JP2003015314A - Illumination optical device and exposure device provided with the same - Google Patents

Illumination optical device and exposure device provided with the same

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JP2003015314A
JP2003015314A JP2001200283A JP2001200283A JP2003015314A JP 2003015314 A JP2003015314 A JP 2003015314A JP 2001200283 A JP2001200283 A JP 2001200283A JP 2001200283 A JP2001200283 A JP 2001200283A JP 2003015314 A JP2003015314 A JP 2003015314A
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light
light flux
illumination
conversion element
optical
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JP2001200283A
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Japanese (ja)
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Yutaka Suenaga
豊 末永
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical device for carrying out deformed illumination while suppressing the loss of a light quantity satisfactorily even to light of a short wavelength with a simple structure having a small number of optical members. SOLUTION: The illumination optical device is provided with a light source means (1) for supplying almost parallel luminous flux, a first luminous flux conversion device (4) for converting the almost parallel luminous flux from the light source means into divergent luminous flux having a predetermined cross-sectional shape, a second luminous flux conversion device (5) for converting the divergent luminous flux from the first luminous flux conversion device into almost parallel luminous flux, an optical integrator (9) for forming a large number of light sources on the basis of the luminous flux through the second luminous flux conversion device, and an optical guiding optical system (10) for guiding the luminous flux from the large number of light sources to a surface (M) to be irradiated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の典型的な露光装置においては、
光源から射出された光束がフライアイレンズに入射し、
その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成す
る。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦
点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された
後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望
の照明条件(露光条件)に応じて、二次光源の形状また
は大きさを所望の形状または大きさに制限する。
2. Description of the Related Art In a typical exposure apparatus of this type,
The light flux emitted from the light source enters the fly-eye lens,
A secondary light source including a large number of light sources is formed on the rear focal plane. The light flux from the secondary light source is incident on the condenser lens after being limited through an aperture stop arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens. The aperture stop limits the shape or size of the secondary light source to the desired shape or size according to the desired illumination condition (exposure condition).

【0003】コンデンサーレンズにより集光された光束
は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明
する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を
介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、
マスクパターンが投影露光(転写)される。なお、マス
クに形成されたパターンは高集積化されており、この微
細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上に
おいて均一な照度分布を得ることが不可欠である。
The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, on the wafer,
The mask pattern is projected and exposed (transferred). Since the pattern formed on the mask is highly integrated, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.

【0004】近年においては、フライアイレンズの射出
側に配置された開口絞りの開口部(光透過部)の大きさ
を変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ(σ
値=開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照
明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)
を変化させる技術が注目されている。また、フライアイ
レンズの射出側に配置された開口絞りの開口部の形状を
輪帯状や四つ穴状(すなわち4極状)に設定することに
より、フライアイレンズにより形成される二次光源の形
状を輪帯状や4極状に制限して、投影光学系の焦点深度
や解像力を向上させる技術が注目されている。
In recent years, by changing the size of the aperture (light transmitting portion) of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens, the coherency of the illumination σ (σ
Value = aperture stop diameter / projection optical system pupil diameter, or σ value = illumination optical system exit side numerical aperture / projection optical system incident side numerical aperture)
The technique of changing the is attracting attention. Further, by setting the shape of the aperture of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens to be a ring shape or a four-hole shape (that is, a quadrupole shape), the secondary light source formed by the fly-eye lens A technique for limiting the shape to a ring shape or a quadrupole shape to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system has been attracting attention.

【0005】この場合、二次光源の形状を輪帯状や4極
状に制限して変形照明(輪帯照明や4極照明)を行うた
めに、フライアイレンズにより形成された比較的大きな
二次光源からの光束を輪帯状や4極状の開口部を有する
開口絞りによって単に制限すると、二次光源からの光束
の相当部分が開口絞りで遮蔽され、照明(露光)に寄与
することがない。その結果、開口絞りにおける光量損失
により、マスクおよびウェハ上での照度が低下し、露光
装置としてのスループットも低下する。そこで、回折光
学素子やアキシコンを介して形成した輪帯状や4極状の
光束に基づいて、輪帯状や4極状の二次光源を形成する
構成が提案されている。
In this case, in order to perform modified illumination (annular illumination or quadrupole illumination) by limiting the shape of the secondary light source to an annular or quadrupole shape, a relatively large secondary formed by a fly-eye lens. If the light flux from the light source is simply limited by an aperture stop having an annular or quadrupole opening, a considerable part of the light flux from the secondary light source is blocked by the aperture stop and does not contribute to illumination (exposure). As a result, the illuminance on the mask and the wafer is reduced due to the loss of light amount at the aperture stop, and the throughput of the exposure apparatus is also reduced. Therefore, a configuration has been proposed in which an annular or quadrupole secondary light source is formed based on an annular or quadrupole light beam formed via a diffractive optical element or an axicon.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回折光
学素子やアキシコンを用いて変形照明を行う従来の照明
光学装置では、光学部材の点数が多くなって構成が複雑
化し、ひいては装置の長大化を招くという不都合があっ
た。また、露光装置の解像力を向上させるために、たと
えば波長が200nm以下の露光光を用いる場合、光学
部材の点数が多いと、レンズ表面および光学部材の内部
での光量損失が発生し易いという不都合があった。
However, in the conventional illumination optical device for performing the modified illumination using the diffractive optical element or the axicon, the number of optical members is increased and the configuration is complicated, which leads to the enlargement of the device. There was an inconvenience. Further, in order to improve the resolving power of the exposure apparatus, for example, when using exposure light having a wavelength of 200 nm or less, if the number of optical members is large, there is a disadvantage that light amount loss easily occurs on the lens surface and inside the optical member. there were.

【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光学部材の点数が少ない簡素な構成に基づい
て、短波長の光に対しても光量損失を良好に抑えて変形
照明を行うことのできる照明光学装置および該照明光学
装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、短波長の光に対しても光量損失を良好に
抑えて変形照明を行うことのできる露光装置を用いて、
良好な照明条件のもとで良好なマイクロデバイスを製造
することのできるマイクロデバイスの製造方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and based on a simple structure in which the number of optical members is small, it is possible to suppress light quantity loss even for light of a short wavelength and perform modified illumination. It is an object of the present invention to provide an illuminating optical device that can be performed and an exposure apparatus including the illuminating optical device. Further, the present invention uses an exposure apparatus capable of performing modified illumination by appropriately suppressing the light amount loss even for light of a short wavelength,
An object of the present invention is to provide a microdevice manufacturing method capable of manufacturing a good microdevice under a good illumination condition.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1発明では、被照射面を照明する照明光
学装置において、ほぼ平行光束を供給するための光源手
段と、前記光源手段からのほぼ平行光束を所定の断面形
状を有する発散光束に変換するための第1光束変換素子
と、前記第1光束変換素子からの発散光束をほぼ平行光
束に変換するための第2光束変換素子とを備え、前記第
1光束変換素子は、回折光学素子またはマイクロレンズ
アレイを有することを特徴とする照明光学装置を提供す
る。
In order to solve the above-mentioned problems, in a first invention of the present invention, in an illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, a light source means for supplying a substantially parallel light beam, and the light source. A first light flux conversion element for converting the substantially parallel light flux from the means into a divergent light flux having a predetermined cross-sectional shape, and a second light flux conversion for converting the divergent light flux from the first light flux conversion element into a substantially parallel light flux. And an element, wherein the first light flux conversion element has a diffractive optical element or a microlens array.

