JP5504763B2 - Lens array and optical system - Google Patents

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Description

本発明は、複数のレンズが隣り合うように配列されたレンズアレイ及び該レンズアレイを有する光学系に関するものである。   The present invention relates to a lens array in which a plurality of lenses are arranged adjacent to each other and an optical system having the lens array.

従来、フォトリソグラフィ等の露光装置に用いられる照明光学系の中には、焦点面での照度均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、フライアイレンズ(マイクロフライアイレンズ)を利用したレンズアレイを用いたものがある。また、前記したインテグレータ光学系の例として、2枚のフライアイレンズを並べた構成を有しているものが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。さらに、その2枚構成されたフライアイレンズの両面が、シリンドリカルレンズ面で形成されたものがある。このような構成のインテグレータ光学系の場合、2枚のフライアイレンズの全ての面は凸レンズ形状となるため、各レンズの全体の大きさに対して入射面及び出射面の有効径が小さくなることが多い。   Conventionally, among illumination optical systems used in exposure apparatuses such as photolithography, a lens array using a fly-eye lens (micro fly-eye lens) as an integrator optical system for ensuring illuminance uniformity on the focal plane There is a thing using. Further, as an example of the integrator optical system described above, one having a configuration in which two fly-eye lenses are arranged (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, there are some in which both surfaces of the two fly-eye lenses are formed by cylindrical lens surfaces. In the case of the integrator optical system configured as described above, since all the surfaces of the two fly-eye lenses have a convex lens shape, the effective diameters of the entrance surface and the exit surface are reduced with respect to the overall size of each lens. There are many.

特開2008−191469号公報JP 2008-191469 A

ここで、前記したようなフライアイレンズをフォトリソグラフィを用いて形成した場合、その製造工程において、レンズ表面の平滑化のためにソルベントやポストベーク等を行う。そのため、設計上、隣り合うシリンドリカルレンズ200同士それぞれの有効径外となる継ぎ目部分201は、凸面と凸面とが合わさることで、図6のグラフにおいて点線で示すような角部201aを形成するはずだが、実際は設計形状とは異なり、図6のグラフの実線で示すような滑らかな曲線部201bとなってしまう。   Here, when the fly-eye lens as described above is formed using photolithography, in the manufacturing process, solvent or post-bake is performed for smoothing the lens surface. Therefore, by design, the joint portion 201 that is outside the effective diameter of each of the adjacent cylindrical lenses 200 should form a corner portion 201a as indicated by a dotted line in the graph of FIG. 6 by combining the convex surface and the convex surface. Actually, unlike the design shape, the curved portion 201b becomes smooth as shown by the solid line in the graph of FIG.

これにより、継ぎ目部分201の曲線部201bは、光の射出角度が設計上の角度より小さくなってしまい、その結果、本来は焦点面のおいて必要なエリアの外に向かうはずの有効径外の光線が、迷光として必要なエリア内に入ってしまい、照明強度分布を悪化させてしまう、という問題が生じていた。   As a result, the curved portion 201b of the seam portion 201 has a light emission angle smaller than the designed angle, and as a result, the curved portion 201b is outside the effective diameter that should originally go outside the necessary area in the focal plane. There has been a problem in that light rays enter an area required as stray light and deteriorate the illumination intensity distribution.

なお、このような現象を防ぐための方法としては、継ぎ目部分201の曲線部201bを設計上の角部201aと同じ形状にするか、設計上の角部201aに限りなく近づけるようにすることが考えられる。しかし、フォトリソグラフィによる製造の特性上、この方法は非常に困難であることが判明している。   As a method for preventing such a phenomenon, the curved portion 201b of the joint portion 201 has the same shape as the designed corner portion 201a or approaches the designed corner portion 201a as much as possible. Conceivable. However, this method has proved to be very difficult due to the characteristics of manufacturing by photolithography.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、必要な光量は確保した上で、焦点面における必要なエリアに向かう有効径外の光線による迷光を生じさせないようにして、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができるレンズアレイ及び該レンズアレイを有する光学系を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, while ensuring the necessary amount of light and preventing stray light due to rays outside the effective diameter toward the required area in the focal plane, the focal plane It is an object of the present invention to provide a lens array capable of forming a uniform illumination intensity distribution with a light beam having an effective diameter in a necessary area of the lens and an optical system having the lens array.

