JP2003297727A - Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure - Google Patents

Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure

Info

Publication number
JP2003297727A
JP2003297727A JP2002100852A JP2002100852A JP2003297727A JP 2003297727 A JP2003297727 A JP 2003297727A JP 2002100852 A JP2002100852 A JP 2002100852A JP 2002100852 A JP2002100852 A JP 2002100852A JP 2003297727 A JP2003297727 A JP 2003297727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prism
optical
light source
illumination
refracting surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002100852A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobumichi Kanayamatani
信道 金山谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2002100852A priority Critical patent/JP2003297727A/en
Publication of JP2003297727A publication Critical patent/JP2003297727A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical device achieving illuminating conditions which are different in two intersecting directions on an emitted surface. <P>SOLUTION: The illumination optical device comprises a first axicon system (7) which is disposed in an optical path between a light source means (1) and an optical integrator (10) and a second axicon system (8) which is disposed in an optical path between the first axicon system and the optical integrator. The first axicon system has a first prism (7a) which moves at least along the optical axis, and a second prism (7b) which is fixed along the optical axis in this order starting from the side of the light source means. The second axicon system has a third prism (8a) which is fixed at least along the optical axis, and a fourth prism (8b) which moves along the optical axis in this order starting from the side of the light source means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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 illuminating optical device and an exposure apparatus equipped with the illuminating optical device, and in particular for manufacturing a microdevice such as a semiconductor device, an image pickup device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head or the like by 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、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を介して、多数の光源から
なる実質的な面光源としての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。
2. Description of the Related Art In a typical exposure apparatus of this type,
The light flux emitted from the light source forms a secondary light source as a substantial surface light source including a large number of light sources via a fly-eye lens as an optical integrator. 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.

【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】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、フライアイレ
ンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大
きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口
絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系
の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化さ
せる技術が注目されている。また、フライアイレンズの
後側焦点面に輪帯状や4極状の二次光源を形成し、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。
Therefore, a circular secondary light source is formed on the back focal plane of the fly-eye lens, and its size is changed to obtain coherency σ (σ value = aperture stop diameter / A technique for changing the pupil diameter of the projection optical system, or the σ value = the numerical aperture on the exit side of the illumination optical system / the numerical aperture on the entrance side of the projection optical system) is drawing attention. In addition, a technique for forming a ring-shaped or quadrupole-shaped secondary light source on the rear focal plane of the fly-eye lens to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system has been receiving attention.

【0005】しかしながら、上述のような従来技術で
は、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明の場合
も、輪帯状や4極状の二次光源に基づく変形照明(輪帯
照明や4極照明)の場合も、被照射面であるマスク上の
一点に入射する光束の断面形状がマスク上の直交する二
方向に関して同じ位置関係にある。換言すると、従来技
術では、被照射面上の直交する二方向で照明条件が同じ
である。その結果、マスクパターンに方向性がある場
合、マスク上の直交する二方向で最適な照明条件を実現
することができない。
However, in the prior art as described above, even in the case of the ordinary circular illumination based on the circular secondary light source, the modified illumination based on the annular or quadrupole secondary light source (annular illumination or quadrupole illumination) is used. Also in the case of (illumination), the cross-sectional shape of the light beam incident on one point on the mask, which is the surface to be illuminated, has the same positional relationship in two orthogonal directions on the mask. In other words, in the conventional technique, the illumination conditions are the same in two directions orthogonal to each other on the surface to be illuminated. As a result, when the mask pattern has directionality, it is not possible to realize optimum illumination conditions in two orthogonal directions on the mask.

【0006】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、被照射面上の直交する二方向で互いに異なる
照明条件を実現することのできる照明光学装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、被照射面上の直
交する二方向で互いに異なる照明条件を実現することの
できる照明光学装置を用いて、パターンに方向性がある
マスク上の直交する二方向で最適な照明条件を設定する
ことのできる露光装置および露光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 problems, and an object of the present invention is to provide an illumination optical device capable of realizing different illumination conditions in two orthogonal directions on a surface to be illuminated. . Further, the present invention uses an illumination optical device capable of realizing different illumination conditions in two orthogonal directions on a surface to be illuminated, and optimal illumination in two orthogonal directions on a mask having a directional pattern. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method that can set conditions.

【0007】[0007]

【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、光源手段からの光束に基づ
いて二次光源を形成するための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被
照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学装置
において、前記光源手段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、前記オプティカルイン
テグレータへの入射光束の入射角度と入射位置との少な
くとも一方を変化させるための第1アキシコン系と、前
記第1アキシコン系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、前記オプティカルインテグ
レータへの入射光束の入射角度と入射位置との少なくと
も一方を変化させるための第2アキシコン系とを備え、
前記第1アキシコン系は、前記光源手段側から順に、少
なくとも光軸に沿って移動可能に構成された第1プリズ
ムと、光軸に沿って固定され且つ前記第1プリズムの屈
折面と相補的に形成された屈折面を有する第2プリズム
とを有し、前記第2アキシコン系は、前記光源手段側か
ら順に、少なくとも光軸に沿って固定された第3プリズ
ムと、光軸に沿って移動可能に構成され且つ前記第3プ
リズムの屈折面と相補的に形成された屈折面を有する第
4プリズムとを有することを特徴とする照明光学装置を
提供する。この場合、前記第2プリズムは固設され、且
つ前記第3プリズムは固設されていることが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, in the first invention of the present invention, an optical integrator for forming a secondary light source based on a light beam from a light source means, and an optical integrator from the optical integrator are provided. In an illumination optical device provided with a light guide optical system for guiding a light flux to a surface to be illuminated, the light source means and the optical integrator are arranged in an optical path between the incident angle of the incident light flux to the optical integrator, and A first axicon system for changing at least one of an incident position, and an incident angle and an incident position of a light flux incident on the optical integrator, which is arranged in an optical path between the first axicon system and the optical integrator. A second axicon system for changing at least one of
The first axicon system, in order from the light source means side, is configured to be movable at least along the optical axis, a first prism, and fixed along the optical axis and complementary to the refracting surface of the first prism. A second prism having a formed refracting surface, and the second axicon system is movable along the optical axis in order from the light source means side, and the third prism fixed at least along the optical axis. And a fourth prism having a refracting surface complementary to the refracting surface of the third prism. In this case, it is preferable that the second prism is fixed and the third prism is fixed.

【0008】第1発明の好ましい態様によれば、前記第
2プリズムと前記第3プリズムとは一体的に形成されて
いる。また、前記第1プリズムは凹状断面の屈折面を有
し、前記第2プリズムは前記第1プリズムの前記凹状断
面の屈折面と相補的に形成された凸状断面の屈折面を有
し、前記第3プリズムは凹状断面の屈折面を有し、前記
第4プリズムは前記第3プリズムの前記凹状断面の屈折
面と相補的に形成された凸状断面の屈折面を有すること
が好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention, the second prism and the third prism are integrally formed. Further, the first prism has a refracting surface having a concave cross section, and the second prism has a refracting surface having a convex cross section that is complementary to the refracting surface having the concave cross section of the first prism. It is preferable that the third prism has a refracting surface having a concave section, and the fourth prism has a refracting surface having a convex section formed to be complementary to the refracting surface having the concave section of the third prism.

【0009】この場合、前記第1プリズムは、光軸と直
交する第1方向に沿って稜線を有するV字状の屈折面を
有し、前記第1プリズムは、光軸および前記第1方向と
直交する第2方向に沿って稜線を有するV字状の屈折面
を有することが好ましい。あるいは、前記第1プリズム
および前記第3プリズムの一方は、光軸を中心とする円
錐状の屈折面を有し、前記第1プリズムおよび前記第3
プリズムの他方は、光軸と直交する方向に沿って稜線を
有するV字状の屈折面を有することが好ましい。
In this case, the first prism has a V-shaped refracting surface having a ridgeline along a first direction orthogonal to the optical axis, and the first prism has the optical axis and the first direction. It is preferable to have a V-shaped refracting surface having a ridge line along a second direction orthogonal to each other. Alternatively, one of the first prism and the third prism has a conical refracting surface centered on the optical axis, and the first prism and the third prism are provided.
The other of the prisms preferably has a V-shaped refracting surface having a ridge line along a direction orthogonal to the optical axis.

【0010】本発明の第2発明では、光源手段からの光
束に基づいて二次光源を形成するためのオプティカルイ
ンテグレータと、前記オプティカルインテグレータから
の光束を被照射面へ導くための導光光学系と、前記光源
手段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、前記オプティカルインテグレータへの入射
光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方を変化さ
せるためのアキシコン系とを備え、前記アキシコン系
は、円錐状またはV字状の凹状断面の屈折面を有する第
1プリズムと、該第1プリズムの屈折面と相補的に形成
された円錐状またはV字状の凸状断面の屈折面を有する
第2プリズムとを有し、前記アキシコン系は、照明瞳の
近傍において前記円錐状の屈折面の頂点に対応して形成
される円形状の影領域の直径または前記V字状の屈折面
の稜線に対応して形成される直線状の影領域の幅が光束
全体の大きさの1/10以下にするための所要の形状お
よび特性を有することを特徴とする照明光学装置を提供
する。
According to a second aspect of the present invention, an optical integrator for forming a secondary light source based on the light beam from the light source means, and a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to a surface to be illuminated. , An axicon system arranged in an optical path between the light source means and the optical integrator, for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator, and the axicon system is A first prism having a conical or V-shaped concave refracting surface, and a conical or V-shaped convex refracting surface complementary to the refracting surface of the first prism; 2 prisms, the axicon system is a circular shadow region formed corresponding to the apex of the conical refracting surface in the vicinity of the illumination pupil. Or the width of the linear shadow region formed corresponding to the ridgeline of the V-shaped refracting surface has a required shape and characteristics for making it 1/10 or less of the size of the entire luminous flux. Provided is a characteristic illumination optical device.

【0011】第2発明の好ましい態様によれば、前記光
源手段からの光束を所定の断面形状を有する光束または
所定の光強度分布を有する光束に変換するための光束変
換素子と、前記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た第1光学系と、前
記第1光学系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た第2光学系とをさらに備え、前記
アキシコン系は、前記第1光学系の光路中において前記
照明瞳の近傍に配置されている。
According to a preferred aspect of the second invention, a light flux conversion element for converting the light flux from the light source means into a light flux having a predetermined cross-sectional shape or a light flux having a predetermined light intensity distribution, and the light flux conversion element. Further comprising a first optical system arranged in an optical path between the optical integrator and the optical integrator, and a second optical system arranged in an optical path between the first optical system and the optical integrator. The system is arranged in the optical path of the first optical system near the illumination pupil.

【0012】この場合、前記光束変換素子としての回折
光学素子の最大回折角をψmaxとし、前記第1プリズム
の屈折面と前記第2プリズムの屈折面との光軸に沿った
間隔をLとし、前記円錐状の屈折面の頂角または前記V
字状の屈折面の交差角を2θとし、前記第1プリズムお
よび前記第2プリズムを形成する光学材料の前記光束に
対する屈折率をnとし、前記第1光学系のうちの前記ア
キシコン系よりも前記光源手段側に配置された第1レン
ズ群の焦点距離をf1としたとき、 AL≦(f1×sinψmax)/10 ただし、 A=(tanα× tanθ)/(tanθ−tanα) α=sin-1(n×cosθ)+θ−90(単位:度) の条件を満足することが好ましい。
In this case, the maximum diffraction angle of the diffractive optical element as the light beam conversion element is ψ max, and the distance along the optical axis between the refracting surface of the first prism and the refracting surface of the second prism is L. , The apex angle of the conical refracting surface or the V
The crossing angle of the letter-shaped refracting surface is 2θ, the refractive index of the optical material forming the first prism and the second prism with respect to the light flux is n, and the refractive index of the first optical system is higher than that of the axicon system. When the focal length of the first lens group arranged on the light source means side is f 1 , AL ≦ (f 1 × sin ψ max ) / 10 where A = (tan α × tan θ) / (tan θ−tan α) α = sin It is preferable to satisfy the condition of −1 (n × cos θ) + θ−90 (unit: degree).

【0013】本発明の第3発明では、光源手段からの光
束に基づいて二次光源を形成するためのオプティカルイ
ンテグレータと、前記オプティカルインテグレータから
の光束を被照射面へ導くための導光光学系と、前記光源
手段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、前記オプティカルインテグレータへの入射
光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方を変化さ
せるための蛍石で形成されたアキシコン系とを備えてい
ることを特徴とする照明光学装置を提供する。
According to a third aspect of the present invention, an optical integrator for forming a secondary light source based on a light beam from the light source means, and a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to an irradiation surface. , An axicon system formed of fluorite for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator, which is arranged in an optical path between the light source means and the optical integrator. An illumination optical device is provided.

【0014】第3発明の好ましい態様によれば、前記光
源手段は、200nm以下の波長を有する光を供給す
る。また、前記アキシコン系は、光軸と直交する方向に
沿って稜線を有するV字状の凹状断面の屈折面を有する
第1プリズムと、前記第1プリズムの前記凹状断面の屈
折面と相補的に形成されたV字状の凸状断面の屈折面を
有する第2プリズムとを有し、前記第1プリズムは、光
軸と前記稜線とを含む面に沿って分割されていることが
好ましい。
According to a preferred aspect of the third invention, the light source means supplies light having a wavelength of 200 nm or less. The axicon system includes a first prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having a ridge line along a direction orthogonal to the optical axis, and a complement to the concave cross-section refracting surface of the first prism. It is preferable that the first prism is divided along a surface including the optical axis and the ridge line, and the second prism has a formed refracting surface having a V-shaped convex cross section.

【0015】本発明の第4発明では、光源手段からの光
束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置におい
て、所定の方向に沿って稜線を有するV字状の凹状断面
の屈折面を有するプリズムを備え、前記プリズムは、前
記稜線を含む所定の面に沿って分割されていることを特
徴とする照明光学装置を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, in an illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated based on a light flux from a light source means, it has a V-shaped concave cross-section refracting surface having a ridge line along a predetermined direction. The present invention provides an illumination optical device including a prism, wherein the prism is divided along a predetermined surface including the ridge.

