JP2001176766A - Illuminator and projection aligner - Google Patents

Illuminator and projection aligner

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JP2001176766A
JP2001176766A JP30818699A JP30818699A JP2001176766A JP 2001176766 A JP2001176766 A JP 2001176766A JP 30818699 A JP30818699 A JP 30818699A JP 30818699 A JP30818699 A JP 30818699A JP 2001176766 A JP2001176766 A JP 2001176766A
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light
light beam
optical element
diffractive optical
illumination
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JP30818699A
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Japanese (ja)
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Akihiro Goto
明弘 後藤
Nobumichi Kanayamatani
信道 金山谷
Osamu Tanitsu
修 谷津
Masato Shibuya
眞人 渋谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminator, etc., that forms various light intensity distributions at prescribed surface. SOLUTION: This illuminator, that illuminates a mask 14 on which a prescribed pattern is formed is provided with a light source part 1 that supplies a flux of light, a conversion part for light of flux that contains diffraction optical elements, 51, 52 and 53 diffracting the flux of light from the light source part, so as to perform wavefront splitting and a relay lens 7 overlapping the diffracted fluxes of light with each other on a prescribed surface and further converting them into a flux of light of a prescribed sectional form on the prescribed surface, an optical integrator 8 that forms a substantial surface light source based on the flux of light diffracted by the conversion part, and a condenser optical system 12, that introduces the flux of light from the optical integrator to the mask, etc. Diffraction properties of the diffraction optical elements 51, 52 and 53 are variable, so that light intensity distribution at the prescribed surface can be varied.

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、照明装置、特に半
導体集積回路又は液晶デバイス等のためのマスクパター
ンを照明する装置、及び該照明装置に好適な投影露光装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating apparatus, and more particularly to an apparatus for illuminating a mask pattern for a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device, and a projection exposure apparatus suitable for the illuminating apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、
一般にフォトリソグラフィ技術と呼ばれる工程が必要で
ある。この工程には通常、レチクル(マスク)パターン
を半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用され
る。基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。そして、投影露光装置では、レチクル上
に描画された転写すべき回路パターンの像が、投影光学
系を介して基板(ウエハ)上に投影、露光される。かか
る投影露光装置では、レチクルを照明するための照明光
学系中に、フライアイレンズ等のオプティカルインテグ
レータが使用されており、レチクル上に照射される照明
光の強度分布を均一化している。フライアイレンズ等の
オプティカルインテグレータを用いる事で、レチクル上
に照射される照明光の強度分布が均一化される理由を以
下に述べる。
2. Description of the Related Art For forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like,
Generally, a process called a photolithography technique is required. In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted. A photosensitive photoresist is applied on the substrate, and a circuit pattern is transferred to the photoresist according to an irradiation light image, that is, a pattern shape of a transparent portion of the reticle pattern. In the projection exposure apparatus, the image of the circuit pattern to be transferred, which is drawn on the reticle, is projected and exposed on a substrate (wafer) via a projection optical system. In such a projection exposure apparatus, an optical integrator such as a fly-eye lens is used in an illumination optical system for illuminating the reticle, and the intensity distribution of illumination light applied to the reticle is made uniform. The reason why the use of an optical integrator such as a fly-eye lens makes the intensity distribution of illumination light irradiated on the reticle uniform will be described below.

【0003】図25(A)はフライアイレンズを用いた
光学系の模式図である。図25(A)において、光源1
001を発した光束は、光学系1002により、フライ
アイレンズ1003に導かれる。ここで、フライアイレ
ンズ1003を構成する各々のレンズの入射面と、被照
明面1006(投影露光装置ではレチクル面)はそれぞ
れ共役である為、結果として、フライアイレンズに入射
した光束は、フライアイレンズの要素レンズ単位で分割
され、被照明面上で重ね合わされる。この為、フライア
イレンズ入射面にて例えばガウス分布状の明暗差の大き
い分布があったとしても、フライアイレンズの要素レン
ズ単位ではさほど大きな分布にはならず、さらにそれが
重なり合う事で平均化され、被照明面1006上では極
めて均一性の高い照度分布が得られる。
FIG. 25A is a schematic diagram of an optical system using a fly-eye lens. In FIG. 25A, the light source 1
The light beam having emitted 001 is guided to the fly-eye lens 1003 by the optical system 1002. Here, since the entrance surface of each lens constituting the fly-eye lens 1003 and the illuminated surface 1006 (the reticle surface in the projection exposure apparatus) are conjugate with each other, as a result, the luminous flux incident on the fly-eye lens is The lens is divided into element lenses of the eye lens and is superimposed on the surface to be illuminated. For this reason, even if there is a large distribution of light-dark differences such as a Gaussian distribution on the fly-eye lens entrance surface, the distribution is not so large in the element lens unit of the fly-eye lens, and furthermore, it is averaged because they overlap. Thus, an extremely uniform illuminance distribution is obtained on the illuminated surface 1006.

【0004】さて、波面分割及びその重ねあわせという
過程を2回繰り返すシステムが従来から知られており、
以下このシステムをダブルフライアイレンズシステムと
いう。ダブルフライアイレンズを用いた従来の投影露光
装置の光学系の一例を、図25(B)に示す。エキシマ
レーザなどの光源1からの光束は、エキスパンダー2を
通して光束の断面形状を任意の形状に変換された後、ミ
ラー3及び光束の偏光を緩和する為の水晶プリズム4を
介して複数の光学要素からなる第1フライアイレンズ
(2次光源手段)5に入射し、その射出側面に多数の2
次光源像を形成する。該多数の2次光源から発散する光
束はリレーレンズ7により集光され、図26に示すよう
に第2フライアイレンズ8の入射面を重畳的に均一照明
する。その結果、第2フライアイレンズ8の射出面に、
第1フライアイレンズのレンズ要素数mと第2フライア
イレンズのレンズ要素数nの積m×nに相当する数の多
数の3次光源像を形成することができる。そして、3次
光源からの光束は、絞り9によりその径を制限され、レ
ンズ群10,12により集光され、投影露光されるパタ
ーンが描画されたレチクル又はマスク14を重畳的に均
一照明する。ここで、レンズ群10,12中には照明範
囲を決定するための視野絞り11が配置されている。そ
して、均一照明された照明光にもとづき、レチクル又は
マスクパターン14上に形成されたパターンは投影レン
ズ15を介して被露光物体である基板16上に投影され
る。
A system that repeats a process of dividing a wavefront and superimposing the wavefront twice is conventionally known.
Hereinafter, this system is called a double fly-eye lens system. FIG. 25B shows an example of an optical system of a conventional projection exposure apparatus using a double fly-eye lens. A light beam from a light source 1 such as an excimer laser is converted from a plurality of optical elements through a mirror 3 and a quartz prism 4 for relaxing the polarization of the light beam after the cross-sectional shape of the light beam is converted into an arbitrary shape through an expander 2. Incident on the first fly-eye lens (secondary light source means) 5 and a large number of 2
A next light source image is formed. Light beams diverging from the large number of secondary light sources are condensed by the relay lens 7, and uniformly illuminate the incident surface of the second fly-eye lens 8 in a superimposed manner as shown in FIG. As a result, on the exit surface of the second fly-eye lens 8,
A large number of tertiary light source images corresponding to the product m × n of the number m of lens elements of the first fly-eye lens and the number n of lens elements of the second fly-eye lens can be formed. The luminous flux from the tertiary light source is limited in its diameter by the stop 9, condensed by the lens groups 10 and 12, and uniformly illuminates the reticle or mask 14 on which the pattern to be projected and exposed is drawn. Here, a field stop 11 for determining an illumination range is arranged in the lens groups 10 and 12. Then, based on the uniformly illuminated illumination light, the pattern formed on the reticle or mask pattern 14 is projected onto a substrate 16 as an object to be exposed via a projection lens 15.

【0005】ダブルフライアイレンズと呼ばれるシステ
ムの、通常の一つだけフライアイレンズを用いるシステ
ムに対する特徴は、以下の通りである。なお、以下では
記述を容易にする為、通常の一つだけフライアイレンズ
を用いるシステムをシングルフライアイレンズシステム
と称する。
The characteristics of a system called a double fly's eye lens with respect to a system using only a normal one fly's eye lens are as follows. In the following, in order to facilitate the description, a system using only one normal fly-eye lens is referred to as a single fly-eye lens system.

【0006】(1)レチクルを照明する照明光の照度を
均一にする効果については、フライアイレンズの分割数
が増えれば増えるほどその効果を増すが、フライアイレ
ンズの製造費用はフライアイレンズの分割数におおよそ
比例する。このため、シングルフライアイレンズシステ
ムで多くの波面分割を実現しようとすると、レンズの製
造費用が莫大なものとなってしまう。しかし、ダブルフ
ライアイレンズシステムでは、実効的に第1と第2のフ
ライアイレンズの分割数の積が、その光学系の総合分割
数となる為、製造コストをかけずに高性能な照明系を得
る事が出来るという利点がある。例えば、第1フライア
イレンズが100分割、第2フライアイレンズが100
分割とすると、100分割のレンズ2個分の製造コスト
で10,000(=100×100)分割と等価の照明
系が得られる。
(1) The effect of equalizing the illuminance of illumination light for illuminating the reticle increases as the number of divisions of the fly-eye lens increases, but the manufacturing cost of the fly-eye lens increases. It is roughly proportional to the number of divisions. Therefore, if a large number of wavefront divisions are to be realized by a single fly-eye lens system, the manufacturing cost of the lens becomes enormous. However, in the double fly-eye lens system, the product of the number of divisions of the first and second fly-eye lenses is effectively the total number of divisions of the optical system. There is an advantage that can be obtained. For example, the first fly-eye lens is divided into 100, and the second fly-eye lens is divided into 100.
If divided, an illumination system equivalent to 10,000 (= 100 × 100) division can be obtained at the manufacturing cost of two 100-divided lenses.

【0007】(2)シングルフライアイレンズでは、フ
ライアイレンズ入射面の光分布がそのままフライアイレ
ンズに入射する。したがって、光源の振動等で該光分布
が変化すると投影露光装置の空間的コヒーレンシーが変
化してしまい好ましくない。しかし、ダブルフライアイ
レンズシステムでは第2フライアイレンズの入射面の光
分布は、一度第1フライアイレンズにより均一化を行っ
たものであるため、光源が振動等してもその光分布は殆
ど変化しない。このため、光源部に振動等が生じても結
像性能に影響を与えにくいという利点を有する。
(2) In the single fly-eye lens, the light distribution on the fly-eye lens incident surface is directly incident on the fly-eye lens. Therefore, if the light distribution changes due to vibration of the light source or the like, the spatial coherency of the projection exposure apparatus changes, which is not preferable. However, in the double fly-eye lens system, the light distribution on the incident surface of the second fly-eye lens is once uniformed by the first fly-eye lens. It does not change. For this reason, there is an advantage that even if vibration or the like occurs in the light source unit, the imaging performance is hardly affected.

【0008】(3)さらに、ダブルフライアイレンズシ
ステムは、開口絞りを交換した時の照度均一性の崩れ
量、すなわち、理想的ケーラー照明状態からの変化量が
少ないという利点も有している。
(3) Further, the double fly-eye lens system has an advantage that the amount of collapse of illuminance uniformity when the aperture stop is replaced, that is, the amount of change from the ideal Koehler illumination state is small.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】さて、近年、これらの
露光装置に要求される解像力等の性能は、理論的に算出
される限界に極めて近付いている。一般に良く知られて
いるように、レチクルのパターンにより、最適な光学系
の定数(投影レンズの開口数、照明系の開口数等)の設
定値は異なるが、装置能力の理論的限界付近で露光が行
なわれている関係上、当然の事ながら装置側には、マス
クのパターンに合わせて最適な光学系の定数が選択出来
る事が求められる。
In recent years, the performance such as the resolving power required for these exposure apparatuses has been extremely close to the theoretically calculated limit. As is generally well known, the optimal set values of the constants of the optical system (the numerical aperture of the projection lens, the numerical aperture of the illumination system, etc.) differ depending on the reticle pattern. As a matter of course, the apparatus side is required to be able to select an optimum optical system constant according to the mask pattern.

【0010】このことを照明系について見ると、少なく
とも照明系の開口数が可変である事が必要となる。本発
明が取り扱う、図25(B)に示した様なダブルフライ
アイレンズシステムにおいて、開口数を可変にする為に
は、開口絞り9の径をカメラの絞りの如く可変絞りにす
る、又は絞りを切り替え可能として対応するのが一般的
である。ただし、単に絞り径を切り替えただけでは、絞
り径を小さなものに変更した場合、光束を遮光する面積
が大きくなり、照度が低下してしまう。
[0010] In view of this, regarding the illumination system, it is necessary that at least the numerical aperture of the illumination system be variable. In the double fly-eye lens system as shown in FIG. 25B which is handled by the present invention, in order to make the numerical aperture variable, the diameter of the aperture stop 9 is made to be a variable aperture like a camera aperture, or the aperture is stopped. Is generally switchable. However, simply changing the aperture diameter changes the aperture diameter to a small one, so that the area for blocking the light beam becomes large, and the illuminance decreases.

【0011】この種の露光装置において照度が低下する
事は、スループットの低下を意味し、その結果、製造し
た製品の原価を跳ね上げることになる。製品のうち、特
にメモリーについては製品一個当たりの利幅が極端に少
ない為、半導体等の製造業界において製造原価は特に重
要な項目である。この為、露光装置の種々の仕様の中で
も「照度」は重要な項目の一つとなっており、照度低下
は極力避ける必要がある。
A decrease in illuminance in this type of exposure apparatus means a decrease in throughput, and as a result, the cost of manufactured products is increased. Of the products, especially for memories, the margin per product is extremely small, so the manufacturing cost is a particularly important item in the semiconductor and other manufacturing industries. For this reason, "illuminance" is one of the important items among various specifications of the exposure apparatus, and it is necessary to avoid a decrease in illuminance as much as possible.

【0012】ダブルフライアイレンズシステムでは、照
度低下対策として、第1フライアイレンズを焦点距離が
異なるレンズに、絞りと共に切り替える方式が提案され
ている。例えば、開口絞り径を小さくする場合には、第
1フライアイレンズを焦点距離の長いものに切り替え
る。このようにすれば、第2フライアイレンズ入射面の
中央近傍に光束が集まるので、開口絞り径が小さくて
も、殆ど照度が低下することがない。
In the double fly-eye lens system, a method has been proposed in which the first fly-eye lens is switched to a lens having a different focal length together with a diaphragm as a measure against illuminance reduction. For example, when reducing the diameter of the aperture stop, the first fly-eye lens is switched to one having a longer focal length. With this configuration, since the light flux concentrates near the center of the incident surface of the second fly-eye lens, the illuminance hardly decreases even if the aperture stop diameter is small.

【0013】この様に、開口絞り径が変わるだけあれ
ば、第1フライアイレンズの焦点距離を切り替えるだけ
で、照度低下を押さえる事ができる。しかし、近年で
は、開口絞りとして円形以外の絞りを用いる場合があ
る。例えば、図27(A)に示す様な輪帯状の絞りRS
や、図27(B)に示す様な複数開口の絞りQSであ
る。
As described above, if only the diameter of the aperture stop changes, it is possible to suppress a decrease in illuminance only by switching the focal length of the first fly-eye lens. However, in recent years, an aperture other than a circular aperture may be used as the aperture stop. For example, a ring-shaped aperture RS as shown in FIG.
And a multi-aperture stop QS as shown in FIG.

【0014】図27(A)及び図27(B)の開口絞り
RS,QSについて、簡単に解説する。レチクルのパタ
ーンが微細になり、装置の解像限界付近にて露光がおこ
なわれるようになると、照明系の開口絞りから発した光
束のうち、解像に寄与するのは、開口絞りの周辺部から
発した光のみになり、開口の中央部から発した光は像の
コントラストを下げるだけの働きしか持たなくなる。換
言すると、レチクルの情報をウエハに伝達する際、情報
伝達のエネルギーを与えるのは開口絞りの周辺部から発
した光のみであり、開口の中央部から発した光はいわば
ノイズを発生するだけになってしまうという事になる。
したがって、開口絞り中央部からは光を発しないほうが
望ましいといえる。この様な発想から、図27(A)の
様な絞りRSが考案された。図27(B)に示す絞りQ
Sは、更に解像するパターンを縦方向のラインと横方向
のラインのみに限定した場合の絞りである。この場合
は、更に、開口絞りの上下、左右から発する光もノイズ
にしかならないので、開口絞りの上下、左右も更に遮光
する。
The aperture stops RS and QS shown in FIGS. 27A and 27B will be briefly described. When the reticle pattern becomes finer and exposure is performed near the resolution limit of the device, of the luminous flux emitted from the aperture stop of the illumination system, the light that contributes to the resolution is from the periphery of the aperture stop. Only the emitted light is emitted, and the light emitted from the central part of the opening has only a function of lowering the contrast of the image. In other words, when transmitting the information of the reticle to the wafer, only the light emitted from the periphery of the aperture stop gives energy for information transmission, and the light emitted from the center of the aperture only generates noise, so to speak. It will be.
Therefore, it can be said that it is desirable not to emit light from the center of the aperture stop. From such an idea, an aperture RS as shown in FIG. 27A has been devised. Aperture Q shown in FIG.
S is a stop when the pattern to be further resolved is limited to only vertical lines and horizontal lines. In this case, since the light emitted from the upper, lower, left and right sides of the aperture stop is only noise, the upper, lower, left and right sides of the aperture stop are further shielded.

【0015】この様な円形でない開口絞りの場合、従来
の様に第1フライアイレンズの焦点距離を切り替えるだ
けではこれらの絞りが遮光する中央部のみに光束が届か
ないようにする事は出来ない。例えば、図25(B)に
示す従来の第1フライアイレンズ5によれば、第2フラ
イアイレンズ8の出射端に輪帯開口絞りRSを配置した
場合において、第2フライアイレンズ8を全面にわたっ
て照射することになるので、光量の損失が大きくなって
しまう(図28参照)。なお、特開平5−206007
号公報には、かかる照度低下を防止する提案がなされて
いるが、装置が大型化してしまい製造費用、設置スペー
スの確保などの点で問題である。
In the case of such a non-circular aperture stop, it is not possible to prevent the luminous flux from reaching only the central portion where these stops shield light by simply switching the focal length of the first fly-eye lens as in the prior art. . For example, according to the conventional first fly-eye lens 5 shown in FIG. 25B, when the annular aperture stop RS is arranged at the emission end of the second fly-eye lens 8, the second fly-eye lens 8 is entirely covered. Therefore, the loss of the light amount increases (see FIG. 28). Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-206007
In Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-157, there is a proposal to prevent such a decrease in illuminance, but the apparatus becomes large in size, and there is a problem in terms of manufacturing cost, securing installation space, and the like.