かかる課題を解決するために、本発明は、複数のレンズ(111,121)が隣り合うように配列されたレンズアレイ(110,120)において、隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面(D)に、湾曲形状の凹面部分(Dc)を有しており、前記レンズは、その光軸(K)を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径(Da)内外の境界(L)を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されているレンズアレイとしたことを特徴とする。 In order to solve this problem, the present invention provides a lens surface (D) between a plurality of adjacent lenses in a lens array (110, 120) in which a plurality of lenses (111, 121) are arranged adjacent to each other. In addition, each lens has a concave portion (Dc) having a curved shape, and the portions of the lens surface excluding the concave portion in the cross section including the optical axis (K) are inside and outside the effective diameter (Da). The outer curvature is larger than the inner curvature across the boundary (L), and is configured to direct light rays outside the effective diameter of each lens out of the necessary area on the focal plane. It is characterized by having a lens array.

また、本発明は、光の入射側に配置された第1レンズアレイ(110)と、光の出射側に配置された第2レンズアレイ(120)の2つのレンズアレイを有する光学系(100)であって、前記2つのレンズアレイは、それぞれ、複数のレンズ(111,121)が隣り合うように配列されており、隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面(D)に、湾曲形状の凹面部分(Dc)を有しており、少なくとも前記第2レンズアレイのレンズ(121)は、その光軸(K)を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径(Da)内外の境界(L)を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されている光学系としたことを特徴とする。 The present invention also provides an optical system (100) having two lens arrays, a first lens array (110) disposed on the light incident side and a second lens array (120) disposed on the light exit side. The two lens arrays are arranged such that a plurality of lenses (111, 121) are adjacent to each other, and a curved concave surface is formed on a lens surface (D) between the adjacent lenses. A portion (Dc), and at least each lens (121) of the second lens array has an effective diameter (Da) except for the concave portion of the lens surface in a cross section including the optical axis (K). ) The outer curvature is larger than the inner curvature across the inner / outer boundary (L), and the rays outside the effective diameter of each lens are directed outside the required area on the focal plane. Configured to Characterized in that the optical system is.

なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことは言及するまでもない。   Here, in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, the description has been made in association with the reference numerals of the drawings representing the embodiments. However, it is needless to mention that the present invention is not limited to the embodiments. .

本発明によれば、光軸を含む断面におけるレンズ表面が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されているため、有効径外の光線が迷光として焦点面における必要なエリアに入ってくることを防止することができ、有効径外の光線を焦点面における必要なエリアの外に向かわせて、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができる。   According to the present invention, the lens surface in the cross section including the optical axis is formed so that the outer curvature is larger than the inner curvature across the boundary between the inner and outer effective diameters. Can be prevented from entering the required area in the focal plane as stray light, and rays outside the effective diameter are directed outside the required area in the focal plane so that the effective diameter is within the required area in the focal plane. It is possible to form a uniform illumination intensity distribution by the light beams.

