JP2000028920A - 結像光学系 - Google Patents

結像光学系

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JP2000028920A
JP2000028920A JP10195255A JP19525598A JP2000028920A JP 2000028920 A JP2000028920 A JP 2000028920A JP 10195255 A JP10195255 A JP 10195255A JP 19525598 A JP19525598 A JP 19525598A JP 2000028920 A JP2000028920 A JP 2000028920A
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JP
Japan
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lens
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negative
lens group
optical system
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JP10195255A
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Sho Fukushima
省 福嶋
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像光学系の紫外線領域における色収差を高
度に補正することにより、比較的広い波長域を持つ光源
の使用を可能とし、加工のスループットを向上させうる
結像光学系を提供する。 【解決手段】 物体側から正負正正正のレンズ群(G1〜G
5)から成り、第1レンズ群(G1)が石英正レンズと蛍石負
レンズから成る組(a1)を含み、第4レンズ群(G4)が蛍石
正レンズと石英負レンズから成る組(b1〜b8)を含む。組
(a1)を構成する石英正レンズと蛍石負レンズとの互いに
隣り合った面の合成屈折力と、組(b1〜b8)を構成する蛍
石正レンズと石英負レンズとの互いに隣り合った面の合
成屈折力を適正に規定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関す
るものであり、更に詳しくは、紫外線領域の光を用い
て、像面位置に配置された加工対象物上にパターンを結
像投影し、加工対象物表面の特性を変化させる等の作用
を与えて加工を行うための結像光学系に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】300nmないしはそれより短波長の紫外線
を用いる場合、使用できる硝材が限られてくるため、広
い波長領域で色収差を補正するのが難しくなる。そのた
め、この領域の紫外線を用いて加工を行う場合には、光
源の波長域を極力狭帯域化し、光学系の色収差負担を軽
減するのが一般的である。また、反射面では原理的に色
収差が発生しないので、光学系の持つ正屈折力のうちの
相当部分を反射面で構成することにより、色収差を良好
に補正するという方法も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法にも問題がある。光源の波長域を狭帯域化す
ると、結像に関与する光のエネルギーが減少し、加工の
スループットが低くなる。反射面の製造に対しては屈折
面の4倍程度厳しい精度が要求されるため、反射面を用
いると光学系全体の収差性能を確保することが難しくな
る。また反射面を用いる場合には、光路中に光路分割部
材を配置するのが一般的であるため、エネルギーをロス
することにもなる。
【0004】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、結像光学系の紫外線領域における色収
差を高度に補正することにより、比較的広い波長域を持
つ光源の使用を可能とし、加工のスループットを向上さ
せうる結像光学系を提供することを目的とする。特に、
比較的製造が容易な屈折系のみにて実現可能な結像光学
系を提供することを目的とする。また、こうした加工に
おいては、加工対象物が光学系とは隔離された真空中又
は雰囲気中に配置されることがあり、加工対象物と光学
系との間には遮蔽用の窓部材が配置されることが多い。
このために、この種の光学系には比較的大きな作動距離
を確保することが要求されるので、こうした要求を満た
