JPH10325922A - 投影光学系 - Google Patents

投影光学系

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JPH10325922A
JPH10325922A JP9152857A JP15285797A JPH10325922A JP H10325922 A JPH10325922 A JP H10325922A JP 9152857 A JP9152857 A JP 9152857A JP 15285797 A JP15285797 A JP 15285797A JP H10325922 A JPH10325922 A JP H10325922A
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JP
Japan
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lens
lens group
positive
negative
lenses
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JP9152857A
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Inventor
Yuuto Takahashi
友刀 高橋
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い解像力と広い露光領域を有し、しかも使用
レンズ枚数が十分に少ない投影光学系を提供する。 【解決手段】第1面Rの像を第2面Wに投影する固定焦
点の投影光学系において、第1面R側から第2面W側に
向けて順に、2枚以上の正レンズを含む正屈折力の第1
レンズ群G1と、2枚以上の負レンズを含む負屈折力の
第2レンズ群G2と、3枚以上の正レンズを含む正屈折
力の第3レンズ群G3と、2枚以上の負レンズを含む負
屈折力の第4レンズ群G4と、連続した少なくとも5枚
以上の正レンズを含む正屈折力の第5レンズ群G5とで
構成され、第1レンズ群と第2レンズ群とのいずれか一
方に1面の非球面*を含み、第4レンズ群と第5レンズ
群とのいずれか一方に1面の非球面*を含み、且つ、Σ
ii:レンズの中心厚の総和、L:第1面Rから第2面
Wまでの距離、としたとき、0.4<Σii/L<0.
6、その他の条件を満たすことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レチクルやマスク
などの投影原版上に描かれた電子回路パターンなどのパ
ターンを、投影ホトリソグラフィーにより、感光剤を塗
布した半導体ウエハやガラスプレートなどの感光基板上
に転写する際に用いられる、投影光学系に関するもので
ある。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】近年、ICやLSI等
の集積回路や液晶等のフラットディスプレー等に、必要
なパターンを転写する際、投影露光法による方法がかな
り一般的に行なわれている。特に半導体の集積回路の製
造や、半導体チップの実装基板の製造では、そのパター
ンはますます微細化してきており、また液晶用フラット
ディスプレー等には、より投影面積の広いものが要求さ
れてきている。このため、これらのパターンを焼き付け
る露光装置、特に投影光学系には、より解像力の高いも
の、より露光面積の広いものが要求されてきている。
【0003】しかし、従来これらの露光に用いられる投
影光学系には、高い解像力と広い露光領域を必要とする
ため、使用レンズ枚数が増加し、例えば全体のレンズ枚
数が29枚程度となり、全体のレンズ体積も増加する一
方であった。これは投影レンズの製造に際し、大幅なコ
スト上昇をもたらし、投影露光装置の高価格化を招く要
因となっていた。そこで、本発明は、高い解像力と広い
露光領域を有し、しかも使用レンズ枚数が十分に少ない
投影光学系を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、レンズ
の枚数を減らし、レンズの径を縮小し、使用レンズの体
積を減らすために、非球面レンズ面を採用することによ
り、上記課題を解決したものである。すなわち本発明
は、第1面の像を第2面に投影する固定焦点の投影光学
系において、第1面側から第2面側に向けて順に、2枚
以上の正レンズを含む正屈折力の第1レンズ群と、2枚
以上の負レンズを含む負屈折力の第2レンズ群と、3枚
以上の正レンズを含む正屈折力の第3レンズ群と、2枚
以上の負レンズを含む負屈折力の第4レンズ群と、連続
した少なくとも5枚以上の正レンズを含む正屈折力の第
5レンズ群とで構成され、第1レンズ群と第2レンズ群
とのいずれか一方に1面の非球面を含み、第4レンズ群
と第5レンズ群とのいずれか一方に1面の非球面を含
み、且つ、以下の条件を満たすことを特徴とする投影光
学系である。 0.4<Σii/L<0.6 (1) 0.05<f2/f4<6 (2) 0.01<f5/L<1.2 (3) −0.8<f4/L<−0.008 (4) −0.5<f2/L<−0.005 (5) 但し、Σii:レンズの中心厚の総和 L:第1面から第2面までの距離 f2:第2レンズ群の焦点距離 f4:第4レンズ群の焦点距離 f5:第5レンズ群の焦点距離 である。