本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the structure of the exposure apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1の露光装置に備えられたインテグレータ光学系の第1マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズとそれに対応する第2マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズを示す概略斜視図である。2 is a schematic perspective view showing one cylindrical lens in the first micro fly's eye lens of the integrator optical system provided in the exposure apparatus of FIG. 1 and one cylindrical lens in the corresponding second micro fly's eye lens. FIG. 図2の第2マイクロフライアイレンズのD面のレンズ表面の様子を示す概略横断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the mode of the lens surface of D surface of the 2nd micro fly's eye lens of FIG. 図3の第2マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズのD面の設計上の曲率半径と実際の曲率半径の計測値を比較した結果をグラフに表した図である。It is the figure which represented the result of having compared the measured curvature radius of the design curvature radius of the D surface of one cylindrical lens in the 2nd micro fly's eye lens of FIG. 3 with an actual curvature radius in the graph. (a)本実施の形態のインテグレータ光学系による光の状態と、(b)従来のインテグレータ光学系による光の状態とを比較説明するための概略図である。(A) It is the schematic for comparing and explaining the light state by the integrator optical system of this Embodiment, and (b) the light state by the conventional integrator optical system. 従来のフライアイレンズにおけるシリンドリカルレンズ同士の継ぎ目部分の設計形状と実形状とを比較した結果をグラフに表した図である。It is the figure which represented the result of having compared the design shape and actual shape of the joint part of the cylindrical lenses in the conventional fly eye lens with the graph.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略正面図である。図2は、図1の露光装置に備えられたインテグレータ光学系の第1マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズとそれに対応する第2マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズを示す概略斜視図である。図3は、図2の第2マイクロフライアイレンズのD面のレンズ表面の様子を示す概略横断面図である。図4は、図3の第2マイクロフライアイレンズにおける1つのシリンドリカルレンズのD面の設計上の曲率半径と実際の曲率半径の計測値を比較した結果をグラフに表した図である。   FIG. 1 is a schematic front view showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing one cylindrical lens in the first micro fly's eye lens of the integrator optical system provided in the exposure apparatus of FIG. 1 and one cylindrical lens in the corresponding second micro fly's eye lens. . FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state of the lens surface of the D surface of the second micro fly's eye lens of FIG. FIG. 4 is a graph showing a result of comparing the measured curvature radius of the design curvature of the D surface of one cylindrical lens of the second micro fly's eye lens of FIG. 3 with the actual curvature radius.

なお、本実施の形態では、本発明における光学系の実施の形態として、露光装置に備えられたインテグレータ光学系を例にして説明する。また、本実施の形態では、本発明におけるレンズアレイの実施の形態として、インテグレータ光学系を構成するマイクロフライアイレンズを例にして説明する。   In this embodiment, as an embodiment of the optical system in the present invention, an integrator optical system provided in an exposure apparatus will be described as an example. In the present embodiment, a micro fly's eye lens constituting an integrator optical system will be described as an example of the lens array according to the present invention.

まず、本実施の形態のマイクロフライアイレンズ及びインテグレータ光学系を備えた露光装置10の概要について説明する。図1に示すように、本実施の形態における露光装置10は、ウェハに対して露光を行う装置であり、光源11、ビームエキスパンダー12、折り曲げミラー13、回折光学素子14、アフォーカルズームレンズ15、回折光学素子16、ズームレンズ17、本発明における光学系の実施の形態としてのインテグレータ光学系100、コンデンサー光学系18、マスクM、投影光学系PL、ウェハW等を有している。   First, an outline of an exposure apparatus 10 including a micro fly's eye lens and an integrator optical system according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, an exposure apparatus 10 in the present embodiment is an apparatus that exposes a wafer, and includes a light source 11, a beam expander 12, a bending mirror 13, a diffractive optical element 14, an afocal zoom lens 15, It has a diffractive optical element 16, a zoom lens 17, an integrator optical system 100 as an embodiment of the optical system in the present invention, a condenser optical system 18, a mask M, a projection optical system PL, a wafer W, and the like.

本実施の形態では、露光光(照明光)を供給するための光源11として、例えば248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザー光源または193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザー光源を備えている。また、光源11からZ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有しており、一対のレンズ12aおよび12bからなるビームエキスパンダー12に入射して、所定の矩形状の断面を有する光束に整形されるようになっている。   In this embodiment, as the light source 11 for supplying exposure light (illumination light), for example, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm or an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm is provided. Yes. A substantially parallel light beam emitted from the light source 11 along the Z direction has a rectangular cross section extending along the X direction, and is incident on the beam expander 12 including a pair of lenses 12a and 12b. Thus, the light beam is shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

さらに、整形光学系としてのビームエキスパンダー12を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー13でY方向に偏向された後、回折光学素子14を介して、アフォーカルズームレンズ15に入射するようになっている。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子14は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子14を介した光束は、アフォーカルズームレンズ15の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。また、アフォーカルズームレンズ15は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。   Further, the substantially parallel light beam via the beam expander 12 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by the bending mirror 13 and then enters the afocal zoom lens 15 via the diffractive optical element 14. ing. In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 14 has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the light beam passing through the diffractive optical element 14 forms a circular light intensity distribution, that is, a light beam having a circular cross section at the pupil position of the afocal zoom lens 15. The afocal zoom lens 15 is configured so that the magnification can be continuously changed within a predetermined range while maintaining an afocal system (non-focus optical system).

