JP2013054286A - Projection optical system - Google Patents

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection optical system that has achieved reduction in manufacturing costs and size although both-side telecentric is achieved as well as a sufficient exposure area and a large numerical aperture, while restricting an increase in the number of composing lenses.SOLUTION: A projection optical system for projecting an image of a first object onto a second object comprises, in order from the first object side toward the second object: a first lens group having positive refractive power; a second lens group having negative refractive power and having a pair of negative lenses forming a pair of concave faces facing each other; a third lens group having positive refractive power; an aperture stop; a fourth lens group having positive refractive power; a fifth lens group having negative refractive power and having a pair of negative lenses forming a pair of concave faces facing each other; and a sixth lens group having positive refractive power. The projection optical system satisfies the following conditions: 0.3<f1/fa<1.3, -0.36<f2/fa<-0.08, and 0.13<f3/fa<0.5.

Description

本発明は、第1物体のパターンを第2物体としての基板等に投影するための投影光学系に関するものであり、特に、第1物体としてのレティクル( マスク)上に形成された半導体用、液晶用、タッチパネル用またはプリント基板用のパターンを第2物体としての基板(ウェハ、プレート等)上に投影露光するのに好適な投影光学系に係るものである。   The present invention relates to a projection optical system for projecting a pattern of a first object onto a substrate or the like as a second object, and in particular, a semiconductor-use liquid crystal formed on a reticle (mask) as a first object. The present invention relates to a projection optical system suitable for projecting and exposing a pattern for a touch panel, a touch panel or a printed board on a substrate (wafer, plate, etc.) as a second object.

近年、半導体基板、液晶基板、タッチパネル基板、プリント回路基板等の製造において、投影露光機が広く用いられており、この投影露光機に用いられる投影光学系も広く知られている。このような投影露光装置では、g線(436nm)からi線(365nm)の露光光を供給する光源を用いて露光が行われている。投影光学系に対して要求される性能もますます厳しくなってきている。この投影光学系では、特に、歪曲収差や像面湾曲を始めとする収差を補正して、高い解像度及び良好な光学特性を有することが重要となる。この場合、構成レンズの枚数を抑制しようとすると、露光するための像の領域が小さくなる。そこで、これに対処するため、主に液晶基板の製造を対象として、開口数NA(numerical aperture)を大きく取ることにより、十分な大きさの像の領域が得られるようにした投影光学系が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。   In recent years, projection exposure machines have been widely used in the manufacture of semiconductor substrates, liquid crystal substrates, touch panel substrates, printed circuit boards, and the like, and projection optical systems used for these projection exposure machines are also widely known. In such a projection exposure apparatus, exposure is performed using a light source that supplies exposure light from g-line (436 nm) to i-line (365 nm). The performance required for projection optical systems is also becoming increasingly severe. In this projection optical system, it is particularly important to have high resolution and good optical characteristics by correcting aberrations such as distortion and curvature of field. In this case, if an attempt is made to suppress the number of constituent lenses, the image area for exposure becomes smaller. In order to cope with this, a projection optical system has been proposed in which a sufficiently large image area can be obtained by increasing the numerical aperture NA (numerical aperture) mainly for the manufacture of liquid crystal substrates. (For example, see Patent Documents 1 to 4).

特開2000−1999850号JP 2000-1999850 A 特開2002−72080号JP 2002-72080 A 特開2006−267383号JP 2006-267383 A 特開2007−79015号JP 2007-79015 A

特許文献1〜4に記載された投影光学系においては、製品の製造に十分な解像度及び光学特性を備え、かつ実用上十分な大きさの像の領域(露光領域)が得られる。しかし、何れの投影光学系においても、構成レンズとして、30枚を超える多数のレンズを要するため、投影光学系の全長が長くなり、重量も増加し、製造コストも高騰する問題を有する。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。
従って、本発明の目的は上述の問題を解決して、構成レンズの枚数の増加を抑制しながら、半導体基板、液晶基板、タッチパネル基板、プリント回路基板等を製造するのに十分な露光領域、解像度、及び光学特性が得られるコンパクトな投影光学系を提供することにある。
In the projection optical systems described in Patent Documents 1 to 4, an image area (exposure area) having sufficient resolution and optical characteristics for manufacturing a product and having a sufficiently large size for practical use is obtained. However, in any projection optical system, since a large number of lenses exceeding 30 are required as constituent lenses, the total length of the projection optical system is increased, the weight is increased, and the manufacturing cost is increased. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost.
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and suppress the increase in the number of constituent lenses, while exposing an exposure area and resolution sufficient to manufacture a semiconductor substrate, a liquid crystal substrate, a touch panel substrate, a printed circuit board, and the like. It is another object of the present invention to provide a compact projection optical system capable of obtaining optical characteristics.

上述の問題を解決するため、本発明の1つの実施態様にかかる投影光学系は、
第1物体の像を第2物体上に投影するものであって、
前記第1物体側から前記第2物体に向かって順に、
正の屈折力を有する第1レンズ群と、
負の屈折力を有し、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群と、
正の屈折力をする第3レンズ群と、
開口絞りと、
正の屈折力を有する第4レンズ群と、
負の屈折力を有し、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群と、
正の屈折力を持つ第6レンズ群とから構成されるものである。
本発明の好ましい態様によれば、以下の条件を満足するように構成される。
0 .3 < f1 / fa < 1.3
−0.36 < f2 / fa < −0.08
0.13 < f3 / fa < 0.5
但し、
f1 :前記第1レンズ群の焦点距離、
f2 :前記第2レンズ群の焦点距離、
f3 :前記第3レンズ群の焦点距離、
fa :前記第1、第2および第3レンズ群からなる前群の焦点距離、
である。
また、本発明の別の好ましい態様によれば、以下の条件を満足するように構成される。
0.45 < | β | < 2.2
0 .3 < f6 / fb < 1.3
−0.36 < f5 / fb < −0.08
0.13 < f4 / fb < 0.5
但し、
β :前記投影光学系の横倍率、
f4 :前記第4レンズ群の焦点距離、
f5 :前記第5レンズ群の焦点距離、
f6 :前記第6レンズ群の焦点距離、
fb : 前記第4、第5および第6レンズ群からなる後群の焦点距離、
である。
In order to solve the above problem, a projection optical system according to one embodiment of the present invention includes:
Projecting an image of a first object onto a second object,
In order from the first object side toward the second object,
A first lens group having a positive refractive power;
A second lens group having a pair of negative lenses having negative refractive power and forming a pair of concave surfaces facing each other;
A third lens group having a positive refractive power;
An aperture stop,
A fourth lens group having a positive refractive power;
A fifth lens group having a pair of negative lenses having negative refractive power and forming a pair of concave surfaces facing each other;
The sixth lens unit has a positive refractive power.
According to the preferable aspect of this invention, it is comprised so that the following conditions may be satisfied.
0. 3 <f1 / fa <1.3
−0.36 <f2 / fa <−0.08
0.13 <f3 / fa <0.5
However,
f1: focal length of the first lens group,
f2: focal length of the second lens group,
f3: focal length of the third lens group,
fa: the focal length of the front group consisting of the first, second and third lens groups,
It is.
Moreover, according to another preferable aspect of this invention, it is comprised so that the following conditions may be satisfied.
0.45 <| β | <2.2
0. 3 <f6 / fb <1.3
−0.36 <f5 / fb <−0.08
0.13 <f4 / fb <0.5
However,
β: lateral magnification of the projection optical system,
f4: focal length of the fourth lens group,
f5: focal length of the fifth lens group,
f6: focal length of the sixth lens group,
fb: the focal length of the rear group consisting of the fourth, fifth and sixth lens groups,
It is.

また、本発明のさらに別の好ましい態様によれば、以下の条件を満足するように構成される。
−1.8 < r1 / r2 < −0.6
1.0 < r3 / r2 < 1.8
但し、
r1 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径
r2 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径、
r3 :前記第3レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、
である。
According to still another preferred embodiment of the present invention, the following conditions are satisfied.
−1.8 <r1 / r2 <−0.6
1.0 <r3 / r2 <1.8
However,
r1: radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave surface set of the second lens group facing each other r2: radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface set of the second lens group facing each other ,
r3: The smallest value of the absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the third lens group,
It is.

また、本発明の好ましい態様によれば、以下の条件を満足するように構成される。
1.0 < r4 / r5 < 1.8
−1.8 < r6 / r5 < −0.6
但し、
r4 :前記第4レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、
r5 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径、
r6 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径、
である。
Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is comprised so that the following conditions may be satisfied.
1.0 <r4 / r5 <1.8
−1.8 <r6 / r5 <−0.6
However,
r4: The smallest absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the fourth lens group,
r5: radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave surface group of the fifth lens group facing each other,
r6: radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface group of the fifth lens group facing each other,
It is.

第2物体の像を第1物体上に投影することでも、同じ効果をもたらす。 Projecting the image of the second object onto the first object has the same effect.

本発明の投影光学系は、構成レンズの総枚数が、10枚以上20枚以下であることを特徴とする。   The projection optical system of the present invention is characterized in that the total number of constituent lenses is 10 or more and 20 or less.

更に、第1物体側と第2物体側共にテレセントリック光学系であることを特徴とする。   Furthermore, the first object side and the second object side are both telecentric optical systems.

第1レンズ群は、1枚以上の正屈折率レンズで構成され、
第6レンズ群は、1枚以上の正屈折率レンズで構成されることを特徴とする。
The first lens group is composed of one or more positive refractive index lenses,
The sixth lens group includes one or more positive refractive index lenses.

第1レンズ群は、曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、
第6レンズ群は、曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有することを特徴とする。
本発明は、開口絞りに関してほぼ対称的に配置された前群と後群とからなり、前記第1物体と前記第2物体との間の投影倍率が−1であることを特徴とする。
The first lens group has two or more curved surfaces having the same absolute value of the radius of curvature.
The sixth lens group is characterized in that there are two or more curved surfaces having the same absolute value of the radius of curvature.
The present invention is characterized by comprising a front group and a rear group arranged substantially symmetrically with respect to the aperture stop, and a projection magnification between the first object and the second object is -1.

本発明の投影光学系においては、両側テレセントリックでありながら、構成レンズの枚数の増加を抑制し、従来より広い露光領域において、諸収差を特に非点収差と像面湾曲を良好に補正することができるので、プリント回路等の多種基板を露光装置の投影光学系として十分な露光領域、解像度、及び光学特性を備え、かつ中間部分のレンズ外径が抑えられたコンパクトな投影光学系を、低いコストで実現することができる。
In the projection optical system of the present invention, although it is telecentric on both sides, an increase in the number of constituent lenses is suppressed, and various aberrations, particularly astigmatism and field curvature, can be corrected well in a wider exposure area than in the past. As a result, a compact projection optical system with sufficient exposure area, resolution, and optical characteristics as a projection optical system for an exposure apparatus can be used as a projection optical system for various types of printed circuits and at a low cost. Can be realized.

