模54的开口长度比宽度长，但开口的长度比宽度短也可以。
图4是表示掩模部52的构成的图。掩模部52包括：保持第1掩模部53的第1掩模保持部55，保持第2掩模部的第2掩模保持部56和使第1掩模53向图4中的X方向(即第1开口531和第2开口541排列的方向)移动的掩模滑动机构57。另外，在图4中用粗线表示第1掩模保持部55和第1开口531。
第2掩模54与第1掩模53相对地抵接，以使各第2开口541与对应的第1开口531重叠。因此第1开口531与第2开口541的互相重合的区域(在图4中通过附加平行斜线表示。)520变成相同的宽度，在第1开口531和第2开口541上以相等的一定节距排列。来自光发射部51(参照图1)的光顺次通过第1开口531和第2开口541引导到基板9上的感光材料上，然后照射具有与区域520对应的形状和节距的多个光照射区域上。在以下的说明中，把实际的光通过的区域即区域520称为“掩模组开口”。
另外，第2掩模54不一定相对第1掩模53物理地抵接，可以只光学地互相重合。例如第1掩模53和第2掩模54也可以只离开考虑焦深后的尺寸(例如数μ的程度)，也可以分别地配置在光学共轭的位置上。
掩模滑动机构57包括：保持第1掩模55的滑动架571、滑动用电动机572和连接在滑动用电动机572上的滚珠螺杆机构573，当电动机572通过控制部7的控制驱动滚珠螺杆机构573时，第1掩模部55沿滑动架571向X方向移动，结果被第1掩模保持部55保持的第1掩模53也向X方向移动，第1开口531与第2开口541的重叠状态变化，同时掩模组开口520的宽度变化，基板9上的光照射区域的宽度也变化。这时因为掩模组开口520的节距不变化，所以只掩模组开口520的宽度相对掩模组开口520之间的(光不通过区域的)宽度的比变化。
虽然图中省略示出，但在第1掩模保持部55与第2掩模保持部56之间设置离合机构，第1掩模保持部55移动的期间第2掩模保持部56下降少许，第1掩模53与第2掩模54分离。从而可以防止第1掩模53与第2掩模54之间的损伤和产生尘埃。
图5是表示形成在基板9的感光材料上的多个光照射区域90的一部分的图。多个光照射区域90分别与掩模组开口520(参照图4)相对应，多个光照射区域90的宽度变成相同，并且节距也变成一定。如已经描述那样，光照射区域90的宽度和节距可以通过图1中所示的投影光学系统来少许扩大和缩小。
图6是表示控制部7的构成和关于控制的信息流的方框图，示出了控制部7中的各种构成的功能，实际上通过跟踪程序进行运算处理的CPU、存储器、专用运算电路、接口等实现。控制部7具有控制光照射区域90的宽度和节距的照射区域控制部71和相对基板9上的感光材料的光照射区域90的扫描控制部72，作为主要的构成。
照射区域控制部71包括：根据来自摄像机35的图像信号检测多个光照射区域90的各自宽度的宽度检测部711、检测节距的节距的检测部712、控制光照射区域90宽度的宽度控制部713、控制节距的节距控制部714和存储光照射区域90的宽度和节距的调整所必要的信息的存储部715。
表示装在掩模部52上的掩模组与能通过该掩模组和投影光学系统6实现的光照射区域90的宽度和节距的对应关系的掩模表716预先制成并存储在存储部715中。在存储部715中，还存储在投影光学系统6中成像位置调整时用的聚焦表717、从输入部8输入的光照射区域90的宽度设定值(以下称“设定宽度”)718和节距设定值(以下称“设定节距”)719。
载物台移动机构2、摄像机35、快门512，掩模滑动机构57、投影光学系统6、掩模交换器4和输入部8连接在照射区域控制部71上可以通过由照射区域控制部71根据来自摄像机35和输入部8的信息通过控制这些构成来调整光照射区域90的宽度和节距。
载物台移动机构2、载物台旋转机构32、头部移动机构501和快门512连接在扫描控制部72上，可以通过由扫描控制部72控制这些构成来对感光材料进行光的照射和光照射区域90的扫描。
图7是表示图形描画装置1的在感光材料上描画图形的描画动作流的流程图。首先由操作者将设定宽度718和设定节距719从输入部8输入并由照射区域控制部71接收后存储在存储部715中(步骤S11)。接着通过控制部7的控制调整光照射区域90的宽度和节距，使设定宽度718和设定节距719分别变成相等(步骤S12)。