【0016】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、所定面において種々の光強度分布を形成できる
照明装置、該照明装置に好適な投影露光装置、並びに該
露光装置を用いた露光方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has an illumination device capable of forming various light intensity distributions on a predetermined surface, a projection exposure device suitable for the illumination device, and an exposure using the exposure device. The aim is to provide a method.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の照明装置は、所定のパターンが形成
されたマスクを照明する照明装置であって、光束を供給
する光源部と、該光源部からの光束を波面分割するよう
に回折させる回折光学素子と、該回折光学素子からの回
折光を所定面上で重畳させ該所定面上で所定の断面形状
の光束に変換する光学要素とを含む光束変換部と、前記
光束変換部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成
するオプティカルインテグレータと、該オプティカルイ
ンテグレータからの光束を前記マスクへ導く光学系とを
備え、前記回折光学素子の回折特性は、前記所定面上に
おける光強度分布を変更可能にするために変更可能であ
ることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a lighting device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, and a light source unit for supplying a light beam. A diffractive optical element that diffracts the light beam from the light source unit so as to split the wavefront, and converts the diffracted light from the diffractive optical element onto a predetermined surface to convert the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on the predetermined surface A light beam conversion unit including an optical element, an optical integrator that forms a substantial surface light source based on the light beam from the light beam conversion unit, and an optical system that guides the light beam from the optical integrator to the mask, The diffraction characteristic of the diffractive optical element can be changed so that the light intensity distribution on the predetermined surface can be changed.

【0018】上記照明装置では、従来のフライアイレン
ズに代えて、光源部からの光束を波面分割するように回
折させる回折光学素子と該回折光学素子からの回折光を
所定面上で重畳させ該所定面上で所定の断面形状の光束
に変換する光学要素とを含む光束変換部を用いており、
前記回折光学素子の回折特性は、前記所定面上における
光強度分布を変更可能にするために変更可能である。し
たがって、回折光学素子の回折特性の変更により、照明
条件の変更に応じて所望の領域を正確に照明できるの
で、光量を有効に使用でき高照度な照明が可能である。
また、フライアイレンズに比較して材料が少なくて済
み、かつ大きさも小さいので製造コストを低減できる。
さらに、簡便な構成で様々な形状の領域を照明できる。
In the above-mentioned illumination device, instead of the conventional fly-eye lens, a diffractive optical element for diffracting the light beam from the light source unit so as to split the wavefront and the diffracted light from the diffractive optical element are superimposed on a predetermined surface. A light beam conversion unit including an optical element that converts the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on a predetermined surface,
The diffraction characteristic of the diffractive optical element can be changed so that the light intensity distribution on the predetermined surface can be changed. Therefore, by changing the diffraction characteristics of the diffractive optical element, it is possible to accurately illuminate a desired area in accordance with the change in the illumination condition, and it is possible to effectively use the amount of light and achieve high illuminance.
Further, compared to the fly-eye lens, the material is small and the size is small, so that the manufacturing cost can be reduced.
Furthermore, it is possible to illuminate various shaped regions with a simple configuration.

【0019】本発明の第2の照明装置は、所定のパター
ンが形成されたマスクを照明する照明装置において、所
定波長の光を供給する光源部と、該所定波長の光に基づ
いて実質的な面光源を形成する波面分割型インテグレー
タと、該波面分割型インテグレータによる実質的な面光
源からの光束を、前記マスク面または前記マスク面と共
役な面へ重畳的に導くコンデンサ光学系とを備え、前記
光源部と前記波面分割型インテグレータとの間には、前
記光源部からの光束を波面分割するように回折させる回
折光学素子と、該回折光学素子からの回折光を所定面上
で互いに重畳させ該所定面上で所定の断面形状の光束に
変換する光学要素とを含む光束変換部が配置され、前記
波面分割型インテグレータの入射面は、実質的に前記所
定面近傍に配置されることを特徴とする。
According to a second illuminating device of the present invention, in a illuminating device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, a light source unit for supplying light of a predetermined wavelength, and a light source unit based on the light of the predetermined wavelength is substantially used. A wavefront splitting integrator forming a surface light source, and a condenser optical system that superimposes a light beam from a substantial surface light source by the wavefront splitting integrator on the mask surface or a surface conjugate to the mask surface, Between the light source unit and the wavefront splitting type integrator, a diffractive optical element that diffracts the light beam from the light source unit so as to split the wavefront, and diffracted light from the diffractive optical element are superimposed on each other on a predetermined surface. A light beam conversion unit including an optical element for converting the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on the predetermined surface; and the incident surface of the wavefront splitting integrator is disposed substantially near the predetermined surface. And wherein the Rukoto.

【0020】上記照明装置では、光源部と波面分割型イ
ンテグレータとの間に、光源部からの光束を波面分割す
るように回折させる回折光学素子と回折光学素子からの
回折光を所定面上で互いに重畳させ該所定面上で所定の
断面形状の光束に変換する光学要素とを含む光束変換部
が配置されており、前記波面分割型インテグレータの入
射面が、実質的に前記所定面近傍に配置される。したが
って、前記所定面近傍に配置される前記波面分割型イン
テグレータ入射面の所望の領域を必要に応じて正確に照
明できるので、光量を有効に使用でき高照度な照明が可
能である。また、フライアイレンズに比較して材料が少
なくて済み、かつ大きさも小さいので製造コストを低減
できる。さらに、簡便な構成で様々な形状の領域を照明
できる。
In the above-mentioned illumination device, a diffractive optical element for diffracting a light beam from the light source section so as to split the wavefront and diffracted light from the diffractive optical element are disposed between the light source section and the wavefront splitting integrator on a predetermined surface. And a light beam converting unit including an optical element that converts the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on the predetermined surface, and the incident surface of the wavefront splitting integrator is disposed substantially near the predetermined surface. You. Therefore, a desired region of the incident surface of the wavefront splitting type integrator arranged near the predetermined surface can be accurately illuminated as required, and the illumination can be used effectively and high illuminance can be achieved. Further, compared to the fly-eye lens, the material is small and the size is small, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, it is possible to illuminate various shaped regions with a simple configuration.

【0021】本発明の第3の照明装置は、所定のパター
ンが形成されたマスクを照明する照明装置において、光
束を供給する光源部と、該光源部からの光束を回折させ
る回折光学素子を含み、所定面上で所定の断面形状の光
束に変換する光束変換部と、前記光束変換部からの光束
に基づいて実質的な面光源を形成するオプティカルイン
テグレータと、該オプティカインテグレータからの光束
を前記マスクへ導く光学系とを備え、前記回折光学素子
は、一対の保護光学部材間が形成する密閉空間内に配置
されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an illumination device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, comprising a light source unit for supplying a light beam, and a diffractive optical element for diffracting the light beam from the light source unit. A light beam converting unit that converts a light beam having a predetermined cross-sectional shape on a predetermined surface, an optical integrator that forms a substantial surface light source based on the light beam from the light beam converting unit, and a light beam from the optical integrator that is a mask. The diffractive optical element is disposed in a closed space formed between the pair of protective optical members.

【0022】上記照明装置でも、従来のフライアイレン
ズに代えて、光束を所定の断面形状に変換する回折光学
素子を用いているので、所望の領域を正確に照明でき、
光量を有効に使用して高照度な照明が可能である。ま
た、フライアイレンズに比較して材料が少なくて済み、
かつ大きさも小さいので製造コストを低減できる。さら
に、簡便な構成で様々な形状の領域を照明できる。ま
た、上記照明装置では、回折光学素子が一対の保護光学
部材間が形成する密閉空間内に配置されるので、周囲の
不純物ガス等が回折光学素子の表面に付着して透過率を
低下させることを防止できる。
In the above-mentioned illumination device, a diffractive optical element for converting a light beam into a predetermined sectional shape is used instead of the conventional fly-eye lens, so that a desired area can be illuminated accurately.
High illuminance illumination is possible by effectively using the light quantity. Also, less material is required compared to fly-eye lenses,
In addition, since the size is small, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, it is possible to illuminate various shaped regions with a simple configuration. Further, in the above-described illumination device, since the diffractive optical element is disposed in the closed space formed between the pair of protective optical members, the surrounding impurity gas or the like adheres to the surface of the diffractive optical element and reduces the transmittance. Can be prevented.

【0023】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部が第1の回折特性を有する第1の回折光学素子と第
2の回折特性を有する第2の回折光学素子とを含み、前
記第1及び第2の回折光学素子は、照明光路内の位置と
照明光路外の位置との間で選択的に位置決めされる。
In a preferred aspect of the above-mentioned apparatus, the light beam converting section includes a first diffractive optical element having a first diffraction characteristic and a second diffractive optical element having a second diffraction characteristic, and The second diffractive optical element is selectively positioned between a position in the illumination light path and a position outside the illumination light path.

【0024】上記照明装置では、第1の回折特性を有す
る第1の回折光学素子と第2の回折特性を有する第2の
回折光学素子とを有しているので、これら回折光学素子
の切替えで2通りのパターン領域を簡便に変更して照明
できる。
The above-mentioned illumination device has a first diffractive optical element having a first diffractive characteristic and a second diffractive optical element having a second diffractive characteristic. It is possible to easily change and illuminate two pattern areas.

【0025】上記装置の好ましい態様では、前記第1及
び第2の回折光学素子を収納可能に設けられたカセット
と、前記カセットと前記照明光路内の位置との間に設け
られて前記回折光学素子を搬送するための搬送路とを備
えることを特徴とする。
In a preferred aspect of the above-described apparatus, the cassette provided with the first and second diffractive optical elements therein and the diffractive optical element provided between the cassette and a position in the illumination optical path are provided. And a transport path for transporting.

【0026】上記照明装置では、回折光学素子を収納可
能に設けられたカセットと、前記回折光学素子を搬送す
るための搬送路とを備えるので、多種の回折光学素子を
準備し必要に応じて適宜交換すれば、照明条件を多様に
設定した場合にも対応することができる。
In the above-mentioned illumination device, since a cassette provided to accommodate the diffractive optical element and a transport path for transporting the diffractive optical element are provided, various types of diffractive optical elements are prepared, and if necessary, If replaced, it is possible to cope with the case where the lighting conditions are variously set.

【0027】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部中の前記回折光学素子が、前記所定面の中心部の光
強度と、前記所定面の周辺部の光強度とが異なる光強度
分布となるような回折特性を有することを特徴とする。
In a preferred aspect of the above apparatus, the diffractive optical element in the light beam converting section has a light intensity distribution in which the light intensity at the center of the predetermined surface is different from the light intensity at the periphery of the predetermined surface. It is characterized by having such diffraction characteristics.

【0028】上記照明装置では、前記回折光学素子の回
折特性が、前記所定面の中心部と前記所定面の周辺部と
で異なる光強度分布となるので、例えば輪帯等の種々の
形状の領域を効率よく照明できる。
In the above-mentioned illumination device, since the diffraction characteristic of the diffractive optical element has a different light intensity distribution between the central portion of the predetermined surface and the peripheral portion of the predetermined surface, regions having various shapes such as annular zones are provided. Can be efficiently illuminated.

【0029】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部中の前記回折光学素子への入射ビーム形状と、前記
波面分割型インテグレータの要素レンズの開口形状とを
相似にすることを特徴とする。
In a preferred aspect of the above apparatus, the shape of an incident beam on the diffractive optical element in the light beam conversion unit is similar to the shape of the aperture of an element lens of the wavefront splitting integrator.

【0030】上記照明装置では、前記回折光学素子への
入射ビーム形状と前記波面分割型インテグレータの要素
レンズの開口形状とを相似にするので、前記波面分割型
インテグレータにより実質的な面光源を効率よく充填し
て形成することができ、ここにおける巨視的な強度分布
の均一性を向上させ、さらにはマスクを所望の状態で照
明することができる。
In the above illuminating device, since the shape of the beam incident on the diffractive optical element is similar to the shape of the aperture of the element lens of the wavefront splitting integrator, a substantial surface light source can be efficiently used by the wavefront splitting integrator. The mask can be formed by filling, the uniformity of the macroscopic intensity distribution can be improved, and the mask can be illuminated in a desired state.

【0031】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部中の前記回折光学素子と前記インテグレータとの間
に配置されて、前記回折光学素子から出射する0次光が
前記インテグレータに入射することを防ぐための遮光部
材を有することを特徴とする。
[0031] In a preferred aspect of the above apparatus, the device is arranged between the diffractive optical element and the integrator in the light beam converting section to prevent the zero-order light emitted from the diffractive optical element from entering the integrator. A light shielding member for the

【0032】上記照明装置では、遮光部材が前記回折光
学素子から出射する0次光が前記インテグレータに入射
することを防ぐので、かかる0次光がノイズ光となって
マスク等の上に照明の特異点が形成され、照明不均一と
なることを防止することができる。
In the above-described illumination device, the light-shielding member prevents the zero-order light emitted from the diffractive optical element from entering the integrator, so that the zero-order light becomes noise light and causes a specific illumination on a mask or the like. It is possible to prevent spots from being formed and uneven illumination.

【0033】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部中の前記回折光学素は、前記光学要素の焦点位置か
ら光軸方向へ外れた位置に位置決めされることを特徴と
する。
In a preferred aspect of the above apparatus, the diffractive optical element in the light beam conversion unit is positioned at a position deviated from a focal position of the optical element in an optical axis direction.

【0034】上記照明装置では、前記回折光学素が前記
光学要素の焦点位置から光軸方向へ外れた位置に位置決
めされるので、同一次数の回折光が干渉して干渉ノイズ
を発生させることを簡易に防止できる。
In the illumination device, since the diffractive optical element is positioned at a position deviated from the focal position of the optical element in the direction of the optical axis, it is easy to generate interference noise due to interference of diffracted lights of the same order. Can be prevented.

【0035】上記装置の好ましい態様では、前記光束変
換部中の光学要素の位置及び傾斜の少なくとも一方は調
整可能であることを特徴とする。
In a preferred aspect of the above-mentioned device, at least one of the position and the inclination of the optical element in the light beam conversion unit is adjustable.

【0036】上記照明装置では、前記光束変換部中の光
学要素の位置及び傾斜の少なくとも一方が調整可能であ
るので、マスク若しくはウエハ面での照明ムラを解消す
ることができ、マスク若しくはウエハ面での照明のテレ
セン度を高精度に調整することができる。
In the above illuminating device, since at least one of the position and the inclination of the optical element in the light beam converting section can be adjusted, illumination unevenness on the mask or wafer surface can be eliminated, and Can be adjusted with high precision.

【0037】本発明の第4の照明装置は、所定のパター
ンが形成されたマスク及び感光性基板を投影光学系に対
して相対的に走査させつつ前記パターンを前記感光性基
板へ転写するための投影露光装置に用いられる照明装置
において、光束を供給する光源部と、該光源部からの光
束を回折させる回折光学素子と、該回折光学素子にて回
折された光束に基づいて実質的な面光源を形成する波面
分割型オプティカルインテグレータとを備え、前記波面
分割型オプティカルインテグレータは、複数の要素レン
ズを含み、前記回折光学素子は、前記波面分割型オプテ
イカルインテグレータの前記複数の要素レンズ上に照明
領域を形成し、前記回折光学素子による前記照明領域
は、前記走査の方向に対応する方向に対して傾けられた
エッジを有することを特徴とする。
According to a fourth illumination device of the present invention, a mask on which a predetermined pattern is formed and a photosensitive substrate are relatively scanned with respect to a projection optical system to transfer the pattern to the photosensitive substrate. In an illumination device used for a projection exposure apparatus, a light source unit that supplies a light beam, a diffractive optical element that diffracts the light beam from the light source unit, and a substantial surface light source based on the light beam diffracted by the diffractive optical element And a wavefront splitting optical integrator that forms a light source, wherein the wavefront splitting optical integrator includes a plurality of element lenses, and the diffractive optical element includes an illumination area on the plurality of element lenses of the wavefront splitting optical integrator. And the illumination area by the diffractive optical element has an edge inclined with respect to a direction corresponding to the scanning direction. And it features.

【0038】上記照明装置では、前記回折光学素子によ
る前記照明領域が前記走査の方向に対応する方向に対し
て傾けられたエッジを有するので、このエッジに対応す
る複数の要素レンズにおいて、走査方向に直交する方向
(走査直交方向)の照度分布が連続的に変化する。よっ
て、感光性基板上においては、走査直交方向に関し、全
体としては均一な照度分布を得ることができる。
In the above-described illumination device, since the illumination area by the diffractive optical element has an edge inclined with respect to the direction corresponding to the scanning direction, the plurality of element lenses corresponding to the edge may be used in the scanning direction. The illuminance distribution in the orthogonal direction (scan orthogonal direction) changes continuously. Therefore, a uniform illuminance distribution as a whole can be obtained on the photosensitive substrate in the scanning orthogonal direction.

【0039】上記装置の好ましい態様では、前記回折光
学素子による前記照明領域が互いに離されて位置決めさ
れた複数の照明領域を有する。
[0039] In a preferred aspect of the above apparatus, the illumination area by the diffractive optical element has a plurality of illumination areas positioned separately from each other.

【0040】上記装置の好ましい態様では 前記回折光
学素子による前記複数の照明領域の形状が楕円形状であ
る。
[0040] In a preferred aspect of the above apparatus, the shape of the plurality of illumination regions by the diffractive optical element is elliptical.

【0041】本発明の第5の照明装置は 所定のパター
ンが形成されたマスクを照明する照明装置において、光
束を供給する光源部と、該光源部からの光束を波面分割
する第1のオプティカルインテグレータと、該第1のオ
プティカルインテグレータからの光束を所定面上で互い
に重畳させる光学要素とを含む光束変換部と、該光束変
換部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成する第
2のオプティカルインテグレータと、該第2のオプティ
カルインテグレータからの光束をマスクに導く光学系と
を備え、前記光学要素は、複数のレンズ要素からなり、
該複数のレンズ要素の少なくとも1つの移動により当該
光学要素の屈折力及び焦点位置の少なくとも一方を調節
可能であること特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an illumination apparatus for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, wherein a light source unit for supplying a light beam and a first optical integrator for dividing a light beam from the light source unit into a wavefront. A light flux conversion unit including: a light flux from the first optical integrator; and an optical element that superimposes the light flux from the first optical integrator on a predetermined surface, and a second light flux forming a substantial surface light source based on the light flux from the light flux conversion unit. An optical integrator, and an optical system that guides a light beam from the second optical integrator to a mask, wherein the optical element includes a plurality of lens elements;
At least one of the refractive power and the focal position of the optical element can be adjusted by moving at least one of the plurality of lens elements.

【0042】上記照明装置では、前記光学要素が複数の
レンズ要素からなり、該複数のレンズ要素の少なくとも
1つの移動により当該光学要素の屈折力及び焦点位置の
少なくとも一方を調節可能であるので、所定面上に重畳
する光束の大きさや寸法比等を必要に応じて適宜調整す
ることができる。よって、マスク上における照度分布を
所望の状態とできるとともに、照明光の損失を最小限に
抑えることができる。
In the above-mentioned illumination device, the optical element is composed of a plurality of lens elements, and at least one of the refractive power and the focal position of the optical element can be adjusted by moving at least one of the plurality of lens elements. The size, dimensional ratio, and the like of the light beam superimposed on the surface can be appropriately adjusted as needed. Therefore, the illuminance distribution on the mask can be set to a desired state, and the loss of illumination light can be minimized.

【0043】本発明の投影露光装置は、前記マスクを支
持する第1ステージと、前記マスクを照明する上述のう
ちの何れかの照明装置と、被露光基板を保持する第2ス
テージと、前記照明された前記マスクのパターンの像を
前記被露光基板上へ投影露光するための投影光学系とを
備えることを特徴とする。
According to the projection exposure apparatus of the present invention, there is provided a first stage for supporting the mask, any one of the above-described illumination devices for illuminating the mask, a second stage for holding a substrate to be exposed, A projection optical system for projecting and exposing the image of the mask pattern thus formed onto the substrate to be exposed.