アフォーカルズームレンズ15を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子16に入射するようになっている。アフォーカルズームレンズ15は、回折光学素子14の発散原点と回折光学素子16の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子16の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ15の倍率に依存して変化する。また、輪帯照明用の回折光学素子16は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。   The light beam that has passed through the afocal zoom lens 15 enters the diffractive optical element 16 for annular illumination. The afocal zoom lens 15 optically substantially conjugates the divergence origin of the diffractive optical element 14 and the diffractive surface of the diffractive optical element 16. The numerical aperture of the light beam condensed on one point of the diffractive surface of the diffractive optical element 16 or a surface in the vicinity thereof changes depending on the magnification of the afocal zoom lens 15. Further, the diffractive optical element 16 for annular illumination has a function of forming a ring-shaped light intensity distribution in the far field when a parallel light beam is incident.

回折光学素子16を介した光束は、ズームレンズ17に入射するようになっている。ズームレンズ17の後側焦点面の近傍には、光源側から順に、本発明における第1レンズアレイの実施の形態としての第1マイクロフライアイレンズ110と、本発明における第2レンズアレイの実施の形態としての第2マイクロフライアイレンズ120とを有する、本発明における光学系の実施の形態としてのインテグレータ光学系(オプティカルインテグレータ)100の入射面(すなわち第1マイクロフライアイレンズ110の入射面)が位置決めされている。なお、インテグレータ光学系100は、入射光束に基づいて多数光源を形成するように機能するものである。   The light beam that has passed through the diffractive optical element 16 enters the zoom lens 17. In the vicinity of the rear focal plane of the zoom lens 17, in order from the light source side, the first micro fly's eye lens 110 as an embodiment of the first lens array in the present invention and the implementation of the second lens array in the present invention. An incident surface (that is, an incident surface of the first micro fly's eye lens 110) of an integrator optical system (optical integrator) 100 as an embodiment of the optical system in the present invention having the second micro fly's eye lens 120 as a form. It is positioned. The integrator optical system 100 functions to form multiple light sources based on the incident light flux.

上述したように、回折光学素子14を介してアフォーカルズームレンズ15の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ15から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子16に入射する。すなわち、回折光学素子14は、角度光束形成作用を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子16は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子16を介した光束は、ズームレンズ17の後側焦点面に(ひいてはインテグレータ光学系100の入射面に)、たとえば光軸Kを中心とした輪帯状の照野を形成する。   As described above, the luminous flux from the circular light intensity distribution formed at the pupil position of the afocal zoom lens 15 via the diffractive optical element 14 is emitted from the afocal zoom lens 15 and then has various angular components. Is incident on the diffractive optical element 16. That is, the diffractive optical element 14 constitutes an optical integrator having an angle beam forming function. On the other hand, the diffractive optical element 16 has a function of forming a ring-shaped light intensity distribution in the far field when a parallel light beam is incident. Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element 16 forms an annular illumination field centered on the optical axis K, for example, on the rear focal plane of the zoom lens 17 (and hence on the incident plane of the integrator optical system 100).

インテグレータ光学系100の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ17の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ17は、回折光学素子16とインテグレータ光学系100の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。インテグレータ光学系100に入射した光束は二次元的に分割され、インテグレータ光学系100の後側焦点面にはインテグレータ光学系100への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。   The outer diameter of the annular illumination field formed on the entrance surface of the integrator optical system 100 varies depending on the focal length of the zoom lens 17. Thus, the zoom lens 17 substantially connects the diffractive optical element 16 and the entrance surface of the integrator optical system 100 in a Fourier transform relationship. The light beam incident on the integrator optical system 100 is two-dimensionally divided, and a large number of annular light sources (hereinafter referred to as the illumination field) formed by the light beam incident on the integrator optical system 100 on the rear focal plane of the integrator optical system 100 , Referred to as “secondary light source”).

