JPH06331942A - Projection lens system - Google Patents

Projection lens system

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JPH06331942A
JPH06331942A JP11679293A JP11679293A JPH06331942A JP H06331942 A JPH06331942 A JP H06331942A JP 11679293 A JP11679293 A JP 11679293A JP 11679293 A JP11679293 A JP 11679293A JP H06331942 A JPH06331942 A JP H06331942A
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lens
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Keiichi Hisayoshi
久芳圭一
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Abstract

PURPOSE:To extend the effective depth of field of a projection lens system. CONSTITUTION:In a projection lens system including at least one diffractive optical element, one element 7 among the diffractive optical elements is composed of plural zones, the plural zones have mutually different image forming actions so that light beams transmitted through the plural zones form the images on at least two points 3, 4 slightly separated in the direction of an optical axis. By such constitution, plural image forming surfaces are formed by exposure at a time, consequently, the contrast of an optical image is maintained longitudinally in the direction of the optical axis and the effective depth of field is extended. By using an optical system of high resolution, the improvement of the revolving power and the extension of the depth of field are simultaneously realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、IC、LSI等の微細
な集積回路パターンを半導体基板上に露光する投影露光
装置(以下、ステッパと言う。)に用いられる投影レン
ズ系に関し、特に、エキシマレーザ等の300nmない
し150nm程度の紫外から真空紫外に及ぶ波長域の光
源を用いて集積回路パターンを半導体基板上に露光する
のに有効な投影レンズ系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection lens system used in a projection exposure apparatus (hereinafter referred to as a stepper) for exposing a fine integrated circuit pattern such as IC and LSI onto a semiconductor substrate, and more particularly to an excimer system. The present invention relates to a projection lens system effective for exposing an integrated circuit pattern onto a semiconductor substrate using a light source such as a laser having a wavelength range from ultraviolet of about 300 nm to 150 nm to vacuum ultraviolet.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、IC、LSI、液晶ディスプ
レー、薄膜磁気ヘッドのパターンを半導体等の基板上に
露光するためにステッパが使用されているが、近年の集
積回路の集積度の向上に伴い、ステッパの投影レンズ系
にもより一層の高解像力・広露光面積化が要求されてい
る。また、集積回路の構造も、従来は比較的簡単で平坦
であったが、高集積化に伴い、表面段差の大きな複雑な
ものになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, steppers have been used to expose patterns of ICs, LSIs, liquid crystal displays, thin film magnetic heads onto substrates such as semiconductors. With the recent increase in the degree of integration of integrated circuits. The projection lens system of the stepper is also required to have a higher resolution and a wider exposure area. Further, the structure of the integrated circuit has been relatively simple and flat in the past, but has become complicated with a large surface step due to high integration.

【0003】一般に、レンズ系の解像力・焦点深度と波
長、開口数の間には、次式が成立する。 解像力 =k1 ・λ/NA …(式1) 焦点深度=k2 ・λ/NA2 …(式2) ただし、λは波長、NAは開口数、k1 、k2 はプロセ
スに依存する比例定数である。
Generally, the following equation is established between the resolving power / depth of focus of a lens system, wavelength, and numerical aperture. Resolution = k 1 · λ / NA (Equation 1) Depth of focus = k 2 · λ / NA 2 (Equation 2) where λ is the wavelength, NA is the numerical aperture, and k 1 and k 2 are proportional to the process. It is a constant.

【0004】したがって、投影レンズの解像力を向上さ
せるためには、露光波長を短波長化するか、NAを大き
くすればよいが、両者ともに焦点深度の低下を招く。こ
のように、高解像化と大焦点深度化の両立は、本質的に
相反するものである。
Therefore, in order to improve the resolving power of the projection lens, the exposure wavelength may be shortened or the NA may be increased, but both of them cause a decrease in the depth of focus. As described above, compatibility between high resolution and large depth of focus is essentially conflicting.

【0005】そこで、この問題点を解決するために、露
光法やプロセスの工夫により、高解像力や大焦点深度を
達成する試みがなされている。
In order to solve this problem, attempts have been made to achieve a high resolution and a large depth of focus by devising the exposure method and process.

【0006】その1つに位相シフト法がある。位相シフ
ト法については、例えば「月刊Semiconductor World ,
1992年6月」に詳しいが、代表的な位相シフトマスク
(レベンソン型位相シフトマスク)を使用した場合につ
いて、図14を用いて説明する。シフターと呼ばれる薄
膜を図14(b)のようにマスクに設け、隣合う開口部
からの光の位相を反転させると、図14(a)の従来マ
スクに比べて、回折角が半分になり、かつ、0次光がな
くなる。その結果、カットオフ周波数が従来の場合に比
較して2倍となり、かつ、焦点深度の拡大が図れるとい
うものである。
One of them is the phase shift method. For the phase shift method, for example, “Monthly Semiconductor World,
June 1992 ”, the case of using a typical phase shift mask (Levenson type phase shift mask) will be described with reference to FIG. When a thin film called a shifter is provided on the mask as shown in FIG. 14 (b) and the phase of light from the adjacent openings is inverted, the diffraction angle becomes half as compared with the conventional mask of FIG. 14 (a). And the 0th order light disappears. As a result, the cut-off frequency is doubled as compared with the conventional case, and the depth of focus can be expanded.

【0007】また、第2の技術としては、特開昭58−
17446号公報に示されている、いわゆるFLEX法
がある。この方法では、第1露光により図15(a)の
ような強度分布を得て、マスク像面を光軸方向の異なる
位置に結像させた第2露光で図15(b)の強度分布を
得る。これらの合成像は、図15(c)のように光軸方
向に長く光学像コントラストが維持されており、実効的
な焦点深度が拡大されるというものである。
A second technique is Japanese Patent Laid-Open No. 58-58
There is a so-called FLEX method disclosed in Japanese Patent No. 17446. In this method, the intensity distribution as shown in FIG. 15A is obtained by the first exposure, and the intensity distribution of FIG. 15B is obtained by the second exposure in which the mask image plane is imaged at different positions in the optical axis direction. obtain. These composite images are such that the optical image contrast is long in the optical axis direction as shown in FIG. 15C, and the effective depth of focus is expanded.

