JP2001135560A - Illuminating optical device, exposure, and method of manufacturing micro-device - Google Patents

Illuminating optical device, exposure, and method of manufacturing micro-device

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JP2001135560A
JP2001135560A JP31320599A JP31320599A JP2001135560A JP 2001135560 A JP2001135560 A JP 2001135560A JP 31320599 A JP31320599 A JP 31320599A JP 31320599 A JP31320599 A JP 31320599A JP 2001135560 A JP2001135560 A JP 2001135560A
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illumination
mask
light beam
light
optical system
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Osamu Tanitsu
修 谷津
Masato Shibuya
眞人 渋谷
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Nikon Corp
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical device for adjusting the size of an illuminated region on an irradiated face and illumination (NA) to a desired level while a loss in light quantity is reduced adequately. SOLUTION: An illuminated face is irradiated by an illumination optical device. The illumination optical device includes a first variable magnification optical system 4 with variable focal distance or magnification for adjusting the number of illumination openings on the illuminated face, and a second variable magnification optical system 7 with variable focal distance or magnification for changing the size of the illumination region formed on the illuminated region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は照明光学装置および
該照明光学装置を備えた露光装置に関し、特に半導体素
子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイ
クロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露
光装置に好適な照明光学装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical apparatus and an exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus. The present invention relates to an illumination optical device suitable for an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の典型的な露光装置においては、
光源から射出された光束が、たとえばマイクロフライア
イのようなオプティカルインテグレータに入射し、その
後側焦点面に多数の光源像からなる二次光源を形成す
る。二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口
絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射
する。開口絞りは、所望の照明条件(露光条件)に応じ
て、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大
きさに制限する。コンデンサーレンズにより集光された
光束は、マスクと共役な所定面に矩形状の照野を形成す
る。この所定面の近傍には、照明視野絞りとしてのマス
クブラインドが配置されている。
2. Description of the Related Art In a typical exposure apparatus of this kind,
A light beam emitted from the light source enters an optical integrator such as a micro fly's eye, for example, and forms a secondary light source composed of a large number of light source images on a rear focal plane. The luminous flux from the secondary light source is restricted via an aperture stop arranged near the secondary light source, and then enters the condenser lens. The aperture stop limits the shape or size of the secondary light source to a desired shape or size according to a desired illumination condition (exposure condition). The light beam condensed by the condenser lens forms a rectangular illumination field on a predetermined surface conjugate with the mask. A mask blind as an illumination field stop is arranged near the predetermined surface.

【0003】したがって、所定面に形成された矩形状の
照野からの光束は、照明視野絞りを介して制限された
後、リレーレンズを介して所定のパターンが形成された
マスクを重畳的に照明する。こうして、マスク上には、
照明視野絞りの開口部の像が、矩形状の照明領域として
形成される。マスクのパターンを透過した光は、投影光
学系を介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上
には、マスクパターンが投影露光(転写)される。な
お、マスクに形成されたパターンは高集積化されてお
り、この微細パターンをウエハ上に正確に転写するには
ウエハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠で
ある。
Accordingly, the light beam from the rectangular illumination field formed on the predetermined surface is restricted via the illumination field stop, and then illuminated in a superimposed manner on the mask on which the predetermined pattern is formed via the relay lens. I do. Thus, on the mask,
An image of the opening of the illumination field stop is formed as a rectangular illumination area. Light transmitted through the pattern of the mask forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) on the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.

【0004】近年においては、オプティカルインテグレ
ータの射出側に配置された開口絞りの開口部(光透過
部)の大きさを変化させることにより、オプティカルイ
ンテグレータを介して形成される二次光源の大きさを変
化させて、照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口絞り径
/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系の射出
側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化させる技
術が注目されている。また、オプティカルインテグレー
タの射出側に配置された開口絞りの開口部の形状を輪帯
状や四つ穴状(すなわち4極状)に設定することによ
り、オプティカルインテグレータにより形成される二次
光源の形状を輪帯状や4極状に制限して、投影光学系の
焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。
In recent years, the size of a secondary light source formed via an optical integrator has been changed by changing the size of an opening (light transmitting portion) of an aperture stop arranged on the emission side of the optical integrator. A technique for changing the illumination coherency σ (σ value = aperture stop diameter / pupil diameter of the projection optical system, or σ value = exit side numerical aperture of the illumination optical system / incident side numerical aperture of the projection optical system). Is attracting attention. Also, the shape of the secondary light source formed by the optical integrator is formed by setting the shape of the aperture of the aperture stop arranged on the emission side of the optical integrator to a ring shape or a four-hole shape (ie, quadrupole shape). Attention has been paid to a technique for improving the depth of focus and the resolving power of a projection optical system by limiting the shape to an annular shape or a quadrupole shape.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光装置で
は、製造すべきマイクロデバイスの特性に応じて、ウエ
ハのような感光性基板上に形成される照明領域すなわち
露光領域の大きさを変更したい場合がある。換言する
と、使用するマスクの特性に応じて、マスク上に形成さ
れる照明領域の大きさを変更したい場合がある。たとえ
ば、標準的に設定されている照明領域よりも小さい照明
領域を形成したい場合、上述の照明視野絞りの開口部の
大きさを小さくする方法が考えられる。しかしながら、
この方法では、照明視野絞りにおいて光損失が発生し、
結果として露光装置のスループットが低下してしまう。
In an exposure apparatus, it is desired to change the size of an illumination area, that is, an exposure area formed on a photosensitive substrate such as a wafer, according to the characteristics of a microdevice to be manufactured. There is. In other words, there is a case where it is desired to change the size of the illumination area formed on the mask according to the characteristics of the mask to be used. For example, when it is desired to form an illumination area smaller than a standardly set illumination area, a method of reducing the size of the aperture of the illumination field stop described above is conceivable. However,
In this method, light loss occurs in the illumination field stop,
As a result, the throughput of the exposure apparatus decreases.

【0006】一方、照明視野絞りにおける光損失を実質
的に回避するために、たとえばリレーレンズの倍率を変
化させてマスク上に形成される照明領域を、ひいては感
光性基板上に形成される露光領域を小さくする方法も考
えられる。しかしながら、この方法では、マスク上に形
成される照明領域の大きさの変化に伴って、照明開口数
(以下、「照明NA」という)が変化し、ひいては最適
に設計されていたσ値も変化してしまう。
On the other hand, in order to substantially avoid light loss in the illumination field stop, the illumination area formed on the mask by changing the magnification of the relay lens and the exposure area formed on the photosensitive substrate, for example, are changed. It is also conceivable to reduce the value. However, in this method, the illumination numerical aperture (hereinafter, referred to as “illumination NA”) changes with the change in the size of the illumination area formed on the mask, and the σ value that is optimally designed also changes. Resulting in.

【0007】このように、露光装置では、製造すべきマ
イクロデバイスの特性に応じて、露光領域の大きさと同
様にσ値も所望の値に設定したいという要求がある。換
言すると、露光装置に用いられる照明光学装置におい
て、使用するマスクの特性に応じて、照明領域の大きさ
と同様に照明NAもそれぞれ所望の値に設定したいとい
う要求がある。なお、本発明で言うマイクロデバイスと
は、半導体集積回路等を有する半導体素子、高精細フラ
ットパネルディスプレイ、CCD等の撮像素子、パソコ
ンハードディスク用の磁気ヘッド、回折光学素子等を含
む。
As described above, in the exposure apparatus, there is a demand to set the σ value to a desired value as well as the size of the exposure area according to the characteristics of the microdevice to be manufactured. In other words, in the illumination optical device used in the exposure apparatus, there is a demand to set the illumination NA to a desired value as well as the size of the illumination area, depending on the characteristics of the mask used. The microdevice referred to in the present invention includes a semiconductor element having a semiconductor integrated circuit and the like, a high-definition flat panel display, an imaging element such as a CCD, a magnetic head for a personal computer hard disk, a diffractive optical element, and the like.

【0008】また、露光条件又は照明条件を変更するた
めに、オプティカルインテグレータにより形成される二
次光源の光強度分布(露光用照明装置の瞳位置又はその
近傍に形成される光強度分布)を所望の形状(例えば円
形状、輪帯状又は4極状のうちのいずれかの形状)又は
所望の大きさ(例えば円形状、輪帯状又は4極状の大き
さ)に変更した場合、被照射物体としてのマスクでの照
明開口数(NA)が変化して、所望の露光条件又は所望
の照明条件のもとで良好なるマスクパターンをウエハ等
の感光性基板に露光できないという問題がある。
In order to change the exposure condition or the illumination condition, a light intensity distribution of the secondary light source formed by the optical integrator (light intensity distribution formed at or near the pupil position of the exposure illumination device) is desired. (For example, any one of a circular shape, a ring shape or a quadrupole shape) or a desired size (for example, a circular shape, a ring shape or a quadrupole shape), However, the illumination numerical aperture (NA) of the mask changes, and it is impossible to expose a good mask pattern to a photosensitive substrate such as a wafer under a desired exposure condition or a desired illumination condition.

【0009】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光量損失を良好に抑えつつ、被照射面に形成
される照明領域の大きさと照明NAとをそれぞれ所望の
値に調整することのできる照明光学装置、該照明光学装
置を備えた露光装置、および該露光装置を用いたマイク
ロデバイス製造方法を提供することを第1の目的とす
る。また、本発明は、露光条件又は照明条件を変更した
としても、所望の露光条件又は所望の照明条件のもとで
良好なるマスクパターンをウエハ等の感光性基板に露光
でき得る露光装置およびマイクロデバイスの製造方法を
提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and adjusts the size of the illumination area formed on the surface to be irradiated and the illumination NA to desired values, respectively, while favorably suppressing the light quantity loss. It is a first object of the present invention to provide an illumination optical device capable of performing the above, an exposure device provided with the illumination optical device, and a microdevice manufacturing method using the exposure device. Further, the present invention provides an exposure apparatus and a micro device capable of exposing a good mask pattern on a photosensitive substrate such as a wafer under a desired exposure condition or a desired illumination condition even if the exposure condition or the illumination condition is changed. It is a second object of the present invention to provide a manufacturing method of the above.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記第1の目的を解決す
るために、本発明の第1発明では、被照射面を照明する
照明光学装置において、前記被照射面における照明開口
数を調整するために焦点距離または倍率が可変の第1変
倍光学系と、前記被照射面に形成される照明領域の大き
さを変化させるために焦点距離または倍率が可変の第2
変倍光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装
置を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, wherein an illumination numerical aperture on the surface to be illuminated is adjusted. A first variable power optical system having a variable focal length or magnification, and a second variable power optical system having a variable focal length or magnification for changing the size of an illumination area formed on the irradiation surface.
There is provided an illumination optical device including a variable power optical system.

【0011】第1発明の好ましい態様によれば、前記照
明開口数と前記照明領域の大きさとをそれぞれ所望の値
に設定するために前記第1変倍光学系および前記第2変
倍光学系の各焦点距離または各倍率を調整するための調
整系を備えていることが好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention, in order to set the illumination numerical aperture and the size of the illumination area to desired values, respectively, the first variable power optical system and the second variable power optical system are used. It is preferable to provide an adjustment system for adjusting each focal length or each magnification.

【0012】また、第1発明の好ましい態様によれば、
照明光を供給するための光源手段と、前記照明光に基づ
いて多数の光束を形成するための多光源形成手段と、前
記光源手段からの光束を所定の断面形状を有する光束に
変換するための光束変換光学系とを備え、前記第1変倍
光学系は、前記光束変換光学系を介した光束を前記多光
源形成手段へ導き、前記第2変倍光学系は、前記多光源
形成手段からの多数の光束を前記被照射面へ導くことが
好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention,
Light source means for supplying illumination light, multiple light source forming means for forming a large number of light fluxes based on the illumination light, and a light source means for converting the light flux from the light source means into a light flux having a predetermined cross-sectional shape A light-flux conversion optical system, wherein the first variable-power optical system guides the light beam passing through the light-flux conversion optical system to the multiple light source forming unit, and the second variable-power optical system includes Is preferably guided to the surface to be irradiated.

【0013】この場合、前記多光源形成手段は、波面分
割型のオプティカルインテグレータを有し、前記第1変
倍光学系は、前記光束変換光学系を介して形成された発
散光束をほぼ平行な光束に変換して前記波面分割型のオ
プティカルインテグレータの入射面へ導き、前記調整系
は、前記被照射面に形成される前記照明領域の大きさを
所望の値に調整するために前記第2変倍光学系の焦点距
離を変化させ、前記第2変倍光学系の焦点距離の変化に
伴って変化する前記照明開口数を所望の値に調整するた
めに前記第1変倍光学系の焦点距離を変化させることが
好ましい。
In this case, the multiple light source forming means has a wavefront splitting type optical integrator, and the first variable power optical system converts the divergent light beam formed through the light beam conversion optical system into a substantially parallel light beam. To the incident surface of the wavefront splitting optical integrator, and the adjustment system adjusts the second magnification in order to adjust the size of the illumination area formed on the irradiated surface to a desired value. The focal length of the first variable power optical system is adjusted by changing the focal length of the optical system and adjusting the illumination numerical aperture that changes with the change of the focal length of the second variable power optical system to a desired value. Preferably, it is changed.

【0014】あるいは、前記多光源形成手段は、内面反
射型のオプティカルインテグレータを有し、前記第1変
倍光学系は、前記光束変換光学系を介して形成された発
散光束を前記内面反射型のオプティカルインテグレータ
の入射面の近傍へ集光し、前記調整系は、前記被照射面
に形成される前記照明領域の大きさを所望の値に調整す
るために前記第2変倍光学系の倍率を変化させ、前記第
2変倍光学系の倍率の変化に伴って変化する前記照明開
口数を所望の値に調整するために前記第1変倍光学系の
倍率を変化させることが好ましい。
Alternatively, the multiple light source forming means has an internal reflection type optical integrator, and the first variable power optical system converts the divergent light beam formed through the light beam conversion optical system to the internal reflection type light beam. The light is focused near the entrance surface of the optical integrator, and the adjustment system adjusts the magnification of the second variable power optical system to adjust the size of the illumination area formed on the irradiation surface to a desired value. Preferably, the magnification of the first variable power optical system is changed in order to adjust the illumination numerical aperture, which changes with the change of the magnification of the second variable power optical system, to a desired value.

【0015】また、第1発明の好ましい態様によれば、
照明光を供給するための光源手段と、前記光源手段から
の光束を所定の断面形状を有する光束に変換するための
光束変換光学系とを備え、前記第1変倍光学系は、前記
光束変換光学系からの光束を前記第2変倍光学系へ導
き、前記第2変倍光学系は、前記第1変倍光学系を介し
た光束に基づいて多数の光束を形成するための多光源形
成手段を含み、前記第2変倍光学系は、前記第1変倍光
学系からの光束を前記被照射面へ導くことが好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention,
A light source unit for supplying illumination light; and a light beam conversion optical system for converting a light beam from the light source unit into a light beam having a predetermined cross-sectional shape. A light beam from an optical system is guided to the second variable power optical system, and the second variable power optical system forms a plurality of light sources for forming a large number of light beams based on the light beam passing through the first variable power optical system. It is preferable that the second variable power optical system includes means for guiding a light beam from the first variable power optical system to the irradiated surface.

【0016】この場合、前記多光源形成手段は、光軸に
沿って移動可能な複数の波面分割型のオプティカルイン
テグレータを含む焦点距離が可変のオプティカルインテ
グレータ群を有し、前記第1変倍光学系は、前記光束変
換光学系を介して形成された発散光束をほぼ平行な光束
に変換して前記オプティカルインテグレータ群の入射面
へ導き、前記調整系は、前記被照射面に形成される前記
照明領域の大きさだけを変化させて所望の値に調整する
ために前記オプティカルインテグレータ群の焦点距離を
変化させ、前記照明開口数だけを変化させて所望の値に
調整するために前記第1変倍光学系の焦点距離を変化さ
せることが好ましい。
In this case, the multiple light source forming means has a variable focal length optical integrator group including a plurality of wavefront splitting optical integrators movable along an optical axis, and the first variable power optical system. Converts the divergent light beam formed through the light beam conversion optical system into a substantially parallel light beam and guides the light beam to an incident surface of the optical integrator group, and the adjustment system controls the illumination area formed on the irradiated surface. The focal length of the optical integrator group is changed in order to adjust only the size of the optical integrator group to a desired value, and the first variable power optical system is changed in order to adjust only the illumination numerical aperture to a desired value. It is preferable to change the focal length of the system.

【0017】また、この場合、前記オプティカルインテ
グレータ群は、光源側から順に、光軸に沿って移動可能
な正屈折力の第1オプティカルインテグレータと、光軸
に沿って移動可能な負屈折力の第2オプティカルインテ
グレータと、光軸に沿って固定された正屈折力の第3オ
プティカルインテグレータとを有し、前記調整系は、前
記オプティカルインテグレータ群の後側焦点面を実質的
に移動させることなくその焦点距離を連続的に変化させ
るために、前記第1オプティカルインテグレータおよび
前記第2オプティカルインテグレータを光軸に沿って互
いに独立的に移動させることが好ましい。
In this case, the optical integrator group includes a first optical integrator having a positive refractive power movable along the optical axis and a second optical integrator having a negative refractive power movable along the optical axis. A second optical integrator, and a third optical integrator having a positive refractive power fixed along the optical axis, wherein the adjusting system adjusts the focal point of the optical integrator group without substantially moving a rear focal plane thereof. In order to continuously change the distance, it is preferable that the first optical integrator and the second optical integrator are independently moved along the optical axis.

【0018】さらに、第1発明の好ましい態様によれ
ば、前記光束変換光学系は、照明光路に対して挿脱自在
に構成された複数の回折光学素子を有し、前記複数の回
折光学素子は、前記光源手段からのほぼ平行な光束を互
いに異なる断面形状の発散光束に変換することが好まし
い。
Further, according to a preferred aspect of the first invention, the light beam conversion optical system has a plurality of diffractive optical elements configured to be detachable from an illumination optical path, and the plurality of diffractive optical elements are Preferably, substantially parallel light beams from the light source means are converted into divergent light beams having different cross-sectional shapes.

【0019】また、本発明の第2発明では、第1発明の
照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパ
ターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系
とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
この場合、前記調整系は、前記マスクのパターンに関す
る情報に基づいて、前記第1変倍光学系および前記第2
変倍光学系の各焦点距離または各倍率を調整することが
好ましい。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the illumination optical device according to the first aspect of the present invention, and a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern disposed on the surface to be irradiated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus is provided.
In this case, the adjustment system is configured to control the first variable power optical system and the second
It is preferable to adjust each focal length or each magnification of the variable power optical system.