インテグレータ光学系100の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系18の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系PLの光軸Kと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。   The luminous flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the integrator optical system 100 is subjected to the light condensing action of the condenser optical system 18 and then superimposed on the mask M on which a predetermined pattern is formed. Illuminate. The light beam that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. Thus, by performing batch exposure or scan exposure while two-dimensionally driving and controlling the wafer W in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis K of the projection optical system PL, each exposure region of the wafer W is masked. M patterns are sequentially exposed.

このように、本実施の形態における露光装置10においては、照明光の均一性を向上させるために、第1マイクロフライアイレンズ110及び第2マイクロフライアイレンズ120を有するインテグレータ光学系100を使用している。   As described above, in the exposure apparatus 10 according to the present embodiment, the integrator optical system 100 having the first micro fly's eye lens 110 and the second micro fly's eye lens 120 is used in order to improve the uniformity of illumination light. ing.

次に、本実施の形態のインテグレータ光学系100について、さらに詳細に説明する。本実施の形態のインテグレータ光学系100は、上述したように、光の入射側に配置された第1マイクロフライアイレンズ110と、光の出射側に配置された第2マイクロフライアイレンズ120の2つのレンズアレイを有している。本実施の形態の第1マイクロフライアイレンズ110と第2マイクロフライアイレンズ120は、それぞれ複数のレンズが隣り合うように配列されたものであり、特に本実施の形態では、シリンドリカルレンズに形成された複数のレンズが隣合うように配列されている。また、図2に示すように、それぞれのマイクロフライアイレンズ110,120における1つのシリンドリカルレンズ111,121同士は、露光装置10の構成において、同じ光軸K上に位置するように形成及び配置されている。   Next, the integrator optical system 100 of the present embodiment will be described in more detail. As described above, the integrator optical system 100 according to the present embodiment includes the first micro fly's eye lens 110 disposed on the light incident side and the second micro fly's eye lens 120 disposed on the light exit side. It has two lens arrays. The first micro fly's eye lens 110 and the second micro fly's eye lens 120 of the present embodiment are arranged such that a plurality of lenses are adjacent to each other. In particular, in the present embodiment, the first micro fly eye lens 110 and the second micro fly's eye lens 120 are formed as cylindrical lenses. A plurality of lenses are arranged next to each other. As shown in FIG. 2, the cylindrical lenses 111 and 121 in the micro fly's eye lenses 110 and 120 are formed and arranged so as to be positioned on the same optical axis K in the configuration of the exposure apparatus 10. ing.

また、本実施の形態の第1マイクロフライアイレンズ110におけるシリンドリカルレンズ111は、光の入射側に入射面としてA面、該A面から入射した光の出射側に出射面としてC面を有している。さらに、本実施の形態の第2マイクロフライアイレンズ120におけるシリンドリカルレンズ121は、光の入射側に入射面としてB面、該B面から入射した光の出射側に出射面としてD面を有している。そして、本実施の形態における2つのシリンドリカルレンズ111,121同士は、入射面同士(A面とB面)、出射面同士(C面とD面)でそれぞれ母線方向が平行に形成されており、第1マイクロフライアイレンズ110のシリンドリカルレンズ111の入射面(A面)と出射面(C面)及び第2マイクロフライアイレンズ120のシリンドリカルレンズ121の入射面(B面)と出射面(D面)では、それぞれ母線方向が直交するように形成されている。これにより、第1マイクロフライアイレンズ110のA面と第2マイクロフライアイレンズ120のB面で例えばZ軸方向の光に作用し、第1マイクロフライアイレンズ110のC面と第2マイクロフライアイレンズ120のD面で例えばZ軸方向と直交するX軸方向の光に作用するようにレンズ形成することができる。   Further, the cylindrical lens 111 in the first micro fly's eye lens 110 of the present embodiment has an A surface as an incident surface on the light incident side, and a C surface as an output surface on the output side of light incident from the A surface. ing. Furthermore, the cylindrical lens 121 in the second micro fly's eye lens 120 of the present embodiment has a B surface as an incident surface on the light incident side, and a D surface as an output surface on the output side of light incident from the B surface. ing. The two cylindrical lenses 111 and 121 in the present embodiment are formed in parallel with each other between the incident surfaces (A surface and B surface) and the exit surfaces (C surface and D surface). The incident surface (A surface) and exit surface (C surface) of the cylindrical lens 111 of the first micro fly's eye lens 110 and the entrance surface (B surface) and exit surface (D surface) of the cylindrical lens 121 of the second micro fly's eye lens 120. ) Are formed so that the generatrix directions are orthogonal to each other. As a result, the A surface of the first micro fly's eye lens 110 and the B surface of the second micro fly's eye lens 120 act on, for example, light in the Z-axis direction, and the C surface of the first micro fly's eye lens 110 and the second micro fly's eye For example, the lens can be formed on the D surface of the eye lens 120 so as to act on light in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction.