【0008】また、第3の技術としては、特開平2−1
109号公報に示されている位相型超解像フィルタを使
用する方法がある。光軸と垂直な平面内における位相型
超解像フィルタ30の構造を図16(a)に、図16
(a)の直線Lに沿った位相型超解像フィルタ30の断
面図を図16(b)に示す。例えば、図16(b)に示
すように、ゾーンAとゾーンBの境界部で位相部に半ピ
ンチ分のズレを与えると、ゾーンAの波面AとゾーンB
の波面Bにはπの位相差が生ずる。したがって、このフ
ィルタ30を光学系の瞳面に設置すれば、位相型超解像
フィルタとして機能するので、焦点深度の拡大が図れ
る。
A third technique is Japanese Patent Laid-Open No. 2-1.
There is a method of using a phase type super resolution filter shown in Japanese Patent Laid-Open No. 109. The structure of the phase-type super-resolution filter 30 in the plane perpendicular to the optical axis is shown in FIG.
FIG. 16B shows a sectional view of the phase-type super-resolution filter 30 taken along the straight line L in FIG. For example, as shown in FIG. 16 (b), if a phase shift of half a pinch is applied at the boundary between zone A and zone B, wavefront A of zone A and zone B
A phase difference of π is generated on the wavefront B of. Therefore, if this filter 30 is installed on the pupil plane of the optical system, it functions as a phase-type super-resolution filter, so that the depth of focus can be increased.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術にはい
くつかの問題点がある。まず、位相シフト法では、適用
可能なパターンが限定される、高精度な位相シフトマス
クの製作・欠陥検査・欠陥修正が困難である等の問題点
がある。一方、FLEX法は、コンタクトホールのよう
な孤立パターンには有効であるが、L/Sパターンには
有効でない。また、ステージを直接移動させて複数回の
露光を行うため、スループットが悪化する。また、位相
型超解像フィルタには、焦点深度の拡大に限界がある。
以上のように、従来技術にはいくつかの問題点がある。
The above-mentioned prior art has some problems. First, the phase shift method has problems that the applicable patterns are limited and that it is difficult to manufacture, inspect, and correct defects in a highly accurate phase shift mask. On the other hand, the FLEX method is effective for an isolated pattern such as a contact hole, but is not effective for an L / S pattern. Further, since the stage is directly moved to perform the exposure a plurality of times, the throughput is deteriorated. Further, the phase-type super-resolution filter has a limit in expanding the depth of focus.
As described above, the conventional technique has some problems.

【0010】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、投影レンズ系の実効的
な焦点深度の拡大を図ることである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to increase the effective depth of focus of a projection lens system.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の投影レンズ系は、回折光学素子(以下、D
OE:Diffractive Optical Element )を少なくとも1
枚含む投影レンズ系において、該回折光学素子の中の1
枚は複数のゾーンからなり、該複数のゾーンを透過する
光束が光軸方向のわずかに異なる少なくとも2点の位置
に結像するように、前記複数のゾーンが相互に異なる結
像作用を有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the projection lens system of the present invention comprises a diffractive optical element (hereinafter, D).
OE: Diffractive Optical Element) at least 1
One of the diffractive optical elements in a projection lens system including one
Each of the plurality of zones has a plurality of zones, and the plurality of zones have mutually different image forming actions so that a light beam passing through the plurality of zones forms an image at at least two slightly different positions in the optical axis direction. It is characterized by.

【0012】[0012]

【作用】以下、本発明による投影レンズ系の作用を図面
を参照にして説明する。図1に光路を示すように、物体
2を相互にΔ離れた異なる像面3と4に同時に結像させ
る光学素子1は、FLEX法に類似した多重焦点作用を
持つ。
The operation of the projection lens system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in the optical path in FIG. 1, the optical element 1 that simultaneously images the object 2 on different image planes 3 and 4 that are Δ apart from each other has a multifocal effect similar to the FLEX method.

【0013】いま、図2(a)及び(b)に示すよう
に、物体2を像面3に結像する光学素子5と、物体2を
像面4に結像する光学素子6があるとする。図1のよう
な多重焦点作用を実現するために、本発明では、例え
ば、図3に示すように、複数のゾーンからなるDOE7
に入射する光束を、像面3に結像する光束と像面4に結
像する光束とに分割する。このように、結像作用の異な
る複数のゾーンから形成されている多重焦点DOE7を
使用すると、1回の露光で複数の結像面が形成される。
その結果、光学像のコントラストを光軸方向に長く維持
でき、実効的焦点深度の拡大を図ることができる。
Now, as shown in FIGS. 2A and 2B, there are an optical element 5 for forming an image of the object 2 on the image plane 3 and an optical element 6 for forming an image of the object 2 on the image plane 4. To do. In order to realize the multifocal effect as shown in FIG. 1, in the present invention, for example, as shown in FIG. 3, the DOE 7 including a plurality of zones is used.
The light beam incident on is split into a light beam which forms an image on the image plane 3 and a light beam which forms an image on the image plane 4. As described above, when the multifocal DOE 7 formed by a plurality of zones having different image forming effects is used, a plurality of image forming planes are formed by one exposure.
As a result, the contrast of the optical image can be maintained long in the optical axis direction, and the effective depth of focus can be increased.

【0014】したがって、高解像の光学系にこのような
多重焦点DOEを使用すれば、解像度の向上と焦点深度
の拡大を同時に実現することができる。
Therefore, if such a multifocal DOE is used in a high resolution optical system, it is possible to simultaneously improve the resolution and increase the depth of focus.

【0015】図1の多重焦点作用を持つ光学素子1とし
てDOEを使用する利点を以下に述べる。特に、エキシ
マレーザ等の300nmないし150nm程度の紫外か
ら真空紫外に及ぶ波長域の光源を使用した場合に、多く
の利点が生ずる。
The advantages of using a DOE as the optical element 1 having the multifocal effect of FIG. 1 will be described below. In particular, when a light source having a wavelength range from ultraviolet of about 300 nm to 150 nm to vacuum ultraviolet such as an excimer laser is used, many advantages occur.

【0016】第1には、製作が容易である。本発明のよ
うな多重焦点作用をもつ素子として屈折レンズを使用す
ると、屈折レンズの構造が非常に複雑となり、製作が極
めて困難である。これに対して、DOEの場合は、通常
の結像作用を持つDOEを作製するのも本発明の多重焦
点DOEを作製するのも製法は同じで、製作上の難易度
の差はない。
First, it is easy to manufacture. If a refraction lens is used as an element having a multifocal effect as in the present invention, the structure of the refraction lens becomes very complicated and it is extremely difficult to manufacture. On the other hand, in the case of the DOE, the manufacturing method is the same for manufacturing the DOE having a normal imaging action and the multifocal DOE of the present invention, and there is no difference in difficulty in manufacturing.

【0017】第2には、投影レンズ系の色消しが容易に
なる。前記(式1)から分かるように、レンズ系を高解
像力化するためには、短波長化するか高NA化すればよ
い。しかし、高NA化は、焦点深度の急激な減少と光学
設計上の困難を伴う。
Second, the achromatization of the projection lens system becomes easy. As can be seen from (Equation 1) above, in order to increase the resolution of the lens system, the wavelength can be shortened or the NA can be increased. However, increasing the NA is accompanied by a drastic decrease in the depth of focus and difficulty in optical design.