【0020】さらに、本発明の第3発明では、第1発明
の照明光学装置により前記被照射面に配置されたマスク
を照明する工程と、照明された前記マスクのパターンを
感光性基板上に転写する工程とを含むことを特徴とす
る、マイクロデバイスの製造方法を提供する。この場
合、前記マスクのパターンに関する情報に基づいて、前
記第1変倍光学系および前記第2変倍光学系の各焦点距
離または各倍率を調整する工程を含ことが好ましい。
Further, according to a third aspect of the present invention, a step of illuminating a mask disposed on the surface to be illuminated by the illumination optical device of the first aspect, and transferring the illuminated pattern of the mask onto a photosensitive substrate. And a method of manufacturing a microdevice. In this case, it is preferable to include a step of adjusting each focal length or each magnification of the first variable power optical system and the second variable power optical system based on information on the pattern of the mask.

【0021】また、前記第2の目的を解決するために、
本発明の第4発明では、所定のパターンを有するマスク
のパターンを露光用の光束で照明する照明光学装置と、
前記マスクのパターン像を感光性基板に投影露光する投
影系とを有する露光装置において、前記感光性基板での
露光条件又は前記マスクでの照明条件に関する情報を入
力する入力手段を備え、前記照明光学装置は、前記入力
手段からの入力情報に基づいて前記露光用の光束を所望
の光強度分布を有する光束に変換する光束変換手段と、
前記入力手段からの入力情報に基づいて前記マスクでの
照明開口数を調整する第1変倍光学系と、前記入力手段
からの入力情報に基づいて前記マスクに形成される照明
領域の大ききを変化させる第2変倍光学系とを含むこと
を特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記照明
光学装置は、前記マスクを均一に照明するオプティカル
インテグレータを含み、前記第1変倍光学系は、前記オ
プティカルインテグレータの入射側に配置されており、
前記第2変倍光学系は、前記オプティカルインテグレー
タの射出側に配置されていることが好ましい。
In order to solve the second object,
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device which illuminates a mask pattern having a predetermined pattern with a light beam for exposure,
An exposure system having a projection system for projecting and exposing the pattern image of the mask onto a photosensitive substrate, comprising: The apparatus is a light beam converting unit that converts the light beam for exposure into a light beam having a desired light intensity distribution based on input information from the input unit,
A first variable magnification optical system that adjusts an illumination numerical aperture at the mask based on input information from the input unit, and a large illumination area formed on the mask based on input information from the input unit; And a second variable power optical system for changing the magnification. In this case, the illumination optical device includes an optical integrator that uniformly illuminates the mask, and the first variable power optical system is disposed on an incident side of the optical integrator.
It is preferable that the second variable power optical system is arranged on the exit side of the optical integrator.

【0022】さらに、本発明の第5発明では、所定のパ
ターンを有するマスクのパターンを露光用の光束で照明
する照明工程と、前記マスクのパターン像を感光性基板
に投影露光する露光工程とを含むマイクロデバイスの製
造方法において、前記照明工程は、前記感光性基板での
露光条件又は前記マスクでの照明条件に関する情報を入
力する入力工程と、前記入力工程からの入力情報に基づ
いて露光用の光束を所望の光強度分布を有する光束に変
換する光束変換工程と、前記入力工程からの入力情報に
基づいて前記マスクに形成される照明領域の大きさを変
化させる照明領域可変工程と、前記入力手段からの入力
情報に基づいて前記マスクでの照明開口数を調整する調
整工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製
造方法を提供する。この場合、前記調整工程は、前記照
明領域可変工程により変化する照明開口数の値を補正し
て前記照明開口数の値をほぼ一定に保つことを含むこと
が好ましい。
Further, in the fifth invention of the present invention, an illuminating step of illuminating a mask pattern having a predetermined pattern with a light beam for exposure, and an exposing step of projecting and exposing a pattern image of the mask on a photosensitive substrate. In the method for manufacturing a micro device, the illumination step includes an input step of inputting information on an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask, and an exposure step based on input information from the input step. A light beam converting step of converting a light beam into a light beam having a desired light intensity distribution; an illumination area changing step of changing a size of an illumination area formed on the mask based on input information from the input step; Adjusting the illumination numerical aperture of the mask based on input information from the means. In this case, it is preferable that the adjusting step includes correcting the value of the illumination numerical aperture changed by the illumination area changing step to keep the value of the illumination numerical aperture substantially constant.

【0023】また、本発明の第6発明では、所定のパタ
ーンを有するマスクのパターンを露光用の光束で照明す
る照明光学装置と、前記マスクのパターン像を感光性基
板に投影露光する投影系とを有する露光装置において、
前記照明光学装置は、該照明光学装置の瞳位置又はその
近傍での光強度分布を変化させる変更手段と、該変更手
段による光強度分布の変化に応じて前記マスクでの照明
開口数を調整する調整手段とを有することを特徴とする
露光装置を提供する。この場合、前記変更手段は、前記
露光用の光束を、互いに異なる光強度分布を有する複数
の光束の内のlつの光束に選択的に変換する光束変換手
段を含むことが好ましい。また、この場合、前記光束変
換手段は、第1光強度分布を形成する第1回折光学部材
と、光路に対して第1回折光学部材と交換可能に設けら
れて前記第1光強度分布とは異なる第2光強度分布を形
成する第2回折光学部材とを有することが好ましい。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus for illuminating a mask pattern having a predetermined pattern with a light beam for exposure, and a projection system for projecting and exposing a pattern image of the mask on a photosensitive substrate. An exposure apparatus having
The illumination optical device changes a light intensity distribution at or near a pupil position of the illumination optical device, and adjusts an illumination numerical aperture of the mask according to a change in the light intensity distribution caused by the change device. An exposure apparatus having an adjusting unit is provided. In this case, it is preferable that the changing means includes a light beam converting means for selectively converting the light beam for exposure into one light beam among a plurality of light beams having different light intensity distributions. Further, in this case, the light beam converting means is provided with a first diffractive optical member forming a first light intensity distribution, and the first light intensity distribution is provided exchangeably with the first diffractive optical member with respect to an optical path. It is preferable to have a second diffractive optical member that forms a different second light intensity distribution.

【0024】さらに、本発明の第7発明では、照明光学
装置を用いて所定のパターンを有するマスクのパターン
を照明する照明工程と、投影系を用いて前記マスクのパ
ターン像を感光性基板に投影露光する露光工程とを含む
マイクロデバイスの製造方法において、前記照明工程
は、前記照明光学装置の瞳位置又はその近傍での光強度
分布を変化させる変更工程と、該変更工程による光強度
分布の変化に応じて前記マスクでの照明開口数を調整す
る調整工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイス
の製造方法を提供する。
Further, according to a seventh aspect of the present invention, an illumination step of illuminating a mask pattern having a predetermined pattern using an illumination optical device, and projecting a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate using a projection system. In the method for manufacturing a micro device including an exposing step of exposing, the illuminating step includes a changing step of changing a light intensity distribution at or near a pupil position of the illumination optical device, and a change in the light intensity distribution due to the changing step. Adjusting the illumination numerical aperture of the mask according to the method.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明では、被照射面における照
明NAを調整するための第1変倍光学系と、被照射面に
形成される照明領域の大きさを変化させるための第2変
倍光学系とを備えている。そして、本発明の典型的な実
施形態では、光源手段からの光束を所定の断面形状を有
する発散光束に変換するための光束変換光学系を備え、
第1変倍光学系はこの発散光束を集光して多光源形成手
段の入射面へ導き、第2変倍光学系は多光源形成手段に
より形成された多数の光源からの光束を集光して被照射
面へ導く。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a first variable power optical system for adjusting the illumination NA on an irradiated surface and a second variable optical system for changing the size of an illumination area formed on the irradiated surface are described. Optical system. In a typical embodiment of the present invention, a light beam conversion optical system for converting a light beam from the light source unit into a divergent light beam having a predetermined cross-sectional shape is provided.
The first variable power optical system condenses the divergent light beam and guides the divergent light beam to the entrance surface of the multiple light source forming means, and the second variable power optical system collects the light beams from the multiple light sources formed by the multiple light source forming means. To the surface to be irradiated.

【0026】具体的には、多光源形成手段としてマイク
ロフライアイやフライアイレンズのような波面分割型の
オプティカルインテグレータを用いる場合、第1変倍光
学系は、光束変換光学系を介して形成された発散光束を
ほぼ平行な光束に変換してオプティカルインテグレータ
の入射面へ導く。第2変倍光学系は、オプティカルイン
テグレータの後側焦点面に形成される二次光源からの光
束を集光して被照射面へ導く。この場合、マイクロフラ
イアイやフライアイレンズを構成する各レンズエレメン
ト(または微小レンズ)の形状と被照射面に形成される
照明領域の形状とは相似であり、その大きさは第2変倍
光学系の焦点距離に依存する。
Specifically, when a wavefront splitting optical integrator such as a micro fly's eye or a fly's eye lens is used as the multiple light source forming means, the first variable power optical system is formed via a light beam converting optical system. The divergent light beam is converted into a substantially parallel light beam and guided to the incident surface of the optical integrator. The second variable power optical system condenses the light beam from the secondary light source formed on the rear focal plane of the optical integrator and guides the light beam to the irradiated surface. In this case, the shape of each lens element (or microlens) constituting the micro fly's eye or fly's eye lens is similar to the shape of the illumination area formed on the surface to be illuminated, and the size is the second variable power optical. Depends on the focal length of the system.

【0027】したがって、第2変倍光学系の焦点距離を
変化させると、被照射面に形成される照明領域の大きさ
が変化するとともに、被照射面における照明NAも変化
する。一方、第1変倍光学系の焦点距離を変化させる
と、オプティカルインテグレータの入射面に形成される
照野の大きさが変化し、その結果、照明領域の大きさが
変化することなく照明NAだけが変化する。こうして、
第2変倍光学系の焦点距離を変化させることによって、
被照射面に形成される照明領域の大きさを変化させて所
望の値に調整することができる。そして、第1変倍光学
系の焦点距離を変化させることにより、第2変倍光学系
の焦点距離の変化に伴って変化した照明NAを所望の値
に調整することができる。
Therefore, when the focal length of the second variable power optical system is changed, the size of the illumination area formed on the irradiated surface changes, and the illumination NA on the irradiated surface also changes. On the other hand, when the focal length of the first variable power optical system is changed, the size of the illuminated field formed on the entrance surface of the optical integrator changes. Changes. Thus,
By changing the focal length of the second variable power optical system,
The desired value can be adjusted by changing the size of the illumination area formed on the irradiation surface. Then, by changing the focal length of the first variable power optical system, it is possible to adjust the illumination NA changed with the change of the focal length of the second variable power optical system to a desired value.

【0028】以上のように、本発明の照明光学装置で
は、第1変倍光学系および第2変倍光学系の各焦点距離
(または各倍率)を調整することにより、光量損失を良
好に抑えつつ、照明NAと照明領域の大きさとをそれぞ
れ所望の値に調整することができる。したがって、本発
明の照明光学装置を組み込んだ露光装置では、開口絞り
や照明視野絞りにおける光量損失を良好に抑えつつ、露
光領域の大きさとσ値とをそれぞれ所望の値に調整する
ことができる。すなわち、本発明の露光装置では、製造
すべきマイクロデバイスの特性に応じて、あるいは使用
するマスクの特性に応じて、照明領域(露光領域)の大
きさおよびσ値をそれぞれ最適な値に設定し、高い露光
照度および良好な露光条件のもとで、スループットの高
い良好な投影露光を行うことができる。
As described above, in the illumination optical apparatus according to the present invention, the loss of light amount is favorably suppressed by adjusting each focal length (or each magnification) of the first variable power optical system and the second variable power optical system. In addition, the illumination NA and the size of the illumination area can be adjusted to desired values. Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical device of the present invention, the size of the exposure area and the σ value can be adjusted to desired values while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop and the illumination field stop. That is, in the exposure apparatus of the present invention, the size of the illumination area (exposure area) and the σ value are set to optimal values according to the characteristics of the microdevice to be manufactured or the characteristics of the mask to be used. Under high exposure illuminance and favorable exposure conditions, favorable projection exposure with high throughput can be performed.

【0029】また、本発明の照明光学装置を用いて被照
射面上に配置されたマスクのパターンを感光性基板上に
露光する露光方法あるいはマイクロデバイスの製造方法
では、良好な露光条件のもとで投影露光を行うことがで
きるので、良好なマイクロデバイスを製造することがで
きる。
In an exposure method for exposing a pattern of a mask disposed on a surface to be irradiated to a photosensitive substrate by using the illumination optical device of the present invention or a method for manufacturing a microdevice, the method may be performed under favorable exposure conditions. , It is possible to produce a good microdevice.

【0030】また、本発明は、露光条件又は照明条件を
変更するために、変更手段または光束変換手段(例え
ば、円形光束形成用の回折光学部材3、輪帯光束形成用
の回折光学部材3a、および4極光束形成用の回折光学
部材3bの1つを照明光路に設定する機構等)によって
照明光学系の瞳位置(オプティカルインテグレータによ
り形成される二次光源位置またはそれと光学的に共役な
位置)又はその位置近傍での光強度分布を変更すると、
照明開口数が変化するが、調整手段としての第1変倍光
学系の倍率又は焦点距離の調整(変更)によって照明開
口数の変化を補正することができる。従って、所望の露
光条件又は所望の照明条件のもとで良好なるマスクパタ
ーンをウエハ等の感光性基板に露光でき得る露光装置お
よびマイクロデバイスの製造方法を実現できる。
Further, according to the present invention, in order to change the exposure condition or the illumination condition, changing means or light beam converting means (for example, a diffractive optical member 3 for forming a circular light beam, a diffractive optical member 3a for forming an annular light beam, And a pupil position of the illumination optical system (a secondary light source position formed by an optical integrator or a position optically conjugate with the same) by a mechanism for setting one of the diffractive optical members 3b for forming a quadrupole beam in the illumination light path. Or, if the light intensity distribution near that position is changed,
Although the illumination numerical aperture changes, the change in the illumination numerical aperture can be corrected by adjusting (changing) the magnification or the focal length of the first variable power optical system as the adjusting means. Therefore, it is possible to realize an exposure apparatus and a microdevice manufacturing method capable of exposing a good mask pattern to a photosensitive substrate such as a wafer under a desired exposure condition or a desired illumination condition.

【0031】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる照明
光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。なお、図1では、照明光学装置が通常の円形照明を
行うように設定されている。図1の露光装置は、露光光
(照明光)を供給するための光源1として、たとえば2
48nmまたは193nmの波長の光を供給するエキシ
マレーザー光源を備えている。光源1から基準光軸AX
に沿って射出されたほぼ平行な光束は、整形光学系(不
図示)を介して所望の矩形状の断面を有する光束に整形
された後、光遅延部2に入射する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the illumination optical device is set to perform ordinary circular illumination. The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes, for example, 2 light sources 1 for supplying exposure light (illumination light).
An excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 48 nm or 193 nm is provided. From light source 1 to reference optical axis AX
The substantially parallel light beam emitted along the light beam is shaped into a light beam having a desired rectangular cross section via a shaping optical system (not shown), and then enters the optical delay unit 2.

【0032】図2は、図1の光遅延部2の内部構成およ
び作用を説明する斜視図である。図2に示すように、光
遅延部2は、光軸AXに対して45度に斜設されたハー
フミラー200を備えている。したがって、光軸AXに
沿ってハーフミラー200に入射した光束は、ハーフミ
ラー200を透過する光束とハーフミラー200で+X
方向に反射される光束とに分割される。ハーフミラー2
00を透過した光束は、光軸AXに沿って円形照明用の
回折光学素子(DOE)3に入射する。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the internal configuration and operation of the optical delay unit 2 of FIG. As shown in FIG. 2, the optical delay unit 2 includes a half mirror 200 inclined at 45 degrees with respect to the optical axis AX. Therefore, the light beam incident on the half mirror 200 along the optical axis AX is equal to the light beam transmitted through the half mirror 200 and + X
The light beam is split into light beams reflected in the direction. Half mirror 2
The light beam transmitted through 00 is incident on the diffractive optical element (DOE) 3 for circular illumination along the optical axis AX.

【0033】一方、ハーフミラー200で+X方向に反
射された光束は、第1の反射ミラー201で−Y方向に
反射され、第2の反射ミラー202で−X方向に反射さ
れ、第3の反射ミラー203で+Y方向に反射され、第
4の反射ミラー204で+X方向に反射された後に、ハ
ーフミラー200に戻る。ハーフミラー200に戻った
光束は、ハーフミラー200を透過する光束とハーフミ
ラー200で−Z方向に反射される光束とに分割され
る。ハーフミラー200で−Z方向に反射された光束
は、光軸AXに沿って回折光学素子3に入射する。一
方、ハーフミラー200を透過した光束は、第1の反射
ミラー201〜第4の反射ミラー204を介した後に、
ハーフミラー200に再び戻る。
On the other hand, the light beam reflected in the + X direction by the half mirror 200 is reflected in the -Y direction by the first reflection mirror 201, reflected in the -X direction by the second reflection mirror 202, and is reflected by the third reflection mirror. After being reflected by the mirror 203 in the + Y direction and by the fourth reflecting mirror 204 in the + X direction, the light returns to the half mirror 200. The light flux returning to the half mirror 200 is split into a light flux transmitted through the half mirror 200 and a light flux reflected in the −Z direction by the half mirror 200. The light beam reflected in the −Z direction by the half mirror 200 enters the diffractive optical element 3 along the optical axis AX. On the other hand, the light beam transmitted through the half mirror 200 passes through the first reflection mirror 201 to the fourth reflection mirror 204,
Return to the half mirror 200 again.

【0034】以上のように、光軸AXに沿って光遅延部
2に入射した光束は、ビームスプリッタとしてのハーフ
ミラー200を透過する光束とハーフミラー200で反
射される光束とに分割される。ハーフミラー200で反
射された光束は、矩形形状の遅延光路を形成するように
配置された4つの反射ミラー201〜204において順
次偏向された後に、ハーフミラー200に戻る。このと
き、光軸AXに沿ってハーフミラー200に入射する光
束の入射位置と矩形形状の遅延光路を介してハーフミラ
ー200に戻る光束のハーフミラー200への再入射位
置とが一致するように、4つの反射ミラー201〜20
4が配置されている。
As described above, the light beam incident on the optical delay unit 2 along the optical axis AX is split into a light beam transmitted through the half mirror 200 as a beam splitter and a light beam reflected by the half mirror 200. The light beam reflected by the half mirror 200 returns to the half mirror 200 after being sequentially deflected by four reflection mirrors 201 to 204 arranged so as to form a rectangular delay optical path. At this time, the incident position of the light beam incident on the half mirror 200 along the optical axis AX coincides with the re-incident position of the light beam returning to the half mirror 200 via the rectangular delay optical path. Four reflection mirrors 201 to 20
4 are arranged.

