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JP2008066578A - Design method for imaging optical system, imaging optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Design method for imaging optical system, imaging optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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JP2008066578A
JP2008066578A JP2006244245A JP2006244245A JP2008066578A JP 2008066578 A JP2008066578 A JP 2008066578A JP 2006244245 A JP2006244245 A JP 2006244245A JP 2006244245 A JP2006244245 A JP 2006244245A JP 2008066578 A JP2008066578 A JP 2008066578A
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optical system
focal length
imaging optical
lens group
focus position
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Application number
JP2006244245A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Chitoku
孝一 千徳
Hideki Ine
秀樹 稲
Yoshinori Miwa
良則 三輪
Takeshi Takahashi
岳 高橋
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Canon Inc
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Canon Inc
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

【課題】環境変化に対する光学性能の変化を低減することができる結像光学系の設計方法を提供する。
【解決手段】第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群とを有し、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系の設計方法であって、結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気又は大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、第1の焦点距離f1と第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義したときに、定数a1及びb1を求めるステップと、環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1として、第1の焦点距離f1と第2の焦点距離f2との比f1/f2を、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定するステップとを有することを特徴とする設計方法を提供する。
【選択図】図1
An imaging optical system design method capable of reducing a change in optical performance with respect to an environmental change is provided.
An image of a pattern on an object plane is formed on an image plane having a first lens group having a first focal length f1 and a second lens group having a second focal length f2. When the environment in which the imaging optical system is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere, the first focal length f1 and the second focal length f1 When the focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 to the focal length f2 is defined as Δd1 = a1 · (f1 / f2) + b1 with a1 and b1 as constants, a step of obtaining constants a1 and b1; The allowable focus position difference due to environmental change is Δd T1 , and the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is based on f1 / f2 = (Δd T1− b1) / a1. Step to determine To provide a design wherein the.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、一般には、光学系に係り、特に、半導体デバイス用のウェハ、液晶表示素子用のガラスプレートなどの被処理体を露光する露光装置において、真空雰囲気に配置される光学系に関する。本発明は、露光光として紫外光や極端紫外線(EUV:extreme ultraviolet)光を利用する露光装置に用いられる検出光学系に好適である。   The present invention generally relates to an optical system, and more particularly to an optical system disposed in a vacuum atmosphere in an exposure apparatus that exposes an object to be processed such as a wafer for a semiconductor device or a glass plate for a liquid crystal display element. The present invention is suitable for a detection optical system used in an exposure apparatus that uses ultraviolet light or extreme ultraviolet (EUV) light as exposure light.

フォトリソグラフィー(焼き付け)技術を用いて微細な半導体素子を製造する際に、マスク(レチクル)に描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a projection exposure apparatus for transferring a circuit pattern by projecting a pattern drawn on a mask (reticle) onto a wafer or the like by a projection optical system when manufacturing a fine semiconductor element using photolithography (baking) technology in use.

投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数(NA)に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められている。例えば、超高圧水銀ランプ(i線(波長約365nm))、KrFエキシマレーザー(波長約248nm)、ArFエキシマレーザー(波長約193nm)と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。   The minimum dimension (resolution) that can be transferred by the projection exposure apparatus is proportional to the wavelength of light used for exposure and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, the shorter the wavelength, the better the resolution. For this reason, the wavelength of exposure light has been shortened in accordance with the recent demand for miniaturization of semiconductor elements. For example, the wavelength of ultraviolet light used as an ultra-high pressure mercury lamp (i-line (wavelength: about 365 nm)), KrF excimer laser (wavelength: about 248 nm), and ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm) has become shorter.

しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、42nm以下の非常に微細な回路パターンを効率よく転写するために、紫外光よりも更に波長が短い、波長10nm乃至15nm程度のEUV光を用いた投影露光装置(以下、「EUV露光装置」と称する。)が開発されている。   However, semiconductor elements are rapidly miniaturized, and there is a limit in lithography using ultraviolet light. Therefore, in order to efficiently transfer a very fine circuit pattern of 42 nm or less, a projection exposure apparatus using EUV light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light and having a wavelength of about 10 nm to 15 nm (hereinafter referred to as “EUV exposure apparatus”). Has been developed.

露光光の短波長化が進むと物質による光の吸収が非常に大きくなるため、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用した屈折素子、即ち、レンズを用いることは難しい。更に、EUV光の波長領域では使用できる硝材が存在しなくなり、光の反射を利用した反射素子、即ち、ミラーのみで光学系を構成する反射型光学系が用いられる。   When the wavelength of exposure light is shortened, the absorption of light by the substance becomes very large. Therefore, it is difficult to use a refraction element utilizing refraction of light such as that used in visible light or ultraviolet light, that is, a lens. Further, there is no glass material that can be used in the wavelength region of EUV light, and a reflective element that utilizes light reflection, that is, a reflective optical system that constitutes an optical system only with a mirror is used.

また、EUV光は、大気雰囲気では吸収されやすく、減衰してしまうため、真空雰囲気での使用が必須となっている。そこで、EUV露光装置は、少なくともEUV光が通る光路(照明光学系や投影光学系など)を、真空雰囲気を維持する真空チャンバーに収納し、EUV光を減衰させることなく使用している。   Moreover, since EUV light is easily absorbed and attenuated in the air atmosphere, it is essential to use it in a vacuum atmosphere. Therefore, the EUV exposure apparatus accommodates at least an optical path (such as an illumination optical system and a projection optical system) through which EUV light passes in a vacuum chamber that maintains a vacuum atmosphere, and uses the EUV light without attenuation.

但し、EUV光を使用しないアライメント光学系やフォーカス位置検出系は、真空雰囲気と大気雰囲気とを隔離するガラス(ビューイングウィンドウ)を介して、構成要素の一部を大気雰囲気に配置することができる(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、真空雰囲気では動作不良を生じたり、汚染物質を発生させてしまうために真空雰囲気に配置することができない構成要素(計測光光源、撮像素子及び電気回路等)を大気雰囲気に配置している。   However, in the alignment optical system and the focus position detection system that do not use EUV light, a part of the components can be arranged in the air atmosphere through glass (viewing window) that separates the vacuum atmosphere from the air atmosphere. (For example, refer to Patent Document 1). In Patent Document 1, components (such as a measurement light source, an image sensor, and an electric circuit) that cannot be placed in a vacuum atmosphere due to operation failure or generation of contaminants in a vacuum atmosphere are placed in an air atmosphere. is doing.

一方、アライメント検出系やフォーカス位置検出系の光学系の全て、或いは、一部は、真空雰囲気に配置される。これらの光学系は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境が変化した場合、かかる環境の変化に応じて屈折率も変化するため、光学性能が変化してしまうという問題を生じる。例えば、波長820nmの光に対して、真空雰囲気での屈折率を1.00000とすると、大気雰囲気での屈折率は1.00027となる。かかる屈折率の変化が、光学系の光学性能の変化に影響を及ぼすことになる。ここで、光学性能とは、ピント位置、結像倍率及び波面収差である。   On the other hand, all or a part of the optical system of the alignment detection system and the focus position detection system is disposed in a vacuum atmosphere. These optical systems have a problem that when the environment changes from an air atmosphere to a vacuum atmosphere, the refractive index also changes according to the change in the environment, so that the optical performance changes. For example, when the refractive index in a vacuum atmosphere is 1.00000 for light having a wavelength of 820 nm, the refractive index in an air atmosphere is 1.00027. Such a change in refractive index affects the change in the optical performance of the optical system. Here, the optical performance is a focus position, an imaging magnification, and a wavefront aberration.