【0018】そこで、焦点深度をあまり劣化させずに高
解像力化するために、露光波長を短波長化する試みがな
されている。具体的には、従来のステッパで使用されて
いる超高圧水銀ランプのg線(436nm)やi線(3
65nm)では、解像力が不十分となったことから、よ
り波長の短いKrFエキシマレーザ(248nm)やA
rFエキシマレーザ(193nm)が有望視されてい
る。エキシマレーザ光は、フリーランでは半値幅が0.
3〜0.4nm程度と大きいために、投影レンズ系の色
消しが必要となる。
Therefore, in order to increase the resolution without deteriorating the depth of focus, an attempt has been made to shorten the exposure wavelength. Specifically, g-line (436 nm) and i-line (3 nm) of the ultra-high pressure mercury lamp used in the conventional stepper are used.
At 65 nm), the resolution was insufficient, so the KrF excimer laser (248 nm) and A
The rF excimer laser (193 nm) shows promise. The half width of the excimer laser light is 0.
Since it is as large as about 3 to 0.4 nm, it is necessary to achromatize the projection lens system.

【0019】ところが、エキシマレーザ光の波長領域で
は、通常のガラスの透過率が不十分であることから、使
用できる硝材は石英、蛍石、MgF2 等に限定される。
しかし、蛍石は硬度が低くて傷つきやすく光学研磨も容
易ではなく、MgF2 は潮解性がある等の加工性の問題
点があることから、投影レンズ系に実用上使用できる硝
材は石英に限定されている。
However, in the wavelength region of the excimer laser light, the transmittance of ordinary glass is insufficient, so that usable glass materials are limited to quartz, fluorite, MgF 2 and the like.
However, since fluorite has low hardness, is easily scratched, and optical polishing is not easy, and since MgF 2 has a problem of workability such as deliquescent, the glass material practically usable for the projection lens system is limited to quartz. Has been done.

【0020】そこで、投影レンズ系は石英のみからなる
単色設計レンズとし、光源を狭帯域化することで、光学
系の色収差の発生を防ぐのが一般的方法である。しか
し、このような構成の光学系には、次のような問題点が
生ずる。 狭帯域化によりレーザの出力が低下する。 中心波長、半値幅等を高精度に維持するためにレーザ
が複雑化する。
Therefore, it is a general method to prevent the occurrence of chromatic aberration in the optical system by making the projection lens system a monochromatic design lens made of only quartz and narrowing the band of the light source. However, the optical system having such a structure has the following problems. The laser output decreases due to the narrow band. The laser becomes complicated in order to maintain the center wavelength, the half width, etc. with high accuracy.

【0021】ところで、通常の、屈折現象に基づく光学
素子は、光線はスネルの法則 n・sin θ=n’・sin θ’ …(式3) ただし、n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 に基づいて曲げられる。
By the way, in an ordinary optical element based on a refraction phenomenon, a light beam is Snell's law n.sin.theta. = N'.sin.theta. '(Equation 3) where n: refractive index of the medium on the incident side n': Refractive index of exit side medium θ: Incident angle of light ray θ ′: Bent based on exit angle of light ray.

【0022】それに対して、DOEの場合、図4に示す
ように、光線9は回折面8で(式4)によって表現され
る回折現象により曲げられる。
On the other hand, in the case of the DOE, as shown in FIG. 4, the light beam 9 is bent by the diffraction surface 8 by the diffraction phenomenon expressed by (Equation 4).

【0023】 n・sin θ−n’・sin θ’=mλ/d …(式4) ただし、n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 m :回折次数 λ :波長 d :DOEのピッチ (式4)から明らかなように、DOEでは、長波長の光
線の曲げ角が大きく、短波長の光線の曲げ角が小さいと
いう、通常の屈折光学素子とは逆の分散を持つ。ちなみ
に、DOEのアッベ数νd を求めてみると、νd =−
3.45となり、非常に大きな逆分散を持つことが分か
る。石英(アッベ数νd =68)との分散の差が大きい
ので、図5のように、石英基板10の表面に回折面8を
加工したDOE11を使用すれば、透過率の問題なく、
少ないレンズ枚数で効果的に色消しを行うことができ
る。したがって、高解像化するためにエキシマレーザを
使用したことに伴う色収差の問題も解消することができ
る。なお、図5に断面を示すDOE11は、回折効率を
上げるためにブレーズ化してある。
N · sin θ−n ′ · sin θ ′ = mλ / d (Equation 4) where n: refractive index of the incident side medium n ′: refractive index of the exit side medium θ: incident angle θ ′ of the light beam : Emission angle of light ray m: Diffraction order λ: Wavelength d: Pitch of DOE As is clear from (Equation 4), in DOE, the bending angle of long wavelength light is large and the bending angle of short wavelength light is small. , Has a dispersion opposite to that of an ordinary refractive optical element. By the way, when we find the Abbe number ν d of DOE, ν d = −
It becomes 3.45, and it can be seen that it has a very large inverse dispersion. Since the difference in dispersion with quartz (Abbé number ν d = 68) is large, use of the DOE 11 in which the diffractive surface 8 is processed on the surface of the quartz substrate 10 as shown in FIG.
Achromatization can be effectively performed with a small number of lenses. Therefore, it is possible to solve the problem of chromatic aberration that accompanies the use of the excimer laser for high resolution. The DOE 11 whose cross section is shown in FIG. 5 is blazed in order to increase the diffraction efficiency.

【0024】第3に、DOEを使用すると、投影レンズ
系の収差補正能力が高くなり、高NA化・広フィールド
化が比較的容易に行える。DOEの場合は、レンズの各
部で所望の光線の曲げ角を得るためには、(式4)にお
いて所望のθ’が得られるようなdを設定してやればよ
い。そして、このような非球面レンズと等価のDOEの
製作方法は、球面レンズと等価のDOEの製作方法と同
じであり、製作の難易度に差はない。すなわち、DOE
は、製作性の問題なく積極的に非球面作用を持たせるこ
とができるので、収差補正能力が大きい。
Thirdly, when the DOE is used, the aberration correction capability of the projection lens system is improved, and it is relatively easy to increase the NA and wide the field. In the case of DOE, in order to obtain the desired bending angle of the light beam at each part of the lens, d may be set so that the desired θ ′ is obtained in (Equation 4). The method of manufacturing a DOE equivalent to such an aspherical lens is the same as the method of manufacturing a DOE equivalent to a spherical lens, and there is no difference in the difficulty of manufacturing. That is, DOE
Can positively give an aspherical function without any problem of manufacturability, and thus has a large aberration correction capability.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明による投影レンズ系の各実施例
について説明する。まず、最初に、本発明で使用してい
るDOEを含む光学系の設計方法について述べる。
EXAMPLES Examples of the projection lens system according to the present invention will be described below. First, a method of designing an optical system including a DOE used in the present invention will be described first.