具体地说，通过由照射区域控制部71控制的摄像机3对多个光照射区域90进行摄像，通过在节距检测部712中的运算处理来检测出光照射区域90的节距。接着，根据检测结果通过节距控制部71变更投影光学系统6的放大率，将光照射区域90的节距设定为与设定节距719相等。这时根据聚焦表717等控制投影光学系统6，使投影光学系统6的成像位置与摄像机35的摄像面(基板9上的感光材料的表面)一致。另外也可以不用聚焦表71而通过重复进行摄像和投影光学系统6的控制来进行成像位置的调整。
当节距调整和成像位置的调整结束时，由检测部711检测多个照射区域90的各个宽度，根据检测结果由宽度控制部713控制掩模滑动机构57，变更掩模开口520的宽度。结果调整光照射区域90的宽度，使该宽度与设定宽度相等。另外，在根据掩模表716判断为只通过投影光学系统6的放大率变更不能进行调整光照射区域90的宽度或节距的调整的场合，通过掩模交换器4交换掩模部52的掩模。
虽然在此是就图形描画装置1具有1个头部5的场合进行说明的，但图形描画装置1也可以具有多个头部，在这时可以对各个头部进行光照射区域的宽度和节距的调整。即，摄像机35顺次分别向多个头部的下方相对的移动，并调整各头部中的光照射区域的宽度和节距。这时通过检测摄像机35相对各头部的相对的移动量也能取得头部间的距离，彼此独立地进一步调整向X方向可能移动的多个头部的位置(在各头部中掩模全体向X方向移动的场合，该掩模部的位置)。
当光照射区域90的宽度和节距调整结束时，通过扫描控制部32控制载物台移动机构2和头部移动机构501使头部5相对载物台31向规定的描画开始位置移动(步骤S13)。具体地说，载物台31向(+Y)侧移动，头部5向(-X)侧移动。光从头部5开始光的发射(步骤S14)，光照射在基板9的感光材料上的光照射区域90上。
然后开始使载物台31向图1中的(-Y)方向的移动(步骤S15)，通过对光照射区域90向图1中的(+Y)方向相对感光材料以一定的相对速度进行扫描，将具有设定宽度和设定节距的线条状的多个图形描画在基板9上的感光材料上。当光照射区域90的扫描到达规定的结束位置时，载物台31的移动就停止(步骤S16)，光照射停止(步骤S17)。
当对感光材料的第1次扫描结束时，确认是否对基板9重复向同方向延伸的线条状的图形的描画(即下次描画的有无)(步骤S18)，在有下次的扫描的场合就返回到步骤S13，使载物台31移动到下次描画开始位置，光的照射和载物台31的移动(步骤S13～S17)只重复需要的次数。光照射区域90的扫描时的载物台31的移动交替地向(+Y)方向和(-Y)方向进行，在第2次以后的步骤S13中，只要头部移动机构501使头部5向(+X)方向只移动规定的距离，头部5就移动到描画开始位置。
当线条状的图形描画在基板9上的感光材料全部上时，图形描画装置的描画动作结束。另外，在感光材料是彩色抗蚀剂的场合，不执行图7中的步骤S19。
将描画有图形的基板9从图形描画装置1搬出，通过另外显影在基板9上残存的感光材料变成滤色器的子像素。这时，感光材料一般使用在显影时曝光部分(即光照射过的部分)残留的负型的彩色抗蚀剂。然后重复进行彩色抗蚀剂的涂布，利用图形描画装置1的描画和显影，在基板9上形成R(红)、G(绿)、B(青)三色子像素。再经透明电极的形成等工序将基板9变成用在液晶显示装置上的滤色器。
在将格子状的图形描画在基板9上时执行图7中的步骤S19。作为具体的例子，在将描画装置1使用于滤色器的黑色矩阵的描画时执行。
在格子状的图形描画的场合，当通过步骤S11～S18完成了1个方向的线条状的图形的描画时，确认与描画完的图形正交的方向的图形的描画有无(步骤S19)，通过控制部7驱动载物台旋转机构32，使载物台31在以与保持在载物台单元3上的基板9的主面垂直的轴为中心旋转90°(步骤S19)。借此可以使光照射区域90的扫描方向相对基板上的感光材料相对变更90°。