【0016】第4発明の好ましい態様によれば、前記光
源手段からの光束に基づいて二次光源を形成するための
オプティカルインテグレータと、前記オプティカルイン
テグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光
光学系と、前記光源手段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、前記オプティカルイン
テグレータへの入射光束の入射角度と入射位置との少な
くとも一方を変化させるための前記プリズムを含むアキ
シコン系とをさらに備えている。この場合、前記アキシ
コン系は、光軸と直交する方向に沿って前記稜線を有す
るV字状の凹状断面の屈折面を有する前記プリズムと、
前記プリズムの前記凹状断面の屈折面と相補的に形成さ
れたV字状の凸状断面の屈折面を有する第2プリズムと
を有し、前記プリズムは光軸と前記稜線とを含む面に沿
って分割されていることが好ましい。
According to a preferred aspect of the fourth aspect of the invention, an optical integrator for forming a secondary light source based on the light beam from the light source means, and a light guide for guiding the light beam from the optical integrator to the illuminated surface. An optical optical system, an axicon system arranged in the optical path between the light source means and the optical integrator, and including the prism for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator. And are further equipped. In this case, the axicon system includes the prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having the ridge line along a direction orthogonal to the optical axis,
A second prism having a V-shaped convex cross-section refracting surface formed complementary to the concave cross-section refracting surface of the prism, wherein the prism is along a surface including an optical axis and the ridge line. It is preferably divided into two parts.

【0017】本発明の第5発明では、被照射面を照明す
る照明光学装置において、光源手段からの光束に基づい
て4極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形
成するために、前記光源手段からの光束を4つの光束に
変換するための光束変換素子と、前記光束変換素子と前
記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記二次光源
を構成する4つの実質的な面光源のうちの一方の一対と
他方の一対とを光軸を挟んで対称的に移動させるための
アキシコン系とを備え、前記光束変換素子は、光軸と直
交する第1方向に沿って細長く延びた長方形の各隅点を
中心として前記4つの実質的な面光源の各々を形成する
ことを特徴とする照明光学装置を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, in an illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, a secondary light source having a quadrupole light intensity distribution is formed on an illumination pupil plane based on a light beam from a light source means. And a light flux conversion element for converting the light flux from the light source means into four light fluxes, and the light flux conversion element is arranged in the optical path between the light flux conversion element and the illumination pupil plane to constitute the secondary light source. An axicon system for symmetrically moving one pair and the other pair of the two substantially planar light sources with respect to the optical axis, wherein the luminous flux conversion element is in a first direction orthogonal to the optical axis. Provided is an illumination optical device, characterized in that each of the four substantial surface light sources is formed around each corner point of a rectangle elongated along the center.

【0018】第5発明の好ましい態様によれば、前記ア
キシコン系は、前記第1方向に沿って稜線を有するV字
状の凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、前記第
1プリズムの前記凹状断面の屈折面と相補的に形成され
たV字状の凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとを
有する第1アキシコン系と、光軸および前記第1方向と
直交する第2方向に沿って稜線を有するV字状の凹状断
面の屈折面を有する第3プリズムと、前記第3プリズム
の前記凹状断面の屈折面と相補的に形成されたV字状の
凸状断面の屈折面を有する第4プリズムとを有する第2
アキシコン系とを有する。
According to a preferred aspect of the fifth invention, the axicon system includes a first prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having a ridge line along the first direction, and the first prism. A first axicon system having a second prism having a V-shaped convex cross-section refracting surface formed complementarily with the concave cross-section refracting surface; and a second direction orthogonal to the optical axis and the first direction. A third prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having a ridge line, and a V-shaped convex cross-section refracting surface complementary to the concave cross-section refracting surface of the third prism. Having a fourth prism and having a second
It has an axicon system.

【0019】本発明の第6発明では、第1発明〜第5発
明の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスク
のパターンを感光性基板に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。
In a sixth invention of the present invention, the illumination optical device of the first invention to the fifth invention and a projection optical system for projecting and exposing the pattern of the mask arranged on the irradiation surface onto a photosensitive substrate are provided. Provided is an exposure apparatus characterized by being provided.

【0020】本発明の第7発明では、第1発明〜第5発
明の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に
投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
In a seventh invention of the present invention, a mask is illuminated through the illumination optical device of the first invention to the fifth invention, and an image of a pattern formed on the illuminated mask is projected and exposed on a photosensitive substrate. An exposure method is provided.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の一態様によれば、第1ア
キシコン系は、光軸に沿って移動可能に構成された第1
プリズムと光軸に沿って固定された第2プリズムとを有
し、第2アキシコン系は、光軸に沿って固定された第3
プリズムと、光軸に沿って移動可能に構成された第4プ
リズムとを有する。換言すれば、第1アキシコン系およ
び第2アキシコン系を構成する4つのプリズムのうち、
外側に配置された2つのプリズムが光軸に沿って移動可
能に構成され、内側に配置された2つのプリズムが光軸
に沿って固定されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to one aspect of the present invention, a first axicon system is configured to be movable along an optical axis.
A second prism fixed along the optical axis, and a second axicon system including a third prism fixed along the optical axis.
It has a prism and a fourth prism configured to be movable along the optical axis. In other words, of the four prisms forming the first axicon system and the second axicon system,
Two prisms arranged on the outer side are configured to be movable along the optical axis, and two prisms arranged on the inner side are fixed along the optical axis.

【0022】その結果、本発明では、第1プリズムを光
軸に沿って移動させるための第1移動機構と、第4プリ
ズムを光軸に沿って移動させるための第2移動機構との
間隔が十分に大きく確保されるので、移動機構同士の機
械的な干渉を確実に回避することができ、ひいてはコン
パクトな全体構成を実現することができる。なお、この
場合、光軸に沿って固定された内側の2つのプリズムを
一体的に1つのプリズムとして形成することが好まし
い。この構成により、アキシコン系における光の透過率
を向上させるとともに、プリズム部材の製造誤差および
位置決め誤差を抑えることができ、ひいては高精度で高
性能なアキシコン系を実現することができる。
As a result, in the present invention, the distance between the first moving mechanism for moving the first prism along the optical axis and the second moving mechanism for moving the fourth prism along the optical axis is reduced. Since a sufficiently large size is ensured, mechanical interference between the moving mechanisms can be reliably avoided, and a compact overall structure can be realized. In this case, it is preferable that the two inner prisms fixed along the optical axis are integrally formed as one prism. With this configuration, it is possible to improve the light transmittance of the axicon system, suppress the manufacturing error and the positioning error of the prism member, and realize a highly accurate and high-performance axicon system.

【0023】本発明の別の一態様によれば、アキシコン
系は、円錐状またはV字状の凹状断面の屈折面を有する
第1プリズムと、円錐状またはV字状の凸状断面の屈折
面を有する第2プリズムとを有する。そして、アキシコ
ン系は、照明瞳の近傍において円錐状の屈折面の頂点に
対応して形成される円形状の影領域の直径またはV字状
の屈折面の稜線に対応して形成される直線状の影領域の
幅が光束全体の大きさの1/10以下にするための所要
の形状および特性を有する。その結果、本発明では、直
線状の影領域や円形状の影領域の影響を実質的に受ける
ことなく、照明瞳において所望の光強度分布を得ること
ができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided an axicon system in which a first prism having a conical or V-shaped concave section refracting surface and a conical or V-shaped convex section refracting surface. And a second prism having. The axicon system is a linear shape formed corresponding to the apex of the conical refracting surface in the vicinity of the illumination pupil or the diameter of the circular shadow region or the ridge of the V-shaped refracting surface. Has the required shape and characteristics to make the width of the shadow area of 1/10 or less of the size of the entire light flux. As a result, according to the present invention, a desired light intensity distribution can be obtained in the illumination pupil without being substantially affected by the linear shadow region and the circular shadow region.

【0024】いずれの態様においても、本発明の照明光
学装置では、アキシコン系の作用により4極状や輪帯状
の二次光源を適宜変化させて、被照射面上の直交する二
方向で互いに異なる照明条件を実現することができる。
また、本発明の露光装置および露光方法では、被照射面
上の直交する二方向で互いに異なる照明条件を実現する
ことのできる照明光学装置を用いて、パターンに方向性
があるマスク上の直交する二方向で最適な照明条件を設
定することができ、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ができる。
In any of the aspects, in the illumination optical device of the present invention, the quadrupole-shaped or ring-shaped secondary light source is appropriately changed by the action of the axicon system, and the two different directions are orthogonal to each other on the illuminated surface. Lighting conditions can be realized.
Further, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, an illumination optical device capable of realizing different illumination conditions in two orthogonal directions on a surface to be illuminated is used to make the patterns orthogonal to each other on a mask. Optimal lighting conditions can be set in two directions, and good microdevices can be manufactured under good lighting conditions.

【0025】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる照明
光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。図1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1の紙面に平行
な方向にY軸を、ウェハ面内において図1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1で
は、照明光学装置が4極照明を行うように設定されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 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. 1 in the wafer plane, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 in the wafer surface. The X axis is set for each. In FIG. 1, the illumination optical device is set to perform quadrupole illumination.

【0026】図1の露光装置は、露光光(照明光)を供
給するための光源1として、たとえば248nmの波長
の光を供給するKrFエキシマレーザー光源または19
3nm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
ほぼ平行光束は、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。各レンズ2aおよび2
bは、図1の紙面内(YZ平面内)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、所定の矩形状の断面を有する光束に整
形される。
In the exposure apparatus of FIG. 1, as a light source 1 for supplying exposure light (illumination light), for example, a KrF excimer laser light source or 19 for supplying light having a wavelength of 248 nm is used.
An ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 3 nm is provided. A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated along the X direction and enters a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b. Each lens 2a and 2
b has a negative refracting power and a positive refracting power in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane). 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 predetermined rectangular cross section.

【0027】整形光学系としてのビームエキスパンダー
2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー3でY方
向に偏向された後、4極照明用の回折光学素子(DO
E)4aに入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス
基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段
差を形成することによって構成され、入射ビームを所望
の角度に回折する作用を有する。回折光学素子4aは、
矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのフ
ァーフィールド(フラウンホーファー回折領域)におい
て4極状の光強度分布を形成する機能を有する。このよ
うに、回折光学素子4aは、光源1からの光束を4極状
の光束に変換するための光束変換素子を構成している。
A substantially parallel light beam passing through a beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by a bending mirror 3 and then diffracted optical element (DO) for quadrupole illumination.
E) It is incident on 4a. Generally, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam at a desired angle. The diffractive optical element 4a is
When a parallel light flux having a rectangular cross section is incident, it has a function of forming a quadrupole light intensity distribution in the far field (Fraunhofer diffraction region). Thus, the diffractive optical element 4a constitutes a light beam conversion element for converting the light beam from the light source 1 into a quadrupole light beam.

【0028】なお、回折光学素子4aは、照明光路に対
して挿脱自在に構成され、輪帯照明用の回折光学素子4
aや通常円形照明用の回折光学素子4cと切り換え可能
に構成されている。輪帯照明用の回折光学素子4bおよ
び通常円形照明用の回折光学素子4cの構成および作用
については後述する。具体的には、回折光学素子4a
は、光軸AXに平行な所定の軸線回りに回転可能なター
レット基板(回転板:図1では不図示)上に支持されて
いる。ターレット基板には、特性の異なる複数の4極照
明用の回折光学素子4a、特性の異なる複数の輪帯照明
用の回折光学素子4b、および特性の異なる複数の円形
照明用の回折光学素子4cが円周方向に沿って設けられ
ている。
The diffractive optical element 4a is constructed so that it can be inserted into and removed from the illumination optical path, and the diffractive optical element 4 for annular illumination is used.
a and the diffractive optical element 4c for normal circular illumination are switchable. The configurations and functions of the diffractive optical element 4b for annular illumination and the diffractive optical element 4c for ordinary circular illumination will be described later. Specifically, the diffractive optical element 4a
Are supported on a turret substrate (rotating plate: not shown in FIG. 1) rotatable about a predetermined axis parallel to the optical axis AX. On the turret substrate, a plurality of diffractive optical elements 4a for quadrupole illumination having different characteristics, a plurality of diffractive optical elements 4b for annular illumination having different characteristics, and a plurality of diffractive optical elements 4c for circular illumination having different characteristics are provided. It is provided along the circumferential direction.

【0029】また、ターレット基板は、その中心点を通
り光軸AXに平行な軸線回りに回転可能に構成されてい
る。したがって、ターレット基板を回転させることによ
り、多数の回折光学素子4a〜4cから選択された所望
の回折光学素子を照明光路中に位置決めすることができ
る。なお、ターレット基板の回転(ひいては回折光学素
子4aと4bと4cとの間の切り換え)は、制御系21
からの指令に基づいて動作する第1駆動系22により行
われる。ただし、ターレット方式に限定されることな
く、たとえば周知のスライド方式により回折光学素子4
aと4bと4cとの間の切り換えを行うこともできる。
Further, the turret substrate is constructed so as to be rotatable about an axis passing through the center point thereof and parallel to the optical axis AX. Therefore, by rotating the turret substrate, a desired diffractive optical element selected from a large number of diffractive optical elements 4a to 4c can be positioned in the illumination optical path. The rotation of the turret substrate (and thus switching between the diffractive optical elements 4a, 4b and 4c) is controlled by the control system 21.
It is performed by the first drive system 22 which operates based on the command from. However, the diffractive optical element 4 is not limited to the turret system, and may be a well-known slide system, for example.
It is also possible to switch between a, 4b and 4c.

【0030】回折光学素子4aを介した光束は、アフォ
ーカルレンズ(リレー光学系:第1光学系)5に入射す
る。アフォーカルレンズ5は、その前側焦点位置と回折
光学素子4aの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位
置と図中破線で示す所定面6の位置とがほぼ一致するよ
うに設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)であ
る。したがって、回折光学素子4aに入射したほぼ平行
光束は、アフォーカルレンズ5の瞳面に4極状の光強度
分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカル
レンズ5から射出される。
The light beam that has passed through the diffractive optical element 4a enters an afocal lens (relay optical system: first optical system) 5. The afocal lens 5 is set so that the front focal position thereof and the position of the diffractive optical element 4a substantially coincide with each other, and the rear focal position thereof substantially coincides with the position of the predetermined surface 6 indicated by a broken line in the drawing. System (non-focus optical system). Therefore, the substantially parallel light flux that has entered the diffractive optical element 4 a forms a quadrupole light intensity distribution on the pupil surface of the afocal lens 5, and then is emitted from the afocal lens 5 as a substantially parallel light flux.

【0031】なお、アフォーカルレンズ5の前側レンズ
群(第1レンズ群)5aと後側レンズ群(第2レンズ
群)5bとの間の光路中には、光源側から順に、第1V
溝アキシコン系7および第2V溝アキシコン系8が配置
されているが、その詳細な構成および作用については後
述する。以下、説明を簡単にするために、これらのアキ
シコン系7および8の作用を無視して、第1実施形態の
基本的な構成および作用を説明する。
Incidentally, in the optical path between the front lens group (first lens group) 5a and the rear lens group (second lens group) 5b of the afocal lens 5, the first light source side is placed in order from the light source side.
The groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are arranged, and the detailed configuration and operation thereof will be described later. In order to simplify the description, the basic configuration and operation of the first embodiment will be described below, ignoring the operations of the axicon systems 7 and 8.