【0026】DOEを含む光学系を設計する手法とし
て、Sweatt modelが知られている。これについては、
『W.C.Sweatt, "NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS", SPIE, Vol.126, pp.46-53(1977)
』に詳しいが、図6を使用して、以下に簡単に説明す
る。
The Sweat model is known as a method for designing an optical system including a DOE. For this,
"WCSweatt," NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS ", SPIE, Vol.126, pp.46-53 (1977)
], But will be briefly described below with reference to FIG.

【0027】図6において、12はn≫1なる屈折系レ
ンズ(ultra-high index lens )、13は法線、zは光
軸方向の座標、hは基板に沿う方向の座標とする。上記
の論文によれば、(式5)が成立する。
In FIG. 6, 12 is a refraction lens (ultra-high index lens) with n >> 1, 13 is a normal line, z is a coordinate in the optical axis direction, and h is a coordinate along the substrate. According to the above paper, (Equation 5) holds.

【0028】 (nu −1)dz/dh=n・sin θ−n’・sin θ’ …(式5) ただし、nu :ultra-high index lens の屈折率(以下
に説明する設計では、nu =10001とした。) z :ultra-high index lens の光軸方向の座標 h :光軸からの距離 n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 したがって、(式4)、(式5)より、次の(式6)が
成立する。
(N u −1) dz / dh = n · sin θ−n ′ · sin θ ′ (Equation 5) where the refractive index of n u : ultra-high index lens (in the design described below, n u = 10001.) z: Coordinate in the direction of the optical axis of the ultra-high index lens h: Distance from the optical axis n: Refractive index of the incident side medium n ': Refractive index of the exit side medium θ: Incident of light ray Angle θ ′: Exit angle of light ray Therefore, from (Equation 4) and (Equation 5), the following (Equation 6) is established.

【0029】 (nu −1)dz/dh=mλ/d …(式6) すなわち、「n≫1なる屈折系レンズの面形状」と「D
OEのピッチ」の間には、(式6)で表現される等価関
係が成立するので、Sweatt modelにより設計した ultr
a-high index lens の面形状から、DOEのピッチ分布
を求めることができる。
(N u −1) dz / dh = mλ / d (Equation 6) That is, “n >> 1 surface shape of refraction lens” and “D
Since the equivalence relation expressed by (Equation 6) is established between the “OE pitch”, the ultr designed by the Sweatt model
The DOE pitch distribution can be obtained from the surface shape of the a-high index lens.

【0030】具体的には、ultra-high index lens を
(式7)で定義される非球面レンズとして設計したとす
ると、 z=ch2 /{1+〔1−c2 (k+1)h21/2 } +Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dh10 …(式7) ただし、z :光軸でレンズに接する接平面からのずれ
(サグ値) c :曲率 h :光軸からの距離 k :円錐定数 A :4次非球面係数 B :6次非球面係数 C :8次非球面係数 D :10次非球面係数 (式6)、(式7)より、 d=mλ/〔(n−1)dz/dh〕 =[mλ/(n−1)]×[ch2 /{1+〔1−c2 (k+1)h21/2 }+Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dh10-1 …(式8) が得られる。この(式8)に従ってDOEのピッチd分
布を決めればよい。なお、以下に示す実施例では、非球
面項として10次までしか使用していないが、もちろん
12次、14次・・の非球面項を使用してもよい。
Specifically, assuming that the ultra-high index lens is designed as an aspherical lens defined by (Equation 7), z = ch 2 / {1+ [1-c 2 (k + 1) h 2 ] 1 / 2 } + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 (Equation 7) where, z: deviation from the tangent plane contacting the lens on the optical axis (sag value) c: curvature h: distance from optical axis k: conical constant A : 4th-order aspherical coefficient B: 6th-order aspherical surface coefficient C: 8th-order aspherical surface coefficient D: 10th-order aspherical surface coefficient From (Equation 6) and (Equation 7), d = mλ / [(n-1) dz / dh] = [mλ / (n-1 )] × [ch 2 / {1+ [1-c 2 (k + 1 ) h 2 ] 1/2} + Ah 4 + Bh 6 + ch 8 + Dh 10] -1 ... ( equation 8) Is obtained. The DOE pitch d distribution may be determined according to this (Equation 8). In the embodiments described below, only the 10th-order aspherical terms are used, but of course 12th-order, 14th-order aspherical-terms may be used.

【0031】(第1実施例)本実施例におけるDOEを
使用した投影レンズ系14の数値データは後記するが、
その断面図を図7に示す。図7において、符号15が本
発明の多重焦点DOEで、そのDOE15の構造を図8
に示す。
(First Example) Numerical data of the projection lens system 14 using the DOE in this example will be described later.
The sectional view is shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 15 is a multifocal DOE of the present invention, and the structure of the DOE 15 is shown in FIG.
Shown in.

【0032】図8に示すように、本実施例のDOE15
は、各ゾーンの面積が等しくなるような所定の幅を有す
る複数の輪帯ゾーン19と20に分割され、各ゾーンは
交互にわずかに異なる結像作用を有する。ここでは、輪
帯ゾーン19は図2(a)の5に相当する結像作用を持
ち、輪帯ゾーン20は図2(b)の6に相当する結像作
用を持つ。このように、結像作用の異なる輪帯を半径方
向に交互に配した多重焦点DOE15は、図3の7に相
当する結像作用を持つ。すなわち、物点を発した光束の
中、輪帯ゾーン19を通過した光束は、像点aに、ま
た、輪帯ゾーン20のを通過した光束は像点aから光軸
方向にΔだけ離れた像点bに集光する。したがって、こ
の多重焦点DOE15を含む投影レンズ系14でマスク
像を結像すると、デフォーカスに対する光強度分布が大
きく改善され、実効的焦点深度の拡大が行われる。
As shown in FIG. 8, the DOE 15 of the present embodiment.
Is divided into a plurality of annular zones 19 and 20 having a predetermined width such that the areas of each zone are equal, each zone having a slightly different imaging effect. Here, the ring zone 19 has an image forming action corresponding to 5 in FIG. 2A, and the ring zone 20 has an image forming action corresponding to 6 in FIG. 2B. As described above, the multi-focus DOE 15 in which the annular zones having different image forming actions are alternately arranged in the radial direction has the image forming action corresponding to 7 in FIG. That is, among the light fluxes emitted from the object point, the light flux that has passed through the ring zone 19 is at the image point a, and the light flux that has passed through the ring zone 20 is away from the image point a by Δ in the optical axis direction. Focus on the image point b. Therefore, when a mask image is formed by the projection lens system 14 including the multifocal DOE 15, the light intensity distribution with respect to defocus is greatly improved, and the effective depth of focus is expanded.