在扫描方向变更后，将载物台单元3移动到摄像位置并调整光照射区域90的宽度和节距(步骤S12)，接着将载物台31移动到描画开始位置，只重复描画线条状的图形的动作所需要的次数(步骤S13～S18)。这样一来，利用图形描画装置1，也能通过使载物台31旋转来在基板9上的感光材料上描画格子状的图形。
如以上所述，用图1的图形描画装置1通过光发射部51、辅助光学系统51a和掩模部52使光以规定的光源图形发射，通过后述的投影光学系统6在基板9上形成X方向高分辨率的掩模部52的像(光照射区域90)。然后可以通过在基板9上使掩模部52的像相对的扫描来在基板9的感光材料上正确地描画线条状(或格子状)的图形。
另外，在基板上的掩模部52的像相对基板的Y方向的扫描也可以通过使头部5相对基板9移动来实现。另外，也可以在掩模部52中准备具有在X方向以一定节距排列形成的同样的宽度和长度的矩形开口群(以下称“开口列”)在Y方向(即，光照射区域的扫描方向)排列的2个掩模，并通过进行使用的开口列的选择来实现具有不同的宽度和节距的图形描画。另外，作为以规定的光源图形发射光的光源部的功能，除了使光发射部51和掩模部52的组合以外，也可以例如通过以规定的节距排列的多个光源来实现。
另外，图形描画装置1特别适合于与平板状面板显示装置(液晶显示装置、等离子显示装置、有机EL显示装置等)这样的面板的制造，也适合于半导体基板和印刷电路配线基板或光掩模用的玻璃基板上的规则的精细图形的描画。
下面就用在图1的图形描画装置1中的投影光学系统进行详细描述。图8和图9是表示投影光学系统6的内部构成的图，图8是表示从图1中的(-X)侧向(+X)方向看投影光学系统6的内部的场合的状态的图。图9是表示从(-Y)侧向(+Y)方向看时的状态的图。另外，在图9中除了第1反射镜构件61、第2反射镜构件62、第1透镜63、第2透镜66、第1折回反射镜64和第2折回反射镜65之外，省略示出。
在图8中所示的投影光学系统6包括：具有平行于Y方向的规定的中心轴J1的第1反射镜构件61和第2反射镜构件62，该第1反射镜构件61具有把配置在中心轴J1上并以在中心轴J1上在投影光学系统6的(+Y)侧设想的基准点P1为中心的凹面镜611作为背面镜而形成的凹凸透镜612，该第2反射镜构件62具有在基准点P1与第1反射镜构件61之间并配置在中心轴J1上且把大致以基准点P1为中心的凸面镜621作为背面镜而形成的凹凸透镜622。第2反射镜构件62的凹凸透镜622形成为具有正放大率的透镜。在凹凸透镜621上中心轴J1上的厚度大致等于2个透镜面的曲率半径差的一半。第1反射镜构件63的凹凸透镜612形成为具有负放大率的透镜，另外如图9所示，将第1反射镜构件61的(+X)侧和(-X)侧的部位切掉，以谋求实现投影光学系统的小型化。
投影光学系统6还包括配置在第2反射镜构件62的(+Z)侧(即，是图1中的掩模部52侧，在图8和图9中所示的投影光学系统6中附加符号91的物体侧)配置的第1透镜63和第1折回反射镜64，以及在第2反射镜构件62的(-Z)侧(即是基板9侧，在图8和图9中所示的投影光学系统6中附加符号92的像侧)配置的第2折回反射镜65和第2透镜66。第1透镜63沿着光轴J2从物体91侧开始顺次具有凸面朝向中心轴J1的正的凹凸透镜631和负的凹凸透镜632，第2透镜66也同样具有凸面向中心轴J1的负的凹凸透镜661和正的凹透镜662。
如图8所示那样，第1透镜63连接在具有电动机671、滚珠螺杆机构672和导轨(例如是交叉滚子导轨，在图8中未示出)的第1透镜移动机构67上，可以沿光轴J2移动，另外第2透镜66也同样连接在具有电动机681、滚珠螺杆机构682和导轨的第2透镜移动机构68上，并沿着光轴J2移动。第1折回反射镜64和第2折回反射镜65被镜支持部691一体地支持，通过由具有电动机692，滚珠螺杆机构693和导轨的镜移动机构69移动镜支持部691使第1折回反射镜64和第2折回反射镜65一体地向图8中的Y方向移动。