【0032】アフォーカルレンズ5を介した光束は、σ
値可変用のズームレンズ(変倍光学系:第2光学系)9
を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイク
ロレンズアレイ(またはフライアイレンズ)10に入射
する。マイクロレンズアレイ10は、縦横に且つ稠密に
配列された多数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 luminous flux passing through the afocal lens 5 is σ
Zoom lens for variable value (variable magnification optical system: second optical system) 9
And enters the microlens array (or fly-eye lens) 10 as an optical integrator. The microlens array 10 is an optical element composed of a large number of minute lenses having a positive refracting power which 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.

【0033】ここで、マイクロレンズアレイを構成する
各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズ
エレメントよりも微小である。また、マイクロレンズア
レイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフ
ライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに
隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしな
がら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されて
いる点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同
じである。なお、図1では、図面の明瞭化のために、マ
イクロレンズアレイ10を構成する微小レンズの数を実
際よりも非常に少なく表している。
Here, each minute lens forming the microlens array is smaller than each lens element forming the fly-eye lens. Further, unlike the fly-eye lens that includes lens elements that are isolated from each other, the microlens array is integrally formed with a large number of minute lenses that are not isolated from each other. However, the microlens array is the same as the fly-eye lens in that the lens elements having positive refracting power are arranged vertically and horizontally. In FIG. 1, the number of microlenses forming the microlens array 10 is shown to be much smaller than it actually is for the sake of clarity.

【0034】なお、σ値とは、投影光学系PLの瞳の大
きさ(直径)をR1とし、投影光学系PLの瞳に形成さ
れる照明光束または光源像の大きさ(直径)をR2と
し、投影光学系PLのマスク(レチクル)M側の開口数
をNAoとし、マスク(レチクル)Mを照明する照明光
学系の開口数をNAiとするとき、σ=NAi/NAo
=R2/R1として定義される。
The σ value is R1 which is the size (diameter) of the pupil of the projection optical system PL, and R2 is the size (diameter) of the illumination light beam or the light source image formed on the pupil of the projection optical system PL. , NAi is the numerical aperture of the projection optical system PL on the mask (reticle) M side, and NAi is the numerical aperture of the illumination optical system that illuminates the mask (reticle) M. σ = NAi / NAo
= R2 / R1.

【0035】但し、輪帯照明の場合、R2は投影光学系
PLの瞳に形成される輪帯状の照明光束または輪帯状の
光源像の外径であり、NAiは照明光学系の瞳に形成さ
れる輪帯光束の外径によって定められる開口数である。
また、4極照明等の多極照明の場合、R2は投影光学系
PLの瞳に形成される多極状の照明光束または多極状の
光源像に外接する円の大きさまたは直径であり、NAi
は照明光学系の瞳に形成される多極状の照明光束に外接
する円の大きさまたは直径によって定められる開口数で
ある。また、輪帯照明の場合、輪帯比とは、輪帯状の照
明光束の外径をRo、輪帯状の照明光束の内径をRiと
するとき、Ri/Roで定義される。
However, in the case of annular illumination, R2 is the outer diameter of the annular illumination light flux or annular light source image formed on the pupil of the projection optical system PL, and NAi is formed on the pupil of the illumination optical system. Is the numerical aperture determined by the outer diameter of the annular light flux.
In the case of multipole illumination such as quadrupole illumination, R2 is the size or diameter of a circle circumscribing a multipolar illumination light flux formed on the pupil of the projection optical system PL or a multipolar light source image, NAi
Is the numerical aperture determined by the size or diameter of the circle circumscribing the multipolar illumination light flux formed in the pupil of the illumination optical system. In the case of annular illumination, the annular ratio is defined as Ri / Ro, where Ro is the outer diameter of the annular illumination light flux and Ri is the inner diameter of the annular illumination light flux.

【0036】なお、所定面6の位置はズームレンズ9の
前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロレンズアレイ
10の入射面はズームレンズ9の後側焦点位置の近傍に
配置されている。換言すると、ズームレンズ9は、所定
面6とマイクロレンズアレイ10の入射面とを実質的に
フーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレ
ンズ5の瞳面とマイクロレンズアレイ10の入射面とを
光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイク
ロレンズアレイ10の入射面上には、アフォーカルレン
ズ5の瞳面と同様に、たとえば光軸AXに対して偏心し
た4つの照野からなる4極状の照野を形成する。
The position of the predetermined surface 6 is arranged near the front focal position of the zoom lens 9, and the incident surface of the microlens array 10 is arranged near the rear focal position of the zoom lens 9. In other words, the zoom lens 9 arranges the predetermined surface 6 and the incident surface of the microlens array 10 in a substantially Fourier transform relationship, and thus the pupil surface of the afocal lens 5 and the incident surface of the microlens array 10 are arranged. It is arranged almost optically conjugate. Therefore, like the pupil plane of the afocal lens 5, a quadrupole illumination field including four illumination fields decentered with respect to the optical axis AX is formed on the incident surface of the microlens array 10.

【0037】ここで、4極状の照野を構成する各照野の
形状は回折光学素子4aの特性に依存するが、ここでは
4つの円形状の照野からなる4極状の照野が形成される
ものとする。この4極状の照野の全体形状は、ズームレ
ンズ9の焦点距離に依存して相似的に変化する。なお、
ズームレンズ7の焦点距離の変化は、制御系21からの
指令に基づいて動作する第2駆動系23により行われ
る。
Here, the shape of each illumination field forming the quadrupole illumination field depends on the characteristics of the diffractive optical element 4a, but here, a quadrupole illumination field consisting of four circular illumination fields is used. Shall be formed. The overall shape of the quadrupole illumination field changes similarly depending on the focal length of the zoom lens 9. In addition,
The change of the focal length of the zoom lens 7 is performed by the second drive system 23 that operates based on a command from the control system 21.

【0038】マイクロレンズアレイ10を構成する各微
小レンズは、マスクM上において形成すべき照野の形状
(ひいてはウェハW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。こうして、マイク
ロレンズアレイ10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、その後側焦点面(ひいては
照明光学系の瞳)には、図2に示すように、マイクロレ
ンズアレイ10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二次光源、すなわち光軸A
Xに対して偏心した4つの円形状の実質的な面光源から
なる4極状の二次光源が形成される。このように、マイ
クロレンズアレイ10は、光源1からの光束に基づいて
多数光源を形成するためのオプティカルインテグレータ
を構成している。
Each microlens forming the microlens array 10 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure area to be formed on the wafer W). In this way, the light flux incident on the microlens array 10 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and the rear focal plane (and thus the pupil of the illumination optical system) passes to the microlens array 10 as shown in FIG. Secondary light source having a light intensity distribution almost the same as the illumination field formed by the incident light flux of
A quadrupole secondary light source composed of four substantially circular surface light sources eccentric to X is formed. In this way, the microlens array 10 constitutes an optical integrator for forming multiple light sources based on the light flux from the light source 1.

【0039】マイクロレンズアレイ10の後側焦点面に
形成された4極状の二次光源からの光束は、コンデンサ
ー光学系11の集光作用を受けた後、照明視野絞りとし
てのマスクブラインド12を重畳的に照明する。マスク
ブラインド12の矩形状の開口部(光透過部)を介した
光束は、結像光学系13の集光作用を受けた後、マスク
Mを重畳的に照明する。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、ウェハW上にマスク
パターンの像を形成する。投影光学系PLの入射瞳面に
は投影光学系PLの開口数を規定するための可変開口絞
りが設けられ、この可変開口絞りの駆動は制御系21か
らの指令に基づいて動作する第3駆動系24により行わ
れる。
The light flux from the quadrupole secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 10 is subjected to the condensing function of the condenser optical system 11 and then passes through the mask blind 12 as an illumination field stop. Illuminate in a superimposed manner. The light flux passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 12 is subjected to the converging action of the imaging optical system 13 and then illuminates the mask M in a superimposed manner. The light flux that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W via the projection optical system PL. A variable aperture stop for defining the numerical aperture of the projection optical system PL is provided on the entrance pupil plane of the projection optical system PL, and the variable aperture stop is driven by a third drive which operates based on a command from the control system 21. Performed by system 24.

【0040】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。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、マイクロレンズアレイ10の各微
小レンズの断面形状も正方形に近い矩形状となる。
In this way, 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, each exposure region of the wafer W is exposed. The pattern of the mask M is sequentially exposed. In the collective exposure, the mask pattern is collectively exposed to each exposure area of the wafer according to the so-called step-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 microlens of the microlens array 10 is also a rectangular shape close to a square.

【0041】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、マイクロ
レンズアレイ10の各微小レンズの断面形状もこれと相
似な矩形状となる。
On the other hand, in the scan exposure, the 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 according to the so-called step-and-scan method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangle in which the ratio of the short side to the long side is, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each microlens of the microlens array 10 is similar to this. Becomes

【0042】図3は、第1実施形態においてアフォーカ
ルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中
に配置された2つのアキシコン系の構成を概略的に示す
斜視図である。第1実施形態では、図3に示すように、
アフォーカルレンズ5の前側レンズ群5aと後側レンズ
群5bとの間の光路中に、光源側から順に、第1V溝ア
キシコン系7および第2V溝アキシコン系8が配置され
ている。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of two axicon systems arranged in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG.
A first V-groove axicon system 7 and a second V-groove axicon system 8 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the front lens group 5a and the rear lens group 5b of the afocal lens 5.

【0043】第1V溝アキシコン系7は、光源側に平面
を向け且つマスク側に凹状で且つV字状の屈折面を向け
た第1プリズム部材7aと、マスク側に平面を向け且つ
光源側に凸状で且つV字状の屈折面を向けた第2プリズ
ム部材7bとから構成されている。第1プリズム部材7
aの凹状屈折面は2つの平面から構成され、その交線
(稜線)はZ方向に沿って延びている。第2プリズム部
材7bの凸状屈折面は、第1プリズム部材7aの凹状屈
折面と互いに当接可能なように、換言すると第1プリズ
ム部材7aの凹状屈折面と相補的に形成されている。
The first V-groove axicon system 7 has a first prism member 7a having a flat surface facing the light source side and a concave and V-shaped refracting surface facing the mask side, and a flat surface facing the mask side and the light source side. The second prism member 7b has a convex and V-shaped refracting surface. First prism member 7
The concave refracting surface of a is composed of two planes, and the line of intersection (ridgeline) thereof extends along the Z direction. The convex refracting surface of the second prism member 7b is formed so as to be able to come into contact with the concave refracting surface of the first prism member 7a, in other words, complementary to the concave refracting surface of the first prism member 7a.

【0044】すなわち、第2プリズム部材7bの凸状屈
折面も2つの平面から構成され、その交線(稜線)はZ
方向に沿って延びている。また、第1プリズム部材7a
が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第2プリズム
部材7bが光軸AXに沿って固定され、第1プリズム部
材7aの凹状屈折面と第2プリズム部材7bの凸状屈折
面との間隔が可変に構成されている。第1V溝アキシコ
ン系7の間隔の変化は、制御系21からの指令に基づい
て動作する第4駆動系25により行われる。
That is, the convex refracting surface of the second prism member 7b is also composed of two planes, and the intersection line (ridge line) is Z.
It extends along the direction. In addition, the first prism member 7a
Are configured to be movable along the optical axis AX, the second prism member 7b is fixed along the optical axis AX, and the concave refracting surface of the first prism member 7a and the convex refracting surface of the second prism member 7b are The interval is variable. The change of the interval of the first V-groove axicon system 7 is performed by the fourth drive system 25 which operates based on the command from the control system 21.

【0045】また、第2V溝アキシコン系8は、光源側
に平面を向け且つマスク側に凹状でV字状の屈折面を向
けた第1プリズム部材8aと、マスク側に平面を向け且
つ光源側に凸状で且つV字状の屈折面を向けた第2プリ
ズム部材8bとから構成されている。第1プリズム部材
8aの凹状屈折面は2つの平面から構成され、その交線
はX方向に沿って延びている。第2プリズム部材8bの
凸状屈折面は、第1プリズム部材8aの凹状屈折面と相
補的に形成されている。すなわち、第2プリズム部材8
bの凸状屈折面も2つの平面から構成され、その交線は
X方向に沿って延びている。
The second V-groove axicon system 8 has a first prism member 8a having a flat surface facing the light source side and a concave V-shaped refracting surface facing the mask side, and a flat surface facing the mask side and the light source side. And a second prism member 8b having a convex V-shaped refracting surface. The concave refracting surface of the first prism member 8a is composed of two planes, and the line of intersection thereof extends along the X direction. The convex refracting surface of the second prism member 8b is formed to be complementary to the concave refracting surface of the first prism member 8a. That is, the second prism member 8
The convex refracting surface of b is also composed of two planes, and the line of intersection thereof extends along the X direction.

【0046】また、第1プリズム部材8aが光軸AXに
沿って固定され、第2プリズム部材8bが光軸AXに沿
って移動可能に構成され、第1プリズム部材8aの凹状
屈折面と第2プリズム部材8bの凸状屈折面との間隔が
可変に構成されている。第2V溝アキシコン系8の間隔
の変化は、制御系21からの指令に基づいて動作する第
5駆動系26により行われる。
The first prism member 8a is fixed along the optical axis AX, the second prism member 8b is movable along the optical axis AX, and the second prism member 8a has a concave refracting surface and a second refractive surface. The distance from the convex refracting surface of the prism member 8b is variable. The change of the interval of the second V-groove axicon system 8 is performed by the fifth drive system 26 which operates based on the command from the control system 21.

【0047】ここで、対向する凹状屈折面と凸状屈折面
とが互いに当接している状態では、第1V溝アキシコン
系7および第2V溝アキシコン系8は平行平面板として
機能し、形成される4極状の二次光源に及ぼす影響はな
い。しかしながら、第1V溝アキシコン系7は、凹状屈
折面と凸状屈折面とを離間させると、Z方向に沿って平
行平面板として機能するが、X方向に沿ってビームエキ
スパンダーとして機能する。また、第2V溝アキシコン
系8は、凹状屈折面と凸状屈折面とを離間させると、X
方向に沿って平行平面板として機能するが、Z方向に沿
ってビームエキスパンダーとして機能する。
Here, in a state where the concave refracting surface and the convex refracting surface facing each other are in contact with each other, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 function and are formed as plane-parallel plates. There is no effect on the quadrupole secondary light source. However, the first V-groove axicon system 7 functions as a plane-parallel plate along the Z direction when the concave refracting surface and the convex refracting surface are separated, but functions as a beam expander along the X direction. In addition, the second V-groove axicon system 8 has X when the concave refracting surface and the convex refracting surface are separated from each other.
It functions as a plane-parallel plate along the direction, but functions as a beam expander along the Z direction.