【0035】したがって、遅延光路を1回経た後にハー
フミラー200で−Z方向に反射された光束P1は、遅
延光路を経ることなくハーフミラー200を透過した光
束P0 と同じ光軸AXに沿って射出され、光束P0と
光束P1との間には遅延光路の光路長に等しい光路長差
が付与される。同様に、遅延光路を2回経た後にハーフ
ミラー200で反射された光束P2は、光束P0や光束
P1と同じ光軸AXに沿って射出される。このとき、光
束P0と光束P2との間には遅延光路の光路長の2倍に
等しい光路長差が付与され、光束P1と光束P2との間
には遅延光路の光路長に等しい光路長差が付与される。
すなわち、光遅延部2は、光軸AXに沿って入射する光
束を時間的に複数の光束(理論的には無限数の光束であ
るが、エネルギの小さい光束の影響を無視すれば実用的
には有限数の光束)に分割し、時間的に連続する2つの
光束の間に遅延光路の光路長に等しい光路長差を付与す
る。
Therefore, the light beam P1 reflected in the -Z direction by the half mirror 200 after passing through the delay optical path once is emitted along the same optical axis AX as the light beam P0 transmitted through the half mirror 200 without passing through the delay optical path. Then, an optical path length difference equal to the optical path length of the delay optical path is provided between the light flux P0 and the light flux P1. Similarly, the light beam P2 reflected by the half mirror 200 after passing through the delay optical path twice is emitted along the same optical axis AX as the light beam P0 and the light beam P1. At this time, an optical path length difference equal to twice the optical path length of the delay optical path is provided between the light beams P0 and P2, and an optical path length difference equal to the optical path length of the delay optical path is provided between the light beams P1 and P2. Is given.
That is, the optical delay unit 2 converts the light beam incident along the optical axis AX into a plurality of light beams temporally (in theory, an infinite number of light beams, but practically if the influence of a light beam with small energy is ignored). Is divided into a finite number of light beams), and an optical path length difference equal to the optical path length of the delay optical path is provided between two temporally continuous light beams.

【0036】なお、一般に、反射ミラーの反射率はP偏
光入射とS偏光入射とでは異なり、S偏光入射の方がP
偏光入射よりも高い反射率を確保することができる。し
たがって、光遅延部2では、遅延光路における光損失を
回避するために、4個の反射ミラー201〜204に対
してS偏光状態で光束が入射するように構成することが
好ましい。本実施形態の場合、図2に示すように、ハー
フミラー200に対してP偏光状態で光束を入射させる
ことにより、4個の反射ミラー201〜204に対して
S偏光入射が可能となる。
In general, the reflectance of the reflecting mirror is different between the incidence of P-polarized light and the incidence of S-polarized light.
Higher reflectance than polarized light incidence can be ensured. Therefore, it is preferable that the optical delay unit 2 is configured so that the light flux enters the four reflection mirrors 201 to 204 in the S-polarized state in order to avoid optical loss in the delay optical path. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 2, by causing a light beam to enter the half mirror 200 in the P-polarized state, S-polarized light can enter the four reflection mirrors 201 to 204.

【0037】以上のように、光遅延部2により、光軸A
Xに沿って入射する光束は、時間的に複数の光束に分割
され、時間的に連続する2つの光束の間には遅延光路の
光路長と等しい光路長差が付与される。ここで、付与さ
れる光路長差は、コヒーレント光源1からの光束の時間
的可干渉距離以上に設定されている。したがって、光遅
延部2により分割される波連においてコヒーレンシー
(可干渉性)を低減することができ、被照明面における
干渉縞やスペックルの発生を良好に抑えることができ
る。この種の光遅延手段に関するさらに詳細な構成およ
び作用は、たとえば特開平11−174365号公報、
特願平10‐117434号明細書および図面、特願平
11‐21591号明細書および図面、特願平11‐2
5629号明細書および図面などに開示されている。
As described above, the optical delay A 2 causes the optical axis A
The light beam incident along X is temporally divided into a plurality of light beams, and an optical path length difference equal to the optical path length of the delay optical path is provided between two temporally continuous light beams. Here, the given optical path length difference is set to be equal to or longer than the temporal coherence length of the light beam from the coherent light source 1. Therefore, coherency (coherence) can be reduced in the wave train divided by the optical delay unit 2, and the occurrence of interference fringes and speckles on the surface to be illuminated can be favorably suppressed. More detailed configuration and operation of this type of optical delay means are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-174365,
Japanese Patent Application No. 10-117434 specification and drawings, Japanese Patent Application No. 11-21591 specification and drawings, Japanese Patent Application No. 11-2
No. 5629 and the drawings.

【0038】上述したように、光遅延部2を介した矩形
状のほぼ平行な光束は、回折光学素子3に入射する。一
般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光(照明光)
の波長程度のピッチを有する段差を形成することによっ
て構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を
有する。具体的には、円形照明用の回折光学素子3は、
光軸AXに沿って入射した矩形状のほぼ平行な光束を、
円形状の断面を有する発散光束に変換する。このよう
に、回折光学素子3は、光源1からの光束を所定の断面
形状(この場合は円形形状)を有する発散光束に変換す
るための光束変換光学系を構成している。
As described above, the rectangular, substantially parallel light flux passing through the optical delay section 2 enters the diffractive optical element 3. Generally, a diffractive optical element is used to expose light (illumination light) to a glass substrate.
And has a function of diffracting the incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 3 for circular illumination is
A rectangular, substantially parallel light beam incident along the optical axis AX is
The light is converted into a divergent light beam having a circular cross section. Thus, the diffractive optical element 3 constitutes a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source 1 into a divergent light beam having a predetermined cross-sectional shape (in this case, a circular shape).

【0039】回折光学素子3を介した円形状の発散光束
は、第1のコンデンサー光学系(第1変倍光学系)とし
てのズームレンズ4を介した後、多光源形成手段又はオ
プティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイ
5に入射する。こうして、マイクロフライアイ5の入射
面には、円形状の照野が形成される。そして、形成され
る照野の大きさ(すなわちその直径または半径)は、後
述するように、ズームレンズ4の焦点距離に依存して変
化する。なお、マイクロフライアイ5は、縦横に且つ稠
密に配列された多数の矩形状の正屈折力を有する微小レ
ンズ(微小レンズエレメント)からなる光学素子であ
る。一般に、マイクロフライアイは、たとえば平行平面
ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成
することによって構成される。
The circular divergent light beam passing through the diffractive optical element 3 passes through a zoom lens 4 serving as a first condenser optical system (first variable power optical system), and then serves as a multiple light source forming means or an optical integrator. The light enters the micro fly's eye 5. Thus, a circular illumination field is formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5. The size of the formed illumination field (that is, its diameter or radius) changes depending on the focal length of the zoom lens 4 as described later. The micro fly's eye 5 is an optical element composed of a large number of rectangular microlenses (microlens elements) having a positive refracting power arranged vertically and horizontally and densely. Generally, a micro fly's eye is formed by, for example, performing an etching process on a parallel flat glass plate to form a group of minute lenses.

【0040】ここで、マイクロフライアイを構成する各
微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエ
レメントよりも微小である。また、マイクロフライアイ
は、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライ
アイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶
されることなく一体的に形成されている。しかしなが
ら、正屈折力を有するレンズエレメントが縦横に配置さ
れている点でマイクロフライアイはフライアイレンズと
同じである。なお、図1並びに他の関連する図3、図6
および図7では、図面の明瞭化のために、マイクロフラ
イアイを構成する微小レンズの数を実際よりも非常に少
なく表している。
Here, each micro lens constituting the micro fly's eye is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens. Also, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, the micro fly's eye is formed integrally with a large number of micro lenses without being isolated from each other. However, the micro fly's eye is the same as the fly's eye lens in that the lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. Note that FIG. 1 and other related FIGS.
In FIG. 7 and FIG. 7, the number of the micro lenses constituting the micro fly's eye is shown to be much smaller than the actual number for the sake of clarity.

【0041】したがって、マイクロフライアイ5に入射
した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割さ
れ、各微小レンズの後側焦点面(すなわちその射出面の
近傍)にはそれぞれ1つの光源像が形成される。こうし
て、マイクロフライアイ5の後側焦点面には、マイクロ
フライアイ5への入射光束によって形成される照野と同
じ円形状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形
成される。このように、マイクロフライアイ5は、波面
分割型のオプティカルインテグレータであって、光源1
からの光束に基づいて多数の光源(多数の光束)を形成
するための多光源形成手段を構成している。
Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye 5 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and one light source image is provided on the rear focal plane of each microlens (that is, near the exit surface). It is formed. Thus, on the rear focal plane of the micro fly's eye 5, a large number of light sources (hereinafter, referred to as "secondary light sources") having the same circular shape as the illumination field formed by the light beam incident on the micro fly's eye 5 are formed. As described above, the micro fly's eye 5 is a wavefront splitting type optical integrator, and the light source 1
A plurality of light sources forming means for forming a large number of light sources (a large number of light beams) based on the light beams from the light source.

【0042】また、ズームレンズ4は、その前側焦点面
と回折光学素子3の回折面とが一致し且つその後側焦点
面とマイクロフライアイ5の入射面とが一致するよう
に、焦点距離を連続的に変化させることが好ましい。し
たがって、ズームレンズ4は、光軸に沿って互いに独立
に移動可能な3つのレンズ群を備えていることが好まし
い。マイクロフライアイ5の後側焦点面に形成された円
形状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された円
形照明用の開口絞り6に入射する。この開口絞り6は、
マイクロフライアイ5の後側焦点面に形成される円形状
の二次光源に対応した円形状の開口部(光透過部)を有
する。
The focal length of the zoom lens 4 is set so that the front focal plane coincides with the diffraction plane of the diffractive optical element 3 and the rear focal plane coincides with the entrance plane of the micro fly's eye 5. It is preferable to change the temperature. Therefore, it is preferable that the zoom lens 4 includes three lens groups that can move independently of each other along the optical axis. A light beam from a circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 enters an aperture stop 6 for circular illumination disposed near the light source. This aperture stop 6
The micro fly's eye 5 has a circular opening (light transmitting part) corresponding to a circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5.

【0043】なお、回折光学素子3は、照明光路に対し
て挿脱自在に構成され、且つ輪帯変形照明用の回折光学
素子3aや4極変形照明用の回折光学素子3bと切り換
え可能に構成されている。輪帯変形照明用の回折光学素
子3aおよび4極変形照明用の回折光学素子3bの構成
および作用については後述する。また、ズームレンズ4
は、上述したように、所定の範囲で焦点距離を連続的に
変化させることができるように構成されている。さら
に、開口絞り6は、照明光路に対して挿脱自在に構成さ
れ、且つ開口部の大きさの異なる複数の円形照明用の開
口絞りや、開口部の大きさの異なる複数の輪帯変形照明
用の開口絞りや、開口部の大きさの異なる複数の4極変
形照明用の開口絞りと切り換え可能に構成されている。
The diffractive optical element 3 is configured to be insertable into and removable from the illumination optical path, and is switchable between a diffractive optical element 3a for annular deformation illumination and a diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination. Have been. The configuration and operation of the diffractive optical element 3a for annular deformation illumination and the diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination will be described later. Also, the zoom lens 4
Is configured such that the focal length can be continuously changed within a predetermined range as described above. Further, the aperture stop 6 is configured so as to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and has a plurality of aperture stops for circular illumination having different sizes of openings, and a plurality of ring-shaped deformation illuminations having different sizes of openings. And a plurality of aperture stops for quadrupole deformation illumination having different aperture sizes.

【0044】ここで、円形照明用の回折光学素子3と輪
帯変形照明用の回折光学素子3aや4極変形照明用の回
折光学素子3bとの間の切り換えは、制御系21からの
指令に基づいて動作する第1駆動系22により行われ
る。また、ズームレンズ4の焦点距離の変化は、制御系
21からの指令に基づいて動作する第2駆動系23によ
り行われる。さらに、円形照明用の開口絞り6と他の開
口絞りとの間の切り換えは、制御系21からの指令に基
づいて動作する第3駆動系24により行われる。
Here, switching between the diffractive optical element 3 for circular illumination and the diffractive optical element 3a for annular deformation illumination or the diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination is performed by a command from the control system 21. This is performed by the first drive system 22 that operates based on this. The change in the focal length of the zoom lens 4 is performed by the second drive system 23 that operates based on a command from the control system 21. Further, switching between the aperture stop 6 for circular illumination and another aperture stop is performed by a third drive system 24 that operates based on a command from the control system 21.

【0045】なお、円形照明用の開口絞り6と他の開口
絞りとの間の切り換えは、たとえばターレット方式やス
ライド方式などの適当な方式によって切り換えられる。
また、ターレット方式やスライド方式などの開口絞りに
限定されることなく、光透過領域の大きさおよび形状を
適宜変更することの可能な開口絞りを照明光路内に固定
的に取り付けてもよい。さらに、複数の円形開口絞りに
代えて、円形開口径を連続的に変化させることのできる
虹彩絞りを設けることもできる。
The switching between the aperture stop 6 for circular illumination and another aperture stop is performed by an appropriate method such as a turret method or a slide method.
Further, the aperture stop is not limited to the aperture stop of the turret type, the slide type, and the like, and may be fixedly mounted in the illumination optical path so that the size and shape of the light transmission area can be appropriately changed. Further, instead of a plurality of circular aperture stops, an iris stop capable of continuously changing the circular aperture diameter can be provided.

【0046】円形状の開口部を有する開口絞り6を介し
た二次光源からの光は、第2のコンデンサー光学系(第
2変倍光学系)としてのズームレンズ7の集光作用を受
けた後、後述するマスク10と光学的に共役な所定面を
重畳的に照明する。こうして、この所定面には、マイク
ロフライアイ5を構成する各微小レンズの形状と相似な
矩形状の照野が形成される。そして、この所定面に形成
される矩形状の照野の大きさおよび照明NAは、後述す
るように、ズームレンズ7の焦点距離に依存して変化す
る。
The light from the secondary light source through the aperture stop 6 having the circular aperture is subjected to the light condensing action of the zoom lens 7 as a second condenser optical system (second variable power optical system). Thereafter, a predetermined surface optically conjugate with a mask 10 described later is illuminated in a superimposed manner. In this way, a rectangular illumination field similar to the shape of each micro lens constituting the micro fly's eye 5 is formed on the predetermined surface. Then, the size of the rectangular illumination field formed on the predetermined surface and the illumination NA change depending on the focal length of the zoom lens 7 as described later.

【0047】ズームレンズ7は、その前側焦点面とマイ
クロフライアイ5の後側焦点面とが一致し且つその後側
焦点面と上述の所定面とが一致するように、焦点距離を
連続的に変化させることが好ましい。したがって、ズー
ムレンズ7は、ズームレンズ4と同様に、光軸に沿って
互いに独立に移動可能な3つのレンズ群を備えているこ
とが好ましい。このように、ズームレンズ7は、所定の
範囲で焦点距離を連続的に変化させることができるよう
に構成され、その焦点距離の変化は制御系21からの指
令に基づいて動作する第4駆動系25により行われる。
The zoom lens 7 changes its focal length continuously so that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the micro fly's eye 5 and its rear focal plane coincides with the above-mentioned predetermined plane. Preferably. Therefore, like the zoom lens 4, the zoom lens 7 preferably includes three lens groups that can move independently of each other along the optical axis. As described above, the zoom lens 7 is configured so that the focal length can be continuously changed within a predetermined range, and the change in the focal length is controlled by the fourth drive system that operates based on an instruction from the control system 21. 25.

【0048】なお、マスク10と光学的に共役な所定面
には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド8が配置
されている。マスクブラインド8の開口部(光透過部)
を介した光束は、リレー光学系9の集光作用を受けた
後、所定のパターンが形成されたマスク10を重畳的に
均一照明する。こうして、リレー光学系9は、マスクブ
ラインド8の矩形状の開口部の像をマスク10上に形成
することになる。
A mask blind 8 as an illumination field stop is arranged on a predetermined surface optically conjugate with the mask 10. Opening of mask blind 8 (light transmitting part)
After receiving the light condensing action of the relay optical system 9, the light beam passing through the mask illuminates the mask 10 on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. Thus, the relay optical system 9 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 8 on the mask 10.

【0049】マスク10のパターンを透過した光束は、
投影光学系11を介して、感光性基板であるウエハ(あ
るいはプレート)12上にマスクパターンの像を形成す
る。なお、ウエハ12は、投影光学系11の光軸AXと
直交する平面内において二次元的に移動可能なウエハス
テージ13上に保持されている。こうして、ウエハ12
を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン
露光(走査露光)を行うことにより、ウエハ12の各露
光領域(ショット領域)にはマスク10のパターンが逐
次露光される。
The light beam transmitted through the pattern of the mask 10 is
An image of a mask pattern is formed on a wafer (or plate) 12 which is a photosensitive substrate via a projection optical system 11. The wafer 12 is held on a wafer stage 13 that can move two-dimensionally in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system 11. Thus, the wafer 12
Is performed by one-shot exposure or scan exposure (scanning exposure) while the two-dimensional drive control is performed, whereby the pattern of the mask 10 is sequentially exposed on each exposure area (shot area) of the wafer 12.

【0050】なお、一括露光方式では、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式にしたがって、ウエハの各露
光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。こ
の場合、マスク10上での照明領域の形状は正方形に近
い矩形状であり、マイクロフライアイ5の各微小レンズ
の断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャ
ン露光方式では、いわゆるステップ・アンド・スキャン
方式にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に
対して相対移動させながらウエハの各露光領域に対して
マスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスク
10上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえ
ば1:3の矩形状であり、マイクロフライアイ5の各微
小レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
In the batch exposure method, a mask pattern is collectively exposed to each exposure area of a wafer according to a so-called step-and-repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask 10 is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each micro lens of the micro fly's eye 5 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in the scan exposure method, according to a so-called step-and-scan method, a mask pattern is scanned and exposed on each exposure region of the wafer while the mask and the wafer are relatively moved with respect to the projection optical system. In this case, the shape of the illumination area on the mask 10 is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each micro lens of the micro fly's eye 5 is similar to this. Becomes

【0051】図3は、ズームレンズ4およびズームレン
ズ7の焦点距離と、マスク10と共役な所定面に形成さ
れる矩形状の照野の大きさおよび照明NAとの関係を説
明する図である。図3(a)において、回折光学素子3
の回折面と光軸AXとの交点から最大射出角度θ1で射
出された光線30は、最大焦点距離f11に設定された
ズームレンズ4を介して光軸AXと平行になり、マイク
ロフライアイ5に入射する。マイクロフライアイ5は、
焦点距離がfmの微小レンズから構成されている。ここ
で、図3の紙面に沿った各微小レンズのサイズはdであ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the focal length of the zoom lens 4 and the zoom lens 7, the size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and the illumination NA. . In FIG. 3A, the diffractive optical element 3
The light beam 30 emitted from the intersection between the diffraction surface of the optical axis AX and the optical axis AX becomes parallel to the optical axis AX via the zoom lens 4 set to the maximum focal length f11, Incident. Micro fly eye 5
It is composed of a minute lens having a focal length of fm. Here, the size of each minute lens along the plane of FIG. 3 is d.