【0009】第1発明の好ましい態様によれば、前記第
2光束変換素子を介して形成されるほぼ平行光束の断面
形状の大きさを変化させるために、前記第2光束変換素
子を光軸に沿って移動させるための駆動手段をさらに備
えている。また、前記第2光束変換素子は、一方の側に
平面を有し且つ他方の側に円錐面を有する円錐プリズム
を有することが好ましい。さらに、前記光源手段と前記
第1光束変換素子との間の光路中または前記第2光束変
換素子と前記被照射面との間の光路中に配置された変倍
光学系をさらに備えていることが好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention, in order to change the size of the cross-sectional shape of the substantially parallel light flux formed through the second light flux conversion element, the second light flux conversion element is placed on the optical axis. It further comprises drive means for moving along. Further, it is preferable that the second light flux conversion element has a conical prism having a flat surface on one side and a conical surface on the other side. Furthermore, a variable power optical system further arranged in the optical path between the light source means and the first light flux conversion element or in the optical path between the second light flux conversion element and the illuminated surface is provided. Is preferred.

【0010】また、第1発明の好ましい態様によれば、
前記第2光束変換素子を介した光束に基づいて多数の光
源を形成するためのオプティカルインテグレータと、前
記多数の光源からの光束を前記被照射面へ導くための導
光光学系とをさらに備えている。この場合、前記第2光
束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置された
変倍光学系は、前記第2光束変換素子と前記オプティカ
ルインテグレータとの間の光路中に配置されていること
が好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention,
It further comprises an optical integrator for forming a large number of light sources based on the light beams that have passed through the second light beam conversion element, and a light guide optical system for guiding the light beams from the plurality of light sources to the irradiation surface. There is. In this case, the variable power optical system arranged in the optical path between the second light beam conversion element and the illuminated surface is arranged in the optical path between the second light beam conversion element and the optical integrator. Is preferred.

【0011】本発明の第2発明では、第1発明の照明光
学装置と、前記被照射面に設定されたマスクのパターン
を感光性基板上へ投影露光するための投影光学系とを備
えていることを特徴とする露光装置を提供する。
A second invention of the present invention comprises the illumination optical device of the first invention, and a projection optical system for projecting and exposing the mask pattern set on the irradiated surface onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus characterized by the above.

【0012】本発明の第3発明では、第2発明の露光装
置により前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露
光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記
感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法を提供する。
In a third aspect of the present invention, an exposure step of exposing the pattern of the mask on the photosensitive substrate by the exposure apparatus of the second aspect of the invention, and a developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step A method of manufacturing a microdevice, comprising:

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の典型的な形態によれば、
たとえば回折光学素子のような第1光束変換素子を介し
て、光源手段からの平行光束を輪帯状の発散光束に変換
する。次いで、たとえば円錐プリズムのような第2光束
変換素子により、回折光学素子からの輪帯状の発散光束
を輪帯状の平行光束に変換する。さらに、たとえばフラ
イアイレンズのようなオプティカルインテグレータによ
り、円錐プリズムからの輪帯状の平行光束に基づいて、
照明瞳面に輪帯状の二次光源を形成する。照明瞳面に形
成された輪帯状の二次光源からの光束は、導光光学系を
介して、マスクのような被照射面を重畳的に照明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to a typical embodiment of the present invention,
For example, the parallel light flux from the light source means is converted into an annular divergent light flux via a first light flux conversion element such as a diffractive optical element. Then, a second light beam conversion element such as a conical prism converts the annular divergent light beam from the diffractive optical element into an annular parallel light beam. Furthermore, by an optical integrator such as a fly-eye lens, based on the annular parallel light flux from the conical prism,
An annular secondary light source is formed on the illumination pupil plane. A light flux from a secondary light source in the form of an annular zone formed on the illumination pupil plane illuminates a surface to be illuminated such as a mask in a superimposed manner via a light guide optical system.

【0014】このように、本発明では、第1光束変換素
子としての回折光学素子と第2光束変換素子としての円
錐プリズムとの組み合わせにより、変形照明に必要な所
定断面形状(たとえば輪帯状、4極状など)の平行光束
を形成している。したがって、本発明の照明光学装置を
備えた露光装置では、解像力を向上させるために短波長
の露光光を用いても、光学部材の点数が少ない簡素な構
成に基づいて、光量損失を良好に抑えて変形照明を行う
ことができる。また、光量損失を良好に抑えた変形照明
に基づいて、高いスループットおよび高い解像力で良好
なマイクロデバイスを製造することができる。
As described above, according to the present invention, the combination of the diffractive optical element as the first light beam conversion element and the conical prism as the second light beam conversion element allows the predetermined cross-sectional shape (for example, annular shape, 4 A polar light flux is formed. Therefore, in the exposure apparatus including the illumination optical device of the present invention, even if the exposure light having a short wavelength is used to improve the resolution, the light quantity loss is well suppressed based on the simple configuration with a small number of optical members. Deformed illumination can be performed. Further, based on the modified illumination in which the light amount loss is well suppressed, it is possible to manufacture a good microdevice with high throughput and high resolution.

【0015】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる照明
光学装置の構成を概略的に示す図である。図1を参照す
ると、第1実施形態の照明光学装置は、照明光を供給す
るための光源1として、たとえば193nmの波長の光
を供給するArFエキシマレーザー光源、または157
nmの波長の光を供給するF2レーザー光源を備えてい
る。光源1から射出された平行光束は、図1の紙面に垂
直な方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一
対のレンズ2aおよび2bからなるビームエキスパンダ
ー2に入射する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an illumination optical device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the illumination optical device of the first embodiment uses, as a light source 1 for supplying illumination light, an ArF excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 193 nm, or 157.
An F 2 laser light source that supplies light with a wavelength of nm is provided. The parallel light flux emitted from the light source 1 has a rectangular cross section elongated in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, and enters a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b.

【0016】各レンズ2aおよび2bは、図1の紙面内
において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有す
る。したがって、ビームエキスパンダー2に入射した光
束は、図1の紙面内において拡大され、所定の形状の断
面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビー
ムエキスパンダー2を介した平行光束は、アフォーカル
ズームレンズ3に入射する。アフォーカルズームレンズ
3は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しなが
ら、所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができ
るように構成された変倍光学系である。
Each of the lenses 2a and 2b has a negative refracting power and a positive refracting power in the plane of FIG. Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is expanded in the plane of the paper of FIG. 1 and shaped into a light beam having a cross section of a predetermined shape. The parallel light flux that has passed through the beam expander 2 as a shaping optical system enters the afocal zoom lens 3. The afocal zoom lens 3 is a variable power optical system configured to be capable of continuously changing the magnification within a predetermined range while maintaining the afocal system (afocal optical system).

【0017】アフォーカルズームレンズ3の倍率変化
は、図示を省略した制御系からの指令に基づいて動作す
る第1駆動系21により行われる。アフォーカルズーム
レンズ3を介して、その倍率に応じて断面形状が拡大ま
たは縮小された平行光束は、輪帯用の回折光学素子(D
OE)4に入射する。回折光学素子4は、たとえばガラ
ス基板に照明光の波長程度のピッチを有する段差を形成
することによって構成され、入射ビームを所望の角度に
回折する作用を有する。
The change in magnification of the afocal zoom lens 3 is performed by the first drive system 21 which operates based on a command from a control system (not shown). The parallel luminous flux whose cross-sectional shape is enlarged or reduced according to its magnification through the afocal zoom lens 3 is a diffractive optical element (D
OE) 4. The diffractive optical element 4 is formed, for example, by forming a step having a pitch on the order of the wavelength of illumination light on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle.