【0033】図2(a)の5に相当するDOE19を使
用した場合(DOE15を輪帯19のみで構成した場
合)と、図2(b)の6に相当するDOE20を使用し
た場合(DOE15を輪帯20のみで構成した場合)
の、デフォーカスと軸上MTFの関係をそれぞれ図9の
(a)、(b)に示す。MTFの空間周波数はカットオ
フ周波数の約半分の1900本/mm、各ベスト像面の
離れ量ΔはΔ=1μmとした。2つの焦点に対応する曲
線(a)、(b)共回折限界の良好な特性を示し、高解
像ステッパレンズとして十分使用可能である。これは、
DOEの持つ高い収差補正能力を反映している。
When the DOE 19 corresponding to 5 in FIG. 2 (a) is used (when the DOE 15 is composed only of the annular zone 19) and when the DOE 20 corresponding to 6 in FIG. 2 (b) is used (DOE 15 is (When configured with only the ring zone 20)
The relationship between the defocus and the on-axis MTF is shown in (a) and (b) of FIG. 9, respectively. The spatial frequency of the MTF is 1900 lines / mm, which is about half the cutoff frequency, and the separation amount Δ of each best image plane is Δ = 1 μm. The curves (a) and (b) corresponding to the two focal points exhibit good characteristics of co-diffraction limit, and can be sufficiently used as a high resolution stepper lens. this is,
It reflects the high aberration correction capability of DOE.

【0034】この際、実際の使用状況、例えば、使用す
る投影レンズ系の解像力と露光するパターンの微細度に
応じて、像面の離れ量Δや各ゾーンの幅・数を最適化す
ればよい。2重焦点の場合、Δを大きくしすぎると、2
つの像面の間の像光強度が劣化する。そこで、 0<Δ<3λ/NA2 となるようにするとよい。
At this time, the amount of separation Δ of the image plane and the width and number of each zone may be optimized according to the actual use condition, for example, the resolution of the projection lens system used and the fineness of the pattern to be exposed. . In the case of double focus, if Δ is too large, 2
The image light intensity between two image planes deteriorates. Therefore, it is preferable that 0 <Δ <3λ / NA 2 .

【0035】本実施例は、2重焦点の各像面の光量を等
しくするために、各ゾーンの面積を等しくしているが、
各ゾーンの面積は不均等でもよい。
In this embodiment, the areas of the zones are made equal in order to make the light amounts of the image planes of the double focus equal.
The area of each zone may be unequal.

【0036】また、本実施例では、DOE15に2重焦
点作用を持たせているが、3重焦点、4重焦点等の多重
焦点作用を持たせてももちろんよい。
Further, in the present embodiment, the DOE 15 is given the double focus action, but it is of course possible to give the DOE 15 a multiple focus action such as a triple focus and a quadruple focus.

【0037】なお、多重焦点DOE15は、結像光が輪
帯19、20のそれぞれを効率良く透過するように、そ
れぞれの領域でブレーズ化している。あるいは、例えば
特開平2−1109号公報に示されるように、「露光→
エッチング(又は、デポジション)」の工程をn回繰り
返すことにより、DOE15の各リング断面形状を2n
段の階段形状にして、ブレーズ近似して製作することも
可能である。
The multi-focus DOE 15 is blazed in each region so that the image-forming light can efficiently pass through each of the ring zones 19 and 20. Alternatively, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-1109, "Exposure →
By repeating the process of “etching (or deposition)” n times, the cross-sectional shape of each ring of the DOE 15 is 2 n.
It is also possible to make it in a stepped shape and approximate it to a blaze.

【0038】次に、図7に示した投影レンズ系14の詳
細について、以下に述べる。図2(a)の5に相当する
DOE19を使用した場合(DOE15を輪帯19のみ
で構成した場合)と、図2(b)の6に相当するDOE
20を使用した場合(DOE15を輪帯20のみで構成
した場合)の、それぞれの像面における球面収差、非点
収差、ディストーション、コマ収差を表す収差図をそれ
ぞれ図10、図11に示す。このように良好な収差補正
がなされている理由について述べる。
Details of the projection lens system 14 shown in FIG. 7 will be described below. When the DOE 19 corresponding to 5 in FIG. 2A is used (when the DOE 15 is composed of only the ring zone 19), the DOE corresponding to 6 in FIG. 2B.
FIGS. 10 and 11 are aberration diagrams showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and coma, respectively, when 20 is used (when the DOE 15 is composed of only the annular zone 20). The reason why such good aberration correction is performed will be described.

【0039】本実施例のように広フィールドレンズを設
計するには、ペッツバール和の補正が重要である。図7
の投影レンズ系14は、レンズL7とレンズL8からな
るレンズ群16、及び、レンズL12とレンズL13か
らなるレンズ群17という互いに凹面を向かい合わせた
レンズ群を2組備えており、両レンズ群16、17の間
に凸レンズ群18を配置している。この構成により、上
記の凹面での光線高を比較的小さくし、この凹面の凹パ
ワーを強くすることで、ペッツバール和の補正を行って
いる。また、DOE15は屈折率無限大なる屈折系レン
ズと等価であるので、ペッツバール和は全く悪化させな
い。
Correction of Petzval sum is important for designing a wide field lens as in this embodiment. Figure 7
The projection lens system 14 includes a lens group 16 composed of the lens L7 and the lens L8, and a lens group 17 composed of the lens L12 and the lens L13, two lens groups having concave surfaces facing each other. , 17, a convex lens group 18 is arranged. With this configuration, the height of the light beam on the concave surface is made relatively small, and the concave power of this concave surface is strengthened to correct the Petzval sum. Further, since the DOE 15 is equivalent to a refractive lens having an infinite refractive index, the Petzval sum does not deteriorate at all.

【0040】一般に、ステッパレンズの場合、球面収差
の補正が特に重要である。色収差としては、波長変動に
よるガウス像面の移動(軸上色収差)の補正が重要であ
る。したがって、球面収差、軸上色収差の補正に有効な
瞳付近あるいはマージナル光線高が大きい箇所にDOE
を使用すると効果的であるので、本実施例では、マージ
ナル光線高が大きな箇所にDOE15を配置している。
また、本実施例におけるDOE15は、非球面作用によ
り屈折系で発生している収差と逆符号の大きな収差を発
生させ、レンズ系の収差を良好に補正している。以上述
べたような理由により、投影レンズ系14は良好な性能
を達成している。
Generally, in the case of a stepper lens, correction of spherical aberration is particularly important. As chromatic aberration, it is important to correct the movement of the Gaussian image plane (axial chromatic aberration) due to wavelength fluctuation. Therefore, the DOE is effective near the pupil or where the marginal ray height is large, which is effective for correcting spherical aberration and axial chromatic aberration.
Is effective, so in this embodiment, the DOE 15 is arranged at a location where the height of the marginal ray is large.
Further, the DOE 15 in the present embodiment produces a large aberration having a sign opposite to that of the aberration occurring in the refracting system due to the aspherical surface action, and satisfactorily corrects the aberration of the lens system. For the reasons described above, the projection lens system 14 achieves good performance.