【0052】マイクロフライアイ5から光軸AXと平行
に射出された最も外側の光線31は、最大焦点距離f2
1に設定されたズームレンズ7を介した後、入射角度θ
21でマスク10と共役な所定面32と光軸AXとの交
点に達する。こうして、所定面32には、微小レンズの
形状と相似な矩形状の照野33が形成される。そして、
図3の紙面に沿った照野33のサイズはφ1となる。
The outermost light ray 31 emitted from the micro fly's eye 5 in parallel with the optical axis AX has a maximum focal length f2.
After passing through the zoom lens 7 set to 1, the incident angle θ
At 21, the optical axis AX reaches the intersection point between the predetermined plane 32 conjugate with the mask 10 and the optical axis AX. Thus, a rectangular illumination field 33 similar to the shape of the micro lens is formed on the predetermined surface 32. And
The size of the illumination field 33 along the plane of FIG. 3 is φ1.

【0053】ここで、図3(b)に示すように、ズーム
レンズ4の焦点距離を最大焦点距離f11から最小焦点
距離f12まで変化させるとともに、ズームレンズ7の
焦点距離を最大焦点距離f21から最小焦点距離f22
まで変化させる。この場合、回折光学素子3の回折面と
光軸AXとの交点から最大射出角度θ1で射出された光
線30は、最小焦点距離f12に設定されたズームレン
ズ4を介して光軸AXと平行になり、マイクロフライア
イ5に入射する。
Here, as shown in FIG. 3B, the focal length of the zoom lens 4 is changed from the maximum focal length f11 to the minimum focal length f12, and the focal length of the zoom lens 7 is reduced from the maximum focal length f21 to the minimum. Focal length f22
To change. In this case, the light beam 30 emitted from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX at the maximum emission angle θ1 is parallel to the optical axis AX via the zoom lens 4 set to the minimum focal length f12. And enters the micro fly's eye 5.

【0054】マイクロフライアイ5から光軸AXと平行
に射出された最も外側の光線31は、最小焦点距離f2
2に設定されたズームレンズ7を介した後、入射角度θ
22でマスク10と共役な所定面32と光軸AXとの交
点に達する。こうして、所定面32には、微小レンズの
形状と相似な矩形状の照野33が形成される。ここで、
図3の紙面に沿った照野33のサイズはφ2となる。
The outermost light ray 31 emitted from the micro fly's eye 5 in parallel with the optical axis AX has a minimum focal length f2.
After passing through the zoom lens 7 set to 2, the incident angle θ
At 22, the point of intersection between the optical axis AX and the predetermined plane 32 conjugate with the mask 10 is reached. Thus, a rectangular illumination field 33 similar to the shape of the micro lens is formed on the predetermined surface 32. here,
The size of the illumination field 33 along the plane of FIG. 3 is φ2.

【0055】図3(a)において、次の式(1)および
(2)に示す関係が成立する。 f11・sin θ1=f21・sin θ21 (1) φ1=(f21/fm)d (2) また、図3(b)では、次の式(3)および(4)に示
す関係が成立する。 f12・sin θ1=f22・sin θ22 (3) φ2=(f22/fm)d (4)
In FIG. 3A, the following equations (1) and (2) hold. f11 · sin θ1 = f21 · sin θ21 (1) φ1 = (f21 / fm) d (2) Further, in FIG. 3B, the relations expressed by the following equations (3) and (4) hold. f12 · sin θ1 = f22 · sin θ22 (3) φ2 = (f22 / fm) d (4)

【0056】上述の式(2)および(4)を参照する
と、照野33がズームレンズ7による微小レンズの投影
であって、照野33のサイズφがズームレンズ7の焦点
距離f2に比例することがわかる。すなわち、図3
(a)における照野33のサイズφ1が最大サイズであ
り、図3(b)における照野33のサイズφ2が最小サ
イズであることがわかる。
Referring to the above equations (2) and (4), the illumination field 33 is a projection of a minute lens by the zoom lens 7, and the size φ of the illumination field 33 is proportional to the focal length f2 of the zoom lens 7. You can see that. That is, FIG.
It can be seen that the size φ1 of the illumination field 33 in FIG. 3A is the maximum size, and the size φ2 of the illumination field 33 in FIG. 3B is the minimum size.

【0057】また、上述の式(1)および(3)を参照
すると、θ1が回折光学素子3に固有の値であるため、
所定面32への入射角度θ2の正弦値sinθ2がズーム
レンズ4の焦点距離f1とズームレンズ7の焦点距離f
2との比、すなわちf1/f2に依存することがわか
る。換言すると、図3(a)における照野33の照明N
Aはf11/f21に比例し、図3(b)における照野
33の照明NAはf12/f22に比例することがわか
る。
Referring to the above equations (1) and (3), since θ1 is a value unique to the diffractive optical element 3,
The sine value sin θ2 of the incident angle θ2 to the predetermined surface 32 is the focal length f1 of the zoom lens 4 and the focal length f of the zoom lens 7.
It can be seen that it depends on the ratio to 2, that is, f1 / f2. In other words, the illumination N of the illumination field 33 in FIG.
It can be seen that A is proportional to f11 / f21, and the illumination NA of the illumination field 33 in FIG. 3B is proportional to f12 / f22.

【0058】さらに、図3(a)および図3(b)を参
照するとわかるように、マイクロフライアイ5の入射面
に形成される円形状の照野のサイズは、ズームレンズ4
の焦点距離f1に比例する。すなわち、図3(a)にお
いてマイクロフライアイ5の入射面に形成される照野の
サイズが最大であり、図3(b)においてマイクロフラ
イアイ5の入射面に形成される照野のサイズが最小であ
ることがわかる。
As can be seen with reference to FIGS. 3A and 3B, the size of the circular illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5 is
Is proportional to the focal length f1. That is, the size of the illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5 in FIG. 3A is the largest, and the size of the illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5 in FIG. It turns out that it is the minimum.

【0059】以上のように、ズームレンズ7の焦点距離
f2を変化させると、所定面32に形成される照野の大
きさ、ひいてはマスク10のパターン面に形成される照
明領域の大きさ、さらにウエハ12の露光面に形成され
る露光領域の大きさが変化する。また、ズームレンズ7
の焦点距離f2の変化に伴って、所定面32における照
明NAが、ひいてはマスク10のパターン面における照
明NAが変化する。さらに詳細には、ズームレンズ7の
焦点距離f2を大きくすると、マスク10上の照明領域
が大きくなり、照明NAが大きくなる。このように、ズ
ームレンズ7は、被照射面であるマスク10(ひいては
ウエハ12)上に形成される照明領域の大きさを変化さ
せるための第2変倍光学系を構成している。
As described above, when the focal length f2 of the zoom lens 7 is changed, the size of the illumination field formed on the predetermined surface 32, the size of the illumination area formed on the pattern surface of the mask 10, and furthermore, The size of the exposure area formed on the exposure surface of the wafer 12 changes. Also, the zoom lens 7
As the focal length f2 changes, the illumination NA on the predetermined surface 32 and, consequently, the illumination NA on the pattern surface of the mask 10 change. More specifically, when the focal length f2 of the zoom lens 7 is increased, the illumination area on the mask 10 increases, and the illumination NA increases. As described above, the zoom lens 7 constitutes a second variable power optical system for changing the size of the illumination area formed on the mask 10 (and, consequently, the wafer 12) which is the surface to be irradiated.

【0060】一方、ズームレンズ4の焦点距離f1を変
化させると、マスク10のパターン面に形成される照明
領域の大きさが変化することなく、マイクロフライアイ
5の入射面に形成される照野の大きさが変化し、マスク
10上における照明NAが変化する。さらに詳細には、
ズームレンズ4の焦点距離f1を小さくすると、マスク
10上の照明領域の大きさが変化することなく、マスク
10上における照明NAだけが小さくなる。このよう
に、ズームレンズ4は、被照射面であるマスク10上に
おける照明NAだけを変化させるための第1変倍光学系
を構成している。
On the other hand, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is changed, the size of the illumination area formed on the pattern surface of the mask 10 does not change, and And the illumination NA on the mask 10 changes. More specifically,
When the focal length f1 of the zoom lens 4 is reduced, only the illumination NA on the mask 10 is reduced without changing the size of the illumination area on the mask 10. Thus, the zoom lens 4 constitutes a first variable power optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 which is the surface to be irradiated.

【0061】したがって、本実施形態では、ズームレン
ズ7の焦点距離を所定の値に設定することにより、マス
クブラインド8で実質的に光損失することなく、マスク
10上において所望の大きさの照明領域を得ることがで
きる。また、所定の値に設定されたズームレンズ7の焦
点距離に対してズームレンズ4の焦点距離を所定の値に
設定することにより、開口絞り6で実質的に光損失する
ことなく、マスク10上において所望の大きさの照明N
Aを得ることができる。
Accordingly, in the present embodiment, by setting the focal length of the zoom lens 7 to a predetermined value, the illumination area of a desired size on the mask 10 is substantially prevented from being lost by the mask blind 8. Can be obtained. Further, by setting the focal length of the zoom lens 4 to a predetermined value with respect to the focal length of the zoom lens 7 set to a predetermined value, substantially no light loss occurs at the aperture stop 6 and the At the desired size of illumination N
A can be obtained.

【0062】前述したように、回折光学素子3は、照明
光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯変形照明用
の回折光学素子3aや4極変形照明用の回折光学素子3
bと切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素
子3に代えて回折光学素子3aを照明光路中に設定する
ことによって得られる輪帯変形照明について説明する。
As described above, the diffractive optical element 3 is configured so as to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and has a diffractive optical element 3a for annular deformation illumination and a diffractive optical element 3 for quadrupole deformation illumination.
It is configured to be switchable with b. Hereinafter, the annular deformation illumination obtained by setting the diffractive optical element 3a in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 3 will be described.

【0063】図4は、輪帯変形照明用の回折光学素子3
aの作用を説明する図である。輪帯変形照明用の回折光
学素子3aは、図4に示すように、光軸AXに沿って垂
直入射した円形光束断面を有する円形ビームを、光軸A
Xを中心として等角度であらゆる方向に沿って回折する
ことによりリング状光束断面を有するリング状のビーム
に変換する。したがって、この回折光学素子3aに光軸
AXに沿って円形断面の平行光束が入射すると、図4に
示すように、輪帯状の発散光束となる。このように、回
折光学素子3aは、光源1からの光束を実質的に輪帯状
の発散光束に変換するための光束変換光学系を構成して
いる。
FIG. 4 shows a diffractive optical element 3 for annular deformation illumination.
It is a figure explaining operation of a. As shown in FIG. 4, the diffractive optical element 3a for annular deformation illumination converts a circular beam having a circular light beam cross section perpendicularly incident along the optical axis AX into an optical axis A.
The light is converted into a ring-shaped beam having a ring-shaped light beam cross section by diffracting the light at equal angles around X in all directions. Accordingly, when a parallel light beam having a circular cross section is incident on the diffractive optical element 3a along the optical axis AX, as shown in FIG. As described above, the diffractive optical element 3a forms a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source 1 into a substantially annular divergent light beam.

【0064】回折光学素子3aを介した輪帯状の発散光
束は、ズームレンズ4を介した後、マイクロフライアイ
5に入射する。こうして、マイクロフライアイ5の入射
面には、輪帯状の照野が形成される。その結果、マイク
ロフライアイ5の後側焦点面には、入射面に形成された
照野と同じ輪帯状の二次光源が形成される。以上のよう
に、マイクロフライアイ5の後側焦点面には、光源1か
らの光束に基づいて、ほとんど光量損失することなく輪
帯状の二次光源が形成される。
The divergent luminous flux in the form of an orb through the diffractive optical element 3a enters the micro fly's eye 5 after passing through the zoom lens 4. Thus, an annular illumination field is formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5. As a result, a secondary light source having the same annular shape as the illumination field formed on the incident surface is formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5. As described above, an annular secondary light source is formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 based on the light flux from the light source 1 with almost no loss of light amount.

【0065】なお、回折光学素子3から回折光学素子3
aへの切り換えに対応して、円形開口絞りから輪帯開口
絞りへの切り換えが行われる。ここで、照明光路に位置
決めされる輪帯開口絞りは、輪帯状の二次光源に対応し
た輪帯状の開口部を有する開口絞りである。このよう
に、輪帯変形照明用の回折光学素子3aを用いることに
より、光源1からの光束に基づいてほとんど光量損失す
ることなく輪帯状の二次光源を形成することができ、そ
の結果二次光源からの光束を制限する開口絞りにおける
光量損失を良好に抑えつつ輪帯変形照明を行うことがで
きる。
The diffractive optical elements 3 to 3
Switching from the circular aperture stop to the annular aperture stop is performed in response to the switch to a. Here, the annular aperture stop positioned in the illumination optical path is an aperture stop having an annular opening corresponding to the annular secondary light source. As described above, by using the diffractive optical element 3a for annular deformation illumination, it is possible to form an annular secondary light source with little loss of light amount based on the light flux from the light source 1, and as a result, The annular deformation illumination can be performed while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop that restricts the light flux from the light source.

【0066】次いで、たとえば回折光学素子3に代えて
回折光学素子3bを照明光路中に設定することによって
得られる4極変形照明について説明する。図5は、4極
変形照明用の回折光学素子3bの作用を説明する図であ
る。4極変形照明用の回折光学素子3bは、図5に示す
ように、光軸AXに沿って垂直入射した円形光束断面を
有する円形ビームを、光軸AXを中心として等角度で特
定の4つの方向に沿って回折することによって4つの細
いビームに変換する。したがって、この回折光学素子3
bに光軸AXに沿って円形断面の平行光束が入射する
と、図5に示すように4極状の発散光束となる。このよ
うに、回折光学素子3bは、光源1からの光束を光軸A
Xに対して偏心した4つの発散光束に変換するための光
束変換光学系を構成している。
Next, a quadrupole deformation illumination obtained by setting the diffractive optical element 3b in place of the diffractive optical element 3 in the illumination light path will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination. As shown in FIG. 5, the diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination converts a circular beam having a circular light beam cross-section perpendicularly incident along the optical axis AX into four specific beams at equal angles around the optical axis AX. It is converted into four narrow beams by diffracting along the direction. Therefore, this diffractive optical element 3
When a parallel light beam having a circular cross section is incident on b along the optical axis AX, it becomes a quadrupolar divergent light beam as shown in FIG. As described above, the diffractive optical element 3b converts the light flux from the light source 1 into the optical axis A.
A light beam conversion optical system for converting into four divergent light beams decentered with respect to X is configured.

【0067】回折光学素子3bを介した4極状の発散光
束は、ズームレンズ4を介した後、マイクロフライアイ
5に入射する。こうして、マイクロフライアイ5の入射
面には、4極状の照野が形成される。その結果、マイク
ロフライアイ5の後側焦点面には、入射面に形成された
照野と同じ4極状の二次光源が形成される。以上のよう
に、マイクロフライアイ5の後側焦点面には、光源1か
らの光束に基づいて、ほとんど光量損失することなく4
極状の二次光源が形成される。
The quadrupolar divergent light beam passing through the diffractive optical element 3 b passes through the zoom lens 4 and then enters the micro fly's eye 5. Thus, a quadrupole illumination field is formed on the incidence surface of the micro fly's eye 5. As a result, a quadrupolar secondary light source is formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 in the same manner as the illumination field formed on the incident plane. As described above, the rear focal plane of the micro fly's eye 5 has almost no light quantity loss based on the light flux
A polar secondary light source is formed.

【0068】なお、回折光学素子3から回折光学素子3
bへの切り換えに対応して、円形開口絞りから4極開口
絞りへの切り換えが行われる。ここで、照明光路に位置
決めされる4極開口絞りは、4極状の二次光源に対応し
た4つ目状の開口部を有する開口絞りである。このよう
に、4極変形照明用の回折光学素子3bを用いることに
より、光源1からの光束に基づいてほとんど光量損失す
ることなく4極状の二次光源を形成することができ、そ
の結果二次光源からの光束を制限する開口絞りにおける
光量損失を良好に抑えつつ4極変形照明を行うことがで
きる。
The diffractive optical elements 3 to 3
Switching from the circular aperture stop to the quadrupole aperture stop is performed in response to the switch to b. Here, the four-pole aperture stop positioned in the illumination light path is an aperture stop having a fourth opening corresponding to the quadrupole secondary light source. As described above, by using the diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination, it is possible to form a quadrupolar secondary light source with little loss of light amount based on the light beam from the light source 1, and as a result, Quadrupole deformation illumination can be performed while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop that restricts the light flux from the secondary light source.

【0069】以下、本実施形態における照明領域の大き
さおよび照明NAの調整動作などについて具体的に説明
する。まず、ステップ・アンド・リピート方式またはス
テップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光す
べき各種のマスクに関する情報、各種マスクの照明条件
又は順次露光されるべきウエハの露光条件に関する情報
などが、キーボードなどの入力手段20を介して制御系
21に入力される。制御系21は、各種のマスクや各ウ
エハに関して、照明領域(露光領域)の所望の大きさ、
最適な照明NA、最適な線幅(解像度)、所望の焦点深
度等の情報を内部のメモリー部に記憶しており、入力手
段20からの入力に応答して第1駆動系22〜第4駆動
系25に適切な制御信号を供給する。
Hereinafter, the operation of adjusting the size of the illumination area and the illumination NA in the present embodiment will be specifically described. First, information on various masks to be sequentially exposed according to the step-and-repeat method or the step-and-scan method, information on illumination conditions of various masks or exposure conditions on a wafer to be sequentially exposed, etc. It is input to the control system 21 via the input means 20. The control system 21 controls a desired size of an illumination area (exposure area) for various masks and wafers,
Information such as an optimum illumination NA, an optimum line width (resolution), and a desired depth of focus is stored in an internal memory unit, and the first driving system 22 to the fourth driving system respond to an input from the input unit 20. Provide appropriate control signals to system 25.