【0005】このように本発明では非球面のレンズ面を
採用しているが、非球面を採用する場合、非球面の製造
コストは球面のレンズ面よりも高価であるから、非球面
1面あたりのレンズ体積削減率が問題となる。削減率が
わずかなのに、多くの非球面を使う訳には行かない。よ
って、本発明では、この削減率に注目し、一番非球面の
効果の高い部分に、なるべく少ない枚数の非球面を採用
している。
【0006】そもそも、収差論によれば、光学系の収差
には、ザイデルの5収差といわれる5種類の収差が存在
することが分かっている。先ず、光学系の明るさに関係
した収差としては、球面収差、コマ収差が挙げられる。
このうちコマ収差は光学系の画角にも関係してくる収差
のため、非球面による補正の効果が複雑となる。そこで
本発明では、主として球面収差を補正する目的で、その
補正に一番非球面の効果の高い部分として、光束径が広
がった第5レンズ群、又は第4レンズ群の光学系の開口
絞り付近に非球面を適用している。
【0007】さらに、光学系の画角に関する収差として
は、歪曲収差、非点収差、コマ収差が挙げられる。この
うち非点収差とコマ収差は、レンズの明るさにも関係す
る収差であるため、非球面による補正の効果が複雑にな
る。そこで本発明では、主として歪曲収差を優先して補
正する目的で、その補正に一番非球面の効果の高い部分
として、光学系の物体面に近い第2レンズ群、又は第1
レンズ群に非球面を適用している。また第5レンズ群
は、連続した少なくとも5枚以上の正レンズを有する
が、このように負レンズを介在させることなく正レンズ
を連続させることにより、光束径が過度に広がることを
防止し、レンズ体積の削減を図っている。
【0008】次に各条件について説明すると、先ず条件
(1)は、第1面(レチクル面)から第2面(ウエハ
面)までの光路長に占めるレンズの割合の適切な範囲を
規定したものである。条件(1)の下限を越えると、第
1面から第2面までの距離Lが過度に長くなり、全系の
大型化を招いて好ましくない。逆に条件(1)の上限を
越えると、レンズの割合が過度に多くなり、使用レンズ
の体積が増大するから、高価格化を招いて好ましくな
い。
【0009】条件(2)は、負屈折力の第4レンズ群と
負屈折力の第2レンズ群との屈折力比の適切な範囲を規
定したものであり、主にペッツバール和を0に近づける
ことにより、広い露光領域を確保しつつ像面湾曲を良好
に補正するためのものである。条件(2)の下限を越え
ると、第4レンズ群の屈折力が第2レンズ群の屈折力に
対して相対的に弱くなるため、正のペッツバール和が大
きく発生して好ましくない。逆に条件(2)の上限を越
えると、第2レンズ群の屈折力が第4レンズ群の屈折力
に対して相対的に弱くなるため、正のペッツバール和が
大きく発生して好ましくない。
【0010】条件(3)は、正屈折力の第5レンズ群の
屈折力の適切な範囲を規定したものであり、大きな開口
数を保ちながら、球面収差、歪曲収差及びペッツバール
和をバランス良く補正するためのものである。条件
(3)の下限を越えると、第5レンズ群の屈折力が大き
くなりすぎ、第5レンズ群にて負の歪曲収差のみならず
負の球面収差が甚大に発生するようになり、好ましくな
い。逆に条件(3)の上限を越えると、第5レンズ群の
屈折力が弱くなりすぎ、これに伴って負の屈折力の第4
レンズ群の屈折力も必然的に弱くなり、この結果、ペッ
ツバール和を良好に補正することができない。
【0011】条件(4)は、負屈折力の第4レンズ群の
屈折力の適切な範囲を規定したものである。条件(4)
の下限を越えると、球面収差の補正が困難となるため好
ましくない。逆に条件(4)の上限を越えると、コマ収
差が発生するため好ましくない。なお、球面収差及びペ
ッツバール和を良好に補正するためには、条件(4)の
下限値を−0.078とすることが好ましく、更にコマ
収差の発生を抑えるためには、条件(4)の上限値を−
0.047とすることが好ましい。
【0012】条件(5)は、負屈折力の第2レンズ群の
屈折力の適切な範囲を規定したものである。条件(5)
の下限を越えると、ペッツバール和が正の大きな値にな
るため好ましくない。逆に条件(5)の上限を越える
と、負の歪曲収差が発生するため好ましくない。なお、
ペッツバール和を更に良好に補正するためには、条件
(5)の下限値を−0.16とすることが好ましく、負
の歪曲収差とコマ収差を更に良好に補正するためには、
条件(5)の上限値を−0.071とすることが好まし
い。
【0013】次に、本発明においては、第5レンズ群中
に少なくとも1枚の負レンズを配置することが好まし
く、この構成により、歪曲収差を良好に補正することが
できる。また、負屈折力の第4レンズ群中に、互いに向
き合った凹面のレンズ面を少なくとも2組配置すること
が好ましい。この構成により、光線を緩やかに曲げるこ
とができるから、特に球面収差の発生を抑制することが
できる。同様に、負屈折力の第2レンズ群中に、互いに
向き合った凹面のレンズ面を少なくとも2組配置するこ
とが好ましい。この構成により、光線を緩やかに曲げる
ことができるから、特に軸外の収差の発生を抑制するこ
とができる。同様に、正屈折力の第5レンズ群中に、互