すことも本発明の目的の1つである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明の結像光学系は、物体側から順に、正の
第1レンズ群、負の第2レンズ群、正の第3レンズ群、
正の第4レンズ群及び正の第5レンズ群から成り、物体
面を像面に縮小結像させる結像光学系であって、前記第
2レンズ群が1枚以上の負メニスカスレンズと1枚以上
の両凹レンズとを含むとともに負レンズのみから構成さ
れ、前記第3レンズ群が2枚以上の正レンズのみから構
成され、前記第1レンズ群が第1の硝種(ただし、波長2
48nmの光に対する屈折率nが式:1.5075<n<1.5095を満
たす。)から成る正レンズと第2の硝種(ただし、波長24
8nmの光に対する屈折率nが式:1.4670<n<1.4690を満た
す。)から成る負レンズとを含むとともに以下の条件式
(1)を満足することを特徴とする。 0.01<φa/φ1<0.15 …(1) ただし、 φa:第1レンズ群中の第1の硝種から成る正レンズと
第2の硝種から成る負レンズとの互いに隣り合った面の
合成屈折力(φa>0)、 φ1:第1レンズ群の屈折力、 である。
【0006】第2の発明の結像光学系は、上記第1の発
明の構成において、前記第2の硝種から成る正レンズと
前記第1の硝種から成る負レンズとの互いに隣り合った
組み合わせを、前記第4レンズ群中に2組以上含み、そ
の全ての組が以下の条件式(2)を満足することを特徴と
する。 0.01<|φb/φ4|<0.12 …(2) ただし、φb:第4レンズ群中の各組において第2の硝
種から成る正レンズと第1の硝種から成る負レンズとの
互いに隣り合った面の合成屈折力(φb<0)、 φ4:第4レンズ群の屈折力、 である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した結像光学
系を、図面を参照しつつ説明する。図1,図3,図5
は、第1〜第3の実施の形態の結像光学系断面をそれぞ
れ示すレンズ構成図である。第1〜第3の実施の形態
は、物体側から順に、正の第1レンズ群(G1)、負の第2
レンズ群(G2)、正の第3レンズ群(G3)、正の第4レンズ
群(G4)及び正の第5レンズ群(G5)から成り、物体面を像
面に縮小結像させる結像光学系である。
【0008】第1レンズ群(G1)は、石英(SiO2)から成る
正レンズと蛍石(CaF2)から成る負レンズとが隣り合った
構成の組(a1)を、最も物体側に1組含んでいる。その組
(a1)を構成している正レンズと負レンズとは、第1,第
2の実施の形態では直接に接しているが、第3の実施の
形態では所定の空気間隔をあけて配置されている。いず
れの実施の形態においても、組(a1)を構成している正レ
ンズと負レンズとの互いに隣り合った面(第1,第2の
実施の形態では境界面、第3の実施の形態では空気間隔
をあけて対向する2面)の合成屈折力が、後述する倍率
色収差補正に有効に働くことになる。
【0009】第2レンズ群(G2)は、1枚以上の負メニス
カスレンズと1枚以上の両凹レンズとを含むとともに、
負レンズのみから構成されている。第3レンズ群(G3)
は、2枚以上の正レンズのみから構成されている。また
第4レンズ群(G4)は、蛍石(CaF2)から成る正レンズと石
英(SiO2)から成る負レンズとの互いに隣り合った組み合
わせを、2組(b1,b2,…)以上含む構成となっている。各
組(b1,b2,…)を構成している正レンズと負レンズとは、
第1,第2の実施の形態では直接に接しているが、第3
の実施の形態では所定の空気間隔をあけて配置されてい
る。いずれの実施の形態においても、組(b1,b2,…)を構
成している正レンズと負レンズとの互いに隣り合った面
(第1,第2の実施の形態では境界面、第3の実施の形
態では空気間隔をあけて対向する2面)の合成屈折力
が、後述する軸上色収差補正に有効に働くことになる。
【0010】ところで、作動距離を確保するためには、
光学系の比較的前方(物体側)に負の屈折力が集中してい
る部分を設けることが有利である。充分な作動距離を確
保しつつ、全体の収差状態を良好に保つためには、その
光学系を物体側から順に、正の第1レンズ群、1枚以上
の負メニスカスレンズと1枚以上の両凹レンズを含み負
レンズのみから構成される負の第2レンズ群、2枚以上
の正レンズのみから構成される正の第3レンズ群、正の
第4レンズ群、及び正の第5レンズ群から構成すること
が有利である。前述した各実施の形態は、この光学構成
をとっている。
【0011】通常、この種の光学系は少なくとも像側に
テレセントリックな構成をとる。テレセントリックな光