本発明の投影光学系の第1実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 1st Embodiment of the projection optical system of this invention. 本発明の投影光学系の第2実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 2nd Embodiment of the projection optical system of this invention. 本発明の投影光学系の第3実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 3rd Embodiment of the projection optical system of this invention. 本発明の投影光学系の第4実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 4th Embodiment of the projection optical system of this invention. 第1実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism and distortion of the projection optical system in 1st Embodiment. 第1実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。It is a figure which shows the coma aberration of the projection optical system in 1st Embodiment. 第2実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism and distortion aberration of the projection optical system in 2nd Embodiment. 第2実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。It is a figure which shows the coma aberration of the projection optical system in 2nd Embodiment. 第3実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism and distortion of the projection optical system in 3rd Embodiment. 第3実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。It is a figure which shows the coma aberration of the projection optical system in 3rd Embodiment. 第4実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。It is a figure which shows astigmatism and distortion of the projection optical system in 4th Embodiment. 第4実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。It is a figure which shows the coma aberration of the projection optical system in 4th Embodiment.

本発明の1つの実施態様にかかる投影光学系では、正・負・正・開口絞り・正・負・正の屈折力配置を採用しており、開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正することができる。   The projection optical system according to one embodiment of the present invention employs positive / negative / positive / aperture stop / positive / negative / positive refractive power arrangement, and has as much symmetry as possible with respect to the aperture stop. Thus, it is possible to correct asymmetric aberrations, particularly coma aberration and distortion aberrations very well.

また、正の屈折力を持つ第1レンズ群は、第1物体側のテレセントリック性を維持させながら主に歪曲収差の補正に寄与している。また、正の屈折力を持つ第6レンズ群も、第2物体側のテレセントリック性を維持しながら主に歪曲収差の補正に寄与している。具体的には、これらの第1および第6レンズ群は、歪曲収差を発生させて、第2〜第5レンズ群から発生する歪曲収差をバランス良く補正している。 The first lens group having a positive refractive power mainly contributes to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the first object side. The sixth lens group having a positive refractive power also contributes mainly to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the second object side. Specifically, these first and sixth lens groups generate distortion and correct the distortion generated from the second to fifth lens groups in a well-balanced manner.

負の屈折力を持つ第2レンズ群および第5レンズ群は、主に全系のペッツバール和を補正する機能を有し、広い露光領域にわたる像面の平坦化を図っている。正の屈折力を持つ第3レンズ群は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第3レンズ群中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第3レンズ群から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。 The second lens group and the fifth lens group having negative refractive power mainly have a function of correcting the Petzval sum of the entire system, and aim to flatten the image plane over a wide exposure area. The third lens group having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration and also to correction of astigmatism and field curvature. Here, the second lens group having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface, and generates a negative Petzval sum from the positive lens component in the third lens group. It has a function of correcting Petzval sum and correcting negative spherical aberration generated from the third lens unit having positive refractive power.

また、正の屈折力を持つ第4レンズ群は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第4レンズ群中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第4レンズ群から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。 Further, the fourth lens group having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the fifth lens group having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and generates a negative Petzval sum from the positive lens component in the fourth lens group. It has a function of correcting the Petzval sum and correcting negative spherical aberration generated from the fourth lens unit having positive refractive power.

さて、上述の如き投影光学系においては、以下の条件(1) 〜 (3) を満足することが好ましい。
(1) 0 .3 < f1 / fa < 1.3
(2) −0.36 < f2 / fa < −0.08
(3) 0.13 < f3 / fa < 0.5
但し、
β :前記投影光学系の横倍率、
f1 :前記第1レンズ群の焦点距離、
f2 :前記第2レンズ群の焦点距離、
f3 :前記第3レンズ群の焦点距離、
fa :前記第1、第2および第3レンズ群からなる前群の焦点距離、である。
In the projection optical system as described above, it is preferable that the following conditions (1) to (3) are satisfied.
(1) 0. 3 <f1 / fa <1.3
(2) −0.36 <f2 / fa <−0.08
(3) 0.13 <f3 / fa <0.5
However,
β: lateral magnification of the projection optical system,
f1: focal length of the first lens group,
f2: focal length of the second lens group,
f3: focal length of the third lens group,
fa: Focal length of the front group consisting of the first, second and third lens groups.

上記条件(1)の上限を超える場合には、第1 物体側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生する。更に第2および第3レンズ群の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(1)の下限を超える場合には、第1物体側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(2)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(2)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(2)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(3)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(3)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(3)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
When the upper limit of the above condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side is broken, and negative distortion is greatly generated. Furthermore, the outer diameters of the second and third lens groups are increased, which increases the manufacturing cost. On the contrary, when the lower limit of the condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side collapses and a large positive distortion occurs, which is not preferable.
The above condition (2) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (2) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (2) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (3) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (3) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (3) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、上述の如き投影光学系においては、以下の条件(4) 〜 (7) を満足することが好ましい。
(4) 0.45 < | β | < 2.2
(5) 0 .3 < f6 / fb < 1.3
(6) −0.36 < f5 / fb < −0.08
(7) 0.13 < f4 / fb < 0.5
但し、
f4 :前記第4レンズ群の焦点距離、
f5 :前記第5レンズ群の焦点距離、
f6 :前記第6レンズ群の焦点距離、
fb :前記第4、第5および第6レンズ群からなる後群の焦点距離、である。
上記条件(4)は、投影光学系の前群と後群が開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正する最適な倍率範囲を規定している。条件(4)の倍率範囲を超える場合には、前群と後群の非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を補正することは困難となり、好ましくない。
上記条件(5)の上限を超える場合には、第2物体側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生する。更に第4および第5レンズ群の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(5)の下限を超える場合には、第2物体側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(6)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(6)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(6)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(7)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(7)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(7)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Furthermore, in the projection optical system as described above, it is preferable that the following conditions (4) to (7) are satisfied.
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0. 3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
However,
f4: focal length of the fourth lens group,
f5: focal length of the fifth lens group,
f6: focal length of the sixth lens group,
fb: focal length of the rear group consisting of the fourth, fifth and sixth lens groups.
In the condition (4), since the front group and the rear group of the projection optical system have as much symmetry as possible with respect to the aperture stop, an optimum magnification range for correcting asymmetric aberration, particularly coma aberration and distortion aberration, is extremely good. It prescribes. When the magnification range of condition (4) is exceeded, it becomes difficult to correct the asymmetric aberrations of the front group and the rear group, particularly coma and distortion, which is not preferable.
When the upper limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side is broken and a large positive distortion is generated. Further, the outer diameters of the fourth and fifth lens groups are increased, which increases the manufacturing cost. On the contrary, when the lower limit of the condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side is broken, and negative distortion is greatly generated, which is not preferable.
The above condition (6) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (6) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (6) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (7) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (7) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (7) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

また、上述の如き投影光学系においては、以下の条件(8) 〜 (9) を満足することが好ましい
(8) −1.8 < r1 / r2 < −0.6
(9) 1.0 < r3 / r2 < 1.8
但し、
r1 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径、
r2 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径、
r3 :前記第3レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、である。
上記条件(8) は、第2レンズ群における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(8) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
上記条件(9) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(9)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(9)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
In the projection optical system as described above, it is preferable that the following conditions (8) to (9) are satisfied (8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6.
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
However,
r1: the radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave group facing each other of the second lens group,
r2: the radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface group of the second lens group facing each other,
r3: The smallest absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the third lens group.
The condition (8) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group. Here, when the condition is outside the range of condition (8), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, correction of spherical aberration and Petzval sum is difficult, which is not preferable.
The condition (9) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (9) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (9) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、上述の如き投影光学系においては、以下の条件(10) 〜 (11) を満足することが好ましい。
(10) 1.0 < r4 / r5 < 1.8
(11) −1.8 < r6 / r5 < −0.6
但し、
r4 :前記第4レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、
r5 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径、
r6 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径である。
上記条件(10)
は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(10)の上限を超える場合には、負の球面収差と上側のコマ収差が大きく発生し、逆に、上記条件(10)の下限を超える場合には、正の球面収差と下側のコマ収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(11) は、第2レンズ群における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(11) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
Furthermore, in the projection optical system as described above, it is preferable that the following conditions (10) to (11) are satisfied.
(10) 1.0 <r4 / r5 <1.8
(11) −1.8 <r6 / r5 <−0.6
However,
r4: The smallest absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the fourth lens group,
r5: radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave surface group of the fifth lens group facing each other,
r6: the radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface group of the fifth lens group facing each other.
Above condition (10)
This is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (10) is exceeded, negative spherical aberration and upper coma aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (10) is exceeded, positive spherical aberration and lower side aberration are generated. This is not preferable because the coma aberration is greatly generated.
The condition (11) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group. Here, if it is outside the range of the condition (11), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, it is difficult to correct spherical aberration and Petzval sum, which is not preferable.

上述の如き投影光学系においては、第2物体の像を第1物体上に投影することでも、諸収差の補正量が同様で、同じ効果をもたらす。 In the projection optical system as described above, even when the image of the second object is projected onto the first object, the correction amount of various aberrations is the same and the same effect is brought about.

上述の如き投影光学系においては、構成レンズの総枚数が、10枚以上20枚以下であることを特徴とする。
特許文献1〜4に記載の投影光学系のように、レンズ枚数を多くすれば、開口数NAを大きくとれ露光面積を大きくすることができるが、光学系の全長が長くなり、重量も増し、非常に製造コストの高い光学系となる。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。また、光学系全体の透過率も低下し、レンズから発熱の問題も生じる。一方、構成レンズの枚数が10枚を下回る場合には、プリント回路基板等の露光に必要なレベルまで収差を補正することができない。
よって、本投影光学系においては、構成レンズの総枚数を10枚以上20枚以下にすることが好ましいと考えられる。
In the projection optical system as described above, the total number of constituent lenses is 10 or more and 20 or less.
As in the projection optical systems described in Patent Documents 1 to 4, if the number of lenses is increased, the numerical aperture NA can be increased and the exposure area can be increased, but the total length of the optical system is increased and the weight is increased. The optical system is very expensive to manufacture. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost. Further, the transmittance of the entire optical system is lowered, and a problem of heat generation from the lens also occurs. On the other hand, when the number of constituent lenses is less than 10, the aberration cannot be corrected to a level necessary for exposure of a printed circuit board or the like.
Therefore, in this projection optical system, it is considered preferable that the total number of constituent lenses is 10 or more and 20 or less.