真空雰囲気に配置される光学系は、一般には、大気雰囲気において組み立て及び調整される。具体的には、環境変化の影響による光学性能の変化、例えば、結像位置の変化量を予め求めておき、かかる変化を考慮して大気雰囲気にて調整する。しかし、光学系の組み立て及び調整の誤差、又は、光学部材の加工誤差(レンズの曲率半径、厚さ、ガラスの光学定数のばらつき)等の影響によって、結像位置が予め求めた変化量だけ変化するとは限らない。従って、真空環境でのアライメント検出系又はフォーカス位置検出系の光学性能が著しく劣化する懸念がある。換言すれば、環境の変化に応じて光学性能が大きく変化すると、高精度な検出が行えなくなる。そこで、環境変化に伴う光学性能の変化(結像位置の変化量)が少ない光学系が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2001−217191号公報 特開平11−271604号公報
An optical system disposed in a vacuum atmosphere is generally assembled and adjusted in an air atmosphere. Specifically, a change in optical performance due to an environmental change, for example, a change amount of the imaging position is obtained in advance, and the adjustment is performed in the air atmosphere in consideration of the change. However, the imaging position changes by a predetermined amount of change due to the effects of errors in assembly and adjustment of the optical system or processing errors in the optical member (lens curvature radius, thickness, glass optical constant variation), etc. Not always. Therefore, there is a concern that the optical performance of the alignment detection system or the focus position detection system in a vacuum environment is significantly deteriorated. In other words, high-precision detection cannot be performed if the optical performance changes greatly according to environmental changes. In view of this, an optical system has been proposed in which there is little change in optical performance (amount of change in imaging position) due to environmental changes (for example, see Patent Document 2).
JP 2001-217191 A JP-A-11-271604

しかしながら、特許文献2は、環境変化に対する光学性能の変化の少ない光学系を開示しているが、物体距離が無限遠の光学系を開示しているのみで、有限の物体距離の光学系(光学配置)については開示していない。例えば、特許文献2の光学系を用いて環境変化の影響を受けにくい光学系を構成し、有限距離にある物体像を結像することを考える。この場合、特許文献2の光学系を2組用意し、各光学系の無限物体側を互いに向かい合わせて配置する必要がある。更に、それぞれの光学系を、環境変化の影響を受けないように設計する必要がある。また、光学系の全長が長くなること、及び、レンズの枚数が増加する等の不都合を生じてしまう。   However, Patent Document 2 discloses an optical system with little change in optical performance with respect to environmental changes, but only discloses an optical system with an infinite object distance. (Disposition) is not disclosed. For example, an optical system that is not easily affected by environmental changes is configured using the optical system disclosed in Patent Document 2, and an object image at a finite distance is formed. In this case, it is necessary to prepare two sets of the optical system of Patent Document 2 and arrange the infinite object side of each optical system facing each other. Furthermore, it is necessary to design each optical system so as not to be affected by environmental changes. In addition, the total length of the optical system is increased and the number of lenses is increased.

また、光学系を調整するための真空チャンバーを設け、真空雰囲気での光学性能の変化(結像位置の変化量)を測定し、かかる測定結果に基づいて大気雰囲気で調整することも考えられる。しかし、時間及びコストがかかることに加えて、調整のための設備が複雑化するという問題を生じてしまう。   It is also conceivable to provide a vacuum chamber for adjusting the optical system, measure a change in optical performance (change in image forming position) in a vacuum atmosphere, and adjust in an air atmosphere based on the measurement result. However, in addition to the time and cost, there is a problem that the equipment for adjustment becomes complicated.

そこで、本発明は、簡易な構成でありながら、環境変化に対する光学性能の変化を低減することができる結像光学系の設計方法を提供することを例示的目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging optical system design method capable of reducing a change in optical performance with respect to an environmental change while having a simple configuration.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての設計方法は、第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群とを有し、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系の設計方法であって、前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義したときに、前記定数a1及びb1を求めるステップと、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1として、前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2を、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定するステップとを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a design method according to one aspect of the present invention includes a first lens group having a first focal length f1 and a second lens group having a second focal length f2. An image forming optical system design method for forming an image of an object plane pattern on an image plane, wherein the environment in which the image forming optical system is disposed is changed from a vacuum atmosphere to an air atmosphere or an air atmosphere. When the environment changes from the first to the vacuum atmosphere, the focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is set to Δd1 = a1 with a1 and b1 as constants. When defining as (f1 / f2) + b1, the step of obtaining the constants a1 and b1, and the allowable focal position difference due to the environmental change as Δd T1 , the first focal length f1 and the second Ratio f1 to focal length f2 Determining / f2 based on f1 / f2 = (Δd T1 −b1) / a1.

本発明の別の側面としての設計方法は、第1の焦点距離f1を有すると共に、第1の屈折率n1の硝材からなる第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有すると共に、第2の屈折率n2の硝材からなる第2のレンズ群とを有し、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系の設計方法であって、前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、前記第1の屈折率n1と前記第2の屈折率n2との差Δnに応じて生じるピント位置差Δd2を、a2及びb2を定数としてΔd2=a2・Δn+b2と定義したときに、前記定数a2及びb2を求めるステップと、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT2として、前記第1の屈折率n1の硝材及び前記第2の屈折率n2の硝材を、Δn=(ΔdT2−b2)/a2に基づいて決定するステップとを有することを特徴とする。 A design method as another aspect of the present invention has a first focal length f1, a first lens group made of a glass material having a first refractive index n1, a second focal length f2, and a first focal length f1. And a second lens group made of a glass material having a refractive index of n2, and a method for designing an imaging optical system that forms an image of an object surface pattern on an image plane, the imaging optical system comprising: When the environment to be arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere, the environment is changed according to a difference Δn between the first refractive index n1 and the second refractive index n2. When the focus position difference Δd2 is defined as Δd2 = a2 · Δn + b2 where a2 and b2 are constants, the constants a2 and b2 are obtained, and the tolerance of the focus position difference due to the environmental change is Δd T2 , Glass with refractive index n1 of 1 And the glass material of the second refractive index n2, and having a determining based on Δn = (Δd T2 -b2) / a2.

本発明の更に別の側面としての結像光学系は、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系であって、第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群とを有し、前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義し、前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2は、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1とすると、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定されることを特徴とする。 An imaging optical system as still another aspect of the present invention is an imaging optical system that forms an image of an object plane pattern on an image plane, and a first lens group having a first focal length f1. And the second lens group having the second focal length f2, and the environment in which the imaging optical system is arranged has changed from a vacuum atmosphere to an air atmosphere or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere. In this case, the focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is set to Δd1 = a1 · (f1 / f2) + b1 with a1 and b1 as constants. is defined as the ratio f1 / f2 of the first focal length f1 and the second focal length f2 is the tolerance of the focus position difference by the environmental change When Δd T1, f1 / f2 = ( Δd T1 -B1) to be determined based on / a1 And butterflies.

本発明の更に別の側面としての結像光学系は、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系であって、第1の焦点距離f1を有すると共に、第1の屈折率n1の硝材からなる第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有すると共に、第2の屈折率n2の硝材からなる第2のレンズ群とを有し、前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、前記第1の屈折率n1と前記第2の屈折率n2との差Δnに応じて生じるピント位置差Δd2を、a2及びb2を定数としてΔd2=a2・Δn+b2と定義し、前記第1の屈折率n1の硝材及び前記第2の屈折率n2の硝材は、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT2とすると、Δn=(ΔdT2−b2)/a2を満足する特徴とする。 An imaging optical system according to still another aspect of the present invention is an imaging optical system that forms an image of an object plane pattern on an image plane, has a first focal length f1, A first lens group made of a glass material having a refractive index n1, and a second lens group made of a glass material having a second refractive index n2 and having a second focal length f2, the imaging optical system comprising: When the environment to be arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere, the environment is changed according to a difference Δn between the first refractive index n1 and the second refractive index n2. The focus position difference Δd2 is defined as Δd2 = a2 · Δn + b2 where a2 and b2 are constants. The glass material having the first refractive index n1 and the glass material having the second refractive index n2 have a focus position difference due to the environmental change. When the allowable value is Δd T2 , Δn = (Δd T2 -B2) / a2 is satisfied.

本発明の更に別の側面としての結像光学系は、上述の設計方法によって設計されたことを特徴とする。   An imaging optical system as still another aspect of the present invention is characterized by being designed by the above design method.

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記被処理体のフォーカス位置を検出する検出光学系を有し、前記検出光学系は、上述の結像光学系を含むことを特徴とする。   An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention is an exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed, the focus position of the object to be processed being set. It has a detection optical system to detect, and the detection optical system includes the above-mentioned imaging optical system.

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記マスクと前記被処理体との相対位置を検出する検出光学系を有し、前記検出光学系は、上述の結像光学系を含むことを特徴とする。   An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention is an exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed, the mask, the object to be processed, And a detection optical system that detects the relative position of the imaging optical system. The detection optical system includes the imaging optical system described above.

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記被処理体のフォーカス位置を検出する第1の検出光学系と、前記マスクと前記被処理体との相対位置を検出する第2の検出光学系とを有し、前記第1の検出光学系及び前記第2の検出光学系のうち少なくとも一方は、上述の結像光学系を含むことを特徴とする。   An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention is an exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed, the focus position of the object to be processed being set. A first detection optical system for detecting; and a second detection optical system for detecting a relative position between the mask and the object to be processed. The first detection optical system and the second detection optical system. At least one of them includes the above-described imaging optical system.

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method comprising: exposing a target object using the above-described exposure apparatus; and developing the exposed target object.

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。   Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

本発明によれば、簡易な構成でありながら、環境変化に対する光学性能の変化を低減することができる結像光学系の設計方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging optical system design method capable of reducing a change in optical performance with respect to an environmental change while having a simple configuration.