【0048】図4は、第1実施形態の4極照明において
形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明
する図である。第1実施形態の4極照明では、ズームレ
ンズ9の焦点距離が変化すると、4つの円形状の面光源
42a〜42dから構成される4極状の二次光源の全体
形状が相似的に変化する。すなわち、4極状の二次光源
を構成する円形状の各面光源42a〜42dが、円形状
を維持したまま光軸AXを中心とした円の径方向に沿っ
て移動する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the zoom lens on the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the first embodiment. In the quadrupole illumination of the first embodiment, when the focal length of the zoom lens 9 changes, the overall shape of the quadrupole secondary light source including the four circular surface light sources 42a to 42d changes similarly. . That is, the circular surface light sources 42a to 42d forming the quadrupole secondary light source move along the radial direction of the circle centered on the optical axis AX while maintaining the circular shape.

【0049】そして、変化前の各面光源42a〜42d
の中心点と変化後の各面光源43a〜43dの中心点と
を結ぶ線分は光軸AXを通り、中心点の移動距離および
移動の向きはズームレンズ9の焦点距離の変化に依存す
る。また、変化前の各面光源42a〜42dを光軸AX
から見込む角度と、変化後の各面光源43a〜43dを
光軸AXから見込む角度とが等しい。こうして、ズーム
レンズ9の焦点距離を変化させることにより、4極状の
二次光源の輪帯比(4つの面光源に内接する円の直径/
4つの面光源に外接する円の直径)を変化させることな
くその外径(4つの面光源に外接する円の直径)だけを
変更することができる。
Then, the surface light sources 42a to 42d before the change.
Of the surface light sources 43a to 43d after the change passes through the optical axis AX, and the moving distance and the moving direction of the central point depend on the change of the focal length of the zoom lens 9. In addition, the surface light sources 42a to 42d before the change are set to the optical axis AX.
The angle of view from the optical axis AX is equal to the angle of view of the changed surface light sources 43a to 43d. In this way, by changing the focal length of the zoom lens 9, the annular ratio of the quadrupole secondary light source (diameter of a circle inscribed in four surface light sources /
Only the outer diameter (the diameter of the circle circumscribing the four surface light sources) can be changed without changing the diameter of the circle circumscribing the four surface light sources.

【0050】図5は、第1実施形態の4極照明において
形成される二次光源に対する第1V溝アキシコン系およ
び第2V溝アキシコン系の作用を説明する図である。第
1V溝アキシコン系7の間隔の変化に伴って、所定面6
への入射光束のZ方向に沿った入射角度は変化しない
が、所定面6への入射光束のX方向に沿った入射角度は
変化する。その結果、図5(a)に示すように、4つの
円形状の面光源44a〜44dは、Z方向には移動しな
いが、その形状および大きさを維持したままX方向に沿
って光軸AXを挟んで対称に移動する。すなわち、第1
V溝アキシコン系7の間隔が拡大すると、面光源44b
および44cは−X方向に移動し、面光源44aおよび
44dは+X方向に移動する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the first embodiment. As the distance between the first V-groove axicon system 7 changes, the predetermined surface 6
The incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 does not change, but the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 changes along the X direction. As a result, as shown in FIG. 5A, the four circular surface light sources 44a to 44d do not move in the Z direction, but the optical axes AX along the X direction are maintained while maintaining their shapes and sizes. Move symmetrically across. That is, the first
If the distance between the V-groove axicon system 7 increases, the surface light source 44b
And 44c move in the -X direction, and surface light sources 44a and 44d move in the + X direction.

【0051】一方、第2V溝アキシコン系8の間隔の変
化に伴って、所定面6への入射光束のX方向に沿った入
射角度は変化しないが、所定面6への入射光束のZ方向
に沿った入射角度は変化する。その結果、図5(b)に
示すように、4つの円形状の面光源44a〜44dは、
X方向には移動しないが、その形状および大きさを維持
したままZ方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移動す
る。すなわち、第2V溝アキシコン系8の間隔が拡大す
ると、面光源44aおよび44bは+Z方向に移動し、
面光源44cおよび44dは−Z方向に移動する。
On the other hand, although the angle of incidence of the light beam incident on the predetermined surface 6 along the X direction does not change with the change in the spacing of the second V-groove axicon system 8, the light beam incident on the predetermined surface 6 in the Z direction. The incident angle along varies. As a result, as shown in FIG. 5B, the four circular surface light sources 44a to 44d are
Although it does not move in the X direction, it moves symmetrically across the optical axis AX along the Z direction while maintaining its shape and size. That is, when the distance between the second V-groove axicon system 8 is increased, the surface light sources 44a and 44b move in the + Z direction,
The surface light sources 44c and 44d move in the -Z direction.

【0052】さらに、第1V溝アキシコン系7の間隔お
よび第2V溝アキシコン系8の間隔がともに変化する
と、所定面6への入射光束のX方向に沿った入射角度お
よびZ方向に沿った入射角度はともに変化する。その結
果、図5(c)に示すように、各面光源44a〜44d
は、その形状および大きさを維持したままZ方向および
X方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移動する。すな
わち、第1V溝アキシコン系7の間隔および第2V溝ア
キシコン系8の間隔がともに拡大すると、面光源44a
は+Z方向および+X方向に移動し、面光源44bは+
Z方向および−X方向に移動し、面光源44cは−Z方
向および−X方向に移動し、面光源44dは−Z方向お
よび+X方向に移動する。
Furthermore, when both the spacing of the first V-groove axicon system 7 and the spacing of the second V-groove axicon system 8 change, the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 along the X direction and the Z direction. Change together. As a result, as shown in FIG. 5C, each of the surface light sources 44a to 44d.
Moves symmetrically across the optical axis AX along the Z and X directions while maintaining its shape and size. That is, when the distance between the first V-groove axicon system 7 and the distance between the second V-groove axicon system 8 are both increased, the surface light source 44a.
Moves in the + Z direction and the + X direction, and the surface light source 44b is +
The surface light source 44c moves in the Z direction and the −X direction, the surface light source 44c moves in the −Z direction and the −X direction, and the surface light source 44d moves in the −Z direction and the + X direction.

【0053】こうして、第1V溝アキシコン系7、第2
V溝アキシコン系8およびズームレンズ9の作用によ
り、4極状の二次光源を構成する各面光源の位置を広範
囲に亘って移動させることができ、且つその大きさを所
定の範囲に亘って変化させることができる。しかしなが
ら、実際には、第1V溝アキシコン系7や第2V溝アキ
シコン系8による各面光源の移動比率(すなわち移動先
の面光源の座標位置に対する移動元の面光源の座標位
置)には光学設計上の制約があり、各面光源の移動範囲
には制限がある。
Thus, the first V-groove axicon system 7, the second
By the actions of the V-groove axicon system 8 and the zoom lens 9, the position of each surface light source forming the quadrupole secondary light source can be moved over a wide range, and its size can be set within a predetermined range. Can be changed. However, in reality, the optical ratio is set to the moving ratio of each surface light source by the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 (that is, the coordinate position of the source light source to the coordinate position of the destination surface light source). Due to the above restrictions, the moving range of each surface light source is limited.

【0054】そこで、第1実施形態では、4極照明用の
回折光学素子4aとして、特性の異なる3種類の回折光
学素子を備えている。すなわち、第1の4極照明用回折
光学素子により、4つの面光源の中心点を結んで形成さ
れる四角形が正方形になるような4極状の二次光源(図
2を参照)が形成される。また、第2の4極照明用回折
光学素子により、4つの面光源の中心点を結んで形成さ
れる四角形がX方向に沿って細長い長方形になるような
4極状の二次光源が形成される。さらに、第3の4極照
明用回折光学素子により、4つの面光源の中心点を結ん
で形成される四角形がZ方向に沿って細長い長方形にな
るような4極状の二次光源が形成される。
Therefore, in the first embodiment, three types of diffractive optical elements having different characteristics are provided as the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination. That is, the first diffractive optical element for quadrupole illumination forms a quadrupole secondary light source (see FIG. 2) in which a quadrangle formed by connecting the center points of four surface light sources becomes a square. It In addition, the second diffractive optical element for quadrupole illumination forms a quadrupole secondary light source in which a quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources becomes an elongated rectangle along the X direction. It Furthermore, the third quadrupole illumination diffractive optical element forms a quadrupole secondary light source in which a quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources becomes an elongated rectangle along the Z direction. It

【0055】こうして、第1実施形態の4極照明では、
第1V溝アキシコン系7や第2V溝アキシコン系8によ
る各面光源の移動比率(ひいてはその移動範囲)が光学
設計の観点からある程度制限される場合であっても、特
性の異なる3種類の4極照明用回折光学素子を併用する
ことにより、光軸AXを中心とする円環状の領域におい
て各面光源の位置を自在に移動させることができる。
Thus, in the quadrupole illumination of the first embodiment,
Even if the moving ratio (and thus the moving range) of each surface light source by the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 is limited to some extent from the viewpoint of optical design, three types of four poles with different characteristics are used. By using the diffractive optical element for illumination together, the position of each surface light source can be freely moved in an annular region centered on the optical axis AX.

【0056】ところで、前述したように、回折光学素子
4aは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪
帯照明用の回折光学素子4bや通常円形照明用の回折光
学素子4cと切り換え可能に構成されている。以下、回
折光学素子4aに代えて回折光学素子4bを照明光路中
に設定することによって得られる輪帯照明について簡単
に説明する。
By the way, as described above, the diffractive optical element 4a is constructed so that it can be inserted into and removed from the illumination optical path, and is switched between the diffractive optical element 4b for annular illumination and the diffractive optical element 4c for ordinary circular illumination. It is configured to be possible. The annular illumination obtained by setting the diffractive optical element 4b instead of the diffractive optical element 4a in the illumination optical path will be briefly described below.

【0057】4極照明用の回折光学素子4aに代えて輪
帯照明用の回折光学素子4bを照明光路中に設定する
と、回折光学素子4bを介して輪帯状の光束が形成され
る。回折光学素子4bを介して形成された輪帯状の光束
は、アフォーカルレンズ5に入射し、瞳面にリング状の
像(リング状の光源)を形成する。このリング状の像か
らの光は、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ5
から射出され、ズームレンズ9を介して、マイクロレン
ズアレイ10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。その結果、マイクロレンズアレイ1
0の後側焦点面には、入射面に形成された照野とほぼ同
じ光強度を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心と
した輪帯状の二次光源が形成される。
When the diffractive optical element 4a for illuminating the quadrupole is set in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 4a for illuminating the quadrupole, an annular light beam is formed through the diffractive optical element 4b. The annular light flux formed via the diffractive optical element 4b enters the afocal lens 5 and forms a ring-shaped image (ring-shaped light source) on the pupil plane. The light from this ring-shaped image becomes a substantially parallel light beam, and the afocal lens 5
And is illuminated through the zoom lens 9 to form an annular illumination field centered on the optical axis AX on the incident surface of the microlens array 10. As a result, the microlens array 1
A secondary light source having substantially the same light intensity as that of the illumination field formed on the incident surface, that is, a ring-shaped secondary light source centered on the optical axis AX is formed on the rear focal plane of 0.

【0058】図6は、第1実施形態の輪帯照明において
形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明
する図である。第1実施形態の輪帯照明では、ズームレ
ンズ9の焦点距離を増大させることにより、初期的に形
成されていた輪帯状の二次光源60aが、その全体形状
が相似的に拡大された輪帯状の二次光源60cに変化す
る。換言すると、輪帯状の二次光源は、ズームレンズ9
の作用により、その輪帯比が変化することなく、その幅
および大きさ(外径)がともに変化する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the action of the zoom lens with respect to the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment. In the ring-shaped illumination of the first embodiment, by increasing the focal length of the zoom lens 9, the ring-shaped secondary light source 60a that was initially formed has a ring-shaped secondary light whose overall shape is enlarged in a similar manner. To the secondary light source 60c. In other words, the ring-shaped secondary light source is the zoom lens 9
By the action of, the width and size (outer diameter) both change without changing the annular zone ratio.

【0059】図7は、第1実施形態の輪帯照明において
形成される二次光源に対する第1V溝アキシコン系およ
び第2V溝アキシコン系の作用を説明する図である。上
述したように、第1V溝アキシコン系7の間隔の変化に
伴って、所定面6への入射光束のZ方向に沿った入射角
度は変化しないが、所定面6への入射光束のX方向に沿
った入射角度は変化する。その結果、図7(a)に示す
ように、輪帯状の二次光源60aを構成する4つの四半
円弧状の各面光源61〜64は、Z方向には移動しない
がX方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移動する。す
なわち、第1V溝アキシコン系7の間隔が拡大すると、
面光源61および63は−X方向に移動し、面光源62
および64は+X方向に移動する。
FIG. 7 is a diagram for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment. As described above, the incident angle along the Z direction of the incident light beam on the predetermined surface 6 does not change with the change in the spacing of the first V-groove axicon system 7, but the incident light beam on the predetermined surface 6 changes in the X direction. The incident angle along varies. As a result, as shown in FIG. 7A, each of the four quarter-arc surface light sources 61 to 64 forming the annular secondary light source 60a does not move in the Z direction but emits light along the X direction. It moves symmetrically about the axis AX. That is, when the distance between the first V-groove axicon system 7 increases,
The surface light sources 61 and 63 move in the -X direction, and the surface light source 62
And 64 move in the + X direction.

【0060】一方、第2V溝アキシコン系8の間隔の変
化に伴って、所定面6への入射光束のX方向に沿った入
射角度は変化しないが、所定面6への入射光束のZ方向
に沿った入射角度は変化する。その結果、図7(b)に
示すように、各面光源61〜64は、X方向には移動し
ないがZ方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移動す
る。すなわち、第2V溝アキシコン系8の間隔が拡大す
ると、面光源61および62は+Z方向に移動し、面光
源63および64は−Z方向に移動する。
On the other hand, although the incident angle along the X direction of the light beam incident on the predetermined surface 6 does not change with the change in the interval of the second V-groove axicon system 8, the light beam incident on the predetermined surface 6 moves in the Z direction. The incident angle along varies. As a result, as shown in FIG. 7B, the surface light sources 61 to 64 do not move in the X direction but move symmetrically across the optical axis AX along the Z direction. That is, when the distance between the second V-groove axicon system 8 is increased, the surface light sources 61 and 62 move in the + Z direction, and the surface light sources 63 and 64 move in the −Z direction.