いに向き合った凸面のレンズ面を少なくとも1組配置す
ることが好ましい。この構成により、光線を緩やかに曲
げることができるから、特に球面収差の発生を抑制する
ことができる。同様に、正屈折力の第3レンズ群中に、
互いに向き合った凸面のレンズ面を少なくとも1組配置
することが好ましい。この構成により、光線を緩やかに
曲げることができるから、特に軸外の収差の発生を抑制
することができる。また開口絞りは、第5レンズ群内に
配置することが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図1と図4は、それぞれ本発明による投影
光学系の第1実施例と第2実施例を示す。両各実施例の
投影光学系とも、レチクルR上のパターンを縮小倍率に
てウエハW上に投影露光するものであり、レチクルR側
からウエハW側に向けて順に、正屈折力の第1レンズ群
1と、負屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3
レンズ群G3と、負屈折力の第4レンズ群G4と、正屈折
力の第5レンズ群G5とで構成されている。また、図中
*印は非球面レンズ面を表す。
【0015】先ず第1実施例の第1レンズ群G1は、3
枚の正レンズL1〜L3からなる。第2レンズ群G2は、
4枚の負レンズL4〜L7からなり、負レンズL4のウエ
ハW側レンズ面は非球面であり、負レンズL5と負レン
ズL6の向かい合うレンズ面は共に凹面であり、負レン
ズL6と負レンズL7の向かい合うレンズ面も共に凹面で
ある。第3レンズ群G3は、5枚の正レンズL8〜L12
らなり、正レンズL8と正レンズL9、正レンズL9と正
レンズL10、正レンズL10と正レンズL11、正レンズL
11と正レンズL12の向かい合うレンズ面は、いずれも凸
面である。第4レンズ群G4は、3枚の負レンズL13
15からなり、負レンズL13と負レンズL14の向かい合
うレンズ面は共に凹面であり、負レンズL14と負レンズ
15の向かい合うレンズ面も共に凹面である。第5レン
ズ群G5は、連続した7枚の正レンズL16〜L22と、負
レンズL23と、正レンズL24からなり、正レンズL20
ウエハW側レンズ面は非球面であり、正レンズL16と正
レンズL17、正レンズL18と正レンズL19の向かい合う
レンズ面は共に凸面である。また開口絞りASは、第5
レンズ群G5内の正レンズL17と正レンズL18の間に配
置されている。
【0016】第2実施例の第1レンズ群G1は、3枚の
正レンズL1〜L3からなり、正レンズL1のレチクルR
側レンズ面は非球面である。第2レンズ群G2は、4枚
の負レンズL4〜L7からなり、負レンズL5と負レンズ
6の向かい合うレンズ面は共に凹面であり、負レンズ
6と負レンズL7の向かい合うレンズ面も共に凹面であ
る。第3レンズ群G3は、5枚の正レンズL8〜L12から
なり、正レンズL9と正レンズL10、正レンズL10と正
レンズL11、正レンズL11と正レンズL12の向かい合う
レンズ面は、いずれも凸面である。第4レンズ群G
4は、3枚の負レンズL13〜L15からなり、負レンズL
13と負レンズL14の向かい合うレンズ面は共に凹面であ
り、負レンズL14と負レンズL15の向かい合うレンズ面
も共に凹面である。第5レンズ群G5は、連続した7枚
の正レンズL16〜L22と、負レンズL23と、正レンズL
24からなり、正レンズL17のウエハW側レンズ面は非球
面であり、正レンズL17と正レンズL18、正レンズL18
と正レンズL19の向かい合うレンズ面は共に凸面であ
る。また開口絞りASは、第5レンズ群G5内の正レン
ズL17と正レンズL18の間に配置されている。
【0017】このように両実施例とも、非球面レンズ面
を2面導入することにより、総計24枚のレンズによっ
て投影光学系を構成しており、従来例と比較して4枚の
レンズ枚数の削減を図っている。この結果、第1実施例
では、従来例と比較して21.6%のレンズ体積の削減
を達成しており、第2実施例では、従来例と比較して2
1.4%のレンズ体積の削減を達成している。
【0018】以下の表1と表2に、それぞれ第1、第2
実施例の諸元を示す。両表の[主要諸元]中、NAは像
側開口数、βは結像倍率、Yは最大像高である。[レン
ズ諸元]中、第1欄NoはレチクルR側からのレンズ面
の番号、第2欄rは各レンズ面の曲率半径、第3欄dは
各レンズ面から次のレンズ面までの間隔、第4欄は各レ
ンズの番号とレンズ群の番号を示す。また第1欄中*印
を付したレンズ面は非球面を示し、非球面レンズ面につ
いての第2欄rは、頂点曲率半径である。非球面の形状
は、 y:光軸からの高さ z:接平面から非球面までの光軸方向の距離 r:頂点曲率半径 κ:円錐係数 A、B、C、D:非球面係数 によって表わしており、[非球面データ]に円錐係数κ
と非球面係数A、B、C、Dを示した。
【0019】第1実施例、第2実施例とも、すべてのレ
ンズの硝材は合成石英であり、合成石英の屈折率はn=
1.50839である。またレンズの設計波長λは、λ
=248.4nmである。また、以下の表3に、第1、
第2実施例について、条件(1)〜(5)中のパラメー
タの値を示す。
【0020】
