JPH0372310A - 結像レンズ系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、プリント基板の製造等に用いられる露光装
置の結像レンズ系に関する。

（従来の技術とその課題） 近年、プリント基板の製造等に用いられる露光装置とし
て、投影式露光装置が採用されるようになってきた。

従来より、この種のレンズ系においてはテレセントリッ
ク系でない通常のレンズが採用されている。したがって
、プリント基板の設置位置や基板表面の開門により、像
に寸法誤差が生じることがある。また製造組立技術の向
上に伴い配線パターンの＠細化が要求されるようになっ
てきており、これに対応すべく露光装置のレンズ系の解
像力を高める必要がある。

投影式露光装置の代表的なものとしては、半導体ウェハ
上にパターンを転写する露光装置（通称ニスチッパ−）
がある。この種の露光装置は、周知のように、テレセン
トリック系のレンズ系を採用することにより像の寸法精
度を高め、画面サイズに比べ物像間距離を大きくすると
ともに、口径比を大きくして解像力を向上させている。

しかしながら、プリント基板の製造等に用いられる露光
装置において要求される画面サイズはステッパーの画面
サイズに比べてかなり大きく、ステッパーのレンズ系を
そのまま適用してプリント基板の製造等に必要な画面サ
イズを満足しようとすると、巨大なレンズが必要となり
、露光装置が大型化するという問題がある。

また、画面サイズの観点からみると、プリント基板の製
造丑に用いられる露光装置のレンズ系として、輪郭投影
機のレンズ系を採用することが考えられるが、輪郭投影
機のレンズ系は十分な画面サイズを備えているものの、
口径比が小さく必要な解像力が得られないという問題が
ある。

（発明の目的） この発明は、上記課題を解決するためになされたもので
、小さな物像間距離で、しかも口径比が大きく高解像力
を有しかつ大きな画面サイズが得られる結像レンズ系を
提供することを［１的とする。

（目的を達成するための手段） この発明にかかる結像レンズ系は、上記１１的を達成す
るために、物体側から順次配置された前側レンズ群、絞
りおよび後側レンズ群により構成されている。即ち、前
側レンズ群は物体側に凸面を向けた正のパワーを有する
第１レンズと、前記第１レンズの像側に配置され、物体
側に凸面を向けた正のパワーを有する第２レンズ乏、前
記第２レンズの像側に配置され、凹「口を像側に向けた
負のパワーを有する第３レンズとで構成される一方、後
側レンズ群は前記前側レンズ群の像側に配置され、物体
側に凹面を向けた負のパワーを有する第４レンズと、前
記第４レンズの像側に配置され、ｆ１１而を像側に向け
た正のパワーを有する第５レンズと、前記第５レンズの
像側に配置され、凸面を像側に向りた正のパワーを合す
る第６レンズと、前記第６レンズの像側に配置され、凸
面を物体側に向けた正のパワーを有する第７レンズとで
構成されている。また、絞りは前記後側レンズ群の前側
合成焦点位置に配置されている。さらに、前記第３およ
び第４レンズの厚みをそれぞれｄ５゜ｄ８とし、全系の
レンズ長をＴＬとし、前記第１および第７レンズのｄ線
についての屈折率をそれぞれｎ　　、ｎ７とするとき、
結像レンズ系は（ｄ　　＋ｄ８）／ＴＬ＞０．１５　　
　　・・・（２）の各条件を満足している。

（作用） 一般的に、結像レンズ系を構成する凸レンズの屈折率が
低いと平均像面は、レンズ側に湾曲する傾向があり、一
定の物像間距離に対【７て画面サイズを広げるためには
、まず像面の平坦性を改善する必要がある。

像面の平ｌＥｌ性を改善するためには、凸レンズの屈折
率を高く設定することが望ましい。しかしながら、光学
ガラスは屈折率が高くなるに従い分散値νが小さくなる
傾向を有しているため、高い屈折率のガラスが望ましい
といっても結像レンズ系に使用する場合には色収差を補
正する必要があるので、その選択範囲にはおのずから制
約がある。