【0041】また、本実施例の投影レンズ系14は、デ
フォーカスによる像形状の変化を防ぐために、像側(ウ
エハ側)テレセントリックとしている。
Further, the projection lens system 14 of the present embodiment is image-side (wafer-side) telecentric in order to prevent a change in image shape due to defocus.

【0042】図2(a)の5に相当するDOE19を使
用した場合と、図2(b)の6に相当するDOE20を
使用した場合では、当然ながら射出瞳位置は異なるが、
本実施例では、射出瞳位置の差は0.2μm程度と実用
上問題ないレベルになっている。また、瞳収差も少な
く、実用上問題ない。
The exit pupil position is naturally different between the case where the DOE 19 corresponding to 5 in FIG. 2A is used and the case where the DOE 20 corresponding to 6 in FIG. 2B is used.
In this embodiment, the difference between the exit pupil positions is about 0.2 μm, which is a level that poses no practical problem. Further, there is little pupil aberration, and there is no practical problem.

【0043】本実施例では、DOEの収差補正効果を大
きくするために、比較的光束径の大きな箇所にDOE1
5を使用しているが、あまり外径の大きなDOEを使用
したくない場合には、本発明の多重焦点作用を持つDO
E15を、瞳付近の光束径が比較的小さな箇所に配置す
ればよい。
In this embodiment, in order to increase the DOE aberration correction effect, the DOE 1 is set at a portion having a relatively large light beam diameter.
5 is used, but if one does not want to use a DOE having a large outer diameter, the DO having the multifocal effect of the present invention is used.
E15 may be arranged in the vicinity of the pupil where the light beam diameter is relatively small.

【0044】以下、この実施例の数値データを示す。面
番号は、レンズ面の物体側から数えた通し番号であり、
面番号に、上記したように、DOE15が相当するultr
a-high index lens のレンズ面の番号を含めてある。R
は曲率半径、dは面間隔、VMは硝材で、硝材名のDO
Eは上記のultra-high index lens を構成する仮想硝材
を示す。ここでは、ultra-high index lens を構成する
仮想硝材の屈折率は10001、石英の屈折率は1.5
08379としている。また、λは波長、NAは開口
数、φは露光領域の直径、□は露光領域の1辺の長さ、
βは倍率、OIDは物像間距離を示す。この実施例の第
33面が非球面で、非球面形状は(式7)で定義してい
る。また、第31面と第32面で定義されるのがDOE
15の基板で、第33面と第34面で定義されるのが回
折面を表すultra-high index lensである。本実施例で
は、前述したように高解像力を達成するために、KrF
エキシマレーザを露光光源としている。また、本実施例
の場合、DOE15の最小ピッチは約4.2μm(+1
次光の場合)と製作可能な値である。
The numerical data of this embodiment are shown below. The surface number is a serial number counted from the object side of the lens surface,
Ultr, which is equivalent to DOE15 in the surface number, as described above
The number of the lens surface of the a-high index lens is included. R
Is the radius of curvature, d is the surface spacing, VM is the glass material, and the glass material name DO
E indicates a virtual glass material forming the above ultra-high index lens. Here, the refractive index of the virtual glass material forming the ultra-high index lens is 10001, and the refractive index of quartz is 1.5.
08379. Further, λ is the wavelength, NA is the numerical aperture, φ is the diameter of the exposure area, □ is the length of one side of the exposure area,
β is a magnification, and OID is a distance between object images. The 33rd surface of this embodiment is an aspherical surface, and the aspherical surface shape is defined by (Equation 7). The DOE is defined by the 31st and 32nd surfaces.
In the 15th substrate, the ultra-high index lens that represents the diffractive surface is defined by the 33rd surface and the 34th surface. In the present embodiment, in order to achieve high resolution as described above, KrF
The excimer laser is used as the exposure light source. In the case of this embodiment, the minimum pitch of the DOE 15 is about 4.2 μm (+1
In the case of next light) and the value that can be manufactured.

【0045】第1実施例 λ= 248nm,NA=0.48,φ=36mm(□25mm),
β=1/5,OID=800 mm 面番号 R d VM 物点 ∞ 120.000 1 -167.091 10.000 石英 2 -220.301 0.100 3 391.804 10.000 石英 4 143.316 10.955 5 392.338 10.000 石英 6 173.912 11.404 7 1141.448 17.336 石英 8 -263.656 0.100 9 178.092 22.471 石英 10 -842.798 0.100 11 221.371 23.979 石英 12 -242.910 0.359 13 1269.457 10.000 石英 14 74.859 22.064 15 -176.106 10.000 石英 16 122.286 42.427 17 394.138 10.000 石英 18 175.766 30.559 19 174.474 20.470 石英 20 -378.324 0.100 21 300.206 11.822 石英 22 3770.502 0.100 23 236.098 10.042 石英 24 141.985 27.902 25 -106.885 10.000 石英 26 430.396 54.720 27 10132.811 17.921 石英 28 -311.818 5.238 29 552.716 31.806 石英 30 -222.709 0.100 31 ∞ 10.000 石英(DOEの基板) 32 ∞ 0.000 33(非球面)(19) 2.80941 ×107 0.000 DOE (20) 2.80968 ×107 34 ∞ 0.100 35 462.221 30.751 石英 36 -255.706 0.100 37 120.114 50.000 石英 38 526.404 4.447 39 177.603 27.882 石英 40 58.574 13.389 41 135.821 10.000 石英 42 72.347 0.100 43 57.087 13.499 石英 44 74.847 31.119 45 82.137 10.000 石英 46 53.189 0.100 47 47.110 20.539 石英 48 -179.488 3.901 49 -99.190 10.000 石英 50 -317.487 12.000 像面 ∞ 非球面係数 第33面(DOE19) 第33面(DOE20) R= 2.80941 ×107 R= 2.80968 ×107 k= -1 (放物面) k= -1 (放物面) A= -3.22280 ×10-12 A= -3.22278 ×10-12 B= -1.06989 ×10-17 B= -1.07041 ×10-17 C= -2.48146 ×10-22 C= -2.47291 ×10-22 D= -1.88973 ×10-26 D= -1.89479 ×10-26
First Embodiment λ = 248 nm, NA = 0.48, φ = 36 mm (□ 25 mm),
β = 1/5, OID = 800 mm Surface number R d VM Object point ∞ 120.000 1 -167.091 10.000 Quartz 2 -220.301 0.100 3 391.804 10.000 Quartz 4 143.316 10.955 5 392.338 10.000 Quartz 6 173.912 11.404 7 1141.448 17.336 Quartz 8 -263.656 0.100 9 178.092 22.471 Quartz 10 -842.798 0.100 11 221.371 23.979 Quartz 12 -242.910 0.359 13 1269.457 10.000 Quartz 14 74.859 22.064 15 -176.106 10.000 Quartz 16 122.286 42.427 17 17 394.138 10.324 Quartz 18 175.766 30.559 20 370 20.559 20470. 22 3770.502 0.100 23 236.098 10.042 Quartz 24 141.985 27.902 25 -106.885 10.000 Quartz 26 430.396 54.720 27 10132.811 17.921 Quartz 28 -311.818 5.238 29 552.716 31.806 Quartz 30 -222.709 0.100 31 ∞ 10.000 Quartz (DOE 0.000 33) 32 32 ) (19) 2.80941 × 10 7 0.000 DOE (20) 2.80968 × 10 7 34 ∞ 0.100 35 462.221 30.751 Quartz 36 -255.706 0.100 37 120.114 50.000 Quartz 38 526.404 4.447 39 177.603 27.882 Quartz 40 58.574 13.389 41 135.821 10.000 Quartz 42 72.347 0.100 43 57.087 13.499 Quartz 44 74.847 31.119 45 82.137 10.000 20.00 47 179 47. -99.190 10.000 Quartz 50 -317.487 12.000 Image plane ∞ Aspheric coefficient 33rd surface (DOE19) 33rd surface (DOE20) R = 2.80941 × 10 7 R = 2.80968 × 10 7 k = -1 (parabolic surface) k =- 1 (parabola) A = -3.22280 × 10 -12 A = -3.22278 × 10 -12 B = -1.06989 × 10 -17 B = -1.07041 × 10 -17 C = -2.48146 × 10 -22 C = -2.47291 × 10 -22 D = -1.88973 × 10 -26 D = -1.89479 × 10 -26
.