【0061】さらに、第1V溝アキシコン系7の間隔お
よび第2V溝アキシコン系8の間隔がともに変化する
と、所定面6への入射光束のX方向に沿った入射角度お
よびZ方向に沿った入射角度はともに変化する。その結
果、図7(c)に示すように、各面光源61〜64は、
Z方向およびX方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移
動する。すなわち、第1V溝アキシコン系7の間隔およ
び第2V溝アキシコン系8の間隔が拡大すると、面光源
61は+Z方向および−X方向に移動し、面光源62は
+Z方向および+X方向に移動し、面光源63は−Z方
向および−X方向に移動し、面光源64は−Z方向およ
び+X方向に移動する。こうして、4つの独立した円弧
状の面光源からなる4極状の二次光源を形成することが
できる。
Further, when both the spacing of the first V-groove axicon system 7 and the spacing of the second V-groove axicon system 8 change, the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 along the X direction and the Z direction. Change together. As a result, as shown in FIG. 7C, the surface light sources 61 to 64 are
It moves symmetrically across the optical axis AX along the Z direction and the X direction. That is, when the distance between the first V-groove axicon system 7 and the distance between the second V-groove axicon system 8 increases, the surface light source 61 moves in the + Z direction and the −X direction, and the surface light source 62 moves in the + Z direction and the + X direction. The surface light source 63 moves in the −Z direction and the −X direction, and the surface light source 64 moves in the −Z direction and the + X direction. In this way, a quadrupole secondary light source composed of four independent arc-shaped surface light sources can be formed.

【0062】以上、第1実施形態の輪帯照明における第
1V溝アキシコン系7および第2V溝アキシコン系8の
作用とズームレンズ9の作用とを個別に説明したが、こ
れらの光学部材の相互作用により様々な形態の輪帯照明
が可能である。具体的には、図7(c)に示す状態にお
いて、ズームレンズ9を作用させると、たとえば面光源
62は、光軸AXを中心とした円の径方向に沿って移動
し、その全体形状が相似的に変化した面光源62aに変
化する。
The operation of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 and the operation of the zoom lens 9 in the annular illumination of the first embodiment have been described above individually, but the interaction of these optical members is explained. It enables various forms of ring illumination. Specifically, when the zoom lens 9 is actuated in the state shown in FIG. 7C, for example, the surface light source 62 moves along the radial direction of a circle centered on the optical axis AX, and its overall shape is changed. The surface light source 62a changes in a similar manner.

【0063】さらに、4極照明用の回折光学素子4aま
たは輪帯照明用の回折光学素子4bに代えて円形照明用
の回折光学素子4cを照明光路中に設定することによっ
て得られる通常の円形照明について簡単に説明する。こ
の場合、回折光学素子4cに入射したほぼ平行光束は、
アフォーカルレンズ5の瞳面に円形状の光強度分布を形
成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ5
から射出される。
Further, instead of the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination or the diffractive optical element 4b for annular illumination, a diffractive optical element 4c for circular illumination is set in the illumination optical path to obtain a normal circular illumination. Will be briefly described. In this case, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 4c is
After a circular light intensity distribution is formed on the pupil surface of the afocal lens 5, it becomes a substantially parallel light beam.
Is ejected from.

【0064】アフォーカルレンズ5を介した光束は、ズ
ームレンズ9を介して、マイクロレンズアレイ10の入
射面に、光軸AXを中心とした円形状の照野を形成す
る。その結果、マイクロレンズアレイ10の後側焦点面
(すなわち照明光学系の瞳)には、その入射光束によっ
て形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光
源、すなわち光軸AXを中心とした円形状の二次光源が
形成される。
The light beam passing through the afocal lens 5 passes through the zoom lens 9 and forms a circular illumination field centered on the optical axis AX on the incident surface of the microlens array 10. As a result, in the rear focal plane of the microlens array 10 (that is, the pupil of the illumination optical system), a secondary light source having a light intensity distribution almost the same as the illumination field formed by the incident light beam, that is, the optical axis AX is centered. A circular secondary light source is formed.

【0065】第1実施形態の円形照明では、初期的で形
成された円形状の二次光源が、ズームレンズ9の焦点距
離を増大させることにより、その全体形状が相似的に拡
大された円形状の二次光源に変化する。換言すると、第
1実施形態の円形照明では、ズームレンズ9の焦点距離
を変化させることにより、円形状の二次光源の大きさ
(外径)を変更することができる。
In the circular illumination of the first embodiment, the initially formed circular secondary light source increases the focal length of the zoom lens 9 so that the overall shape is enlarged in a similar circular shape. Change to the secondary light source. In other words, in the circular illumination of the first embodiment, the size (outer diameter) of the circular secondary light source can be changed by changing the focal length of the zoom lens 9.

【0066】図8は、第1実施形態の円形照明において
形成される二次光源に対する第1V溝アキシコン系およ
び第2V溝アキシコン系の作用を説明する図である。第
1実施形態の円形照明では、第1V溝アキシコン系7の
間隔が拡大すると、図8(a)に示すように、円形状の
二次光源を構成する4つの四半円状の面光源66a〜6
6dのうち、面光源66aおよび66cは−X方向に移
動し、面光源66bおよび66dは+X方向に移動す
る。
FIG. 8 is a view for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the circular illumination of the first embodiment. In the circular illumination of the first embodiment, when the interval of the first V-groove axicon system 7 is enlarged, as shown in FIG. 8A, four quadrant-circular surface light sources 66a to constitute a circular secondary light source. 6
Of the 6d, the surface light sources 66a and 66c move in the −X direction, and the surface light sources 66b and 66d move in the + X direction.

【0067】一方、第2V溝アキシコン系8の間隔が拡
大すると、図8(b)に示すように、面光源66aおよ
び66bは+Z方向に移動し、面光源66cおよび66
dは−Z方向に移動する。さらに、第1V溝アキシコン
系7の間隔および第2V溝アキシコン系8の間隔がとも
に拡大すると、図8(c)に示すように、面光源66a
は+Z方向および−X方向に移動し、面光源66bは+
Z方向および+X方向に移動し、面光源66cは−Z方
向および−X方向に移動し、面光源66dは−Z方向お
よび+X方向に移動する。こうして、4つの独立した4
半円状の面光源からなる4極状の二次光源を形成するこ
とができる。
On the other hand, when the distance between the second V-groove axicon system 8 is increased, the surface light sources 66a and 66b move in the + Z direction, as shown in FIG. 8B, and the surface light sources 66c and 66.
d moves in the -Z direction. Further, when the distance between the first V-groove axicon system 7 and the distance between the second V-groove axicon system 8 are both increased, as shown in FIG. 8C, the surface light source 66a.
Moves in the + Z direction and the -X direction, and the surface light source 66b moves in the + direction.
The surface light source 66c moves in the Z direction and the + X direction, the surface light source 66c moves in the −Z direction and the −X direction, and the surface light source 66d moves in the −Z direction and the + X direction. Thus four independent four
A quadrupole secondary light source composed of a semicircular surface light source can be formed.

【0068】以上、第1実施形態の円形照明における第
1V溝アキシコン系7および第2V溝アキシコン系8の
作用とズームレンズ9の作用とを個別に説明したが、こ
れらの光学部材の相互作用により様々な形態の円形照明
が可能である。しかしながら、実際には、光学設計上の
制約により、ズームレンズ9による外径の変倍範囲には
制限がある。そこで、第1実施形態では、円形照明用の
回折光学素子4cとして、特性の異なる2種類の回折光
学素子を備えている。
The operation of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 and the operation of the zoom lens 9 in the circular illumination of the first embodiment have been individually described above, but due to the interaction of these optical members. Various forms of circular illumination are possible. However, in practice, there is a limit to the variable range of the outer diameter of the zoom lens 9 due to optical design restrictions. Therefore, in the first embodiment, two types of diffractive optical elements having different characteristics are provided as the diffractive optical element 4c for circular illumination.

【0069】すなわち、第1実施形態では、一方の円形
照明用回折光学素子により、比較的小さいσ値すなわち
小σから中間的なσ値すなわち中σまでの範囲でσ値を
変更するのに適した形状を有する円形状の二次光源を形
成する。また、他方の円形照明用回折光学素子により、
中σから比較的大きいσ値すなわち大σまでの範囲でσ
値を変更するのに適した形状を有する円形状の二次光源
を形成する。その結果、2種類の円形照明用回折光学素
子の併用により、小σから大σまでの範囲(たとえば
0.1≦σ≦0.95)でσ値を変更することが可能に
なる。
That is, the first embodiment is suitable for changing the σ value in the range from a relatively small σ value, that is, a small σ value to an intermediate σ value, that is, a middle σ value by one of the circular illumination diffractive optical elements. A secondary light source having a circular shape is formed. Also, by the other circular illumination diffractive optical element,
Σ in the range from medium σ to relatively large σ value, that is, large σ
A circular secondary light source having a shape suitable for changing the value is formed. As a result, by using two types of diffractive optical elements for circular illumination in combination, it is possible to change the σ value in the range from small σ to large σ (for example, 0.1 ≦ σ ≦ 0.95).

【0070】以下、第1実施形態における照明条件の切
り換え動作などについて具体的に説明する。まず、ステ
ップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・
スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスク
に関する情報などが、キーボードなどの入力手段20を
介して制御系21に入力される。制御系21は、各種の
マスクに関する最適な線幅(解像度)、焦点深度等の情
報を内部のメモリー部に記憶しており、入力手段20か
らの入力に応答して駆動系22〜26に適当な制御信号
を供給する。
The switching operation of the illumination conditions in the first embodiment will be specifically described below. First, the step-and-repeat method or step-and-repeat method
Information on various masks to be sequentially exposed according to the scanning method is input to the control system 21 via the input unit 20 such as a keyboard. The control system 21 stores information such as optimum line widths (resolutions) and depths of focus for various masks in an internal memory unit, and is suitable for the drive systems 22 to 26 in response to input from the input means 20. Control signals.

【0071】すなわち、最適な解像度および焦点深度の
もとで4極照明する場合、駆動系22は制御系21から
の指令に基づいて4極照明用の回折光学素子4aを照明
光路中に位置決めする。そして、所望の形態を有する4
極状の二次光源を得るために、駆動系25および26は
制御系21からの指令に基づいてアキシコン系7および
8の間隔を設定し、駆動系23は制御系21からの指令
に基づいてズームレンズ9の焦点距離を設定する。ま
た、駆動系24は、制御系21からの指令に基づいて投
影光学系PLの可変開口絞りを駆動する。
That is, when performing quadrupole illumination under the optimum resolution and depth of focus, the drive system 22 positions the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21. . And having the desired form 4
In order to obtain the polar secondary light source, the drive systems 25 and 26 set the intervals between the axicon systems 7 and 8 based on the command from the control system 21, and the drive system 23 based on the command from the control system 21. The focal length of the zoom lens 9 is set. Further, the drive system 24 drives the variable aperture stop of the projection optical system PL based on a command from the control system 21.

【0072】さらに、必要に応じて、駆動系25および
26によりアキシコン系7および8の間隔を変化させた
り、駆動系23によりズームレンズ9の焦点距離を変化
させたりすることにより、マイクロレンズアレイ10の
後側焦点面に形成される4極状の二次光源の形態を適宜
変更することができる。こうして、4極状の二次光源の
全体の大きさ(外径)および形状(輪帯比)、各面光源
の位置、形状、大きさなどを適宜変化させて、多様な4
極照明を行うことができる。
Further, if necessary, the distance between the axicon systems 7 and 8 is changed by the driving systems 25 and 26, and the focal length of the zoom lens 9 is changed by the driving system 23, whereby the microlens array 10 is changed. The form of the quadrupole secondary light source formed on the rear focal plane can be appropriately changed. In this way, the overall size (outer diameter) and shape (annular ratio) of the quadrupole secondary light source and the position, shape, size, etc. of each surface light source can be changed as appropriate to achieve various values.
Polar lighting can be provided.

【0073】また、最適な解像度および焦点深度のもと
で輪帯照明する場合、駆動系22は、制御系21からの
指令に基づいて、輪帯照明用の回折光学素子4bを照明
光路中に位置決めする。そして、所望の形態を有する輪
帯状の二次光源を得るために、あるいは輪帯状の二次光
源から派生的に得られる4極状の二次光源または2極状
の二次光源を得るために、駆動系25および26は制御
系21からの指令に基づいてアキシコン系7および8の
間隔を設定し、駆動系23は制御系21からの指令に基
づいてズームレンズ9の焦点距離を設定する。また、駆
動系24は、制御系21からの指令に基づいて投影光学
系PLの可変開口絞りを駆動する。
Further, when the annular illumination is performed under the optimum resolution and depth of focus, the drive system 22 sets the diffractive optical element 4b for the annular illumination in the illumination optical path based on the command from the control system 21. Position. Then, in order to obtain a ring-shaped secondary light source having a desired form, or to obtain a quadrupole-shaped secondary light source or a dipole-shaped secondary light source derived from the ring-shaped secondary light source. The drive systems 25 and 26 set the distance between the axicon systems 7 and 8 based on the command from the control system 21, and the drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 9 based on the command from the control system 21. Further, the drive system 24 drives the variable aperture stop of the projection optical system PL based on a command from the control system 21.

【0074】さらに、必要に応じて、駆動系25および
26によりアキシコン系7および8の間隔を変化させた
り、駆動系23によりズームレンズ9の焦点距離を変化
させたりすることにより、マイクロレンズアレイ10の
後側焦点面に形成される輪帯状の二次光源の形態、ある
いは派生的に得られる4極状の二次光源または2極状の
二次光源の形態を適宜変更することができる。こうし
て、輪帯状の二次光源の全体の大きさ(外径)および形
状(輪帯比)、派生的に得られる各面光源の位置、形
状、大きさなどを適宜変化させて、多様な輪帯照明を行
うことができる。
Further, the microlens array 10 is changed by changing the distance between the axicon systems 7 and 8 by the driving systems 25 and 26 and changing the focal length of the zoom lens 9 by the driving system 23, if necessary. The form of the ring-shaped secondary light source formed on the rear focal plane, or the form of the quadrupole-shaped secondary light source or the dipole-shaped secondary light source obtained as a derivative can be appropriately changed. In this way, the overall size (outer diameter) and shape (ring ratio) of the ring-shaped secondary light source, and the position, shape, size, etc. of each surface light source obtained as a derivative are appropriately changed, and various ring shapes are obtained. Band lighting can be performed.

【0075】さらに、最適な解像度および焦点深度のも
とで通常の円形照明をする場合、駆動系22は、制御系
21からの指令に基づいて、円形照明用の回折光学素子
4cを照明光路中に位置決めする。そして、所望の形態
を有する円形状の二次光源を得るために、あるいは円形
状の二次光源から派生的に得られる4極状の二次光源ま
たは2極状の二次光源を得るために、駆動系25および
26は制御系21からの指令に基づいてアキシコン系7
および8の間隔を設定し、駆動系23は制御系21から
の指令に基づいてズームレンズ9の焦点距離を設定す
る。また、駆動系24は、制御系21からの指令に基づ
いて投影光学系PLの可変開口絞りを駆動する。
Further, when performing normal circular illumination under the optimum resolution and depth of focus, the drive system 22 drives the diffractive optical element 4c for circular illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21. To position. Then, in order to obtain a circular secondary light source having a desired shape, or to obtain a quadrupole secondary light source or a dipole secondary light source derived from the circular secondary light source. , The drive systems 25 and 26 are driven by the axicon system 7 based on a command from the control system 21.
Then, the drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 9 based on a command from the control system 21. Further, the drive system 24 drives the variable aperture stop of the projection optical system PL based on a command from the control system 21.