【0070】すなわち、所望の大きさの照明領域、最適
な照明NA、最適な解像度および所望の焦点深度のもと
で通常円形照明する場合、第1駆動系22は制御系21
からの指令に基づいて円形照明用の回折光学素子3を照
明光路中に位置決めする。そして、マスク10上におい
て所望の大きさを有する照明領域を得るために、第4駆
動系25は制御系21からの指令に基づいてズームレン
ズ7の焦点距離を設定する。また、マスク10上におい
て所望の照明NAを得るために、第2駆動系23は制御
系21からの指令に基づいてズームレンズ4の焦点距離
を設定する。さらに、マイクロフライアイ5の後側焦点
面に形成される円形状の二次光源を光量損失を良好に抑
えた状態で制限するために、第3駆動系24は制御系2
1からの指令に基づいて、所望の円形開口絞りを照明光
路中に位置決めする。
That is, when circular illumination is normally performed under an illumination area of a desired size, an optimal illumination NA, an optimal resolution and a desired depth of focus, the first drive system 22 controls the control system 21.
The diffractive optical element 3 for circular illumination is positioned in the illumination optical path on the basis of the instruction from. Then, in order to obtain an illumination area having a desired size on the mask 10, the fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21. Further, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on a command from the control system 21. Further, in order to limit the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 in a state where the light amount loss is suppressed well, the third drive system 24 is controlled by the control system 2.
The desired circular aperture stop is positioned in the illumination optical path on the basis of the instruction from 1.

【0071】さらに、必要に応じて、第2駆動系23に
よりズームレンズ4の焦点距離を変化させたり、第4駆
動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させる
ことにより、マスク10上に形成される照明領域の大き
さおよび照明NAを互いに独立的に適宜変更することが
できる。この場合、ズームレンズ4の焦点距離の変化に
伴う円形状の二次光源の大きさの変化に応じて、所望の
円形開口絞りが選択されて照明光路中に位置決めされ
る。
Further, if necessary, the focal length of the zoom lens 4 is changed by the second drive system 23 or the focal length of the zoom lens 7 is changed by the fourth drive system 25 to form the mask 10 on the mask 10. The size of the illumination area and the illumination NA can be appropriately changed independently of each other. In this case, a desired circular aperture stop is selected and positioned in the illumination optical path according to a change in the size of the circular secondary light source accompanying a change in the focal length of the zoom lens 4.

【0072】以上のように、入力手段20、制御系2
1、第2駆動系23、および第3駆動系24は、照明N
Aと照明領域の大きさとをそれぞれ所望の値に設定する
ために第1変倍光学系および第2変倍光学系の各焦点距
離を調整するための調整系を構成している。こうして、
ほとんど光量損失することなく、マスク10上に形成さ
れる照明領域の大きさと照明NAとをそれぞれ所望の値
に設定して最適な円形照明を行うことができる。
As described above, the input means 20, the control system 2
The first, second and third drive systems 23 and 24
An adjusting system for adjusting the focal lengths of the first variable power optical system and the second variable power optical system in order to set A and the size of the illumination area to desired values is configured. Thus,
It is possible to perform optimal circular illumination by setting the size of the illumination area formed on the mask 10 and the illumination NA to desired values with almost no loss of light quantity.

【0073】また、所望の大きさの照明領域、最適な照
明NA、最適な解像度および所望の焦点深度のもとで輪
帯変形照明する場合、第1駆動系22は制御系21から
の指令に基づいて輪帯変形照明の回折光学素子3aを照
明光路中に位置決めする。そして、マスク10上におい
て所望の大きさを有する照明領域を得るために、第4駆
動系25は制御系21からの指令に基づいてズームレン
ズ7の焦点距離を設定する。また、マスク10上におい
て所望の照明NAを得るために、第2駆動系23は制御
系21からの指令に基づいてズームレンズ4の焦点距離
を設定する。さらに、マイクロフライアイ5の後側焦点
面に形成される輪帯状の二次光源を光量損失を良好に抑
えた状態で制限するために、第3駆動系24は制御系2
1からの指令に基づいて、所望の輪帯開口絞りを照明光
路中に位置決めする。
Further, in the case of performing annular deformation illumination under an illumination area of a desired size, an optimal illumination NA, an optimal resolution, and a desired depth of focus, the first drive system 22 responds to a command from the control system 21. Based on this, the diffractive optical element 3a for annular deformation illumination is positioned in the illumination optical path. Then, in order to obtain an illumination area having a desired size on the mask 10, the fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21. Further, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on a command from the control system 21. Further, in order to limit the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 in a state in which the light amount loss is properly suppressed, the third drive system 24 is controlled by the control system 2.
A desired annular aperture stop is positioned in the illumination optical path on the basis of the instruction from (1).

【0074】さらに、必要に応じて、第2駆動系23に
よりズームレンズ4の焦点距離を変化させたり、第4駆
動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させる
ことにより、マスク10上に形成される照明領域の大き
さおよび照明NAを互いに独立的に適宜変更することが
できる。この場合、ズームレンズ4の焦点距離の変化に
伴う輪帯状の二次光源の大きさ(すなわち輪帯状の二次
光源に外接する円の大きさ)の変化に応じて、所望の輪
帯開口絞りが選択されて照明光路中に位置決めされる。
こうして、ほとんど光量損失することなく、マスク10
上に形成される照明領域の大きさと照明NAとをそれぞ
れ所望の値に設定して最適な輪帯変形照明を行うことが
できる。
Further, if necessary, the focal length of the zoom lens 4 can be changed by the second drive system 23 or the focal length of the zoom lens 7 can be changed by the fourth drive system 25 to form on the mask 10. The size of the illumination area and the illumination NA can be appropriately changed independently of each other. In this case, according to a change in the size of the annular secondary light source (that is, the size of a circle circumscribing the annular secondary light source) due to a change in the focal length of the zoom lens 4, a desired annular aperture stop is provided. Is selected and positioned in the illumination light path.
In this way, the mask 10 is hardly lost.
By setting the size of the illumination area formed above and the illumination NA to desired values, optimal ring-shaped deformation illumination can be performed.

【0075】さらに、所望の大きさの照明領域、最適な
照明NA、最適な解像度および所望の焦点深度のもとで
4極変形照明する場合、第1駆動系22は制御系21か
らの指令に基づいて輪帯変形照明の回折光学素子3bを
照明光路中に位置決めする。そして、マスク10上にお
いて所望の大きさを有する照明領域を得るために、第4
駆動系25は制御系21からの指令に基づいてズームレ
ンズ7の焦点距離を設定する。また、マスク10上にお
いて所望の照明NAを得るために、第2駆動系23は制
御系101からの指令に基づいてズームレンズ4の焦点
距離を設定する。さらに、マイクロフライアイ5の後側
焦点面に形成される4極状の二次光源を光量損失を良好
に抑えた状態で制限するために、第3駆動系24は制御
系21からの指令に基づいて、所望の4極開口絞りを照
明光路中に位置決めする。
Further, in the case of performing quadrupole illumination under a desired illumination area, an optimum illumination NA, an optimum resolution and a desired depth of focus, the first drive system 22 responds to a command from the control system 21. Based on this, the diffractive optical element 3b for annular deformation illumination is positioned in the illumination optical path. In order to obtain an illumination area having a desired size on the mask 10, the fourth
The drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21. Further, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on a command from the control system 101. Further, in order to limit the quadrupole secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 in a state where the light quantity loss is suppressed well, the third drive system 24 responds to a command from the control system 21. Based on this, the desired 4-pole aperture stop is positioned in the illumination optical path.

【0076】さらに、必要に応じて、第2駆動系23に
よりズームレンズ4の焦点距離を変化させたり、第4駆
動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させる
ことにより、マスク10上に形成される照明領域の大き
さおよび照明NAを互いに独立的に適宜変更することが
できる。この場合、ズームレンズ4の焦点距離の変化に
伴う4極状の二次光源の大きさ(すなわち4極状の二次
光源に外接する円の大きさ)の変化に応じて、所望の4
極開口絞りが選択されて照明光路中に位置決めされる。
こうして、ほとんど光量損失することなく、マスク10
上に形成される照明領域の大きさと照明NAとをそれぞ
れ所望の値に設定して最適な4極変形照明を行うことが
できる。
Further, if necessary, the focal length of the zoom lens 4 can be changed by the second drive system 23 or the focal length of the zoom lens 7 can be changed by the fourth drive system 25 to form on the mask 10. The size of the illumination area and the illumination NA can be appropriately changed independently of each other. In this case, according to a change in the size of the quadrupole secondary light source (that is, the size of a circle circumscribing the quadrupole secondary light source) due to a change in the focal length of the zoom lens 4, a desired four-pole secondary light source is changed.
A polar aperture stop is selected and positioned in the illumination light path.
In this way, the mask 10 is hardly lost.
Optimal quadrupole deformation illumination can be performed by setting the size of the illumination area formed above and the illumination NA to desired values, respectively.

【0077】以上のように本実施形態では、第1変倍光
学系としてのズームレンズ4および第2変倍光学系とし
てのズームレンズ7の焦点距離を制御することにより、
開口絞り6や照明視野絞り8における光量損失を良好に
抑えつつ、マスク10上における照明NAと照明領域の
大きさとを、ひいてはウエハ12上における露光領域の
大きさとσ値とを所望の値に調整することができる。す
なわち、本実施形態の露光装置では、製造すべきマイク
ロデバイスの特性に応じて、あるいは使用するマスク1
0の特性に応じて、照明領域(露光領域)の大きさおよ
びσ値をそれぞれ最適な値に設定し、高い露光照度およ
び良好な露光条件のもとで、スループットの高い良好な
投影露光を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, by controlling the focal lengths of the zoom lens 4 as the first variable power optical system and the zoom lens 7 as the second variable power optical system,
The illumination NA on the mask 10 and the size of the illumination area, and thus the size of the exposure area and the σ value on the wafer 12, are adjusted to desired values while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop 6 and the illumination field stop 8. can do. That is, in the exposure apparatus of the present embodiment, the mask 1 to be used depends on the characteristics of the microdevice to be manufactured.
According to the characteristic of 0, the size of the illumination area (exposure area) and the σ value are respectively set to optimal values, and good projection exposure with high throughput is performed under high exposure illuminance and good exposure conditions. be able to.

【0078】また、上述の実施形態では、二次光源を制
限するための開口絞りにおける光量損失を良好に抑えつ
つ、輪帯変形照明や4極変形照明のような変形照明およ
び通常円形照明を行うことができる。したがって、変形
照明の種類を適宜変化させて、露光投影すべき微細パタ
ーンに適した投影光学系の解像度および焦点深度を得る
ことができる。その結果、高い露光照度および良好な露
光条件のもとで、スループットの高い良好な投影露光を
行うことができる。
In the above-described embodiment, deformed illumination such as ring-shaped deformed illumination or quadrupole deformed illumination and normal circular illumination are performed while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop for restricting the secondary light source. be able to. Therefore, the resolution and the depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be exposed and projected can be obtained by appropriately changing the type of the deformed illumination. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions.

【0079】また、露光条件又は照明条件を変更するた
めに、変更手段または光束変換手段(例えば、円形光束
形成用の回折光学部材3、輪帯光束形成用の回折光学部
材3a、および4極光束形成用の回折光学部材3bの1
つを照明光路に設定する機構等)によって照明光学系の
瞳位置(オプティカルインテグレータにより形成される
二次光源位置またはそれと光学的に共役な位置)又はそ
の位置近傍での光強度分布を変更すると、照明開口数N
Aが変化する場合がある。その露光条件又は照明条件の
変更に伴う照明開口数の変化を、調整手段としての第1
変倍光学系4の倍率又は焦点距離の調整(変更)によっ
て補正することができる。
Further, in order to change the exposure condition or the illumination condition, changing means or light beam converting means (for example, a diffractive optical member 3 for forming a circular light beam, a diffractive optical member 3a for forming an annular light beam, and a quadrupole light beam) One of the diffractive optical members 3b for forming
When the light intensity distribution at the pupil position of the illumination optical system (the position of the secondary light source formed by the optical integrator or a position optically conjugate thereto) or the vicinity thereof is changed by a mechanism that sets one in the illumination light path, Illumination numerical aperture N
A may change. The change in the numerical aperture of the illumination caused by the change of the exposure condition or the illumination condition is determined by the first adjustment means.
The correction can be made by adjusting (changing) the magnification or the focal length of the variable power optical system 4.

【0080】その場合、制御系21は、入力手段20を
介して内部のメモリー部に記憶された各マスクや各ウエ
ハの露光条件又は照明条件に基づいて適切な制御信号
を、第1駆動系22、第2駆動系23および第3駆動系
24へそれぞれ出カする。すなわち、第1駆動系22に
よって適切な回折光学素子(3、3a、3b)が照明光
路内に設定されるとともに、第3駆動系24によって適
切な形状又は適切な大きさの開口を有する開口絞りが照
明光路内に設定されると同時に、照明開口数の変化を補
正するために、第2駆動系23によって第1変倍光学系
が適切な倍率又は適切な焦点距離に調整(変更)され
る。これによって、所望の露光条件又は所望の照明条件
のもとで良好なるマスクパターンをウエハ等の感光性基
板に露光でき得る露光装置およびマイクロデバイスの製
造方法を実現できる。
In this case, the control system 21 sends an appropriate control signal to the first drive system 22 based on the exposure condition or the illumination condition of each mask or each wafer stored in the internal memory unit via the input means 20. , And output to the second drive system 23 and the third drive system 24, respectively. That is, the first drive system 22 sets an appropriate diffractive optical element (3, 3a, 3b) in the illumination light path, and the third drive system 24 sets an aperture stop having an appropriate shape or size. Is set in the illumination optical path, and at the same time, the first variable magnification optical system is adjusted (changed) to an appropriate magnification or an appropriate focal length by the second drive system 23 in order to correct a change in the illumination numerical aperture. . This makes it possible to realize an exposure apparatus and a microdevice manufacturing method capable of exposing a good mask pattern to a photosensitive substrate such as a wafer under a desired exposure condition or a desired illumination condition.

【0081】図6は、本発明の第2実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。第2実施形態は、第1実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第1実施形態では多光源形成手段
として1つのマイクロフライアイ5からなる焦点距離が
不変のオプティカルインテグレータを用い且つコンデン
サー光学系として焦点距離が可変のズームレンズ7を用
いているが、第2実施形態では多光源形成手段として3
つのマイクロフライアイ51〜53からなる焦点距離が
可変のマイクロフライアイ群50を用い且つコンデンサ
ー光学系として焦点距離が不変のコンデンサーレンズ7
0を用いている点だけが基本的に相違している。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, an optical integrator having a single focal length and comprising a single micro fly's eye 5 is used as the multiple light source forming means, and the zoom lens 7 having a variable focal length is used as the condenser optical system. In the embodiment, the multiple light source forming means is 3
A condenser lens 7 having a variable focal length micro fly's eye group 50 composed of two micro fly's eyes 51 to 53 and having a constant focal length as a condenser optical system.
The only difference is that 0 is used.

【0082】したがって、図6において、第1実施形態
の構成要素と同様の機能を有する要素には図1と同じ参
照符号を付している。以下、第1実施形態との相違点に
着目して第2実施形態を説明する。なお、図6において
も照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定され
ているが、第1実施形態と同様に回折光学素子を切り換
えることにより輪帯変形照明や4極変形照明が可能であ
り、この点について重複する説明を省略する。
Therefore, in FIG. 6, elements having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In FIG. 6, the illumination optical device is set to perform ordinary circular illumination. However, as in the first embodiment, by changing the diffractive optical element, annular deformation illumination and quadrupole deformation illumination are possible. There is no duplicate description for this point.

【0083】第2実施形態では、光源側から順に、正屈
折力の微小レンズからなる第1マイクロフライアイ51
と、負屈折力の微小レンズからなる第2マイクロフライ
アイ52と、正屈折力の微小レンズからなる第3マイク
ロフライアイ53とから構成されたマイクロフライアイ
群50が設けられている。ここで、マイクロフライアイ
51〜53を構成する各微小レンズはともに矩形状の断
面を有し、そのサイズは同じである。
In the second embodiment, in order from the light source side, a first micro fly's eye 51 composed of a minute lens having a positive refractive power is used.
And a second micro fly's eye 52 composed of a micro lens having a negative refractive power and a third micro fly eye 53 composed of a micro lens having a positive refractive power are provided. Here, each of the micro lenses constituting the micro fly's eyes 51 to 53 has a rectangular cross section and the same size.

【0084】また、第1マイクロフライアイ51および
第2マイクロフライアイ52は光軸AXに沿って互いに
独立的に移動可能であり、第3マイクロフライアイ53
は光軸AXに沿って固定である。そして、マイクロフラ
イアイ群50の後側焦点面が移動しないように第1マイ
クロフライアイ51および第2マイクロフライアイ52
を光軸AXに沿って互いに独立的に移動させることによ
り、マイクロフライアイ群50の焦点距離が最大焦点距
離f501から最小焦点距離f502まで連続的に変化
するように構成されている。なお、マイクロフライアイ
群50の焦点距離の変化は、第1実施形態と同様に、制
御系からの指令に基づいて動作する駆動系により行われ
る。
The first micro fly's eye 51 and the second micro fly's eye 52 can move independently of each other along the optical axis AX.
Is fixed along the optical axis AX. Then, the first micro fly eye 51 and the second micro fly eye 52 are moved so that the rear focal plane of the micro fly eye group 50 does not move.
Are moved independently along the optical axis AX so that the focal length of the micro fly's eye group 50 changes continuously from the maximum focal length f501 to the minimum focal length f502. The change in the focal length of the micro fly's eye group 50 is performed by a drive system that operates based on a command from a control system, as in the first embodiment.

【0085】図7は、ズームレンズ4およびマイクロフ
ライアイ群50の焦点距離と、マスク10と共役な所定
面に形成される矩形状の照野の大きさおよび照明NAと
の関係を説明する図である。図7(a)において、回折
光学素子3の回折面と光軸AXとの交点から最大射出角
度θ1で射出された光線30は、最大焦点距離f11に
設定されたズームレンズ4を介して光軸AXと平行にな
り、マイクロフライアイ群50に入射する。マイクロフ
ライアイ群50は、最大焦点距離f501に設定されて
いる。ここで、マイクロフライアイ群50を構成する各
マイクロフライアイ51〜53において、図7の紙面に
沿った各微小レンズのサイズはdである。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the focal length of the zoom lens 4 and the micro fly's eye group 50, the size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and the illumination NA. It is. In FIG. 7A, a light ray 30 emitted from the intersection of the diffractive surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX at the maximum emission angle θ1 passes through the zoom lens 4 set to the maximum focal length f11, and the optical axis is changed. It becomes parallel to AX and enters the micro fly's eye group 50. The micro fly's eye group 50 is set to the maximum focal length f501. Here, in each of the micro fly's eyes 51 to 53 constituting the micro fly's eye group 50, the size of each micro lens along the paper surface of FIG. 7 is d.