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての物体上のパターンを像面上に結像する結像光学系及びかかる結像光学系の設計方法について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、本出願において、「レンズ群」は、複数のレンズだけではなく、1つのみのレンズも含む表現とする。   Hereinafter, an imaging optical system that forms an image of a pattern on an object on an image plane as one aspect of the present invention and a method for designing such an imaging optical system will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the present application, the “lens group” includes not only a plurality of lenses but also a single lens.

まず、図12を参照して、結像光学系1000の配置されている環境が、大気雰囲気から真空雰囲気、或いは、真空雰囲気から大気雰囲気に変化した場合の結像位置の変化について説明する。以下、光学系の配置されている環境が、大気雰囲気から真空雰囲気、或いは、真空雰囲気から大気雰囲気に変化した場合を、環境変化と称する。ここで、図12は、結像光学系1000の環境変化に対する結像位置の変化を説明するための図であって、図12(a)は真空雰囲気での結像関係を、図12(b)は大気雰囲気での結像関係を示している。   First, with reference to FIG. 12, the change in the imaging position when the environment in which the imaging optical system 1000 is arranged is changed from the air atmosphere to the vacuum atmosphere or from the vacuum atmosphere to the air atmosphere will be described. Hereinafter, a case where the environment in which the optical system is arranged changes from an air atmosphere to a vacuum atmosphere or from a vacuum atmosphere to an air atmosphere is referred to as an environmental change. Here, FIG. 12 is a diagram for explaining the change of the imaging position with respect to the environmental change of the imaging optical system 1000. FIG. 12A shows the imaging relationship in a vacuum atmosphere, and FIG. ) Shows an imaging relationship in an air atmosphere.

結像光学系1000における空間部分(即ち、レンズ群の存在しない空間)の大気雰囲気での屈折率nairは、真空雰囲気での屈折率nvacを1.00000とすると、1.00027である。結像光学系1000は、図12に示すように、焦点距離fを有するレンズ群1100で構成される。 The refractive index n air in the air atmosphere of the space portion (that is, the space where the lens group does not exist) in the imaging optical system 1000 is 1.00027 when the refractive index n vac in the vacuum atmosphere is 1.00000. The imaging optical system 1000 includes a lens group 1100 having a focal length f as shown in FIG.

結像光学系1000の配置されている環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に変化した(即ち、環境変化が生じた)場合、上述したように、結像光学系1000の空間部分の屈折率が変化する。従って、結像光学系1000の最終結像面の位置は、真空雰囲気と大気雰囲気との間で変化してしまう(即ち、変化量(ピント位置差)d3を生じる)。   When the environment in which the imaging optical system 1000 is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere (that is, when an environmental change occurs), as described above, the imaging optical system The refractive index of the space portion of 1000 changes. Accordingly, the position of the final imaging plane of the imaging optical system 1000 changes between the vacuum atmosphere and the air atmosphere (that is, a change amount (focus position difference) d3 is generated).

一方、本発明の結像光学系100は、図1に示すように、環境変化に対する最終結像面の位置の変化量d3を極めて小さい値(若しくは、0)に抑えることができる。図1は、本発明の結像光学系100の構成を示す概略断面図である。図1では、真空雰囲気での光路を実線で、大気雰囲気での光路を破線で示している。また、結像光学系100は、物体面OSからの光(即ち、物体面OSのパターンの像)を像面ISに結像する。   On the other hand, as shown in FIG. 1, the imaging optical system 100 of the present invention can suppress the change d3 of the position of the final imaging plane with respect to the environmental change to an extremely small value (or 0). FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the imaging optical system 100 of the present invention. In FIG. 1, the optical path in a vacuum atmosphere is indicated by a solid line, and the optical path in an air atmosphere is indicated by a broken line. Further, the imaging optical system 100 focuses light from the object plane OS (that is, an image of the pattern of the object plane OS) on the image plane IS.

ここで、結像光学系100が、変化量(ピント位置差)d3を極めて小さい値に抑えることができる理由について説明する。結像光学系100における空間部分(即ち、レンズ群の存在しない空間)の大気雰囲気での屈折率nairは、真空雰囲気での屈折率nvacを1.00000とすると、1.00027である。結像光学系100は、図1に示すように、物体面OSに近い位置に配置された第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群110と、像面ISに近い位置に配置された第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群120とから構成される。第1のレンズ群110及び第2のレンズ群120は、両レンズ群の主点間隔距離eをおいて配置されており、結像光学系100の焦点距離fは、以下の数式1で表される。 Here, the reason why the imaging optical system 100 can suppress the change amount (focus position difference) d3 to an extremely small value will be described. The refractive index n air in the air atmosphere of the space portion (that is, the space where the lens group does not exist) in the imaging optical system 100 is 1.00027 when the refractive index n vac in the vacuum atmosphere is 1.00000. As shown in FIG. 1, the imaging optical system 100 is arranged at a position close to the image plane IS and a first lens group 110 having a first focal length f1 arranged at a position close to the object plane OS. And a second lens group 120 having a second focal length f2. The first lens group 110 and the second lens group 120 are arranged with a principal point distance e between both lens groups, and the focal length f of the imaging optical system 100 is expressed by the following Equation 1. The

結像光学系100において、物体面OSのパターンの像は、第1のレンズ群110及び第2のレンズ群120によってリレーされ(以下の数式2及び3参照)、最終的に像面ISに結像される。まず、第1のレンズ群110のみの存在を考えると、物体面OSのパターンの像は、図2(a)に示すように、位置P1に結像される。そして、位置P1に結像された像は、図2(b)に示すように、第2のレンズ像120によって、像面ISに結像する。図2は、結像光学系100の環境変化に対する結像位置の変化を説明するための図である。ここで、第1のレンズ群110による結像式は、以下の数式2で表され、第2のレンズ群120による結像式は、以下の数式3で表される。但し、物体面OSから第1のレンズ群110までの距離をa、第1のレンズ群110から位置P1までの距離をbとする。また、第2のレンズ群120から像面ISまでの距離をc、第1のレンズ群110と第2のレンズ群120との距離(主点間隔距離)をeとする。   In the imaging optical system 100, the image of the pattern of the object plane OS is relayed by the first lens group 110 and the second lens group 120 (see Expressions 2 and 3 below), and finally connected to the image plane IS. Imaged. First, considering the existence of only the first lens group 110, an image of the pattern of the object plane OS is formed at a position P1, as shown in FIG. Then, the image formed at the position P1 is formed on the image plane IS by the second lens image 120 as shown in FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the change of the imaging position with respect to the environmental change of the imaging optical system 100. Here, the imaging formula by the first lens group 110 is expressed by the following formula 2, and the imaging formula by the second lens group 120 is expressed by the following formula 3. However, the distance from the object plane OS to the first lens group 110 is a, and the distance from the first lens group 110 to the position P1 is b. Further, the distance from the second lens group 120 to the image plane IS is c, and the distance between the first lens group 110 and the second lens group 120 (main point interval distance) is e.

第1のレンズ群110による結像位置(位置P1)、或いは、第2のレンズ群120による結像位置(像面IS)が環境変化によって変化した場合、数式2及び3は、以下の数式4及び5で表される。   When the image formation position (position P1) by the first lens group 110 or the image formation position (image plane IS) by the second lens group 120 changes due to an environmental change, Expressions 2 and 3 are expressed by Expression 4 below. And 5.

なお、数式4及び5におけるf1’、f2’、b’、c’、e’は、環境変化によって変化した焦点距離、物体距離、像距離、主点間隔距離である。   In Equations 4 and 5, f1 ', f2', b ', c', and e 'are a focal length, an object distance, an image distance, and a principal point interval distance that have changed due to environmental changes.

結像光学系100は、環境変化が生じた場合に、第1のレンズ群110による結像位置(位置P1)でのピント位置差ΔP1と第2のレンズ群120による結像位置(像面IS)でのピント位置差d3との関係が以下の数式6を満たすように、構成される。更に、結像光学系100は、環境変化によって変化する結像位置の方向が互いに異なる第1のレンズ群110及び第2のレンズ群120で構成される。即ち、結像光学系100は、環境変化が生じた場合に、第1のレンズ群110によるピント(結像)位置のずれる方向と第2のレンズ群120によるピント(結像)位置のずれる方向とが互いに打ち消しあうように構成される。また、結像光学系100は、最終的にピント位置差d3が極めて小さい値(若しくは、0)になるように、第1のレンズ群110の第1の焦点距離f1及び第2のレンズ群120の第2の焦点距離f2が最適化されている。   When the environment changes, the imaging optical system 100 detects the focus position difference ΔP1 at the imaging position (position P1) by the first lens group 110 and the imaging position (image plane IS) by the second lens group 120. ) With the focus position difference d3 in FIG. Further, the imaging optical system 100 includes a first lens group 110 and a second lens group 120 that are different from each other in the direction of the imaging position that changes due to environmental changes. In other words, the imaging optical system 100 has a direction in which the focus (image formation) position by the first lens group 110 is shifted and a direction in which the focus (image formation) position by the second lens group 120 is shifted when an environmental change occurs. Are configured to cancel each other. In addition, the imaging optical system 100 has the first focal length f1 of the first lens group 110 and the second lens group 120 so that the focus position difference d3 finally becomes a very small value (or 0). The second focal length f2 is optimized.