【0076】さらに、必要に応じて、駆動系25および
26によりアキシコン系7および8の間隔を変化させた
り、駆動系23によりズームレンズ9の焦点距離を変化
させたりすることにより、マイクロレンズアレイ10の
後側焦点面に形成される円形状の二次光源の形態、ある
いは派生的に得られる4極状の二次光源または2極状の
二次光源の形態を適宜変更することができる。こうし
て、円形状の二次光源の全体の大きさ(ひいてはσ
値)、派生的に得られる各面光源の位置、形状、大きさ
などを適宜変化させて、多様な円形照明を行うことがで
きる。
Further, the microlens array 10 is changed by changing the distance between the axicon systems 7 and 8 by the drive systems 25 and 26 and changing the focal length of the zoom lens 9 by the drive system 23, as required. The form of the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the rear side, or the form of the quadrupole secondary light source or the dipole secondary light source obtained as a derivative can be appropriately changed. Thus, the overall size of the circular secondary light source (and thus σ
Value), and the position, shape, size, etc. of each surface light source obtained as a derivative can be appropriately changed to perform various circular illuminations.

【0077】なお、第1実施形態では、光源側から順
に、第1V溝アキシコン系7と、第2V溝アキシコン系
8とを配置しているが、この配置順序を適宜変化させる
こともできる。また、各アキシコン系7および8では、
光源側から順に、凹状の屈折面を有する第1プリズム部
材と凸状の屈折面を有する第2プリズム部材とを配置し
ているが、この配置順序を逆にすることもできる。
In the first embodiment, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are arranged in order from the light source side, but the arrangement order can be changed appropriately. Also, in each axicon system 7 and 8,
Although the first prism member having the concave refracting surface and the second prism member having the convex refracting surface are arranged in order from the light source side, the arrangement order may be reversed.

【0078】図9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。また、図10は、第2実施形態においてアフォー
カルレンズの光路中に配置された円錐アキシコン系およ
びV溝アキシコン系の構成を概略的に示す斜視図であ
る。第2実施形態は、第1実施形態と類似の構成を有す
る。しかしながら、第1実施形態ではアフォーカルレン
ズ5の光路中に2つのV溝アキシコン系が配置されてい
るのに対し、第2実施形態では1つの円錐アキシコン系
と1つのV溝アキシコン系とが配置されている点が第1
実施形態と基本的に相違している。以下、第1実施形態
との相違点に着目して、第2実施形態を説明する。
FIG. 9 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. Further, FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configurations of a conical axicon system and a V-groove axicon system arranged in the optical path of the afocal lens in the second embodiment. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, while two V-groove axicon systems are arranged in the optical path of the afocal lens 5 in the first embodiment, one conical axicon system and one V-groove axicon system are arranged in the second embodiment. The first point is
This is basically different from the embodiment. The second embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.

【0079】第2実施形態では、図10に示すように、
アフォーカルレンズ5の前側レンズ群5aと後側レンズ
群5bとの間の光路中に、光源側から順に、円錐アキシ
コン系14およびV溝アキシコン系15が配置されてい
る。円錐アキシコン系14は、光源側から順に、光源側
に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた
第1プリズム部材14aと、マスク側に平面を向け且つ
光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第2プリズム部材1
4bとから構成されている。
In the second embodiment, as shown in FIG.
A conical axicon system 14 and a V-groove axicon system 15 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the front lens group 5a and the rear lens group 5b of the afocal lens 5. The conical axicon system 14 includes, in order from the light source side, a first prism member 14a having a flat surface facing the light source side and a concave conical refracting surface facing the mask side, and a convex prism shape having the flat surface facing the mask side and the light source side. Second prism member 1 with its refracting surface facing
4b and.

【0080】そして、第1プリズム部材14aの凹円錐
状の屈折面と第2プリズム部材14bの凸円錐状の屈折
面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されてい
る。また、第1プリズム部材14aが光軸AXに沿って
移動可能に構成され、第2プリズム部材14bが光軸A
Xに沿って固定され、第1プリズム部材14aの凹円錐
状の屈折面と第2プリズム部材14bの凸円錐状の屈折
面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系
14の間隔の変化は、制御系21からの指令に基づいて
動作する駆動系27により行われる。
The concave conical refracting surface of the first prism member 14a and the convex conical refracting surface of the second prism member 14b are formed so as to be able to come into contact with each other. In addition, the first prism member 14a is configured to be movable along the optical axis AX, and the second prism member 14b is configured to move along the optical axis A.
It is fixed along X, and the distance between the concave conical refracting surface of the first prism member 14a and the convex conical refracting surface of the second prism member 14b is variable. The change of the interval of the conical axicon system 14 is performed by the drive system 27 which operates based on the command from the control system 21.

【0081】ここで、第1プリズム部材14aの凹円錐
状屈折面と第2プリズム部材14bの凸円錐状屈折面と
が互いに当接している状態では、円錐アキシコン系14
は平行平面板として機能し、形成される4極状の二次光
源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部
材14aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材14bの
凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系1
4は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。
したがって、円錐アキシコン系14の間隔の変化に伴っ
て、所定面6への入射光束の角度は変化する。
When the concave conical refracting surface of the first prism member 14a and the convex conical refracting surface of the second prism member 14b are in contact with each other, the conical axicon system 14 is used.
Functions as a plane-parallel plate and has no effect on the formed quadrupole secondary light source. However, when the concave conical refracting surface of the first prism member 14a and the convex conical refracting surface of the second prism member 14b are separated from each other, the conical axicon system 1
4 functions as a so-called beam expander.
Therefore, the angle of the light flux incident on the predetermined surface 6 changes as the distance between the conical axicon systems 14 changes.

【0082】また、V溝アキシコン系15は、第1実施
形態における第1V溝アキシコン系7と同様に、光源側
に平面を向け且つマスク側に凹状で且つV字状の屈折面
を向けた第1プリズム部材15aと、マスク側に平面を
向け且つ光源側に凸状で且つV字状の屈折面を向けた第
2プリズム部材15bとから構成されている。第1プリ
ズム部材15aの凹状屈折面は2つの平面から構成さ
れ、その交線(稜線)はZ方向に沿って延びている。第
2プリズム部材15bの凸状屈折面は、第1プリズム部
材15aの凹状屈折面と互いに当接可能なように、換言
すると第1プリズム部材15aの凹状屈折面と相補的に
形成されている。
Further, the V-groove axicon system 15 has a flat surface facing the light source side and a concave and V-shaped refracting surface facing the mask side, like the first V-groove axicon system 7 in the first embodiment. It is composed of one prism member 15a and a second prism member 15b having a flat surface facing the mask side and a convex V-shaped refracting surface facing the light source side. The concave refracting surface of the first prism member 15a is composed of two flat surfaces, and the intersecting line (ridgeline) thereof extends along the Z direction. The convex refracting surface of the second prism member 15b is formed so as to come into contact with the concave refracting surface of the first prism member 15a, in other words, complementary to the concave refracting surface of the first prism member 15a.

【0083】すなわち、第2プリズム部材15bの凸状
屈折面も2つの平面から構成され、その交線(稜線)は
Z方向に沿って延びている。また、第1プリズム部材1
5aが光軸AXに沿って固定され、第2プリズム部材1
5bが光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリ
ズム部材15aの凹状屈折面と第2プリズム部材15b
の凸状屈折面との間隔が可変に構成されている。V溝ア
キシコン系15の間隔の変化は、制御系21からの指令
に基づいて動作する駆動系28により行われる。
That is, the convex refracting surface of the second prism member 15b is also composed of two planes, and the line of intersection (ridgeline) thereof extends along the Z direction. In addition, the first prism member 1
5a is fixed along the optical axis AX, and the second prism member 1
5b is configured to be movable along the optical axis AX, and has a concave refracting surface of the first prism member 15a and the second prism member 15b.
The distance from the convex refracting surface is variable. The change in the interval of the V-groove axicon system 15 is performed by the drive system 28 that operates based on a command from the control system 21.

【0084】ここで、対向する凹状屈折面と凸状屈折面
とが互いに当接している状態では、V溝アキシコン系1
5は平行平面板として機能し、形成される4極状の二次
光源に及ぼす影響はない。しかしながら、V溝アキシコ
ン系15は、第1実施形態における第1V溝アキシコン
系7と同様に、凹状屈折面と凸状屈折面とを離間させる
と、Z方向に沿って平行平面板として機能するが、X方
向に沿ってビームエキスパンダーとして機能する。な
お、図9および図10では、V溝アキシコン系15が第
1実施形態における第1V溝アキシコン系7と同じ構成
を有するが、第2V溝アキシコン系8と同じ構成として
もよい。
Here, when the concave refracting surface and the convex refracting surface facing each other are in contact with each other, the V-groove axicon system 1 is used.
5 functions as a plane-parallel plate and has no influence on the formed quadrupole secondary light source. However, similar to the first V-groove axicon system 7 in the first embodiment, the V-groove axicon system 15 functions as a plane parallel plate along the Z direction when the concave refraction surface and the convex refraction surface are separated from each other. , Functions as a beam expander along the X direction. 9 and 10, the V-groove axicon system 15 has the same configuration as the first V-groove axicon system 7 in the first embodiment, but may have the same configuration as the second V-groove axicon system 8.

【0085】図11は、第2実施形態の4極照明におい
て形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用
を説明する図である。第2実施形態の4極照明では、円
錐アキシコン系14の間隔を拡大させることにより、4
極状の二次光源を構成する円形状の各面光源40a〜4
0dが光軸AXを中心とした円の径方向に沿って外方へ
移動するとともに、その形状が円形状から楕円形状に変
化する。すなわち、変化前の円形状の各面光源40a〜
40dの中心点と変化後の楕円形状の各面光源41a〜
41dの中心点とを結ぶ線分は光軸AXを通り、中心点
の移動距離は円錐アキシコン系14の間隔に依存する。
FIG. 11 is a view for explaining the action of the conical axicon system on the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the second embodiment. In the quadrupole illumination of the second embodiment, by increasing the interval of the conical axicon system 14,
Circular surface light sources 40a to 4 constituting a polar secondary light source
0d moves outward along the radial direction of a circle centered on the optical axis AX, and its shape changes from a circular shape to an elliptical shape. That is, the circular surface light sources 40a to
40d center point and each elliptical surface light source 41a after change
A line segment connecting the center point of 41d passes through the optical axis AX, and the moving distance of the center point depends on the interval of the conical axicon system 14.

【0086】さらに、変化前の円形状の各面光源40a
〜40dを光軸AXから見込む角度(光軸AXから各面
光源40a〜40への一対の接線がなす角度)と、変化
後の楕円形状の各面光源41a〜41dを光軸AXから
見込む角度とが等しい。そして、変化前の円形状の各面
光源40a〜40dの直径と、変化後の楕円形状の各面
光源41a〜41dの光軸AXを中心とした円の径方向
に沿った短径とが等しい。なお、変化後の楕円形状の各
面光源41a〜41dの光軸AXを中心とした円の周方
向に沿った長径の大きさは、変化前の円形状の各面光源
40a〜40dの直径と円錐アキシコン系14の間隔と
に依存する。
Further, each circular surface light source 40a before change
To 40d from the optical axis AX (the angle formed by a pair of tangents from the optical axis AX to the surface light sources 40a to 40) and the angle of the changed elliptical surface light sources 41a to 41d from the optical axis AX. Is equal to. Then, the diameter of each of the circular surface light sources 40a to 40d before the change is equal to the minor diameter along the radial direction of the circle centered on the optical axis AX of each of the changed elliptical surface light sources 41a to 41d. . In addition, the size of the major axis along the circumferential direction of the circle around the optical axis AX of each of the elliptical surface light sources 41a to 41d after the change is equal to the diameter of each of the circular surface light sources 40a to 40d before the change. It depends on the spacing of the conical axicon system 14.

【0087】したがって、円錐アキシコン系14の間隔
を零から所定の値まで拡大させると、4つの円形状の面
光源から構成される4極状の二次光源が、4つの楕円形
状の面光源から構成される4極状の二次光源に変化し、
変化前の二次光源の幅を変化させることなく、その外径
および輪帯比を変更することができる。ここで、4極状
の二次光源の幅は、4つの面光源に外接する円の直径す
なわち外径と4つの面光源に内接する円の直径すなわち
内径との差の1/2として規定される。また、4極状の
二次光源の輪帯比は、外径に対する内径の比(内径/外
径)として規定される。
Therefore, when the interval of the conical axicon system 14 is expanded from zero to a predetermined value, the quadrupole secondary light source composed of four circular surface light sources becomes four elliptical surface light sources. Change to a quadrupole secondary light source composed,
The outer diameter and the annular ratio can be changed without changing the width of the secondary light source before the change. Here, the width of the quadrupole secondary light source is defined as 1/2 of the difference between the diameter of the circle circumscribing the four surface light sources, that is, the outer diameter and the diameter of the circle inscribed in the four surface light sources, ie, the inner diameter. It The annular ratio of the quadrupole secondary light source is defined as the ratio of the inner diameter to the outer diameter (inner diameter / outer diameter).

【0088】以上のように、第2実施形態の4極照明で
は、1つのV溝アキシコン系15しか配置されていない
ので、4極状の二次光源を構成する円形状の各面光源の
形状および大きさを維持したままその位置だけを二次元
的に変化させることはできない。しかしながら、複数の
4極照明用回折光学素子4aを選択的に用いるととも
に、円錐アキシコン系14、V溝アキシコン系15、お
よびズームレンズ9の作用を利用することにより、光軸
AXを中心とする円環状の領域において、各面光源の位
置、形状および大きさを適宜変更することができる。
As described above, in the quadrupole illumination of the second embodiment, since only one V-groove axicon system 15 is arranged, the shape of each circular surface light source which constitutes the quadrupole secondary light source. And it is not possible to change only the position two-dimensionally while maintaining the size. However, by selectively using the plurality of diffractive optical elements 4a for quadrupole illumination and utilizing the effects of the conical axicon system 14, the V-groove axicon system 15, and the zoom lens 9, a circle centered on the optical axis AX is obtained. In the annular region, the position, shape and size of each surface light source can be changed appropriately.