また、本実施の形態の第2マイクロフライアイレンズ120におけるシリンドリカルレンズ121の出射面であるD面は、図3及び図4に示すように、その光軸Kを含む断面におけるレンズ表面が、その有効径Daの内外の境界Lを挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されている。詳述すると、本実施の形態の第2マイクロフライアイレンズ120におけるシリンドリカルレンズ121のD面は、光軸Kを挟んだ所定の範囲が有効径Daとなっており、この範囲を通った光は焦点面において必要なエリアに向かうようになっている。また、境界Lを挟んで有効径Daと反対側(外側)に位置する有効径外(シリンドリカルレンズ121同士の継ぎ目部分)の所定範囲は、その曲率が有効径Daの曲率と比較して大きくなるように形成された曲率大部分Dbとなっている。また、有効径外の曲率大部分Dbのさらに外側の所定範囲には凹面部分Dcが形成されている。   In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, the D surface that is the exit surface of the cylindrical lens 121 in the second micro fly's eye lens 120 of the present embodiment has a lens surface in a cross section including the optical axis K. The outer curvature is larger than the inner curvature across the inner and outer boundaries L of the effective diameter Da. More specifically, the D surface of the cylindrical lens 121 in the second micro fly's eye lens 120 of the present embodiment has an effective diameter Da in a predetermined range across the optical axis K, and light passing through this range It goes to the necessary area in the focal plane. In addition, a predetermined range outside the effective diameter (a joint portion between the cylindrical lenses 121) located on the opposite side (outside) of the effective diameter Da across the boundary L has a larger curvature than the curvature of the effective diameter Da. Most of the curvatures thus formed are Db. Further, a concave portion Dc is formed in a predetermined range further outside the large curvature portion Db outside the effective diameter.

このようなレンズ構成により、図5(b)に示すように、曲率が有効径の内外で変化しない従来のレンズであると、有効径外を通った光が、図中点線で示す迷光となって焦点面の必要なエリアに入り込んでしまうのに対して、図5(a)に示すように、有効径の内側より境界を挟んだ外側でレンズの曲率を大きく形成した本実施の形態のレンズでは、有効径外の光が焦点面の必要なエリア外に向かうため、有効径外の光による迷光が発生せず、均一な照明強度分布を形成することができるものである。なお、有効径内外で曲率を変化させる割合や範囲については、レンズの形状や大きさ、レンズの有効径の曲率等によって、適宜決定すれば良い。   With such a lens configuration, as shown in FIG. 5 (b), in the case of a conventional lens in which the curvature does not change inside and outside the effective diameter, light passing outside the effective diameter becomes stray light indicated by a dotted line in the figure. 5A, the lens according to the present embodiment has a larger curvature on the outer side than the inner side of the effective diameter, as shown in FIG. 5A. Then, since the light outside the effective diameter travels outside the necessary area of the focal plane, stray light due to the light outside the effective diameter does not occur, and a uniform illumination intensity distribution can be formed. It should be noted that the ratio and range in which the curvature is changed inside and outside the effective diameter may be appropriately determined depending on the shape and size of the lens, the curvature of the effective diameter of the lens, and the like.