図3は、第1のレンズ群110の第1の焦点距離f1及び第2のレンズ群120の第2の焦点距離f2の最適化(環境変化による結像位置の変化を極めて小さい値(若しくは、0)にする)を説明するために定義した光学系を示す概略断面図である。   FIG. 3 shows the optimization of the first focal length f1 of the first lens group 110 and the second focal length f2 of the second lens group 120 (changes in the imaging position due to environmental changes are extremely small values (or It is a schematic sectional drawing which shows the optical system defined in order to explain to (0).

図3に示す光学系は、第1のレンズ群110としての第1の焦点距離f1を有する凸レンズ110Aと、第2のレンズ群120としての第2の焦点距離f2を有する凹レンズ120Aとで構成される。凸レンズ110A及び凹レンズ120Aは、理想レンズ(収差のないレンズ)とし、主点間隔距離はeである。   The optical system shown in FIG. 3 includes a convex lens 110A having a first focal length f1 as the first lens group 110 and a concave lens 120A having a second focal length f2 as the second lens group 120. The The convex lens 110A and the concave lens 120A are ideal lenses (lens without aberration), and the principal point distance is e.

図3に示す光学系において、凸レンズ110Aの硝材の屈折率(第1の屈折率)n1を1.8901、凹レンズ120Aの硝材の屈折率(第2の屈折率)を1.4351とし、各レンズの曲率r1及びr2を以下の数式7及び8から求める。なお、屈折率n1及びn2は、波長820nmの光に対する値である。また、n’は、真空雰囲気での屈折率1.00000を表す。   In the optical system shown in FIG. 3, the refractive index (first refractive index) n1 of the glass material of the convex lens 110A is 1.8901, and the refractive index (second refractive index) of the glass material of the concave lens 120A is 1.4351. Are calculated from the following formulas 7 and 8. The refractive indexes n1 and n2 are values for light with a wavelength of 820 nm. N ′ represents a refractive index of 1.00000 in a vacuum atmosphere.

また、凸レンズ110A及び凹レンズ120Aのレンズデータを光学シミュレータCODEV(ORA社)に入力し、環境変化の前後におけるピント位置差を求めた。ここで、図3に示す光学系において、像面ISに最も近いレンズ面から真空雰囲気での結像位置までの距離をdvac、像面ISに最も近いレンズ面から大気雰囲気での結像位置までの距離をdairとする。そして、環境変化による結像位置のずれ量(ピント位置差d3)を、d3=dvac−dairと定義する。 Further, the lens data of the convex lens 110A and the concave lens 120A was input to the optical simulator CODEV (ORA), and the focus position difference before and after the environmental change was obtained. Here, in the optical system shown in FIG. 3, the distance from the lens surface closest to the image plane IS to the imaging position in the vacuum atmosphere is d vac , and the imaging position in the atmospheric atmosphere from the lens surface closest to the image plane IS. The distance to is dair . Then, the shift amount of the imaging position due to the environmental change (focus position difference d3) is defined as d3 = d vac −d air .

以下、図3、図4及び図5を参照して、環境変化による結像位置の変化が極めて小さい光学系(即ち、結像光学系100)の設計方法について説明する。図4は、本発明の一側面としての結像光学系の設計方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、図3に示す光学系として、焦点距離fが100mm、結像倍率が16倍である結像光学系の設計を例に説明する。   Hereinafter, a method for designing an optical system (that is, the imaging optical system 100) in which the change of the imaging position due to the environmental change is extremely small will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart for explaining a method for designing an imaging optical system as one aspect of the present invention. In this embodiment, as an example of the optical system shown in FIG. 3, a design of an imaging optical system having a focal length f of 100 mm and an imaging magnification of 16 will be described.

図3に示す光学系において、凸レンズ110A(第1のレンズ群110)の第1の焦点距離f1は固定とする。まず、主点間隔距離e及び凹レンズ120A(第2のレンズ群120)の第2の焦点距離f2によって変化するフォーカス比(第1の焦点距離f1と第2の焦点距離f2との比)f1/f2と環境変化によるピント位置差との関係を求める(ステップ1002)。フォーカス比f1/f2と環境変化によるピント位置差との関係は、光学シミュレータを用いて求めることができ、かかるシミュレーション結果の一例を図5に示す。図5は、図3に示す光学系(結像光学系)のフォーカス比と環境変化によるピント位置差との関係を示すグラフであり、横軸にフォーカス比を、縦軸にピント位置差を採用する。なお、図5には、複数の結像倍率のシミュレーション結果を示している。   In the optical system shown in FIG. 3, the first focal length f1 of the convex lens 110A (first lens group 110) is fixed. First, the focus ratio (ratio between the first focal distance f1 and the second focal distance f2) f1 / varies depending on the principal point distance e and the second focal distance f2 of the concave lens 120A (second lens group 120). The relationship between f2 and the focus position difference due to environmental change is obtained (step 1002). The relationship between the focus ratio f1 / f2 and the focus position difference due to environmental changes can be obtained using an optical simulator, and an example of such a simulation result is shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the focus ratio of the optical system (imaging optical system) shown in FIG. 3 and the focus position difference due to environmental changes, with the horizontal axis representing the focus ratio and the vertical axis representing the focus position difference. To do. FIG. 5 shows simulation results for a plurality of imaging magnifications.

次に、結像倍率が16倍である結像光学系(即ち、設計する結像光学系)において、環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT1を設定する(ステップ1004)。環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT1は、本実施形態では、−1mm≦ΔdT1≦1mmに設定されている。 Next, in the imaging optical system (that is, the designed imaging optical system) having an imaging magnification of 16 times, an allowable focus position difference Δd T1 due to environmental changes is set (step 1004). In the present embodiment, the allowable value Δd T1 of the focus position difference due to the environmental change is set to −1 mm ≦ Δd T1 ≦ 1 mm.

次いで、図5に示すグラフにおいて、結像倍率が16倍である結像光学系の結果を表す近似式(数式9参照)に、許容値ΔdT1=+1及び−1を代入し、フォーカス比f1/f2の範囲を決定する(ステップ1006)。フォーカス比f1/f2の範囲は、本実施形態では、−0.833≦f1/f2≦−0.782となる。 Next, in the graph shown in FIG. 5, the allowable values Δd T1 = + 1 and −1 are substituted into an approximate expression (see Expression 9) representing the result of the imaging optical system with the imaging magnification of 16 times, and the focus ratio f1 The range of / f2 is determined (step 1006). In the present embodiment, the range of the focus ratio f1 / f2 is −0.833 ≦ f1 / f2 ≦ −0.782.

そして、ステップ1006で決定したフォーカス比f1/f2の範囲を満たすフォーカス比からなる光学系(結像光学系)を設計する(ステップ1008)。これにより、環境変化による結像位置の変化が極めて小さい(ピント位置差d3が極めて小さい値(若しくは、0)となる)光学系(結像光学系)を設計することができる。また、本発明の設計方法は、上述した光学仕様(焦点距離、結像倍率等)に限らず、その他の光学仕様に対しても有効である。   Then, an optical system (imaging optical system) having a focus ratio that satisfies the range of the focus ratio f1 / f2 determined in step 1006 is designed (step 1008). Thereby, it is possible to design an optical system (imaging optical system) in which the change of the imaging position due to the environmental change is extremely small (the focus position difference d3 becomes a very small value (or 0)). Moreover, the design method of the present invention is effective not only for the optical specifications (focal length, imaging magnification, etc.) described above but also for other optical specifications.

なお、環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT1は、要求される光学性能に応じて変更可能である。例えば、焦点深度(DOF)をDOF=2・λ・FNO とした場合、かかるDOFを基準として、環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT1を±DOFから±DOF/10の間で設定してもよい。 The focus position difference allowable value Δd T1 due to environmental change can be changed according to the required optical performance. For example, when the depth of focus (DOF) is DOF = 2 · λ · F NO 2 , the tolerance value Δd T1 of the focus position difference due to environmental change is set between ± DOF and ± DOF / 10 with reference to such DOF. May be.

図5のグラフに示した関係式の各係数は、これらの値に限定されるものではなく、凸レンズ110A(第1のレンズ群110)の屈折率n1、凹レンズ120A(第2のレンズ群120)の屈折率n2又は主点間隔距離e等の光学パラメータによって変化する。従って、光学シミュレータによって関係式を適宜求め、かかる関係式を用いてもよい。   Each coefficient of the relational expression shown in the graph of FIG. 5 is not limited to these values, and the refractive index n1 of the convex lens 110A (first lens group 110) and the concave lens 120A (second lens group 120). It changes depending on optical parameters such as the refractive index n2 or the principal point distance e. Accordingly, a relational expression may be appropriately obtained by an optical simulator, and the relational expression may be used.