特に、絞りに対し最も外側にある第１および第７レンズ
（凸レンズ）には、画面周辺部に結像する光束がそのレ
ンズ周辺部を通過するため、像面の平坦性に対する屈折
率の影響が大きい。したがって、少なくとも第１および
第７レンズには、　１．７以上の屈折率を持った光学ガ
ラスを使用する必要があり、上記（１）式を満足するこ
とが要求される。

ところで、平均像面が平坦になったとしても、それは子
午的像面（メリジオナル像面）と球欠的像面（サジタル
像面）との平均を意味するものであって、それぞれの像
面が平坦になることを意味するものではない。上記で述
べたように、画像周辺部の結像に寄与する光束は第１お
よび第７レンズ（凸レンズ）の周辺部を通過するため、
画像周辺部の子午的像面（メリジオナル像面）の湾曲が
大きくなりがちである。この状態を補正するため、本発
明では結像レンズ系の中央部にある第３および第４レン
ズ（凹レンズ）のレンズ厚（中心厚）を厚くすることに
よって解決した。すなわち、第３および第４のレンズ厚
が薄いと、像面の各点を形成する光線群の大部分がレン
ズの曲面上で重なる。そのため、第３および第４レンズ
の発散作用を強め、周辺部の子午的像面（メリジオナル
像面）の湾曲を補正しようとすると、画像の周辺部のみ
ならず中間部にも同程度の補正効果が加わってしまう。

その結果、画像周辺部は最適に補正されても、画像中間
部の補正が過剰となって通常のガウス型のレンズ系のよ
うにコマ収差が増大し、画像のコントラストが低下する
。これに対して、第３および第４レンズの中心厚を大き
く設定すると、画像中間部の結像に寄与する光線群と、
画像周辺部の結像に寄与する光線群が分離される。そし
て、第３レンズの物体側に向けられた面と第４レンズの
像側に向けられた面とによる発・数件用が画像周辺部の
結像に寄与する光線群にのみ強く作用し、結果的に画像
周辺部の子午的像面（メリジオナル像面）が補正されて
子午的像面（メリジオナル像面）が平坦化される。それ
故、レンズ長ＴＬに対し、第３および第４レンズのレン
ズ厚の和を１．５割以上は保つ必要があり、上記（２）
式を満足することが要求される。

（実施例） 以下、本発明にかかる結像レンズ系の第１ないし第５実
施例について説明する。第１図、第３図。

第５図、第７図、第９図はそれぞれ第１ないし第５実施
例の結像レンズ系の構成を示す図である。

これらの図かられかるように、いずれの結像レンズ系も
前側レンズ群Ｌ　と、後側レンズ群ＬＲと、後側レンズ
群ＬＲの前側合成焦点位置に一致するように前側レンズ
群ＬＰと後側レンズ群ＬＲの間に配置された絞り（図示
省略）により構成されており、図面上、前側レンズ群り
、の左手側が物体側であり、後側レンズ群ＬＲの右手側
が像側である。

また、各前側レンズ群り、は物体側に凸面Ｒ１゜Ｒ３を
向けた正のパワーを有する第１．第２レンズＬ、Ｌ２と
、像゛面側に凹面Ｒ６を向けた負のパワーを有する第３
レンズＬ３とにより構成されており、これらレンズＬ　
−Ｌ３は物体側よりある間隔（後で詳説する）をもって
順次配置されている。一方、後側レンズデータは物体側
に凹面Ｒ８を向けた負のパワーを有する第４レンズＬ４
と、像面側に凸面ＲＲを向けた正のパワーを有１１’　
　１３ する第５．第６レンズＬ　　、Ｌ　　と、物体側に凸Ｂ 面Ｒ１４を向けた正のパワーを有する第７レンズＬ７と
により構成されており、これらレンズＬ４〜Ｌ７は物体
側よりある間隔（後で詳説する）をもって順次配置され
ている。

Ａ、第１実施例 第１表は上記のように構成された結像レンズ系のレンズ
データを示すものである。

（以下余白） 第１表 同表においてｒＩ（１ｍ１．２．・・・、６，８．・・
・、１５）はレンズの曲率半径を示すものであり、例え
ばｒｌは第１レンズＬ　の凸面Ｒ１の１４４（率半径で
あり、ｒｌ ２は第１レンズＬ　の像面側を向いた面Ｒ２の曲率半径
である。ｄ　　、ｄ３．ｄ５．ｄ８．ｄ（ｏ。