【0044】上記投影露光装置では、本発明にかかる照
明装置を備えているので、効率よくマスクを照明でき
る。したがって、露光時間の短縮化を図ることができ、
スループットが向上する。
Since the projection exposure apparatus includes the illumination device according to the present invention, the mask can be efficiently illuminated. Therefore, the exposure time can be reduced,
Throughput is improved.

【0045】以上説明した本発明の照明装置において、
光束変換部中の光学要素は、焦点距離を変更可能なズー
ム光学系であることが好ましい。このズーム光学系の焦
点距離変更動作によっても所定面上の光強度分布を変更
することが可能であり、ひいてはインテグレータが形成
する実質的な面光源の大きさや形状を変更することがで
きる。
In the lighting device of the present invention described above,
It is preferable that the optical element in the light beam conversion unit is a zoom optical system capable of changing a focal length. The light intensity distribution on the predetermined surface can be changed by the focal length changing operation of the zoom optical system, and the size and shape of the substantial surface light source formed by the integrator can be changed.

【0046】なお、本発明における波面分割型インテグ
レータとは、複数の光学要素(レンズ要素または反射鏡
要素)をマトリックス状に集積して構成されたフライア
イレンズや、光透過性基板にエッチングなどの手法によ
り複数の微少レンズ面(反射面)をマトリックス状に設
けたマイクロ・フライアイ・レンズなどを含む。
The wavefront splitting type integrator according to the present invention is a fly-eye lens formed by integrating a plurality of optical elements (lens elements or reflecting mirror elements) in a matrix, or etching a light-transmitting substrate by etching. It includes a micro fly-eye lens or the like in which a plurality of minute lens surfaces (reflection surfaces) are provided in a matrix by a technique.

【0047】また、本発明において、回折光学素子を密
閉空間内に配置する場合には、この密閉空間内を酸素濃
度を低滅させた気体、例えば窒素、ヘリウムなどの不活
性ガスで充填することが好ましい。
In the present invention, when the diffractive optical element is arranged in an enclosed space, the enclosed space is filled with a gas having a reduced oxygen concentration, for example, an inert gas such as nitrogen or helium. Is preferred.

【0048】また、本発明において、光束変換部中の回
折光学素子と交換可能に設けられて、光源部からの光束
に基づいて実質的な面光源を形成するための補助オプテ
ィカルインテグレータをさらに有することが好ましい。
In the present invention, an auxiliary optical integrator which is provided so as to be exchangeable with the diffractive optical element in the light beam conversion unit and forms a substantial surface light source based on the light beam from the light source unit is further provided. Is preferred.

【0049】また、本発明において、所定面の中心部と
周辺部との光強度が異なるような光強度分布とは、例え
ば、所定面上において照明装置の光軸を囲む輪帯状(ド
ーナッツ状)の領域で光強度が強くなるような光強度分
布(輪帯状分布)、所定面上において照明装置の光軸の
周りに実質的に等角度間隔で配置された4ケ所以上の複
数の領域で強度が強くなるような光強度分布(4箇所の
場合:4重極分布、8箇所の場合8重極分布)などを含
むものである。
Further, in the present invention, the light intensity distribution in which the light intensity is different between the central portion and the peripheral portion of the predetermined surface is, for example, an annular shape (donut shape) surrounding the optical axis of the lighting device on the predetermined surface. A light intensity distribution (ring-shaped distribution) such that the light intensity is increased in the region of the above, and the intensity is measured in a plurality of four or more regions arranged at substantially equal angular intervals around the optical axis of the lighting device on a predetermined surface. Is increased (in the case of four locations: quadrupole distribution, in the case of eight locations, octopole distribution).

【0050】さて、本発明は、所定のパターンが設けら
れたマスクを被露光基板(ワーク)へ転写する投影露光
方法であって、本発明(請求項1〜10)の何れか一項
記載の照明装置により、前記マスクに対して照明光を供
給する工程と、前記マスクと前記被露光基板との間に配
置された投影光学系を用いて該照明されたマスクのパタ
ーン像を前記被露光基板上に形成する工程とを含むもの
である。この投影露光方法によれば、高効率にパターン
像を被露光基板に形成できるので、スループットが向上
する。
The present invention relates to a projection exposure method for transferring a mask provided with a predetermined pattern onto a substrate (work) to be exposed, and the method according to any one of claims 1 to 10 of the present invention. A step of supplying illumination light to the mask by an illuminating device, and using the projection optical system arranged between the mask and the substrate to be exposed to convert the pattern image of the illuminated mask into the substrate to be exposed. And a step of forming thereon. According to this projection exposure method, a pattern image can be formed on a substrate to be exposed with high efficiency, so that the throughput is improved.

【0051】[0051]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0052】(第1実施形態)図1は、本発明の実施の
形態にかかる投影露光装置の構成を示す図である。エキ
シマレーザなどの光源1からの光束は、ビームエキスパ
ンダ2により光束の断面形状が所望の形状に変換された
後、反射ミラー3を介して、レボルバ6Aに設けられて
いる第1の回折光学素子51に入射し、後述するような
特定の断面形状を有する光束に回折される。次に、リレ
ーレンズ7により集光され、波面分割型インテグレータ
であるフライアイレンズ8の入射面を重畳的に均一照明
する。その結果、フライアイレンズ8の射出面に実質的
な面光源を形成することができる。
(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. A light beam from a light source 1 such as an excimer laser is converted into a desired shape by a beam expander 2 and then, via a reflecting mirror 3, a first diffractive optical element provided on a revolver 6A. The light enters the beam 51 and is diffracted into a light beam having a specific cross-sectional shape as described later. Next, the light is condensed by the relay lens 7, and the incident surface of the fly-eye lens 8, which is a wavefront split type integrator, is superimposed and uniformly illuminated. As a result, a substantial surface light source can be formed on the exit surface of the fly-eye lens 8.

【0053】ここで、光源1とビームエキスパンダ2
は、光源部となっている。また、オプティカルインテグ
レータであるフライアイレンズ8と、光学素子であるリ
レーレンズ7からなる合成レンズ系は、結像光学系とな
っており、詳細は後に説明するが、回折光学素子51の
射出面近傍の有効領域全体がフライアイレンズ8の出射
側のほぼ全面に結像する設計となっている。
Here, the light source 1 and the beam expander 2
Is a light source unit. The synthetic lens system including the fly-eye lens 8 as an optical integrator and the relay lens 7 as an optical element is an image forming optical system, which will be described later in detail, in the vicinity of the exit surface of the diffractive optical element 51. Is designed to form an image on almost the entire exit side of the fly-eye lens 8.

【0054】フライアイレンズ8の出射側の面光源を発
した光束は、レボルバ6Bに設けられている開口絞り6
6により通過光束の形状を制限された後、コンデンサー
光学系10により一旦重畳するように集光される。この
ように重畳された光束は、リレー光学系12を経て、パ
ターンが描画されたレチクルまたはマスク14を重畳的
に均一照明する。ここで、コンデンサー光学系10とリ
レー光学系12と間の光路中には、照明範囲を決定する
ための視野絞り11が配置されている。そして、均一な
照明光に基づき、投影レンズ15がレチクル又はマスク
14上に形成されたパターンを被露光物体であるウエハ
16上に投影露光する。
The light beam emitted from the surface light source on the emission side of the fly-eye lens 8 is transmitted to an aperture stop 6 provided in a revolver 6B.
After the shape of the passing light beam is restricted by 6, the light beam is condensed by the condenser optical system 10 so as to be superimposed once. The light beam thus superimposed passes through the relay optical system 12 and uniformly illuminates the reticle or mask 14 on which the pattern is drawn in a superimposed manner. Here, a field stop 11 for determining an illumination range is disposed in an optical path between the condenser optical system 10 and the relay optical system 12. Then, based on the uniform illumination light, the projection lens 15 projects and exposes the pattern formed on the reticle or the mask 14 onto the wafer 16 which is an object to be exposed.

【0055】ここで、レボルバ6Aには、図2(A)に
示すように、複数の回折光学素子51,52,53と、
複数の補助フライアイレンズ54,55,56とが設け
られている。そして、図1のモータMT1により光軸A
Xを中心としてレボルバ6Aを回転させる事で、回折光
学素子及び補助フライアイレンズの中から任意の一つを
選択的に切り替え可能な構成となっている。また、開口
絞り61〜66も同様に、図2(B)に示すように、種
々の開口形状を有する絞りがレボルバ6Bにより選択的
に切り換え可能な構成である。
Here, as shown in FIG. 2A, a plurality of diffractive optical elements 51, 52, 53 are provided on the revolver 6A.
A plurality of auxiliary fly-eye lenses 54, 55, 56 are provided. Then, the optical axis A is controlled by the motor MT1 shown in FIG.
By rotating the revolver 6A about X, any one of the diffractive optical element and the auxiliary fly-eye lens can be selectively switched. Similarly, the aperture stops 61 to 66 have a configuration in which stops having various aperture shapes can be selectively switched by the revolver 6B as shown in FIG. 2B.

【0056】レボルバ6Aを回転することで、補助フラ
イアイレンズ54〜56を選択した時は、ダブルフライ
アイレンズシステムとなる。このダブルフライアイレン
ズシステムでは、フライアイレンズ8の射出面に、補助
フライアイレンズのレンズ要素数mとフライアイレンズ
8のレンズ要素数nとの積m×nに相当する数の多数の
3次光源像を形成することができる。ここで、補助フラ
イアイレンズ54は、開口絞り65に対応し、同様にレ
ンズ55は絞り63に、レンズ56は絞り64にそれぞ
れ対応している。なお、従来技術においても、本実施形
態の補助フライアイレンズ54〜56に対応する第1フ
ライアイレンズを切り換えて、径の小さい開口絞りに対
応させることは行われている。
When the auxiliary fly-eye lenses 54 to 56 are selected by rotating the revolver 6A, a double fly-eye lens system is obtained. In this double fly-eye lens system, a large number of 3 × 3 corresponding to the product m × n of the number m of lens elements of the auxiliary fly-eye lens and the number n of lens elements of the fly-eye lens 8 are provided on the exit surface of the fly-eye lens 8. A secondary light source image can be formed. Here, the auxiliary fly-eye lens 54 corresponds to the aperture stop 65, and similarly, the lens 55 corresponds to the stop 63, and the lens 56 corresponds to the stop 64, respectively. In the prior art, the first fly-eye lens corresponding to the auxiliary fly-eye lenses 54 to 56 of the present embodiment is switched to correspond to an aperture stop having a small diameter.

【0057】これに対して、本実施形態の特徴の一つ
は、このような従来技術の第1フライアイレンズ(本実
施形態では補助フライアイレンズ54〜56)を切り換
える選択肢を増やして、第1から第3の回折光学素子5
1〜53をも選択できるように構成されていることであ
る。
On the other hand, one of the features of this embodiment is that the number of options for switching the first fly-eye lens (the auxiliary fly-eye lenses 54 to 56 in this embodiment) of the prior art is increased. First to third diffractive optical elements 5
1 to 53 can be selected.

【0058】次に、上記した第1から第3の回折光学素
子51〜53の詳細について説明する。これらの格子
は、位相型回折光学素子であり、複数の微小な位相パタ
ーンや透過率パターンを配設して構成されている。図3
(A)は、回折光学素子をX方向から見た断面形状を示
す図である。回折光学素子に入射した光のうち、Aで示
す部分を透過した光は位相がゼロ、Bで示す部分を透過
した光は位相がπだけ遅れる。したがって、波動光学的
に見るとこれら2つの光は打ち消しあって、図3(B)
に示すように0次光(直接透過光)が無くなる。そのた
め、回折光学素子51を透過した光は±1次光(又は±
2次光)として回折され、リレーレンズ7を透過する。
そして、図3(C)に示すように所定の照射面P上では
デルタ(δ)関数状の強度分布Iを有する照明となる。
この現象を利用して、種々のバリエーションの位相パタ
ーンや透過率パターンを加えた回折光学素子を使用する
と、照射面P、つまりフライアイレンズ8の入射面上で
所望の光強度分布を得ることができる。なお、上記回折
光学素子は、位相、透過率、屈折率などの違いにより光
を回折させる全ての素子を含むものをいう。
Next, the first to third diffractive optical elements 51 to 53 will be described in detail. These gratings are phase type diffractive optical elements, and are configured by disposing a plurality of minute phase patterns and transmittance patterns. FIG.
(A) is a figure which shows the cross-sectional shape which looked at the diffractive optical element from the X direction. Of the light incident on the diffractive optical element, the light transmitted through the portion indicated by A has a phase of zero, and the light transmitted through the portion indicated by B has a phase delayed by π. Therefore, when viewed from the wave optics, these two lights cancel each other out, and FIG.
As shown in (5), the zero-order light (directly transmitted light) disappears. Therefore, the light transmitted through the diffractive optical element 51 is ± 1st order light (or ± 1st order light).
The light is diffracted as secondary light) and passes through the relay lens 7.
Then, as shown in FIG. 3 (C), on a predetermined irradiation surface P, illumination having a delta (δ) function-like intensity distribution I is obtained.
By utilizing this phenomenon and using a diffractive optical element to which various variations of phase patterns and transmittance patterns are added, it is possible to obtain a desired light intensity distribution on the irradiation surface P, that is, the incident surface of the fly-eye lens 8. it can. The diffractive optical element includes all elements that diffract light based on differences in phase, transmittance, refractive index, and the like.

【0059】図4(A)は、一例として第1の回折光学
素子51に光束が入射する様子を示す斜視図である。図
4(B)は回折光をX方向から見た様子、図4(C)は
回折光をY方向から見た様子をそれぞれ示す。ここで、
光軸をZ軸とし、これに対して垂直に交わる縦の方向を
Y軸、横の方向をX軸として、ZY面での角度をθy
ZX面での角度をθxとする。入射光は第1の回折特性
により回折角度θx0〜θx1、θy0〜θy1の範囲で回折さ
れる結果、回折光の断面形状は略輪帯形状となる。そし
て、リレーレンズ7を介してフライアイレンズ8の入射
面上に輪帯形状の光強度分布を形成する。
FIG. 4A is a perspective view showing a state where a light beam enters the first diffractive optical element 51 as an example. FIG. 4B shows a state in which the diffracted light is viewed from the X direction, and FIG. 4C shows a state in which the diffracted light is viewed from the Y direction. here,
The optical axis is the Z axis, the vertical direction perpendicular to the Z axis is the Y axis, the horizontal direction is the X axis, and the angle on the ZY plane is θ y ,
The angle at the ZX plane and theta x. The incident light is diffracted in the range of diffraction angles θ x0 to θ x1 and θ y0 to θ y1 by the first diffraction characteristic, so that the cross-sectional shape of the diffracted light is substantially annular. Then, an annular light intensity distribution is formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 via the relay lens 7.

【0060】図5は、第1の回折光学素子51がフライ
アイレンズ8の入射面に形成する照明領域を説明する図
である。第1の回折光学素子51を使用すると、第1の
回折特性により、回折後の光束の断面形状が略輪帯形状
になる。そして、リレーレンズ7を通過した光束は、フ
ライアイレンズ8の入射面上で、斜線で示す略輪帯状の
照明領域IAのみにほぼ均一な光強度分布を形成する。
ここで、点線で示す輪帯は、第1の回折光学素子51に
対応して配置された開口絞り66による開口領域AAを
示す。図からも明らかなように、第1の回折光学素子5
1及びリレーレンズ7によって形成した輪帯形状の光束
により、開口絞り66の開口形状に対応するフライアイ
レンズ8の要素レンズ8aのみを照明できるので、光源
1からの光量を極めて高効率に使用できる。
FIG. 5 is a view for explaining an illumination area formed by the first diffractive optical element 51 on the incident surface of the fly-eye lens 8. When the first diffractive optical element 51 is used, the cross-sectional shape of the diffracted light beam has a substantially annular shape due to the first diffraction characteristic. The light beam that has passed through the relay lens 7 forms a substantially uniform light intensity distribution only on the substantially annular illumination area IA indicated by oblique lines on the incident surface of the fly-eye lens 8.
Here, an annular zone indicated by a dotted line indicates an aperture area AA by the aperture stop 66 arranged corresponding to the first diffractive optical element 51. As is clear from the figure, the first diffractive optical element 5
Only the element lens 8a of the fly-eye lens 8 corresponding to the aperture shape of the aperture stop 66 can be illuminated by the annular light flux formed by the light source 1 and the relay lens 7, so that the amount of light from the light source 1 can be used very efficiently. .

【0061】一方、従来型の補助フライアイレンズ54
〜56の照明領域は、図26の斜線で示す領域となる。
このため、フライアイレンズ8の射出側に配置されてい
る開口絞りの形状が図27(A)のような輪帯形状(斜
線部分が遮光部分)である場合に補助フライアイレンズ
54〜56をあえて用いると、図6の斜線部で示す部分
の光量が遮光されてしまうので、光量損失が大きくな
る。
On the other hand, the conventional auxiliary fly-eye lens 54
26 are the shaded areas in FIG.
For this reason, when the shape of the aperture stop disposed on the exit side of the fly-eye lens 8 is a ring shape (shaded portions are shaded portions) as shown in FIG. 27A, the auxiliary fly-eye lenses 54 to 56 are used. If used daringly, the light amount in the shaded portion in FIG. 6 is shielded, and the light amount loss increases.

【0062】第1の回折光学素子51については、さら
に照明効率を上げるために、輪帯状の開口絞り66を通
過する光束に寄与する要素レンズ8aのみの輪郭に沿っ
て照明を行わせることもできる。この場合、回折光学素
子51の回折角度θx、θyの範囲を適宜変更して、図7
(A)に示すように、フライアイレンズ8の入射面で、
中心部の光強度と周辺部の光強度分布とが異なるような
多角輪帯状の照明領域IAにする。これにより、必要な
要素レンズ8aのみを照明することができるので、輪帯
状の開口絞り66を極めて効率良く照明できる。
The first diffractive optical element 51 can be illuminated along the contour of only the element lens 8a that contributes to the light beam passing through the annular aperture stop 66 in order to further increase the illumination efficiency. . In this case, the range of the diffraction angles θ x , θ y of the diffractive optical element 51 is appropriately changed to
As shown in (A), on the incident surface of the fly-eye lens 8,
The illumination area IA has a polygonal ring shape in which the light intensity distribution at the center and the light intensity distribution at the periphery are different. Thus, only the necessary element lens 8a can be illuminated, so that the annular aperture stop 66 can be illuminated extremely efficiently.

【0063】また、第1の回折光学素子51として、図
7(B)に示すように、回折光を外側形状が樽型、内側
形状が六角形である多角輪帯形状に変換する回折特性を
有する回折光学素子を使用することもできる。この場合
も、フライアイレンズ8を構成する要素レンズ8aのう
ち照明に利用されるものの大きさに合わせた照明領域I
Aになり、簡易に、照度の均一性を保ちつつ、さらに照
度効率を上げることができる。
As shown in FIG. 7B, the first diffractive optical element 51 has a diffraction characteristic for converting diffracted light into a polygonal ring shape having an outer shape of a barrel shape and an inner shape of a hexagonal shape. A diffractive optical element having the same can also be used. Also in this case, the illumination area I corresponding to the size of the element lens 8a constituting the fly-eye lens 8 used for illumination is used.
A, the illuminance efficiency can be further increased while maintaining the uniformity of the illuminance.