【0018】図2は、第1実施形態における輪帯用の回
折光学素子の作用を説明する図である。図2を参照する
と、輪帯用の回折光学素子4は、垂直入射した細い光束
を、1つの所定の発散角にしたがって放射状に発散さ
せ、細い幅の輪帯状の断面を有する発散光束に変換す
る。したがって、細い光束が複数隣り合って1つの平行
光束が形成されているので、回折光学素子4に垂直入射
した平行光束は、重畳されて幅のある輪帯状の発散光束
に変換される。こうして、回折光学素子4は、光源1か
らの平行光束を所定の断面形状を有する発散光束に変換
するための第1光束変換素子を構成している。
FIG. 2 is a view for explaining the action of the diffractive optical element for the ring zone in the first embodiment. Referring to FIG. 2, the diffractive optical element 4 for an annular zone radially diverges a vertically incident thin luminous flux according to one predetermined divergence angle, and converts it into a divergent luminous flux having an annular cross section with a narrow width. . Therefore, since a plurality of thin light fluxes are adjacent to each other to form one parallel light flux, the parallel light fluxes vertically incident on the diffractive optical element 4 are superimposed and converted into a wide annular divergent light flux. Thus, the diffractive optical element 4 constitutes a first light flux conversion element for converting the parallel light flux from the light source 1 into a divergent light flux having a predetermined cross-sectional shape.

【0019】なお、回折光学素子4は、照明光路に対し
て挿脱自在に構成され、4極用の回折光学素子40と切
り換え可能に構成されている。4極用の回折光学素子4
0の構成および作用については後述する。ここで、輪帯
用の回折光学素子4と4極用の回折光学素子40との間
の切り換えは、制御系からの指令に基づいて動作する第
2駆動系22により行われる。
The diffractive optical element 4 is constructed so that it can be inserted into and removed from the illumination optical path and can be switched to the diffractive optical element 40 for four poles. Diffractive optical element 4 for 4 poles
The configuration and operation of 0 will be described later. Here, switching between the diffractive optical element 4 for the ring zone and the diffractive optical element 40 for the four poles is performed by the second drive system 22 that operates based on a command from the control system.

【0020】回折光学素子4を介して形成された輪帯状
の発散光束は、円錐プリズム5に入射する。円錐プリズ
ム5は、その光源側の面(図1中左側の面)5aが平面
状に形成され、その被照射面側の面(図1中右側の面)
5bが被照射面側に向かって円錐凸面状に形成されてい
る。さらに詳細には、円錐プリズム5の被照射面側の屈
折面5bは、光軸AXに関して対称な円錐の円錐面(底
面を除く側面)に相当する形状に構成されている。
The annular divergent light beam formed via the diffractive optical element 4 enters the conical prism 5. The conical prism 5 has a light source side surface (a surface on the left side in FIG. 1) 5a formed in a flat shape, and a surface on the irradiated surface side (a surface on the right side in FIG. 1).
5b is formed in a conical convex shape toward the surface to be illuminated. More specifically, the refracting surface 5b on the irradiated surface side of the conical prism 5 is configured to have a shape corresponding to a conical surface (side surface excluding the bottom surface) of a cone that is symmetrical with respect to the optical axis AX.

【0021】したがって、円錐プリズム5に輪帯状の発
散光束が入射すると、光軸AXを中心として等角度で偏
向され、光軸AXに沿った輪帯状の平行光束が形成され
る。円錐プリズム5を介して形成された輪帯状の平行光
束は、被照射面6上に輪帯状の照明領域を形成する。こ
のように、円錐プリズム5は、第1光束変換素子として
の回折光学素子4からの発散光束を平行光束に変換する
ための第2光束変換素子を構成している。円錐プリズム
5は光軸AXに沿って移動可能に構成され、その光軸A
Xに沿った移動は制御系からの指令に基づいて動作する
第3駆動系23により行われる。被照射面6にはフライ
アイレンズ9の入射面が一致するように配置される。フ
ライアイレンズ9の後側焦点面に形成された多数の光源
からの光束は、コンデンサー光学系10の集光作用を受
けた後、所定パターンが形成されたマスクMを重畳的に
照明する。
Therefore, when a zonal divergent light beam is incident on the conical prism 5, it is deflected at an equal angle about the optical axis AX and an annular parallel light beam is formed along the optical axis AX. The ring-shaped parallel light flux formed via the conical prism 5 forms a ring-shaped illumination area on the irradiated surface 6. In this way, the conical prism 5 constitutes a second light flux conversion element for converting the divergent light flux from the diffractive optical element 4 as the first light flux conversion element into a parallel light flux. The conical prism 5 is configured to be movable along the optical axis AX, and the optical axis A
The movement along X is performed by the third drive system 23 that operates based on a command from the control system. The illuminated surface 6 is arranged so that the incident surface of the fly-eye lens 9 coincides with it. The light fluxes from a large number of light sources formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 9 are subjected to the condensing action of the condenser optical system 10, and then illuminate the mask M having a predetermined pattern in a superimposed manner.

【0022】図3は、第1実施形態において被照射面上
に形成される輪帯状の照明領域およびアフォーカルズー
ムレンズおよび円錐プリズムの作用による輪帯状の照明
領域の変化を説明する図である。また、図4は、円錐プ
リズムの作用を説明する図である。図3(a)を参照す
ると、アフォーカルズームレンズ3および円錐プリズム
5の標準状態において、外径φo、内径φiおよび幅b
を有する輪帯状の照明領域が形成される。
FIG. 3 is a diagram for explaining changes in the annular illumination area and the annular illumination area formed by the action of the afocal zoom lens and the conical prism on the illuminated surface in the first embodiment. Further, FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the conical prism. Referring to FIG. 3A, in the standard state of the afocal zoom lens 3 and the conical prism 5, the outer diameter φo, the inner diameter φi, and the width b.
An annular illumination area having is formed.

【0023】ここで、第1駆動系21の作用によりアフ
ォーカルズームレンズ3の倍率を変化させると、その倍
率変化に応じて、回折光学素子4に入射する光束の断面
形状が相似的に変化する。その結果、図3(b)に示す
ように、外径φoと内径φiとの平均が変化することな
く、換言すると輪帯状の照明領域の中心線cが変化する
ことなく、幅bが(ひいては外径φoおよび内径φi
も)アフォーカルズームレンズ3の倍率変化に応じて変
化する。
When the magnification of the afocal zoom lens 3 is changed by the action of the first drive system 21, the cross-sectional shape of the light beam incident on the diffractive optical element 4 changes in a similar manner according to the change in the magnification. . As a result, as shown in FIG. 3 (b), the average of the outer diameter φo and the inner diameter φi does not change, in other words, the center line c of the annular illumination area does not change, and the width b (and thus Outer diameter φo and inner diameter φi
It also changes according to the change in magnification of the afocal zoom lens 3.

【0024】一方、第3駆動系23の作用により円錐プ
リズム5を光軸AXに沿って移動させると、図4に示す
ように、その移動量およびその向きに応じて、被照射面
6に入射する輪帯状の光束の外径および内径がともに変
化する。その結果、図3(c)に示すように、幅bが変
化することなく、外径φoおよび内径φiが円錐プリズ
ム5の移動量およびその向きに応じて同じ比率で変化す
る。
On the other hand, when the conical prism 5 is moved along the optical axis AX by the action of the third drive system 23, as shown in FIG. 4, it is incident on the irradiated surface 6 in accordance with its movement amount and its direction. Both the outer diameter and the inner diameter of the ring-shaped light flux that changes are changed. As a result, as shown in FIG. 3C, the outer diameter φo and the inner diameter φi change at the same ratio according to the movement amount and the direction of the conical prism 5 without changing the width b.

