JPH051922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は結像光学系に関し、特に２つの光学系
を互いに偏心させることによつて高解像力の結像
関係を得るようにした結像光学系に関するもので
ある。

［従来の技術］ 現在の半導体産業の分野では電子回路のより一
層の高密度化が要求されている。この為の一手段
として光学的な微細加工技術が極限まで追求され
ている。例えばIC，LSI等の回路パターンをシリ
コンウエハー上に焼付ける為の結像光学系は理論
的限界値に近い解像力を有するものが要求されて
いる。

この中でレンズ若しくはミラーを用いて又はこ
れらの組合せを用いた高解像力の結像光学系が今
日まで数多く開発されてきた。これらの結像光学
系は今日の高精度な光学技術の代表的地位を占め
るようになつている。

［発明が解決しようとしている問題点］ 従来より高解像力を有する結像光学系は多くの
場合、共軸即ち各々の光学素子が光軸を共有する
構成が採られていた。このことはレンズ系は勿論
ミラー系に於いても同様であつた。ただ特開昭48
−12039号公報ではミラーを同心光学系となるよ
うに構成した単位倍率の結像光学系が提案されて
いるがこれもミラーの有効径の配置まで考えれば
広義の共軸径と解釈されよう。

又一般に結像光学系において微少な面積におい
てのみ高解像力を得ることは比較的容易であるが
広い面積において高解像力を得るのは非常に困難
である。

本発明は高解像力の得られる結像光学系の提供
を目的とし、特に広い面積にわたり高解像力の得
られる結像光学系の提供を目的とする。

本発明の結像光学系においては従来の共軸光学
系に対して互いに光軸を共有しない複数個の光学
系を各々の光学系の有する諸収差が互いに相殺さ
れるように偏心させて配置することによつて高解
像力の結像関係を得ている。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 上述の目的を達成するため、本発明は、偏心配
置された第１及び第２光学系を順に通して前記第
１光学系（ミラー系または屈折系）の物体面側で
光軸外に配置された物体を前記第２光学系（ミラ
ー系または屈折系）の像面側に結像させる結像光
学系にあつて、前記第１光学系の光軸外の結像位
置に対して前記第１及び第２光学系のそれぞれの
光軸を異なる方向に偏心させている。

従来、偏心光学系は例えば本出願人が特願昭57
−210911や特願昭58−223541で提案した如く、回
路パターンの焼付けの為結像光学系における観察
光学系に用いた例はあるが結像光学系における主
たる結像には用いられていない。

本発明は特に回路パターンの焼付機等において
偏心させた結像光学系が観察光学系より大きな画
面寸法を要求される結像光学系に使用する場合に
好ましいものである。

又本発明の好ましい一実施例によれば、従来ミ
ラー系で問題となつていた像面特性をうまく利用
することによつて高解像力の結像を得ている。

［実施例の説明］ 次に本発明の実施例を各図と共に説明する。

第１図は本発明の好ましい一実施例の具体的な
構成の説明図である。図中１は第１の光学系で物
体４の像を第１の結像位置５に結像させている。
２は第２の光学系で第１の結像位置５に結像され
ている物体４の像を更に第２の結像位置５に結像
させている。尚３は光学系１と光学系２の２つの
光学系の瞳位置を合致させ効率の良い結像関係を
行なう為の補助光学系である。

本実施例の結像光学系は物体４を２度結像させ
ている為に像の向きは物体４と同じになつてい
る。本実施例の特徴は光学系１と光学系２の光軸
を予め所定量A₁だけ偏心させていることである。

又物体４を光学系１の光軸外に配置させている
ことである。

このような構成を採ることにより光学系１で残
存している収差を他方の光学系２の残存収差によ
り互いに打ち消し合うように構成することができ
最終的に収差の補正された良好な結像を広い面積
にわたり行うことができる。

これは後述する実施例で光学系１，２をミラー
系で構成したときに特に効果的である。

次に、本発明の結像光学系の特徴を述べる前に
前提となる構成を収差曲線を用いて説明する。簡
単の為にある物体に対して第２図に示すような球
面収差を有する光学系７₁（第４図）と同じ物体
に対して第２図に示す球面収差と全く逆向きの第
３図に示す球面収差を有する光学系７₂（第４図）
の２つの光学系を考えこれら２つの光学系７₁，
７₂を組合わせて、第４図に示すように光学系７₁
の結像位置と光学系７₂の結像位置とが一致する
ように互いに逆向きに配置する。これにより光学
系７₁によつて物体７₃は第１の結像位置７₄では
球面収差のある状態で結像するが次に光学系７₂
によつて結像位置７₅では球面収差の補正された
状態で結像するようになる。

以上は光軸上一点の結像についてのみ収差のな
い状態で結像させることができるのであつて、実
際にはある所定の面積での結像状態を考えねばな
らず、このときは球面収差の他に非点収差を考慮
しなければならない。