【0064】また、第1の回折光学素子51として、図
7(C)に示すように、照明領域IAの外側、及び内側
形状がともに楕円輸帯形状(図の太線)となるような回
折特性を有する回折光学素子を使用することもできる。
これによっても、フライアイレンズ8を構成する要素レ
ンズ8aのうち照明に利用されるものの大きさに合わせ
た照明を行なうことができ、照明均一度を保ちつ照明効
率を上げることができる。
As shown in FIG. 7C, the diffraction characteristics of the first diffractive optical element 51 are such that both the outer and inner shapes of the illumination area IA have an elliptical band shape (thick line in the figure). May be used.
With this, it is possible to perform illumination according to the size of the element lens 8a constituting the fly-eye lens 8 used for illumination, and it is possible to increase illumination efficiency while maintaining illumination uniformity.

【0065】また、フライアイレンズ8を構成する各要
素レンズ8aが不規則、すなわち規則的な格子状に整列
していない場合は、回折光の断面形状の外形が円形又は
多角形、内形が多角形又は円形の多角輪帯状となるよう
な回折特性を有する回折光学素子を適当な回折角で使用
することにより、フライアイレンズ8を構成する要素レ
ンズ8aのうち照明に利用れるものの大きさに合わせた
照明を行うことができる。
When the element lenses 8a constituting the fly-eye lens 8 are irregular, that is, not arranged in a regular lattice, the cross-sectional shape of the diffracted light has a circular or polygonal shape, and the internal shape has a circular or polygonal shape. By using a diffractive optical element having a diffraction characteristic such as a polygonal or circular polygonal ring shape at an appropriate diffraction angle, the size of the element lens 8a constituting the fly-eye lens 8 used for illumination can be reduced. Lighting can be tailored.

【0066】図8は、回折光学素子51の有効領域とフ
ライアイレンズ8の要素レンズ8aとの関係を説明する
図であり、図8(A)は回折光学素子51を、図8
(B)はフライアイレンズ8の一部を示す。図からも明
らかなように、回折光学素子51の有効領域51aと、
フライアイレンズ8を構成する各要素レンズ8aのXY
断面とは、ともに長方形であり、ほぼ相似形となるよう
に設定されている。このような設定により、フライアイ
レンズ8の射出面に生成される光点列LMの巨視的構造
が最も稠密となり、これを近似的には面光源とみなすこ
とができる。つまり、フライアイレンズ8の出射側の開
口絞り66の位置における巨視的な光強度分布の均一性
を向上させることができ、さらにはレチクル14やウエ
ハ16の均一な照明を達成することができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the effective area of the diffractive optical element 51 and the element lens 8a of the fly-eye lens 8. FIG. 8A shows the diffractive optical element 51 and FIG.
(B) shows a part of the fly-eye lens 8. As is clear from the figure, an effective area 51a of the diffractive optical element 51,
XY of each element lens 8a constituting the fly-eye lens 8
The cross sections are both rectangular and are set to be substantially similar. With such a setting, the macroscopic structure of the light spot sequence LM generated on the exit surface of the fly-eye lens 8 becomes the densest, and this can be approximately regarded as a surface light source. That is, the uniformity of the macroscopic light intensity distribution at the position of the aperture stop 66 on the emission side of the fly-eye lens 8 can be improved, and further, uniform illumination of the reticle 14 and the wafer 16 can be achieved.

【0067】なお、回折光学素子51の有効領域51a
は、回折光学素子51のうち光学要素が形成されている
領域の射出面近傍におけるXY断面形状、及び回折光学
素子51への入射ビームのXY断面形状のいずれかのう
ち狭い方とほぼ一致する。この実施形態では、回折光学
素子51の光学要素が形成されている領域と回折光学素
子51への入射ビーム形状とを、ともにフライアイレン
ズ8を構成する要素レンズ8aの断面形状と一致させて
いる。
The effective area 51a of the diffractive optical element 51
Is almost the same as the smaller one of the XY cross-sectional shape near the exit surface of the region where the optical element is formed in the diffractive optical element 51 and the XY cross-sectional shape of the beam incident on the diffractive optical element 51. In this embodiment, the area where the optical element of the diffractive optical element 51 is formed and the shape of the incident beam on the diffractive optical element 51 are both made to match the cross-sectional shape of the element lens 8 a constituting the fly-eye lens 8. .

【0068】照明条件を変更する場合、例えばモータM
T2によってレボルバ6Bを回転させて、開口絞りとし
て、図2(B)に示す大きな径の輪帯絞り63(絞り6
6と同じ形状で大きさが異なる)を光路中に位置させる
ことができる。このように大きな径の輪帯絞り63に交
換した場合、リレーレンズ7が可変ズーム光学系であれ
ば、第1の回折光学素子51を光路中に位置させたまま
で、光量の損失無しにフライアイレンズ8を照明するこ
とができる。
When changing the lighting conditions, for example, the motor M
By rotating the revolver 6B by T2, an annular diaphragm 63 (diaphragm 6) having a large diameter shown in FIG.
6 having the same shape but different size) in the optical path. If the relay lens 7 is replaced with a variable-diameter optical system when the relay lens 7 is a variable zoom optical system, the first diffractive optical element 51 is kept in the optical path and fly-eye without loss of light quantity. The lens 8 can be illuminated.

【0069】また、モータMT2によりレボルバ6Bを
回転し、開口絞り61を選択した場合は、連動してモー
タMT1でレボルバ6Aを回転し、第2の回折光学素子
52を光路中に位置させる。第2の回折光学素子52
は、第2の回折特性を有し、回折後の光束の断面形状が
4方向に分離した形状となる。そして、リレーレンズ7
を介した後、フライアイレンズ8の入射面上で図9
(A)に示すように四つ目状の光強度分布である照明領
域IAを形成する。そのため、従来の補助フライアイレ
ンズを使用した場合に比較して、中心を通る十字状の領
域を無駄に照明することがなくなり、字照度効率を極め
て高くすることができる。
When the revolver 6B is rotated by the motor MT2 and the aperture stop 61 is selected, the revolver 6A is rotated by the motor MT1 in conjunction therewith to position the second diffractive optical element 52 in the optical path. Second diffractive optical element 52
Has the second diffraction characteristic, and the cross-sectional shape of the diffracted light beam is a shape separated in four directions. And the relay lens 7
9 on the entrance surface of the fly-eye lens 8
An illumination area IA having a fourth light intensity distribution is formed as shown in FIG. Therefore, as compared with the case where the conventional auxiliary fly-eye lens is used, a cross-shaped region passing through the center is not wastefully illuminated, and the character illuminance efficiency can be extremely increased.

【0070】さらに好ましくは、四つ目形状のうちの一
つの断面形状が多角形、特に図9(B)に示すように五
角形形状をしたものを使用すると、フライアイレンズ8
を構成する要素レンズ8aの大きさに最適な照明になる
ので、照度の均一性を維持しつつさらに照度効率を向上
することができる。
More preferably, when one of the fourth shapes has a polygonal shape, particularly a pentagonal shape as shown in FIG.
Since the illumination is optimal for the size of the element lens 8a that constitutes, the illuminance efficiency can be further improved while maintaining the uniformity of the illuminance.

【0071】なお、フライアイレンズ8を構成する各要
素レンズ8aが不規則に配設されている場合、即ち格子
状に整列していない場合に、四つ目形状の回折光の外形
形状が多角形となる回折特性を有する回折光学素子を使
用することにより、フライアイレンズ8を構成するうち
必要な要素レンズ8aの大きさに最適な照明を行うこと
ができる。
When the element lenses 8a constituting the fly's eye lens 8 are arranged irregularly, that is, when they are not arranged in a lattice, the outer shape of the fourth diffracted light has many shapes. By using a diffractive optical element having a square diffraction characteristic, it is possible to perform illumination optimal for the required size of the element lens 8a of the fly-eye lens 8.

【0072】また、モータMT2によりレボルバ6Bを
回転し、開口絞り62を選択した場合は、連動してモー
タMT1でレボルバ6Aを回転し、第3の回折光学素子
53を光路中に位置させる。第3の回折光学素子53
は、第3の回折特性を有し、図10に示すように、回折
光の断面形状が略円形状(樽型形状)になる。そして、
リレーレンズ7を介してフライアイレンズ8の入射面上
で略円形状の光強度分布である照明領域IAを形成す
る。このため、従来の補助フライアイレンズを使用した
場合に比較して、照度効率を極めて高くすることができ
る。
When the revolver 6B is rotated by the motor MT2 and the aperture stop 62 is selected, the revolver 6A is rotated by the motor MT1 in conjunction therewith to position the third diffractive optical element 53 in the optical path. Third diffractive optical element 53
Has a third diffraction characteristic, and as shown in FIG. 10, the cross-sectional shape of the diffracted light is substantially circular (barrel-shaped). And
An illumination area IA having a substantially circular light intensity distribution is formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 via the relay lens 7. For this reason, the illuminance efficiency can be extremely increased as compared with the case where a conventional auxiliary fly-eye lens is used.

【0073】なお、フライアイレンズ8を構成する各要
素レンズ8aが不規則に配設されている場合、即ち格子
状に整列していない場合に、回折光の外形形状が多角形
となる回折特性を有する回折光学素子を配置することに
より、フライアイレンズ8を構成する必要な要素レンズ
8aの大きさに最適な照明を行うことができる。これに
より、照度の均一性を維持し、かつ光量の損失を大幅に
低減できる。
When the element lenses 8a constituting the fly-eye lens 8 are irregularly arranged, that is, when they are not arranged in a lattice, the diffraction characteristic of the diffracted light becomes polygonal. By arranging the diffractive optical element having the above, it is possible to perform illumination optimal for the size of the necessary element lens 8a constituting the fly-eye lens 8. Thereby, the uniformity of the illuminance can be maintained, and the loss of the light amount can be significantly reduced.

【0074】以上の実施形態では、第1の回折光学素子
51の有効領域と、フライアイレンズ8の要素レンズ8
aの断面形状とが相似であるとして説明したが、第2及
び3の回折光学素子52、53の有効領域と、フライア
イレンズ8の要素レンズ8aの断面形状も互いに相似と
なっている。したがって、照明条件の変更に伴って第2
及び3の回折光学素子52、53を選択した場合にも、
フライアイレンズ8の出射側の開口絞り61、62の位
置における巨視的な光強度分布の均一性を向上させるこ
とができ、さらにはレチクル14やウエハ16の均一な
照明を達成することができる。
In the above embodiment, the effective area of the first diffractive optical element 51 and the element lens 8 of the fly-eye lens 8
Although the cross-sectional shape of “a” has been described as being similar, the cross-sectional shapes of the effective areas of the second and third diffractive optical elements 52 and 53 and the element lens 8 a of the fly-eye lens 8 are also similar to each other. Therefore, with the change in the lighting conditions, the second
And 3 diffractive optical elements 52 and 53 are also selected.
The uniformity of the macroscopic light intensity distribution at the positions of the aperture stops 61 and 62 on the exit side of the fly-eye lens 8 can be improved, and further, uniform illumination of the reticle 14 and the wafer 16 can be achieved.

【0075】また、特に投影原版としてのレチクルとワ
ークとしての基板とを投影光学系に対して移動させつつ
露光を行う走査型の投影露光装置に本実施形態を適用す
る場合には、波面分割型のオプティカルインテグレータ
としてのフライアイレンズ8を構成する複数の要素レン
ズ8aの個々の形状が長方形状となる(図8(B)等参
照)。この場合、フライアイレンズ8上に形成される照
明領域のエッジの方向が、複数の要素レンズ8aにおい
て走査方向と対応する方向(典型的には要素レンズ8a
短辺に沿った方向)に平行となると、被照射面としての
ウエハ上での照度分布が走査直交方向において所望の分
布とならないおそれがある。
In particular, when the present embodiment is applied to a scanning type projection exposure apparatus that performs exposure while moving a reticle as a projection original and a substrate as a workpiece with respect to a projection optical system, a wavefront division type Each of the plurality of element lenses 8a constituting the fly's eye lens 8 as the optical integrator has a rectangular shape (see FIG. 8B). In this case, the direction of the edge of the illumination area formed on the fly-eye lens 8 is the direction corresponding to the scanning direction in the plurality of element lenses 8a (typically, the element lens 8a
(In the direction along the short side), the illuminance distribution on the wafer as the irradiated surface may not be a desired distribution in the scanning orthogonal direction.

【0076】そこで、特に4重極照明を行うときには、
回折光学素子52及びリレーレンズ7によってフライア
イレンズ8の入射面上に形成される4つの照明領域のエ
ッジの方向を、フライアイレンズ8を構成する複数の要
素レンズ8aの走査方向に対応した方向、つまり要素レ
ンズ8aの短辺方向に対して傾斜させることが好まし
い。
Therefore, especially when performing quadrupole illumination,
The directions of the edges of the four illumination areas formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 by the diffractive optical element 52 and the relay lens 7 are set to directions corresponding to the scanning directions of the plurality of element lenses 8 a constituting the fly-eye lens 8. That is, it is preferable to incline the element lens 8a with respect to the short side direction.

【0077】図11(A)は、フライアイレンズ8の入
射面上に形成される4つの照明領域IAの形状を楕円形
状とした例を示す。そして、図11(B)は、これら複
数の照明領域IAとフライアイレンズ8を構成する複数
の要素レンズ8aの入射面との関係を示す図である。こ
の場合、照明領域IAのエッジは、要素レンズ8aにお
ける走査方向に対応した方向に対して連続的に傾いた方
向となっている。
FIG. 11A shows an example in which the shape of the four illumination areas IA formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 is elliptical. FIG. 11B is a diagram showing a relationship between the plurality of illumination areas IA and the incident surfaces of the plurality of element lenses 8 a constituting the fly-eye lens 8. In this case, the edge of the illumination area IA is a direction continuously inclined with respect to the direction corresponding to the scanning direction of the element lens 8a.

【0078】図11(B)からも明らかな通り、楕円形
状の照明領域IAのエッジが、複数の要素レンズ8aに
対してそれぞれ同じ位置で交差していないため、被照射
面上での照度分布の不均一性(所望の分布からの偏
り)、特に走査直交方向の不均一性を低減できる。
As is clear from FIG. 11B, since the edge of the elliptical illumination area IA does not intersect the plurality of element lenses 8a at the same position, the illuminance distribution on the surface to be illuminated. (Deviation from a desired distribution), particularly in the scanning orthogonal direction, can be reduced.

【0079】なお、この場合、フライアイレンズ8の射
出側の開口絞り9によって、複数の要素レンズ8aのう
ち照明領城のエッジが交差している要素レンズを遮光し
なくとも、照度ムラ低減の効果を得ることができる。ひ
いては、開口絞り9を用いない場合(または最大開口と
する場合)であつても、照度ムラ低滅効果を得ることが
できる。従って、リレーレンズ8をズーム光学系として
複数の照明領域IAの位置を連続的に変移させた場合に
おいても、それらの照明領域IAに対応して開口絞り9
の開口部の位置を連続的に変移させる必要がない。
In this case, the aperture stop 9 on the exit side of the fly-eye lens 8 can reduce the unevenness in illuminance even if the element lens of the plurality of element lenses 8a where the edge of the illumination area intersects is not shielded from light. The effect can be obtained. As a result, even when the aperture stop 9 is not used (or when the maximum aperture is used), the effect of reducing illuminance unevenness can be obtained. Therefore, even when the positions of the plurality of illumination areas IA are continuously shifted by using the relay lens 8 as a zoom optical system, the aperture stop 9 corresponding to those illumination areas IA.
It is not necessary to continuously change the position of the opening.

【0080】また、図11(C)に示すように、4つの
照明領域IAの形状を円形状としてもよい。なお、結像
性能向上の観点に立てば、図11(A)のように複数の
照明領域IAの形状を楕円形状とした方が、図11
(C)のように円形状とするよりも、フライアイレンズ
8の射出側である3次光源の光量分布を光軸から離すこ
とが可能であるため好ましい。
Further, as shown in FIG. 11C, the shape of the four illumination areas IA may be circular. From the viewpoint of improving the imaging performance, it is better to make the shape of the plurality of illumination areas IA elliptical as shown in FIG.
It is preferable to make the light amount distribution of the tertiary light source on the emission side of the fly-eye lens 8 away from the optical axis, rather than making it circular as shown in FIG.

【0081】走査型露光装置では、複数の照明領域IA
のエッジの方向が走査直交方向と同方向であっても、こ
の方向に沿った照度ムラは走査露光により積分されるた
め考慮しなくともよい。従って、回折光学素子52及び
リレーレンズ7が形成する複数の照明領域IAの形状と
しては、図11(D)に示すような六角形状であっても
良い。この場合、要素レンズ8aの走査方向に対応する
方向に対して斜めに照明領城IAのエッジが交差するよ
うに設定すれば、被照射面上での照度ムラを低滅させる
ことができる。
In the scanning exposure apparatus, a plurality of illumination areas IA
Even if the direction of the edge is the same as the scanning orthogonal direction, the illuminance unevenness along this direction need not be considered because it is integrated by scanning exposure. Therefore, the shape of the plurality of illumination areas IA formed by the diffractive optical element 52 and the relay lens 7 may be a hexagonal shape as shown in FIG. In this case, if the edge of the illumination area IA is set to intersect obliquely with respect to the direction corresponding to the scanning direction of the element lens 8a, the illuminance unevenness on the surface to be illuminated can be reduced.

【0082】なお、要素レンズ8aの走査方向に対応す
る方向に対して斜めに照明領域IAのエッジが交差する
ように設定するならば、照明領域の形状は六角形状に限
られず、他の多角形状でもよい。
If the edges of the illumination area IA are set to intersect obliquely with respect to the direction corresponding to the scanning direction of the element lens 8a, the shape of the illumination area is not limited to a hexagonal shape, but may be other polygonal shapes. May be.

【0083】例えば、図11(E)に示すように、照明
領域IAの形状は矩形状であってもよい。
For example, as shown in FIG. 11E, the shape of the illumination area IA may be rectangular.

【0084】一方、照明領域の形状が六角形状や矩形状
であっても、そのエッジが要素レンズ8aの走査方向に
対応する方向と平行となってしまう場合(例えば図11
(D)に示す各照明領域IAをその重心を中心として3
0゜回転させたような場合)、照度ムラの低滅効果が減
少するため好ましくない。
On the other hand, even if the shape of the illumination area is hexagonal or rectangular, its edge is parallel to the direction corresponding to the scanning direction of the element lens 8a (for example, FIG. 11).
Each of the illumination areas IA shown in FIG.
(In the case of rotating by 0 °), it is not preferable because the effect of reducing the unevenness of the illuminance is reduced.

【0085】また、以上の例では、4重極照明を前提と
してフライアイレンズ8の入射面上に4つの照明領域I
Aを形成したが、上記の原理は、8重極照明などの多重
極照明にも応用できる。つまり、フライアイレンズ8の
入射面上に形成される多重極照明を構成する各照明領域
のエッジ方向を、フライアイレンズ8を構成する複数の
要素レンズ8aの走査方向に対応した方向に対して傾斜
させることにより、照度分布の均一性を向上させること
ができる。
In the above example, the four illumination areas I on the incident surface of the fly-eye lens 8 are assumed on the assumption that quadrupole illumination is used.
Although A was formed, the above principles can be applied to multipole illumination such as octopole illumination. In other words, the edge direction of each illumination region forming the multipole illumination formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 is set with respect to the direction corresponding to the scanning direction of the plurality of element lenses 8a forming the fly-eye lens 8. By inclining, the uniformity of the illuminance distribution can be improved.