【0025】図5は、第1実施形態における4極用の回
折光学素子の作用を説明する図である。第2駆動系22
の作用により輪帯用の回折光学素子4に代えて4極用の
回折光学素子40を照明光路中に位置決めすると、図5
に示すように、回折光学素子40に入射した細い光束
は、小さな4つの円形状の発散光束となる。したがっ
て、細い光束が隣り合って平行光束が形成されているの
で、回折光学素子40に垂直入射した平行光束は、重畳
されて4つの円形状の発散光束からなる大きな4極状の
発散光束に変換され、円錐プリズム5を介して、被照射
面6上に4極状の照明領域を形成する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the diffractive optical element for four poles in the first embodiment. Second drive system 22
When the diffractive optical element 40 for the four poles is positioned in the illumination optical path in place of the diffractive optical element 4 for the annular zone by the action of FIG.
As shown in FIG. 4, the thin light flux that has entered the diffractive optical element 40 becomes four small circular divergent light fluxes. Therefore, since thin light fluxes are formed adjacent to each other to form parallel light fluxes, the parallel light fluxes vertically incident on the diffractive optical element 40 are superimposed and converted into a large quadrupolar divergent light flux composed of four circular divergent light fluxes. Then, a quadrupole illumination region is formed on the irradiated surface 6 via the conical prism 5.

【0026】図6は、第1実施形態において被照射面上
に形成される4極帯状の照明領域およびアフォーカルズ
ームレンズおよび円錐プリズムの作用による4極状の照
明領域の変化を説明する図である。図6(a)を参照す
ると、アフォーカルズームレンズ3および円錐プリズム
5の標準状態において、外径φo、内径φiおよび幅b
を有する4極状の照明領域が形成される。ここで、外径
φoおよび内径φiは、それぞれ4極状の照明領域に外
接する円および内接する円の直径である。また、幅b
は、4極状の照明領域を構成する各円形状の照明領域の
直径であって、外径φoと内径φiとの差の1/2とし
て定義される。
FIG. 6 is a view for explaining changes in the quadrupole illumination area formed on the illuminated surface and the quadrupole illumination area by the action of the afocal zoom lens and the conical prism in the first embodiment. is there. Referring to FIG. 6A, in the standard state of the afocal zoom lens 3 and the conical prism 5, the outer diameter φo, the inner diameter φi, and the width b.
A quadrupole illumination area having is formed. Here, the outer diameter φo and the inner diameter φi are the diameters of the circle circumscribing and the circle inscribing the quadrupole illumination region, respectively. Also, the width b
Is the diameter of each circular illumination area forming the quadrupole illumination area, and is defined as 1/2 of the difference between the outer diameter φo and the inner diameter φi.

【0027】ここで、第1駆動系21の作用によりアフ
ォーカルズームレンズ3の倍率を変化させると、その倍
率変化に応じて、回折光学素子40に入射する光束の断
面形状が相似的に変化する。その結果、図6(b)に示
すように、4極状の照明領域の中心線cが変化すること
なく、幅bが(ひいては外径φoおよび内径φiも)ア
フォーカルズームレンズ3の倍率変化に応じて変化す
る。一方、第3駆動系23の作用により円錐プリズム5
を光軸AXに沿って移動させると、図6(c)に示すよ
うに、幅bが変化することなく、外径φoおよび内径φ
iが円錐プリズム5の移動量およびその向きに応じて同
じ比率で変化する。
When the magnification of the afocal zoom lens 3 is changed by the action of the first drive system 21, the cross-sectional shape of the light beam incident on the diffractive optical element 40 changes in a similar manner according to the change in the magnification. . As a result, as shown in FIG. 6B, the width b (and thus the outer diameter φo and the inner diameter φi) of the afocal zoom lens 3 changes without changing the center line c of the quadrupole illumination region. Change according to. On the other hand, due to the action of the third drive system 23, the conical prism 5
Is moved along the optical axis AX, as shown in FIG. 6C, the outer diameter φo and the inner diameter φ
i changes at the same ratio according to the amount of movement of the conical prism 5 and its direction.

【0028】図7は、本発明の第2実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。図7において、感光性基板であるウェハの法線方
向に沿ってZ軸を、ウェハ面内において図7の紙面に平
行な方向にY軸を、ウェハ面内において図7の紙面に垂
直な方向にX軸をそれぞれ設定している。なお、図7で
は、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されてい
る。
FIG. 7 is a view schematically showing the arrangement of an exposure apparatus having an illumination optical device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the Z axis is along the normal direction of the wafer which is the photosensitive substrate, the Y axis is in the direction parallel to the paper surface of FIG. 7 within the wafer surface, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7 within the wafer surface. The X axis is set for each. In FIG. 7, the illumination optical device is set to perform annular illumination.

【0029】図7の露光装置は、露光光(照明光)を供
給するための光源1として、第1実施形態と同様に、1
93nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザー
光源を備えている。光源1からZ方向に沿って射出され
た平行光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断
面を有し、一対のレンズ2aおよび2bからなるビーム
エキスパンダー2に入射する。ビームエキスパンダー2
に入射した光束は、図1の紙面内(YZ平面)において
拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形され
る。
The exposure apparatus of FIG. 7 has a light source 1 for supplying exposure light (illumination light), as in the first embodiment.
It is equipped with an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 93 nm. A parallel light flux emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated along the X direction and is incident on a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b. Beam expander 2
The light beam incident on is expanded in the plane of the paper of FIG. 1 (YZ plane) and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

【0030】整形光学系としてのビームエキスパンダー
2を介した平行光束は、折り曲げミラーでY方向に偏向
された後、第1実施形態と同様に、アフォーカルズーム
レンズ3を介して、輪帯照明用の回折光学素子4に入射
する。第2実施形態では、回折光学素子4は、4極照明
用の回折光学素子40および通常の円形照明用のマイク
ロレンズアレイ41と切り換え可能に構成されている。
円形照明用のマイクロレンズアレイ41の構成および作
用については、後述する。
The parallel light beam that has passed through the beam expander 2 serving as a shaping optical system is deflected in the Y direction by the bending mirror, and then, through the afocal zoom lens 3, as in the first embodiment, for annular illumination. Is incident on the diffractive optical element 4. In the second embodiment, the diffractive optical element 4 is configured to be switchable between the diffractive optical element 40 for quadrupole illumination and the microlens array 41 for ordinary circular illumination.
The configuration and operation of the microlens array 41 for circular illumination will be described later.

【0031】回折光学素子4からの輪帯状の発散光束
は、円錐プリズム5を介して光軸AXに沿った輪帯状の
平行光束となり、マイクロレンズアレイ7に入射する。
こうして、マイクロレンズアレイ7の入射面には、光軸
AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。マイクロ
レンズアレイ7は、縦横に且つ稠密に配列された多数の
正六角形状または正四角形状の正屈折力を有する微小レ
ンズからなる光学素子である。一般に、マイクロレンズ
アレイは、たとえば平行平面ガラス板にエッチング処理
を施して微小レンズ群を形成することによって構成され
る。
The ring-shaped divergent light beam from the diffractive optical element 4 becomes a ring-shaped parallel light beam along the optical axis AX via the conical prism 5, and enters the microlens array 7.
Thus, a ring-shaped illumination field centered on the optical axis AX is formed on the incident surface of the microlens array 7. The microlens array 7 is an optical element including a large number of regular hexagonal or regular quadrangular microlenses having a positive refracting power that are vertically and horizontally densely arranged. In general, a microlens array is formed, for example, by subjecting a parallel flat glass plate to an etching treatment to form a group of microlenses.

