JP2003222795A - 倍率補正光学系 - Google Patents

倍率補正光学系

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JP2003222795A
JP2003222795A JP2002324838A JP2002324838A JP2003222795A JP 2003222795 A JP2003222795 A JP 2003222795A JP 2002324838 A JP2002324838 A JP 2002324838A JP 2002324838 A JP2002324838 A JP 2002324838A JP 2003222795 A JP2003222795 A JP 2003222795A
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Japan
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lens
optical system
magnification
lenses
magnification correction
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JP2002324838A
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English (en)
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Noriyoshi Matsumoto
本 徳 嘉 松
Nozomi Kowatari
渡 望 小
Yoichi Hirabayashi
林 洋 一 平
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Adtec Engineering Co Ltd
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Adtec Engineering Co Ltd
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  • 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】 微少な倍率補正のできる倍率補正光学系を提
供する。 【解決手段】 物体面5側にが平凸レンズである第1レ
ンズ1を設置し、結像面7側にが凸平レンズである第2
レンズ2を設置する。この第1レンズ1と第2レンズ2
の間の中心間隔dを調整することにより、拡大或いは縮
小を行う。第1レンズ1の凸面と第2レンズ2の凹面の
曲率半径R2とR3は次の式に示すように設定してあ
る。 R2=(1−n1)/φ2 R3=(n2−1)/φ3 ここで、φ2、φ3、は各面の光学的パワー、n1とn2
はそれぞれ屈折率である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、倍率補正光学系
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体や液晶だけにとどまらず、近年は
プリントボードもフォトマスク(レチクル)に描いた回
路パターンなどを対象物に焼き付けるリソグラフィ法に
より製造されるようになってきている。しかし、このよ
うなリソグラフィ法において、シリコンウエーハやガラ
ス、プリント基板などの対象物が、工程中に熱等の影響
を受けて伸縮を起こし、アライメントの誤差を引き起こ
す問題があった。このような基板などの対象物の伸縮に
起因する誤差を解消するために、平行平面ガラスを、フ
ォトマスクより出た主光線が光軸に平行になる所謂テレ
セントリックな位置に設け、該平行平面ガラスを曲げて
主光線を屈折させて倍率の微調整を行う方法が考えられ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、平行平面ガラ
スを球面に曲げることは現実的に難しく、例えば平行平
面ガラスの両端を固定して曲げると近似球面か非球面に
しか曲げられず、光学倍率を像面上で一律に変化させる
ことは不可能であり、非線形な誤差が生ずることにな
る。また平行平面ガラスの自重変形による誤差も予想さ
れる。更に、平行平面ガラスを曲げることは曲げる力と
球面の関係を制御することになり、直接倍率制御を行え
ず、間接的な制御方法になる問題もある。本発明は上記
従来技術の問題を解決することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、露光光学系の物体面側或いは像側のテレセントリッ
クな部所に、下式で定義される光学的パワーφ2を有す
る平凸又は平凹の第1レンズと下式で定義される光学的
パワーφ3を有する凹平又は凸平の第2レンズの2枚の
レンズを挿入し、該レンズの間隔を変化させて、該露光
光学系の全系倍率を微小に変化させる、ことを特徴とす
る。 φ3=−Φ(S1+e1)/d0 φ2=(Φ−φ3)/(1−d0φ3) 但し Φ:倍率補正光学系の光学的パワー S1:第1レンズの第1面から物体面5(フォトマスク
面)までの距離 d0:倍率β=1となる2つのレンズの中心間隔 e1=t1/n1(t1:第1レンズ1の中心厚、n
1:第1レンズ1の屈折率) 以上の構成により2つのレンズの中心間隔をd0を中心
として増減してやれば、倍率βの調整が可能になり、露
光光学系の微少な拡大或いは縮小の倍率補正を行える。