【0086】以上の通り、回折光学素子及びリレーレン
ズによって波面分割型インテグレータの入射面に複数の
照明領城を形成する場合、複数の照明領域のエッジが波
面分割型インテグレータの要素レンズにおける走査方向
と対応する方向に対して傾くように設定することによ
り、被照射面上での照度ムラを低減させた状態のもとで
結像性能を向上させ、かつ光量損失も低減できる効果を
得ることができる。なお、照明領城の長軸を光軸を中心
としたタンジェンシャル方向(サジタル方向)に設定す
れば、さらに結像性能の向上を図ることができる。
As described above, when a plurality of illumination regions are formed on the incident surface of the wavefront splitting integrator by the diffractive optical element and the relay lens, the edges of the plurality of illumination regions are aligned with the scanning direction of the element lens of the wavefront splitting integrator. By setting so as to be inclined with respect to the corresponding direction, it is possible to obtain the effect of improving the imaging performance and reducing the light amount loss under the state where the illuminance unevenness on the irradiated surface is reduced. . If the long axis of the illuminated castle is set in the tangential direction (sagittal direction) with the optical axis as the center, the imaging performance can be further improved.

【0087】ここで、本実施形態におけるフライアイレ
ンズ8の詳細な構造について説明しておく。図12
(A)は、フライアイレンズ8を側方から見た図であ
り、図12(B)は、フライアイレンズ8を光軸に沿っ
て見た図である。図示のように、フライアイレンズ8
は、光軸方向に配置された2つのカバーガラス81、8
2によって保持されている。これらのカバーガラス8
1、82の外表面の中央部(光軸付近)には、遮光部材
として、円形の遮光コーティング81a、82aが施さ
れている。この遮光コーティング81a、82aを設け
たことにより、回折光学素子51〜53からの0次光が
不要なノイズ光としてレチクル14のパターン面やウエ
ハ16の表面に到達することを防ぐことができる。
Here, the detailed structure of the fly-eye lens 8 in the present embodiment will be described. FIG.
FIG. 12A is a diagram of the fly-eye lens 8 viewed from the side, and FIG. 12B is a diagram of the fly-eye lens 8 viewed along the optical axis. As shown, the fly-eye lens 8
Are two cover glasses 81, 8 arranged in the optical axis direction.
2. These cover glasses 8
Circular light-shielding coatings 81a and 82a are applied as light-shielding members at the center (near the optical axis) of the outer surfaces of the light-emitting elements 1 and 82. By providing the light shielding coatings 81a and 82a, it is possible to prevent the zero-order light from the diffractive optical elements 51 to 53 from reaching the pattern surface of the reticle 14 or the surface of the wafer 16 as unnecessary noise light.

【0088】ここで、0次光とは、回折光学素子の製造
誤差によって発生する直進光成分のことである。この0
次光は、リレーレンズ7の焦点位置に集光してしまう。
したがって、この0次光を放置した場合、例えば図10
では、照明領域IAの中央には、明るい特異点ができて
しまい、レチクル14やウエハ16の照明不均一を引き
起こしてしまう。そこで、図12(A)、(B)のよう
に、光軸上に遮光コーティング81a、82aを施し
て、0次光をカットして照明ムラの発生を防止している
のである。
Here, the zero-order light is a straight light component generated due to a manufacturing error of the diffractive optical element. This 0
The next light is collected at the focal position of the relay lens 7.
Therefore, when this zero-order light is left, for example, FIG.
In this case, a bright singular point is formed at the center of the illumination area IA, which causes uneven illumination of the reticle 14 and the wafer 16. Therefore, as shown in FIGS. 12A and 12B, light-shielding coatings 81a and 82a are applied on the optical axis to cut off the zero-order light and prevent the occurrence of illumination unevenness.

【0089】図12では、2つのカバーガラス81、8
2にそれぞれ遮光コーティング81a、82aを施して
いるが、最低限、いずれか一方について0次光の遮光措
置がなされていればよいことはいうまでもない。また、
入射側については、遮光コーティング81aの代わりに
粗ずり面加工を施しておいてもよい。
In FIG. 12, two cover glasses 81, 8
Although the light-shielding coatings 81a and 82a are applied to each of the light-emitting elements 2, it is needless to say that at least one of the light-shielding coatings 81a and 82a may be provided with a zero-order light-shielding measure. Also,
On the incident side, a rough surface processing may be performed instead of the light-shielding coating 81a.

【0090】遮光コーティング81a、82aの形状と
しては、特に回折光学素子側(入射側)の遮光コーティ
ング81aについては、フライアイレンズ8を構成する
要素レンズ8aのXY断面形状を単位とした形状にして
おくことが望ましい。フライアイレンズ8の入射側は、
レチクル14のパターン面と共役であるため、要素レン
ズ8aの入射端が部分的に遮光されると、レチクル14
の照明ムラとなってしまう虞があるからである。
The shape of the light-shielding coatings 81a and 82a is, in particular, the shape of the light-shielding coating 81a on the diffractive optical element side (incident side) in units of the XY cross-sectional shape of the element lens 8a constituting the fly-eye lens 8. It is desirable to keep. The incident side of the fly-eye lens 8
Since it is conjugate with the pattern surface of the reticle 14, if the incident end of the element lens 8a is partially shielded,
This is because there is a risk of causing uneven illumination.

【0091】なお、開口絞り61〜66の面内での照明
特性を回転対称にしたい場合には、フライアイレンズ8
の射出側のカバーガラス82に回転対称の遮光パタンを
生成しておくことが望ましい。
If it is desired to make the illumination characteristics in the plane of the aperture stops 61 to 66 rotationally symmetric, the fly-eye lens 8
It is desirable to generate a rotationally symmetric light-shielding pattern on the cover glass 82 on the emission side.

【0092】図13は、図12のフライアイレンズ8の
構造を変形した例である。図13(A)は、変形したフ
ライアイレンズ108を側方から見た図であり、図12
(B)は、フライアイレンズ108を光軸に沿って見た
図である。この場合、カバーガラス181、182に遮
光コーティングを施すのではなく、フライアイレンズ1
08の中央で要素レンズを金属製のダミー素子183に
置き換えている。このようなダミー素子183は、ガラ
ス材に遮光コーティングを施すことによって形成したも
のとすることができる。ガラス材からダミー素子183
を形成する場合、回折光学素子側(入射側)について
は、遮光コーティングの代わりに粗ずり面加工としても
よい。
FIG. 13 is an example in which the structure of the fly-eye lens 8 of FIG. 12 is modified. FIG. 13A is a side view of the deformed fly-eye lens 108, and FIG.
(B) is a diagram of the fly-eye lens 108 viewed along the optical axis. In this case, instead of applying a light-shielding coating to the cover glasses 181 and 182, the fly-eye lens 1
The element lens is replaced with a metal dummy element 183 at the center of 08. Such a dummy element 183 can be formed by applying a light shielding coating to a glass material. Dummy element 183 from glass material
Is formed, a rough surface processing may be performed on the diffractive optical element side (incident side) instead of the light-shielding coating.

【0093】フライアイレンズ108中におけるダミー
素子183の配置は、図13(B)に示すものには限定
されない。0次光の入射範囲や、照明条件等に応じて図
示の配置を適宜変更することができる。
The arrangement of the dummy elements 183 in the fly-eye lens 108 is not limited to the one shown in FIG. The arrangement shown in the figure can be appropriately changed according to the incident range of the zero-order light, the illumination conditions, and the like.

【0094】図14は、図13のフライアイレンズ10
8の構造をさらに変形した例である。この場合、フライ
アイレンズ208の中心にダミー素子283を形成する
とともに、ダミー素子283の軸心に差込穴(またはネ
ジ穴)283aを設けている。さらに、カバーガラス2
81、282のうち出射側に開口を設け、遮光部材であ
る遮光板284の中央から突出した突起を差込穴283
aに差込む。これにより、周辺からの保持することな
く、任意の形状の遮光板284をフライアイレンズ20
8の中央に配置することができる。
FIG. 14 shows the fly-eye lens 10 of FIG.
This is an example in which the structure of FIG. 8 is further modified. In this case, a dummy element 283 is formed at the center of the fly-eye lens 208, and an insertion hole (or screw hole) 283a is provided at the axis of the dummy element 283. Furthermore, cover glass 2
An opening is provided on the emission side of 81, 282, and a projection protruding from the center of a light shielding plate 284 as a light shielding member is inserted into an insertion hole 283.
a. Thus, the light-shielding plate 284 having an arbitrary shape can be attached to the fly-eye lens 20 without being held from the periphery.
8 can be arranged in the center.

【0095】次に、輪帯状の発散特性を持つ第1の回折
光学素子51と、円形の開口絞り65とを組み合わせて
使用する場合について説明する。なお、この場合も、フ
ライアイレンズ8では、図12〜図14で示した0次光
の遮光が行われているものとする。
Next, a case will be described in which the first diffractive optical element 51 having an annular divergence characteristic and a circular aperture stop 65 are used in combination. In this case as well, it is assumed that the 0-order light is blocked in the fly-eye lens 8 shown in FIGS.

【0096】このような組み合わせの照明では、上記し
た開口絞り66の場合と異なり、輪帯の内側絞りがない
ため回折光学素子51によって生成された輪帯照明領域
の内側部分に関しては、照明領域の境界まで全て利用す
ることができる。したがって、光量ロスを最小限に押さ
えつつ輪帯照明を行なうことができる。なお、4つ目状
の発散特性を持つ第2の回折光学素子52と円形開口絞
り65を組み合わせて使用する際にも、回折光学素子5
1と開口絞り65の組み合わせの場合と同様の効果を得
ることができる。
In the illumination of such a combination, unlike the case of the aperture stop 66 described above, since there is no inner stop of the annular zone, the inner portion of the annular illumination area generated by the diffractive optical element 51 is not included in the illumination area. You can use everything up to the border. Therefore, it is possible to perform annular illumination while minimizing the light amount loss. When the second diffractive optical element 52 having the fourth divergence characteristic and the circular aperture stop 65 are used in combination, the diffractive optical element 5
The same effect as in the case of the combination of 1 and the aperture stop 65 can be obtained.

【0097】次に、レボルバ6A内における回折光学素
子51〜53の配置方法について説明する。図15に示
すように、各回折光学素子は、保護容器105中に収容
されている。この保護容器105は、回折光学素子51
〜53を支持する金属ホルダ105aと、金属ホルダ1
05aに固定されて平行に支持された一対の保護光学部
材であるカバーガラス105bとを備える。つまり、回
折光学素子51〜53は、保護容器105の外側に存在
する酸素が紫外線に励起されることによって発生するガ
ス等の不純物の付着に対し、光軸方向に関しては両カバ
ーガラス105bによって保護され、光軸に垂直な方向
に関しては金属ホルダー105aによって保護される。
この場合、不純物が付着するのはカバーガラス105b
だけであるから、不純物の付着によって透過率が劣化し
ても、高価な回折光学素子51〜53を交換することな
く、安価なカバーガラス105bの交換のみによって、
透過率劣化を回復することが可能である。
Next, a method of arranging the diffractive optical elements 51 to 53 in the revolver 6A will be described. As shown in FIG. 15, each diffractive optical element is housed in a protective container 105. This protective container 105 is provided with the diffractive optical element 51.
And a metal holder 105a for supporting
And a cover glass 105b, which is a pair of protective optical members fixed to and supported in parallel with each other. In other words, the diffractive optical elements 51 to 53 are protected by the two cover glasses 105b in the optical axis direction against the attachment of impurities such as gas generated when oxygen existing outside the protective container 105 is excited by ultraviolet rays. The direction perpendicular to the optical axis is protected by the metal holder 105a.
In this case, impurities adhere to the cover glass 105b.
Therefore, even if the transmittance is deteriorated due to the attachment of impurities, the replacement of the inexpensive cover glass 105b alone can be performed without replacing the expensive diffractive optical elements 51 to 53.
It is possible to recover the transmittance deterioration.

【0098】ここで、回折光学素子51〜53の光軸方
向の配置について詳細に説明する。以上の実施形態で
は、回折光学素子をリレーレンズ7の焦点位置から光軸
方向にシフトした位置に配置してある。これは、レチク
ル上に発生する干渉ノイズを低減するためである。
Here, the arrangement of the diffractive optical elements 51 to 53 in the optical axis direction will be described in detail. In the above embodiment, the diffractive optical element is arranged at a position shifted from the focal position of the relay lens 7 in the optical axis direction. This is to reduce interference noise generated on the reticle.

【0099】図16は、干渉ノイズの発生を説明する模
式図である。干渉ノイズは、図4に示した±1次光がレ
チクル面で干渉することによって主に発生する。回折光
学素子51をリレーレンズ7の焦点距離に配置した場
合、回折光学素子51上のある1点から発生した±1次
光は、対称的な角度で発生するために、それぞれ光軸に
対して対称的な位置にある要素レンズ8aに入射すると
ともに、各要素レンズ8a内で同じ位置に入射する。こ
れらの光束は、レチクル共役面にある視野絞り11の位
置で再び合流し干渉ノイズを発生する。
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the occurrence of interference noise. The interference noise is mainly generated by the interference of the ± first-order lights shown in FIG. 4 on the reticle surface. When the diffractive optical element 51 is disposed at the focal length of the relay lens 7, ± 1 order light generated from a certain point on the diffractive optical element 51 is generated at a symmetrical angle, so that the ± 1st order light is generated with respect to the optical axis. The light enters the symmetrical element lenses 8a and also enters the same position in each element lens 8a. These light beams merge again at the position of the field stop 11 on the reticle conjugate plane to generate interference noise.

【0100】光源1からの光がエキシマレーザのように
発散角αがあるものであっても、干渉ノイズは低減され
ない。同図の点線の光束は光源の発散角αによって傾斜
を持って射出した成分を示している。このような光束で
は、要素レンズ8a上での入射位置が実線の場合からシ
フトする。しかし、回折光学素子51がリレーレンズ7
の焦点位置にあることから、波面の傾斜は発生しない。
図面中において、実線は垂直入射の場合の波面WS1を
示し、点線は傾斜入射の場合の波面WS2を示す。この
ように、発散角αがあっても位相差が発生しないので、
種々の角度αで照明光が入射したとしても、各角度成分
は、視野絞り11上に同じ干渉パターンを発生しまう。
すなわち、発散角αによる干渉パタンの平均化は起こら
ない。
Even if the light from the light source 1 has a divergence angle α like an excimer laser, the interference noise is not reduced. The luminous flux indicated by the dotted line in FIG. 3 indicates a component emitted with an inclination according to the divergence angle α of the light source. In such a light beam, the incident position on the element lens 8a shifts from the case of the solid line. However, the diffractive optical element 51 is
, No wavefront tilt occurs.
In the drawing, the solid line shows the wavefront WS1 at normal incidence, and the dotted line shows the wavefront WS2 at oblique incidence. Thus, even if there is a divergence angle α, no phase difference occurs,
Even if the illumination light is incident at various angles α, each angle component generates the same interference pattern on the field stop 11.
That is, averaging of the interference pattern by the divergence angle α does not occur.

【0101】図17は、本実施形態における干渉ノイズ
の発生防止を説明する模式図である。この場合、回折光
学素子51をリレーレンズ7の焦点位置から所定距離d
だけ離して配置しているので、発散角αによって±1次
光の波面が相対的に傾斜し、発散角αに応じた位相差が
発生することが分かる。この現象は、フライアイレンズ
8に入射する光線の角度がリレーレンズ7の焦点面(点
線)を切る位置によって定まることから理解される。こ
の現象を利用すれば、角度α毎に異なる干渉パターンが
視野絞り11上に生成される。つまり、各角度αによる
干渉ノイズの強度分布が互いに平均化され、視野絞り1
1と共役なレチクル14のパターン面等における干渉ノ
イズが低減される。
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining prevention of occurrence of interference noise in the present embodiment. In this case, the diffractive optical element 51 is moved from the focal position of the relay lens 7 by a predetermined distance d.
It can be seen that the wavefronts of the ± primary light are relatively inclined by the divergence angle α, and a phase difference is generated according to the divergence angle α. This phenomenon is understood from the fact that the angle of the light beam incident on the fly-eye lens 8 is determined by the position at which the focal plane (dotted line) of the relay lens 7 is cut off. If this phenomenon is utilized, a different interference pattern is generated on the field stop 11 for each angle α. That is, the intensity distribution of the interference noise at each angle α is averaged with each other, and the field stop 1
The interference noise on the pattern surface or the like of the reticle 14 conjugate with 1 is reduced.

【0102】なお、上記の位相差は、発散角αを一定と
すると距離dが大きいほど大きくなる。また、上記の位
相差は、着目するフライアイレンズ8中の要素レンズ8
aが光軸から離れているほど大きくなる。ここで、要素
レンズ8aの最低位置(光軸からの距離)は、照明形態
ごとにある値に定まる。よって、使用する照明条件の範
囲で、発散角αと要素レンズ8aの最低位置とが定まる
ならば、その最低位置における要素レンズ8aに関する
±1次光の位相差が波長以上となるように、距離dを調
整しておくことが望ましい。
The above-mentioned phase difference increases as the distance d increases, assuming that the divergence angle α is constant. Further, the phase difference is determined by the element lens 8 in the fly-eye lens 8 of interest.
The distance a increases as the distance from the optical axis increases. Here, the lowest position (distance from the optical axis) of the element lens 8a is determined to a certain value for each illumination mode. Therefore, if the divergence angle α and the lowest position of the element lens 8a are determined within the range of the illumination condition to be used, the distance is set so that the phase difference of the ± primary light with respect to the element lens 8a at the lowest position becomes equal to or longer than the wavelength. It is desirable to adjust d.

【0103】以上の説明では、回折光学素子51を光源
側に距離dシフトする場合を示したが、回折光学素子5
1をフライアイレンズ8側にシフトした場合でも、同じ
効果が得られる。また、以上の説明において、回折光学
素子51の光軸方向の位置は、回折光学素子51がパタ
ーニングされた面に対して定義されるものである。
In the above description, the case where the diffractive optical element 51 is shifted by the distance d to the light source side has been described.
The same effect can be obtained even when 1 is shifted to the fly-eye lens 8 side. In the above description, the position of the diffractive optical element 51 in the optical axis direction is defined with respect to the surface on which the diffractive optical element 51 is patterned.

【0104】(第2実施形態)図18は、本発明の第2
実施形態に係る投影露光装置の構成を示す図である。基
本的な構成は第1実施形態の装置と同様であるので重複
する部分の説明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 18 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment. Since the basic configuration is the same as that of the device of the first embodiment, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0105】第1から第3の回折光学素子51〜53を
光路中に位置させた場合に、回折光学素子を通過し、フ
ライアイレンズ8の入射面上に照射された光は、スペッ
クルパターンがノイズとなり均一な照度(強度)分布の
照明が困難となる場合がある。そこで、回折光学素子5
1〜53をレボルバ6Aごと振動機構部VBにより振動
させることで、フライアイレンズ8の入射面上でスペッ
クルパターンを振動させる。これにより、時間平均する
とスペックルパターンは平滑化されるので、均一な光強
度分布を得ることができる。
When the first to third diffractive optical elements 51 to 53 are positioned in the optical path, the light that has passed through the diffractive optical element and illuminated on the incident surface of the fly-eye lens 8 has a speckle pattern. May cause noise, making it difficult to illuminate with a uniform illuminance (intensity) distribution. Therefore, the diffractive optical element 5
By vibrating 1 to 53 together with the revolver 6A by the vibration mechanism VB, the speckle pattern is vibrated on the incident surface of the fly-eye lens 8. As a result, the speckle pattern is smoothed by time averaging, so that a uniform light intensity distribution can be obtained.