本発明の投影光学系は、更に、物体側及び像側共にテレセントリック光学系であることを特徴とする。   The projection optical system of the present invention is further characterized in that both the object side and the image side are telecentric optical systems.

本実施形態では、投影光学系の物体側及び像側の両側において、光軸と主光線が平行とみなせるテレセントリック光学系を形成している。 投影露光装置では、設定された任意の倍率で、レティクル上のパターンの像を基板上に忠実に投影することが要求され、特に、倍率誤差が生じることを防止する必要がある。一方、一般に光学系では、焦点深度の範囲内において良好な像を結ぶので、仮に、像側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、倍率誤差が発生する恐れがある。また、物体側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、レティクル上のパターンの位置誤差の恐れが生じる。   In this embodiment, a telecentric optical system in which the optical axis and the principal ray are considered to be parallel is formed on both the object side and the image side of the projection optical system. In a projection exposure apparatus, it is required to faithfully project an image of a pattern on a reticle onto a substrate at an arbitrary set magnification. In particular, it is necessary to prevent a magnification error from occurring. On the other hand, in general, an optical system forms a good image within the depth of focus range. Therefore, if the image side is not a telecentric optical system, a magnification error may always occur. Further, when the object side is not a telecentric optical system, there is always a fear of pattern position error on the reticle.

本発明の投影光学系は、第1レンズ群に1枚以上の正屈折率レンズで構成され、第6レンズ群に1枚以上の正屈折率レンズで構成されることを特徴とする。第1および第6レンズ群が相対的に大型のレンズであるため、正屈折率レンズで構成されるレンズ群が、大型レンズの枚数が少なくなり、製造誤差の発生も少なく、更なるコスト削減の要因となる。また、光学系全体の透過率も向上し、レンズから発熱の問題も低減できる。   The projection optical system of the present invention is characterized in that the first lens group includes one or more positive refractive index lenses, and the sixth lens group includes one or more positive refractive index lenses. Since the first and sixth lens groups are relatively large lenses, the lens group composed of positive refractive index lenses reduces the number of large lenses, reduces production errors, and further reduces cost. It becomes a factor. Further, the transmittance of the entire optical system is improved, and the problem of heat generation from the lens can be reduced.

本発明の投影光学系は、第1レンズ群に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、第6レンズ群に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有することを特徴とする。第1および第6レンズ群が相対的に大型のレンズであるため、曲率半径の絶対値が同じである曲面で構成されたレンズは、製造コスト削減の要因となる。レンズ製造精度の向上が容易となる。   In the projection optical system of the present invention, the first lens group has two or more curved surfaces with the same absolute value of the radius of curvature, and the sixth lens group has two or more curved surfaces with the same absolute value of the radius of curvature. It is characterized by having. Since the first and sixth lens groups are relatively large lenses, a lens configured with a curved surface having the same absolute value of the radius of curvature causes a reduction in manufacturing cost. The lens manufacturing accuracy can be easily improved.

本発明の投影光学系のその他の実施態様は、第1物体と第2物体との間の投影倍率が−1であることを特徴とする。開口絞りに関して対称的に配置された前群と後群とからなり、コマ収差、歪曲収差および倍率色収差がゼロに補正ことが可能とあり、製造コストが削減され、好ましい。
Another embodiment of the projection optical system of the present invention is characterized in that the projection magnification between the first object and the second object is -1. It consists of a front group and a rear group that are arranged symmetrically with respect to the aperture stop, and it is preferable that coma aberration, distortion aberration, and chromatic aberration of magnification can be corrected to zero, and the manufacturing cost is reduced.

〔第1実施例〕図1は、本実施形態の第1実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第1実施例にかかる投影光学系は、第1物体側P1から第2物体側P2側の順に、1枚のレンズL1から構成される正屈折力の第1レンズ群G1と、2枚のレンズL2〜L3から構成される負屈折力の第2レンズ群G2と、2枚のレンズL4〜L5から構成される正屈折力の第3レンズ群G3と、開口絞りASと、2枚のレンズL6〜L7から構成される正屈折力の第4レンズ群G4と、2枚のレンズL8〜L9から構成される負屈折力の第5レンズ群G5と、1枚のレンズL10から構成される正屈折力の第6レンズ群G6とが備えられている。また、第2レンズ群G2の一対の負レンズL2〜L3に互いに向き合った凹面の組を形成し、第5レンズ群G5の一対の負レンズL8〜L9に互いに向き合った凹面の組を形成する。以上のように、投影光学系の第1の実施形態では、計10枚のレンズから構成されている。
次に、本投影光学系の諸元の値を下表に示す。正・負・正・開口絞り・正・負・正の屈折力配置を採用しており、開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正することができる。
また、正の屈折力を持つ第1レンズ群G1は、第1物体側P1側のテレセントリック性を維持させながら主に歪曲収差の補正に寄与している。また、正の屈折力を持つ第6 レンズ群G6も、第2物体側P2側のテレセントリック性を維持しながら主に歪曲収差の補正に寄与している。
負の屈折力を持つ第2レンズ群G2および第5 レンズ群G5は、主に全系のペッツバール和を補正する機能を有し、広い露光領域にわたる像面の平坦化を図っている。正の屈折力を持つ第3レンズ群G3は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群G2は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第3レンズ群G3中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第3レンズ群G3から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。
[First Example] FIG. 1 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to the first example of the present embodiment. The projection optical system according to the first example includes a first lens group G1 having a positive refractive power composed of one lens L1 and two lenses in order from the first object side P1 to the second object side P2. Second lens group G2 having negative refractive power composed of L2 to L3, third lens group G3 having positive refractive power composed of two lenses L4 to L5, aperture stop AS, and two lenses L6 To L7, a fourth lens group G4 having positive refractive power, a fifth lens group G5 having negative refractive power composed of two lenses L8 to L9, and a positive refraction composed of one lens L10. And a sixth lens group G6 for power. A pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L2 to L3 of the second lens group G2, and a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L8 to L9 of the fifth lens group G5. As described above, the first embodiment of the projection optical system includes a total of ten lenses.
Next, the values of the specifications of the projection optical system are shown in the following table. The positive, negative, positive, aperture stop, positive, negative, and positive refractive power arrangement is adopted, and the aperture diaphragm has symmetry as much as possible, so that asymmetric aberrations, especially coma and distortion, are extremely good. It can be corrected.
The first lens group G1 having a positive refractive power mainly contributes to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the first object side P1 side. The sixth lens group G6 having a positive refractive power also contributes mainly to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the second object side P2.
The second lens group G2 and the fifth lens group G5 having negative refractive power mainly have a function of correcting the Petzval sum of the entire system, and aim to flatten the image plane over a wide exposure area. The third lens group G3 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the second lens group G2 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens component in the third lens group G3. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the third lens group G3 having a positive refractive power.

また、正の屈折力を持つ第4レンズ群G4は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群G5は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第4レンズ群G4中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第4レンズ群G4から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。
The fourth lens group G4 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the fifth lens group G5 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens components in the fourth lens group G4. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the fourth lens group G4 having a positive refractive power.


Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286

Figure 2013054286
Figure 2013054286

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上記の結果によれば、以下の条件(1) 〜 (3) を満足している。
(1) 0 .3 < f1 / fa < 1.3
(2) −0.36 < f2 / fa < −0.08
(3) 0.13 < f3 / fa < 0.5
上記条件(1)の上限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生する。更に第2および第3レンズ群G3の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(1)の下限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(2)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(2)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(2)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(3)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(3)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(3)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
According to said result, the following conditions (1)-(3) are satisfied.
(1) 0. 3 <f1 / fa <1.3
(2) −0.36 <f2 / fa <−0.08
(3) 0.13 <f3 / fa <0.5
When the upper limit of the above condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken, and negative distortion is greatly generated. Further, the outer diameters of the second and third lens groups G3 are increased, and the manufacturing cost is increased. On the contrary, when the lower limit of the condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken and a large positive distortion is generated, which is not preferable.
The above condition (2) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (2) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (2) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (3) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (3) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (3) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(4) 〜 (7) を満足している。
(4) 0.45 < | β | < 2.2
(5) 0 .3 < f6 / fb < 1.3
(6) −0.36 < f5 / fb < −0.08
(7) 0.13 < f4 / fb < 0.5
上記条件(4)は、投影光学系の前群と後群が開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正する最適な倍率範囲を規定している。条件(4)の倍率範囲を超える場合には、前群と後群の非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を補正することは困難となり、好ましくない。
上記条件(5)の上限を超える場合には、第2 物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生する。更に第4および第5レンズ群G5の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(5)の下限を超える場合には、第2物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(6)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(6)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(6)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(7)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(7)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(7)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (4) to (7) are satisfied.
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0. 3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
In the condition (4), since the front group and the rear group of the projection optical system have as much symmetry as possible with respect to the aperture stop, an optimum magnification range for correcting asymmetric aberration, particularly coma aberration and distortion aberration, is extremely good. It prescribes. When the magnification range of condition (4) is exceeded, it becomes difficult to correct the asymmetric aberrations of the front group and the rear group, particularly coma and distortion, which is not preferable.
When the upper limit of the condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken, and a large positive distortion is generated. Further, the outer diameters of the fourth and fifth lens groups G5 are increased, and the manufacturing cost is increased. Conversely, when the lower limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken and negative distortion is greatly generated, which is not preferable.
The above condition (6) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (6) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (6) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (7) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (7) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (7) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

また、以下の条件(8) 〜 (9) を満足している
(8) −1.8 < r1 / r2 < −0.6
(9) 1.0 < r3 / r2 < 1.8
上記条件(8) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(8) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
上記条件(9) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(9)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(9)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Further, the following conditions (8) to (9) are satisfied (8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
The condition (8) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, when the condition is outside the range of condition (8), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, correction of spherical aberration and Petzval sum is difficult, which is not preferable.
The condition (9) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (9) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (9) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(10) 〜 (11) を満足している。
(10) 1.0 < r4 / r5 < 1.8
(11) −1.8 < r6 / r5 < −0.6
上記条件(10)
は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(10)の上限を超える場合には、負の球面収差と上側のコマ収差が大きく発生し、逆に、上記条件(10)の下限を超える場合には、正の球面収差と下側のコマ収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(11) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(11) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (10) to (11) are satisfied.
(10) 1.0 <r4 / r5 <1.8
(11) −1.8 <r6 / r5 <−0.6
Above condition (10)
This is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (10) is exceeded, negative spherical aberration and upper coma aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (10) is exceeded, positive spherical aberration and lower side aberration are generated. This is not preferable because the coma aberration is greatly generated.
The condition (11) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, if it is outside the range of the condition (11), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, it is difficult to correct spherical aberration and Petzval sum, which is not preferable.