从物体91侧(图1中的掩模部52侧)入射到投影光学系统6的光经由第1透镜63朝向中心轴J1被第1折回透镜64在第中心轴J1的旁边反射后一边偏离中心轴J1一边与中心轴J1平行地引导到第1反射镜构件61上。通过凹凸透镜612后入射在凹面镜611上的光被凹面镜611反射后通过凹凸透镜612引导到第2反射镜构件62上。然后被凸面镜621反射的光通过凹凸透镜622、612再次引导到凹面镜611上，被凹面镜621反射。就这样，顺次被凹面镜611、凸面镜621、凹面镜611反射的光通过凹凸透镜612一边偏离中心轴J1，一边与中心轴J1平行地导出。
这时，可以通过凹凸透镜612、622的透镜面补偿由凹面镜611和凸面镜621产生的像差(例如畸变像差)。来自凹面镜611的光被第2折回反射镜65反射到位于偏离中心轴J1方向的像92侧(图1中的基板9侧)，然后被第2透镜66引导到基板9的感光材料上形成掩模部52的像92。另外，通过第1透镜移动机构67和第2透镜移动机构68使第1透镜63和第2透镜66沿着光轴J2移动，可以实现在基板9上的掩模部52的像的放大或缩小。
配置第1反射镜构件61和第2反射镜构件62，使得投影光学系统6能获得Y方向低而X方向高的分辨率。从而在上述图形描画装置1中，可以通过使掩模部52的像相对基板9向Y方向相对移动形成X方向精度高的线条状的图形。另外，在图形描画装置1的投影光学系统6中，在来自第2反射镜构件62的光被第2折回反射镜65向X方向反射的场合，掩模部52的像相对主面法线朝X方向的基板向Z方向移动，而在省略第2折回反射镜65的场合，相对主面的法线朝Y方向的基板9向Z方向移动。即，通过载物台移动机构2使掩模部52的像一边沿着基板9的主面一边向与包含在凹面镜611与凸面镜621之间的光轴J2的平面平行的方向移动。
在投影光学系统6中，可以再通过镜移动机构69使第1折回反射镜64和第2折回反射镜65一体地向Y方向移动来变更从物体91侧到像92侧的光路长度，并且一边使物体91与投影光学系统6之间的距离一定一边高效率地变更中心轴J1与成像位置之间的距离。换句话说，通过镜移动机构69使成像位置至少向Z方向移动，就能容易地实现可调整的成像位置调整机构。另外，虽然成像位置随着调整也向Y方向移动，但是因为投影光学系统Y方向的分辨率低，所以在图形描画装置1中的图形描中不会成为问题。
如以上所述，因为在投影光学系统6中设置把凹面镜611作为背面镜而形成的凹凸透镜612，即第1反射镜构件61，和把凸面镜621作为背面镜而形成的凹凸透镜622，即第2反射镜构件62，所以可以实现利用2个反射镜构件61、62的折射面一边抑制像差一边形成物体的像。因此可以在投影光学系统6中一边使物体侧数值孔径(NA)大一边保持X方向的一定。结果可以通过使用图8的投影光学系统6的图形描画装置1不会使分辨率下降地取入更多的来自掩模部52的光量并且可以在基板9上高速地描画图形，使生产率提高。
通过移动第1折回透镜64和第2折回透镜65可以在使从物体侧入射的光在凹面镜611与凸面镜621之间从凹面镜611侧交替地反射3次的投影光学系统6中调整成像位置。因此在图形描画装置1中，在基板9的主面上有凹凸和弯曲的场合或者即使有厚度不同的基板9处理的场合，也能实现在基板9上的感光材料的表面上使成像位置对准，并且可以高精度地在基板9上描画图形。另外，在投影光学系统6中，也可以通过使第1折回反射镜64和第2折回反射镜65中的一个X方向或Y方向移动来实现成像位置的调整。
还可以通过使第1透镜63和第2透镜66沿光轴J2移动来实现在投影光学系统6中变更投影放大率，结果可以容易地在图形描画装置1中变更描画的图形的宽度和节距，并且可以在基板上正确地描画图形。
虽然投影光学系统6特别适用于描画线条状的图形的描画装置，但是也可以用于其它的用途。
另外，在图1的图形描画装置1的辅助光学系统51a中也可以用从投影光学系统6开始除第1透镜63和第2透镜66的同样的部件。这时也可以省去凹凸透镜611和622。
接着就投影光学系统6的具体例进行说明。
例1的投影光学系统6的规格参数值如下
光照射区域尺寸(X方向)：47mm
光照射区域尺寸(Y方向)：4mm
放大率0.98-1.02
物体侧数值孔径：0.20
分辨率(X方向)：5μm
分辨率(Y方向)：50μm
由于光学系统成比例地放大或缩小也能得到相同的性能，所以上述的规格参数值不是绝对的。
