JPH07128592A

JPH07128592A - 縮小投影レンズ

Info

Publication number: JPH07128592A
Application number: JP27565893A
Authority: JP
Inventors: Osamu Konuma; 修小沼
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】レンズ系の硝材総肉厚を薄くして透過率を向
上させることができる高解像の縮小投影レンズ。【構成】負の屈折力を持つ第１群Ｉと、正の屈折力を
持つ第２群IIと、正の屈折力を持つ第３群III との計３
群から構成され、第１群Ｉ、第２群II、及び、全系の焦
点距離をそれぞれｆ₁、ｆ₂、ｆとしたとき、３＜｜ｆ
₁／ｆ｜＜５，１０＜ｆ₂／ｆ＜２５の条件を満足す
る。各群に少なくとも１面の非球面を有し、各非球面
は、レンズ光軸から周縁に行くに従って光軸近傍の屈折
力を弱める形状の非球面であることが望ましく、また、
各レンズを屈折率１．６以下の硝材により構成すること
が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積
回路を製造する装置に搭載される縮小投影レンズに関
し、特に、縮小投影露光法によって回路パターンの描か
れたマスクから、その回路パターンをシリコンウェハー
上に転写する際に用いられる縮小投影レンズに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、投影レンズによる投影像の解像
力は、その開口数に比例し、使用する波長に反比例す
る。近年、回路パターンの高集積化が進み、それに伴っ
て解像力の良いレンズが要求されてきており、開口数を
大きくして行くとそれに比例して解像力は良くなって行
くが、焦点深度が浅くなり、焦点合わせを非常に正確に
行う必要が生じる。また、回路パターンを転写するシリ
コンウェハーの平坦度も非常に厳しい値が要求され、実
用には向かなくなってしまう。そのため、近年では、開
口数を大きくするよりも、使用波長を短くして焦点深度
を保ちつつ解像度を上げることが行われるようになっ
た。

【０００３】現在では、水銀灯による４３６ｎｍから３
６５ｎｍの光が使用されるようになっているが、近年、
２４８ｎｍを発光スペクトルとするＫｒＦエキシマレー
ザを使用する特開昭６０−１４０３１０号や、１９３ｎ
ｍを発光スペクトルとするＡｒＦエキシマレーザを使用
する特開平１−３１５７０９号等の提案がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、投影露光の
使用波長が２５０ｎｍ以下になると、使用できる硝材の
透過率の低下が少ないという観点から、硝材はＳｉＯ₂
又はＣａＦ₂に限られる。しかも、加工性等を考慮する
と、ＳｉＯ₂しか使用できる硝材はなく、さらに、波長
２００ｎｍ以下では、このＳｉＯ₂を使用しても透過率
が低い。従来のエキシマレーザを光源とし、ＳｉＯ₂を
使用した縮小投影レンズは、レンズ枚数が多く、硝材総
肉厚が厚いので、透過率が低く、そのため、レンズの露
光光熱吸収による倍率変動やベストフォーカス変動、露
光量不足による低スループット等の問題があった。

【０００５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、レンズ系の硝材総肉厚を薄く
して透過率を向上させることができる高解像の縮小投影
レンズを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の縮小投影レンズは、物体側より順に、負の
屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レ
ンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群との計３群か
ら構成され、第１レンズ群、第２レンズ群、及び、全系
の焦点距離をそれぞれｆ₁、ｆ₂、ｆとしたとき、以下
の条件を満足することを特徴とするものである。

【０００７】３＜｜ｆ₁／ｆ｜＜５・・・（１）１０＜ｆ₂／ｆ＜２５・・・（２）この場合、各群に少なくとも１面の非球面を有し、各非
球面は、レンズ光軸から周縁に行くに従って光軸近傍の
屈折力を弱める形状の非球面であることが望ましい。ま
た、各レンズを屈折率１．６以下の硝材により構成する
ことが望ましい。