ｄ１２”１４は第１ないし第７レンズＬ　ｉ　”’　Ｌ
　７の厚みをそれぞれ示し、ｄ　　、ｄ４は第１ないし
第３レンズＬ　　−Ｌ３の隣り合うレンズ間の面間隔を
それぞれ示し、ｄ　　、ｄ　　、ｄ　　は第４ないし９
　　　　　１１　　　　１３ 第７レンズＬ　　−Ｌ７の隣り合うレンズ間の面間隔を
それぞれ示し、さらにｄ　は第３レンズＬ３と絞り（後
側レンズ群ＬＲの前側合成焦点位置）との距離、ｄ　は
第４レンズＬ４と絞りとの距離をそれぞれ示している。

また、０１〜ｎ７はｄ線（５８７，５６ｎｗ＋）につい
ての第１ないし第７レンズＬ１〜Ｌ７の屈折率をそれぞ
れ示している。さらに、νｌ〜シフは第１ないし第７レ
ンズＬ　ｔ　”””　Ｌ　７の分散値をそれぞれ示して
いる。

（またがって、同表かられかるように、第１．第７レン
ズの屈折率ｎ　　、ｎ７は、 ■ ｎ　ｌ−１、７４４＞　　１　、７ ｎ　７−　１．７４４　＞　　１．７ てあり、結像レンズ系が上記（１）式を満足することは
明らかである。

また、」二記のように構成された結像レンズ系のレンズ
長ＴＬは、 ＴＬ″″モ　ｄ、−３２・８４６４ であるため、値（（ｄ５＋ｄ８）／ＴＬ）は、（ｄ５＋
ｄ８）　／ＴＬ−０，２３＞　　０．１５となり、この
結像レンズ系が上記　（２）式も満足していることは明
らかである。

上記レンズデータを有する結像レンズ系の焦点距離ｆ、
全画角２θ、物像間距離１０Ｄ、実効Ｆ値Ｆ　１倍率Ｍ
は Ｏ ｆ　−３４，８７３７２θ−１９゜ １０Ｄ−１００，００、ＦＮｏ−４ Ｍ−０，５ にそれぞれ設定されている。

第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は、上記のように構成さ
れた結像レンズ系の球面収差、非点収差および歪曲収差
をそれぞれ示す図である。なお、第２Ａ図において符号
Ｃ，ｄ、ＦはそれぞれＣ線（６５８，２７ｎｍ）、　ｄ
線（５ｇ７．５６ｎｍ）、　Ｆ線（４８６，１３ｎｍ）
についての球面収差を示している。また、第２Ｂ図にお
いて符号Ｓ（実線）はｄ線についての球欠的像面（サジ
タル像面）の非点収差を示し、符号Ｍ（点線）はその子
午的像面（メリジオナル像１ｆｉｉ）の非点収差を示し
ている。

なお、後で述べる実施例においては上記と同一符号を付
し、その説明を省略する。

Ｂ、第２実施例 第２表は第２実施例にかかる結像レンズ系のレンズデー
タを示すものである。

（以Ｆ余自） 第 ２ 表 同表かられかるように、第１．第７レンズＬ１゜Ｌ　の
屈折率ｎ　　、ｎ７は、 １ ｎ　ｌ−１，７４４＞　１．７ ｎ　７−　１．７２０　＞　１．７ であるので、結像レンズ系が上記（１）式を満足するこ
とは明らかである。

また、上記のように構成された結像レンズ系のレンズ長
ＴＬは、 ｌヰ ＴＬ−Σｄ　、　−２１，４３２７ に１ であるため、値（（ｄ５＋ｄ８）／ＴＬ）は、（ｄ５＋
ｄ８）　／ＴＬ　−０，１９６＞　　０．１５となり、
この結像レンズ系が上記（２）式も満足していることは
明らかである。

また、上記レンズデータを有する結像レンズ系の黒点距
離ｆ、全画角２θ、物像間距＃ＩＯＤ。

実効Ｆ　ｌｉａ　Ｆ　　、　倍率Ｍ　ハＯ ｆ　−１７，０４１９２θ■１６″ １０　Ｄ　−１００，００、Ｆ　Ｎｏ−２，８Ｍ−０，
２ にそれぞれ設定されている。

第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図は、上記のように構成さ
れた結像レンズ系の球面収差、非点収差および歪曲収差
をそれぞれ示す図である。