以上のように、投影光学系の第1の実施形態では、計10枚のレンズから構成されている。
レンズ枚数を多くすれば、開口数NAを大きくとれ露光面積を大きくすることができるが、光学系の全長が長くなり、重量も増し、非常に製造コストの高い光学系となる。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。また、光学系全体の透過率も低下し、レンズから発熱の問題も生じる。一方、構成レンズの枚数が10枚を下回る場合には、プリント回路基板等の露光に必要なレベルまで収差を補正することができない。
As described above, the first embodiment of the projection optical system includes a total of ten lenses.
If the number of lenses is increased, the numerical aperture NA can be increased and the exposure area can be increased, but the overall length of the optical system is increased and the weight is increased, resulting in an optical system that is very expensive to manufacture. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost. Further, the transmittance of the entire optical system is lowered, and a problem of heat generation from the lens also occurs. On the other hand, when the number of constituent lenses is less than 10, the aberration cannot be corrected to a level necessary for exposure of a printed circuit board or the like.

以上のように、投影光学系の第1の実施形態では、物体側及び像側共に光軸と主光線が平行とみなせるテレセントリック光学系を形成している。 投影露光装置では、設定された任意の倍率で、レティクル上のパターンの像を基板上に忠実に投影することが要求され、特に、倍率誤差が生じることを防止する必要がある。一方、一般に光学系では、焦点深度の範囲内において良好な像を結ぶので、仮に、像側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、倍率誤差が発生する恐れがある。また、物体側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、レティクル上のパターンの位置誤差の恐れが生じる。 As described above, in the first embodiment of the projection optical system, a telecentric optical system in which the optical axis and the principal ray can be regarded as parallel is formed on both the object side and the image side. In a projection exposure apparatus, it is required to faithfully project an image of a pattern on a reticle onto a substrate at an arbitrary set magnification. In particular, it is necessary to prevent a magnification error from occurring. On the other hand, in general, an optical system forms a good image within the depth of focus range. Therefore, if the image side is not a telecentric optical system, a magnification error may always occur. Further, when the object side is not a telecentric optical system, there is always a fear of pattern position error on the reticle.

第1レンズ群G1に1枚の正屈折率レンズで構成され、第6レンズ群G6に1枚の正屈折率レンズで構成される。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、正屈折率レンズで構成されるレンズ群が、大型レンズの枚数が少なくなり、製造誤差の発生も少なく、更なるコスト削減の要因となる。また、光学系全体の透過率も向上し、レンズから発熱の問題も低減できる。   The first lens group G1 is composed of one positive refractive index lens, and the sixth lens group G6 is composed of one positive refractive index lens. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, the lens group composed of positive refractive index lenses reduces the number of large lenses, reduces production errors, and further reduces costs. It becomes a factor of. Further, the transmittance of the entire optical system is improved, and the problem of heat generation from the lens can be reduced.

以上のように、投影光学系の第1の実施形態では、第1物体側P1と第2 物体側P2との間の投影倍率が−1である。開口絞りに関して対称的に配置された前群と後群とからなり、コマ収差、歪曲収差および倍率色収差がゼロに補正ことが可能とあり、製造コストが削減され、好ましい。 As described above, in the first embodiment of the projection optical system, the projection magnification between the first object side P1 and the second object side P2 is -1. It consists of a front group and a rear group that are arranged symmetrically with respect to the aperture stop, and it is preferable that coma aberration, distortion aberration, and chromatic aberration of magnification can be corrected to zero, and the manufacturing cost is reduced.

図5は、第1実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。図6は、第1実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、Yは像高をそれぞれ示している。非点収差図のTで示す線は、タンジェンシャル像面の像面湾曲を示し、Sで示す線はサジタル像面の像面湾曲を示す。また、コマ収差図の縦軸スケールは、5目盛分で50ミクロンを示す。各収差図から明らかなように、第1実施例の投影光学系では、大きな投影視野(有効径204mm)の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。
本発明に係る投影光学系の第1の実施形態においては、投影光学系の収差を良好に補正することが可能であって、各種基板を製造するのに十分な露光領域、解像度、及び光学特性を備え、第2、第3、第4および第5レンズG2〜G5の外径が抑えられたコンパクトな投影光学系で、低いコストで実現することができる。
FIG. 5 is a diagram showing astigmatism and distortion of the projection optical system in the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing coma aberration of the projection optical system in the first embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. The line indicated by T in the astigmatism diagram indicates the field curvature of the tangential image plane, and the line indicated by S indicates the field curvature of the sagittal image plane. In addition, the vertical scale of the coma aberration diagram indicates 50 microns at 5 scales. As is apparent from the respective aberration diagrams, in the projection optical system of the first example, various aberrations are well corrected over the entire large projection field (effective diameter 204 mm), and good optical performance is ensured. In particular, referring to the astigmatism diagrams, it can be seen that the flatness of the image surface is ensured satisfactorily.
In the first embodiment of the projection optical system according to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the aberration of the projection optical system, and the exposure area, resolution, and optical characteristics sufficient to manufacture various substrates. And a compact projection optical system in which the outer diameters of the second, third, fourth, and fifth lenses G2 to G5 are suppressed, and can be realized at low cost.

〔第2実施例〕図2は、本実施形態の第2実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第2実施例にかかる投影光学系は、第1物体側P1から第2物体側P2側の順に、2枚のレンズL1〜L2から構成される正屈折力の第1レンズ群G1と、2枚のレンズL3〜L4から構成される負屈折力の第2レンズ群G2と、2枚のレンズL5〜L6から構成される正屈折力の第3レンズ群G3と、開口絞りASと、2枚のレンズL7〜L8から構成される正屈折力の第4レンズ群G4と、2枚のレンズL9〜L10から構成される負屈折力の第5レンズ群G5と、2枚のレンズL11〜L12から構成される正屈折力の第6レンズ群G6とが備えられている。また、第2レンズ群G2の一対の負レンズL3〜L4に互いに向き合った凹面の組を形成し、第5レンズ群G5の一対の負レンズL9〜L10に互いに向き合った凹面の組を形成する。以上のように、投影光学系の第2の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
次に、本投影光学系の諸元の値を下表に示す。正・負・正・開口絞り・正・負・正の屈折力配置を採用しており、開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正することができる。
また、正の屈折力を持つ第1 レンズ群G1は、第1 物体側P1側のテレセントリック性を維持させながら主に歪曲収差の補正に寄与している。また、正の屈折力を持つ第6レンズ群G6も、第2物体側P2側のテレセントリック性を維持しながら主に歪曲収差の補正に寄与している。
負の屈折力を持つ第2レンズ群G2および第5 レンズ群G5は、主に全系のペッツバール和を補正する機能を有し、広い露光領域にわたる像面の平坦化を図っている。正の屈折力を持つ第3
レンズ群G3は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群G2は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第3レンズ群G3中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第3レンズ群G3から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。
[Second Example] FIG. 2 is a diagram showing a lens configuration of a projection optical system according to a second example of the present embodiment. The projection optical system according to the second example includes a first lens group G1 having a positive refractive power composed of two lenses L1 and L2 and two lenses in order from the first object side P1 to the second object side P2. The second lens group G2 having negative refractive power composed of the lenses L3 to L4, the third lens group G3 having positive refractive power composed of the two lenses L5 to L6, the aperture stop AS, and two lenses Consists of a fourth lens group G4 having positive refractive power composed of lenses L7 to L8, a fifth lens group G5 having negative refractive power composed of two lenses L9 to L10, and two lenses L11 to L12. And a sixth lens group G6 having positive refractive power. In addition, a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L3 to L4 of the second lens group G2, and a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L9 to L10 of the fifth lens group G5. As described above, the second embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
Next, the values of the specifications of the projection optical system are shown in the following table. The positive, negative, positive, aperture stop, positive, negative, and positive refractive power arrangement is adopted, and the aperture diaphragm has symmetry as much as possible, so that asymmetric aberrations, especially coma and distortion, are extremely good. It can be corrected.
The first lens group G1 having a positive refractive power mainly contributes to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the first object side P1 side. The sixth lens group G6 having positive refractive power also contributes mainly to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the second object side P2.
The second lens group G2 and the fifth lens group G5 having negative refractive power mainly have a function of correcting the Petzval sum of the entire system, and aim to flatten the image plane over a wide exposure area. 3rd with positive refractive power
The lens group G3 mainly contributes to correction of spherical aberration and also to correction of astigmatism and field curvature. Here, the second lens group G2 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens component in the third lens group G3. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the third lens group G3 having a positive refractive power.

また、正の屈折力を持つ第4レンズ群G4は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群G5は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第4レンズ群G4中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第4レンズ群G4から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。 The fourth lens group G4 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the fifth lens group G5 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens components in the fourth lens group G4. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the fourth lens group G4 having a positive refractive power.

Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286
Figure 2013054286
Figure 2013054286

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上記の結果によれば、以下の条件(1) 〜 (3) を満足している。
(1) 0 .3 < f1 / fa < 1.3
(2) −0.36 < f2 / fa < −0.08
(3) 0.13 < f3 / fa < 0.5
上記条件(1)の上限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生する。更に第2および第3レンズ群G3の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(1)の下限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(2)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(2)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(2)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(3)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(3)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(3)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
According to said result, the following conditions (1)-(3) are satisfied.
(1) 0. 3 <f1 / fa <1.3
(2) −0.36 <f2 / fa <−0.08
(3) 0.13 <f3 / fa <0.5
When the upper limit of the above condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken, and negative distortion is greatly generated. Further, the outer diameters of the second and third lens groups G3 are increased, and the manufacturing cost is increased. On the contrary, when the lower limit of the condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken and a large positive distortion is generated, which is not preferable.
The above condition (2) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (2) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (2) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (3) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (3) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (3) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(4) 〜 (7) を満足している。
(4) 0.45 < | β | < 2.2
(5) 0 .3 < f6 / fb < 1.3
(6) −0.36 < f5 / fb < −0.08
(7) 0.13 < f4 / fb < 0.5
上記条件(4)は、投影光学系の前群と後群が開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正する最適な倍率範囲を規定している。条件(4)の倍率範囲を超える場合には、前群と後群の非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を補正することは困難となり、好ましくない。
上記条件(5)の上限を超える場合には、第2 物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生する。更に第4および第5レンズ群G5の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(5)の下限を超える場合には、第2物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(6)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(6)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(6)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(7)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(7)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(7)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (4) to (7) are satisfied.
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0. 3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
In the condition (4), since the front group and the rear group of the projection optical system have as much symmetry as possible with respect to the aperture stop, an optimum magnification range for correcting asymmetric aberration, particularly coma aberration and distortion aberration, is extremely good. It prescribes. When the magnification range of condition (4) is exceeded, it becomes difficult to correct the asymmetric aberrations of the front group and the rear group, particularly coma and distortion, which is not preferable.
When the upper limit of the condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken, and a large positive distortion is generated. Further, the outer diameters of the fourth and fifth lens groups G5 are increased, and the manufacturing cost is increased. Conversely, when the lower limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken and negative distortion is greatly generated, which is not preferable.
The above condition (6) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (6) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (6) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (7) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (7) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (7) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