【０００８】

【作用】以下、上記構成をとった理由とその作用を詳細
に説明する。縮小投影レンズとしては、高解像度と広い
露光領域を確保するために、像面湾曲をほぼ完全に補正
しなくてはならない。像面湾曲を補正するには、ペッツ
バール和を小さく抑えればよいが、そのためには、正、
負の屈折力を持つレンズを多数枚、適切な位置に配置す
ることが必要である。そのために、縮小投影レンズはレ
ンズ枚数が多くならざるを得ない。

【０００９】一方、縮小投影レンズの透過率を高くする
ためには、硝材総肉厚を薄くしなければならないが、そ
のためには、レンズ一枚一枚を薄くすると同時に、レン
ズ枚数を減らすことが必要である。つまり、高解像度を
確保するという条件と硝材総肉厚を薄くするという条件
を同時に満足するのは難しい。

【００１０】本発明の縮小投影レンズは、少ないレンズ
枚数で効果的にペッツバール和を小さくするために、物
体面に近く光線高の低い位置に配置した第１レンズ群の
負の屈折力により、大きく負のペッツバール値を発生さ
せ、これ以降の像面側の光線高の高い位置に配置した第
２レンズ群、第３レンズ群の正の屈折力により正のペッ
ツバール和を小さくする構成をとっている。本構成をと
ることによって、少ないレンズ枚数でペッツバール和を
小さくすることが可能となる。

【００１１】｜ｆ₁／ｆ｜とｆ₂／ｆについての条件式
は、各レンズ群の屈折力を制限するものであり、高解像
の投影レンズを達成するために必要な構成要件である。
この場合、｜ｆ₁／ｆ｜が５以上であると、第１レンズ
群の屈折力が小さくなりすぎ、全体のパッツバール和を
小さく抑えられず、また、３以下であると、負の屈折力
が大きくなることによって第１レンズ群の面の曲率がき
つくなり、諸収差の発生が大きくなる。また、ｆ₂／ｆ
が２５以上であると、少ない枚数の正の屈折力のレンズ
で光線を結像させることができず、また、１０以下であ
ると、正の屈折力が大きくなることによって負の球面収
差の発生が大きくなる。

【００１２】さらに、第３レンズ群の前側焦点位置をｆ
_3Fとし、第２レンズ群の後側主点を基準としたｆ_3Fとの
距離をｄ_Sとしたとき、以下の条件を満足することが望
ましい。

【００１３】 −０．１＜ｄ_S／ｆ₂＜０．２・・・（３）式（３）の符号は、第２レンズ群の後側主点よりもｆ_3F
が像面側にあるときをプラス、物体側にあるときをマイ
ナスとする。本発明のような縮小投影レンズにおいて
は、像面のディフォーカスや像面の平坦性の悪さによる
像の倍率変動を抑えるために、射出側テレセントリック
であることが一般的である。本発明の場合、ｆ_3Fは瞳位
置に一致する。つまり、上記条件は第２レンズ群と瞳位
置との関係を規定するものである。−０．１＞ｄ_S／ｆ
₂となると、第２レンズ群で内コマ収差が生じ、第１レ
ンズ群で生ずる内コマ収差と相乗し、第３レンズ群での
コマ収差補正を困難にする。一方、ｄ_S／ｆ₂＞０．２
では、外コマ収差が強く発生し過ぎ、第３レンズ群の非
球面は後述する通り、球面収差を補正すると共に外コマ
収差を作り出す作用を持つが、第１レンズ群の発生する
内コマ収差以上に、第２、第３レンズ群の外コマ収差が
増え、全体として外コマ収差が残ってしまう。