光学系の非点収差が前述の球面収差と同様に全
く逆向きとなつている２つの光学系を前述と同様
に用いれば所定の面積にわたり収差のない結像関
係が得られる。従つてこの２つの光学系を共軸に
して構成すれば高解像力の結像光学系が達成でき
る。

しかしながら実際には非点収差が全く逆になる
２つの光学系を構成することは困難な場合が多
い。

この場合は光学系の全画面を対象とせず軸外の
ある範囲内についてのみの結像関係を利用すれば
前述と同様に収差補正を達成した結像光学系を得
ることができる。この場合は２つの光学系を互い
に偏心させることによつて軸外収差である非点収
差を各々相殺することができる。本発明の技術的
思想の特徴は全く逆向きの収差を有する光学系が
得られないときには、偏心という手段を用いて一
方の光学系の残存収差を他方の光学系の残存収差
で相殺し、高解像力の結像関係を達成しようとす
るものである。

例えば第５図に示す非点収差を有する２つの光
学系８₁，８₂を第６図に示すように互いに距離A₂
だけ平行偏心させて配置する。これによつてある
範囲B₂内で２つの光学系８₁，８₂の各々のサジタ
ル像面曲線８₁₁，８₂₁及びメリデイオナル像面曲
線８₁₂，８₂₂を略合致させることができる。

これにより物点８₃上の物体の一部分を非点収
差のない状態で光学系８₂の結像点８₄に結像させ
ることができる。

第６図に示す実施例の結像光学系は２つの光学
系を屈折光学系で構成した場合であるが次に２つ
の光学系をミラー系で構成した場合の実施例につ
いて述べる。

第１の光学系として特開昭52−5544号公報で示
すミラー系を採用する。このミラー系は第７図に
示すように各々１枚の凹面鏡１０と凸面鏡１１の
反射面を対向させて配置し、物点１０₁が凹面鏡
１０、凸面鏡１１そして凹面鏡１０の順に反射し
た後像点１０₂に等倍に結像するように構成され
ている。このミラー系で最も問題となるのが像面
特性である。

第８図に第７図に示すミラー系を用いたときの
像面特性の概略図を示す。第８図で補正像高ｈと
図示してあるのが第７図で光軸上、高さｈにある
物点のサジタル像面とメリデイオナル像面の結像
が一致する箇所である。像高ｈを離れると第８図
に示す如くサジタル像面とメリデイオナル像面が
異つてきて所謂非点収差を生じる。

第９図に参考の為に有効Ｆナンバーに対する非
点隔差の発生量△を図示する。

解像力を高める為に有効Ｆナンバー値を小さく
すると非点隔差の発生量△が加速度的に増加して
いる事がわかる。焦点深度はＦナンバーの２乗に
比例するのでＦナンバーを小さくすると許容でき
る深度内に入る範囲は極度に小さくなる。従つて
このミラー系は補正像高ｈでの性能のみが良いの
で半径ｈの環状領域に光学的スリツトを設定し、
外スリツトを用いて公知の走査手段により走査し
て焼きつけを行う装置に応用されている。

この事は逆に第７図に示すミラー系は第８図に
示す像面特性が制限となつて走査型の焼付モード
でしか焼付性能を出す事ができない事を示してい
る。

本発明に係る実施例ではこの様な結像光学系の
特性にも拘ず像面の特性を補正して平担な結像特
性を示すミラー系を用いた結像光学系を達成して
いる。その為に２つのミラー系を第１図に示すよ
うに偏心させて構成している。

第１０図に本発明の結像光学系にミラー系を用
いた場合の一実施例の光学的な概略図を示す。本
実施例の２つのミラー系１，２は第７図に示すミ
ラー系と同じものである。

第１図に示した光学系１，２の瞳を合致させる
為の補助光学系３はミラー系１，２が共に略テレ
セントリツクな光学系となつている為に特に設け
る必要はない。すなわち本実施例の結像光学系は
瞳合致の為の補助光学系３の不要な特殊な場合で
ある。

本実施例の結像関係は次の如くである。

すなわち物点Ｐは凹面鏡R₁₁、凸面鏡R₁₂そし
て凹面鏡R₁₁で反射した後第１の結像点Ｌに等倍
に結像する。そして結像点Ｌに結像した像は更に
凹面鏡R₂₁、凸面鏡R₂₂そして凹面鏡R₂₁で反射し
た後第２の結像点Ｑに等倍に再結像する。