【0106】さらに、リレーレンズ7とフライアイレン
ズ8との間に楔状の偏向プリズムDPを配置し、モータ
MT3で該プリズムDPの中心と光軸AXとを略一致さ
せて露光中に回転させることにより、フライアイレンズ
8の入射面上に形成される光強度分布を回転させること
ができる。この結果、スペックパターンも回転するの
で、時間平均するとスペックルパターンは平滑化され、
回折光学素子51〜53を振動させた場合と同様に均一
な照度分布の光を得ることができる。ここで、回折光学
素子を振動させる事と偏向プリズムDPを使用する事の
何れか一方、又は両方を行っても良い。
Further, a wedge-shaped deflection prism DP is arranged between the relay lens 7 and the fly-eye lens 8, and the center of the prism DP and the optical axis AX are made to substantially coincide with each other by the motor MT3 and rotated during exposure. Accordingly, the light intensity distribution formed on the incident surface of the fly-eye lens 8 can be rotated. As a result, the spec pattern also rotates.
Light having a uniform illuminance distribution can be obtained as in the case where the diffractive optical elements 51 to 53 are vibrated. Here, one or both of vibrating the diffractive optical element and using the deflection prism DP may be performed.

【0107】さらに、光源1がパルス光を射出する場合
は、所定のパルス数ごとに回折光学素子51〜53をシ
フト又はチルトさせて、スペックパターンを平均化して
も良い。
Further, when the light source 1 emits pulsed light, the specification patterns may be averaged by shifting or tilting the diffractive optical elements 51 to 53 every predetermined number of pulses.

【0108】(第3実施形態)図19は、本発明の第3
実施形態に係る投影露光装置の構成を示す図である。図
19では、コンデンサ光学系10とリレー光学系12の
部分を簡略表示しているが、実際には図1の対応部分と
同じ構成である。またその他の基本的構成についても第
1実施形態の装置と同様である。
(Third Embodiment) FIG. 19 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment. In FIG. 19, the portions of the condenser optical system 10 and the relay optical system 12 are simply shown, but actually have the same configuration as the corresponding portions in FIG. Other basic configurations are the same as those of the first embodiment.

【0109】第3実施形態の装置における光束変換部
は、第1及び第2実施形態のようにレボルバー回転させ
て回折光学素子を選択する代わりに、カセットに収納し
た複数の回折光学素子のうちから必要な回折光学素子を
選択して光路上に配置することによって、フライアイレ
ンズ8の入射面側に所望の強度分布の光を供給する。こ
のため、光束変換部は、回折光学素子151を収納する
カセット58aと、カセット58aから回折光学素子1
51を受け取って搬送する搬送路58bと、搬送路58
から回折光学素子151を受け取って支持する支持部材
58cとからなる。
The light beam converter in the apparatus of the third embodiment is different from the first and second embodiments in that a revolver is rotated to select a diffractive optical element, but instead of a plurality of diffractive optical elements housed in a cassette. By selecting a necessary diffractive optical element and arranging it on the optical path, light having a desired intensity distribution is supplied to the incident surface side of the fly-eye lens 8. For this reason, the light beam conversion unit includes a cassette 58a that houses the diffractive optical element 151 and the cassette 58a.
A transport path 58b for receiving and transporting the transport path 51;
And a supporting member 58c for receiving and supporting the diffractive optical element 151 from

【0110】カセット58aは、回折特性が異なる複数
の回折光学素子151を貯蔵している。このカセット5
8aは、CPU(図示省略)からの信号に基づいて所望
の照明条件に対応する回折光学素子151を送り出し、
搬送路58bは、カセット58aから送り出された回折
光学素子151を照明光の光路に向けて搬送する。搬送
路58bを通った回折光学素子151は、支持部材58
cに搬入されて照明光の光路上で固定される。
The cassette 58a stores a plurality of diffractive optical elements 151 having different diffraction characteristics. This cassette 5
8a sends out a diffractive optical element 151 corresponding to a desired illumination condition based on a signal from a CPU (not shown),
The transport path 58b transports the diffractive optical element 151 sent from the cassette 58a toward the optical path of the illumination light. The diffractive optical element 151 that has passed through the transport path 58b is
c and is fixed on the optical path of the illumination light.

【0111】なお、支持部材58c中に保持された不要
な回折光学素子151は、交換に際して予め光路上から
除去される。つまり、光路上に移動させるべき新たな回
折光学素子151をカセット58aから搬出する前に、
光路上から除去すべき元の回折光学素子151、すなわ
ち支持部材58c中に保持された回折光学素子151を
搬送路58bを介してカセット58a中に格納する。
The unnecessary diffractive optical element 151 held in the support member 58c is removed from the optical path before replacement. That is, before unloading a new diffractive optical element 151 to be moved on the optical path from the cassette 58a,
The original diffractive optical element 151 to be removed from the optical path, that is, the diffractive optical element 151 held in the support member 58c is stored in the cassette 58a via the transport path 58b.

【0112】ここで、カセット58aは、取り外し可能
であり、交換可能とする。この場合、収納している回折
光学素子151の種類が異なる種々のカセットを予め備
えておき、所望のカセットを自動的に選択して搬送路5
8bに接続する構成としてもよい。
Here, the cassette 58a is removable and replaceable. In this case, various cassettes in which the types of the stored diffractive optical elements 151 are different are provided in advance, and a desired cassette is automatically selected and the transport path 5 is selected.
8b.

【0113】以上のようなカセット58aを用いた場
合、フライアイレンズ8上の強度分布のバリエーション
が増える。例えば、同じように輪帯形状の回折特性を利
用する場合であっても、種々の最大発散角と最小発散角
を組み合わせることによって多様な輪体照明を行うこと
ができる。このようにフライアイレンズ8上の強度分布
のバリエーションを増やすことにより、フライアイレン
ズ8の出射側に配置する輪体開口絞りの形状を多様に調
節し、照明の瞳分布をきめ細かく調整した場合にも、照
明光量を無駄にすることがない。なお以上では、輪体照
明の場合について説明したが、円形照明、四つ目形状照
明の場合についても同様な効果がある。
When the cassette 58a as described above is used, variations in the intensity distribution on the fly-eye lens 8 increase. For example, even when the ring-shaped diffraction characteristic is used in the same manner, various ring illuminations can be performed by combining various maximum divergence angles and minimum divergence angles. By increasing the variation of the intensity distribution on the fly-eye lens 8 in this way, the shape of the annular aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens 8 is variously adjusted, and the pupil distribution of the illumination is finely adjusted. Also, the amount of illumination light is not wasted. In the above description, the case of the ring-shaped illumination has been described, but the same effect can be obtained in the case of the circular illumination and the fourth-shaped illumination.

【0114】回折光学素子151を保持する支持部材5
8cは、図15に示す場合と同様に、カバーガラス58
dによって周囲に対して気密に仕切られた支持室になっ
ている。この支持室には、不活性ガス、例えば窒素、ヘ
リウムガス等をパージしておくことが望ましい。この場
合、支持部材58cの外側で発生するガス等に起因する
不純物の付着から回折光学素子151を保護することが
でき、安価なカバーガラス58dの交換のみによって、
透過率劣化を回復することが可能である。また、支持部
材58cから延びる搬送路58bに対してカセット58
aを着脱自在としているので、不純物によるくもり対策
になるのみならず、回折光学素子151のメンテナンス
が容易となる。
Support member 5 for holding diffractive optical element 151
8c is a cover glass 58 similar to the case shown in FIG.
The support chamber is airtightly partitioned by d from the surroundings. It is desirable that the support chamber be purged with an inert gas such as nitrogen or helium gas. In this case, the diffractive optical element 151 can be protected from the attachment of impurities due to gas or the like generated outside the support member 58c, and only by replacing the inexpensive cover glass 58d,
It is possible to recover the transmittance deterioration. Further, the cassette 58 is connected to the transport path 58b extending from the support member 58c.
Since a is detachable, not only is it possible to prevent clouding due to impurities, but also the maintenance of the diffractive optical element 151 becomes easy.

【0115】さらに、第3実施形態に係る投影露光装置
では、リレーレンズ7を2分割して前群7aと後群7b
とに分け、さらに両群7a、7bの間に振動ミラー7c
を配置している。前群7aと後群7bの少なくとも一方
には、駆動機構72を設けており、前群7aと後群7b
の少なくとも一方を3次元的に微動させたり、光軸に垂
直な一対の軸回りに微少回転させることができるように
なっている。振動ミラー7cにも、駆動機構73を設け
ており、振動ミラー7cを3次元的に微動させたり、光
軸に垂直な一対の軸回りに微少回転させることができる
ようになっている。なお干渉ノイズ低減のために露光時
間中に振動ミラー7cの角度を変化させる駆動機構は、
不図示であり、駆動機構73とは別に設けてある。
Further, in the projection exposure apparatus according to the third embodiment, the relay lens 7 is divided into two parts, the front group 7a and the rear group 7b.
And a vibrating mirror 7c between the two groups 7a and 7b.
Has been arranged. At least one of the front group 7a and the rear group 7b is provided with a driving mechanism 72, and the front group 7a and the rear group 7b are provided.
Can be finely moved three-dimensionally or slightly rotated around a pair of axes perpendicular to the optical axis. The vibrating mirror 7c is also provided with a drive mechanism 73 so that the vibrating mirror 7c can be finely moved three-dimensionally or slightly rotated around a pair of axes perpendicular to the optical axis. The driving mechanism for changing the angle of the vibrating mirror 7c during the exposure time to reduce interference noise is as follows.
It is not shown and is provided separately from the drive mechanism 73.

【0116】動作について説明すると、駆動機構72に
よって前群7a及び後群7bの少なくとも一方をXYシ
フトまたはXYチルトさせて(Z軸は光軸に平行とす
る)、回折光学素子151によって形成される照明領域
とフライアイレンズ8の入射面との位置合わせを行な
う。一方、駆動機構73によってミラー7cをXYチル
トさせて、照明領域の位置合わせを行なうこともでき
る。
In operation, at least one of the front group 7a and the rear group 7b is shifted XY or tilted XY (the Z axis is parallel to the optical axis) by the driving mechanism 72, and is formed by the diffractive optical element 151. Positioning of the illumination area and the entrance surface of the fly-eye lens 8 is performed. On the other hand, the mirror 7c can be tilted in the XY direction by the driving mechanism 73 to perform the alignment of the illumination area.

【0117】また、駆動機構72によって前群7a及び
後群7bの少なくとも一方をZ方向シフトによってフラ
イアイレンズ8の入射面上の照明領域の大きさを調整す
る。
The size of the illumination area on the entrance surface of the fly-eye lens 8 is adjusted by shifting the Z direction of at least one of the front group 7a and the rear group 7b by the driving mechanism 72.

【0118】以上のような駆動機構72、73を適宜動
作させることにより、レチクル17のパターン面又はウ
エハ16の露光面での照明ムラとテレセン度を高精度に
調整することができる。ここで、テレセン度とは、ウエ
ハ16等に入射する照明光束の傾きの少なさを意味し、
ウエハ16の露光面等における結像の等方性を意味す
る。照明ムラやテレセン度はフライアイレンズ8の後段
に設けたコンデンサ光学系10に含まれる光学要素のシ
フトまたはチルトによって調整することができるが、フ
ライアイレンズ8の前段に設けたリレーレンズ7を構成
する光学要素の微動と組み合わせることによって、より
高精度な調整が可能となる。
By appropriately operating the driving mechanisms 72 and 73 as described above, the illumination unevenness and the telecentricity on the pattern surface of the reticle 17 or the exposure surface of the wafer 16 can be adjusted with high accuracy. Here, the telecentricity means a small inclination of the illumination light beam incident on the wafer 16 or the like.
It means the isotropic nature of image formation on the exposure surface of the wafer 16 and the like. Illumination unevenness and telecentricity can be adjusted by shifting or tilting an optical element included in the condenser optical system 10 provided at the subsequent stage of the fly-eye lens 8. By combining with the fine movement of the optical element to be adjusted, more accurate adjustment can be performed.

【0119】(第4実施形態)図20は、本発明の第4
実施形態に係る投影露光装置の構成を示す図である。基
本的な構成は第1実施形態の装置と同様であるので重複
する部分の説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 20 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment. Since the basic configuration is the same as that of the device of the first embodiment, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0120】第4実施形態の装置におけるリレーレンズ
207は、一対のレンズ群207a、207bからなる
ズームレンズとなっており、ズーム駆動機構207dに
よってフライアイレンズ8に投影する照明領域のサイズ
を適宜調節することができるようになっている。ズーム
駆動機構207dは、入力されたズーム倍率に応じて、
リレーレンズ207を構成する両レンズ群207a、2
07bを適宜ズーム動作させることができる。また、両
レンズ群207a、207bの少なくとも1つは、電動
機構207eによって単独で移動させることができるよ
うになっている。このように、レンズ群207bを単独
で移動させることによってフライアイレンズ8の照明状
態を変更することができるので、マスク14における照
明情報に応じて照明分布を最適化するといった制御が可
能になる。
The relay lens 207 in the device of the fourth embodiment is a zoom lens composed of a pair of lens groups 207a and 207b, and appropriately adjusts the size of the illumination area projected on the fly-eye lens 8 by the zoom drive mechanism 207d. You can do it. The zoom drive mechanism 207d outputs
Both lens groups 207a, 2
07b can be appropriately zoomed. At least one of the two lens groups 207a and 207b can be moved independently by the electric mechanism 207e. As described above, the illumination state of the fly-eye lens 8 can be changed by independently moving the lens group 207b, so that control such as optimizing the illumination distribution according to the illumination information on the mask 14 can be performed.

【0121】また、コンデンサ光学系210も、一対の
レンズ群210a、210bからなるズームレンズとな
っている。また、光源1と回折光学素子51〜54との
間には、光源1からの光束に多重位相変化を与える光遅
延素子21が配置されている。また、回折光学素子51
〜54は、出射側に光束を変化させるプリズム等を設け
たフライアイインテグレータやマイクロ・フライアイ・
レンズに置き換えることができる。
Further, the condenser optical system 210 is also a zoom lens composed of a pair of lens groups 210a and 210b. Further, between the light source 1 and the diffractive optical elements 51 to 54, an optical delay element 21 for giving a multiple phase change to the light beam from the light source 1 is arranged. Further, the diffractive optical element 51
Reference numerals 54 to 54 denote a fly-eye integrator or a micro fly-eye
Can be replaced with a lens.

【0122】動作について説明すると、光源1からの光
束は、光遅延素子21を通って回折光学素子51〜54
に入射する。この回折光学素子51〜54は、図1に示
すと同様のレボルバ6Aによって他の回折光学素子と交
換可能になっており、任意の回折角度特性を有する多光
源像を形成することができる。この多光源像から射出さ
れた光束は、リレーレンズ207で集光され、所望の照
明領域でフライアイレンズ8に入射する。このフライア
イレンズ8は、図1に示すと同様のレボルバ6Bによっ
てサイズ等が異なる他のフライアイレンズと交換可能に
なっている。フライアイレンズ8の射出側では、実質的
な面光源が形成され、この面光源から発散された光束
は、コンデンサ光学系210を通ってリレー光学系12
に入射し、ミラー13で反射される。リレー光学系12
及びミラー13を通過した光束は、レチクル又はマスク
14に形成されたパターンを重畳的に均一に照明する。
均一照明されたレチクル又はマスク14上のパターン
は、投影レンズ15によって被露光物体であるウエハ1
6に投影露光される。
In operation, the light beam from the light source 1 passes through the optical delay element 21 and the diffractive optical elements 51-54.
Incident on. These diffractive optical elements 51 to 54 can be replaced with other diffractive optical elements by the same revolver 6A as shown in FIG. 1, and can form a multi-source image having arbitrary diffraction angle characteristics. The light beam emitted from the multiple light source image is collected by the relay lens 207 and enters the fly-eye lens 8 in a desired illumination area. The fly-eye lens 8 can be replaced with another fly-eye lens having a different size or the like by a revolver 6B similar to that shown in FIG. On the exit side of the fly-eye lens 8, a substantial surface light source is formed, and the luminous flux emitted from this surface light source passes through the condenser optical system 210 and passes through the relay optical system 12.
And is reflected by the mirror 13. Relay optical system 12
The light beam that has passed through the mirror 13 illuminates the pattern formed on the reticle or mask 14 in a superimposed and uniform manner.
The pattern on the reticle or mask 14 uniformly illuminated is projected onto the wafer 1
6 is projected and exposed.

【0123】ここで、リレーレンズ207は、焦点距離
を変更することにより、フライアイレンズ8の入射面上
に所望の大きさで照明することができる。この時、レチ
クル14が均一に照明されず、照明ムラがあつた場合、
リレーレンズ207構成する一方のレンズ群207bを
独立に光軸方向に移動させる。このようにレンズ207
bを独立して移動させることにより、ズームレンズであ
るリレーレンズ207のデイストーションを変化させ、
形成される像の位置もずれるため、フライアイレンズ8
の入射面側での像をぼかすことができる。これにより、
フライアイレンズ8の射出面側で形成される実質的な面
光源が変化し、面光源の状態を調整することができる。
さらに、面光源に変化があると、マスク14での照明ム
ラも変化するため、レンズ207bを動かすことで照明
ムラを調整し、さらにウエハ16上における露光ムラを
低減することができる。
Here, the relay lens 207 can illuminate the entrance surface of the fly-eye lens 8 with a desired size by changing the focal length. At this time, if the reticle 14 is not uniformly illuminated and there is uneven illumination,
One lens group 207b constituting the relay lens 207 is independently moved in the optical axis direction. Thus, the lens 207
By independently moving b, the distortion of the relay lens 207 as a zoom lens is changed,
Since the position of the formed image is also shifted, the fly-eye lens 8
Can be blurred on the side of the light incident surface. This allows
The substantial surface light source formed on the exit surface side of the fly-eye lens 8 changes, and the state of the surface light source can be adjusted.
Furthermore, if there is a change in the surface light source, the illumination unevenness on the mask 14 also changes. Therefore, the illumination unevenness can be adjusted by moving the lens 207b, and the exposure unevenness on the wafer 16 can be reduced.

【0124】さらに、リレーレンズ207を構成する各
レンズ群207a、207bをズーム駆動機構207d
によって移動させて倍率を適宜変更することにより、フ
ライアイレンズ8の入射面における照明領域のサイズ、
すなわちフライアイレンズ8の射出面側に形成される面
光源の大きさを調整することができる。なお、ズーム駆
動機構207dによって面光源の大きさを調整すること
により、マスク14上で照明ムラが生じた場合などにお
いては、上記と同様に電動機構207eによってリレー
レンズ207のレンズ群207bを動かすことにより、
照明ムラや露光ムラを調整することができる。
Further, each lens group 207a and 207b constituting the relay lens 207 is connected to a zoom drive mechanism 207d.
The size of the illumination area on the entrance surface of the fly-eye lens 8 is
That is, the size of the surface light source formed on the exit surface side of the fly-eye lens 8 can be adjusted. By adjusting the size of the surface light source by the zoom driving mechanism 207d, when illumination unevenness occurs on the mask 14, for example, the lens group 207b of the relay lens 207 may be moved by the electric mechanism 207e as described above. By
Illumination unevenness and exposure unevenness can be adjusted.