Ｃ１第３実施例 第３表は第３実施例にかかる結像レンズ系のレンズデー
タを示すものである。

第 表 （以下余白） 同表かられかるように、第１．第７レンズＬ１゜Ｌ　の
屈折率ｒｌ　　、ｎ７は、 １ ｎ　１−１．７４４　＞　Ｌ−７ ｎ　７−ｍｌ、　、　７２０　＞　　１−７であるので
、結像レンズ系が上記（１）式を満足することは明らか
である。

また、上記のように構成された結像レンズ系のレンズ長
ＴＬは、 ＴＬ−−Σ　ｄ　、　−］、４．２２２９＋”１ であるため、値ｆ　（ｄ５＋ｄ８）／ＴＬＩ　は、（ｄ
５＋ｄ８）　／ＴＬ　−０，１９４＞　　０．１５とな
り、この結像レンズ系が上記（２）式も満足しているこ
とは明らかである。

また、上記レンズデータを有する結像レンズ系の焦点距
離ｆ、全画角２θ、物像間距ＭＩＯＤ。

実効Ｆ（ａＦ　　、倍率Ｍは Ｏ ｆ　−１１，８１５０２θ−１６″ １０Ｄ−１００，００、ＦＮｏ−２ Ｍ−０，１ にそれぞれ設定されている。

第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図は、上記のように構成さ
れた結像レンズ系の球面収差、非点収差および歪曲収差
をそれぞれ示す図である。

Ｄ、第４実施例 第４表は第４実施例にかかる結像レンズ系のレンズデー
タを示すものである。

（以下余白） 第 表 同表かられかるように、第１．第７レンズＬ１゜Ｌ　の
屈折率ｎ　　、ｎ７は、 １ ｎ　ｌ−１、７４４＞　　１−７ ｎ　ｙ−１，７４４＞　　１．．７ であるので、結像レンズ系が上記（１）式を満足するこ
とは明らかである。

また、上記のように構成された結像レンズ系のレンズ長
ＴＬは、 ４ ＴＬ″″、Ｘｄ、″　３１．２９６０ であるため、値（（ｄ　　＋ｄ８）／ＴＬＩ　は、（ｄ
５＋ｄ８）　／ＴＬ　−０，２４８＞　０．１５となり
、この結像レンズ系が上記（２）式も満足していること
は明らかである。

また、上記レンズデータを有する結像レンズ系の焦点距
離ｆ、全画角２θ、物像間距離ＮＯＤ。

実効ＦｆｌｉＦ　　、倍率Ｍは Ｎ。

ｆ　−３４，２９２８２０−１９″ ｌ０Ｄ−１００，００，ＦＮｏ−４ Ｍ−０，５ にそれぞれ設定されている。

第８Ａ図、第８Ｂ図、第８Ｃ図は、上記のように構成さ
れた結像レンズ系の球面収差、非点収差および歪曲収差
をそれぞれ示す図である。なお第８Ａ図において符号ｇ
、ｈはそれぞれｇ線（４３５，８３ｎｎ＋）、　　ｈ線
（４０４，８６ｎｍ）についての球面収差を示している
。

Ｅ、第５実施例 第５表は第５実施例にかかる結像レンズ系のレンズデー
タを示すものである。

（以下余白） 第 表 同表かられかるように、第１．第７レンズＬＩ。

Ｌ　の屈折率ｎ　　、ｎ７は、 １ ｎ　１−１．７４８１０　＞　　１．７ｎ　ｒ−１，７
４８１０＞　　１．７ であるので、結像レンズ系が上記（１）式を満足するこ
とは明らかである。

また、上記のように構成された結像レンズ系のレンズ長
ＴＬは、 ＋４ ＴＬ−Σｄ、　−２９，５７２９ コ１ であるため、値［（ｄ５＋ｄ８）／ＴＬＩ　は、（ｄ５
＋ｄ８）／ＴＬ−０，１６１＞　　０．１５となり、こ
の結像レンズ系が上記（２）式も満足していることは明
らかである。