ここで第１の結像点Ｌ近傍の結像状態が本実施
例の特徴となつている。結像点Ｌはミラー系１の
結像においては物点Ｐの結像点であり、ミラー系
２の結像においては物点Ｑの結像点となるように
２つのミラー系１，２が構成されている。物点Ｐ
はミラー系１に関しては前述のとおり像面特性が
補正された像高ｈにある為、結像点Ｌでは非点収
差が補正されている。物点Ｑについても同様でミ
ラー系２に関しては像面特性が補正された像高ｈ
にある為、結像点Ｌでは非点収差が補正されてい
る。従つて物点Ｐから結像点Ｌそして物点Ｑに到
る結像関係はステイグマテツクな結像となつてい
る。

第１０図の結像点Ｌ近傍の円形L₁で囲んだ部
分の結像状態の拡大図を第１１図に示す。第１１
図に示す如くミラー系１とミラー系２を偏心させ
て構成している為（本実施例では光軸X₁とX₂を
距離2h程平行偏心させている。）結像点Ｌ近傍で
ミラー系１のサジタル像面とミラー系２のサジタ
ル像面を略一致させることができる。同様にミラ
ー系１のメリデイオナル像面とミラー系２のメリ
デイオナル像面とを一致させることができる。

従つて物点Ｐより距離ａだけ離れた物点P′は第
１の結像点Ｌ近傍でサジタル像点はL_s′、メリデ
イオナル像点は点L_n′に非点収差を生じて結像す
る。一方点L_s′と点L_n′はミラー系２では物点Ｑ
からやはり距離ａだけ離れた点Q′と共軛になつ
ている。従つて点P′から点Q′への結像は途中の結
像位置では非点収差のある結像をしているのにも
拘ず最終的には非点収差の補正された状態ですな
わちステイグマテツクな関係で行うことができ
る。

次に第１０図に示す結像光学系の収差的補正状
態を第１２図に示す。結像光学系が共軸形である
と光軸に対して回転対称に良像域の結像特性が現
われるが、本実施例の如く偏心系を採用している
と良像域の結像特性の分布は独特の形状を示すよ
うになる。第１２図において個々の構成要素とな
つている光学系の光軸を中心とする同心円の重な
り具合が２つのミラー系１，２を組合わせたとき
の結像光学系の収差の補正状態である。

図中＋１，＋２等の数字で示す曲線はサジタル
像面とメリデイオナル像面をある所定値を基準に
表わしたときの非点隔差量を示す。

曲線０はサジタル像面とメリデイオナル像面が
合致した補正像高ｈに相当する部分である。

この結像光学系は各要素光学系の軸上からある
範囲までは凸面鏡による光束のケラレがある為使
用できない。説明を簡単にする為、例えば光束の
ケラレの生じなくなる像高を同図の曲線−２の所
とし、それ以上の像高が使用できると仮定する。

ミラー系１，２の像面特性は同心円状に既に示
されているので全体としての像面特性は結局図中
の点線で示された如くなる。

点線０の位置が２つのミラー系１，２による像
面特性の補正された位置、点線１，２の数値は前
述と同様にある所定値を基準に採つた場合、各々
非点隔差量が数値程存在する部分である。

同図より明らかのようにミラー系１とミラー系
２の像面特性が互いに打ち消し合つて図面斜線で
示すような形で像面特性が得られる。

第１２図においては曲線＋２，＋１，０，−１，
−２等を同心円に一定間隔で示してある。これは
サジタル像面とメリデイオナル像面の非点収差が
像高の変化に対して直線的に生じていることを示
すがこのとき全系を通しての特性で非点収差が一
定となる位置は同図中点線で示すように直線にな
る。例えば許容できる非点収差量の幅を前述の非
点収差量で１とすれば２つの点線１が横方向の使
用可能範囲の限界となり、又、上下方向は凹面鏡
と凸面鏡による光線のケラレによつて使用可能範
囲の限界が決められる。

尚サジタル像面とメリデイオナル像面の非点収
差が像高の変化に対して直線的でないときは曲線
＋２，＋１，０，−１，−２は不等間隔となり又点
線０，１，２は曲線となるが本実施例の考え方は
本質的に同じである。

本実施例と同様に良像域を非点収差量で１とす
ると第７図に示すミラー系を単独で用いたときの
良像域が曲線０と曲線１との間の狭い同心円状の
帯領域となる事を考えると本実施例による良像域
が格段に増加しているのが理解できよう。

尚第１２図で示すように本実施例では２つのミ
ラー系１，２を曲線０、即ち非点収差のなくなる
領域が接するように配置したがこれは必ずしも必
須要件ではない。例えば第１３図に示すようにミ
ラー系１の非点収差のない曲線０とミラー系２の
非点収差量が１ある曲線−１に相当する個所で接
するようにしてもよい。

この場合像面特性は平行移動するだけである。
但し第１０図の結像光学系のように光束のケラレ
により良像域が制限される場合は第１２図に示す
ようにミラー系の非点収差が補正される曲線０で
双方のミラー系が接するように構成するのが好ま
しい。