以上のように、本実施の形態の露光装置10におけるインテグレータ光学系100及び該インテグレータ光学系100に備えられた第2マイクロフライアイレンズ120によれば、光軸Kを含む断面におけるシリンドリカルレンズ121のD面が、その有効径Daの内外の境界Lを挟んで、内側(有効径Da)の曲率よりも外側(曲率大部分Db)の曲率が大きくなるように形成されているため、必要な光量は確保した上で、有効径外の光線が迷光として焦点面における必要なエリアに入ってくることを防止することができ、有効径外の光線を焦点面における必要なエリアの外に向かわせて、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができる。   As described above, according to the integrator optical system 100 in the exposure apparatus 10 of the present embodiment and the second micro fly's eye lens 120 provided in the integrator optical system 100, the cylindrical lens 121 in the cross section including the optical axis K is used. The D surface is formed so that the curvature on the outer side (large curvature Db) is larger than the curvature on the inner side (effective diameter Da) across the boundary L between the inner and outer sides of the effective diameter Da. Can prevent light outside the effective diameter from entering the required area on the focal plane as stray light, and direct light outside the effective diameter outside the required area on the focal plane. A uniform illumination intensity distribution by light rays within the effective diameter can be formed in a necessary area in the focal plane.

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。   The embodiment described above is described in order to facilitate understanding of the present invention, and is not described in order to limit the present invention.

例えば、前記した実施の形態では、マイクロフライアイレンズの両面にレンズが形成されている構成であったが、これに限るものではなく、片面のみがレンズ形成されているものであっても良い。   For example, in the above-described embodiment, the lens is formed on both surfaces of the micro fly's eye lens. However, the present invention is not limited to this, and the lens may be formed on only one surface.

また、前記した実施の形態では、マイクロフライアイレンズとして、複数のシリンドリカルレンズが隣り合うように配列されたものを用いたが,これに限るものではなく、他の形状の複数のレンズが隣り合うように配列されたもの等、異なる構成のレンズアレイであっても良い。   In the above-described embodiment, a micro fly's eye lens is used in which a plurality of cylindrical lenses are arranged adjacent to each other. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of lenses having other shapes are adjacent to each other. A lens array having a different configuration, such as an array arranged in this manner, may be used.

また、前記した実施の形態では、2つのマイクロフライアイレンズのうち、第2マイクロフライアイレンズの、しかもD面のみが有効径の内外で曲率が変わるようにされていた。すなわち、前記した実施の形態においては、光線のうち、A面及びB面で作用する方向については、有効径外からの迷光が特に問題にならないことから、2つのマイクロフライアイレンズのA面とB面には本発明の構成を適用していない。また、前記した実施の形態においては、C面はその有効径がレンズの大きさに対して比較的大きいため、迷光が発生する有効径外の部分が、その影響を無視できる位小さく、これによりC面にも本発明の構成を適用していない。このように、前記した実施の形態では、本発明の構成が本当に必要なD面のみに、本発明における有効径の内外で曲率を変化させる(境界を挟んだ有効径の外側の曲率を大きくしている)構成を適用しており、これにより光学系の構成を可能な限り簡単にして、光学系を製造し易くし、光学系の製造に対するコストを抑えることができるように設計されている。   In the above-described embodiment, the curvature of the second micro fly's eye lens of the second micro fly's eye lens is changed so that only the D surface of the second micro fly's eye lens has an effective diameter. That is, in the above-described embodiment, stray light from outside the effective diameter is not particularly problematic for the directions acting on the A-plane and the B-plane of the light rays. The configuration of the present invention is not applied to the B surface. In the above-described embodiment, since the effective diameter of the C surface is relatively large with respect to the size of the lens, the portion outside the effective diameter where stray light is generated is small enough to ignore the influence. The configuration of the present invention is not applied to the C plane. As described above, in the above-described embodiment, the curvature is changed inside and outside the effective diameter according to the present invention only on the D surface that the configuration of the present invention is really necessary (the curvature outside the effective diameter across the boundary is increased). This is designed to make the configuration of the optical system as simple as possible, facilitate the manufacture of the optical system, and reduce the cost for manufacturing the optical system.