【0086】マイクロフライアイ群50から光軸AXと
平行に射出された最も外側の光線31は、焦点距離f7
0を有するコンデンサーレンズ70を介した後、入射角
度θ21でマスク10と共役な所定面32と光軸AXと
の交点に達する。こうして、所定面32には、微小レン
ズの形状と相似な矩形状の照野33が形成される。そし
て、図7の紙面に沿った照野33のサイズはφ3とな
る。
The outermost light ray 31 emitted from the micro fly's eye group 50 in parallel with the optical axis AX is the focal length f7.
After passing through the condenser lens 70 having 0, the light reaches the intersection of the optical axis AX and the predetermined plane 32 conjugate with the mask 10 at the incident angle θ21. Thus, a rectangular illumination field 33 similar to the shape of the micro lens is formed on the predetermined surface 32. Then, the size of the illumination field 33 along the plane of FIG. 7 is φ3.

【0087】ここで、図7(b)に示すように、ズーム
レンズ4の焦点距離を最大焦点距離f11から最小焦点
距離f12まで変化させるとともに、マイクロフライア
イ群50の焦点距離を最大焦点距離f501から最小焦
点距離f502まで変化させる。この場合、回折光学素
子3の回折面と光軸AXとの交点から最大射出角度θ1
で射出された光線30は、最小焦点距離f12に設定さ
れたズームレンズ4を介して光軸AXと平行になり、最
小焦点距離f502に設定されたマイクロフライアイ群
50に入射する。
As shown in FIG. 7B, the focal length of the zoom lens 4 is changed from the maximum focal length f11 to the minimum focal length f12, and the focal length of the micro fly's eye group 50 is changed to the maximum focal length f501. To the minimum focal length f502. In this case, the maximum emission angle θ1 from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX.
The light beam 30 emitted through the zoom lens 4 set in the minimum focal length f12 becomes parallel to the optical axis AX and enters the micro fly's eye group 50 set in the minimum focal length f502.

【0088】マイクロフライアイ群50から光軸AXと
平行に射出された最も外側の光線31は、焦点距離f7
0を有するコンデンサーレンズ70を介した後、入射角
度θ22でマスク10と共役な所定面32と光軸AXと
の交点に達する。こうして、所定面32には、微小レン
ズの形状と相似な矩形状の照野33が形成される。ここ
で、図7の紙面に沿った照野33のサイズはφ4とな
る。
The outermost light ray 31 emitted from the micro fly's eye group 50 in parallel with the optical axis AX has a focal length f7
After passing through the condenser lens 70 having 0, the light reaches the intersection of the optical axis AX and the predetermined surface 32 conjugate with the mask 10 at the incident angle θ22. Thus, a rectangular illumination field 33 similar to the shape of the micro lens is formed on the predetermined surface 32. Here, the size of the illumination field 33 along the paper surface of FIG. 7 is φ4.

【0089】図7(a)において、次の式(5)および
(6)に示す関係が成立する。 f11・sin θ1=f70・sin θ21 (5) φ3=(f70/f501 )d (6) また、図7(b)では、次の式(7)および(8)に示
す関係が成立する。 f12・sin θ1=f70・sin θ22 (7) φ4=(f70/f502 )d (8)
In FIG. 7A, the following equations (5) and (6) hold. f11 · sin θ1 = f70 · sin θ21 (5) φ3 = (f70 / f501) d (6) Further, in FIG. f12 · sin θ1 = f70 · sin θ22 (7) φ4 = (f70 / f502) d (8)

【0090】上述の式(6)および(8)を参照する
と、照野33のサイズφがマイクロフライアイ群50の
焦点距離f50に反比例することがわかる。すなわち、
図7(a)における照野33のサイズφ3が最小サイズ
であり、図7(b)における照野33のサイズφ4が最
大サイズであることがわかる。また、上述の式(5)お
よび(7)を参照すると、θ1の値およびf70の値が不
変であるため、所定面32への入射角度θ2の正弦値si
nθ2がズームレンズ4の焦点距離f1に依存すること
がわかる。換言すると、図7(a)における照野33の
照明NAはf11に比例して最大であり、図7(b)に
おける照野33の照明NAはf12に比例して最小であ
ることがわかる。
Referring to the above equations (6) and (8), it can be seen that the size φ of the illumination field 33 is inversely proportional to the focal length f50 of the micro fly's eye group 50. That is,
It can be seen that the size φ3 of the illumination field 33 in FIG. 7A is the minimum size, and the size φ4 of the illumination field 33 in FIG. 7B is the maximum size. Referring to the above equations (5) and (7), since the value of θ1 and the value of f70 are constant, the sine value si of the incident angle θ2 to the predetermined surface 32 is obtained.
It can be seen that nθ2 depends on the focal length f1 of the zoom lens 4. In other words, the illumination NA of the illumination field 33 in FIG. 7A is maximum in proportion to f11, and the illumination NA of the illumination field 33 in FIG. 7B is minimum in proportion to f12.

【0091】以上のように、マイクロフライアイ群50
の焦点距離f50を変化させると、所定面32に形成さ
れる照野、ひいてはマスク10のパターン面に形成され
る照明領域の大きさが変化する。さらに詳細には、マイ
クロフライアイ群50の焦点距離f50を大きくする
と、マスク10上の照明NAが変化することなく、マス
ク10上の照明領域の大きさだけが小さくなる。このよ
うに、マイクロフライアイ群50は、多光源形成手段を
構成するとともに、被照射面であるマスク10(ひいて
はウエハ12)上に形成される照明領域の大きさを変化
させるための第2変倍光学系の一部を構成している。
As described above, the micro fly's eye group 50
Is changed, the size of the illumination field formed on the predetermined surface 32 and, consequently, the size of the illumination area formed on the pattern surface of the mask 10 is changed. More specifically, when the focal length f50 of the micro fly's eye group 50 is increased, only the size of the illumination area on the mask 10 is reduced without changing the illumination NA on the mask 10. As described above, the micro fly's eye group 50 constitutes the multiple light source forming means, and the second changing means for changing the size of the illumination area formed on the mask 10 (and, consequently, the wafer 12) which is the surface to be irradiated. It constitutes a part of the magnification optical system.

【0092】一方、ズームレンズ4の焦点距離f1を変
化させると、マイクロフライアイ群50の入射面に形成
される照野の大きさが変化し、マスク10上における照
明NAが変化する。さらに詳細には、ズームレンズ4の
焦点距離f1を小さくすると、マスク10上に形成され
る照明領域の大きさが変化することなく、マスク10上
における照明NAだけが小さくなる。このように、ズー
ムレンズ4は、被照射面であるマスク10上における照
明NAだけを変化させるための第1変倍光学系を構成し
ている。
On the other hand, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is changed, the size of the illumination field formed on the incident surface of the micro fly's eye group 50 changes, and the illumination NA on the mask 10 changes. More specifically, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is reduced, only the illumination NA on the mask 10 is reduced without changing the size of the illumination area formed on the mask 10. Thus, the zoom lens 4 constitutes a first variable power optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 which is the surface to be irradiated.

【0093】したがって、第2実施形態では、マイクロ
フライアイ群50の焦点距離を所定の値に設定すること
により、マスクブラインド8で実質的に光損失すること
なく、マスク10上において所望の大きさの照明領域を
得ることができる。また、ズームレンズ4の焦点距離を
所定の値に設定することにより、開口絞り6で実質的に
光損失することなく、マスク10上において所望の大き
さの照明NAを得ることができる。
Therefore, in the second embodiment, by setting the focal length of the micro fly's eye group 50 to a predetermined value, the desired size on the mask 10 can be obtained without substantially light loss at the mask blind 8. Illumination area can be obtained. Further, by setting the focal length of the zoom lens 4 to a predetermined value, it is possible to obtain an illumination NA of a desired size on the mask 10 without substantial light loss at the aperture stop 6.

【0094】図8は、本発明の第3実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。第3実施形態は、第1実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第1実施形態では多光源形成手段
として波面分割型のオプティカルインテグレータである
マイクロフライアイ5を用いているが、第3実施形態で
は内面反射型のオプティカルインテグレータであるロッ
ド型インテグレータ500を用いていることだけが基本
的に相違している。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the micro fly's eye 5 which is an optical integrator of the wavefront division type is used as the multiple light source forming means, but in the third embodiment, the rod type integrator 500 which is the optical integrator of the internal reflection type is used. The only difference is that

【0095】したがって、図8において、第1実施形態
の構成要素と同様の機能を有する要素には図1と同じ参
照符号を付している。以下、第1実施形態との相違点に
着目して第3実施形態を説明する。なお、図8において
も照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定され
ているが、第1実施形態と同様に回折光学素子を切り換
えることにより輪帯変形照明や4極変形照明が可能であ
り、この点について重複する説明を省略する。
Therefore, in FIG. 8, elements having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the third embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In FIG. 8, the illumination optical device is set to perform normal circular illumination. However, as in the first embodiment, by changing the diffractive optical element, annular deformation illumination or quadrupole deformation illumination is possible. There is no duplicate description for this point.

【0096】第3実施形態では、マイクロフライアイ5
に代えてロッド型インテグレータ500を用いることに
対応して、回折光学素子3とロッド型インテグレータ5
00の間の光路中に第1結像光学系(第1変倍光学系)
としてのズームレンズ41を付設するとともに、ズーム
レンズ7およびリレー光学系9に代えて第2結像光学系
(第2変倍光学系)としてのズームレンズ71を設置し
ている。また、照明視野絞りとしてのマスクブラインド
8は、ロッド型インテグレータ500の射出面の近傍に
配置されている。
In the third embodiment, the micro fly eye 5
In response to using the rod integrator 500 in place of the above, the diffractive optical element 3 and the rod integrator 5
A first imaging optical system (first variable power optical system) in the optical path between 00
And a zoom lens 71 serving as a second imaging optical system (second variable power optical system) instead of the zoom lens 7 and the relay optical system 9. Further, a mask blind 8 as an illumination field stop is arranged near the exit surface of the rod-type integrator 500.

【0097】ここで、ズームレンズ41は、回折光学素
子3の回折面とロッド型インテグレータ500の入射面
とを光学的に共役に維持しながらその結像倍率m1を連
続的に変化させるように構成されている。また、ズーム
レンズ71は、ロッド型インテグレータ500の射出面
とマスク10のパターン面とを光学的に共役に維持しな
がらその結像倍率m2を連続的に変化させるように構成
されている。なお、ズームレンズ41およびズームレン
ズ71の倍率の変化は、第1実施形態と同様に、制御系
からの指令に基づいて動作する駆動系によりそれぞれ行
われる。
Here, the zoom lens 41 is configured to continuously change the imaging magnification m1 while maintaining the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the incident surface of the rod-type integrator 500 optically conjugate. Have been. Further, the zoom lens 71 is configured to continuously change the imaging magnification m2 while maintaining the exit surface of the rod-type integrator 500 and the pattern surface of the mask 10 optically conjugate. The change in the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71 is performed by a drive system that operates based on a command from the control system, as in the first embodiment.

【0098】ロッド型インテグレータ500は、石英ガ
ラスや蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラ
スロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面で
の全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な
面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。
ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、
中心(集光点)の光源像のみが実像となる。すなわち、
ロッド型インテグレータ500に入射した光束は内面反
射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面
に平行な面に沿って多数の光源像からなる二次光源が形
成される。
The rod-type integrator 500 is an internal reflection type glass rod made of a glass material such as quartz glass or fluorite, and uses a boundary surface between the inside and the outside, that is, a condensing point using total reflection on the inside surface. And a number of light source images corresponding to the number of internal reflections are formed along a plane parallel to the rod incident surface.
Here, most of the light source images formed are virtual images,
Only the light source image at the center (focus point) is a real image. That is,
The light beam incident on the rod-type integrator 500 is split in the angular direction by internal reflection, and a secondary light source composed of a large number of light source images is formed along a plane parallel to the incident surface through the light converging point.

【0099】ロッド型インテグレータ500によりその
入射側に形成された二次光源からの光束は、その射出面
において重畳された後、ズームレンズ71を介して所定
のパターンが形成されたマスク10を均一照明する。上
述したように、ズームレンズ71は、ロッド型インテグ
レータ500の射出面とマスク10(ひいてはウエハ1
2)とを光学的にほぼ共役に結んでいる。したがって、
マスク10上には、ロッド型インテグレータ500の断
面形状と相似な矩形状の照野が形成される。
The light from the secondary light source formed on the incident side by the rod-type integrator 500 is superimposed on the exit surface, and then uniformly illuminates the mask 10 on which a predetermined pattern is formed via the zoom lens 71. I do. As described above, the zoom lens 71 includes the emission surface of the rod-type integrator 500 and the mask 10 (and thus the wafer 1
2) is optically connected almost conjugately. Therefore,
On the mask 10, a rectangular illumination field similar to the cross-sectional shape of the rod-type integrator 500 is formed.

【0100】図9は、ズームレンズ41およびズームレ
ンズ71の倍率と、マスク10と共役な所定面に形成さ
れる矩形状の照野の大きさおよび照明NAとの関係を説
明する図である。図9(a)において、回折光学素子3
の回折面と光軸AXとの交点から最大射出角度θ1で射
出された光線30は、最大倍率m11に設定されたズー
ムレンズ41を介した後、光軸AXとロッド型インテグ
レータ500の入射面との交点に入射角度θ11で入射
する。ここで、図9の紙面に沿ったロッド型インテグレ
ータ500の射出面のサイズはd5である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71, the size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and the illumination NA. In FIG. 9A, the diffractive optical element 3
The light ray 30 emitted from the intersection of the diffraction surface and the optical axis AX at the maximum emission angle θ1 passes through the zoom lens 41 set to the maximum magnification m11, and then passes through the optical axis AX and the incident surface of the rod-type integrator 500. At an incident angle θ11. Here, the size of the exit surface of the rod-type integrator 500 along the paper surface of FIG. 9 is d5.

【0101】光軸AXとロッド型インテグレータ500
の射出面との交点から射出角度θ11で射出された光線
31は、最大倍率m21に設定されたズームレンズ71
を介した後、入射角度θ21でマスク10と共役な所定
面32と光軸AXとの交点に達する。こうして、所定面
32には、ロッド型インテグレータ500の射出面と相
似な(さらに厳密にはマスクブラインド8の開口部の形
状と相似な)矩形状の照野33が形成される。そして、
図9の紙面に沿った照野33のサイズはφ5となる。
Optical axis AX and rod type integrator 500
The light beam 31 emitted at the emission angle θ11 from the intersection with the exit surface of the zoom lens 71 set to the maximum magnification m21
After that, the light reaches the intersection of the optical axis AX and the predetermined plane 32 conjugate with the mask 10 at the incident angle θ21. In this manner, a rectangular illumination field 33 similar to the emission surface of the rod-type integrator 500 (more precisely, similar to the shape of the opening of the mask blind 8) is formed on the predetermined surface 32. And
The size of the illumination field 33 along the plane of FIG. 9 is φ5.

【0102】ここで、図9(b)に示すように、ズーム
レンズ41の倍率を最大倍率m11から最小倍率m12
まで変化させるとともに、ズームレンズ71の倍率を最
大倍率m21から最小倍率m22まで変化させる。この
場合、回折光学素子3の回折面と光軸AXとの交点から
最大射出角度θ1で射出された光線30は、最小倍率m
12に設定されたズームレンズ41を介した後、光軸A
Xとロッド型インテグレータ500の入射面との交点に
入射角度θ12で入射する。
Here, as shown in FIG. 9B, the magnification of the zoom lens 41 is changed from the maximum magnification m11 to the minimum magnification m12.
And the magnification of the zoom lens 71 is changed from the maximum magnification m21 to the minimum magnification m22. In this case, the light beam 30 emitted from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX at the maximum emission angle θ1 has the minimum magnification m.
After passing through the zoom lens 41 set to 12, the optical axis A
The incident light enters the intersection of X and the incident surface of the rod-type integrator 500 at an incident angle θ12.

【0103】光軸AXとロッド型インテグレータ500
の射出面との交点から射出角度θ12で射出された光線
31は、最小倍率m22に設定されたズームレンズ71
を介した後、入射角度θ22でマスク10と共役な所定
面32と光軸AXとの交点に達する。こうして、所定面
32には、ロッド型インテグレータ500の射出面と相
似な矩形状の照野33が形成される。ここで、図9の紙
面に沿った照野33のサイズはφ6となる。
Optical axis AX and rod type integrator 500
The light beam 31 emitted from the intersection with the emission surface at the emission angle θ12 is the zoom lens 71 set to the minimum magnification m22.
Through the optical axis AX at the incident angle θ22. Thus, a rectangular illumination field 33 similar to the emission surface of the rod-type integrator 500 is formed on the predetermined surface 32. Here, the size of the illumination field 33 along the plane of FIG. 9 is φ6.

【0104】図9(a)において、次の式(9)および
(10)に示す関係が成立する。 θ11=m11・θ1=m21・θ2 (9) φ5=m21・d5 (10) また、図9(b)において、次の式(11)および(1
2)に示す関係が成立する。 θ12=m12・θ1=m22・θ2 (11) φ6=m22・d5 (12)
In FIG. 9A, the following equations (9) and (10) hold. θ11 = m11 · θ1 = m21 · θ2 (9) φ5 = m21 · d5 (10) In FIG. 9B, the following equations (11) and (1)
The relationship shown in 2) holds. θ12 = m12 · θ1 = m22 · θ2 (11) φ6 = m22 · d5 (12)

【0105】上述の式(10)および(12)を参照す
ると、照野33のサイズφがズームレンズ71の倍率m
2に比例することがわかる。すなわち、図9(a)にお
ける照野33のサイズφ5が最大サイズであり、図9
(b)における照野33のサイズφ6が最小サイズであ
ることがわかる。
Referring to the above equations (10) and (12), the size φ of the illumination field 33 is determined by the magnification m of the zoom lens 71.
It can be seen that it is proportional to 2. That is, the size φ5 of the illumination field 33 in FIG.
It can be seen that the size φ6 of the illumination field 33 in (b) is the minimum size.

【0106】また、上述の式(9)および(11)を参
照すると、θ1の値が不変であるため、所定面32への
入射角度θ2がズームレンズ4の倍率m1とズームレン
ズ71の倍率m2の比、すなわちm1/m2に依存する
ことがわかる。換言すると、図9(a)における照野3
3の照明NAはm11/m21に依存し、図9(b)に
おける照野33の照明NAはm21/m22に依存する
ことがわかる。
Referring to the above equations (9) and (11), since the value of θ1 is invariable, the angle of incidence θ2 on the predetermined surface 32 depends on the magnification m1 of the zoom lens 4 and the magnification m2 of the zoom lens 71. , That is, m1 / m2. In other words, Teruno 3 in FIG.
It can be seen that the illumination NA of No. 3 depends on m11 / m21, and the illumination NA of illumination field 33 in FIG. 9B depends on m21 / m22.