これまでは、環境変化による結像光学系100のピント位置差を極めて小さく(若しくは、0)、又は、環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT1以内にするために、結像光学系100のフォーカス比(f1/f2)を最適化する方法について説明した。但し、結像光学系100を構成する第1のレンズ群110の硝材の屈折率n1及び第2のレンズ群120の屈折率n2を最適化することでも、ピント位置差を極めて小さく(若しくは、0)、又は、ピント位置差の許容値ΔdT1以内にすることができる。 Until now, in order to make the focus position difference of the imaging optical system 100 due to environmental changes extremely small (or 0), or within the tolerance Δd T1 of the focus position difference due to environmental changes, A method for optimizing the focus ratio (f1 / f2) has been described. However, even if the refractive index n1 of the glass material of the first lens group 110 and the refractive index n2 of the second lens group 120 constituting the imaging optical system 100 are optimized, the focus position difference is extremely small (or 0). ) Or within the tolerance Δd T1 of the focus position difference.

以下、結像光学系100を構成する第1のレンズ群110の硝材の屈折率n1及び第2のレンズ群120の屈折率n2の最適化(環境変化による結像位置の変化を極めて小さい値(若しくは、0)にする)について説明する。本実施形態では、図3に示す光学系として、焦点距離fが60mm、主点間隔距離eが3mm、結像倍率が16倍である結像光学系を例に説明する。   Hereinafter, optimization of the refractive index n1 of the glass material of the first lens group 110 and the refractive index n2 of the second lens group 120 constituting the imaging optical system 100 (changes in imaging position due to environmental changes are extremely small values ( Or, 0)) will be described. In the present embodiment, as an optical system shown in FIG. 3, an imaging optical system having a focal distance f of 60 mm, a principal point distance e of 3 mm, and an imaging magnification of 16 will be described as an example.

図6は、図3に示す光学系(即ち、上述した結像光学系)の第1のレンズ群110と第2のレンズ群120との屈折率差Δn(Δn=|n1−n2|)と環境変化によるピント位置差との関係を示すグラフである。図6は、横軸に屈折率差Δnを、縦軸にピント位置差を採用する。また、図6に示すグラフにおいて、複数の直線の各々は、結像光学系100を構成する第1のレンズ群110の第1の焦点距離f1と第2のレンズ群120の第2の焦点距離f2との比(フォーカス比)f1/f2の違いを示している。   6 shows a difference in refractive index Δn (Δn = | n1−n2 |) between the first lens group 110 and the second lens group 120 of the optical system shown in FIG. 3 (that is, the imaging optical system described above). It is a graph which shows the relationship with the focus position difference by an environmental change. FIG. 6 employs the refractive index difference Δn on the horizontal axis and the focus position difference on the vertical axis. In the graph shown in FIG. 6, each of the plurality of straight lines represents the first focal length f <b> 1 of the first lens group 110 and the second focal length of the second lens group 120 constituting the imaging optical system 100. The difference of the ratio (focus ratio) f1 / f2 with f2 is shown.

例えば、第1のレンズ群110と第2のレンズ群120との焦点距離の比f1/f2が、f1/f2=−0.8である場合を考える。この場合、結像倍率が16倍である結像光学系において、ピント位置差の許容値ΔdT2を−1mm≦ΔdT2≦1mmとすると、図6に示すグラフのフォーカス比f1/f2に対する近似式(数式10参照)に許容値ΔdT2=1及び−1を代入する。これにより、結像光学系を構成する結像光学系100を構成する第1のレンズ群110及び第2のレンズ群120の硝材の屈折率差Δnの範囲は、0.468≦|Δn|≦0.505に限定(決定)される。 For example, consider a case where the focal length ratio f1 / f2 between the first lens group 110 and the second lens group 120 is f1 / f2 = −0.8. In this case, in an imaging optical system with an imaging magnification of 16 times, if the focus position difference allowable value Δd T2 is set to −1 mm ≦ Δd T2 ≦ 1 mm, an approximate expression for the focus ratio f1 / f2 in the graph shown in FIG. The allowable value Δd T2 = 1 and −1 are substituted into (Expression 10). Thereby, the range of the refractive index difference Δn of the glass material of the first lens group 110 and the second lens group 120 constituting the imaging optical system 100 constituting the imaging optical system is 0.468 ≦ | Δn | ≦ It is limited (determined) to 0.505.

そして、決定した屈折率差の範囲内で硝材を選択すれば、環境変化によるピント位置差の値を、許容値以内に収めることができる光学系を設計することができる。   If a glass material is selected within the determined refractive index difference range, an optical system that can keep the value of the focus position difference due to environmental changes within an allowable value can be designed.

なお、本実施形態では、結像倍率が16倍である結像光学系に対する硝材(屈折率差)について説明したが、その他の結像倍率の場合は、かかる結像倍率に応じた関係式を用いて、最適な硝材を選択することができる。また、環境変化によるピント位置差の許容値ΔdT2は、上述したように、焦点深度(DOF)に基づいて設定してもよい。また、図6のグラフに示した関係式の各係数は、これらの値に限定されるものではなく、第1の焦点距離f1、第2の焦点距離f2又は主点間隔距離e等の光学パラメータによって変化する。従って、光学シミュレータによって関係式を適宜求め、かかる関係式を用いてもよい。 In this embodiment, the glass material (refractive index difference) for the imaging optical system having an imaging magnification of 16 is described. However, in the case of other imaging magnifications, a relational expression corresponding to the imaging magnification is given. It is possible to select an optimal glass material. Further, the focus position difference allowable value Δd T2 due to the environmental change may be set based on the depth of focus (DOF) as described above. Further, the coefficients of the relational expression shown in the graph of FIG. 6 are not limited to these values, but optical parameters such as the first focal length f1, the second focal length f2, or the principal point spacing distance e. It depends on. Accordingly, a relational expression may be appropriately obtained by an optical simulator, and the relational expression may be used.

また、光学系全体の焦点距離fが19.32mm、第1の焦点距離が22mm、第2の焦点距離が100mm、主点間隔距離eが8.1mm、結像倍率が16倍である結像光学系において、−3.1mmのピント位置差が生じている場合を考える。この場合、結像光学系の焦点距離をスケーリングによって小さくしていくと、ピント位置差が変化する。具体的には、光学系全体の焦点距離fとピント位置差との間には、正比例の関係を有する。従って、光学系の全長に制限があり、且つ、結像倍率を保持しながらピント位置差の小さい光学系を設計する場合、焦点距離の値を小さくすると共に、主点位置を最適化すれば、高倍、且つ、ピント位置差の小さい光学系を設計することができる。   In addition, the focal length f of the entire optical system is 19.32 mm, the first focal length is 22 mm, the second focal length is 100 mm, the principal point distance e is 8.1 mm, and the imaging magnification is 16 times. Consider a case in which a focus position difference of −3.1 mm occurs in the optical system. In this case, if the focal length of the imaging optical system is reduced by scaling, the focus position difference changes. Specifically, there is a directly proportional relationship between the focal length f of the entire optical system and the focus position difference. Accordingly, when designing an optical system with a limited total length of the optical system and a small focus position difference while maintaining the imaging magnification, if the focal point value is reduced and the principal point position is optimized, An optical system with a high magnification and a small focus position difference can be designed.

このように、本発明の結像光学系の設計方法によれば、簡易な構成でありながら、環境変化に対する光学性能の変化を低減することができる結像光学系を設計することができる。なお、本発明の一側面としての結像光学系の設計方法は、概念的に以下の2つのステップを有することを特徴とする。まず、第1の焦点距離f1と第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義し、定数a1及びb1を求める。次に、環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1として、第1の焦点距離f1と第2の焦点距離f2との比f1/f2を、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定する。また、本発明の別の側面としての結像光学系の設計方法は、概念的に以下の2つのステップを有することを特徴とする。まず、第1の屈折率n1と前記第2の屈折率n2との差Δnに応じて生じるピント位置差Δd2を、a2及びb2を定数としてΔd2=a2・Δn+b2と定義したときに、定数a2及びb2を求める。次に、環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT2として、第1の屈折率n1の硝材及び第2の屈折率n2の硝材を、Δn=(ΔdT2−b2)/a2に基づいて決定する。 As described above, according to the imaging optical system design method of the present invention, it is possible to design an imaging optical system that can reduce a change in optical performance with respect to an environmental change while having a simple configuration. The imaging optical system design method according to one aspect of the present invention is characterized by conceptually having the following two steps. First, the focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is defined as Δd1 = a1 · (f1 / f2) + b1 with a1 and b1 as constants. Constants a1 and b1 are obtained. Next, assuming that the allowable value of the focus position difference due to environmental change is Δd T1 , the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is f1 / f2 = (Δd T1− b1) / a1. Determine based on. In addition, the imaging optical system design method according to another aspect of the present invention conceptually includes the following two steps. First, when the focus position difference Δd2 generated according to the difference Δn between the first refractive index n1 and the second refractive index n2 is defined as Δd2 = a2 · Δn + b2 where a2 and b2 are constants, the constant a2 and b2 is obtained. Next, the tolerance value of the focus position difference due to the environmental change is set as Δd T2 , and the glass material having the first refractive index n1 and the glass material having the second refractive index n2 are determined based on Δn = (Δd T2− b2) / a2. To do.