なお、前記露光光学系が、前記2枚のレンズの中心厚の
合計に等しい平行平面が挿入された条件で、予め各光学
的収差がその目的に合わせて補正されている、ことが望
ましい。また、像の縦或いは横の一方向のみの倍率補正
を行う場合には、前記2枚のレンズをシリンドリカルレ
ンズとすることにより、同様に中心間隔dの調整で倍率
補正が可能である。また回動装置によりシリンドリカル
レンズを回動させて、倍率を変化させる方向を変更可能
に構成することも可能である。なお、色消しのために、
前記2枚のレンズの各アッベ数υ1、υ2を下式を満足す
るように設定することが望ましい。 υ1/υ2≒φ2/φ3
【0005】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図1はプリント配線基板を製造する
ための露光装置に本発明の倍率補正光学系Aを設置した
例を示すものである。フォトマスクのマスク面である物
体面5を透過した露光波長の光は、倍率補正光学系Aに
おいて所定の倍率で微細に全方向或いは所定の方向に拡
大或いは縮小され、露光光学系6において通常の投影倍
率で拡大或いは縮小され、プリント基板の結像面7上に
結像するように構成されている。
【0006】倍率補正光学系Aは第1レンズ1と第2レ
ンズ2とを備えており、第1レンズ1と第2レンズ2の
間の距離を調整することにより、その倍率を調整できる
ようになっている。また、後述するように第1レンズ1
と第2レンズ2としてシリンドリカルレンズを用いれ
ば、所定の方向のみに拡大、縮小可能になる。この倍率
は、例えばプリント基板の伸縮等を補償するように設定
することが可能である。倍率補正光学系Aはテレセント
リックな光学系に設置するものとし、この実施形態では
物体面5と露光光学系6の間に設置してある。
【0007】図2に基づいて、倍率補正光学系Aの構造
を詳細に説明する。この実施形態では、物体面5側の第
1レンズ1が平凸レンズ、結像面7側の第2レンズ2が
凹平レンズとなっている。第1レンズ1を平凹レンズ、
第2レンズ2を凸平レンズとしてもよい。この第1レン
ズ1と第2レンズ2の間の中心間隔dを調整することに
より、拡大或いは縮小が可能なように設定されている。
即ち中心間隔d0の時に倍率を等倍とし、中心間隔dを
d0を中心に変化させることにより、倍率を拡大したり
縮小したりすることができるように構成されている。
【0008】そのため、第1レンズ1の凸面と第2レン
ズ2の凹面の曲率半径R2とR3を次の式に示すように
設定してある。この式は、第1レンズ1が平凸レンズ、
第2レンズ2が凹平レンズの場合だけでなく、第1レン
ズ1を平凹レンズ、第2レンズ2を凸平レンズとした場
合にも有効である。 R2=(1−n1)/φ2 ……式1 R3=(n2−1)/φ3 ……式2 ここで、φ2、φ3、は各面の光学的パワー、n1とn2
はそれぞれ屈折率である。
【0009】上記式1と2は次のように導かれる。いま
図2に示すように、R1、R2を第1レンズ1の両面の曲率
半径、R3、R4を第2レンズ2の両面の曲率半径とし、各
面の光学的パワー(焦点距離の逆数)をφ1、φ2、φ
3、φ4、とする。更に第1レンズ1の中心厚をt1、屈
折率をn1、第2レンズ2の中心厚をt2、屈折率をn
2とし、第1レンズ1と第2レンズ2の中心間隔をdと
する。第1レンズ1の第1面R1から物体面5(フォトマ
スク面)までの距離をS1とし、第2レンズ2の第2面R
4から、その像面50(フォトマスク面の虚像)までの
距離をSkとする。
【0010】この倍率補正光学系全系のトータルパワー
をΦ(焦点距離の逆数)とすると、R1、R4は平面であ
るから、パワーφ1、φ4は0となり、Φは Φ=φ2+φ3−dφ2φ3 ……式3 で表される。
【0011】この時、倍率補正光学系の倍率βは、光学
的近軸関係により次の通りである。 β=−1/〔Φ(S1+e1)+dφ3−1〕 ……式4 但しe1=t1/n1 S1は図2で物体面が第1レンズの左にある時は、S1
>0とする。
【0012】次に倍率βが等倍(β=1)になる時のdを
基準間隔d0として式4よりφ3を求めると、 φ3=−Φ(S1+e1)/d0 ……式5 となる。
【0013】式5を式3に代入すれば、次のようにφ2
が求まる。 φ2=(Φ−φ3)/(1−d0φ3) ……式6
【0014】φ2、φ3が決まれば、二枚のレンズの屈折
率からR2,R3の曲率半径は、上記した式1と式2と
なる。 R2=(1−n1)/φ2 ……式1 R3=(n2−1)/φ3 ……式2
【0015】この時の倍率補正光学系のトータルパワー
Φは、露光光学系のテレセントリック度の許容出来る範
囲の値にする。言い換えれば、倍率補正光学系の焦点距
離は、露光光学系の使用条件によって決まるテレセント
リック性の許容範囲に入る長い焦点距離を与える。この
焦点距離を負(−)で長い値を与えれば、平凸+平凹の
組み合わせになり、正(+)の長い値を与えれば、平凹
+平凸レンズの組み合わせになる。
【0016】上記で求められた、φ2とφ3からΦを求
め、このΦとφ3を式4に代入すれば、 β=−1/〔(φ2+φ3−dφ2φ3)(S1+e1)+dφ3−1〕 ……式4’ 但しe1=t1/n1 となる。この式からわかるように、倍率βは第1レンズ
1と第2レンズ2の間隔dにより変化し、このdを変化
させることにより、倍率βの補正が行える。しかも間隔
dの調整により露光光学系を含めた全系の倍率βの補正
が行える。
【0017】この時、倍率補正光学系の限界補正倍率
は、第1、第2レンズの間隔d=0となった時であり、