尚本実施例では全系の結像倍率は等倍である
が、縮小として用いるときは１，２をミラー系に
限らず異つた光学系で構成しても良く、例えば一
方のミラー系の光路中に屈折系を挿入して構成す
るようにしても良い。

参考の為に第１０図の結像光学系の数値例を表
１に示す。表１においてＲは反射面の曲率半径、
Ｌは同図に示す距離を示す。

表１；本発明の数値実施例 R₁₁＝−600 L₁₁＝604.075 R₁₂＝−300 L₁₂＝295.745 R₁₃＝600 L₁₃＝604.075 R₁₄＝300 L₂₂＝295.745 ｈ＝100.16 ２つの凸面鏡の有効径；95 ２つの凹面鏡の有効径；400 以上述べた実施例は結像光学系の光路中で一度
実像が形成される場合であるが、本発明は必ずし
もそれに限られる必要はなく、光路中に虚像を形
成し、この虚像に対して第２の光学系を配置する
ようにしても良い。

具体的な原理図を第１４図に示す。

第１４図においては第１の光学系２３によつて
物点２１上にある物体は第１の結像点２２上に結
像する。今ここで光学系２３に対して光軸から距
離△だけ離れた位置を光軸とする第２の光学系２
４を配置すると光学系２４は第１の結像点２２を
物点とした結像をするので結局第２の結像点２５
に物体を結像させる。

この際光学系２４の光軸は光学系２３がテレセ
ントリツクであると第１４図に示すよう主光線が
光軸と平行となるような結像関係が得られ高解像
力の結像が容易に得られるので好ましい。ただし
第１５図に示すように光学系３３がテレセントリ
ツクでなくても第１４図と同様に結像光学系を構
成することができることは勿論である。

このように第１４図又は第１５図に示すように
収斂光束中に屈折系を挿入することは良好なる収
差補正を達成するのに非常に有利となる。この有
利さは例えばアプラナテイツク面の作用を考えれ
ば容易に理解されよう。

次に第１６図に第１図に示す結像光学系に第１
４図に示す光学系を適用したときの光学系の概略
図を示す。同図において各要素に付してある番号
は第１図、第１４図で示したものと同様である。

尚第１６図において光学系１と光学系２は必ず
しも同一でなくてもよい。全系の結像倍率に応じ
て各々異つた光学系で構成させるのが好ましい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、個々の光学系
の残存収差を互いに相殺するようにして結像光学
系を構成する事によつて回折限界に近い高性能な
結像関係を得ることができる。この為例えばIC，
LSI等の焼付け光学系等の高性能が要求される結
像光学系に本発明は有効に適用させることができ
る。特に所謂ステツパーと呼ばれるステツプアン
ドリピート方式の光学系に本発明を適用すれば広
い面積にわたり高解像力が得られるので非常に効
果的である。

又本発明の結像光学系は微細加工用に限られる
ものではなく広汎な応用範囲を持つており高性能
な結像を得ようとする光学系には全て適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の具体的構成の説明
図、第２、第３図は互いに特性が逆の球面収差の
説明図、第４図は２つの光学系を共軸系として用
いたときの光学系の説明図、第５図は非点収差の
説明図、第６図は本発明の一実施例の説明図、第
７図は従来のミラー系の光学系の概略図、第８図
は収差補正の説明図、第９図は一般の有効Ｆナン
バーと非点隔差との関係を示す説明図、第１０図
は本発明の一実施例の光学系の説明図、第１１
図、第１２図、第１３図は第１０図の実施例の収
差補正の説明図、第１４、第１５、第１６図は
各々本発明の一実施例の説明図である。図中、
１，２，７₁，７₂，８₁，８₂は光学系、３は補助
光学系、４は物点、５，６は結像点、A₁，A₂は
偏心量、Ｐは物点、Ｑは結像点である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 偏心配置された第１及び第２光学系を順に通
   して前記第１光学系の物体面側で光軸外に配置さ
   れた物体を前記第２光学系の像面側に結像させる
   結像光学系であつて、前記第１光学系の光軸外の
   結像位置に対して前記第１及び第２光学系のそれ
   ぞれの光軸が異なる方向に偏心していることを特
   徴とする結像光学系。 ２ 前記第１光学系の射出瞳位置が前記第２光学
   系の入射瞳位置に光学的に略合致することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の結像光学系。 ３ 前記第１及び第２光学系が実質的に同一であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   結像光学系。 ４ 前記第１及び第２光学系のそれぞれは、少な
   くとも１枚づつの凹面鏡と凸面鏡を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の結像光学
   系。 ５ 前記第１及び第２光学系のそれぞれの光軸は
   前記結像位置に対して逆方向に偏心していること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の結像光
   学系。 ６ 前記第１及び第２光学系の少なくとも一方の
   光路中には屈折系が配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の結像光学系。 ７ 全系の結像倍率が縮小であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の結像光学系。