また、以下の条件(8) 〜 (9) を満足している
(8) −1.8 < r1 / r2 < −0.6
(9) 1.0 < r3 / r2 < 1.8
上記条件(8) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(8) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
上記条件(9) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(9)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(9)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Further, the following conditions (8) to (9) are satisfied (8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
The condition (8) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, when the condition is outside the range of condition (8), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, correction of spherical aberration and Petzval sum is difficult, which is not preferable.
The condition (9) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (9) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (9) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(10) 〜 (11) を満足している。
(10) 1.0<r4/r5<1.8
(11) −1.8<r6 / r5 <−0.6
上記条件(10) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(10)の上限を超える場合には、負の球面収差と上側のコマ収差が大きく発生し、逆に、上記条件(10)の下限を超える場合には、正の球面収差と下側のコマ収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(11) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(11) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (10) to (11) are satisfied.
(10) 1.0 <r4 / r5 <1.8
(11) −1.8 <r6 / r5 <−0.6
The condition (10) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (10) is exceeded, negative spherical aberration and upper coma aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (10) is exceeded, positive spherical aberration and lower side aberration are generated. This is not preferable because the coma aberration is greatly generated.
The condition (11) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, if it is outside the range of the condition (11), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, it is difficult to correct spherical aberration and Petzval sum, which is not preferable.

以上のように、投影光学系の第2の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
レンズ枚数を多くすれば、開口数NAを大きくとれ露光面積を大きくすることができるが、光学系の全長が長くなり、重量も増し、非常に製造コストの高い光学系となる。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。また、光学系全体の透過率も低下し、レンズから発熱の問題も生じる。一方、構成レンズの枚数が10枚を下回る場合には、露光に必要なレベルまで収差を補正することができない。
As described above, the second embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
If the number of lenses is increased, the numerical aperture NA can be increased and the exposure area can be increased, but the overall length of the optical system is increased and the weight is increased, resulting in an optical system that is very expensive to manufacture. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost. Further, the transmittance of the entire optical system is lowered, and a problem of heat generation from the lens also occurs. On the other hand, when the number of constituent lenses is less than 10, the aberration cannot be corrected to a level necessary for exposure.

以上のように、投影光学系の第2の実施形態では、物体側及び像側共に光軸と主光線が平行とみなせるテレセントリック光学系を形成している。 投影露光装置では、設定された任意の倍率で、レティクル上のパターンの像を基板上に忠実に投影することが要求され、特に、倍率誤差が生じることを防止する必要がある。一方、一般に光学系では、焦点深度の範囲内において良好な像を結ぶので、仮に、像側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、倍率誤差が発生する恐れがある。また、物体側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、レティクル上のパターンの位置誤差の恐れが生じる。 As described above, in the second embodiment of the projection optical system, a telecentric optical system in which the optical axis and the principal ray are regarded as parallel is formed on both the object side and the image side. In a projection exposure apparatus, it is required to faithfully project an image of a pattern on a reticle onto a substrate at an arbitrary set magnification. In particular, it is necessary to prevent a magnification error from occurring. On the other hand, in general, an optical system forms a good image within the depth of focus range. Therefore, if the image side is not a telecentric optical system, a magnification error may always occur. Further, when the object side is not a telecentric optical system, there is always a fear of pattern position error on the reticle.

第1レンズ群G1に1枚の正屈折率レンズで構成され、第6レンズ群G6に1枚の正屈折率レンズで構成される。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、正屈折率レンズで構成されるレンズ群が、大型レンズの枚数が少なくなり、製造誤差の発生も少なく、更なるコスト削減の要因となる。また、光学系全体の透過率も向上し、レンズから発熱の問題も低減できる。   The first lens group G1 is composed of one positive refractive index lens, and the sixth lens group G6 is composed of one positive refractive index lens. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, the lens group composed of positive refractive index lenses reduces the number of large lenses, reduces production errors, and further reduces costs. It becomes a factor of. Further, the transmittance of the entire optical system is improved, and the problem of heat generation from the lens can be reduced.

以上のように、投影光学系の第2の実施形態では、第1レンズ群G1に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、第6レンズ群G6に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有する。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、曲率半径の絶対値が同じである曲面で構成されたレンズは、製造コスト削減の要因となる。レンズ製造精度の向上が容易となる。
以上のように、投影光学系の第2の実施形態では、第1物体側P1と第2 物体側P2との間の投影倍率が−1である。開口絞りに関して対称的に配置された前群と後群とからなり、コマ収差、歪曲収差および倍率色収差がゼロに補正ことが可能とあり、製造コストが削減され、好ましい。
As described above, in the second embodiment of the projection optical system, the first lens group G1 has two or more curved surfaces having the same absolute value of the curvature radius, and the sixth lens group G6 has an absolute curvature radius. Curved surfaces having the same value have two or more surfaces. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, a lens configured with a curved surface having the same absolute value of the radius of curvature causes a reduction in manufacturing cost. The lens manufacturing accuracy can be easily improved.
As described above, in the second embodiment of the projection optical system, the projection magnification between the first object side P1 and the second object side P2 is -1. It consists of a front group and a rear group that are arranged symmetrically with respect to the aperture stop, and it is preferable that coma aberration, distortion aberration, and chromatic aberration of magnification can be corrected to zero, and the manufacturing cost is reduced.

図7は、第2実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。図8は、第2実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、Yは像高をそれぞれ示している。非点収差図のTで示す線は、タンジェンシャル像面の像面湾曲を示し、Sで示す線はサジタル像面の像面湾曲を示す。また、コマ収差図の縦軸スケールは、5目盛分で50ミクロンを示す。各収差図から明らかなように、第2実施例の投影光学系では、大きな投影視野(有効径204mm)の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。
本発明に係る投影光学系の第2の実施形態においては、投影光学系の収差を良好に補正することが可能であって、各種基板を製造するのに十分な露光領域、解像度、及び光学特性を備え、第2、第3、第4および第5レンズG2〜G5の外径が抑えられたコンパクトな投影光学系で、低いコストで実現することができる。
FIG. 7 is a diagram showing astigmatism and distortion of the projection optical system in the second embodiment. FIG. 8 is a diagram showing coma aberration of the projection optical system in the second embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. The line indicated by T in the astigmatism diagram indicates the field curvature of the tangential image plane, and the line indicated by S indicates the field curvature of the sagittal image plane. In addition, the vertical scale of the coma aberration diagram indicates 50 microns at 5 scales. As is clear from each aberration diagram, in the projection optical system of the second example, various aberrations are well corrected over the entire large projection field (effective diameter: 204 mm), and good optical performance is ensured. In particular, referring to the astigmatism diagrams, it can be seen that the flatness of the image surface is ensured satisfactorily.
In the second embodiment of the projection optical system according to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the aberration of the projection optical system, and the exposure area, resolution, and optical characteristics sufficient to manufacture various substrates. And a compact projection optical system in which the outer diameters of the second, third, fourth, and fifth lenses G2 to G5 are suppressed, and can be realized at low cost.

〔第3実施例〕図3は、本実施形態の第3実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第3実施例にかかる投影光学系は、第1 物体側P1から第2 物体側P2側の順に、2枚のレンズL1〜L2から構成される正屈折力の第1レンズ群G1と、2枚のレンズL3〜L4から構成される負屈折力の第2レンズ群G2と、2枚のレンズL5〜L6から構成される正屈折力の第3レンズ群G3と、開口絞りASと、2枚のレンズL7〜L8から構成される正屈折力の第4レンズ群G4と、2枚のレンズL9〜L10から構成される負屈折力の第5レンズ群G5と、2枚のレンズL11〜L12から構成される正屈折力の第6レンズ群G6とが備えられている。また、第2レンズ群G2の一対の負レンズL3〜L4に互いに向き合った凹面の組を形成し、第5レンズ群G5の一対の負レンズL9〜L10に互いに向き合った凹面の組を形成する。以上のように、投影光学系の第3の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
次に、本投影光学系の諸元の値を下表に示す。正・負・正・開口絞り・正・負・正の屈折力配置を採用しており、開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正することができる。
また、正の屈折力を持つ第1 レンズ群G1は、第1 物体側P1側のテレセントリック性を維持させながら主に歪曲収差の補正に寄与している。また、正の屈折力を持つ第6レンズ群G6も、第2物体側P2側のテレセントリック性を維持しながら主に歪曲収差の補正に寄与している。
負の屈折力を持つ第2 レンズ群G2および第5 レンズ群G5は、主に全系のペッツバール和を補正する機能を有し、広い露光領域にわたる像面の平坦化を図っている。正の屈折力を持つ第3
レンズ群G3は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群G2は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第3レンズ群G3中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第3レンズ群G3から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。
[Third Example] FIG. 3 is a view showing the lens arrangement of a projection optical system according to the third example of the present embodiment. The projection optical system according to the third example includes a first lens group G1 having a positive refractive power composed of two lenses L1 and L2 in order from the first object side P1 to the second object side P2, and two lenses. The second lens group G2 having negative refractive power composed of the lenses L3 to L4, the third lens group G3 having positive refractive power composed of the two lenses L5 to L6, the aperture stop AS, and two lenses Consists of a fourth lens group G4 having positive refractive power composed of lenses L7 to L8, a fifth lens group G5 having negative refractive power composed of two lenses L9 to L10, and two lenses L11 to L12. And a sixth lens group G6 having positive refractive power. In addition, a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L3 to L4 of the second lens group G2, and a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L9 to L10 of the fifth lens group G5. As described above, the third embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
Next, the values of the specifications of the projection optical system are shown in the following table. The positive, negative, positive, aperture stop, positive, negative, and positive refractive power arrangement is adopted, and the aperture diaphragm has symmetry as much as possible, so that asymmetric aberrations, especially coma and distortion, are extremely good. It can be corrected.
The first lens group G1 having a positive refractive power mainly contributes to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the first object side P1 side. The sixth lens group G6 having positive refractive power also contributes mainly to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the second object side P2.
The second lens group G2 and the fifth lens group G5 having negative refractive power mainly have a function of correcting the Petzval sum of the entire system, and aim to flatten the image plane over a wide exposure area. 3rd with positive refractive power
The lens group G3 mainly contributes to correction of spherical aberration and also to correction of astigmatism and field curvature. Here, the second lens group G2 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens component in the third lens group G3. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the third lens group G3 having a positive refractive power.