表1表示投影光学系统6的设计例，表2表示投影光学系统6的放大率是1.02倍、1.00倍、0.98倍时的表1中的变数A1、B1、C1、D1的值。另外在表1中的inf是表示曲率半径是无穷大，n(365)表示所用的玻璃材料的相对波长365nm的光的折射率。
表1
面序号 曲率半径  间隔  n(365)  口径
 0  A1
 1 -173.507  9.000  1.58013  68
 2 -64.138  1.200  68
 3 -64.270  7.000  1.62741  68
 4 -187.513  B1  73
 5 inf  0.000
 6 inf  0.000  反射镜  90×70
 7 inf  -166.736
 8 264.146  -17.000  1.47454  160×260
 9 295.873  17.000  反射镜  160×260
 10 264.146  131.736  160×260
 11 140.288  8.000  1.47454  74
 12 164.837  -8.000  反射镜  66
 13 140.288  -131.736  74
 14 264.146  -17.000  1.47454  160×260
 15 295.873  17.000  反射镜  160×260
 16 264.146  166.736  160×260
 17 inf  0.000
 18 inf  0.000  反射镜  90×70
 19 inf  C1
 20 -187.513  -7.000  1.62741  73
 21 -64.270 -1.200  68
 22 -64.138 -9.000  1.58013  68
 23 -173.507 D1  68
 24 inf
表2
放大率 1.02  1.00 0.98
 A1 12.000  19.746 47.345
 B1 65.350  57.604 30.005
 C1 -30.000  -57.604 -65.351
 D1 -47.350  -19.746 -11.999
用图10A和图10B表示距放大率为1.02光轴上的物体高度0mm和23.5mm的像面上的横向像差，右侧与径向平面相对应，左侧与切向平面相对应。图11表示在1.02倍下的畸变，横轴的单位是百分率，纵轴是以最大高度规一化的物体的高度，最大刻度是1。
例2的投影光学系统6的规格参数如下
光照射区域尺寸(X方向)：40mm
光照射区域尺寸(Y方向)：1mm
放大率0.99-1.01
物体侧数值孔径：0.20
另外，因为光学系统成比例地放大或缩小可以得到相同的性能，所以上述的规格数值不是绝对的。
表3表示投影光学系统6的设计例，表4是表示投影光学系统6的放大率是1.01倍、1.00倍、0.99倍时的表3中的变数A2、B2、C2、D2的值，另外表3中的inf表示曲率半径是无穷大。n(365)表示所用的玻璃材料的相对波长365nm的光的折射率。
表3
面序号 曲率半径  间隔  n(365)  口径
 0  A2
 1 -110.000  5.000  1.61262  62
 2 -81.000  4.340  62
 3 -80.600  4.000  1.53575  64
 4 -127.000  B2  66
 5 inf  0.000
 6 inf  0.000  反射镜  78×54
 7 inf  -159.970
 8 245.000  -14.000  1.47454  143×222
 9 274.000  14.000  反射镜  143×222
 10 245.000  124.270  143×222
 11 124.600  6.000  1.47454  62
 12 146.500  -6.000  反射镜  56
 13 124.600  -124.270  62
 14 245.000  -14.000  1.47454  143×222
 15 274.000  14.000  反射镜  143×222