【0032】したがって、マイクロレンズアレイ7に入
射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割さ
れ、各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ1つの光源
が形成される。こうして、マイクロレンズアレイ7の後
側焦点面には、マイクロレンズアレイ7への入射光束に
よって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪
帯状の実質的な面光源が形成される。このように、マイ
クロレンズアレイ7は、光源1からの光束に基づいて多
数の光源を形成するための第1オプティカルインテグレ
ータを構成している。
Therefore, the light beam incident on the microlens array 7 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and one light source is formed on the rear focal plane of each microlens. In this way, on the back focal plane of the microlens array 7, a ring-shaped substantially planar light source having a light intensity distribution almost the same as the illumination field formed by the incident light beam on the microlens array 7 is formed. In this way, the microlens array 7 constitutes a first optical integrator for forming a large number of light sources based on the light flux from the light source 1.

【0033】マイクロレンズアレイ7の後側焦点面に形
成された輪帯状の実質的な面光源からの光束は、結像レ
ンズ系8を介して、第2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9を重畳的に照明する。なお、
結像レンズ系8は、マイクロレンズアレイ7の後側焦点
面とフライアイレンズ9の射出面とを光学的にほぼ共役
に結んでいる。
A light flux from a substantially ring-shaped surface light source formed on the back focal plane of the microlens array 7 is superposed on a fly-eye lens 9 as a second optical integrator via an imaging lens system 8. Light up. In addition,
The imaging lens system 8 optically connects the rear focal plane of the microlens array 7 and the exit surface of the fly-eye lens 9 in a substantially conjugate manner.

【0034】したがって、マイクロレンズアレイ7の後
側焦点面に形成された多数の光源からの光束は、結像レ
ンズ系8の後側焦点面に、ひいてはフライアイレンズ9
の入射面に、光軸AXを中心とした輪帯状の照野を形成
する。フライアイレンズ9は、正の屈折力を有する多数
のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列することに
よって構成されている。なお、フライアイレンズ9を構
成する各レンズエレメントは、マスク上において形成す
べき照野の形状(ひいてはウェハ上において形成すべき
露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する
Therefore, the luminous fluxes from a large number of light sources formed on the rear focal plane of the microlens array 7 are directed to the rear focal plane of the imaging lens system 8 and eventually to the fly-eye lens 9.
A ring-shaped illumination field centered on the optical axis AX is formed on the incident surface of. The fly-eye lens 9 is configured by arranging a large number of lens elements having a positive refractive power vertically and horizontally and densely. Each lens element forming the fly-eye lens 9 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and the shape of the exposure area to be formed on the wafer).

【0035】したがって、フライアイレンズ9に入射し
た光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割
され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面
には多数の光源がそれぞれ形成される。こうして、フラ
イアイレンズ9の後側焦点面には、フライアイレンズ9
への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度
分布を有する輪帯状の実質的な面光源(以下、「二次光
源」という)が形成される。
Therefore, the light beam incident on the fly-eye lens 9 is two-dimensionally divided by a large number of lens elements, and a large number of light sources are respectively formed on the rear focal planes of the lens elements on which the light beam is incident. Thus, the fly-eye lens 9 is attached to the rear focal plane of the fly-eye lens 9.
A substantially ring-shaped surface light source (hereinafter, referred to as “secondary light source”) having a light intensity distribution substantially the same as the illumination field formed by the incident light flux is formed.

【0036】フライアイレンズ9の後側焦点面に形成さ
れた輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置さ
れた開口絞り(不図示)を介して制限され、コンデンサ
ー光学系10の集光作用を受けた後、所定のパターンが
形成されたマスクMを重畳的に照明する。以上のよう
に、第2実施形態では、光源1からコンデンサー光学系
10までが、被照射面としてのマスクMを照明するため
の照明光学装置を構成している。
The light flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 9 is restricted through an aperture stop (not shown) arranged in the vicinity thereof, and the condenser optical system 10 After receiving the light condensing function, the mask M on which a predetermined pattern is formed is superimposedly illuminated. As described above, in the second embodiment, the light source 1 to the condenser optical system 10 constitute an illumination optical device for illuminating the mask M as the illuminated surface.

【0037】マスクMのパターンを透過した光束は、投
影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上に
マスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系
PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内において
ウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光または
スキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域
にはマスクMのパターンが逐次露光される。
The light flux that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. In this manner, by performing batch exposure or scan exposure while two-dimensionally drivingly controlling the wafer W in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, a mask is formed in each exposure region of the wafer W. The M patterns are sequentially exposed.

【0038】なお、一括露光では、いわゆるステップ・
アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領
域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場
合、マスクM上での照明領域の形状は正方形に近い矩形
状であり、フライアイレンズ9の各レンズエレメントの
断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン
露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に
したがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して
相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスク
パターンをスキャン露光する。この場合、マスクM上で
の照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば1:3
の矩形状であり、フライアイレンズ9の各レンズエレメ
ントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
In the collective exposure, so-called step
The mask pattern is collectively exposed to each exposure area of the wafer according to the and repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 9 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in scan exposure, according to a so-called step-and-scan method, a mask pattern is scan-exposed to each exposure region of the wafer while moving the mask and the wafer relative to the projection optical system. In this case, the shape of the illumination area on the mask M has a ratio of short sides to long sides of, for example, 1: 3.
And the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 9 is also similar to this.

【0039】第2実施形態の輪帯照明では、照明瞳面す
なわちフライアイレンズ9の後側焦点面に、図3(a)
に示すような輪帯状の二次光源が形成される。したがっ
て、第1駆動系21の作用によりアフォーカルズームレ
ンズ3の倍率を変化させると、図3(b)に示すよう
に、輪帯状の二次光源の中心線cが変化することなく、
幅bが(ひいては外径φoおよび内径φiも)アフォー
カルズームレンズ3の倍率変化に応じて変化する。ま
た、第3駆動系23の作用により円錐プリズム5を光軸
AXに沿って移動させると、図3(c)に示すように、
幅bが変化することなく、外径φoおよび内径φiが円
錐プリズム5の移動量およびその向きに応じて同じ比率
で変化する。
In the annular illumination of the second embodiment, the illumination pupil plane, that is, the rear focal plane of the fly-eye lens 9 is shown in FIG.
An annular secondary light source is formed as shown in FIG. Therefore, when the magnification of the afocal zoom lens 3 is changed by the action of the first drive system 21, the center line c of the ring-shaped secondary light source does not change, as shown in FIG.
The width b (and thus the outer diameter φo and the inner diameter φi) changes according to the magnification change of the afocal zoom lens 3. When the conical prism 5 is moved along the optical axis AX by the action of the third drive system 23, as shown in FIG.
The outer diameter φo and the inner diameter φi change at the same ratio according to the movement amount and the direction of the conical prism 5 without changing the width b.