また、正の屈折力を持つ第4レンズ群G4は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群G5は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第4レンズ群G4中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第4レンズ群G4から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。 The fourth lens group G4 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the fifth lens group G5 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens components in the fourth lens group G4. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the fourth lens group G4 having a positive refractive power.

Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286
Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286

上記の結果によれば、以下の条件(1) 〜 (3) を満足している。
(1) 0 .3 < f1 / fa < 1.3
(2) −0.36 < f2 / fa < −0.08
(3) 0.13 < f3 / fa < 0.5
上記条件(1)の上限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生する。更に第2および第3レンズ群G3の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(1)の下限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(2)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(2)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(2)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(3)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(3)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(3)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
According to said result, the following conditions (1)-(3) are satisfied.
(1) 0. 3 <f1 / fa <1.3
(2) −0.36 <f2 / fa <−0.08
(3) 0.13 <f3 / fa <0.5
When the upper limit of the above condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken, and negative distortion is greatly generated. Further, the outer diameters of the second and third lens groups G3 are increased, and the manufacturing cost is increased. On the contrary, when the lower limit of the condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken and a large positive distortion is generated, which is not preferable.
The above condition (2) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (2) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (2) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (3) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (3) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (3) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件( 4 ) 〜 ( 7 ) を満足している。
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0 .3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
上記条件(4)は、投影光学系の前群と後群が開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正する最適な倍率範囲を規定している。条件(4)の倍率範囲を超える場合には、前群と後群の非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を補正することは困難となり、好ましくない。
上記条件(5)の上限を超える場合には、第2物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生する。更に第4および第5レンズ群G5の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(5)の下限を超える場合には、第2物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(6)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(6)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(6)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(7)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(7)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(7)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (4) to (7) are satisfied.
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0. 3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
In the condition (4), since the front group and the rear group of the projection optical system have as much symmetry as possible with respect to the aperture stop, an optimum magnification range for correcting asymmetric aberration, particularly coma aberration and distortion aberration, is extremely good. It prescribes. When the magnification range of condition (4) is exceeded, it becomes difficult to correct the asymmetric aberrations of the front group and the rear group, particularly coma and distortion, which is not preferable.
When the upper limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken and a large positive distortion is generated. Further, the outer diameters of the fourth and fifth lens groups G5 are increased, and the manufacturing cost is increased. Conversely, when the lower limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken and negative distortion is greatly generated, which is not preferable.
The above condition (6) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (6) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (6) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (7) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (7) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (7) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

また、以下の条件( 8 ) 〜 ( 9 ) を満足している
(8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
上記条件(8) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(8) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
上記条件(9) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(9)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(9)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Moreover, the following conditions (8) to (9) are satisfied (8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
The condition (8) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, when the condition is outside the range of condition (8), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, correction of spherical aberration and Petzval sum is difficult, which is not preferable.
The condition (9) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (9) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (9) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(10) 〜 (11) を満足している。
(10) 1.0<r4/r5<1.8
(11) −1.8<r6 / r5 <−0.6
上記条件(10) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(10)の上限を超える場合には、負の球面収差と上側のコマ収差が大きく発生し、逆に、上記条件(10)の下限を超える場合には、正の球面収差と下側のコマ収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(11) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(11) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (10) to (11) are satisfied.
(10) 1.0 <r4 / r5 <1.8
(11) −1.8 <r6 / r5 <−0.6
The condition (10) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (10) is exceeded, negative spherical aberration and upper coma aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (10) is exceeded, positive spherical aberration and lower side aberration are generated. This is not preferable because the coma aberration is greatly generated.
The condition (11) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, if it is outside the range of the condition (11), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, it is difficult to correct spherical aberration and Petzval sum, which is not preferable.

以上のように、投影光学系の第3の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
レンズ枚数を多くすれば、開口数NAを大きくとれ露光面積を大きくすることができるが、光学系の全長が長くなり、重量も増し、非常に製造コストの高い光学系となる。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。また、光学系全体の透過率も低下し、レンズから発熱の問題も生じる。一方、構成レンズの枚数が10枚を下回る場合には、露光に必要なレベルまで収差を補正することができない。
As described above, the third embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
If the number of lenses is increased, the numerical aperture NA can be increased and the exposure area can be increased, but the overall length of the optical system is increased and the weight is increased, resulting in an optical system that is very expensive to manufacture. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost. Further, the transmittance of the entire optical system is lowered, and a problem of heat generation from the lens also occurs. On the other hand, when the number of constituent lenses is less than 10, the aberration cannot be corrected to a level necessary for exposure.

以上のように、投影光学系の第3の実施形態では、物体側及び像側共に光軸と主光線が平行とみなせるテレセントリック光学系を形成している。 投影露光装置では、設定された任意の倍率で、レティクル上のパターンの像を基板上に忠実に投影することが要求され、特に、倍率誤差が生じることを防止する必要がある。一方、一般に光学系では、焦点深度の範囲内において良好な像を結ぶので、仮に、像側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、倍率誤差が発生する恐れがある。また、物体側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、レティクル上のパターンの位置誤差の恐れが生じる。 As described above, in the third embodiment of the projection optical system, a telecentric optical system in which the optical axis and the principal ray can be regarded as parallel is formed on both the object side and the image side. In a projection exposure apparatus, it is required to faithfully project an image of a pattern on a reticle onto a substrate at an arbitrary set magnification. In particular, it is necessary to prevent a magnification error from occurring. On the other hand, in general, an optical system forms a good image within the depth of focus range. Therefore, if the image side is not a telecentric optical system, a magnification error may always occur. Further, when the object side is not a telecentric optical system, there is always a fear of pattern position error on the reticle.

第1レンズ群G1に1枚の正屈折率レンズで構成され、第6レンズ群G6に1枚の正屈折率レンズで構成される。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、正屈折率レンズで構成されるレンズ群が、大型レンズの枚数が少なくなり、製造誤差の発生も少なく、更なるコスト削減の要因となる。また、光学系全体の透過率も向上し、レンズから発熱の問題も低減できる。   The first lens group G1 is composed of one positive refractive index lens, and the sixth lens group G6 is composed of one positive refractive index lens. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, the lens group composed of positive refractive index lenses reduces the number of large lenses, reduces production errors, and further reduces costs. It becomes a factor of. Further, the transmittance of the entire optical system is improved, and the problem of heat generation from the lens can be reduced.

以上のように、投影光学系の第3の実施形態では、第1レンズ群G1に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、第6レンズ群G6に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有する。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、曲率半径の絶対値が同じである曲面で構成されたレンズは、製造コスト削減の要因となる。レンズ製造精度の向上が容易となる。 As described above, in the third embodiment of the projection optical system, the first lens group G1 has two or more curved surfaces having the same absolute value of the curvature radius, and the sixth lens group G6 has an absolute curvature radius. Curved surfaces having the same value have two or more surfaces. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, a lens configured with a curved surface having the same absolute value of the radius of curvature causes a reduction in manufacturing cost. The lens manufacturing accuracy can be easily improved.

以上のように、投影光学系の第3の実施形態では、第1物体側P1と第2物体側P2との間の投影倍率が−1である。開口絞りに関して対称的に配置された前群と後群とからなり、コマ収差、歪曲収差および倍率色収差がゼロに補正ことが可能とあり、製造コストが削減され、好ましい。 As described above, in the third embodiment of the projection optical system, the projection magnification between the first object side P1 and the second object side P2 is -1. It consists of a front group and a rear group that are arranged symmetrically with respect to the aperture stop, and it is preferable that coma aberration, distortion aberration, and chromatic aberration of magnification can be corrected to zero, and the manufacturing cost is reduced.

図9は、第3実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。図10は、第3実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、Yは像高をそれぞれ示している。非点収差図のTで示す線は、タンジェンシャル像面の像面湾曲を示し、Sで示す線はサジタル像面の像面湾曲を示す。また、コマ収差図の縦軸スケールは、5目盛分で50ミクロンを示す。各収差図から明らかなように、第3実施例の投影光学系では、大きな投影視野(有効径204mm)の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。
本発明に係る投影光学系の第3の実施形態においては、投影光学系の収差を良好に補正することが可能であって、各種基板を製造するのに十分な露光領域、解像度、及び光学特性を備え、第2、第3、第4および第5レンズG2〜G5の外径が抑えられたコンパクトな投影光学系で、低いコストで実現することができる。
FIG. 9 is a diagram showing astigmatism and distortion of the projection optical system in the third embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating coma aberration of the projection optical system according to the third embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. The line indicated by T in the astigmatism diagram indicates the field curvature of the tangential image plane, and the line indicated by S indicates the field curvature of the sagittal image plane. In addition, the vertical scale of the coma aberration diagram indicates 50 microns at 5 scales. As is apparent from each aberration diagram, in the projection optical system of the third example, various aberrations are well corrected over the entire large projection field (effective diameter 204 mm), and good optical performance is ensured. In particular, referring to the astigmatism diagrams, it can be seen that the flatness of the image surface is ensured satisfactorily.
In the third embodiment of the projection optical system according to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the aberration of the projection optical system, and the exposure area, resolution, and optical characteristics sufficient to manufacture various substrates. And a compact projection optical system in which the outer diameters of the second, third, fourth, and fifth lenses G2 to G5 are suppressed, and can be realized at low cost.