【００１４】また、別に、本構成の縮小投影レンズは、
各群に少なくとも１面の非球面を有することが望まし
い。これは、少ないレンズ枚数の上記構成では補正しき
れない諸収差を補正するためである。第１レンズ群の非
球面は、ここで発生する正の歪曲収差を補正するために
用いる。第２レンズ群の非球面は、構成レンズエレメン
トが少ないことによる負の球面収差を補正するために用
いる。第３レンズ群の非球面は、第１レンズ群で発生し
た内コマ収差を補正するためと、本レンズ群自身で発生
する球面収差を補正するために用いる。さらには、これ
らの非球面は、レンズ光軸から周縁に行くに従って光軸
近傍の屈折力を弱める形状の非球面であることが好まし
い。

【００１５】また、別に、本構成の縮小投影レンズは、
屈折率１．６以下の硝材で構成することが好ましい。こ
れは、エキシマレーザのようなスペクトル幅が非常に狭
い光を使用するに当たり、レンズの色収差を考慮しなく
てもよく、色収差補正のために屈折率が１．６以上の硝
材を使用する必要がないからである。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の縮小投影レンズの実施例１〜
４について説明する。図１〜図４にそれぞれ実施例１〜
４のレンズ断面図を示すが、何れの実施例においても、
倍率は１／５、開口数は０．４５、物像間距離は１００
０ｍｍ、露光領域は１０×１０ｍｍであり、硝材は全て
ＳｉＯ₂からなる。なお、これらの実施例のレンズデー
タは後記する。

【００１７】まず、本発明の実施例１について説明す
る。図１において、第１群Ｉは物体側に凸面を向けた負
のメニスカスレンズ１枚から、第２群IIは両凸レンズ１
枚と物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ１枚の
計２枚から、第３群III は像側に凹面を向けた正のメニ
スカスレンズ２枚と像側に凹面を向けたパワーレスのメ
ニスカスレンズ１枚の計３枚からなる。

【００１８】この実施例１と次に述べる実施例２は、特
に、第３群III の最も像面に近いところに像側に凹面を
向けたパワーレスのメニスカスレンズ１枚を配置してい
るが、この場合、高次のコマ収差を補正するために、少
なくともその１面に非球面を用いるのがさらに好まし
い。さらに、このパワーレスのメニスカスレンズの焦点
距離をｆ₃₃としたとき、以下の条件を満足することが好
ましい。２０００（ｍｍ）＜｜ｆ₃₃｜・・・（４）｜ｆ₃₃｜が２０００ｍｍ以下であると、球面成分で低次
のコマ収差が発生してしまう。

【００１９】次に、本発明の実施例２について説明す
る。図２において、第１群Ｉは物体側に凸面を向けた負
のメニスカスレンズ１枚から、第２群IIは物体側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズ１枚から、第３群III は
両凸レンズ１枚と像側に凹面を向けた正のメニスカスレ
ンズ１枚と像側に凹面を向けたパワーレスのメニスカス
レンズ１枚の計３枚からなる。第３群III の像側に凹面
を向けたパワーレスのメニスカスレンズについては、実
施例１と同様の作用を持つ。

【００２０】次に、本発明の実施例３については、図３
において、第１群Ｉは物体側に凸面を向けた負のメニス
カスレンズ１枚から、第２群IIは物体側に凸面を向けた
正のメニスカスレンズ１枚から、第３群III は両凸レン
ズ１枚と像側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ１枚
からなる。

【００２１】本発明の実施例４については、図４におい
て、第１群Ｉは物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズ１枚から、第２群IIは物体側に凸面を向けた正のメ
ニスカスレンズ１枚から、第３群III は両凸レンズ１枚
と像側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ１枚からな
る。

【００２２】以下に各実施例のレンズデータを示すが、
レンズデータ中、Ｒ₁、Ｒ₂、・・・は各レンズ面の曲
率半径、ｄ₁、ｄ₂・・・は各レンズ面間の間隔、
ｎ₁、ｎ₂、・・・は各レンズの１９３ｎｍでの屈折率
であり、また、非球面形状は光軸方向をｘ、光軸に直交
する方向をｙとしたとき、次式で表される。ｘ＝（ｙ²／ｒ）／ [１＋｛１−（ｙ²／ｒ² ) ｝
^1/2 ]＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰ ただし、ｒは近軸曲率半径、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ
４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。