【0125】なお、上記第4実施形態のリレーレンズ2
07では、ズーム駆動機構207dによってズーム倍率
を変更し、電動機構207eによってフライアイレンズ
8の照明状態を変更することとしているが、ズーム倍率
と照明状態の双方を変更する必要はない。例えば、ズー
ム駆動機構207dによってズーム倍率を変更するだけ
でもよく、電動機構207eによってフライアイレンズ
8の照明状態を変更するだけでもよい。
Note that the relay lens 2 of the fourth embodiment is described.
In 07, the zoom magnification is changed by the zoom drive mechanism 207d and the illumination state of the fly-eye lens 8 is changed by the electric mechanism 207e, but it is not necessary to change both the zoom magnification and the illumination state. For example, only the zoom magnification may be changed by the zoom drive mechanism 207d, or the illumination state of the fly-eye lens 8 may be simply changed by the electric mechanism 207e.

【0126】(第5実施形態)図21は、本発明の第5
実施形態に係る投影露光装置の要部を示す図である。基
本的な構成は第1実施形態の装置と同様であるので重複
する部分の説明は省略する。
(Fifth Embodiment) FIG. 21 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating a main part of a projection exposure apparatus according to an embodiment. Since the basic configuration is the same as that of the device of the first embodiment, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0127】第5実施形態の装置におけるリレーレンズ
307は、一対のレンズ群307a、307bからなっ
ており、駆動機構307dによって焦点距離やピント位
置を適宜調節できるようになっている。
The relay lens 307 in the device according to the fifth embodiment includes a pair of lens groups 307a and 307b, and the focal length and the focus position can be appropriately adjusted by a driving mechanism 307d.

【0128】リレーレンズ307のピント位置を調節す
る際には、駆動機構307dを動作させて両レンズ群3
07a、307bいずれか一方を光軸方向に移動させ
る。
When adjusting the focus position of the relay lens 307, the drive mechanism 307d is operated to operate the two lens groups 3
One of 07a and 307b is moved in the optical axis direction.

【0129】一方、リレーレンズ307の焦点距離を調
節する際には、駆動機構307dを動作させて両レンズ
群307a、307bの間隔を調整する。この際、リレ
ーレンズ307全体としての前側焦点面を回折光学素子
51の出射面にほぼ一致させるように、両レンズ群30
7a、307bを全体として光軸方向に移動させる。
On the other hand, when adjusting the focal length of the relay lens 307, the drive mechanism 307d is operated to adjust the distance between the two lens groups 307a and 307b. At this time, both lens groups 30 are set so that the front focal plane of the entire relay lens 307 substantially matches the exit surface of the diffractive optical element 51.
7a and 307b are moved in the optical axis direction as a whole.

【0130】図22及び図23は、駆動機構307dに
よってリレーレンズ307の焦点距離やピント位置を調
節した場合における、フライアイレンズ8の入射面側で
の照射領域の変化を示す。
FIGS. 22 and 23 show changes in the irradiation area on the incident surface side of the fly-eye lens 8 when the focal length and focus position of the relay lens 307 are adjusted by the drive mechanism 307d.

【0131】図22(A)は、円形である当初の照明領
域IA1を示し、図22(B)は、焦点距離やピント位
置の調節後の照明領域IA2を示す。駆動機構307d
によってリレーレンズ307の焦点距離やピント位置を
調節することで、比較的小さな照明領域IA1から比較
的大きな照明領域IA2に変更できることが分かる。な
お、リレーレンズ307の焦点距離を短くする場合、調
整後の照明領域は、当初の照明領域IA1よりも小さく
なる。
FIG. 22A shows an initial illumination area IA1 having a circular shape, and FIG. 22B shows an illumination area IA2 after adjusting the focal length and the focus position. Drive mechanism 307d
By adjusting the focal length and the focus position of the relay lens 307, it is possible to change from the relatively small illumination area IA1 to the relatively large illumination area IA2. When the focal length of the relay lens 307 is reduced, the adjusted illumination area is smaller than the initial illumination area IA1.

【0132】図23(A)は、環状である当初の照明領
域IA3を示し、図23(B)は、焦点距離の調節後の
照明領域IA4を示し、図23(C)は、ピント位置の
調節後の照明領域IA5を示す。
FIG. 23 (A) shows the initial illumination area IA3 which is annular, FIG. 23 (B) shows the illumination area IA4 after the focal length has been adjusted, and FIG. 23 (C) shows the focus position. The illumination area IA5 after adjustment is shown.

【0133】図23(A)と図23(B)の比較により
明らかなように、駆動機構307dによってリレーレン
ズ307の焦点距離を調節することで、比較的小さな照
明領域IA3を相似に拡大した照明領域IA4に変更でき
ることが分かる。つまり、輪帯照明の内側の径と外側の
径とを比例させて全体のサイズを適宜変更することがで
きる。
As is apparent from a comparison between FIG. 23A and FIG. 23B, by adjusting the focal length of the relay lens 307 by the drive mechanism 307d, a comparatively small illumination area IA3 is similarly enlarged. It can be seen that the area can be changed to the area IA4. That is, the entire size can be appropriately changed by making the inner diameter and the outer diameter of the annular illumination proportional.

【0134】また、図23(A)と図23(C)の比較
により明らかなように、駆動機構307dによってリレ
ーレンズ307のピント位置を調節することで、照明領
域IA3の輪帯比を変更した照明領域IA5を得ることが
できる。つまり、輪帯照明の内側と外側との間隔を適宜
変更することができる。
Further, as is apparent from a comparison between FIG. 23A and FIG. 23C, by adjusting the focus position of the relay lens 307 by the driving mechanism 307d, the ring zone ratio of the illumination area IA3 was changed. An illumination area IA5 can be obtained. That is, the interval between the inner side and the outer side of the annular illumination can be appropriately changed.

【0135】本実施形態では、駆動機構307dによっ
てリレーレンズ307の焦点距離やピント位置を適宜調
節しているので、フライアイレンズ8をある程度の自由
度をもって可変に照明することができるので、光量損失
を効果的に低減することができる。
In this embodiment, since the focal length and the focus position of the relay lens 307 are appropriately adjusted by the driving mechanism 307d, the fly-eye lens 8 can be variably illuminated with a certain degree of freedom. Can be effectively reduced.

【0136】また、本実施形態では、フライアイレンズ
8を構成する要素レンズの個数、すなわち積分個数を3
00個以上としている。このため、フライアイレンズ8
の出射面側に配置される絞りを可変開口絞りとするまで
もなく、フライアイレンズ8に入射する光束のサイズを
変更するだけで照明条件を変更しても、マスク14にお
ける照明ムラの発生を低く抑えることができる。このこ
とを、以下に詳細に説明する。
In the present embodiment, the number of element lenses constituting the fly-eye lens 8, that is, the integral number is 3
00 or more. For this reason, the fly-eye lens 8
Even if the illumination condition is changed only by changing the size of the light beam incident on the fly-eye lens 8 without changing the stop arranged on the exit surface side of the It can be kept low. This will be described in detail below.

【0137】フライアイレンズ8を構成する要素レンズ
は、一辺の長さがdである正方形断面を有するものと仮
定する。また、フライアイレンズ8の照明領域の半径を
Rとすると、フライアイレンズ8全体による積分個数N
は、 N=π・R2・/d2 (1) で与えられる。また、フライアイレンズ8の周辺を構成
する要素レンズの個数N sは、おおよそ Ns=2πR/d (2) となる。これら周辺の要素レンズは、部分的に照明され
るので、照明ムラの原因となる可能性がある。周辺の一
つ要素レンズによって生じる照明ムラは最大で100%
の可能性があるが、周辺ではだんだんと照度が弱くなる
ので、生じるむらも少なくなり、絶対的な影響度も小さ
くなる。よって、総合的に考えると、周辺の一つの要素
レンズによって生じる照明ムラの影響は、1/3程度と
見積もることができる。さらに、周辺領域における統計
的ランダム性よリ、それらの数の平根で照明ムラへの影
響がある。よって、照明ムラを1%以下にするために
は、 (1/3)・(Ns1/2/N<0.01 (3) となる必要がある。よって、(1)、(2)、(3)式
より (1/3)・(2/π)1/2・(d/R)3/2<0.01 (4) となる。さらに(1)、(4)式より N>π・(1/3)4/3×(2/π)2/4 ×(0.01)-4/3=249 (5) を得る。すなわち、フライアイレンズ8による分割数が
約300を越えると、照明ムラの発生が抑えられる。特
に照明条件を変えたときにも、照明ムラの発生が十分に
抑えられることが分かる。
Element Lens Constituting Fly-Eye Lens 8
Is assumed to have a square cross section with one side length d.
Set. Also, the radius of the illumination area of the fly-eye lens 8 is
Let R be the integral number N of the entire fly-eye lens 8
Is N = π · RTwo・ / DTwo It is given by (1). Also, the periphery of the fly-eye lens 8 is configured.
Number of element lenses N sIs approximately Ns= 2πR / d (2) These peripheral element lenses are partially illuminated
Therefore, there is a possibility of causing illumination unevenness. One around
Illumination unevenness caused by one element lens is up to 100%
But the illuminance gradually decreases in the surrounding area
Therefore, the resulting unevenness is reduced and the absolute impact is small.
It becomes. Therefore, when considered comprehensively, one peripheral element
The effect of illumination unevenness caused by the lens is about 1/3
Can be estimated. In addition, statistics in the surrounding area
Randomness, shadows on uneven lighting due to the flat roots of those numbers
There is a sound. Therefore, in order to reduce illumination unevenness to 1% or less.
Is (1/3) · (Ns)1/2/N<0.01 (3) Therefore, equations (1), (2) and (3)
From (1/3) ・ (2 / π)1/2・ (D / R)3/2<0.01 (4) Further, from equations (1) and (4), N> π · (1/3)4/3× (2 / π)2/4  × (0.01)-4/3= 249 (5). That is, the number of divisions by the fly-eye lens 8 is
If it exceeds about 300, the occurrence of illumination unevenness is suppressed. Special
Even when the lighting conditions are changed, uneven lighting
It can be seen that it can be suppressed.

【0138】なお、走査型の露光装置の場合、一つの照
明領域がすなわちフライアイレンズ8を構成する要素レ
ンズの断面が長方形であるが、上記の場合とほぼ同様の
理論によって照明ムラの発生が抑えられる。
In the case of a scanning type exposure apparatus, one illumination area, that is, the cross-section of the element lens constituting the fly-eye lens 8 is rectangular, but illumination unevenness is generated according to substantially the same theory as described above. Can be suppressed.

【0139】以上の説明では、第2のオプティカルイン
テグレータとしてフライアイレンズ8を用いる場合につ
いて説明したが、フライアイレンズ8に代えてロッドイ
ンテグレータを用いることもできる。図24は、第2の
オプティカルインテグレータとしてロッドインテグレー
タを用いた変形例を示す。この場合、回折光学素子51
〜54からの光束は、リレーレンズ307を介してロッ
ドインテグレータ408aの前側焦点面FFを所望の照
度分布で重畳的に照明する。ロッドインテグレータ40
8aの入射端側には、コンデンサレンズ408bが配置
されており、ロッドインテグレータの入射端の近傍に光
源面を形成する。また、ロッドインテグレータ408a
の出射端は、レチクルブラインドに相当し、マスク14
と共役な位置となっている。図示の装置でも、リレーレ
ンズ307を2群のレンズで構成して焦点距離やピント
位置を調節することにより、前側焦点面FFにおける照
明領域のサイズや比率を適宜調節することができる。
In the above description, the case where the fly-eye lens 8 is used as the second optical integrator has been described. However, a rod integrator can be used instead of the fly-eye lens 8. FIG. 24 shows a modification using a rod integrator as the second optical integrator. In this case, the diffractive optical element 51
The light fluxes from to 54 illuminate the front focal plane FF of the rod integrator 408a via the relay lens 307 in a superimposed manner with a desired illuminance distribution. Rod integrator 40
A condenser lens 408b is arranged on the incident end side of 8a, and forms a light source surface near the incident end of the rod integrator. Also, the rod integrator 408a
Of the mask 14 corresponds to a reticle blind.
And the conjugate position. Also in the illustrated device, the relay lens 307 is formed of two groups of lenses, and the focal length and the focus position are adjusted, so that the size and ratio of the illumination area on the front focal plane FF can be appropriately adjusted.

【0140】以上の第5実施形態では、第1のオプティ
カルインテグレータとして回折光学素子を用いている
が、これに代えてフライアイレンズを用いることができ
ることは言うまでもない。
In the fifth embodiment described above, the diffractive optical element is used as the first optical integrator, but it goes without saying that a fly-eye lens can be used instead.

【0141】また、以上の第5実施形態では、リレーレ
ンズ307を2群のレンズで構成して焦点距離やピント
位置を調節しているが、リレーレンズ307を3群のレ
ンズで構成してフライアイレンズ8やロッドインテグレ
ータ408aの照明のテレセン性を確保することもでき
る。
In the fifth embodiment described above, the relay lens 307 is formed of two groups of lenses to adjust the focal length and the focus position. However, the relay lens 307 is formed of three groups of lenses, and the flywheel is formed. Telecentricity of the illumination of the eye lens 8 and the rod integrator 408a can also be ensured.

【0142】以上説明した第1〜第5実施形態において
は、光源1として、例えばKrFエキシマレーザ(波
長:248nm)やArFエキシマレーザ(波長:19
3nm)等、波長が180nm以上の照明光すなわち露
光光を用いることができる。この場合、回折光学素子5
1〜53、151は、例えば石英ガラスで形成すること
ができる。
In the first to fifth embodiments described above, as the light source 1, for example, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) or an ArF excimer laser (wavelength: 19
Illumination light having a wavelength of 180 nm or more, such as 3 nm), that is, exposure light can be used. In this case, the diffractive optical element 5
1 to 53 and 151 can be formed of, for example, quartz glass.

【0143】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51〜53、151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1200
K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1×1017molecules/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5
0ppm以下である石英ガラス、及び構造決定温度が12
00K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50ppm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。
When a wavelength of 200 nm or less is used as the exposure light, the diffractive optical elements 51 to 53 and 151 are made of fluorite, quartz glass doped with fluorine, quartz glass doped with fluorine and hydrogen, and the structure determination. Temperature 1200
Quartz glass having a K or less and an OH group concentration of 1000 ppm or more, a quartz glass having a structure determination temperature of 1200 K or less and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, a structure determination temperature of 1200 K or less and chlorine Concentration 5
Quartz glass of 0 ppm or less, and a structure determination temperature of 12
00K or less and hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules
/ Cm 3 or more and a chlorine concentration of 50 ppm or less.

【0144】ここで、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1×10 17molecules/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1×1017
molecules/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29
36138号公報に開示されている。
Here, when the structure determination temperature is 1200 K or less,
And quartz glass with OH group concentration of 1000ppm or more
No. 2,770,224 filed by the present applicant.
And the structure determination temperature is 1200K or less.
And the hydrogen molecule concentration is 1 × 10 17molecules / cmThreeIs over
Quartz glass, having a structure determination temperature of 1200 K or less and salt
Quartz glass with an elemental concentration of 50 ppm or less, and structure determination
Temperature is 1200K or less and hydrogen molecule concentration is 1 × 1017
molecules / cmThreeAnd the chlorine concentration is 50 ppm or less.
No. 29, filed by the present applicant.
No. 36138.

【0145】以上説明した第1〜第5実施形態において
は、フライアイレンズ8及び補助フライアイレンズ54
を、複数の要素レンズを集積して形成しているが、これ
らをマイクロ・フライアイ・レンズとすることも可能で
ある。マイクロ・フライアイ・レンズとは、光透過性基
板にエッチングなどの手法により複数の微少レンズ面を
マトリックス状に設けたものである。複数の光源像を形
成する点に関して、フライアイレンズとマイクロ・レン
ズ・アレイとの間に機能上の差異は実質的にはないが、
1つの要素レンズ(微少レンズ面)の開口の大きさを極
めて小さくてきること、製造コストを大幅に削減できる
こと、光軸方向の厚みを非常に薄くできることなどの点
で、マイクロ・フライアイ・レンズの方が有利である。
In the first to fifth embodiments described above, the fly-eye lens 8 and the auxiliary fly-eye lens 54
Are formed by integrating a plurality of element lenses, but these can also be micro fly-eye lenses. The micro fly's eye lens is a lens in which a plurality of minute lens surfaces are provided in a matrix on a light transmitting substrate by a method such as etching. There is virtually no functional difference between a fly-eye lens and a micro lens array in terms of forming multiple light source images,
The micro fly-eye lens is extremely small in the size of the aperture of one element lens (micro lens surface), can greatly reduce the manufacturing cost, and can be very thin in the optical axis direction. Is more advantageous.

【0146】また第1〜第4実施形態では、第2のオプ
ティカルインテグレータとしてフライアイレンズ8を用
いているが、その代わりに、四角柱、六角柱などの多角
柱状、あるいは円柱状の内面反射面を有するロッド型イ
ンテグレータを用いた実施形態をとることも可能であ
る。
In the first to fourth embodiments, the fly-eye lens 8 is used as the second optical integrator, but instead, a polygonal prism such as a quadrangular prism or a hexagonal prism, or a cylindrical internal reflecting surface is used. It is also possible to adopt an embodiment using a rod-type integrator having the following.

【0147】[0147]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第1の照明装置によれば、従来のフライアイレンズに
代えて、光源部からの光束を波面分割するように回折さ
せる回折光学素子と該回折光学素子からの回折光を所定
面上で重畳させ該所定面上で所定の断面形状の光束に変
換する光学要素とを含む光束変換部を用いており、前記
回折光学素子の回折特性は、前記所定面上における光強
度分布を変更可能にするために変更可能である。したが
って、照明条件の変更に伴って所望の領域を正確に照明
できるので、光量を有効に使用でき高照度な照明が可能
である。
As is apparent from the above description, according to the first illuminating device of the present invention, the diffractive optics for diffracting the light beam from the light source section so as to split the wavefront, instead of the conventional fly-eye lens. A light beam conversion unit including an element and an optical element that superimposes diffracted light from the diffractive optical element on a predetermined surface and converts the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on the predetermined surface. The characteristics can be changed to enable the light intensity distribution on the predetermined surface to be changed. Therefore, a desired area can be accurately illuminated in accordance with a change in the illumination condition, so that the amount of light can be effectively used and illumination with high illuminance is possible.