【0040】次に、第2実施形態において4極照明を行
うために、第2駆動系22の作用により輪帯照明用の回
折光学素子4に代えて4極照明用の回折光学素子40を
照明光路中に位置決めする。この場合、照明瞳面すなわ
ちフライアイレンズ9の後側焦点面には、図6(a)に
示すような4極状の二次光源が形成される。したがっ
て、第1駆動系21の作用によりアフォーカルズームレ
ンズ3の倍率を変化させると、図6(b)に示すよう
に、4極状の二次光源の中心線cが変化することなく、
幅bが(ひいては外径φoおよび内径φiも)アフォー
カルズームレンズ3の倍率変化に応じて変化する。ま
た、第3駆動系23の作用により円錐プリズム5を光軸
AXに沿って移動させると、図6(c)に示すように、
4極状の二次光源の幅bが変化することなく、外径φo
および内径φiが円錐プリズム5の移動量およびその向
きに応じて同じ比率で変化する。
Next, in order to perform quadrupole illumination in the second embodiment, the diffractive optical element 40 for quadrupole illumination is illuminated by the action of the second drive system 22 in place of the diffractive optical element 4 for annular illumination. Position in the optical path. In this case, a quadrupole secondary light source as shown in FIG. 6A is formed on the illumination pupil plane, that is, the back focal plane of the fly-eye lens 9. Therefore, when the magnification of the afocal zoom lens 3 is changed by the action of the first drive system 21, the center line c of the quadrupole secondary light source does not change, as shown in FIG. 6B.
The width b (and thus the outer diameter φo and the inner diameter φi) changes according to the magnification change of the afocal zoom lens 3. When the conical prism 5 is moved along the optical axis AX by the action of the third drive system 23, as shown in FIG.
Without changing the width b of the quadrupole secondary light source, the outer diameter φo
And the inner diameter φi changes at the same ratio according to the moving amount of the conical prism 5 and its direction.

【0041】次に、第2実施形態において円形照明を行
うために、第2駆動系22の作用により輪帯照明用の回
折光学素子4または4極照明用の回折光学素子40に代
えて円形照明用のマイクロレンズアレイ41を照明光路
中に位置決めする。この場合、マイクロレンズアレイ4
1は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正方形状の正
屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。し
たがって、マイクロレンズアレイ7の後側焦点面には正
方形状の実質的な面光源が形成され、フライアイレンズ
9の後側焦点面(照明瞳面)にも正方形状の二次光源が
形成される。
Next, in order to perform circular illumination in the second embodiment, circular illumination is performed by the action of the second drive system 22 instead of the diffractive optical element 4 for annular illumination or the diffractive optical element 40 for quadrupole illumination. The microlens array 41 for use is positioned in the illumination optical path. In this case, the microlens array 4
Reference numeral 1 denotes an optical element composed of a large number of square-shaped minute lenses having a positive refracting power which are densely arranged in the vertical and horizontal directions. Therefore, a substantially square surface light source is formed on the rear focal plane of the microlens array 7, and a square secondary light source is also formed on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the fly-eye lens 9. It

【0042】正方形状の二次光源からの光束は、円形状
の開口部(光透過部)を有する円形開口絞りを介して制
限された後、コンデンサー光学系10を介してマスクM
を重畳的に照明する。そして、第1駆動系21の作用に
よりアフォーカルズームレンズ3の倍率を変化させる
か、あるいは第3駆動系23の作用により円錐プリズム
5を光軸AXに沿って移動させると、正方形状の二次光
源の大きさが、アフォーカルズームレンズ3の倍率変化
あるいは円錐プリズム5の移動量およびその向きに応じ
て変化する。
The light flux from the square-shaped secondary light source is restricted through a circular aperture stop having a circular opening (light transmitting portion), and then is passed through a condenser optical system 10 to a mask M.
Are illuminated in a superimposed manner. Then, when the magnification of the afocal zoom lens 3 is changed by the action of the first drive system 21 or the conical prism 5 is moved along the optical axis AX by the action of the third drive system 23, a square-shaped secondary The size of the light source changes according to the magnification change of the afocal zoom lens 3 or the movement amount and direction of the conical prism 5.

【0043】以上のように、第2実施形態では、回折光
学素子4(40)と円錐プリズム5との組み合わせによ
り、変形照明に必要な所定断面形状の平行光束を形成し
ている。そして、アフォーカルズームレンズ3の作用お
よび円錐プリズム5の作用により、照明瞳面に形成され
る二次光源の形状および大きさを変化させることができ
る。ここで、アフォーカルズームレンズ3が比較的簡素
な構成を有することは明らかである。したがって、解像
力を向上させるために短波長の露光光(第2実施形態で
は193nmの波長光)を用いても、光学部材の点数の
少ない簡素な構成に基づいて、光量損失を良好に抑えて
様々な変形照明を行うことができる。
As described above, in the second embodiment, the diffractive optical element 4 (40) and the conical prism 5 are combined to form a parallel light flux having a predetermined cross-sectional shape required for modified illumination. The shape and size of the secondary light source formed on the illumination pupil plane can be changed by the action of the afocal zoom lens 3 and the action of the conical prism 5. Here, it is clear that the afocal zoom lens 3 has a relatively simple structure. Therefore, even if exposure light with a short wavelength (light with a wavelength of 193 nm in the second embodiment) is used to improve the resolution, it is possible to satisfactorily suppress the loss of light quantity and vary it based on the simple configuration with a small number of optical members. Various modified illumination can be performed.

【0044】上述の第2実施形態では、2つのオプティ
カルインテグレータ(マイクロレンズアレイ7およびフ
ライアイレンズ9)を用いているが、図1に示すように
マイクロレンズアレイ7および結像レンズ系8の配置を
省略し、円錐プリズム5からの光束をフライアイレンズ
9へ直接導く構成も可能である。このように、第1、第
2実施形態において、円錐プリズム5からの光束をフラ
イアイレンズ9へ直接導くことができる理由は、回折光
学素子4または円形照明用のマイクロレンズアレイ41
が、光束を重畳して輪帯状、4極状または円形状の照明
断面形状を形成しているので、光量ムラ(照度ムラ)が
少ないからである。一方、プリズムを使って輪帯状、4
極状または円形状の照明断面形状を形成すると、光量ム
ラを有する光源からの光がそのまま光量ムラとなって現
れるので好ましくない。より照度の均一性を確保するに
は、2つのオプティカルインテグレータを用いた方式が
有利である。
In the second embodiment described above, two optical integrators (microlens array 7 and fly-eye lens 9) are used, but as shown in FIG. 1, the arrangement of the microlens array 7 and the imaging lens system 8 is arranged. Alternatively, the light flux from the conical prism 5 may be directly guided to the fly-eye lens 9. As described above, the reason why the light flux from the conical prism 5 can be directly guided to the fly-eye lens 9 in the first and second embodiments is that the diffractive optical element 4 or the micro-lens array 41 for circular illumination is used.
However, since the light fluxes are overlapped to form a ring-shaped, quadrupole-shaped, or circular illumination cross-sectional shape, uneven light amount (unevenness unevenness) is small. On the other hand, using a prism, an annular shape, 4
Forming a polar or circular illumination cross-sectional shape is not preferable because light from a light source having uneven light quantity appears as uneven light quantity. A method using two optical integrators is advantageous in order to secure more uniform illuminance.

【0045】また、上述の第2実施形態では、円形照明
に際して、マイクロレンズアレイ41を照明光路中に位
置決めしているが、これに限定されることなく、たとえ
ば円形照明用の回折光学素子42を用いることもでき
る。図8は、第2実施形態において使用可能な円形照明
用の回折光学素子の作用を説明する図である。図8を参
照すると、円形照明用の回折光学素子42を介して、円
形状の発散光束が形成される。この場合、回折光学素子
42からの円形状の発散光束は、円錐プリズム5を介し
て円形状の平行光束に変換され、照明瞳面(フライアイ
レンズ9の後側焦点面)には円形状の二次光源が形成さ
れる。
Further, in the above-described second embodiment, the microlens array 41 is positioned in the illumination optical path at the time of circular illumination, but the invention is not limited to this, and the diffractive optical element 42 for circular illumination may be used. It can also be used. FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the diffractive optical element for circular illumination that can be used in the second embodiment. Referring to FIG. 8, a circular divergent light beam is formed via the diffractive optical element 42 for circular illumination. In this case, the circular divergent light flux from the diffractive optical element 42 is converted into a circular parallel light flux via the conical prism 5, and a circular divergent light flux is applied to the illumination pupil plane (the rear focal plane of the fly-eye lens 9). A secondary light source is formed.