【0107】以上のように、ズームレンズ71の倍率m
2を変化させると、マスク10のパターン面に形成され
る照明領域の大きさおよび照明NAが変化する。さらに
詳細には、ズームレンズ71の倍率m2を大きくする
と、マスク10上の照明領域が大きくなり、照明NAが
小さくなる。このように、ズームレンズ71は、被照射
面であるマスク10上に形成される照明領域の大きさを
変化させるための第2変倍光学系を構成している。
As described above, the magnification m of the zoom lens 71
When 2 is changed, the size of the illumination area formed on the pattern surface of the mask 10 and the illumination NA change. More specifically, when the magnification m2 of the zoom lens 71 is increased, the illumination area on the mask 10 increases, and the illumination NA decreases. As described above, the zoom lens 71 constitutes a second variable power optical system for changing the size of the illumination area formed on the mask 10 which is the irradiated surface.

【0108】一方、ズームレンズ41の倍率m1を変化
させると、マイクロフライアイ5の入射面に形成される
照野の大きさが変化し、マスク10上における照明NA
が変化する。さらに詳細には、ズームレンズ41の倍率
m1を大きくすると、マスク10のパターン面に形成さ
れる照明領域の大きさが変化することなく、マスク10
上における照明NAだけが大きくなる。このように、ズ
ームレンズ41は、被照射面であるマスク10上におけ
る照明NAだけを変化させるための第1変倍光学系を構
成している。
On the other hand, when the magnification m1 of the zoom lens 41 is changed, the size of the illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's eye 5 is changed, and the illumination NA on the mask 10 is changed.
Changes. More specifically, when the magnification m1 of the zoom lens 41 is increased, the size of the illumination area formed on the pattern surface of the mask 10 does not change, and
Only the illumination NA above is increased. Thus, the zoom lens 41 constitutes a first variable power optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 which is the surface to be irradiated.

【0109】したがって、本実施形態では、ズームレン
ズ71の倍率を所定の値に設定することにより、マスク
ブラインド8で実質的に光損失することなく、マスク1
0上において所望の大きさの照明領域を得ることができ
る。また、所定の値に設定されたズームレンズ7の倍率
に対してズームレンズ41の倍率を所定の値に設定する
ことにより、マスク10上において所望の大きさの照明
NAを得ることができる。
Therefore, in the present embodiment, by setting the magnification of the zoom lens 71 to a predetermined value, the mask blind 8 does not substantially lose light and the mask 1
On 0, an illumination area of a desired size can be obtained. Further, by setting the magnification of the zoom lens 41 to a predetermined value with respect to the magnification of the zoom lens 7 set to a predetermined value, it is possible to obtain an illumination NA of a desired size on the mask 10.

【0110】なお、図8に示す第3の実施の形態におい
ても、図1に示す第1実施の形態と同様に、露光条件又
は照明条件を変更するために、変更手段又は光束変換手
段(例えば、円形光束形成用の回折光学部材3、輪帯光
束形成用の回折光学部材3a、および4極光束形成用の
回折光学部材3bの1つを照明光路に設定する機構等)
によって照明光学系の瞳位置(オプティカルインテグレ
ータにより形成される二次光源位置またはそれと光学的
に共役な位置)又はその位置近傍での光強度分布を変更
すると、照明開口数NAが変化する場合がある。その露
光条件又は照明条件の変更に伴う照明開口数の変化を、
調整手段としての第1変倍光学系41の倍率又は焦点距
離の調整(変更)によって補正することができる。
In the third embodiment shown in FIG. 8, similarly to the first embodiment shown in FIG. 1, in order to change the exposure condition or the illumination condition, changing means or light beam converting means (for example, A mechanism for setting one of the diffractive optical member 3 for forming a circular light beam, the diffractive optical member 3a for forming an orbicular light beam, and the diffractive optical member 3b for forming a quadrupole light beam in an illumination light path)
When the light intensity distribution at the pupil position of the illumination optical system (the position of the secondary light source formed by the optical integrator or a position optically conjugate with it) or the vicinity thereof is changed, the illumination numerical aperture NA may change. . The change of the numerical aperture of the illumination accompanying the change of the exposure condition or the illumination condition,
The correction can be made by adjusting (changing) the magnification or the focal length of the first variable power optical system 41 as the adjusting means.

【0111】以上のように、図1および図8に示す実施
の形態において、第2変倍光学系(7、71)による照
明視野の変更に伴う照明開口数の値の変化を、第1変倍
光学系(4、41)の倍率又は焦点距離の調整(変更)
によって補正して、照明開口数の値をほぼ一定に保つこ
とができる。従って、このような特定の条件下でも高照
明効率のもとで投影露光を行うこともできる。
As described above, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 8, the change in the value of the illumination numerical aperture caused by the change in the illumination visual field by the second variable power optical system (7, 71) is determined by the first variable. Adjustment (change) of the magnification or focal length of the magnification optical system (4, 41)
, The illumination numerical value can be kept substantially constant. Therefore, even under such specific conditions, the projection exposure can be performed with high illumination efficiency.

【0112】ところで、変更手段又は光束変換手段(例
えば、円形光束形成用の回折光学部材3、輪帯光束形成
用の回折光学部材3a、および4極光束形成用の回折光
学部材3bのlつを照明光路に設定する機構等)によっ
てマスク上又はウエハ上での照度分布が変化して照度が
不均一となる事がある。その場合、第2コンデンサー光
学系(変倍光学系7、70)又はリレー光学系(結像光
学系9)の一部の光学素子(レンズ等)を移動させる手
法、あるいはオプティカルインテグレータ(5、50、
500)とマスク10との間の光路中に照度分布調整用
の所定の角度特性を持つ複数のフィルターを交換可能に
設ける手法によって、マスク上又はウエハ上での照度分
布を均一にする事ができる。しかしながら、この照度補
正に伴って照明開口数が変化する場合があるため、上記
の照度補正手段による照度分布の補正に伴う照明開口数
の変化を、第1変倍光学系(第1コンデンサー光学系
4、第1結像光学系41)の倍率又は焦点距離の調整
(変更)によって補正することができる。
By the way, changing means or light beam converting means (for example, one of the diffractive optical member 3 for forming a circular light beam, the diffractive optical member 3a for forming an orbicular light beam, and the diffractive optical member 3b for forming a quadrupolar light beam is used. The illuminance distribution on the mask or the wafer may change due to the mechanism for setting the illumination optical path, and the illuminance may become non-uniform. In that case, a method of moving some optical elements (such as lenses) of the second condenser optical system (magnification optical systems 7, 70) or the relay optical system (imaging optical system 9), or an optical integrator (5, 50) ,
By using a method in which a plurality of filters having predetermined angular characteristics for adjusting the illuminance distribution are exchangeably provided in the optical path between the mask 500 and the mask 10, the illuminance distribution on the mask or the wafer can be made uniform. . However, since the illumination numerical aperture may change in accordance with the illuminance correction, the change in the illumination numerical aperture caused by the correction of the illuminance distribution by the illuminance correction means is performed by a first variable power optical system (a first condenser optical system). 4. It can be corrected by adjusting (changing) the magnification or the focal length of the first imaging optical system 41).

【0113】以上の各実施の形態で示した光束変換手段
(変更手段)は、露光用の光束に基づいて、互いに異な
る光強度分布を有する複数の光束の内の1つの所望の光
強度分布を有する光束に選択的に変換する機能、換言す
れば、露光用の光束を所定の第1の光強度分布を有する
光束とその第1の光強度分布とは異なる所定の第2の光
強度分布を有する光束とのいずれかを有する光束に変換
する機能を有しているため、照明光学系の瞳位置(オプ
ティカルインテグレータにより形成される二次光源位置
またはそれと光学的に共役な位置)又はその位置近傍で
の光強度分布を所望の光強度分布に変更することができ
る。このような、照明光学系の瞳位置又はその位置近傍
での光強度分布の変更を行う光束変換手段(変更手段)
は、所望の発散光束を形成する回折光学素子(3、3
a、3b)を切り換える構成に限らず、輪帯状の光束を
形成し得る凸の円錐状屈折面プリズム(又は凹の円錐状
屈折面を持つプリズム)と、4極状の光束を形成し得る
凸の4角錐状屈折面プリズム(又は凹の4角錐状屈折面
を持つプリズム)とを交換し得る構成としても良い。
The light beam converting means (changing means) described in each of the above embodiments converts one desired light intensity distribution among a plurality of light beams having different light intensity distributions from each other based on the light beam for exposure. The function of selectively converting the light beam having the light beam, that is, the light beam for exposure into a light beam having a predetermined first light intensity distribution and a predetermined second light intensity distribution different from the first light intensity distribution. Since it has a function to convert it into a light beam having one of the following light beams, the pupil position of the illumination optical system (the position of the secondary light source formed by the optical integrator or a position optically conjugate with it) or in the vicinity of the position Can be changed to a desired light intensity distribution. Light flux converting means (changing means) for changing the light intensity distribution at or near the pupil position of the illumination optical system.
Are diffractive optical elements (3, 3) that form a desired divergent light beam
a, 3b), the convex conical refraction surface prism (or a prism having a concave conical refraction surface) capable of forming an annular light beam, and a convex shape capable of forming a quadrupolar light beam. The configuration may be such that the above-described four-sided pyramid-shaped refraction surface prism (or a prism having a concave four-sided pyramid-shaped refraction surface) can be exchanged.

【0114】このように、光束変換手段(変更手段)
は、回折作用や屈折作用を有する光学部材のlつを選択
的に照明光路中に配置する事によって、所望の状態の発
散光に変換することができる。さらに、光束変換手段
(変更手段〉を交換可能な3つの回折光学素子と変倍光
学系とを組み合わせた構成とすれば、照明光学系の瞳位
置又はその位置近傍に形成される輪帯状光束の輪帯比
〈輪帯の内径と輪帯の外径との比率)、円形光束の大き
さ、4極状光束の中心からの距離を連続的に可変にでき
る。同様に、光束変換手段(変更手段)を上記の交換可
能なプリズム(屈折性光学素子)と変倍光学系とを組み
合わせた構成とすることも可能である。
As described above, the light beam converting means (changing means)
By selectively arranging one of the optical members having a diffractive action or a refraction action in the illumination light path, it is possible to convert the divergent light into a desired state. Furthermore, if a configuration is used in which three diffractive optical elements with interchangeable light flux converting means (changing means) and a variable power optical system are combined, an annular luminous flux formed at or near the pupil position of the illumination optical system is provided. The annular ratio (the ratio of the inner diameter of the annular zone to the outer diameter of the annular zone), the size of the circular luminous flux, and the distance from the center of the quadrupolar luminous flux can be continuously varied. Similarly, the light beam converting means (changing means) may have a configuration in which the above exchangeable prism (refractive optical element) and a variable power optical system are combined.

【0115】なお、図1乃至図9に示す各例における各
光学部材及び各ステージ等を前述したような機能を達成
するように、電気的、機械的または光学的に連結するこ
とで、本発明にかかる露光装置を組み上げることができ
る。また、次に、図1乃至図9に示す各例における露光
装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路
パターンを形成することによって、マイクロデバイスと
しての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図1
0のフローチャートを参照して説明する。
The present invention is realized by electrically, mechanically or optically connecting the optical members and the stages in the examples shown in FIGS. 1 to 9 so as to achieve the above-described functions. The exposure apparatus according to the above can be assembled. Next, a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus in each example shown in FIGS. Figure 1 per example
This will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0116】先ず、図10のステップ301において、
1ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ302において、そのlロットのウエハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ30
3において、図1乃至図9に示す何れかの投影露光装置
を用いて、マスク(レチクル)上のパターンの像がその
投影光学系(投影光学ユニット〉を介して、その1ロッ
トのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
その後、ステップ304において、その1ロットのウエ
ハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ3
05において、その1ロットのウエハ上でレジストパタ
ーンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マ
スク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ
上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレ
イヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導
体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイ
ス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有す
る半導体デバイスをスループット良く得ることができ
る。
First, in step 301 of FIG.
A metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the l lot of wafers. Then, step 30
3, using any one of the projection exposure apparatuses shown in FIGS. 1 to 9, an image of the pattern on the mask Exposure is transferred to each shot area sequentially.
Thereafter, in step 304, after the photoresist on the wafer of the lot is developed, step 3
At 05, a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer by etching using the resist pattern as a mask on that one lot of wafers. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.

【0117】また、上記の図1乃至図9に示す露光装置
では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回
路パターン、電極パターン等〉を形成することによっ
て、マィクロデバイスとしての液晶表示素子を得ること
もできる。以下、図11のフローチャートを参照して、
このときの手法の一例につき説明する。図11におい
て、パターン形成工程401では、本実施形態の露光装
置を用いてレチクルのパターンを感光性基板(レジスト
が塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リ
ソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー
工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所
定パターンが形成される。その後、露光された基板は、
現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工
程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成
され、次のカラーフィルター形成工程402へ移行す
る。
In the exposure apparatus shown in FIGS. 1 to 9 described above, by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate), a liquid crystal display element as a micro device is formed. In the following, referring to the flowchart of FIG.
An example of the technique at this time will be described. In FIG. 11, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a reticle pattern onto a photosensitive substrate (eg, a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment is performed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate is
A predetermined pattern is formed on the substrate by going through the respective steps such as a developing step, an etching step, and a reticle peeling step, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

【0118】次に、カラーフィルター形成工程402で
は、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたカラ
ーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形
成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行さ
れる。セル組み立て工程403では、パターン形成工程
401にて得られた所定パターンを有する基板、および
カラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフ
ィルター等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立て
る。セル組み立て工程403では、例えば、パターン形
成工程401にて得られた所定パターンを有する基板と
カラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフ
ィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル〈液晶セ
ル〉を製造する。
Next, in the color filter forming step 402, 3 colors corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue)
A set of one dot forms a color filter in which a large number is arranged in a matrix. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel <liquid crystal cell >

【0119】その後、モジュール組み立て工程404に
て、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれぱ、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。
Then, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

【0120】なお、上述の実施形態においては、光束変
換光学系としての回折光学素子を、たとえばターレット
方式で照明光路中に位置決めするように構成することが
できる。また、たとえば公知のスライダ機構を利用し
て、上述の回折光学素子の挿脱および切り替えを行うこ
ともできる。ところで、本発明で利用することのできる
回折光学素子に関する詳細な説明は、米国特許第5,850,
300号公報などに開示されている。また、上述の実施形
態では、光束変換光学系として回折光学素子を用いてい
るが、たとえばフライアイレンズやマイクロフライアイ
のような波面分割型のオプティカルインテグレータを用
いることもできる。
In the above-described embodiment, the diffractive optical element as the light beam conversion optical system can be configured to be positioned in the illumination light path by, for example, a turret method. In addition, for example, a known slider mechanism can be used to insert and remove the above-described diffractive optical element and to switch the diffractive optical element. Incidentally, a detailed description of the diffractive optical element that can be used in the present invention is described in U.S. Pat.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 300 and the like. In the above embodiment, a diffractive optical element is used as the light beam conversion optical system. However, a wavefront splitting optical integrator such as a fly-eye lens or a micro fly-eye may be used.

【0121】さらに、上述の実施形態では、多光源形成
手段として、マイクロフライアイやロッド型インテグレ
ータを用いているが、フライアイレンズや回折光学素子
などの他の適当な光学部品を用いることもできる。ま
た、上述の第1実施形態および第2実施形態では、マス
ク10と共役な所定面に照野を一旦形成し、この照野か
らの光束をマスクブラインド8で制限した後に、リレー
光学系9を介してマスク10上に照野を形成している。
しかしながら、リレー光学系9を省略し、ズームレンズ
7または70を介して、マスクブラインド8の位置に配
置したマスク10上に照野を直接形成する構成も可能で
ある。
Further, in the above embodiment, a micro fly's eye or a rod type integrator is used as the multiple light source forming means, but other suitable optical components such as a fly's eye lens or a diffractive optical element can be used. . In the above-described first and second embodiments, an illumination field is once formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and a light flux from this illumination field is restricted by the mask blind 8. An illumination field is formed on the mask 10 via the mask.
However, a configuration is also possible in which the relay optical system 9 is omitted and the illumination field is directly formed on the mask 10 disposed at the position of the mask blind 8 via the zoom lens 7 or 70.

【0122】さらに、上述の第3実施形態では、矩形状
の断面を有するロッド型インテグレータ500に対して
円形状の光束を入射させる構成となっているが、入射光
束の充填率を高めるために楕円状の光束に変換して入射
させることが好ましい。なお、ロッド型インテグレータ
は、単一の中実ガラス棒であってもよいし、反射ミラー
をトンネル状に組み立てた形態であってもよい。反射ミ
ラーでロッド型インテグレータを形成する場合、必要に
応じて、その断面サイズd5を変更可能に構成すること
ができる。
Further, in the third embodiment described above, the configuration is such that a circular light beam is made incident on the rod-type integrator 500 having a rectangular cross section. However, in order to increase the filling rate of the incident light beam, an ellipse is used. It is preferable that the light beam is converted into a light beam and incident. Note that the rod-type integrator may be a single solid glass rod, or may be a form in which a reflection mirror is assembled in a tunnel shape. When a rod-type integrator is formed by a reflection mirror, the cross-sectional size d5 can be changed as necessary.

【0123】また、上述の実施形態では、マイクロフラ
イアイの後側焦点面の近傍に、二次光源の光束を制限す
るための開口絞りを配置している。しかしながら、場合
によっては、マイクロフライアイを構成する各微小レン
ズの断面積を十分小さく設定することにより、開口絞り
の配置を省略して二次光源の光束を全く制限しない構成
も可能である。
In the above embodiment, the aperture stop for restricting the luminous flux of the secondary light source is arranged near the rear focal plane of the micro fly's eye. However, in some cases, a configuration is possible in which the cross-sectional area of each microlens constituting the micro fly's eye is set to be sufficiently small, so that the arrangement of the aperture stop is omitted and the light flux of the secondary light source is not restricted at all.

【0124】さらに、上述の実施形態では、4極状の二
次光源を形成する例を示しているが、たとえば2極(2
つ目)状の二次光源、あるいは8極(8つ目)状のよう
な多重極状の二次光源を形成することもできる。また、
上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装
置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照
射面を均一照明するための一般的な照明光学装置に本発
明を適用することができることは明らかである。
Further, in the above-described embodiment, an example is shown in which a quadrupole secondary light source is formed.
It is also possible to form a secondary light source having a multi-pole shape such as a (second) light source or an 8-pole (eighth) shape. Also,
In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the projection exposure apparatus having the illumination optical device as an example. Obviously you can do that.