以下、図7を参照して、本発明の結像光学系100を適用した露光装置300について説明する。図7は、本発明の一側面としての露光装置300の構成を示す概略断面図である。   Hereinafter, an exposure apparatus 300 to which the imaging optical system 100 of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic sectional view showing the arrangement of an exposure apparatus 300 as one aspect of the present invention.

本発明の露光装置300は、露光用の照明光としてEUV光(例えば、波長13.4nm)を用いる投影露光装置である。露光装置300は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式又はステップ・アンド・リピート方式でマスク320に形成された回路パターンを像面位置に配置された被処理体(ウエハ)340上(像面上)に露光する。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(「スキャナー」とも呼ばれる。)を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン(走査)してレチクルパターンをウェハに露光する方式である。また、「ステップ・アンド・スキャン方式」では、1ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する方式である。   The exposure apparatus 300 of the present invention is a projection exposure apparatus that uses EUV light (for example, a wavelength of 13.4 nm) as exposure illumination light. The exposure apparatus 300 is, for example, on an object to be processed (wafer) 340 (on the image plane) on which the circuit pattern formed on the mask 320 is arranged at the image plane position by the step-and-scan method or the step-and-repeat method. To expose. Such an exposure apparatus is suitable for a lithography process of sub-micron or quarter micron or less, and in the present embodiment, a step-and-scan type exposure apparatus (also referred to as “scanner”) will be described as an example. Here, the “step-and-scan method” is a method in which a wafer is exposed to a reticle pattern by continuously scanning the wafer with respect to the reticle. In the “step-and-scan method”, the wafer is stepped after the exposure of one shot is completed, and is moved to the next exposure area. The “step-and-repeat method” is a method in which the wafer is moved stepwise for each batch exposure of the wafer and moved to the exposure area of the next shot.

図7を参照するに、露光装置300は、照明装置310と、マスク320を載置するマスクステージ325と、投影光学系330と、被処理体340を載置するウェハステージ345と、アライメント検出系350と、フォーカス位置検出系360とを有する。   Referring to FIG. 7, an exposure apparatus 300 includes an illumination device 310, a mask stage 325 on which a mask 320 is placed, a projection optical system 330, a wafer stage 345 on which an object to be processed 340 is placed, and an alignment detection system. 350 and a focus position detection system 360.

また、図6に示すように、EUV光は、大気に対する透過率が低く、残留ガス(高分子有機ガスなど)成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、EUV光が通る光路中(即ち、光学系全体)は真空雰囲気VCとなっている。なお、本実施形態では、真空雰囲気VCの真空度は、10−5Pa乃至10−4Pa程度である。 Further, as shown in FIG. 6, EUV light has a low transmittance to the atmosphere and generates contamination due to a reaction with a residual gas (polymer organic gas or the like) component. Therefore, at least in the optical path through which the EUV light passes. (That is, the entire optical system) is in a vacuum atmosphere VC. In the present embodiment, the vacuum degree of the vacuum atmosphere VC is about 10 −5 Pa to 10 −4 Pa.

照明装置310は、投影光学系330の円弧状の視野に対する円弧状のEUV光(例えば、波長13.4nm)によりマスク320を照明する照明装置であって、EUV光源312と、照明光学系314とを有する。   The illumination device 310 is an illumination device that illuminates the mask 320 with arc-shaped EUV light (for example, wavelength 13.4 nm) with respect to the arc-shaped field of the projection optical system 330. The illumination device 310 includes an EUV light source 312, an illumination optical system 314, and the like. Have

EUV光源312は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。レーザープラズマ光源は、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、プラズマから放射される、例えば、波長13nm程度のEUV光を利用する。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるEUV光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数kHzの繰り返し周波数で運転される。   As the EUV light source 312, for example, a laser plasma light source is used. The laser plasma light source irradiates a target material in a vacuum vessel with high-intensity pulsed laser light, generates high-temperature plasma, and uses, for example, EUV light with a wavelength of about 13 nm emitted from the plasma. As the target material, a metal film, a gas jet, a droplet, or the like is used. In order to increase the average intensity of the emitted EUV light, the repetition frequency of the pulse laser should be high, and it is usually operated at a repetition frequency of several kHz.

照明光学系312は、集光ミラー312a、オプティカルインテグレーター312bから構成される。集光ミラー312aは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるEUV光を集める機能を有する。オプティカルインテグレーター312bは、マスク320を均一に所定の開口数で照明する機能を有する。また、照明光学系312は、マスク320と共役な位置に、マスク320の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ312cを有する。   The illumination optical system 312 includes a condenser mirror 312a and an optical integrator 312b. The condensing mirror 312a has a function of collecting EUV light emitted approximately isotropically from the laser plasma. The optical integrator 312b has a function of uniformly illuminating the mask 320 with a predetermined numerical aperture. The illumination optical system 312 has an aperture 312c for limiting the illumination area of the mask 320 to an arc shape at a position conjugate with the mask 320.

マスク320は、反射型マスクであり、その上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成され、マスクステージ325に支持及び駆動される。マスク320から発せられた回折光は、投影光学系330で反射され、被処理体340上に投影される。マスク320と被処理体340とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置300は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク320と被処理体340を走査することによりマスク320のパターンを被処理体340上に縮小投影する。   The mask 320 is a reflective mask, on which a circuit pattern (or image) to be transferred is formed, and is supported and driven by a mask stage 325. The diffracted light emitted from the mask 320 is reflected by the projection optical system 330 and projected onto the object to be processed 340. The mask 320 and the object to be processed 340 are arranged in an optically conjugate relationship. Since the exposure apparatus 300 is a step-and-scan exposure apparatus, the mask 320 and the object to be processed 340 are scanned to reduce and project the pattern of the mask 320 onto the object to be processed 340.

マスクステージ325は、マスクチャック325aを介して、マスク320を支持し、図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ325は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、少なくともX方向にマスクステージ325を駆動することでマスク320を移動することができる。露光装置300は、マスク320と被処理体340を同期した状態で走査する。ここで、マスク320又は被処理体340面内で走査方向をX、それに垂直な方向をY、マスク320又は被処理体340面内に垂直な方向をZとする。   The mask stage 325 supports the mask 320 via the mask chuck 325a and is connected to a moving mechanism (not shown). The mask stage 325 can employ any structure known in the art. A moving mechanism (not shown) is constituted by a linear motor or the like, and can move the mask 320 by driving the mask stage 325 at least in the X direction. The exposure apparatus 300 scans the mask 320 and the object to be processed 340 in a synchronized state. Here, the scanning direction in the mask 320 or the object to be processed 340 is X, the direction perpendicular to the scanning direction is Y, and the direction perpendicular to the mask 320 or the object to be processed 340 is Z.

投影光学系330は、複数の反射ミラー(即ち、多層膜ミラー)330aを用いて、マスク320面上のパターンを像面である被処理体340上に投影する。複数の多層膜ミラー330aの枚数は、4枚乃至6枚程度である。多層膜ミラー330aの反射面の形状は、凸面又は凹面の球面又は非球面である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域(リングフィールド)だけを用いて、マスク320と被処理体340を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系330の開口数(NA)は、0.1乃至0.3程である。   The projection optical system 330 projects the pattern on the mask 320 surface onto the object to be processed 340, which is an image plane, using a plurality of reflection mirrors (that is, multilayer mirrors) 330a. The number of multilayer mirrors 330a is about 4 to 6. The shape of the reflecting surface of the multilayer mirror 330a is a convex or concave spherical or aspherical surface. In order to realize a wide exposure area with a small number of mirrors, the mask 320 and the object to be processed 340 are simultaneously scanned using only a thin arc-shaped area (ring field) separated from the optical axis by a certain distance. Transfer the area. The numerical aperture (NA) of the projection optical system 330 is about 0.1 to 0.3.

被処理体340は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体340には、フォトレジストが塗布されている。   The object to be processed 340 is a wafer in this embodiment, but widely includes liquid crystal substrates and other objects to be processed. A photoresist is applied to the object to be processed 340.