倍率(β=β0)は、上記式4’から、 β0=−1/〔(φ2+φ3)(S1+e1)−1〕 ……式4” で求められる。
【0018】上記実施形態では、第1レンズ1と第2レ
ンズ2のR2,R3面を球面としているため、縦横の倍
率補正がレンズ間隔dを変化させると同じ比率で変化す
る。露光光学系の倍率が、例えば、温度変化によるよう
な、一様の倍率変化を補正する場合には、この構成が有
効である。
【0019】上記実施形態の他に、第1レンズ1と第2
レンズ2のR2,R3面をシリンドリカル面とすること
が可能である。この場合、R2、R3面はシリンドリカ
ル面の母線方向には平行平面になり、第1レンズ1と第
2レンズ2の間隔dに無関係に母線方向の倍率は等倍に
なる。従って、母線方向の倍率は変化しない。一方、シ
リンドリカル面の母線に直交する方向では、上記実施形
態の理論式はそのまま成立する。そのため、シリンドリ
カル面の母線方向と直交の方向のみの倍率を、変化させ
ることができる。即ち第1レンズ1と第2レンズ2の間
隔dを変化させた時には、基準間隔d0(β=1)をはさ
んで、縮小と拡大の補正が可能になる。プリント基板等
は露光以後の工程で、一方向にのみ基板に伸縮が生ずる
ことがあり、このような方向性のある伸縮を補償する場
合には、シリンドリカル面を採用するのが有効である。
更に回動装置を設けて、これによりシリンドリカルレン
ズを回動させて、倍率を変化させる方向を変更可能に構
成することも可能である。この構成によりθ方向に回転
させた方向に拡大縮小することが可能になる。これによ
り倍率補正の方向を微細に調整可能になる。
【0020】次に倍率補正光学系を介した後、物体の像
面50(虚像)のR4面からの距離Skの変化は、近軸関係
から Sk=〔(1−dφ3)S1+d〕/〔ΦS1−(1−dφ3)〕 ……式7 として表される。この関係式から、基準間隔d0を基準に
した時の距離Skとの差を、露光系に許される焦点深度
内に入るように、基準間隔dの移動範囲を決めることが
出来る。
【0021】また本発明の倍率補正光学系は、凸、凹関
係になっている為、一種のフラウンホーファータイプに
なっていることから倍率補正光学系の色消しも可能にな
る。例えば色消しをしたい波長a、bの屈折率を(n1
a、n1b)、(n2a、n2b)とした時、第1レン
ズ1と第2レンズ2のアッベ数υを υ1=(n1−1)/(n1a−n1b) ……式8 υ2=(n2−1)/(n2a−n2b) ……式9 と定義すると、 υ1/υ2≒φ2/φ3 ……式10 の関係でυ1, υ2を選択すれば、色消しが可能になる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明の倍率補正光
学系によれば、微少な倍率補正がレンズ間隔を調整する
ことにより実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図2】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【符号の説明】
1:第1レンズ、2:第2レンズ、5:物体面、6:露
光光学系、7:結像面、50:像面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 林 洋 一 東京都港区芝公園3丁目4番30号 株式会 社アドテックエンジニアリング内 Fターム(参考) 2H087 KA21 LA01 LA28 LA30 NA00 NA02 PA02 PA17 PB02 QA01 QA05 QA13 QA18 QA21 QA22 QA33 QA38 QA41 QA42 RA07 SA87 SA89 5F046 BA03 CB12 CB24 DA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光学系の物体面側或いは像側のテレ
    セントリックな部所に、下式で定義される光学的パワー
    φ2を有する平凸又は平凹の第1レンズと下式で定義さ
    れる光学的パワーφ3を有する凹平又は凸平の第2レン
    ズの2枚のレンズを挿入し、該レンズの間隔を変化させ
    て、該露光光学系の全系倍率を微小に変化させる、こと
    を特徴とする倍率補正光学系。 φ3=−Φ(S1+e1)/d0 φ2=(Φ−φ3)/(1−d0φ3) 但し Φ:倍率補正光学系のトータル光学的パワー S1:第1レンズの第1面から物体面(フォトマスク面)
    までの距離 d0:倍率β=1となる2つのレンズの中心間隔 e1=t1/n1(t1:第1レンズ1の中心厚、n
    1:第1レンズ1の屈折率)
  2. 【請求項2】 前記露光光学系が、前記2枚のレンズの
    中心厚の合計に等しい平行平面が挿入された条件で、予
    め各光学的収差がその目的に合わせて補正されている、
    請求項1に記載の倍率補正光学系。
  3. 【請求項3】 前記2枚のレンズがシリンドリカルレン
    ズである、請求項1又は2に記載の倍率補正光学系。
  4. 【請求項4】 前記シリンドリカルレンズを回動させ
    て、倍率を変化させる方向を変更させる回動装置を更に
    設けた、請求項3に記載の倍率補正光学系。
  5. 【請求項5】 前記2枚のレンズの各アッベ数υ1、υ2
    を下式を満足するように設定した、 請求項1又は2又は3又は4に記載の倍率補正光学系。 υ1/υ2≒φ2/φ3
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