【００２３】実施例１Ｒ₁＝ 149.072 ｄ₁＝ 4 ｎ₁＝1.56 Ｒ₂＝ 53.071（非球面）ｄ₂＝ 580.412 Ｒ₃＝ 685.808 ｄ₃＝ 12.808 ｎ₂＝1.56 Ｒ₄＝ -855.88 ｄ₄＝ 0.08 Ｒ₅＝ 332.732 ｄ₅＝ 10.304 ｎ₃＝1.56 Ｒ₆＝ 970.134（非球面）ｄ₆＝ 196.429 Ｒ₇＝ 236.31 ｄ₇＝ 10.938 ｎ₄＝1.56 Ｒ₈＝ 1175.523 ｄ₈＝ 0.714 Ｒ₉＝ 87.26 ｄ₉＝ 42.891 ｎ₅＝1.56 Ｒ₁₀＝ 194.005 ｄ₁₀＝ 53.429 Ｒ₁₁＝ 68.841（非球面）ｄ₁₁＝ 13.136 ｎ₆＝1.56 Ｒ₁₂＝ 59.862 非球面係数第２面Ａ＝-0.105×10^-5 Ｂ＝-0.126×10^-9 Ｃ＝-0.242×10^-13 Ｄ＝-0.176×10^-16 第６面Ａ＝ 0.986×10^-8 Ｂ＝ 0.485×10^-13 Ｃ＝ 0.116×10^-17 Ｄ＝ 0.44 ×10^-22 第１１面Ａ＝-0.745×10^-6 Ｂ＝-0.359×10^-9 Ｃ＝-0.115×10^-12 Ｄ＝-0.595×10^-17
。

【００２４】実施例２Ｒ₁＝ 1736.215 ｄ₁＝ 5.866 ｎ₁＝1.56 Ｒ₂＝ 68.889（非球面）ｄ₂＝ 543.701 Ｒ₃＝ 263.312 ｄ₃＝ 11.509 ｎ₂＝1.56 Ｒ₄＝ 819.653（非球面）ｄ₄＝ 165.728 Ｒ₅＝ 220.315 ｄ₅＝ 22.409 ｎ₃＝1.56 Ｒ₆＝ -1415.823 ｄ₆＝ 49.904 Ｒ₇＝ 106.825 ｄ₇＝ 37.488 ｎ₄＝1.56 Ｒ₈＝ 254.313 ｄ₈＝ 46.233 Ｒ₉＝ 96.597（非球面）ｄ₉＝ 6.904 ｎ₅＝1.56 Ｒ₁₀＝ 103.38 非球面係数第２面Ａ＝-0.639×10^-6 Ｂ＝-0.155×10^-10 Ｃ＝-0.103×10^-13 Ｄ＝ 0.563×10^-18 第４面Ａ＝ 0.223×10^-7 Ｂ＝ 0.151×10^-12 Ｃ＝ 0.241×10^-17 Ｄ＝ 0.209×10^-21 第９面Ａ＝-0.277×10^-6 Ｂ＝-0.522×10^-10 Ｃ＝-0.497×10^-14 Ｄ＝ 0.69 ×10^-18
。

【００２５】実施例３Ｒ₁＝ 6336.701 ｄ₁＝ 4 ｎ₁＝1.56 Ｒ₂＝ 65.016（非球面）ｄ₂＝ 561.539 Ｒ₃＝ 261.005 ｄ₃＝ 15.817 ｎ₂＝1.56 Ｒ₄＝ ∞ （非球面）ｄ₄＝ 176.959 Ｒ₅＝ 232.483 ｄ₅＝ 20.768 ｎ₃＝1.56 Ｒ₆＝ -632.184 ｄ₆＝ 40.867 Ｒ₇＝ 126.144 ｄ₇＝ 28.872 ｎ₄＝1.56 Ｒ₈＝ 413.522（非球面）非球面係数第２面Ａ＝-0.779×10^-6 Ｂ＝-0.179×10^-10 Ｃ＝-0.182×10^-13 Ｄ＝ 0.307×10^-17 第４面Ａ＝ 0.268×10^-7 Ｂ＝ 0.792×10^-13 Ｃ＝ 0.250×10^-17 Ｄ＝ 0.155×10^-21 第８面Ａ＝ 0.438×10^-7 Ｂ＝ 0.215×10^-12 Ｃ＝ 0.424×10^-16 Ｄ＝ 0.645×10^-20
。