【0046】(第2実施例)本実施例の多重焦点DOE
21を図12に示す。多重焦点DOE21は、第1の結
像作用を持つゾーン群22と第2の結像作用を持つゾー
ン群22を半径方向に交互に配置している。そして、領
域Aと領域Bの境界には、図16(b)に示すように、
半ピッチ分の接続ズレを与えている。この結果、領域A
を透過する波面と領域Bを透過する波面にはπの位相差
が生じている。そのため、本実施例のDOE21を光学
系の瞳面に配置することにより、位相型超解像フィルタ
作用と多重焦点作用により、より一層の実効的焦点深度
の拡大と解像力の向上を実現することができる。
(Second Embodiment) Multifocal DOE of this embodiment
21 is shown in FIG. In the multi-focus DOE 21, the zone groups 22 having the first image forming effect and the zone groups 22 having the second image forming effect are alternately arranged in the radial direction. Then, as shown in FIG. 16B, at the boundary between the area A and the area B,
The connection deviation of half a pitch is given. As a result, area A
There is a phase difference of π between the wave front passing through the region B and the wave front passing through the region B. Therefore, by arranging the DOE 21 of the present embodiment on the pupil plane of the optical system, it is possible to further increase the effective depth of focus and improve the resolving power by the phase-type super-resolution filter effect and the multifocal effect. it can.

【0047】なお、本実施例では、位相差の生じている
領域は領域Aと領域Bの2つだけであるが、領域の数を
3つ以上に増やしてももちろんよいし、位相差もπ以外
の任意の値でよい。屈折系光学素子と異なり、DOEは
製作性の問題なく、このような複雑な結像作用を容易に
持たせることができる。
In this embodiment, there are only two regions where the phase difference is generated, that is, the regions A and B, but the number of regions may be increased to three or more, and the phase difference is π. Any value other than can be used. Unlike the refraction-type optical element, the DOE can easily have such a complicated image forming action without a problem of manufacturability.

【0048】(第3実施例)本実施例では、特定開口比
の光線がある特定の像面のみに結像するのを防ぐため
に、図13に示すように、輪帯分割に加え、扇型分割を
施し、1つの輪帯上の各分割領域が各々形成される複数
の像面の各々の形成に寄与するよう構成している。それ
以外の構成は、第1実施例と同様である。
(Third Embodiment) In this embodiment, in order to prevent a light beam having a specific aperture ratio from forming an image only on a specific image plane, as shown in FIG. Dividing is performed so that each divided area on one ring zone contributes to the formation of each of the plurality of image planes formed. The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の投影レン
ズ系は、DOEが異なる焦点距離の複数のゾーンから形
成されている多重焦点レンズであるので、1回の露光で
複数の結像面が形成される。その結果、光学像のコント
ラストを光軸方向に長く維持することができ、実効的焦
点深度の拡大を図ることができる。したがって、高解像
の光学系を使用すれば、解像度の向上と焦点深度の拡大
を同時に実現することができる。
As described above, since the projection lens system of the present invention is a multifocal lens in which the DOE is formed of a plurality of zones having different focal lengths, a plurality of imaging planes can be formed by one exposure. Is formed. As a result, the contrast of the optical image can be maintained long in the optical axis direction, and the effective depth of focus can be increased. Therefore, by using a high-resolution optical system, it is possible to simultaneously improve the resolution and increase the depth of focus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明において用いる多重焦点作用を持つ光学
素子の光路を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical path of an optical element having a multifocal effect used in the present invention.

【図2】図1の光学素子の各結像作用を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing each imaging action of the optical element of FIG.

【図3】本発明において用いる多重焦点作用を持つ回折
光学素子の概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram of a diffractive optical element having a multifocal effect used in the present invention.

【図4】回折光学素子の原理を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the diffractive optical element.

【図5】回折光学素子の1形態を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing one form of a diffractive optical element.

【図6】回折光学素子が相当するultra-high index len
s の説明図である。
FIG. 6 is an ultra-high index lens corresponding to a diffractive optical element.
It is explanatory drawing of s.

【図7】本発明の投影レンズ系の第1実施例の断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view of a first embodiment of the projection lens system of the present invention.

【図8】第1実施例中の回折光学素子の正面図である。FIG. 8 is a front view of the diffractive optical element in the first example.

【図9】第1実施例の各輪帯によるデフォーカスとMT
Fの関係を示す図である。
FIG. 9: Defocus and MT by each ring zone of the first embodiment
It is a figure which shows the relationship of F.

【図10】第1実施例の一方の輪帯を通過する結像の球
面収差、非点収差、ディストーション、コマ収差を表す
収差図である。
FIG. 10 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and coma aberration of an image formed by passing through one ring zone in the first example.