ウェハステージ345は、ウェハチャック345aによって被処理体345を支持する。ウェハステージ345は、例えば、リニアモーターを利用してXYZ方向に被処理体340を移動する。マスク320と被処理体340は、同期して走査される。また、マスクステージ325の位置とウェハステージ345との位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。   The wafer stage 345 supports the workpiece 345 by the wafer chuck 345a. The wafer stage 345 moves the workpiece 340 in the XYZ directions using, for example, a linear motor. The mask 320 and the workpiece 340 are scanned synchronously. Further, the position of the mask stage 325 and the position of the wafer stage 345 are monitored by, for example, a laser interferometer or the like, and both are driven at a constant speed ratio.

アライメント検出系(第1の検出光学系)350は、例えば、Off−Axis方式の明視野照明の画像処理検出系で構成され、所定のベースライン量を有しながらウェハアライメントを行う。ここで、ウェハアライメントは、マスク320の位置と投影光学系330の光軸との位置関係(相対位置)、及び、被処理体340の位置と投影光学系330の光軸との位置関係(相対位置)を含む。アライメント検出系350は、真空雰囲気VCと大気雰囲気とを隔離するビューイングウィンドウVWを介して、真空雰囲気VC及び大気雰囲気に配置される。アライメント検出系350を構成し、真空雰囲気VCに配置される光学系に本発明の結像光学系100を適用することができる。これにより、アライメント検出系350は、環境変化による光学系の光学性能の変化が低減され、高精度な検出を行うことができる。なお、結像光学系100をアライメント検出系350に具体的に適用した構成は、後述するフォーカス位置検出系と同様であるため、詳細な説明は省略する。   The alignment detection system (first detection optical system) 350 includes, for example, an off-axis type bright-field illumination image processing detection system, and performs wafer alignment while having a predetermined baseline amount. Here, the wafer alignment is a positional relationship (relative position) between the position of the mask 320 and the optical axis of the projection optical system 330 and a positional relationship (relative position) between the position of the object 340 and the optical axis of the projection optical system 330. Position). The alignment detection system 350 is disposed in the vacuum atmosphere VC and the air atmosphere via a viewing window VW that separates the vacuum atmosphere VC and the air atmosphere. The imaging optical system 100 of the present invention can be applied to an optical system that constitutes the alignment detection system 350 and is disposed in the vacuum atmosphere VC. Thereby, the alignment detection system 350 can reduce the change in the optical performance of the optical system due to the environmental change, and can perform highly accurate detection. Note that the configuration in which the imaging optical system 100 is specifically applied to the alignment detection system 350 is the same as a focus position detection system described later, and thus detailed description thereof is omitted.

フォーカス位置検出系(第2の検出光学系)360は、被処理体340面でZ方向のフォーカス位置を計測し、ウェハステージ345の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体340面を投影光学系330による結像位置に保つ。フォーカス位置検出系360は、アライメント検出系350と同様に、ビューイングウィンドウVWを介して、真空雰囲気VC及び大気雰囲気に配置される。フォーカス位置検出系360を構成する光学系に本発明の結像光学系100を適用することができる。これにより、光学系の組み立て及び調整を大気雰囲気で行い、露光装置300に配置した後、配置した雰囲気が真空雰囲気に変化しても光学性能に変化が生じないため、大気雰囲気で得られる同等の光学性能で検出を行うことができる。   The focus position detection system (second detection optical system) 360 measures the focus position in the Z direction on the surface of the object to be processed 340, and controls the position and angle of the wafer stage 345, so that the object to be processed is always during exposure. The 340 plane is maintained at the image formation position by the projection optical system 330. Similarly to the alignment detection system 350, the focus position detection system 360 is disposed in the vacuum atmosphere VC and the air atmosphere via the viewing window VW. The imaging optical system 100 of the present invention can be applied to the optical system that constitutes the focus position detection system 360. As a result, the optical system is assembled and adjusted in an air atmosphere and placed in the exposure apparatus 300. After that, the optical performance does not change even if the placed atmosphere changes to a vacuum atmosphere. Detection can be performed by optical performance.

ここで、本発明の結像光学系100をフォーカス位置検出系360に適用した具体的な構成について説明する。図8は、フォーカス位置検出系360の構成を示す概略断面図である。フォーカス位置検出系360は、LED光源361と、マーク362と、プロジェクションユニット363と、ディテクションユニット364と、CCD365とを有する。なお、プロジェクション363とディテクションユニット364は、真空雰囲気VCに配置される。   Here, a specific configuration in which the imaging optical system 100 of the present invention is applied to the focus position detection system 360 will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the focus position detection system 360. The focus position detection system 360 includes an LED light source 361, a mark 362, a projection unit 363, a detection unit 364, and a CCD 365. Note that the projection 363 and the detection unit 364 are arranged in a vacuum atmosphere VC.

図8を参照するに、LED光源361からの照明光はマーク362を照明し、マーク362の像がプロジェクションユニット363を介して被処理体340に投影される。被処理体340からの反射光は、ディテクションユニット354を介してCCD365に結像される。本実施形態では、ディテクションユニット354に結像光学系100を適用することを想定している。但し、結像光学系100の結像倍率等を最適化すれば、プロジェクションユニット363に適用することも可能である。   Referring to FIG. 8, the illumination light from the LED light source 361 illuminates the mark 362, and an image of the mark 362 is projected onto the object to be processed 340 via the projection unit 363. The reflected light from the object 340 is imaged on the CCD 365 via the detection unit 354. In the present embodiment, it is assumed that the imaging optical system 100 is applied to the detection unit 354. However, if the imaging magnification of the imaging optical system 100 is optimized, it can be applied to the projection unit 363.

露光において、照明装置310から射出されたEUV光はマスク320を照明し、マスク320面上のパターンを被処理体340面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状(リング状)の像面となり、マスク320と被処理体340を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク320の全面を露光する。露光装置300は、アライメント検出系350やフォーカス位置検出系360に結像光学系100を適用しているため、ウェハアライメント及びフォーカス位置検出を大気雰囲気と同等の精度で行うことができる。これにより、露光装置300は、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス(半導体素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気ヘッドなど)を提供することができる。   In exposure, the EUV light emitted from the illumination device 310 illuminates the mask 320 and forms an image of the pattern on the surface of the mask 320 on the surface of the object to be processed 340. In this embodiment, the image surface is an arc-shaped (ring-shaped) image surface, and the entire surface of the mask 320 is exposed by scanning the mask 320 and the object to be processed 340 at a speed ratio of the reduction ratio. In the exposure apparatus 300, the imaging optical system 100 is applied to the alignment detection system 350 and the focus position detection system 360, so that wafer alignment and focus position detection can be performed with an accuracy equivalent to that in the atmospheric air. As a result, the exposure apparatus 300 can provide a high-quality device (semiconductor element, LCD element, imaging element (CCD, etc.), thin film magnetic head, etc.) with high throughput and high economic efficiency.

なお、本実施形態では、アライメント検出系350及びフォーカス位置検出系360は、真空雰囲気VC及び大気雰囲気に配置されている。しかし、図9に示すように、アライメント検出系350及びフォーカス位置検出系360の全体を真空雰囲気VCに配置しても同様の効果を得ることができる。ここで、図9は、本発明の一側面としての露光装置300の別の構成を示す概略断面図である。   In the present embodiment, the alignment detection system 350 and the focus position detection system 360 are arranged in a vacuum atmosphere VC and an air atmosphere. However, as shown in FIG. 9, even if the entire alignment detection system 350 and focus position detection system 360 are arranged in a vacuum atmosphere VC, the same effect can be obtained. Here, FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the exposure apparatus 300 as one aspect of the present invention.

次に、図10及び図11を参照して、露光装置300を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図10は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。   Next, an embodiment of a device manufacturing method using the exposure apparatus 300 will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 1 (circuit design), a device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced. In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer. Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4. The assembly process (dicing, bonding), packaging process (chip encapsulation), and the like are performed. Including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図11は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、露光装置300によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置300を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。   FIG. 11 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition or the like. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus 300 to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. According to this device manufacturing method, it is possible to manufacture a higher quality device than before. Thus, the device manufacturing method using the exposure apparatus 300 and the resulting device also constitute one aspect of the present invention.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、EUV露光装置だけでなく、その他の真空雰囲気で使用される光学系に適用することができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, the present invention can be applied not only to an EUV exposure apparatus but also to other optical systems used in a vacuum atmosphere.