【0046】さらに円形照明を行う別の方法として、図
2で示した輪帯用の回折光学素子4を使い、第3駆動系
23によって回折光学素子4に円錐プリズム5を近づけ
るか当接させることにより円形照明を行うこともでき
る。図1にあるように、回折光学素子4からの射出光
は、所定距離離れると断面が完全に輪帯状になるが、光
束が輪帯状になる前に円錐プリズム5に入射すると、輸
帯状とならず円形状の照明にすることができる。そのた
めに、回折光学素子4に円錐プリズム5を近づけるか当
接させることにより、円形照明用のマイクロレンズアレ
イ41または回折光学素子42を使用することなく、円
形照明を行うことができる。さらに、第1、2実施形態
ではフライアイレンズ9を使用しているが、フライアイ
レンズ9に代えてコンデンサーレンズおよびロッドイン
テグレータを使用してもよい。
As another method of performing circular illumination, the diffractive optical element 4 for a ring zone shown in FIG. 2 is used, and the conical prism 5 is brought close to or brought into contact with the diffractive optical element 4 by the third drive system 23. Circular illumination can also be performed by. As shown in FIG. 1, the light emitted from the diffractive optical element 4 has a completely annular cross section at a predetermined distance, but if it enters the conical prism 5 before the light flux becomes annular, it does not look like an import belt. Instead, it can be circular illumination. Therefore, by bringing the conical prism 5 close to or in contact with the diffractive optical element 4, circular illumination can be performed without using the microlens array 41 for circular illumination or the diffractive optical element 42. Furthermore, although the fly-eye lens 9 is used in the first and second embodiments, a condenser lens and a rod integrator may be used instead of the fly-eye lens 9.

【0047】さらに、上述の第2実施形態では、変形照
明において輪帯状または4極状の二次光源を例示的に形
成しているが、光軸に対して偏心した2つの面光源から
なる2極状の二次光源や、光軸に対して偏心した8つの
面光源からなる8極状の二次光源のような、いわゆる複
数極状あるいは多極状の二次光源を形成することもでき
る。
Furthermore, in the above-described second embodiment, the annular light source or the quadrupole light source is formed as an example in the modified illumination, but it is composed of two surface light sources eccentric with respect to the optical axis. It is also possible to form a so-called multi-pole or multi-pole secondary light source such as a pole-shaped secondary light source or an 8-pole-shaped secondary light source composed of eight surface light sources eccentric to the optical axis. .

【0048】また、上述の第2実施形態では、コンデン
サー光学系10によって二次光源からの光を集光して重
畳的にマスクMを照明する構成としているが、コンデン
サー光学系10とマスクMとの間に、照明視野絞り(マ
スクブラインド)と、この照明視野絞りの像をマスクM
上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場
合、コンデンサー光学系10は、二次光源からの光を集
光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リ
レー光学系は、照明視野絞りの開口部(光透過部)の像
をマスクM上に形成することになる。
In the second embodiment described above, the condenser optical system 10 collects the light from the secondary light source to illuminate the mask M in a superimposed manner, but the condenser optical system 10 and the mask M are combined. In between, the illumination field stop (mask blind) and the image of this illumination field stop are masked by M
You may arrange | position the relay optical system formed above. In this case, the condenser optical system 10 condenses the light from the secondary light source and illuminates the illumination field stop in a superimposed manner, and the relay optical system controls the aperture (light transmitting part) of the illumination field stop. An image will be formed on the mask M.

【0049】さらに、上述の第2実施形態では、照明光
学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明した
が、マスク以外の被照射面を均一照明するための一般的
な照明光学装置に本発明を適用することができることは
明らかである。
Further, in the above-described second embodiment, the present invention has been described by taking the exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus as an example, but it is a general illumination optical apparatus for uniformly illuminating the illuminated surface other than the mask. It is obvious that the present invention can be applied.

【0050】以上のように構成された第2実施形態の露
光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板に露光す
る(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体
素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を
製造することができる。以下、図7に示す第2実施形態
の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定
の回路パターンを形成することによって、マイクロデバ
イスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につ
き図9のフローチャートを参照して説明する。
By exposing the photosensitive substrate with the pattern of the mask by using the exposure apparatus of the second embodiment configured as described above (exposure step), microdevices (semiconductor element, image pickup element, liquid crystal display element, Thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured. Hereinafter, an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the second embodiment shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. This will be described with reference to the flowchart in FIG.

【0051】先ず、図9のステップ301において、1
ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ
302において、そのlロットのウェハ上の金属膜上に
フォトレジストが塗布される。その後、ステップ303
において、第2実施形態の露光装置を用いて、マスク
(レチクル)上のパターンの像がその投影光学系を介し
て、その1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露
光転写される。その後、ステップ304において、その
1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた
後、ステップ305において、その1ロットのウェハ上
でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うこ
とによって、マスク上のパターンに対応する回路パター
ンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その
後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うこと
によって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述
の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路
パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得
ることができる。
First, in step 301 of FIG. 9, 1
A metal film is deposited on a lot of wafers. In the next step 302, photoresist is applied on the metal film on the wafer of the 1 lot. Then step 303
In, using the exposure apparatus of the second embodiment, the image of the pattern on the mask (reticle) is sequentially transferred to each shot area on the wafer of the one lot through the projection optical system. Then, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is used as a mask on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. After that, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern on an upper layer. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, it is possible to obtain a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern with high throughput.

【0052】また、第2実施形態の露光装置では、プレ
ート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パター
ン、電極パターン等)を形成することによって、マイク
ロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。
以下、図10のフローチャートを参照して、このときの
手法の一例につき説明する。図10において、パターン
形成工程401では、第2実施形態の露光装置を用いて
レチクルのパターンを感光性基板(レジストが塗布され
たガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィ
ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によっ
て、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターン
が形成される。その後、露光された基板は、現像工程、
エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経るこ
とによって、基板上に所定のパターンが形成され、次の
カラーフィルター形成工程402へ移行する。
Further, in the exposure apparatus of the second embodiment, a liquid crystal display element as a microdevice can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). .
Hereinafter, an example of the method at this time will be described with reference to the flowchart in FIG. 10. In FIG. 10, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step is performed in which the reticle pattern is transferred and exposed onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the second embodiment. . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Then, the exposed substrate is subjected to a development process,
A predetermined pattern is formed on the substrate through each step such as the etching step and the reticle peeling step, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

【0053】次に、カラーフィルター形成工程402で
は、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後
に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立
て工程403では、パターン形成工程401にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程402にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て
工程403では、例えば、パターン形成工程401にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程402にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。
Next, in the color filter forming step 402, 3 corresponding to R (Red), G (Green) and B (Blue)
Many sets of one dot are arranged in a matrix,
Alternatively, a color filter in which a plurality of R, G, and B stripe filter sets are arranged in the horizontal scanning line direction is formed. Then, after the color filter forming step 402, the cell assembling step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402 to form a liquid crystal panel (liquid crystal cell). ) Is manufactured.