しかし、本発明はこれに限るものではなく、1つのレンズの両面で同様の曲率を変化させる構成を有していても良いし、また、2つのマイクロフライアイレンズのうちの第1マイクロフライアイレンズ又は両方のマイクロフライアイレンズにおいて、曲率を変化させる構成を有していても良い。   However, the present invention is not limited to this, and may have a configuration in which the same curvature is changed on both surfaces of one lens, or the first micro fly's eye of two micro fly's eye lenses. The lens or both micro fly's eye lenses may have a configuration in which the curvature is changed.

また、前記した実施の形態では、2つのマイクロフライアイレンズを有するインテグレータ光学系について説明してきたが、他の光学系に適用しても良いし、1つのマイクロフライアイレンズのみのレンズアレイ等、他の構成に対して本発明を適用しても良い。   In the above-described embodiment, the integrator optical system having two micro fly's eye lenses has been described. However, the integrator optical system may be applied to other optical systems, a lens array having only one micro fly's eye lens, etc. The present invention may be applied to other configurations.

10 露光装置
100 インテグレータ光学系(光学系)
110 第1マイクロフライアイレンズ(第1レンズアレイ)
111 シリンドリカルレンズ(レンズ)
120 第2マイクロフライアイレンズ(第2レンズアレイ)
121 シリンドリカルレンズ(レンズ)
D レンズのD面(レンズ表面)
Da 有効径
Db 曲率大部分
Dc 凹面部分
K 光軸
L 境界
10 Exposure apparatus 100 Integrator optical system (optical system)
110 First micro fly's eye lens (first lens array)
111 Cylindrical lens (lens)
120 Second micro fly's eye lens (second lens array)
121 Cylindrical lens (lens)
D Lens D surface (lens surface)
Da Effective diameter Db Large part of curvature Dc Concave part K Optical axis L Boundary

Claims (3)

複数のレンズが隣り合うように配列されたレンズアレイにおいて、
隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
前記レンズは、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とするレンズアレイ。
In a lens array in which a plurality of lenses are arranged adjacent to each other,
The lens surface between the plurality of adjacent lenses has a curved concave surface portion,
Wherein each lens has its said portion excluding the concave portion of the lens surface in the cross section including the optical axis, across the effective diameter outside the boundary, and than the inner curvature of the so formed as curvature of the outer increases A lens array configured to direct light rays outside the effective diameter of each lens to outside a necessary area in the focal plane .
光の入射側に配置された第1レンズアレイと、光の出射側に配置された第2レンズアレイの2つのレンズアレイを有する光学系であって、
前記2つのレンズアレイは、それぞれ、複数のレンズが隣り合うように配列されており、
隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
少なくとも前記第2レンズアレイのレンズは、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とする光学系。
An optical system having two lens arrays, a first lens array disposed on the light incident side and a second lens array disposed on the light exit side,
Each of the two lens arrays is arranged such that a plurality of lenses are adjacent to each other,
The lens surface between the plurality of adjacent lenses has a curved concave surface portion,
At least each lens of the second lens array has an outer curvature larger than an inner curvature, with a portion of the lens surface excluding the concave portion in a cross section including the optical axis sandwiching the boundary between the inner and outer effective diameters. The optical system is configured so that the light beam outside the effective diameter of each lens is directed outside a necessary area on the focal plane .
前記2つのレンズアレイのレンズには、光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射する出射面とが形成されており、
隣り合う前記複数のレンズ間の前記出射面のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
少なくとも前記第2レンズアレイのレンズの前記出射面において、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学系。
Each lens of the two lens arrays has an incident surface on which light is incident and an exit surface from which light incident from the incident surface is emitted,
The lens surface of the exit surface between the plurality of adjacent lenses has a curved concave portion,
At least on the exit surface of each lens of the second lens array, the portion excluding the concave portion of the lens surface in the cross section including the optical axis is outside the inner curvature with the boundary inside and outside the effective diameter therebetween. The optical system according to claim 2, wherein the optical system is formed so as to have a large curvature, and is configured to direct a light beam outside the effective diameter of each lens toward a necessary area outside a focal plane. .
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