学系の構成上、軸外光の主光線の通過高さは物体側で高
く、像側で低くなるため、光学系全体としては負の倍率
色収差(中心波長よりも短波長側の主光線が、中心波長
の主光線よりも低い位置に結像する状態)が発生しやす
くなる。そのため、倍率色収差を補正するためには、主
光線の通過高さが高い第1レンズ群中に、正の倍率色収
差を発生させる部分を設けることが効果的である。この
ため上記構成の光学系において、第1レンズ群中に石英
(SiO2)から成る正レンズと蛍石(CaF2)から成る負レンズ
を配置し、第1レンズ群が以下の条件式(1)を満足する
ように構成することが望ましい。 0.01<φa/φ1<0.15 …(1) ただし、 φa:第1レンズ群中の石英から成る正レンズと蛍石か
ら成る負レンズとの互いに隣り合った面の合成屈折力
(φa>0)、 φ1:第1レンズ群の屈折力、 である。
【0012】条件式(1)は、倍率色収差を良好に補正す
るための条件を規定している。条件式(1)の下限を超え
ると、倍率色収差の補正不足傾向が過大となり、条件式
(1)の上限を超えると、倍率色収差の補正過剰傾向が過
大となるとともに、高次収差の発生を引き起こし、それ
によって波長差によるコマ収差の差(いわゆる色のコマ
収差)が許容できなくなってくる。
【0013】さらに、軸上色収差を良好に補正するため
には、蛍石(CaF2)から成る正レンズと石英(SiO2)から成
る負レンズとの互いに隣り合った組み合わせを、第4レ
ンズ群中に2組以上含み、その全ての組が以下の条件式
(2)を満足することが望ましい。 0.01<|φb/φ4|<0.12 …(2) ただし、 φb:第4レンズ群中の各組において蛍石から成る正レ
ンズと石英から成る負レンズとの互いに隣り合った面の
合成屈折力(φb<0)、 φ4:第4レンズ群の屈折力、 である。
【0014】条件式(2)は、軸上色収差を良好に補正す
るための条件を規定している。条件式(2)の下限を超え
ると、軸上色収差の補正不足傾向が過大となる。これを
補正しようとすると、蛍石から成る正レンズと石英から
成る負レンズとで構成する組の数を多くしなければなら
なくなり、レンズ系の大型化を招くことになる。一方、
条件式(2)の上限を超えると、軸上色収差の補正過剰傾
向が過大となり、加えて高次収差の発生を招き、波長に
よる球面収差の差(いわゆる色のフレア)が悪化すること
になる。なお、レンズ系の大型化を招かないようにする
ためには、上記した蛍石から成る正レンズと石英から成
る負レンズとで構成される組を、10組以下にとどめる
ことが望ましい。
【0015】第1,第4レンズ群内の石英レンズと蛍石
レンズとの互いに隣り合った面において、効果的に色収
差を補正しつつ高次収差の発生を抑えるためには、互い
の曲率半径の差を10%以内に抑えることが望ましい。
また、以上に述べた構成によって倍率色収差と軸上色収
差を良好に補正することができるが、更に高度に色収差
を補正するためには、第5レンズ群中の正レンズを蛍石
(CaF2)で構成し、負レンズを石英(SiO2)で構成すること
が望ましい。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施した結像光学系の構成
を、コンストラクションデータ,収差図等を挙げて、更
に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例1〜3
は、前述した第1〜第3の実施の形態にそれぞれ対応し
ており、第1〜第3の実施の形態を表すレンズ構成図
(図1,図3,図5)は、対応する実施例1〜3のレンズ
構成をそれぞれ示している。
【0017】各実施例のコンストラクションデータにお
いて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の
曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の
軸上面間隔を示しており、βは横倍率、NAは開口数であ
る。各実施例に用いられている硝材は石英(SiO2)と蛍石
(CaF2)であり、それぞれのd線に対する屈折率(Nd),
アッベ数(νd);使用波長領域の光線(波長:248.5nm,24
8.0nm)に対する屈折率を表1に示す。また、各実施例に
おける条件式対応値を表2に示す。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】図2,図4,図6は、実施例1〜実施例3
にそれぞれ対応する収差図(H:入射高,Y':像高)であ
る。図2(a),図4(a),図6(a)は、波長:248.5nm,2