〔第4実施例〕図4は、本実施形態の第4実施例にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。第4実施例にかかる投影光学系は、第1物体側P1から第2物体側P2側の順に、2枚のレンズL1〜L2から構成される正屈折力の第1レンズ群G1と、2枚のレンズL3〜L4から構成される負屈折力の第2レンズ群G2と、2枚のレンズL5〜L6から構成される正屈折力の第3レンズ群G3と、開口絞りASと、2枚のレンズL7〜L8から構成される正屈折力の第4レンズ群G4と、2枚のレンズL9〜L10から構成される負屈折力の第5レンズ群G5と、2枚のレンズL11〜L12から構成される正屈折力の第6レンズ群G6とが備えられている。また、第2レンズ群G2の一対の負レンズL3〜L4に互いに向き合った凹面の組を形成し、第5レンズ群G5の一対の負レンズL9〜L10に互いに向き合った凹面の組を形成する。以上のように、投影光学系の第4の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
次に、本投影光学系の諸元の値を下表に示す。正・負・正・開口絞り・正・負・正の屈折力配置を採用しており、開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正することができる。
また、正の屈折力を持つ第1レンズ群G1は、第1物体側P1側のテレセントリック性を維持させながら主に歪曲収差の補正に寄与している。また、正の屈折力を持つ第6レンズ群G6も、第2物体側P2側のテレセントリック性を維持しながら主に歪曲収差の補正に寄与している。
負の屈折力を持つ第2レンズ群G2および第5 レンズ群G5は、主に全系のペッツバール和を補正する機能を有し、広い露光領域にわたる像面の平坦化を図っている。正の屈折力を持つ第3レンズ群G3は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群G2は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第3レンズ群G3中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第3レンズ群G3から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。
[Fourth Example] FIG. 4 is a view showing the lens arrangement of a projection optical system according to the fourth example of the present embodiment. The projection optical system according to the fourth example includes a first lens group G1 having a positive refractive power composed of two lenses L1 and L2 and two lenses in order from the first object side P1 to the second object side P2. The second lens group G2 having negative refractive power composed of the lenses L3 to L4, the third lens group G3 having positive refractive power composed of the two lenses L5 to L6, the aperture stop AS, and two lenses Consists of a fourth lens group G4 having positive refractive power composed of lenses L7 to L8, a fifth lens group G5 having negative refractive power composed of two lenses L9 to L10, and two lenses L11 to L12. And a sixth lens group G6 having positive refractive power. In addition, a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L3 to L4 of the second lens group G2, and a pair of concave surfaces facing each other is formed on the pair of negative lenses L9 to L10 of the fifth lens group G5. As described above, the fourth embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
Next, the values of the specifications of the projection optical system are shown in the following table. The positive, negative, positive, aperture stop, positive, negative, and positive refractive power arrangement is adopted, and the aperture diaphragm has symmetry as much as possible, so that asymmetric aberrations, especially coma and distortion, are extremely good. It can be corrected.
The first lens group G1 having a positive refractive power mainly contributes to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the first object side P1 side. The sixth lens group G6 having positive refractive power also contributes mainly to correction of distortion while maintaining the telecentricity on the second object side P2.
The second lens group G2 and the fifth lens group G5 having negative refractive power mainly have a function of correcting the Petzval sum of the entire system, and aim to flatten the image plane over a wide exposure area. The third lens group G3 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the second lens group G2 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens component in the third lens group G3. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the third lens group G3 having a positive refractive power.

また、正の屈折力を持つ第4レンズ群G4は、主に球面収差の補正に寄与するとともに、非点収差と像面湾曲の補正に寄与している。ここで、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群G5は、この凹面によって正のペッツバール和を発生させて、第4レンズ群G4中の正レンズ成分から発生する負のペッツバール和を補正するとともに、正屈折力の第4レンズ群G4から発生する負の球面収差を補正する機能を有している。 The fourth lens group G4 having a positive refractive power mainly contributes to correction of spherical aberration, and also contributes to correction of astigmatism and field curvature. Here, the fifth lens group G5 having a pair of negative lenses forming a pair of concave surfaces facing each other generates a positive Petzval sum by this concave surface and is generated from the positive lens components in the fourth lens group G4. It has a function of correcting the negative Petzval sum and correcting the negative spherical aberration generated from the fourth lens group G4 having a positive refractive power.

Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286
Figure 2013054286
Figure 2013054286

Figure 2013054286

上記の結果によれば、以下の条件(1) 〜 (3) を満足している。
(1) 0 .3 < f1 / fa < 1.3
(2) −0.36 < f2 / fa < −0.08
(3) 0.13 < f3 / fa < 0.5
上記条件(1)の上限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生する。更に第2および第3レンズ群G3の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(1)の下限を超える場合には、第1物体側P1側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(2)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(2)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(2)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(3)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(3)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(3)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
According to said result, the following conditions (1)-(3) are satisfied.
(1) 0. 3 <f1 / fa <1.3
(2) −0.36 <f2 / fa <−0.08
(3) 0.13 <f3 / fa <0.5
When the upper limit of the above condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken, and negative distortion is greatly generated. Further, the outer diameters of the second and third lens groups G3 are increased, and the manufacturing cost is increased. On the contrary, when the lower limit of the condition (1) is exceeded, the telecentricity on the first object side P1 side is broken and a large positive distortion is generated, which is not preferable.
The above condition (2) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (2) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (2) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (3) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (3) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (3) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件( 4 ) 〜 ( 7 ) を満足している。
(4) 0.45 < | β | < 2.2
(5) 0 .3 < f6 / fb < 1.3
(6) −0.36 < f5 / fb < −0.08
(7) 0.13 < f4 / fb < 0.5
上記条件(4)は、投影光学系の前群と後群が開口絞りに関して極力対称性を持たせているため、非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を極めて良好に補正する最適な倍率範囲を規定している。条件(4)の倍率範囲を超える場合には、前群と後群の非対称収差、特にコマ収差、歪曲収差を補正することは困難となり、好ましくない。
上記条件(5)の上限を超える場合には、第2物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、正の歪曲収差が大きく発生する。更に第4および第5レンズ群G5の外径が大きくなり、製造コストがかさむ。逆に上記条件(5)の下限を超える場合には、第2
物体側P2側のテレセントリック性が崩れて、負の歪曲収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(6)では、主に全系のペッツバール和および球面収差を良好に補正するためである。上記条件(6)の上限を超える場合には、正の像面湾曲と正の球面収差が大きく発生し、逆に、上記条件(6)の下限を超える場合には、負の像面湾曲と負の球面収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(7)は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(7)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(7)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (4) to (7) are satisfied.
(4) 0.45 <| β | <2.2
(5) 0. 3 <f6 / fb <1.3
(6) −0.36 <f5 / fb <−0.08
(7) 0.13 <f4 / fb <0.5
In the condition (4), since the front group and the rear group of the projection optical system have as much symmetry as possible with respect to the aperture stop, an optimum magnification range for correcting asymmetric aberration, particularly coma aberration and distortion aberration, is extremely good. It prescribes. When the magnification range of condition (4) is exceeded, it becomes difficult to correct the asymmetric aberrations of the front group and the rear group, particularly coma and distortion, which is not preferable.
When the upper limit of the above condition (5) is exceeded, the telecentricity on the second object side P2 side is broken and a large positive distortion is generated. Further, the outer diameters of the fourth and fifth lens groups G5 are increased, and the manufacturing cost is increased. Conversely, if the lower limit of the above condition (5) is exceeded, the second
This is not preferable because the telecentricity on the object side P2 side is broken and negative distortion is greatly generated.
The above condition (6) is mainly for satisfactorily correcting the Petzval sum and spherical aberration of the entire system. When the upper limit of the condition (6) is exceeded, positive curvature of field and positive spherical aberration occur greatly. Conversely, when the lower limit of the condition (6) is exceeded, negative curvature of field is obtained. Since negative spherical aberration is greatly generated, it is not preferable.
The condition (7) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (7) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (7) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

また、以下の条件(8) 〜 (9) を満足している
(8) −1.8 < r1 / r2 < −0.6
(9) 1.0 < r3 / r2 < 1.8
上記条件(8) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(8) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
上記条件(9) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(9)の上限を超える場合には、正の球面収差と正の像面湾曲収差が大きく発生し、逆に、上記条件(9)の下限を超える場合には、負の球面収差と負の像面湾曲収差が大きく発生するため好ましくない。
Further, the following conditions (8) to (9) are satisfied (8) −1.8 <r1 / r2 <−0.6
(9) 1.0 <r3 / r2 <1.8
The condition (8) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, when the condition is outside the range of condition (8), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, correction of spherical aberration and Petzval sum is difficult, which is not preferable.
The condition (9) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (9) is exceeded, positive spherical aberration and positive curvature of field aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (9) is exceeded, negative spherical aberration is caused. Since negative curvature of field aberration is greatly generated, it is not preferable.

更に、以下の条件(10) 〜 (11) を満足している。
(10) 1.0 < r4 / r5 < 1.8
(11) −1.8 < r6 / r5 < −0.6
上記条件(10) は、主に球面収差と像面湾曲収差を良好に補正するためである。上記条件(10)の上限を超える場合には、負の球面収差と上側のコマ収差が大きく発生し、逆に、上記条件(10)の下限を超える場合には、正の球面収差と下側のコマ収差が大きく発生するため好ましくない。
上記条件(11) は、第2レンズ群G2における互いに向かい合った凹面の最適な形状を規定するものである。ここで、条件(11) の範囲から外れる場合には、この気体レンズの形状の対称性がくずれコマ収差の発生を招き、それに加えて球面収差、ペッツバール和の補正が困難となるため好ましくない。
Furthermore, the following conditions (10) to (11) are satisfied.
(10) 1.0 <r4 / r5 <1.8
(11) −1.8 <r6 / r5 <−0.6
The condition (10) is mainly for satisfactorily correcting spherical aberration and field curvature aberration. When the upper limit of the condition (10) is exceeded, negative spherical aberration and upper coma aberration are greatly generated. Conversely, when the lower limit of the condition (10) is exceeded, positive spherical aberration and lower side aberration are generated. This is not preferable because the coma aberration is greatly generated.
The condition (11) defines the optimum shape of the concave surfaces facing each other in the second lens group G2. Here, if it is outside the range of the condition (11), the symmetry of the shape of the gas lens is lost, and coma aberration is generated. In addition, it is difficult to correct spherical aberration and Petzval sum, which is not preferable.

以上のように、投影光学系の第4の実施形態では、計12枚のレンズから構成されている。
レンズ枚数を多くすれば、開口数NAを大きくとれ露光面積を大きくすることができるが、光学系の全長が長くなり、重量も増し、非常に製造コストの高い光学系となる。また、レンズ枚数が多いことで製造誤差の発生も大きく、高いレンズ製造精度を要するため、更なるコストアップの要因となる。また、光学系全体の透過率も低下し、レンズから発熱の問題も生じる。一方、構成レンズの枚数が10枚を下回る場合には、露光に必要なレベルまで収差を補正することができない。
As described above, the fourth embodiment of the projection optical system includes a total of 12 lenses.
If the number of lenses is increased, the numerical aperture NA can be increased and the exposure area can be increased, but the overall length of the optical system is increased and the weight is increased, resulting in an optical system that is very expensive to manufacture. In addition, since the number of lenses is large, production errors are large, and high lens manufacturing accuracy is required, which further increases the cost. Further, the transmittance of the entire optical system is lowered, and a problem of heat generation from the lens also occurs. On the other hand, when the number of constituent lenses is less than 10, the aberration cannot be corrected to a level necessary for exposure.