【0125】さて、本実施形態においては、光源として
KrFエキシマレーザ(波長:248nm)やArFエキシマレ
ーザ(波長:193nm)等、波長が180nm以上の露光光を用い
ているため回折光学素子は例えば石英ガラスで形成する
ことができる。なお、露光光として200nm以下の波長を
用いる場合には、回折光学素子を螢石、フッ素がドープ
された石英ガラス、フッ素及び水素がドープされた石英
ガラス、構造決定温度が1200K以下で且つOH基濃
度が1000ppm以上である石英ガラス、構造決定温
度が1200K以下で且つ水素分子濃度が1×1017mole
cules/cm3以上である石英ガラス、構造決定温度が12
00K以下でかつ塩素濃度が50ppm以下である石英ガラ
ス、及び構造決定温度が1200K以下で且つ水素分子
濃度が1×1017molecules/cm3以上で且つ塩素濃度が50p
pm以下である石英ガラスのグループから選択される材料
で形成することが好ましい。
In this embodiment, since the exposure light having a wavelength of 180 nm or more, such as a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) or an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), is used as the light source, the diffractive optical element is made of, for example, quartz. It can be formed of glass. When a wavelength of 200 nm or less is used as the exposure light, the diffractive optical element may be made of fluorite, quartz glass doped with fluorine, quartz glass doped with fluorine and hydrogen, having a structure determination temperature of 1200 K or less and an OH group. Quartz glass with a concentration of 1000 ppm or more, a structure determination temperature of 1200 K or less, and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 mole
quartz glass with cules / cm 3 or more, structure determination temperature 12
Quartz glass having a temperature of 1200 K or less, a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, and a chlorine concentration of 50 p or less.
It is preferably formed of a material selected from the group of quartz glass having a value of pm or less.

【0126】なお、構造決定温度が1200K以下で且
つOH基濃度が1000ppm以上である石英ガラスに
ついては、本願出願人による特許第2770224号公
報に開示されており、構造決定温度が1200K以下で
且つ水素分子濃度が1×1017molecules/cm3以上である
石英ガラス、構造決定温度が1200K以下でかつ塩素
濃度が50ppm以下である石英ガラス、及び構造決定温度
が1200K以下で且つ水素分子濃度が1×1017molecu
les/cm3以上で且つ塩素濃度が50ppm以下である石英ガラ
スについては本願出願人による特許第2936138号
公報に開示されている。
A quartz glass having a structure determination temperature of 1200 K or less and an OH group concentration of 1000 ppm or more is disclosed in Japanese Patent No. 2770224 by the present applicant. Quartz glass having a molecular concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, quartz glass having a structure determination temperature of 1200 K or less and a chlorine concentration of 50 ppm or less, and a structure determination temperature of 1200 K or less and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecu
Quartz glass having a les / cm 3 or more and a chlorine concentration of 50 ppm or less is disclosed in Japanese Patent No. 2936138 by the present applicant.

【0127】[0127]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、第1変倍光学系および第2変倍光学系の焦点
距離または倍率を制御することにより、光量損失を良好
に抑えつつ、照明NAと照明領域の大きさとをそれぞれ
所望の値に調整することができる。したがって、本発明
の照明光学装置を組み込んだ露光装置では、開口絞りや
照明視野絞りにおける光量損失を良好に抑えつつ、露光
領域の大きさとσ値とをそれぞれ所望の値に調整するこ
とができる。その結果、本発明の露光装置では、製造す
べきマイクロデバイスの特性に応じて、あるいは使用す
るマスクの特性に応じて、照明領域(露光領域)の大き
さおよびσ値をそれぞれ最適な値に設定し、高い露光照
度および良好な露光条件のもとで、スループットの高い
良好な投影露光を行うことができる。
As described above, in the illumination optical apparatus according to the present invention, by controlling the focal lengths or magnifications of the first variable power optical system and the second variable power optical system, the light amount loss can be suppressed well. , The illumination NA and the size of the illumination area can be adjusted to desired values. Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical device of the present invention, the size of the exposure area and the σ value can be adjusted to desired values while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop and the illumination field stop. As a result, in the exposure apparatus of the present invention, the size of the illumination area (exposure area) and the σ value are set to optimal values according to the characteristics of the microdevice to be manufactured or the characteristics of the mask to be used. In addition, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions.

【0128】また、本発明の照明光学装置を用いて被照
射面上に配置されたマスクのパターンを感光性基板上に
露光する露光方法あるいはマイクロデバイスの製造方法
では、良好な露光条件のもとで投影露光を行うことがで
きるので、良好なマイクロデバイスを製造することがで
きる。さらに、本発明の典型的な実施形態によれば、二
次光源を制限するための開口絞りにおける光量損失を良
好に抑えつつ、輪帯変形照明や4極変形照明のような変
形照明および通常円形照明を行うことができる。したが
って、本発明の照明光学装置を組み込んだ露光装置で
は、変形照明の種類を適宜変化させて、露光投影すべき
微細パターンに適した投影光学系の解像度および焦点深
度を得ることができる。その結果、高い露光照度および
良好な露光条件のもとで、スループットの高い良好な投
影露光を行うことができる。
Further, in the exposure method for exposing the pattern of the mask arranged on the surface to be irradiated to the photosensitive substrate using the illumination optical apparatus of the present invention or the method for manufacturing a microdevice, the exposure method is performed under favorable exposure conditions. , It is possible to manufacture a good microdevice. In addition, according to an exemplary embodiment of the present invention, a modified illumination such as an annular modified illumination or a quadrupole modified illumination and a normal circular illumination can be achieved while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop for limiting the secondary light source. Lighting can be performed. Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention, the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be exposed and projected can be obtained by appropriately changing the type of the modified illumination. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions.

【0129】所望の露光条件又は所望の照明条件に設定
するために、光束変換手段(変更手段)によって露光用
の光束を所望の光強度分布を有する光束に変換した事に
より照明開口数が変化したとしても、調整手段により照
明開口数を調整することができるため、所望の露光条件
又は所望の照明条件のもとで常に良好なるマスクパター
ンをウエハ等の感光性基板に露光でき得る露光装置およ
びマイクロデバイスの製造方法を実現できる。
In order to set a desired exposure condition or a desired illumination condition, the light beam for exposure was converted by the light beam conversion means (change means) into a light beam having a desired light intensity distribution, so that the illumination numerical aperture changed. Also, since the illumination numerical aperture can be adjusted by the adjusting means, an exposure apparatus and a micro exposure apparatus capable of exposing a photosensitive substrate such as a wafer to a mask pattern that is always good under a desired exposure condition or a desired illumination condition. A device manufacturing method can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の光遅延部2の内部構成および作用を説明
する斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the internal configuration and operation of the optical delay unit 2 of FIG.

【図3】第1実施形態における、ズームレンズ4および
ズームレンズ7の焦点距離と、マスク10と共役な所定
面に形成される矩形状の照野の大きさおよび照明NAと
の関係を説明する図である。
FIG. 3 illustrates a relationship between focal lengths of a zoom lens 4 and a zoom lens 7, a size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with a mask 10, and an illumination NA in the first embodiment. FIG.

【図4】輪帯変形照明用の回折光学素子3aの作用を説
明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a diffractive optical element 3a for annular deformation illumination.

【図5】4極変形照明用の回折光学素子3bの作用を説
明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the function of a diffractive optical element 3b for quadrupole deformation illumination.

【図6】本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 6 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2実施形態における、ズームレンズ4および
マイクロフライアイ群50の焦点距離と、マスク10と
共役な所定面に形成される矩形状の照野の大きさおよび
照明NAとの関係を説明する図である。
FIG. 7 shows the relationship between the focal length of the zoom lens 4 and the micro fly's eye group 50, the size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and the illumination NA in the second embodiment. FIG.

【図8】本発明の第3実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 8 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】第3実施形態における、ズームレンズ41およ
びズームレンズ71の倍率と、マスク10と共役な所定
面に形成される矩形状の照野の大きさおよび照明NAと
の関係を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71, the size of a rectangular illumination field formed on a predetermined surface conjugate with the mask 10, and the illumination NA in the third embodiment. It is.

【図10】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを
得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示
す図である。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device.

【図11】マィクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す
図である。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 光遅延部 3 回折光学素子 4 ズームレンズ 5 マイクロフライアイ 6 開口絞り 7 ズームレンズ 8 マスクブラインド 9 リレー光学系 10 マスク 11 投影光学系 12 ウエハ 13 ウエハステージ 20 入力手段 21 制御系 22〜25 駆動系 Reference Signs List 1 light source 2 optical delay unit 3 diffractive optical element 4 zoom lens 5 micro fly eye 6 aperture stop 7 zoom lens 8 mask blind 9 relay optical system 10 mask 11 projection optical system 12 wafer 13 wafer stage 20 input means 21 control system 22 to 25 Drive system

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被照射面を照明する照明光学装置におい
て、 前記被照射面における照明開口数を調整するために焦点
距離または倍率が可変の第1変倍光学系と、 前記被照射面に形成される照明領域の大きさを変化させ
るために焦点距離または倍率が可変の第2変倍光学系と
を備えていることを特徴とする照明光学装置。
1. An illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, a first variable power optical system having a variable focal length or a magnification for adjusting an illumination numerical aperture on the surface to be illuminated, and formed on the surface to be illuminated. An illumination optical device, comprising: a second variable power optical system having a variable focal length or a variable magnification for changing the size of an illumination area to be irradiated.
【請求項2】 前記照明開口数と前記照明領域の大きさ
とをそれぞれ所望の値に設定するために前記第1変倍光
学系および前記第2変倍光学系の各焦点距離または各倍
率を調整するための調整系を備えていることを特徴とす
る請求項1に記載の照明光学装置。
2. Adjusting each focal length or each magnification of the first variable power optical system and the second variable power optical system to set the illumination numerical aperture and the size of the illumination area to desired values, respectively. The illumination optical device according to claim 1, further comprising an adjustment system for performing the adjustment.
【請求項3】 照明光を供給するための光源手段と、 前記照明光に基づいて多数の光束を形成するための多光
源形成手段と、 前記光源手段からの光束を所定の断面形状を有する光束
に変換するための光束変換光学系とを備え、 前記第1変倍光学系は、前記光束変換光学系を介した光
束を前記多光源形成手段へ導き、 前記第2変倍光学系は、前記多光源形成手段からの多数
の光束を前記被照射面へ導くことを特徴とする請求項1
または2に記載の照明光学装置。
3. Light source means for supplying illumination light; multi-light source forming means for forming a large number of light fluxes based on the illumination light; and light flux having a predetermined sectional shape from the light flux from the light source means. Wherein the first variable power optical system guides the light beam passing through the light beam converting optical system to the multiple light source forming unit, and wherein the second variable power optical system includes: 2. The light source according to claim 1, wherein a large number of light beams from the multiple light source forming means are guided to the surface to be irradiated.
Or the illumination optical device according to 2.
【請求項4】 照明光を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光束を所定の断面形状を有する光束
に変換するための光束変換光学系とを備え、 前記第1変倍光学系は、前記光束変換光学系からの光束
を前記第2変倍光学系へ導き、 前記第2変倍光学系は、前記第1変倍光学系を介した光
束に基づいて多数の光束を形成するための多光源形成手
段を含み、 前記第2変倍光学系は、前記第1変倍光学系からの光束
を前記被照射面へ導くことを特徴とする請求項1または
2に記載の照明光学装置。
4. A first variable power optical system, comprising: light source means for supplying illumination light; and a light beam conversion optical system for converting a light beam from the light source means into a light beam having a predetermined sectional shape. Guides the light beam from the light beam conversion optical system to the second variable power optical system, and the second variable power optical system forms a large number of light beams based on the light beam passing through the first variable power optical system. 3. The illumination optical system according to claim 1, wherein the second variable power optical system guides a light beam from the first variable power optical system to the surface to be irradiated. 4. apparatus.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパ
ターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系
とを備えていることを特徴とする露光装置。
5. The illumination optical device according to claim 1, wherein the projection optical system projects and exposes a pattern of a mask disposed on the surface to be irradiated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus, comprising:
【請求項6】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
照明光学装置により前記被照射面に配置されたマスクを
照明する工程と、照明された前記マスクのパターンを感
光性基板上に転写する工程とを含むことを特徴とする、
マイクロデバイスの製造方法。
6. A step of illuminating a mask arranged on the surface to be illuminated by the illumination optical device according to claim 1, and illuminating a pattern of the illuminated mask on a photosensitive substrate. And a step of transferring.
Manufacturing method of micro device.
【請求項7】 所定のパターンを有するマスクのパター
ンを露光用の光束で照明する照明光学装置と、前記マス
クのパターン像を感光性基板に投影露光する投影系とを
有する露光装置において、 前記感光性基板での露光条件又は前記マスクでの照明条
件に関する情報を入力する入力手段を備え、 前記照明光学装置は、前記入力手段からの入力情報に基
づいて前記露光用の光束を所望の光強度分布を有する光
束に変換する光束変換手段と、前記入力手段からの入力
情報に基づいて前記マスクでの照明開口数を調整する第
1変倍光学系と、前記入力手段からの入力情報に基づい
て前記マスクに形成される照明領域の大ききを変化させ
る第2変倍光学系とを含むことを特徴とする露光装置。
7. An exposure apparatus comprising: an illumination optical device that illuminates a mask pattern having a predetermined pattern with a light beam for exposure; and a projection system that projects and exposes a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate. Input means for inputting information on an exposure condition on the reactive substrate or an illumination condition on the mask, the illumination optical device converts the light beam for exposure into a desired light intensity distribution based on input information from the input means. A light beam converting means for converting the light beam into a light beam having a first variable magnification optical system for adjusting an illumination numerical aperture of the mask based on input information from the input means; and An exposure apparatus comprising: a second variable power optical system that changes the size of an illumination area formed on the mask.
【請求項8】 前記照明光学装置は、前記マスクを均一
に照明するオプティカルインテグレータを含み、 前記第1変倍光学系は、前記オプティカルインテグレー
タの入射側に配置されており、 前記第2変倍光学系は、前記オプティカルインテグレー
タの射出側に配置されていることを特徴とする請求項7
に記載の露光装置。
8. The illumination optical device includes an optical integrator that uniformly illuminates the mask, the first variable power optical system is disposed on an incident side of the optical integrator, and the second variable power optical system. 8. The system according to claim 7, wherein the system is arranged on an emission side of the optical integrator.
3. The exposure apparatus according to claim 1.
【請求項9】 所定のパターンを有するマスクのパター
ンを露光用の光束で照明する照明工程と、前記マスクの
パターン像を感光性基板に投影露光する露光工程とを含
むマイクロデバイスの製造方法において、 前記照明工程は、前記感光性基板での露光条件又は前記
マスクでの照明条件に関する情報を入力する入力工程
と、 前記入力工程からの入力情報に基づいて露光用の光束を
所望の光強度分布を有する光束に変換する光束変換工程
と、 前記入力工程からの入力情報に基づいて前記マスクに形
成される照明領域の大きさを変化させる照明領域可変工
程と、 前記入力手段からの入力情報に基づいて前記マスクでの
照明開口数を調整する調整工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法。
9. A method for manufacturing a micro device, comprising: an illumination step of illuminating a pattern of a mask having a predetermined pattern with a light beam for exposure; and an exposure step of projecting and exposing a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate. The illumination step is an input step of inputting information on an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask, and a desired light intensity distribution of a light beam for exposure based on input information from the input step. A light beam converting step of converting the light beam into a light beam having an illumination area; an illumination area changing step of changing a size of an illumination area formed on the mask based on the input information from the input step; An adjusting step of adjusting an illumination numerical aperture of the mask.
【請求項10】 前記調整工程は、前記照明領域可変工
程により変化する照明開口数の値を補正して前記照明開
口数の値をほぼ一定に保つことを含むことを特徴とする
請求項9に記載のマイクロデバイスの製造方法。
10. The method according to claim 9, wherein the adjusting step includes correcting the value of the illumination numerical aperture changed by the illumination area changing step to keep the value of the illumination numerical aperture substantially constant. A manufacturing method of the microdevice according to the above.
【請求項11】 所定のパターンを有するマスクのパタ
ーンを露光用の光束で照明する照明光学装置と、前記マ
スクのパターン像を感光性基板に投影露光する投影系と
を有する露光装置において、 前記照明光学装置は、該照明光学装置の瞳位置又はその
近傍での光強度分布を変化させる変更手段と、該変更手
段による光強度分布の変化に応じて前記マスクでの照明
開口数を調整する調整手段とを有することを特徴とする
露光装置。
11. An exposure apparatus comprising: an illumination optical device that illuminates a mask pattern having a predetermined pattern with a light beam for exposure; and a projection system that projects and exposes a pattern image of the mask onto a photosensitive substrate. An optical device, a changing unit for changing a light intensity distribution at or near a pupil position of the illumination optical device, and an adjusting unit for adjusting an illumination numerical aperture of the mask in accordance with a change in the light intensity distribution by the changing unit. An exposure apparatus comprising:
【請求項12】 前記変更手段は、前記露光用の光束
を、互いに異なる光強度分布を有する複数の光束の内の
lつの光束に選択的に変換する光束変換手段を含むこと
を特徴とする請求項11に記載の露光装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein the changing unit includes a light beam converting unit for selectively converting the light beam for exposure into one of a plurality of light beams having different light intensity distributions. Item 12. An exposure apparatus according to Item 11.
【請求項13】 前記光束変換手段は、第1光強度分布
を形成する第1回折光学部材と、光路に対して第1回折
光学部材と交換可能に設けられて前記第1光強度分布と
は異なる第2光強度分布を形成する第2回折光学部材と
を有することを特徴とする請求項12に記載の露光装
置。
13. A light beam converting means, comprising: a first diffractive optical member forming a first light intensity distribution; and a first diffractive optical member provided in an optical path so as to be exchangeable with the first diffractive optical member. The exposure apparatus according to claim 12, further comprising a second diffractive optical member that forms a different second light intensity distribution.
【請求項14】 照明光学装置を用いて所定のパターン
を有するマスクのパターンを照明する照明工程と、投影
系を用いて前記マスクのパターン像を感光性基板に投影
露光する露光工程とを含むマイクロデバイスの製造方法
において、 前記照明工程は、前記照明光学装置の瞳位置又はその近
傍での光強度分布を変化させる変更工程と、該変更工程
による光強度分布の変化に応じて前記マスクでの照明開
口数を調整する調整工程とを含むことを特徴とするマイ
クロデバイスの製造方法。
14. A micro process comprising: an illumination step of illuminating a pattern of a mask having a predetermined pattern using an illumination optical device; and an exposure step of projecting and exposing a pattern image of the mask on a photosensitive substrate using a projection system. In the method for manufacturing a device, the illumination step includes: a change step of changing a light intensity distribution at or near a pupil position of the illumination optical device; An adjustment step of adjusting a numerical aperture.
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