【0089】図12は、第2実施形態の輪帯照明におい
て形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用
を説明する図である。第2実施形態の輪帯照明では、初
期的に形成された輪帯状の二次光源60aが、円錐アキ
シコン系14の間隔を拡大させることにより、その幅
(外径と内径との差の1/2:図中矢印で示す)が変化
することなく、その外径および内径がともに拡大された
輪帯状の二次光源60bに変化する。換言すると、輪帯
状の二次光源は、円錐アキシコン系14の作用により、
その幅が変化することなく、その輪帯比および大きさ
(外径)がともに変化する。
FIG. 12 is a view for explaining the action of the conical axicon system with respect to the secondary light source formed in the annular illumination of the second embodiment. In the ring-shaped illumination of the second embodiment, the ring-shaped secondary light source 60a that is initially formed expands the interval of the conical axicon system 14 so that its width (1 / the difference between the outer diameter and the inner diameter). (2: indicated by an arrow in the figure) does not change, but changes to a secondary light source 60b in the shape of a ring in which both the outer diameter and the inner diameter are enlarged. In other words, the ring-shaped secondary light source, by the action of the conical axicon system 14,
The ring zone ratio and the size (outer diameter) both change without changing the width.

【0090】しかしながら、実際には、光学設計上の制
約により、円錐アキシコン系14による輪帯比の変更範
囲には制限がある。そこで、第2実施形態では、輪帯照
明用の回折光学素子4bとして、特性の異なる2種類の
回折光学素子を備えている。すなわち、第2実施形態で
は、一方の輪帯照明用回折光学素子により、たとえば
0.5〜0.68の範囲で輪帯比を変更するのに適した
形状を有する輪帯状の二次光源を形成する。また、他方
の輪帯照明用回折光学素子により、たとえば0.68〜
0.8の範囲で輪帯比を変更するのに適した形状を有す
る輪帯状の二次光源を形成する。その結果、2種類の輪
帯照明用回折光学素子の併用により、0.5〜0.8の
範囲で輪帯比を変更することが可能になる。
However, in practice, there is a limit to the range of change of the annular zone ratio by the conical axicon system 14 due to optical design restrictions. Therefore, in the second embodiment, two types of diffractive optical elements having different characteristics are provided as the diffractive optical element 4b for annular illumination. In other words, in the second embodiment, a ring-shaped secondary light source having a shape suitable for changing the ring-ratio in the range of 0.5 to 0.68 is provided by one of the diffractive optical elements for ring-shaped illumination. Form. Further, by the other diffractive optical element for ring zone illumination, for example, 0.68 to
A zone-shaped secondary light source having a shape suitable for changing the zone ratio in the range of 0.8 is formed. As a result, it becomes possible to change the annular zone ratio within the range of 0.5 to 0.8 by using two kinds of diffractive optical elements for annular illumination in combination.

【0091】以上のように、第2実施形態の輪帯照明で
は、1つのV溝アキシコン系15しか配置されていない
ので、輪帯状の二次光源から派生的に4極状の二次光源
を得ることはできない。しかしながら、複数の輪帯照明
用回折光学素子4bを選択的に用いるとともに、円錐ア
キシコン系14、V溝アキシコン系15、およびズーム
レンズ9の作用を利用することにより、輪帯状の二次光
源の全体的な大きさおよび形状(輪帯比)、あるいは輪
帯状の二次光源から派生的に得られる2極状の二次光源
を構成する各面光源の位置、形状および大きさを適宜変
更することができる。
As described above, since only one V-groove axicon system 15 is arranged in the annular illumination of the second embodiment, the quadrupole secondary light source is derived from the annular secondary light source. Can't get However, by selectively using a plurality of diffractive optical elements 4b for annular illumination and utilizing the functions of the conical axicon system 14, the V-groove axicon system 15, and the zoom lens 9, the entire annular secondary light source is obtained. The appropriate size and shape (ring ratio), or the position, shape and size of each surface light source constituting a dipole-shaped secondary light source derived from the ring-shaped secondary light source. You can

【0092】さらに、第2実施形態の円形照明では、1
つのV溝アキシコン系15しか配置されていないので、
円形状の二次光源から派生的に4極状の二次光源を得る
ことはできない。しかしながら、複数の円形照明用回折
光学素子4cを選択的に用いるとともに、円錐アキシコ
ン系14、V溝アキシコン系15、およびズームレンズ
9の作用を利用することにより、円形状の二次光源の全
体的な大きさ、あるいは円形状の二次光源から派生的に
得られる2極状の二次光源を構成する各面光源の位置、
形状および大きさを適宜変更することができる。
Further, in the circular illumination of the second embodiment, 1
Since only one V-groove axicon system 15 is placed,
It is not possible to obtain a quadrupole secondary light source as a derivative of the circular secondary light source. However, the plurality of circular illumination diffractive optical elements 4c are selectively used, and the effects of the conical axicon system 14, the V-groove axicon system 15, and the zoom lens 9 are utilized, so that the entire circular secondary light source is The position of each surface light source that composes a dipole-shaped secondary light source derived from a secondary light source of various sizes or circular shapes,
The shape and size can be changed as appropriate.

【0093】図13は、本発明の第3実施形態にかかる
照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図
である。第3実施形態は、第1実施形態と類似の構成を
有する。しかしながら、第3実施形態では、波面分割型
のオプティカルインテグレータ(マイクロレンズアレイ
10)に代えて、内面反射型のオプティカルインテグレ
ータ(ロッド型インテグレータ70)を用いている点が
第1実施形態と基本的に相違している。以下、第1実施
形態との相違点に着目して、第3実施形態を説明する。
FIG. 13 is a view schematically showing the arrangement of an exposure apparatus having an illumination optical device according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, the third embodiment is basically different from the first embodiment in that an internal reflection type optical integrator (rod type integrator 70) is used in place of the wavefront division type optical integrator (microlens array 10). It's different. The third embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.

【0094】第3実施形態では、マイクロレンズアレイ
10に代えてロッド型インテグレータ70を配置してい
ることに対応して、回折光学素子4とロッド型インテグ
レータ70との間の光路中に、光源側から順に、ズーム
レンズ71、第2回折光学素子(またはマイクロレンズ
アレイ)72、およびインプットレンズ73を配置して
いる。また、照明視野絞りとしてのマスクブラインド1
2は、ロッド型インテグレータ70の射出面の近傍に配
置されている。
In the third embodiment, the light source side is provided in the optical path between the diffractive optical element 4 and the rod type integrator 70 corresponding to the arrangement of the rod type integrator 70 in place of the microlens array 10. A zoom lens 71, a second diffractive optical element (or a microlens array) 72, and an input lens 73 are arranged in this order from. Also, a mask blind 1 as an illumination field stop.
2 is arranged in the vicinity of the exit surface of the rod type integrator 70.

【0095】ここで、ズームレンズ71は、その前側焦
点位置が回折光学素子4の位置とほぼ一致し且つその後
側焦点位置が第2回折光学素子72の位置とほぼ一致す
るように配置されている。なお、ズームレンズ71の焦
点距離の変化は、制御系21からの指令に基づいて動作
する駆動系29により行われる。また、インプットレン
ズ73は、その前側焦点位置が第2回折光学素子72の
位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置がロッド型イン
テグレータ70の入射面の位置とほぼ一致するように配
置されている。
Here, the zoom lens 71 is arranged so that its front focal position substantially coincides with the position of the diffractive optical element 4 and its rear focal position substantially coincides with the position of the second diffractive optical element 72. . The focal length of the zoom lens 71 is changed by the drive system 29 that operates based on the command from the control system 21. Further, the input lens 73 is arranged such that its front focus position substantially coincides with the position of the second diffractive optical element 72, and its rear focus position substantially coincides with the position of the incident surface of the rod type integrator 70.

【0096】ロッド型インテグレータ70は、石英ガラ
スや蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラス
ロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での
全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面
に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。こ
こで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中
心(集光点)の光源像のみが実像となる。すなわち、ロ
ッド型インテグレータ70に入射した光束は内面反射に
より角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平
行な面に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成さ
れる。
The rod type integrator 70 is an internal reflection type glass rod made of a glass material such as quartz glass or fluorite, and utilizes total internal reflection on the boundary surface between the inside and the outside, that is, the inside surface to collect light. A number of light source images corresponding to the number of internal reflections are formed along a plane parallel to the rod entrance plane. Here, most of the light source images formed are virtual images, but only the light source image at the center (condensing point) is the real image. That is, the light flux incident on the rod type integrator 70 is angularly divided by internal reflection, and a secondary light source composed of a large number of light source images is formed along a plane that passes through the converging point and is parallel to the incident plane.

【0097】したがって、第3実施形態の4極照明(輪
帯照明または円形照明)では、照明光路に選択的に設置
された回折光学素子4a(4bまたは4c)を通過した
光束が、ズームレンズ71を介して、第2回折光学素子
72上に4極状(輪帯状または円形状)の照野を形成す
る。第2回折光学素子72を通過した光束は、インプッ
トレンズ73を介して、ロッド型インテグレータ70の
入射面の近傍に集光する。図14は、第3実施形態にお
ける第2回折光学素子の作用を説明する図である。
Therefore, in the quadrupole illumination (annular illumination or circular illumination) of the third embodiment, the light flux that has passed through the diffractive optical element 4a (4b or 4c) selectively installed in the illumination optical path is the zoom lens 71. A quadrupole (annular or circular) illumination field is formed on the second diffractive optical element 72 via. The light flux that has passed through the second diffractive optical element 72 is condensed near the entrance surface of the rod type integrator 70 via the input lens 73. FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the second diffractive optical element in the third embodiment.

【0098】図14(a)に示すように、第2回折光学
素子72が配置されていない場合、ズームレンズ71お
よびインプットレンズ73を介した光束が、ロッド型イ
ンテグレータ70の入射面70a上においてほぼ一点に
集光する。その結果、ロッド型インテグレータ70によ
りその入射側に形成される多数の光源が非常に散逸的に
なり(二次光源全体に対する各光源の充填率が小さくな
り)、実質的な面光源を得ることができなくなってしま
う。
As shown in FIG. 14A, when the second diffractive optical element 72 is not arranged, the light beam passing through the zoom lens 71 and the input lens 73 is almost on the incident surface 70a of the rod type integrator 70. Focus on one point. As a result, a large number of light sources formed on the incident side by the rod type integrator 70 become very dissipative (the filling rate of each light source with respect to the entire secondary light source becomes small), and a substantial surface light source can be obtained. I can not do it.

【0099】そこで、第3実施形態では、光束発散素子
としての第2回折光学素子72をインプットレンズ73
の前側焦点位置の近傍に配置している。こうして、図1
4(b)に示すように、第2回折光学素子72を介して
発散された光束が、インプットレンズ73を介して、ロ
ッド型インテグレータ70の入射面70a上において所
定の広がりをもって集光する。その結果、ロッド型イン
テグレータ70によりその入射側に形成される多数の光
源が非常に密実になり(二次光源全体に対する各光源の
充填率が大きくなり)、実質的な面光源としての二次光
源を得ることができる。
Therefore, in the third embodiment, the second diffractive optical element 72 as the light beam diverging element is replaced by the input lens 73.
It is arranged near the front focus position of. Thus, FIG.
As shown in FIG. 4B, the light flux diverged through the second diffractive optical element 72 is condensed with a predetermined spread on the incident surface 70a of the rod type integrator 70 through the input lens 73. As a result, a large number of light sources formed on the incident side by the rod type integrator 70 become very solid (the filling rate of each light source with respect to the entire secondary light source becomes large), and the secondary light source as a substantial surface light source. Can be obtained.

【0100】ロッド型インテグレータ70によりその入
射側に形成された4極状(輪帯状または円形状)の二次
光源からの光束は、その射出面において重畳された後、
マスクブラインド12および結像光学系13を介して、
所定のパターンが形成されたマスクMを照明する。な
お、第3実施形態では、ズームレンズ71の前側レンズ
群71aと後側レンズ群71bとの間の光路中に、光源
側から順に、第1V溝アキシコン系7および第2V溝ア
キシコン系8が配置されている。
The light flux from the quadrupole (ring-shaped or circular) secondary light source formed on the incident side by the rod type integrator 70 is superposed on the exit surface thereof, and then,
Via the mask blind 12 and the imaging optical system 13,
The mask M on which a predetermined pattern is formed is illuminated. In the third embodiment, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are arranged in order from the light source side in the optical path between the front lens group 71a and the rear lens group 71b of the zoom lens 71. Has been done.

【0101】したがって、第3実施形態の4極照明にお
いても第1実施形態と同様に、複数の4極照明用回折光
学素子4aを選択的に用いるとともに、第1V溝アキシ
コン系7、第2V溝アキシコン系8、およびズームレン
ズ71の作用を利用することにより、光軸AXを中心と
する円環状の領域において、輪帯状の二次光源を構成す
る各面光源の位置、形状および大きさを適宜変更するこ
とができる。
Therefore, also in the quadrupole illumination of the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of diffractive optical elements 4a for quadrupole illumination are selectively used, and the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove are used. By utilizing the actions of the axicon system 8 and the zoom lens 71, the position, shape and size of each surface light source forming the annular secondary light source are appropriately set in the annular region centered on the optical axis AX. Can be changed.

【0102】また、第3実施形態の輪帯照明においても
第1実施形態と同様に、複数の輪帯照明用回折光学素子
4bを選択的に用いるとともに、第1V溝アキシコン系
7、第2V溝アキシコン系8、およびズームレンズ71
の作用を利用することにより、輪帯状の二次光源の全体
的な大きさおよび形状(輪帯比)、あるいは輪帯状の二
次光源から派生的に得られる2極状の二次光源または4
極状の二次光源を構成する各面光源の位置、形状および
大きさを適宜変更することができる。
Also in the annular illumination of the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of diffractive optical elements 4b for annular illumination are selectively used, and the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove are used. Axicon system 8 and zoom lens 71
By utilizing the effect of the above, the overall size and shape (ring ratio) of the ring-shaped secondary light source, or the dipole-shaped secondary light source or 4 derived from the ring-shaped secondary light source or 4
The position, shape, and size of each surface light source forming the polar secondary light source can be appropriately changed.

【0103】さらに、第3実施形態の円形照明において
も第1実施形態と同様に、複数の円形照明用回折光学素
子4cを選択的に用いるとともに、第1V溝アキシコン
系7、第2V溝アキシコン系8、およびズームレンズ7
1の作用を利用することにより、円形状の二次光源の全
体的な大きさ、あるいは円形状の二次光源から派生的に
得られる2極状の二次光源または4極状の二次光源を構
成する各面光源の位置、形状および大きさを適宜変更す
ることができる。
Further, also in the circular illumination of the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of diffractive optical elements 4c for circular illumination are selectively used, and the first V groove axicon system 7 and the second V groove axicon system are used. 8 and zoom lens 7
By utilizing the action of 1, the overall size of the circular secondary light source, or a dipole secondary light source or a quadrupole secondary light source derived from the circular secondary light source The position, shape, and size of each surface light source that composes can be appropriately changed.