 16 245.000  159.970  143×222
 17 inf  0.000
 18 inf  0.000  反射镜  78×54
 19 inf  C2
 20 -127.000  -4.000  1.53575  66
 21 -80.600 -4.340  64
 22 -81.000 -5.000  1.61262  62
 23 -110.000 D2  62
 24 inf
表4
放大率 1.01 1.00 0.99
 A2 12.000 25.489 49.571
 B2 62.571 49.082 25.000
 C2 -25.000 -49.082 -62.571
 D2 -49.571 -25.489 -12.000
以上虽然通过详细地描写说明了本发明，但是已经描述的说明是例示性的，而不是限定性的。显然，在不偏离本发明的范围内可能有多种变型和方式。

Claims (12)

1.一种投影光学系统，其特征在于，包括：
配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，
在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，
配置在把来自物体侧的光，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的光路上的第一透镜，
将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光引导到像侧的第2透镜，以及
使上述第1透镜和上述第2透镜沿着光轴移动的透镜移动机构。
2.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于：上述凹面镜是形成在凹凸透镜上的背面镜，上述凸面镜是形成在另外一个凹凸透镜上的背面镜。
3.如权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，还包括：
将从物体侧朝向上述中心轴的光经由上述第1透镜后在上述中心轴的旁边反射后引导到上述凹面镜的第一折回反射镜，
将来自上述凹面镜的平行于上述中心轴所导出的光加以反射，并引导到位于偏离上述中心轴方向的上述第2透镜的第二折回反射镜，以及
通过移动上述第1折回反射镜或上述第2折回反射镜来变更上述中心轴与成像位置之间距离的镜移动机构。
4.一种投影光学系统，其特征在于，包括：
第一反射镜构件，该第一反射镜构件是把配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，
第二反射镜构件，该第二反射镜构件是把在上述基准点与上述第一反射镜构件之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，
来自物体侧的光一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地入射到上述第一反射镜构件，并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地导出。
5.如权利要求4所述的投影光学系统，其特征在于：上述第一反射镜构件的凹凸透镜具有负的放大率，上述第二反射镜构件的凹凸透镜具有正的放大率。
6.如权利要求4所述的投影光学系统，其特征在于：上述第一反射镜构件的凹凸透镜的上述中心轴上的厚度大约是二个透镜面的曲率半径的差的一半。
7.一种投影光学系统，其特征在于，包括：
配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，
在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，
把从物体侧朝向上述中心轴的光在上述中心轴旁边反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的第一折回反射镜，
将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光反射后，向偏离上述中心轴方向引导的第2折回反射镜，以及