48.0nmの光線に対する球面収差と正弦条件(SC)を示して
いる。図2(b),図4(b),図6(b)は、サジタル面(D
S)とタンジェンシャル面(DT)での波長:248.5nm,248.0nm
の光線に対する非点収差をそれぞれ示している。また、
図2(c),図4(c),図6(c)は歪曲収差(%)を示して
おり、図2(d),図4(d),図6(d)は波長:248.0nm
(中心波長:248.5nm)の光線に対する倍率色収差を示して
いる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、前
述した条件式(1)や(2)を満たすことにより紫外線領域に
おける色収差を高度に補正することができるため、比較
的広い波長域を持つ光源の使用が可能となる。したがっ
て、加工のスループットを向上させることができる。し
かも本発明に係る結像光学系は比較的製造が容易な屈折
系のみにて実現可能であり、また各レンズ群の特徴的な
構成により、比較的大きな作動距離の確保が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態(実施例1)のレンズ構成図。
【図2】実施例1の収差図。
【図3】第2の実施の形態(実施例2)のレンズ構成図。
【図4】実施例2の収差図。
【図5】第3の実施の形態(実施例3)のレンズ構成図。
【図6】実施例3の収差図。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA21 LA01 NA02 NA04 PA15 PA16 PB20 QA02 QA06 QA07 QA17 QA21 QA25 QA32 QA34 QA42 QA45 QA46 RA42 UA03 UA04 5F046 BA04 CB12 CB25

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側から順に、正の第1レンズ群、負
    の第2レンズ群、正の第3レンズ群、正の第4レンズ群
    及び正の第5レンズ群から成り、物体面を像面に縮小結
    像させる結像光学系であって、 前記第2レンズ群が1枚以上の負メニスカスレンズと1
    枚以上の両凹レンズとを含むとともに負レンズのみから
    構成され、前記第3レンズ群が2枚以上の正レンズのみ
    から構成され、前記第1レンズ群が第1の硝種(ただ
    し、波長248nmの光に対する屈折率nが式:1.5075<n<1.
    5095を満たす。)から成る正レンズと第2の硝種(ただ
    し、波長248nmの光に対する屈折率nが式:1.4670<n<1.
    4690を満たす。)から成る負レンズとを含むとともに以
    下の条件式(1)を満足することを特徴とする結像光学
    系; 0.01<φa/φ1<0.15 …(1) ただし、 φa:第1レンズ群中の第1の硝種から成る正レンズと
    第2の硝種から成る負レンズとの互いに隣り合った面の
    合成屈折力(φa>0)、 φ1:第1レンズ群の屈折力、 である。
  2. 【請求項2】 前記第2の硝種から成る正レンズと前記
    第1の硝種から成る負レンズとの互いに隣り合った組み
    合わせを、前記第4レンズ群中に2組以上含み、その全
    ての組が以下の条件式(2)を満足することを特徴とする
    請求項1記載の結像光学系; 0.01<|φb/φ4|<0.12 …(2) ただし、 φb:第4レンズ群中の各組において第2の硝種から成
    る正レンズと第1の硝種から成る負レンズとの互いに隣
    り合った面の合成屈折力(φb<0)、 φ4:第4レンズ群の屈折力、 である。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073670A1 (fr) * 2001-03-13 2002-09-19 Nikon Corporation Procede et systeme d'exposition, et procede de production d'un dispositif
US7857433B2 (en) 2006-02-02 2010-12-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Inkjet printhead employing piezoelectric actuator and method of manufacturing the inkjet printhead

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