また、上記レンズデータを有する結像レンズ系の黒点距
離ｆ、全画角２θ、物像間距離１０Ｄ。

実効ＦｌｉｉＦ　　、倍率Ｍは Ｏ ｆ　−２９，３０５９２０−２０＠ １０Ｄ−ＬＯｏ、００　、　　　　ＦＮｏ−４Ｍ−０，
５ にそれぞれ設定されている。

第１０Ａ図、第１０Ｂ図、第１０Ｃ図は、上記のように
構成された結像レンズ系の球面収差、非点収差および歪
曲収差をそれぞれ示す図である。

Ｆ、実施例の効果 上記の収差図かられかるように、いずれの実施例も口径
比が大きく（実効Ｆ値が小さく）高解像力を有し、しか
も画面サイズ（全画角２θ）が大きい。また、結像レン
ズ系はテレセントリック系であるので、像の寸法誤差を
小さく抑えることができる。さらに、第１ないし第３実
施例では、第２Ａ図、第４Ａ図、第６Ａ図に示すように
、可視光について色収差が良好に補正されている。また
第４および第５実施例では、第８Ａ図、第１ＯＡ図に示
すように、ｇ、ｈ線について色収差が良好に補正されて
いる。

また、第１表ないし第５表かられかるように、各レンズ
Ｌ　　−Ｌ５はそれぞれ所定間隔をもって離隔されてお
り、接合面が存在しない。そのため、結像レンズ系を構
成するにあたって接着剤を使用する必要がなく、接着剤
を使用した場合に生じる問題、例えば接着剤の経年変化
による透過十の低ドが発生ずるおそれがない。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、小さな物像間１？［［
て、１．かも口径比が大きく高解像力を有し、か−）大
きな画面サイズが得られる結像レンズ系を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図、第７図および第９図はそれぞ
れこの発明にかかる結像レンズ系の第１ないし第５実施
例のレンズ構成を示す図、第２Ａ図、第４Ａ図、第６Ａ
図、第８Ａ図および第１　（’）Ａ図はそれぞれ第１な
いし第５実施例の球面収差図、第２Ｂ図、第４Ｂ図、第
６Ｂ図、第８Ｂ図および第１０Ｂ図はそれぞれ第１ない
し第５実施例の非点収差図、第２Ｃ図１第４Ｃ図、第６
Ｃ図。 第８Ｃ図および第１０Ｃ図はそれぞれ第１ないし第５夫
施例の歪曲収差図である。 Ｌ　・・・前側レンズ群、　Ｌｌ・・・第１レンズ、・
・・第２レンズ、 ・・・第４レンズ、 ・・・第６レンズ、 ・・・後側レンズ群 Ｌ３・・・第３レンズ、 Ｌ５・・・第５レンズ、 Ｌｌ・・・第７レンズ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第１レ
   ンズと、前記第１レンズの像側に配置され、物体側に凸
   面を向けた正のパワーを有する第２レンズと、前記第２
   レンズの像側に配置され、凹面を像側に向けた負のパワ
   ーを有する第３レンズとからなる前側レンズ群と、 前記前側レンズ群の像側に配置され、物体側に凹面を向
   けた負のパワーを有する第４レンズと、前記第４レンズ
   の像側に配置され、凸面を像側に向けた正のパワーを有
   する第５レンズと、前記第５レンズの像側に配置され、
   凸面を像側に向けた正のパワーを有する第６レンズと、
   前記第６レンズの像側に配置され、凸面を物体側に向け
   た正のパワーを有する第７レンズとからなる後側レンズ
   群と、 前記後側レンズ群の前側合成焦点位置に一致するように
   前記前側レンズ群と前記後側レンズ群の間に配置された
   絞りとにより構成され、 前記第３および第４レンズの厚みをそれぞれｄ＿５、ｄ
   ＿８とし、全系のレンズ長をＴＬとし、前記第１および
   第７レンズのｄ線の屈折率をそれぞれｎ＿１、ｎ＿７と
   するとき、ｎ＿１＞１．７｝ ｎ＿７＞１．７・・・（１） （ｄ＿５＋ｄ＿８）／ＴＬ＞０．１５・・・（２）の各
   条件を満足することを特徴とする結像レンズ系。