本発明の一側面としての結像光学系の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the imaging optical system as one side of this invention. 図1に示す結像光学系の環境変化に対する結像位置の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the imaging position with respect to the environmental change of the imaging optical system shown in FIG. 第1のレンズ群の第1の焦点距離及び第2のレンズ群の第2の焦点距離の最適化(環境変化による結像位置の変化を極めて小さい値(若しくは、0)にする)を説明するために定義した光学系を示す概略断面図である。The optimization of the first focal length of the first lens group and the second focal length of the second lens group (the change in the imaging position due to the environmental change is set to a very small value (or 0)) will be described. It is a schematic sectional drawing which shows the optical system defined for it. 本発明の一側面としての結像光学系の設計方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a method for designing an imaging optical system as one aspect of the present invention. 図3に示す光学系(結像光学系)のフォーカス比と環境変化によるピント位置差との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the focus ratio of the optical system (imaging optical system) shown in FIG. 3, and the focus position difference by an environmental change. 図3に示す光学系(結像光学系)の屈折率差と環境変化によるピント位置差との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the refractive index difference of the optical system (imaging optical system) shown in FIG. 3, and the focus position difference by an environmental change. 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the exposure apparatus as one side surface of this invention. 図7に示す露光装置のフォーカス位置検出系の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the focus position detection system of the exposure apparatus shown in FIG. 本発明の一側面としての露光装置の別の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another structure of the exposure apparatus as one side surface of this invention. デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating manufacture of devices (semiconductor chips, such as IC and LSI, LCD, CCD, etc.). 図10に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。11 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4 shown in FIG. 10. 結像光学系の環境変化に対する結像位置の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the imaging position with respect to the environmental change of an imaging optical system.

符号の説明Explanation of symbols

100 結像光学系
110 第1のレンズ群
110A 凸レンズ
120 第2のレンズ群
120A 凹レンズ
OS 物体面
IS 結像面
300 露光装置
350 アライメント検出系
360 フォーカス位置検出系
361 LED光源
362 マーク
363 プロジェクションユニット
364 ディテクションユニット
365 CCD
VC 真空雰囲気
100 imaging optical system 110 first lens group 110A convex lens 120 second lens group 120A concave lens OS object plane IS imaging plane 300 exposure apparatus 350 alignment detection system 360 focus position detection system 361 LED light source 362 mark 363 projection unit 364 detection Unit 365 CCD
VC vacuum atmosphere

Claims (10)

第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群とを有し、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系の設計方法であって、
前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、
前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義したときに、前記定数a1及びb1を求めるステップと、
前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1として、前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2を、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定するステップとを有することを特徴とする設計方法。
Imaging optics that has a first lens group having a first focal length f1 and a second lens group having a second focal length f2, and forms an image of an object plane pattern on the image plane A system design method,
In the case where the environment in which the imaging optical system is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere,
The focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is defined as Δd1 = a1 · (f1 / f2) + b1 with a1 and b1 as constants. Sometimes determining the constants a1 and b1;
When an allowable value of the focus position difference due to the environmental change is Δd T1 , a ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is f1 / f2 = (Δd T1− b1) / a1. And determining based on the design method.
第1の焦点距離f1を有すると共に、第1の屈折率n1の硝材からなる第1のレンズ群と、第2の焦点距離f2を有すると共に、第2の屈折率n2の硝材からなる第2のレンズ群とを有し、物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系の設計方法であって、
前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、
前記第1の屈折率n1と前記第2の屈折率n2との差Δnに応じて生じるピント位置差Δd2を、a2及びb2を定数としてΔd2=a2・Δn+b2と定義したときに、前記定数a2及びb2を求めるステップと、
前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT2として、前記第1の屈折率n1の硝材及び前記第2の屈折率n2の硝材を、Δn=(ΔdT2−b2)/a2に基づいて決定するステップとを有することを特徴とする設計方法。
A first lens group having a first focal length f1 and made of a glass material having a first refractive index n1, and a second lens group having a second focal length f2 and made of a glass material having a second refractive index n2. And a lens group, and a design method of an imaging optical system that forms an image of an object plane pattern on the image plane,
In the case where the environment in which the imaging optical system is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere,
When the focus position difference Δd2 generated according to the difference Δn between the first refractive index n1 and the second refractive index n2 is defined as Δd2 = a2 · Δn + b2 where a2 and b2 are constants, the constant a2 and determining b2;
The tolerance value of the focus position difference due to the environmental change is set to Δd T2 , and the glass material having the first refractive index n1 and the glass material having the second refractive index n2 are determined based on Δn = (Δd T2− b2) / a2. A design method comprising the steps of:
物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系であって、
第1の焦点距離f1を有する第1のレンズ群と、
第2の焦点距離f2を有する第2のレンズ群とを有し、
前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、
前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2に応じて生じるピント位置差Δd1を、a1及びb1を定数としてΔd1=a1・(f1/f2)+b1と定義し、
前記第1の焦点距離f1と前記第2の焦点距離f2との比f1/f2は、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT1とすると、f1/f2=(ΔdT1−b1)/a1に基づいて決定されることを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system that forms an image of an object plane pattern on an image plane,
A first lens group having a first focal length f1,
A second lens group having a second focal length f2,
In the case where the environment in which the imaging optical system is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere,
The focus position difference Δd1 generated according to the ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is defined as Δd1 = a1 · (f1 / f2) + b1 with a1 and b1 as constants. ,
The ratio f1 / f2 between the first focal length f1 and the second focal length f2 is f1 / f2 = (Δd T1− b1) /, where Δd T1 is an allowable focus position difference due to the environmental change. An imaging optical system that is determined based on a1.
物体面のパターンの像を像面上に結像する結像光学系であって、
第1の焦点距離f1を有すると共に、第1の屈折率n1の硝材からなる第1のレンズ群と、
第2の焦点距離f2を有すると共に、第2の屈折率n2の硝材からなる第2のレンズ群とを有し、
前記結像光学系が配置される環境が、真空雰囲気から大気雰囲気に、又は、大気雰囲気から真空雰囲気に環境変化した場合において、
前記第1の屈折率n1と前記第2の屈折率n2との差Δnに応じて生じるピント位置差Δd2を、a2及びb2を定数としてΔd2=a2・Δn+b2と定義し、
前記第1の屈折率n1の硝材及び前記第2の屈折率n2の硝材は、前記環境変化によるピント位置差の許容値をΔdT2とすると、Δn=(ΔdT2−b2)/a2を満足する特徴とする結像光学系。
An imaging optical system that forms an image of an object plane pattern on an image plane,
A first lens group having a first focal length f1 and made of a glass material having a first refractive index n1,
Having a second focal length f2 and a second lens group made of a glass material having a second refractive index n2,
In the case where the environment in which the imaging optical system is arranged changes from a vacuum atmosphere to an air atmosphere, or from an air atmosphere to a vacuum atmosphere,
The focus position difference Δd2 generated according to the difference Δn between the first refractive index n1 and the second refractive index n2 is defined as Δd2 = a2 · Δn + b2 with a2 and b2 as constants,
The glass material having the first refractive index n1 and the glass material having the second refractive index n2 satisfies Δn = (Δd T2− b2) / a2 where Δd T2 is an allowable focus position difference due to the environmental change. Characteristic imaging optical system.
請求項1又は2記載の設計方法によって設計されたことを特徴とする結像光学系。   An imaging optical system designed by the design method according to claim 1. 光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記被処理体のフォーカス位置を検出する検出光学系を有し、
前記検出光学系は、請求項3乃至5のうちいずれか一項記載の結像光学系を含むことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed,
A detection optical system for detecting a focus position of the object to be processed;
6. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the detection optical system includes the imaging optical system according to any one of claims 3 to 5.
光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記マスクと前記被処理体との相対位置を検出する検出光学系を有し、
前記検出光学系は、請求項3乃至5のうちいずれか一項記載の結像光学系を含むことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed,
A detection optical system for detecting a relative position between the mask and the object to be processed;
6. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the detection optical system includes the imaging optical system according to any one of claims 3 to 5.
光源からの光を用いてマスクを照明し、前記マスクのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記被処理体のフォーカス位置を検出する第1の検出光学系と、
前記マスクと前記被処理体との相対位置を検出する第2の検出光学系とを有し、
前記第1の検出光学系及び前記第2の検出光学系のうち少なくとも一方は、請求項3乃至5のうちいずれか一項記載の結像光学系を含むことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus that illuminates a mask using light from a light source and exposes a pattern of the mask onto an object to be processed,
A first detection optical system for detecting a focus position of the object to be processed;
A second detection optical system for detecting a relative position between the mask and the object to be processed;
An exposure apparatus, wherein at least one of the first detection optical system and the second detection optical system includes the imaging optical system according to any one of claims 3 to 5.
前記光は、波長20nm以下のEUV光であることを特徴とする請求項6乃至8のうちいずれか一項記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 6, wherein the light is EUV light having a wavelength of 20 nm or less. 請求項6乃至9のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
Exposing the object to be processed using the exposure apparatus according to any one of claims 6 to 9,
And developing the exposed object to be processed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107894651A (en) * 2017-12-18 2018-04-10 苏州灵猴机器人有限公司 Machine Vision Detection camera lens

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