【表1】 [主要諸元] NA=0.60 β=0.25 L=1000 Y=13.2 [レンズ諸元] No r d 0 ∞ 95.000000 R 1 433.91190 20.000000 L11 2 -264.07352 0.1OOOOO 3 267.56195 21.000000 L21 4 -2927.69949 0.100000 5 202.61124 18.000000 L31 6 522.59265 0.563450 7 215.00000 11.000000 L42 * 8 111.70344 13.518226 9 ∞ 11.000000 L52 10 97.72313 22.612443 11 -161.65981 11.000000 L62 12 180.00000 24.316478 13 -105.44867 11.000000 L72 14 -449.26370 11.629003 15 -142.00299 18.000000 L83 16 -125.57186 1.240603 17 161179.01126 33.000000 L93 18 -175.00000 0.10OOOO 19 754.11968 33.000000 L103 20 -278.94419 0.100000 21 222.68425 41.060395 L113 22 -1335.18288 0.100000 23 149.08484 36.038073 L123 24 574.21220 28.493823 25 1941.96297 14.OOOOO0 L134 26 94.01546 31.013254 27 -171.67213 12.000000 L144 28 156.42171 26.273017 29 -146.90061 14.000000 L154 30 ∞ 21.271558 31 -2448.91477 20.000000 L165 32 -279.25287 54.050059 33 1956.20721 35.OOOOO0 L175 34 -261.00005 4.336349 35 − 16.728433 AS 36 -1834.43885 25.000000 L185 37 -312.69618 0.100000 38 173.57958 35.000000 L195 39 433.19719 0.849054 40 180.44461 25.000000 L205 *41 291.85469 82.093107 42 136.98791 22.000000 L215 43 255.88804 0.134540 44 93.25391 22.000000 L225 45 212.44729 7.000000 46 ∞ 12.000000 L235 47 294.29622 20.883660 48 143.75769 22.000000 L245 49 1025.52781 15.294472 50 ∞ W [非球面データ] No=8 κ=0.0 A=-0.581076×10-7 B=-0.674572×10-11 C=-0.482837×10-15 D=-0.435664×10-19 No=41 κ=0.0 A= 0.201362×10-7 B= 0.181546×10-12 C= 0.642414×10-17 D= 0.234689×10-21
【0021】
【表2】 [主要諸元] NA=0.60 β=0.25 L=1000 Y=13.2 [レンズ諸元] No r d 0 ∞ 95.000000 R * 1 353.08200 20.000000 L11 2 -491.41418 0.1OOOOO 3 245.00000 21.000000 L21 4 -1839.62387 0.100000 5 186.36312 18.000000 L31 6 1642.88042 4.100638 7 215.00000 11.000000 L42 8 89.23763 16.000000 9 ∞ 11.000000 L52 10 104.04661 19.000000 11 -199.21064 11.000000 L62 12 180.00000 22.846797 13 -100.78545 11.000000 L72 14 -755.40154 10.542476 15 -161.98672 18.000000 L83 16 -134.89402 0.100000 17 -2176.47687 33.000000 L93 18 -175.00000 0.10OOOO 19 1536.19231 39.822807 L103 20 -213.43088 0.100000 21 197.93991 42.438507 L113 22 -1888.95126 0.100000 23 155.30262 35.021892 L123 24 652.83877 21.537227 25 4814.07929 14.OOOOO0 L134 26 98.80218 32.221298 27 -177.88393 12.000000 L144 28 172.85884 28.000000 29 -121.13045 14.000000 L154 30 ∞ 21.859596 31 -990.90790 20.000000 L165 32 -239.29178 47.826366 33 -2075.72041 35.OOOOO0 L175 *34 -190.00000 1.690000 35 − 16.728433 AS 36 377.61272 30.000000 L185 37 -924.11191 0.100000 38 285.99684 30.000000 L195 39 1265.47224 0.100000 40 161.08253 25.000000 L205 41 249.08563 98.969690 42 118.40375 20.000000 L215 43 179.37070 0.968540 44 88.27417 25.000000 L225 45 217.06775 5.500000 46 ∞ 12.000000 L235 47 124.72685 17.467883 48 108.58000 22.000000 L245 49 -1009.70305 8.657760 50 ∞ W [非球面データ] No=1 κ=0.0 A= 0.104005×10-7 B=-0.676866×10-12 C= 0.235303×10-17 D= 0.483488×10-21 No=34 κ=0.0 A= 0.328220×10-8 B= 0.596778×10-13 C= 0.870329×10-18 D= 0.355535×10-22
【0022】
【表3】
【0023】図2に第1実施例の球面収差、非点収差、
歪曲収差を示し、図3に同実施例の横収差を示す。同様
に図5と図6に第2実施例の諸収差を示す。各収差図
中、NAは開口数、Yは像高を示す。非点収差図中点線
はメリジオナル像面を表し、実線はサジタル像面を表
す。各収差図より明らかなように、所要のレンズ構成を
取り、条件(1)〜(5)を満たすことにより、各実施
例とも少ないレンズ枚数にてきわめて優れた結像性能を
持つことが分かる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高い解像
力と広い露光領域を有し、しかも使用レンズ枚数が十分
に少ない投影光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による投影光学系の第1実施例のレンズ
構成を示す断面図
【図2】第1実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す収差図
【図3】第1実施例の横収差を示す収差図
【図4】第2実施例のレンズ構成を示す断面図
【図5】第2実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差を
示す収差図
【図6】第2実施例の横収差を示す収差図
【符号の説明】
1〜L24…レンズ G1〜G5…レンズ群 R…レチクル W…ウエハ AS…開口絞り *…非球面レンズ面

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1面の像を第2面に投影する固定焦点の
    投影光学系において、 前記第1面側から第2面側に向けて順に、2枚以上の正
    レンズを含む正屈折力の第1レンズ群と、2枚以上の負
    レンズを含む負屈折力の第2レンズ群と、3枚以上の正
    レンズを含む正屈折力の第3レンズ群と、2枚以上の負
    レンズを含む負屈折力の第4レンズ群と、連続した少な
    くとも5枚以上の正レンズを含む正屈折力の第5レンズ
    群とで構成され、 前記第1レンズ群と第2レンズ群とのいずれか一方に1
    面の非球面を含み、前記第4レンズ群と第5レンズ群と
    のいずれか一方に1面の非球面を含み、且つ、以下の条
    件を満たすことを特徴とする投影光学系。 0.4<Σii/L<0.6 (1) 0.05<f2/f4<6 (2) 0.01<f5/L<1.2 (3) −0.8<f4/L<−0.008 (4) −0.5<f2/L<−0.005 (5) 但し、Σii:レンズの中心厚の総和 L:前記第1面から第2面までの距離 f2:前記第2レンズ群の焦点距離 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 である。
  2. 【請求項2】前記第5レンズ群は少なくとも1枚の負レ
    ンズを含む、請求項1記載の投影光学系。
  3. 【請求項3】前記第4レンズ群は互いに向き合った凹面
    のレンズ面を少なくとも2組含む、請求項1又は2記載
    の投影光学系。
  4. 【請求項4】前記第2レンズ群は互いに向き合った凹面
    のレンズ面を少なくとも2組含む、請求項1、2又は3
    記載の投影光学系。
  5. 【請求項5】前記第5レンズ群は互いに向き合った凸面
    のレンズ面を少なくとも1組含む、請求項1、2、3又
    は4記載の投影光学系。
  6. 【請求項6】前記第3レンズ群は互いに向き合った凸面
    のレンズ面を少なくとも1組含む、請求項1、2、3、
    4又は5記載の投影光学系。
  7. 【請求項7】前記第5レンズ群内に開口絞りを配置し
    た、請求項1〜6のいずれか1項記載の投影光学系。
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