【0148】また、本発明の第2の照明装置によれば、
光源部と波面分割型インテグレータとの間に、光源部か
らの光束を波面分割するように回折させる回折光学素子
と回折光学素子からの回折光を所定面上で互いに重畳さ
せ該所定面上で所定の断面形状の光束に変換する光学要
素とを含む光束変換部が配置されており、前記波面分割
型インテグレータが、実質的に前記所定面上に配置され
る。したがって、前記所定面上に配置される前記波面分
割型インテグレータの所望の領域を必要に応じて正確に
照明できるので、光量を有効に使用でき高照度な照明が
可能である。
Further, according to the second lighting device of the present invention,
A diffractive optical element that diffracts a light beam from the light source section so as to split the wavefront between the light source section and the wavefront splitting type integrator, and diffracted light from the diffractive optical element are superimposed on each other on a predetermined plane and are predetermined on the predetermined plane And a light beam converting unit including an optical element for converting the light beam into a light beam having a cross-sectional shape described above, and the wavefront splitting integrator is substantially disposed on the predetermined surface. Therefore, a desired area of the wavefront splitting type integrator arranged on the predetermined surface can be accurately illuminated as necessary, so that light quantity can be effectively used and illumination with high illuminance is possible.

【0149】また、本発明の第3の照明装置によれば、
光束を所定の断面形状に変換する回折光学素子を用いて
いるので、所望の領域を正確に照明でき、光量を有効に
使用して高照度な照明が可能である。また、フライアイ
レンズに比較して材料が少なくて済み、かつ大きさも小
さいので製造コストを低減できる。さらに、簡便な構成
で様々な形状の領域を照明できる。
Further, according to the third lighting device of the present invention,
Since a diffractive optical element that converts a light beam into a predetermined cross-sectional shape is used, a desired area can be accurately illuminated, and illumination with high illuminance can be performed by effectively using the amount of light. Further, compared to the fly-eye lens, the material is small and the size is small, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, it is possible to illuminate various shaped regions with a simple configuration.

【0150】また、本発明の第4の照明装置によれば、
前記回折光学素子による前記照明領域が前記走査の方向
に対応する方向に対して傾けられたエッジを有するの
で、このエッジに対応する複数の要素レンズにおいて走
査直交方向の照度分布が連続的に変化する。よって、感
光性基板上においては、走査直交方向に関し、全体とし
ては均一な照度分布を得ることができる。
Further, according to the fourth lighting device of the present invention,
Since the illumination area by the diffractive optical element has an edge inclined with respect to the direction corresponding to the scanning direction, the illuminance distribution in the scanning orthogonal direction continuously changes in a plurality of element lenses corresponding to the edge. . Therefore, a uniform illuminance distribution as a whole can be obtained on the photosensitive substrate in the scanning orthogonal direction.

【0151】また、本発明の第5の照明装置によれば、
前記光学要素が複数のレンズ要素からなり、該複数のレ
ンズ要素の少なくとも1つの移動により当該光学要素の
屈折力及び焦点位置の少なくとも一方を調節可能である
ので、所定面上に重畳する光束の大きさや寸法比等を必
要に応じて適宜調整することができる。よって、マスク
上における照度分布を所望の状態とできるとともに、照
明光の損失を最小限に抑えることができる。
According to the fifth lighting device of the present invention,
The optical element is composed of a plurality of lens elements, and at least one of the refractive power and the focal position of the optical element can be adjusted by moving at least one of the plurality of lens elements. The sheath size ratio and the like can be appropriately adjusted as needed. Therefore, the illuminance distribution on the mask can be set to a desired state, and the loss of illumination light can be minimized.

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

【図1】本発明の第1実施形態にかかる投影露光装置の
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(A)は補助フライアイレンズと回折光学素子
とが設けられたレボルバの構成を示す図である。(B)
は開口絞りが設けられたレボルバの構成を示す図であ
る。
FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration of a revolver provided with an auxiliary fly-eye lens and a diffractive optical element. (B)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a revolver provided with an aperture stop.

【図3】(A)は回折光学素子の構成、(B)は回折光
の様子、(C)は回折光の光強度分布をそれぞれ示す図
である。
3A is a diagram illustrating a configuration of a diffractive optical element, FIG. 3B is a diagram illustrating a state of diffracted light, and FIG. 3C is a diagram illustrating a light intensity distribution of the diffracted light.

【図4】(A)は回折光学素子の斜視図、(B)、
(C)は回折角度を説明する図である。
FIG. 4A is a perspective view of a diffractive optical element, FIG.
(C) is a diagram illustrating a diffraction angle.

【図5】所定面における光強度分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a light intensity distribution on a predetermined surface.

【図6】光量の損失を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a loss of light amount.

【図7】(A)、(B)、(C)は所定面における他の
光強度分布(輪帯形状)を示す図である。
FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing other light intensity distributions (ring zones) on a predetermined surface.

【図8】(A)は回折光学素子の照明領域を示し、
(B)はフライアイレンズの出射端の一部を示す。
FIG. 8A shows an illumination area of a diffractive optical element,
(B) shows a part of the exit end of the fly-eye lens.

【図9】(A)、(B)は所定面における別の光強度分
布(四つ目形状)を示す図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing another light intensity distribution (fourth shape) on a predetermined surface.

【図10】所定面におけるさらに別の光強度分布(樽
型)を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing still another light intensity distribution (barrel type) on a predetermined surface.

【図11】(A)〜(E)は、フライアイレンズと照明
領域との関係を説明する図である。
FIGS. 11A to 11E are diagrams illustrating a relationship between a fly-eye lens and an illumination area.

【図12】(A)、(B)はフライアイレンズの構造を
説明する側面図及び裏面図である。
12A and 12B are a side view and a back view illustrating the structure of a fly-eye lens.

【図13】(A)、(B)はフライアイレンズの別の構
造を説明する側面図及び裏面図である。
13A and 13B are a side view and a rear view illustrating another structure of the fly-eye lens.

【図14】フライアイレンズのさらに別の構造を説明す
る側面図及び裏面図である。
14A and 14B are a side view and a back view illustrating still another structure of the fly-eye lens.

【図15】回折光学素子の保持及び収納を説明する側面
図である。
FIG. 15 is a side view illustrating holding and housing of the diffractive optical element.

【図16】回折光学素子の配置を説明する側面図であ
る。
FIG. 16 is a side view illustrating the arrangement of the diffractive optical element.

【図17】回折光学素子の配置を説明する側面図であ
る。
FIG. 17 is a side view illustrating the arrangement of the diffractive optical element.

【図18】本発明の第2実施形態にかかる投影露光装置
の構成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第3実施形態にかかる投影露光装置
の構成を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第4実施形態にかかる投影露光装置
の構成を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第5実施形態にかかる投影露光装置
の要部を示す図である。
FIG. 21 is a view showing a main part of a projection exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図22】(A)、(B)は、図21の装置における第
2のインテグレータの照明領域の変更の一例を説明する
図である。
FIGS. 22A and 22B are diagrams illustrating an example of changing the illumination area of the second integrator in the apparatus in FIG. 21;

【図23】(A)、(B)、(C)は、図21の装置に
おける第2のインテグレータの照明領域の変更の別の例
を説明する図である。
23 (A), (B) and (C) are diagrams illustrating another example of changing the illumination area of the second integrator in the apparatus in FIG. 21.

【図24】図21の装置の変形例を説明する図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a modification of the device of FIG. 21.

【図25】(A)はフラアイレンズを用いた光学系、
(B)は従来の投影露光装置の光学系を示す図である。
FIG. 25A is an optical system using a fly-eye lens,
FIG. 1B is a diagram showing an optical system of a conventional projection exposure apparatus.

【図26】従来のフライアイレンズによる光強度分布を
示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a light intensity distribution by a conventional fly-eye lens.

【図27】(A)輪帯形状の開口絞りの構成を示し、
(B)は四つ目形状の開口絞りの構成を示す図である。
FIG. 27A shows the configuration of a ring-shaped aperture stop;
(B) is a diagram showing a configuration of a fourth aperture stop.

【図28】光量の損失を説明する図である。FIG. 28 is a diagram illustrating a loss of light amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 エキスパンダ 3,13 反射ミラー MT1,MT2 モータ 6A,6B レボルバ 51〜53,151 回折光学素子 54〜56 補助フライアイレンズ 7 リレーレンズ 8 フライアイアイレンズ 61〜66 開口絞り 10 コンデンサ光学系 12 リレー光学系 11 視野絞り 14 マスク 15 投影光学系 16 被露光基板 Reference Signs List 1 light source 2 expander 3, 13 reflecting mirror MT1, MT2 motor 6A, 6B revolver 51 to 53, 151 diffractive optical element 54 to 56 auxiliary fly-eye lens 7 relay lens 8 fly-eye eye lens 61 to 66 aperture stop 10 condenser optical system 12 Relay optical system 11 Field stop 14 Mask 15 Projection optical system 16 Substrate to be exposed

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷津 修 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 渋谷 眞人 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 5F046 BA04 CA04 CB05 CB10 CB12 CB13 CB23  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Osamu Yatsu, Inventor Nikon 3-chome, 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor Masato Shibuya 3-2-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Stock F term in Nikon Corporation (reference) 5F046 BA04 CA04 CB05 CB10 CB12 CB13 CB23

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のパターンが形成されたマスクを照
明する照明装置において、 光束を供給する光源部と;該光源部からの光束を波面分
割するように回折させる回折光学素子と、該回折光学素
子からの回折光を所定面上で重畳させ該所定面上で所定
の断面形状の光束に変換する光学要素とを含む光束変換
部と;前記光束変換部からの光束に基づいて実質的な面
光源を形成するオプティカルインテグレータと;該オプ
ティカルインテグレータからの光束を前記マスクへ導く
光学系と;を備え、 前記回折光学素子の回折特性は、前記所定面上における
光強度分布を変更可能にするために変更可能であること
を特徴とする照明装置。
1. An illumination device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, comprising: a light source unit for supplying a light beam; a diffractive optical element for diffracting the light beam from the light source unit so as to split a wavefront; A light beam conversion unit including an optical element that superimposes diffracted light from the element on a predetermined surface and converts the light beam into a light beam having a predetermined cross-sectional shape on the predetermined surface; a substantial surface based on the light beam from the light beam conversion unit An optical integrator that forms a light source; and an optical system that guides a light beam from the optical integrator to the mask. The diffractive characteristic of the diffractive optical element is used to change a light intensity distribution on the predetermined surface. A lighting device characterized by being changeable.
【請求項2】 所定のパターンが形成されたマスクを照
明する照明装置において、 所定波長の光を供給する光源部と;該所定波長の光に基
づいて実質的な面光源を形成する波面分割型インテグレ
ータと;該波面分割型インテグレータによる実質的な面
光源からの光束を、前記マスク面または前記マスク面と
共役な面へ重畳的に導くコンデンサ光学系と;を備え、 前記光源部と前記波面分割型インテグレータとの間に
は、前記光源部からの光束を波面分割するように回折さ
せる回折光学素子と、該回折光学素子からの回折光を所
定面上で互いに重畳させ該所定面上で所定の断面形状の
光束に変換する光学要素とを含む光束変換部が配置さ
れ、 前記波面分割型インテグレータの入射面は、実質的に前
記所定面近傍に配置されることを特徴とする照明装置。
2. An illumination device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, comprising: a light source unit for supplying light of a predetermined wavelength; An integrator; and a condenser optical system that guides a light beam from a substantial surface light source by the wavefront splitting type integrator to the mask surface or a surface conjugate to the mask surface in a superimposed manner, the light source unit and the wavefront splitting. Between the mold integrator, a diffractive optical element that diffracts the light beam from the light source unit so as to split the wavefront, and diffracted light from the diffractive optical element overlap each other on a predetermined surface and a predetermined A light beam converting unit including an optical element for converting the light beam into a light beam having a cross-sectional shape; and an incident surface of the wavefront splitting type integrator is disposed substantially near the predetermined surface. Lighting device.
【請求項3】 所定のパターンが形成されたマスクを照
明する照明装置において、 光束を供給する光源部と;該光源部からの光束を回折さ
せる回折光学素子を含み、所定面上で所定の断面形状の
光束に変換する光束変換部と;前記光束変換部からの光
束に基づいて実質的な面光源を形成するオプティカルイ
ンテグレータと;該オプティカインテグレータからの光
束を前記マスクへ導く光学系と;を備え、 前記回折光学素子は、一対の保護光学部材間が形成する
密閉空間内に配置されることを特徴とする照明装置。
3. An illumination device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, comprising: a light source unit for supplying a light beam; and a diffractive optical element for diffracting the light beam from the light source unit, and a predetermined cross section on a predetermined surface. A light beam conversion unit that converts the light beam into a light beam having a shape; an optical integrator that forms a substantial surface light source based on the light beam from the light beam conversion unit; and an optical system that guides the light beam from the optical integrator to the mask. An illumination device, wherein the diffractive optical element is disposed in a closed space formed between a pair of protective optical members.
【請求項4】 前記光束変換部は、第1の回折特性を有
する第1の回折光学素子と、第2の回折特性を有する第
2の回折光学素子とを含み、 前記第1及び第2の回折光学素子は、照明光路内の位置
と、照明光路外の位置との間で選択的に位置決めされる
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の照明装
置。
4. The light beam conversion unit includes a first diffractive optical element having a first diffraction characteristic and a second diffractive optical element having a second diffraction characteristic, wherein the first and second diffractive optical elements have a first diffraction characteristic. 4. The illumination device according to claim 1, wherein the diffractive optical element is selectively positioned between a position in the illumination light path and a position outside the illumination light path.
【請求項5】 前記第1及び第2の回折光学素子を収納
可能に設けられたカセットと;前記カセットと前記照明
光路内の位置との間に設けられて、前記回折光学素子を
搬送するために搬送路と;を備えることを特徴とする請
求項4記載の照明装置。
5. A cassette provided to accommodate the first and second diffractive optical elements; and a cassette provided between the cassette and a position in the illumination optical path for transporting the diffractive optical elements. The lighting device according to claim 4, further comprising: a transport path.
【請求項6】 前記光束変換部中の前記回折光学素子
は、前記所定面の中心部の光強度と、前記所定面の周辺
部の光強度とが異なる光強度分布となるような回折特性
を有することを特徴とする請求項1、2または3記載の
照明装置。
6. The diffractive optical element in the light beam conversion unit has a diffraction characteristic such that the light intensity at the center of the predetermined surface and the light intensity at the periphery of the predetermined surface have different light intensity distributions. The lighting device according to claim 1, wherein the lighting device has a lighting device.
【請求項7】 前記光束変換部中の前記回折光学素子へ
の入射ビーム形状と、前記波面分割型インテグレータの
要素レンズの開口形状とを相似にすることを特徴とする
請求項1、2または3記載の照明装置。
7. The light beam converting section, wherein the shape of an incident beam to the diffractive optical element is similar to the shape of an aperture of an element lens of the wavefront splitting integrator. The lighting device according to the above.
【請求項8】 前記光束変換部中の前記回折光学素子と
前記インテグレータとの間に配置されて、前記回折光学
素子から出射する0次光が前記インテグレータに入射す
ることを防ぐための遮光部材を有することを特徴とする
1乃至7の何れか一項記載の照明装置。
8. A light shielding member disposed between the diffractive optical element in the light beam converting section and the integrator for preventing zero-order light emitted from the diffractive optical element from entering the integrator. The lighting device according to any one of claims 1 to 7, comprising:
【請求項9】 前記光束変換部中の前記回折光学素は、
前記光学要素の焦点位置から光軸方向へ外れた位置に位
置決めされることを特徴とする請求項1、2または3記
載の照明装置。
9. The diffractive optical element in the light beam converting unit,
4. The illumination device according to claim 1, wherein the illumination device is positioned at a position deviated from a focal position of the optical element in an optical axis direction.
【請求項10】 前記光束変換部中の光学要素の位置及
び傾斜の少なくとも一方は調整可能であることを請求項
1、2または3記載の照明装置。
10. The lighting device according to claim 1, wherein at least one of the position and the inclination of the optical element in the light beam conversion unit is adjustable.
【請求項11】 所定のパターンが形成されたマスク及
び感光性基板を投影光学系に対して相対的に走査させつ
つ前記パターンを前記感光性基板へ転写するための投影
露光装置に用いられる照明装置において、 光束を供給する光源部と;該光源部からの光束を回折さ
せる回折光学素子と;該回折光学素子にて回折された光
束に基づいて実質的な面光源を形成する波面分割型オプ
ティカルインテグレータと;を備え、 前記波面分割型オプティカルインテグレータは、複数の
要素レンズを含み、 前記回折光学素子は、前記波面分割型オプテイカルイン
テグレータの前記複数の要素レンズ上に照明領域を形成
し、 前記回折光学素子による前記照明領域は、前記走査の方
向に対応する方向に対して傾けられたエッジを有するこ
とを特徴とする照明装置。
11. An illumination device used in a projection exposure apparatus for transferring a mask on which a predetermined pattern is formed and a photosensitive substrate to the photosensitive substrate while scanning the photosensitive substrate relative to a projection optical system. A light source unit for supplying a light beam; a diffractive optical element for diffracting the light beam from the light source unit; and a wavefront splitting optical integrator for forming a substantial surface light source based on the light beam diffracted by the diffractive optical element. The wavefront splitting optical integrator includes a plurality of element lenses, the diffractive optical element forms an illumination area on the plurality of element lenses of the wavefront splitting optical integrator, and the diffractive optics The illumination device according to claim 1, wherein the illumination area by the element has an edge inclined with respect to a direction corresponding to the scanning direction. .
【請求項12】 前記回折光学素子による前記照明領域
は、互いに離されて位置決めされた複数の照明領域を有
することを特徴とする請求項11記載の照明装置。
12. The illumination device according to claim 11, wherein the illumination area by the diffractive optical element has a plurality of illumination areas positioned separately from each other.
【請求項13】 前記回折光学素子による前記複数の照
明領域の形状は、楕円形状であることを特徴とする請求
項12記載の照明装置。
13. The lighting device according to claim 12, wherein the shape of the plurality of illumination regions by the diffractive optical element is an elliptical shape.
【請求項14】 所定のパターンが形成されたマスクを
照明する照明装置において、 光束を供給する光源部と;該光源部からの光束を波面分
割する第1のオプティカルインテグレータと、該第1の
オプティカルインテグレータからの光束を所定面上で互
いに重畳させる光学要素とを含む光束変換部と;該光束
変換部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成する
第2のオプティカルインテグレータと;該第2のオプテ
ィカルインテグレータからの光束をマスクに導く光学系
と;を備え、 前記光学要素は、複数のレンズ要素からなり、該複数の
レンズ要素の少なくとも1つの移動により当該光学要素
の屈折力及び焦点位置の少なくとも一方を調節可能であ
ること特徴とする照明装置。
14. An illuminating device for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, a light source unit for supplying a light beam; a first optical integrator for splitting a light beam from the light source unit into a wavefront; A light beam conversion unit including an optical element for superimposing light beams from the integrator on each other on a predetermined surface; a second optical integrator forming a substantial surface light source based on the light beam from the light beam conversion unit; An optical system for guiding a light beam from the optical integrator to the mask, wherein the optical element includes a plurality of lens elements, and at least one of the plurality of lens elements moves to determine a refractive power and a focal position of the optical element. A lighting device, at least one of which is adjustable.
【請求項15】 前記マスクを支持する第1ステージ
と;前記マスクを照明する請求項1乃至14の何れか一
項記載の照明装置と;被露光基板を保持する第2ステー
ジと;前記照明された前記マスクのパターンの像を前記
被露光基板上へ投影露光するための投影光学系と;を備
えることを特徴とする投影露光装置。
15. A first stage for supporting the mask; an illuminating device according to claim 1 for illuminating the mask; a second stage for holding a substrate to be exposed; A projection optical system for projecting and exposing the image of the pattern of the mask onto the substrate to be exposed.
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