以上のように、投影光学系の第4の実施形態では、物体側及び像側共に光軸と主光線が平行とみなせるテレセントリック光学系を形成している。 投影露光装置では、設定された任意の倍率で、レティクル上のパターンの像を基板上に忠実に投影することが要求され、特に、倍率誤差が生じることを防止する必要がある。一方、一般に光学系では、焦点深度の範囲内において良好な像を結ぶので、仮に、像側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、倍率誤差が発生する恐れがある。また、物体側がテレセントリック光学系でない場合には、常に、レティクル上のパターンの位置誤差の恐れが生じる。 As described above, in the fourth embodiment of the projection optical system, a telecentric optical system in which the optical axis and the principal ray are regarded as parallel is formed on both the object side and the image side. In a projection exposure apparatus, it is required to faithfully project an image of a pattern on a reticle onto a substrate at an arbitrary set magnification. In particular, it is necessary to prevent a magnification error from occurring. On the other hand, in general, an optical system forms a good image within the depth of focus range. Therefore, if the image side is not a telecentric optical system, a magnification error may always occur. Further, when the object side is not a telecentric optical system, there is always a fear of pattern position error on the reticle.

第1レンズ群G1に1枚の正屈折率レンズで構成され、第6レンズ群G6に1枚の正屈折率レンズで構成される。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、正屈折率レンズで構成されるレンズ群が、大型レンズの枚数が少なくなり、製造誤差の発生も少なく、更なるコスト削減の要因となる。また、光学系全体の透過率も向上し、レンズから発熱の問題も低減できる。   The first lens group G1 is composed of one positive refractive index lens, and the sixth lens group G6 is composed of one positive refractive index lens. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, the lens group composed of positive refractive index lenses reduces the number of large lenses, reduces production errors, and further reduces costs. It becomes a factor of. Further, the transmittance of the entire optical system is improved, and the problem of heat generation from the lens can be reduced.

以上のように、投影光学系の第4の実施形態では、第1レンズ群G1に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、第6レンズ群G6に曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有する。第1および第6レンズ群G6が相対的に大型のレンズであるため、曲率半径の絶対値が同じである曲面で構成されたレンズは、製造コスト削減の要因となる。レンズ製造精度の向上が容易となる。 As described above, in the fourth embodiment of the projection optical system, the first lens group G1 has two or more curved surfaces having the same absolute value of the curvature radius, and the sixth lens group G6 has an absolute curvature radius. Curved surfaces having the same value have two or more surfaces. Since the first and sixth lens groups G6 are relatively large lenses, a lens configured with a curved surface having the same absolute value of the radius of curvature causes a reduction in manufacturing cost. The lens manufacturing accuracy can be easily improved.

図11は、第4実施形態における投影光学系の非点収差および歪曲収差を示す図である。図12は、第4実施形態における投影光学系のコマ収差を示す図である。各収差図において、Yは像高をそれぞれ示している。非点収差図のTで示す線は、タンジェンシャル像面の像面湾曲を示し、Sで示す線はサジタル像面の像面湾曲を示す。また、コマ収差図の縦軸スケールは、5目盛分で50ミクロンを示す。各収差図から明らかなように、第4実施例の投影光学系では、大きな投影視野(有効径204mm)の全体に亘って諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保されていること、特に非点収差図を参照すると像面の平坦性が良好に確保されていることがわかる。
本発明に係る投影光学系の第4の実施形態においては、投影光学系の収差を良好に補正することが可能であって、各種基板を製造するのに十分な露光領域、解像度、及び光学特性を備え、第2、第3、第4および第5レンズG2〜G5の外径が抑えられたコンパクトな投影光学系で、低いコストで実現することができる。
FIG. 11 is a diagram showing astigmatism and distortion of the projection optical system in the fourth embodiment. FIG. 12 is a diagram showing coma aberration of the projection optical system in the fourth embodiment. In each aberration diagram, Y represents the image height. The line indicated by T in the astigmatism diagram indicates the field curvature of the tangential image plane, and the line indicated by S indicates the field curvature of the sagittal image plane. In addition, the vertical scale of the coma aberration diagram indicates 50 microns at 5 scales. As is apparent from the respective aberration diagrams, in the projection optical system of the fourth example, various aberrations are well corrected over the entire large projection field (effective diameter 204 mm), and good optical performance is ensured. In particular, referring to the astigmatism diagrams, it can be seen that the flatness of the image surface is ensured satisfactorily.
In the fourth embodiment of the projection optical system according to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the aberration of the projection optical system, and the exposure area, resolution, and optical characteristics sufficient to manufacture various substrates. And a compact projection optical system in which the outer diameters of the second, third, fourth, and fifth lenses G2 to G5 are suppressed, and can be realized at low cost.

P1 第1物体側
P2 第2物体側
AS 開口絞り
P1 First object side P2 Second object side AS Aperture stop

Claims (10)

第1物体の像を第2物体上に投影するための投影光学系において、
前記第1物体側から前記第2物体に向かって順に、
正の屈折力を有する第1レンズ群と、
負の屈折力を有し、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第2レンズ群と、
正の屈折力をする第3レンズ群と、
開口絞りと、
正の屈折力を有する第4レンズ群と、
負の屈折力を有し、互いに向き合った凹面の組を形成する一対の負レンズを持つ第5レンズ群と、
正の屈折力を持つ第6レンズ群とから構成され、
0 .3 < f1 / fa < 1.3
−0.36 < f2 / fa < −0.08
0.13 < f3 / fa < 0.5
を満足することを特徴とする投影光学系。
但し、
f1 :前記第1レンズ群の焦点距離、
f2 :前記第2レンズ群の焦点距離、
f3 :前記第3レンズ群の焦点距離、
fa :前記第1、第2および第3レンズ群からなる前群の焦点距離、
In a projection optical system for projecting an image of a first object onto a second object,
In order from the first object side toward the second object,
A first lens group having a positive refractive power;
A second lens group having a pair of negative lenses having negative refractive power and forming a pair of concave surfaces facing each other;
A third lens group having a positive refractive power;
An aperture stop,
A fourth lens group having a positive refractive power;
A fifth lens group having a pair of negative lenses having negative refractive power and forming a pair of concave surfaces facing each other;
A sixth lens unit having a positive refractive power,
0. 3 <f1 / fa <1.3
−0.36 <f2 / fa <−0.08
0.13 <f3 / fa <0.5
Projection optical system characterized by satisfying
However,
f1: focal length of the first lens group,
f2: focal length of the second lens group,
f3: focal length of the third lens group,
fa: the focal length of the front group consisting of the first, second and third lens groups,
前記投影光学系において、
0.45 < | β | < 2.2
0 .3 < f6 / fb < 1.3
−0.36 < f5 / fb < −0.08
0.13 < f4 / fb < 0.5
を満足することを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
但し、
β :前記投影光学系の横倍率、
f4 :前記第4レンズ群の焦点距離、
f5 :前記第5レンズ群の焦点距離、
f6 :前記第6レンズ群の焦点距離、
fb :前記第4、第5および第6レンズ群からなる後群の焦点距離、
In the projection optical system,
0.45 <| β | <2.2
0. 3 <f6 / fb <1.3
−0.36 <f5 / fb <−0.08
0.13 <f4 / fb <0.5
The projection optical system according to claim 1, wherein:
However,
β: lateral magnification of the projection optical system,
f4: focal length of the fourth lens group,
f5: focal length of the fifth lens group,
f6: focal length of the sixth lens group,
fb: focal length of rear group consisting of the fourth, fifth and sixth lens groups,
前記第2および第3レンズ群は、
−1.8 < r1 / r2 < −0.6
1.0 < r3 / r2 < 1.8
を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の投影光学系。
但し、
r1 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径、
r2 :前記第2レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径、
r3 :前記第3レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、
The second and third lens groups are
−1.8 <r1 / r2 <−0.6
1.0 <r3 / r2 <1.8
The projection optical system according to claim 1, wherein:
However,
r1: the radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave group facing each other of the second lens group,
r2: the radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface group of the second lens group facing each other,
r3: The smallest value of the absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the third lens group,
前記第4および第5レンズ群は、
1.0 < r4 / r5 < 1.8
−1.8 < r6 / r5 < −0.6
を満足することを特徴とする請求項3に記載の投影光学系。
但し、
r4 :前記第4レンズ群の各レンズ面の中に、各曲率半径の絶対値の一番小さい値、
r5 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第一物体側の凹面の曲率半径、
r6 :前記第5レンズ群の互いに向き合った凹面組の中に第二物体側の凹面の曲率半径
The fourth and fifth lens groups are
1.0 <r4 / r5 <1.8
−1.8 <r6 / r5 <−0.6
The projection optical system according to claim 3, wherein:
However,
r4: The smallest absolute value of each radius of curvature in each lens surface of the fourth lens group,
r5: radius of curvature of the concave surface on the first object side in the concave surface group of the fifth lens group facing each other,
r6: radius of curvature of the concave surface on the second object side in the concave surface group facing each other of the fifth lens group
前記第2物体の像を前記第1物体上に投影することを特徴とする請求項3または4に記載の投影光学系。   The projection optical system according to claim 3, wherein an image of the second object is projected onto the first object. 前記投影光学系の構成レンズの総枚数が、10枚以上20枚以下であることを特徴とする請求項5に記載の投影光学系。   6. The projection optical system according to claim 5, wherein the total number of constituent lenses of the projection optical system is 10 or more and 20 or less. 前記第1物体側及び前記第2物体側共にテレセントリック光学系であることを特徴とする請求項6に記載の投影光学系。   The projection optical system according to claim 6, wherein both the first object side and the second object side are telecentric optical systems. 前記第1レンズ群は、1枚以上の正屈折率レンズで構成され、
前記第6レンズ群は、1枚以上の正屈折率レンズで構成されることを特徴とする請求項6に記載の投影光学系。
The first lens group includes one or more positive refractive index lenses,
The projection optical system according to claim 6, wherein the sixth lens group includes one or more positive refractive index lenses.
前記第1レンズ群は、曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有し、
前記第6レンズ群は、曲率半径の絶対値が同じである曲面が2面以上を有することを特徴とする請求項7に記載の投影光学系。
The first lens group has two or more curved surfaces having the same absolute value of the radius of curvature.
The projection optical system according to claim 7, wherein the sixth lens group has two or more curved surfaces having the same absolute value of the radius of curvature.
前記開口絞りに関して対称的に配置された前群と後群とからなり、前記第1 物体と前記第2物体との間の投影倍率が−1であることを特徴とする請求項6に記載の投影光学系。

The projection magnification between the first object and the second object is -1, which is composed of a front group and a rear group that are arranged symmetrically with respect to the aperture stop. Projection optics.

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