【0054】その後、モジュール組み立て工程404に
て、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。
After that, in a module assembling step 404, each component such as an electric circuit and a backlight for performing display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) is attached to complete a liquid crystal display element. According to the method of manufacturing a liquid crystal display element described above, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

【0055】なお、上述の各実施形態においては、光源
としてArFエキシマレーザー光源を用いているが、こ
れに限定されることなく、たとえばF2レーザー光源(波
長:157nm)やKrFエキシマレーザー光源(波長:
248nm)などを用いることもできる。
Although the ArF excimer laser light source is used as the light source in each of the above-described embodiments, the light source is not limited to this, and may be, for example, an F 2 laser light source (wavelength: 157 nm) or a KrF excimer laser light source (wavelength). :
248 nm) or the like can also be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、たと
えば第1光束変換素子としての回折光学素子と第2光束
変換素子としての円錐プリズムとの組み合わせにより、
変形照明に必要な所定断面形状の平行光束を形成してい
る。したがって、本発明の照明光学装置を備えた露光装
置では、解像力を向上させるために短波長の露光光を用
いても、光学部材の点数が少ない簡素な構成に基づい
て、光量損失を良好に抑えた変形照明を行うことができ
る。また、光量損失を良好に抑えた変形照明に基づい
て、高いスループットおよび高い解像力で良好なマイク
ロデバイスを製造することができる。
As described above, according to the present invention, for example, by combining the diffractive optical element as the first light beam converting element and the conical prism as the second light beam converting element,
A parallel light flux having a predetermined cross-sectional shape required for modified illumination is formed. Therefore, in the exposure apparatus provided with the illumination optical device of the present invention, even if the exposure light of the short wavelength is used to improve the resolution, the light quantity loss is well suppressed based on the simple configuration with a small number of optical members. Deformed illumination can be performed. Further, based on the modified illumination in which the light amount loss is well suppressed, it is possible to manufacture a good microdevice with high throughput and high resolution.

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

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

【図2】第1実施形態における輪帯用の回折光学素子の
作用を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of the diffractive optical element for a ring zone in the first embodiment.

【図3】第1実施形態において被照射面上に形成される
輪帯状の照明領域およびアフォーカルズームレンズおよ
び円錐プリズムの作用による輪帯状の照明領域の変化を
説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a ring-shaped illumination region formed on the illuminated surface and changes in the ring-shaped illumination region due to the actions of the afocal zoom lens and the conical prism in the first embodiment.

【図4】円錐プリズムの作用を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the action of a conical prism.

【図5】第1実施形態における4極用の回折光学素子の
作用を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the diffractive optical element for four poles in the first embodiment.

【図6】第1実施形態において被照射面上に形成される
4極帯状の照明領域およびアフォーカルズームレンズお
よび円錐プリズムの作用による4極状の照明領域の変化
を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a quadrupole illumination region formed on the illuminated surface and changes in the quadrupole illumination region due to the actions of the afocal zoom lens and the conical prism in the first embodiment.

【図7】本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】第2実施形態において使用可能な円形照明用の
回折光学素子の作用を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of a diffractive optical element for circular illumination that can be used in the second embodiment.

【図9】第2実施形態の露光装置を用いてマイクロデバ
イスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチ
ャートである。
FIG. 9 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a microdevice using the exposure apparatus of the second embodiment.

【図10】第2実施形態の露光装置を用いてマイクロデ
バイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチ
ャートである。
FIG. 10 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a microdevice by using the exposure apparatus of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 3 アフォーカルズームレンズ 4,40 回折光学素子 5 円錐プリズム 7,41 マイクロレンズアレイ 8 結像レンズ系 9 フライアイレンズ 10 コンデンサー光学系 21〜23 駆動系 M マスク PL 投影光学系 W ウェハ 1 light source 3 Afocal zoom lens 4,40 Diffractive optical element 5 conical prism 7,41 Micro lens array 8 Imaging lens system 9 fly eye lens 10 Condenser optical system 21-23 Drive system M mask PL projection optical system W wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 H01L 21/30 515D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H01L 21/027 H01L 21/30 515D

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被照射面を照明する照明光学装置におい
て、 ほぼ平行光束を供給するための光源手段と、 前記光源手段からのほぼ平行光束を所定の断面形状を有
する発散光束に変換するための第1光束変換素子と、 前記第1光束変換素子からの発散光束をほぼ平行光束に
変換するための第2光束変換素子とを備え、 前記第1光束変換素子は、回折光学素子またはマイクロ
レンズアレイを有することを特徴とする照明光学装置。
1. An illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, comprising: a light source means for supplying a substantially parallel light flux; and a substantially parallel light flux from the light source means for converting into a divergent light flux having a predetermined cross-sectional shape. A first light flux conversion element and a second light flux conversion element for converting the divergent light flux from the first light flux conversion element into a substantially parallel light flux, wherein the first light flux conversion element is a diffractive optical element or a microlens array. An illuminating optical device comprising:
【請求項2】 前記第2光束変換素子を介して形成され
るほぼ平行光束の断面形状の大きさを変化させるため
に、前記第2光束変換素子を光軸に沿って移動させるた
めの駆動手段をさらに備えていることを特徴とする請求
項1に記載の照明光学装置。
2. A driving means for moving the second light flux conversion element along the optical axis in order to change the size of the cross-sectional shape of the substantially parallel light flux formed through the second light flux conversion element. The illumination optical apparatus according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記第2光束変換素子は、一方の側に平
面を有し且つ他方の側に円錐面を有する円錐プリズムを
有することを特徴とする請求項1または2に記載の照明
光学装置。
3. The illumination optical device according to claim 1, wherein the second light flux conversion element has a conical prism having a flat surface on one side and a conical surface on the other side. .
【請求項4】 前記光源手段と前記第1光束変換素子と
の間の光路中または前記第2光束変換素子と前記被照射
面との間の光路中に配置された変倍光学系をさらに備え
ていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項
に記載の照明光学装置。
4. A variable power optical system further arranged in the optical path between the light source means and the first light flux conversion element or in the optical path between the second light flux conversion element and the illuminated surface. The illumination optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 前記第2光束変換素子を介した光束に基
づいて多数の光源を形成するためのオプティカルインテ
グレータと、 前記多数の光源からの光束を前記被照射面へ導くための
導光光学系とをさらに備えていることを特徴とする請求
項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学装置。
5. An optical integrator for forming a large number of light sources on the basis of the light beams passed through the second light beam conversion element, and a light guiding optical system for guiding the light beams from the plurality of light sources to the irradiation surface. The illumination optical device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
【請求項6】 前記第2光束変換素子と前記被照射面と
の間の光路中に配置された変倍光学系は、前記第2光束
変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光
路中に配置されていることを特徴とする請求項5に記載
の照明光学装置。
6. A variable power optical system arranged in an optical path between the second light flux conversion element and the illuminated surface is arranged in an optical path between the second light flux conversion element and the optical integrator. The illumination optical device according to claim 5, wherein the illumination optical device is provided.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスクのパ
ターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系
とを備えていることを特徴とする露光装置。
7. An illumination optical device according to claim 1, and a projection optical system for projecting and exposing a pattern of a mask set on the surface to be illuminated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus characterized by being provided.
【請求項8】 請求項7に記載の露光装置により前記マ
スクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程
と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現
像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバ
イスの製造方法。
8. An exposure step of exposing the pattern of the mask onto the photosensitive substrate by the exposure apparatus according to claim 7, and a development step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. A method for manufacturing a microdevice, which is characterized by the above.
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