JP3429525B2

JP3429525B2 - 投影レンズ系

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Publication number: JP3429525B2
Application number: JP11679293A
Authority: JP
Inventors: 久芳圭一
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JPH06331942A

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
光束が投影レンズ系全体として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し、前記回折光学素
子が、第１の結像作用を持った第１ゾーン群と第２の結
像作用を持った第２ゾーン群とを備え、前記第１ゾーン
群と前記第２ゾーン群とが半径方向に交互に配置されて
おり、前記第１ゾーン群と前記第２ゾーン群とが交互に
配置された回折光学素子は、半径方向の所定位置にて中
心領域Ａと第１周辺領域Ｂとを形成し、前記中心領域Ａ
と前記第１周辺領域Ｂとの間の境界部分の回折面の形状
を半ピッチ分の接続ズレを与えるように構成されている
ことを特徴とするものである。本発明のもう１つの投影
レンズ系は、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投影レ
ンズ系全体として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し、前記回折光学素子が、前記の
複数のゾーンを半径方向に交互に配置した輪帯分割形状
を有すると共に、半径方向に向かって境界を備える扇型
に分割された扇型分割領域を複数有し、隣り合う２つの
前記扇型分割領域における回折面の形状が互いに異なる
ように、前記扇型分割領域の各々が形成されていること
を特徴とするものである。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ν_dを求めてみると、ν_d＝−
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ν_d＝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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２８】（ｎ_u−１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎ・sin θ−ｎ’・sin θ’ …（式５）ただし、ｎ_u：ultra-high index lens の屈折率（以下
に説明する設計では、ｎ_u＝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。

【００２９】（ｎ_u−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。

【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）ｈ² 〕^1/2｝＋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）ｈ² 〕^1/2 ＋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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４５】第１実施例 λ＝ 248ｎｍ，ＮＡ＝0.48，φ＝36ｍｍ（□25ｍｍ），
β＝１／５，ＯＩＤ＝800 ｍｍ面番号ＲｄＶＭ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
。

【００４６】（第２実施例）本実施例の多重焦点ＤＯＥ２１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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１の光学素子の各結像作用を示す図である。

【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。

【図４】回折光学素子の原理を説明するための図であ
る。

【図５】回折光学素子の１形態を示す断面図である。

【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。

【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。

【図８】第１実施例中の回折光学素子の正面図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１４】従来技術である位相シフト法の説明図であ
る。

【図１５】従来技術であるＦＬＥＸ法の説明図である。

【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。

【符号の説明】

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ＤＯＥ８…回折面９…光線１０…ＤＯＥの基板１１…ブレーズ化ＤＯＥ１２…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ＤＯＥ１６…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ＤＯＥ２２…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ＤＯＥＬ７、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/42 G02B 13/18 G02B 5/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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投影
レンズ系全体として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し、前記回折光学素子が、第１の結像作用を持った第１ゾー
ン群と第２の結像作用を持った第２ゾーン群とを備え、前記第１ゾーン群と前記第２ゾーン群とが半径方向に交
互に配置されており、前記第１ゾーン群と前記第２ゾーン群とが交互に配置さ
れた回折光学素子は、半径方向の所定位置にて中心領域
Ａと第１周辺領域Ｂとを形成し、前記中心領域Ａと前記
第１周辺領域Ｂとの間の境界部分の回折面の形状を半ピ
ッチ分の接続ズレを与えるように構成されていることを
特徴とする投影レンズ系。
【請求項２】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投影
レンズ系全体として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し、前記回折光学素子が、前記の複数のゾーンを半径方向に
交互に配置した輪帯分割形状を有すると共に、半径方向
に向かって境界を備える扇型に分割された扇型分割領域
を複数有し、隣り合う２つの前記扇型分割領域における回折面の形状
が互いに異なるように、前記扇型分割領域の各々が形成
されていることを特徴とする投影レンズ系。
【請求項３】前記の光軸方向のわずかに異なる少なく
とも２点の結像位置の間隔（離れ量）をΔ、そのとき、
光束の波長をλ、開口数をＮＡとすると、以下の条件を
満足し、前記の複数のゾーンを有する回折光学素子は、
各ゾーンの面積を等しくするように構成されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の投影レンズ系。０＜Δ＜３λ／ＮＡ ²