【００２６】実施例４Ｒ₁＝ 7761.76 ｄ₁＝ 4 ｎ₁＝1.56 Ｒ₂＝ 65.426（非球面）ｄ₂＝ 566.358 Ｒ₃＝ 260.181 ｄ₃＝ 14.689 ｎ₂＝1.56 Ｒ₄＝ 3358.89 （非球面）ｄ₄＝ 167.605 Ｒ₅＝ 217.213 ｄ₅＝ 21.986 ｎ₃＝1.56 Ｒ₆＝ -768.035（非球面）ｄ₆＝ 44.28 Ｒ₇＝ 137.413 ｄ₇＝ 26.994 ｎ₄＝1.56 Ｒ₈＝ 634.5 （非球面）非球面係数第２面Ａ＝-0.777×10^-6 Ｂ＝-0.144×10^-10 Ｃ＝-0.182×10^-13 Ｄ＝ 0.307×10^-17 第４面Ａ＝ 0.275×10^-7 Ｂ＝ 0.13 ×10^-12 Ｃ＝ 0.417×10^-17 Ｄ＝ 0.175×10^-21 第６面Ａ＝ 0.523×10^-9 Ｂ＝-0.25 ×10^-12 Ｃ＝ 0.951×10^-17 Ｄ＝-0.425×10^-22 第８面Ａ＝ 0.484×10^-7 Ｂ＝ 0.678×10^-12 Ｃ＝ 0.114×10^-16 Ｄ＝ 0.534×10^-20
。

【００２７】次に、上記実施例１〜４の球面収差、非点
収差、歪曲収差、横収差を表す収差図をそれぞれ図５〜
図８に示す。図中、Ｙは像高比、Ｍはメリジオナル像
面、Ｓはサジタル像面を示す。また、各実施例の条件式
（１）〜（３）の値を次表に示す。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズ系の硝材総肉厚が薄く、透過率の良い、高解像の
縮小投影レンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縮小投影レンズの実施例１のレンズ断
面図である。

【図２】実施例２のレンズ断面図である。

【図３】実施例３のレンズ断面図である。

【図４】実施例４のレンズ断面図である。

【図５】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差、横
収差を表す収差図である。

【図６】実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差、横
収差を表す収差図である。

【図７】実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差、横
収差を表す収差図である。

【図８】実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差、横
収差を表す収差図である。

【符号の説明】

Ｉ …第１レンズ群 II …第２レンズ群 III …第３レンズ群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、負の屈折力を持つ第１
レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈
折力を持つ第３レンズ群との計３群から構成され、第１
レンズ群、第２レンズ群、及び、全系の焦点距離をそれ
ぞれｆ₁、ｆ₂、ｆとしたとき、以下の条件を満足する
ことを特徴とする縮小投影レンズ。３＜｜ｆ₁／ｆ｜＜５・・・（１）１０＜ｆ₂／ｆ＜２５・・・（２）
【請求項２】各群に少なくとも１面の非球面を有し、
各非球面は、レンズ光軸から周縁に行くに従って光軸近
傍の屈折力を弱める形状の非球面であることを特徴とす
る請求項１記載の縮小投影レンズ。
【請求項３】各レンズを屈折率１．６以下の硝材によ
り構成することを特徴とする請求項１記載の縮小投影レ
ンズ。