【図11】第1実施例の他方の輪帯を通過する結像の図
10と同様な収差図である。
FIG. 11 is an aberration diagram similar to FIG. 10 for image formation passing through the other annular zone in the first example.

【図12】第2実施例の多重焦点作用を持つ回折光学素
子の正面図である。
FIG. 12 is a front view of a diffractive optical element having a multifocal effect according to a second example.

【図13】第3実施例の多重焦点作用を持つ回折光学素
子の正面図である。
FIG. 13 is a front view of a diffractive optical element having a multifocal effect according to a third example.

【図14】従来技術である位相シフト法の説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional phase shift method.

【図15】従来技術であるFLEX法の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of a conventional FLEX method.

【図16】従来技術である位相型超解像フィルタの説明
図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a conventional phase-type super-resolution filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…多重焦点作用を持つ光学素子 2…物体 3…第1の像面 4…第2の像面 5…第1の像面を形成する光学素子 6…第2の像面を形成する光学素子 7…多重焦点作用を持つDOE 8…回折面 9…光線 10…DOEの基板 11…ブレーズ化DOE 12…ultra-high index lens 13…法線 14…第1実施例における投影レンズ 15…第1実施例における多重焦点DOE 16…互いに凹面を向かい合わせた第1のレンズ群 17…互いに凹面を向かい合わせた第2のレンズ群 18…両レンズ群の間の凸レンズ群 19…第1の結像作用を持つ輪帯 20…第2の結像作用を持つ輪帯 21…第2実施例における多重焦点DOE 22…第1の結像作用を持つ輪帯 23…第2の結像作用を持つ輪帯 24…第3実施例における多重焦点DOE L7、L8…第1のレンズ群を構成するレンズ L12、L13…第2のレンズ群を構成するレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element which has a multifocal effect 2 ... Object 3 ... 1st image surface 4 ... 2nd image surface 5 ... Optical element which forms a 1st image surface 6 ... Optical element which forms a 2nd image surface 7 ... DOE having a multifocal effect 8 ... Diffractive surface 9 ... Rays 10 ... DOE substrate 11 ... Blazed DOE 12 ... Ultra-high index lens 13 ... Normal line 14 ... Projection lens 15 in the first embodiment 15 ... First implementation Multifocal DOE 16 in the example ... First lens group 17 with concave surfaces facing each other 17 ... Second lens group 18 with concave surfaces facing each other ... Convex lens group 19 between both lens groups 19 ... First imaging action The annular zone having 20 ... The annular zone having the second image forming action 21 ... The multi-focus DOE 22 in the second embodiment ... The annular zone having the first image forming action 23 ... The annular zone having the second image forming action 24 ... Multifocal DOE L7, L8 in the third embodiment ... Lens L12 constituting the first group of lenses, L13 ... lenses constituting the second lens group

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月11日[Submission date] June 11, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Name of item to be corrected] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0030】具体的には、ultra-high index lens を
(式7)で定義される非球面レンズとして設計したとす
ると、 z=ch2 /{1+〔1−c2 (k+1)h21/2 } +Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dh10 …(式7) ただし、z :光軸でレンズに接する接平面からのずれ
(サグ値) c :曲率 h :光軸からの距離 k :円錐定数 A :4次非球面係数 B :6次非球面係数 C :8次非球面係数 D :10次非球面係数 (式6)、(式7)より、 d=mλ/〔(n−1)dz/dh〕 =[mλ/(n−1)]×[ch/〔1−c2 (k+1)h21/2 +4Ah3 +6Bh5 +8Ch7 +10Dh9 -1 …(式8) が得られる。この(式8)に従ってDOEのピッチd分
布を決めればよい。なお、以下に示す実施例では、非球
面項として10次までしか使用していないが、もちろん
12次、14次・・の非球面項を使用してもよい。
Specifically, assuming that the ultra-high index lens is designed as an aspherical lens defined by (Equation 7), z = ch 2 / {1+ [1-c 2 (k + 1) h 2 ] 1 / 2 } + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 (Equation 7) where, z: deviation from the tangent plane contacting the lens on the optical axis (sag value) c: curvature h: distance from optical axis k: conical constant A : 4th-order aspherical coefficient B: 6th-order aspherical surface coefficient C: 8th-order aspherical surface coefficient D: 10th-order aspherical surface coefficient From (Equation 6) and (Equation 7), d = mλ / [(n-1) dz / dh] = [mλ / (n−1)] × [ch / [1-c 2 (k + 1) h 2 ] 1/2 + 4Ah 3 + 6Bh 5 + 8Ch 7 + 10Dh 9 ] -1 (Equation 8) is obtained. The DOE pitch d distribution may be determined according to this (Equation 8). In the embodiments described below, only the 10th-order aspherical terms are used, but of course 12th-order, 14th-order aspherical-terms may be used.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0046[Correction target item name] 0046

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0046】(第2実施例)本実施例の多重焦点DOE
21を図12に示す。多重焦点DOE21は、第1の結
像作用を持つゾーン群22と第2の結像作用を持つゾー
ン群23を半径方向に交互に配置している。そして、領
域Aと領域Bの境界には、図16(b)に示すように、
半ピッチ分の接続ズレを与えている。この結果、領域A
を透過する波面と領域Bを透過する波面にはπの位相差
が生じている。そのため、本実施例のDOE21を光学
系の瞳面に配置することにより、位相型超解像フィルタ
作用と多重焦点作用により、より一層の実効的焦点深度
の拡大と解像力の向上を実現することができる。
(Second Embodiment) Multifocal DOE of this embodiment
21 is shown in FIG. In the multifocal DOE 21, zone groups 22 having a first image forming effect and zone groups 23 having a second image forming effect are alternately arranged in the radial direction. Then, as shown in FIG. 16B, at the boundary between the area A and the area B,
The connection deviation of half a pitch is given. As a result, area A
There is a phase difference of π between the wave front passing through the region B and the wave front passing through the region B. Therefore, by arranging the DOE 21 of the present embodiment on the pupil plane of the optical system, it is possible to further increase the effective depth of focus and improve the resolving power by the phase-type super-resolution filter effect and the multifocal effect. it can.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回折光学素子を少なくとも1枚含む投影
レンズ系において、該回折光学素子の中の1枚は複数の
ゾーンからなり、該複数のゾーンを透過する光束が光軸
方向のわずかに異なる少なくとも2点の位置に結像する
ように、前記複数のゾーンが相互に異なる結像作用を有
することを特徴とする投影レンズ系。
1. In a projection lens system including at least one diffractive optical element, one of the diffractive optical elements is composed of a plurality of zones, and light beams passing through the plurality of zones are slightly different in the optical axis direction. A projection lens system characterized in that the plurality of zones have mutually different image forming actions so as to form images at positions of at least two points.
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