通过移动上述第1折回反射镜或上述第2折回反射镜来变更上述中心轴与成像位置之间距离的镜移动机构。
8.如权利要求7所述的投影光学系统，其特征在于：上述镜移动机构使上述第1折回反射镜和第2折回反射镜一体地移动。
9.如权利要求7所述的投影光学系统，其特征在于：上述凹面镜是形成在凹凸透镜上的背面镜，上述凸面镜是形成在另一凹凸透镜上的背面镜。
10.一种在基板上的感光材料上描画图形的图形描画装置，其特征在于，包括：
以规定的光源图形发射光的光源部，
保持基板的保持部，
在上述基板上形成上述光源部的像的投影光学系统，以及
使上述光源部的像相对上述基板进行相对移动的像移动机构；
上述投影光学系统包括：
配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，
在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，
配置在把来自物体侧的光一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的光路上的第一透镜，
将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光引导到像侧的第2透镜，以及
使上述第1透镜和上述第2透镜沿着光轴移动的透镜移动机构，
上述像移动机构使上述像一边沿着上述基板的主平面，一边朝着平行于包含上述凹面镜与上述凸面镜之间的光轴的平面的方向并相对上述基板进行相对移动。
11.一种在基板上的感光材料上描画图形的图形描画装置，其特征在于，包括：
以规定的光源图形发射光的光源部，
保持基板的保持部，
在上述基板上形成上述光源部的像的投影光学系统，以及
使上述光源部的像相对上述基板进行相对移动的像移动机构；
上述投影光学系统，包括：
第一反射镜构件，该第一反射镜构件是把配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，
第二反射镜构件，该第二反射镜构件是把在上述基准点与上述第一反射镜构件之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜作为背面镜而形成的凹凸透镜，
来自物体侧的光一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地入射到上述第一反射镜构件，并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地导出，
上述像移动机构使上述像一边沿着上述基板的主平面，一边朝着平行于包含上述凹面镜与上述凸面镜之间的光轴的平面的方向并相对上述基板进行相对移动。
12.一种在基板上的感光材料上描画图形的图形描画装置，其特征在于，包括：
以规定的光源图形发射光的光源部，
保持基板的保持部，
在上述基板上形成上述光源部的像的投影光学系统，以及
使上述光源部的像相对上述基板进行相对移动的像移动机构；
上述投影光学系统，包括：
配置在规定的中心轴上并以上述中心轴上的基准点为中心的凹面镜，
在上述基准点与上述凹面镜之间，配置在上述中心轴上且大致以上述基准点为中心的凸面镜，
把从物体侧朝向上述中心轴的光在上述中心轴旁边反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导到上述凹面镜的第一折回反射镜，
将入射在上述凹面镜上并顺次被上述凹面镜、上述凸面镜、上述凹面镜反射后，一边偏离上述中心轴一边与上述中心轴平行地引导出的光反射后，向偏离上述中心轴方向引导的第2折回反射镜，以及
通过移动上述第1折回反射镜或上述第2折回反射镜来变更上述中心轴与成像位置之间的距离的镜移动机构，
上述像移动机构使上述像一边沿着上述基板的主平面，一边朝着平行于包含上述凹面镜与上述凸面镜之间的光轴的平面的方向并相对上述基板进行相对移动。
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