【0104】なお、図示を省略したが、第2実施形態に
おける波面分割型のオプティカルインテグレータ(マイ
クロレンズアレイ10)に代えて、内面反射型のオプテ
ィカルインテグレータ(ロッド型インテグレータ70)
を用いる第4実施形態も可能である。この場合、回折光
学素子4とロッド型インテグレータ70との間の光路中
に、光源側から順に、ズームレンズ71、第2回折光学
素子(またはマイクロレンズアレイ)72、およびイン
プットレンズ73を配置する点は第3実施形態と同様で
ある。こうして、第4実施形態では、円錐アキシコン系
14、V溝アキシコン系15、およびズームレンズ71
の作用を利用することにより、第2実施形態と同様に多
様な4極照明、輪帯照明、および円形照明を行うことが
できる。
Although not shown, the wavefront splitting type optical integrator (microlens array 10) in the second embodiment is replaced with an internal reflection type optical integrator (rod type integrator 70).
The fourth embodiment using is also possible. In this case, the zoom lens 71, the second diffractive optical element (or microlens array) 72, and the input lens 73 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the diffractive optical element 4 and the rod integrator 70. Is the same as in the third embodiment. Thus, in the fourth embodiment, the conical axicon system 14, the V-groove axicon system 15, and the zoom lens 71.
By utilizing the action of, various quadrupole illumination, annular illumination, and circular illumination can be performed as in the second embodiment.

【0105】以上のように、第1実施形態〜第4実施形
態において、V溝アキシコン系(7、8または15)の
間隔を変化させることにより、二次光源の全体の大きさ
および形状がX方向またはZ方向に変化する。その結
果、マスクM上の直交する二方向(X方向およびY方
向)で互いに異なる照明条件を実現することができ、ひ
いてはパターンに方向性があるマスクM上の直交する二
方向で最適な照明条件を設定することができる。
As described above, in the first to fourth embodiments, by changing the spacing of the V-groove axicon system (7, 8 or 15), the overall size and shape of the secondary light source is X. Direction or Z direction. As a result, different illumination conditions can be realized in the two orthogonal directions (X direction and Y direction) on the mask M, and by extension, the optimal illumination conditions in the two orthogonal directions on the mask M having a directional pattern. Can be set.

【0106】なお、一対のV溝アキシコン系7および8
だけを備えた第1実施形態および第3実施形態は、メモ
リー(DRAMなど)のリソグラフィー工程に特に好適
である。また、円錐アキシコン系14と1つのV溝アキ
シコン系15とだけを備えた第2実施形態および第4実
施形態は、ロジックデバイス(MPUなど)のリソグラ
フィー工程に特に好適である。さらに、円錐アキシコン
系と一対のV溝アキシコン系とを備えた変形例も可能で
あり、この変形例は半導体デバイスを含む一般的なマイ
クロデバイスのリソグラフィー工程に好適である。
A pair of V-groove axicon systems 7 and 8
The first embodiment and the third embodiment having only the above are particularly suitable for a lithography process of a memory (DRAM or the like). Further, the second embodiment and the fourth embodiment provided with only the conical axicon system 14 and one V-groove axicon system 15 are particularly suitable for a lithography process of a logic device (MPU or the like). Further, a modification including a conical axicon system and a pair of V-groove axicon systems is also possible, and this modification is suitable for a lithography process of a general microdevice including a semiconductor device.

【0107】次に、各実施形態における本発明の特徴的
な構成および作用についてさらに詳細に説明する。ま
ず、第1実施形態(第3実施形態でも同様)では、第1
V溝アキシコン系7(第1アキシコン系)は、光源側か
ら順に、光軸AXに沿って移動可能に構成された第1プ
リズム部材7aと、光軸AXに沿って固定された第2プ
リズム部材7bとから構成されている。また、第2V溝
アキシコン系8(第2アキシコン系)は、光源側から順
に、光軸AXに沿って固定された第1プリズム部材8a
と、光軸AXに沿って移動可能に構成された第2プリズ
ム部材8bとから構成されている。
Next, the characteristic structure and operation of the present invention in each embodiment will be described in more detail. First, in the first embodiment (the same applies to the third embodiment), the first
The V-groove axicon system 7 (first axicon system) includes a first prism member 7a configured to be movable along the optical axis AX and a second prism member fixed along the optical axis AX in order from the light source side. 7b and. The second V-groove axicon system 8 (second axicon system) is a first prism member 8a fixed along the optical axis AX in order from the light source side.
And a second prism member 8b configured to be movable along the optical axis AX.

【0108】このように、第1実施形態では、第1V溝
アキシコン系7および第2V溝アキシコン系8を構成す
る4つのプリズム部材(7a,7b,8a,8b)のう
ち、外側に配置された2つのプリズム部材(7a,8
b)が光軸AXに沿って移動可能に構成され、内側に配
置された2つのプリズム部材(7b,8a)が光軸AX
に沿って固定されている。その結果、第1実施形態で
は、第1プリズム部材7aを光軸AXに沿って移動させ
るための第1移動機構(不図示)と、第2プリズム部材
8bを光軸AXに沿って移動させるための第2移動機構
(不図示)との間隔が十分に大きく確保されるので、移
動機構同士の機械的な干渉を確実に回避することがで
き、ひいてはコンパクトな全体構成を実現することがで
きる。
As described above, in the first embodiment, the four prism members (7a, 7b, 8a, 8b) forming the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are arranged outside. Two prism members (7a, 8
b) is configured to be movable along the optical axis AX, and the two prism members (7b, 8a) arranged on the inside are provided with the optical axis AX.
Is fixed along. As a result, in the first embodiment, a first moving mechanism (not shown) for moving the first prism member 7a along the optical axis AX and a second moving mechanism for moving the second prism member 8b along the optical axis AX. Since a sufficiently large distance is secured to the second moving mechanism (not shown), mechanical interference between the moving mechanisms can be reliably avoided, and a compact overall structure can be realized.

【0109】また、第2実施形態(第4実施形態でも同
様)においても、円錐アキシコン系14(第1アキシコ
ン系)は、光源側から順に、光軸AXに沿って移動可能
に構成された第1プリズム部材14aと、光軸AXに沿
って固定された第2プリズム部材14bとから構成され
ている。また、V溝アキシコン系15(第2アキシコン
系)は、光源側から順に、光軸AXに沿って固定された
第1プリズム部材15aと、光軸AXに沿って移動可能
に構成された第2プリズム部材15bとから構成されて
いる。
Also in the second embodiment (similarly to the fourth embodiment), the conical axicon system 14 (first axicon system) is arranged so as to be movable along the optical axis AX in order from the light source side. It is composed of one prism member 14a and a second prism member 14b fixed along the optical axis AX. The V-groove axicon system 15 (second axicon system) has a first prism member 15a fixed along the optical axis AX and a second prism configured to be movable along the optical axis AX in order from the light source side. It is composed of a prism member 15b.

【0110】このように、第2実施形態では、円錐アキ
シコン系14およびV溝アキシコン系15を構成する4
つのプリズム部材(14a,14b,15a,15b)
のうち、外側に配置された2つのプリズム部材(14
a,15b)が光軸AXに沿って移動可能に構成され、
内側に配置された2つのプリズム部材(14b,15
a)が光軸AXに沿って固定されている。その結果、第
2実施形態においても、第1プリズム部材14aを光軸
AXに沿って移動させるための第1移動機構(不図示)
と、第2プリズム部材15bを光軸AXに沿って移動さ
せるための第2移動機構(不図示)との間隔が十分に大
きく確保されるので、移動機構同士の機械的な干渉を確
実に回避することができ、ひいてはコンパクトな全体構
成を実現することができる。
As described above, in the second embodiment, the conical axicon system 14 and the V-groove axicon system 15 are formed.
Two prism members (14a, 14b, 15a, 15b)
Of the two prism members (14
a, 15b) is movable along the optical axis AX,
Two prism members (14b, 15) arranged inside
a) is fixed along the optical axis AX. As a result, also in the second embodiment, a first moving mechanism (not shown) for moving the first prism member 14a along the optical axis AX.
And a second moving mechanism (not shown) for moving the second prism member 15b along the optical axis AX are sufficiently large, so that mechanical interference between the moving mechanisms is surely avoided. Therefore, a compact overall structure can be realized.

【0111】なお、第1実施形態では、図15に示すよ
うに、第1V溝アキシコン系7および第2V溝アキシコ
ン系8を構成する4つのプリズム部材(7a,7b,8
a,8b)のうち、光軸AXに沿って固定された内側の
2つのプリズム部材(7b,8a)を一体的に1つのプ
リズム部材7a8bとして形成することが好ましい。こ
の構成により、第1V溝アキシコン系7および第2V溝
アキシコン系8における光の透過率を向上させるととも
に、プリズム部材の製造誤差および位置決め誤差を抑え
ることができ、ひいては高精度で高性能なアキシコン系
を実現することができる。同様に、図示を省略したが、
第2実施形態における円錐アキシコン系14およびV溝
アキシコン系15を構成する4つのプリズム部材(14
a,14b,15a,15b)のうち、光軸AXに沿っ
て固定された内側の2つのプリズム部材(14b,15
a)を一体的に1つのプリズム部材として形成すること
が好ましい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 15, the four prism members (7a, 7b, 8) forming the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are formed.
Of the a, 8b), it is preferable that the two inner prism members (7b, 8a) fixed along the optical axis AX are integrally formed as one prism member 7a8b. With this configuration, the transmittance of light in the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 can be improved, and the manufacturing error and the positioning error of the prism member can be suppressed, which in turn results in a highly accurate and high-performance axicon system. Can be realized. Similarly, although not shown,
The four prism members (14 included in the conical axicon system 14 and the V-groove axicon system 15 according to the second embodiment).
a, 14b, 15a, 15b), two inner prism members (14b, 15b) fixed along the optical axis AX.
It is preferable to integrally form a) as one prism member.

【0112】図16は、円錐アキシコン系およびV溝ア
キシコン系の一般的な光学作用を説明する図である。ま
た、図17は、円錐アキシコン系の円錐状屈折面の頂点
に対応して形成される円形状の影領域およびV溝アキシ
コン系のV字状屈折面の稜線に対応して形成される直線
状の影領域を示す図である。図16を参照すると、光軸
AXに対して平行に円錐アキシコン系またはV溝アキシ
コン系の第1プリズム部材に入射した光線は、その屈折
作用により光軸AXに対して角度αをなして光軸AXか
ら離れる方向に射出され、第2プリズム部材に入射す
る。
FIG. 16 is a diagram for explaining the general optical action of the conical axicon system and the V-groove axicon system. Further, FIG. 17 shows a circular shadow region formed corresponding to the apex of the conical refracting surface of the conical axicon system and a straight line formed corresponding to the ridge of the V-shaped refracting surface of the V groove axicon system. It is a figure which shows the shadow area of. Referring to FIG. 16, a light beam incident on the first prism member of the conical axicon system or the V-groove axicon system in parallel to the optical axis AX forms an angle α with the optical axis AX due to the refraction action. It is emitted in a direction away from AX and enters the second prism member.

【0113】第2プリズム部材に入射した光線は、その
屈折作用を受けた後、光軸AXに対して平行に射出され
る。このとき、第2プリズム部材から光軸AXに対して
平行に射出される光線の光軸AXからの高さh2と、光
軸AXに対して平行に第1プリズム部材へ入射する光線
の光軸AXからの高さh1との差はΔh(=h2−h
1)となる。角度α(単位:度)は、次の式(1)で表
される。
The light beam incident on the second prism member is refracted and then emitted parallel to the optical axis AX. At this time, the height h2 of the light beam emitted from the second prism member parallel to the optical axis AX and the optical axis of the light beam incident on the first prism member parallel to the optical axis AX. The difference from the height h1 from AX is Δh (= h2-h
It becomes 1). The angle α (unit: degree) is expressed by the following equation (1).

【数1】 α=sin-1{n×sin(90−θ)}+θ−90 =sin-1(n×cosθ)+θ−90 (1)## EQU1 ## α = sin −1 {n × sin (90−θ)} + θ−90 = sin −1 (n × cos θ) + θ−90 (1)

【0114】ここで、nは、アキシコン系の第1プリズ
ム部材および第2プリズム部材を形成する光学材料の露
光光に対する屈折率である。なお、各実施形態において
光源1としてArFエキシマレーザー光源(波長193
nm)を用いる場合、さらに一般的には例えば200n
m以下の波長を有する光を供給する光源を用いる場合、
蛍石(CaF2)を用いて各アキシコン系(7,8,1
4,15)を形成することにより、レーザー光に対する
耐久性を向上させることができる。
Here, n is the refractive index of the optical material forming the first and second axicon prism members to the exposure light. In each embodiment, the light source 1 is an ArF excimer laser light source (wavelength 193).
nm), more generally, for example, 200 n
When using a light source that supplies light having a wavelength of m or less,
Each axicon system (7,8,1) using fluorite (CaF 2 )
By forming 4, 15), the durability against laser light can be improved.

【0115】一方、Δhは、次の式(2)で表される。 Δh=A×L (2) ただし、 A=(tanα× tanθ)/(tanθ−tanα)On the other hand, Δh is expressed by the following equation (2). Δh = A × L (2) However, A = (tan α × tan θ) / (tan θ−tan α)

【0116】ここで、Lは、各アキシコン系における第
1プリズム部材の屈折面と第2プリズム部材の屈折面と
の光軸AXに沿った間隔(図16を参照)である。さら
に、2θは、円錐アキシコン系における円錐状屈折面の
頂角またはV溝アキシコン系におけるV字状屈折面の交
差角である。
Here, L is the distance along the optical axis AX between the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member in each axicon system (see FIG. 16). Further, 2θ is the apex angle of the conical refracting surface in the conical axicon system or the intersection angle of the V-shaped refracting surface in the V-groove axicon system.

【0117】ところで、第1実施形態の円形照明におい
て、第1V溝アキシコン系7の第1プリズム部材7aの
屈折面と第2プリズム部材7bの屈折面との間隔および
第2V溝アキシコン系8の第1プリズム部材8aの屈折
面と第2プリズム部材8bの屈折面との間隔がともに所
定の間隔に設定された場合、マイクロレンズアレイ10
の後側焦点面に形成される円形状の二次光源には、図1
7(a)に示すように、第1V溝アキシコン系7および
第2V溝アキシコン系8のV字状屈折面の稜線に対応し
て十字状の影領域(図中、空白領域で示す)が形成され
る。
By the way, in the circular illumination of the first embodiment, the distance between the refracting surface of the first prism member 7a and the refracting surface of the second prism member 7b of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are adjusted. When the distance between the refracting surface of the first prism member 8a and the refracting surface of the second prism member 8b is both set to a predetermined distance, the microlens array 10
The circular secondary light source formed on the rear focal plane of
As shown in FIG. 7 (a), a cross-shaped shadow area (indicated by a blank area in the figure) is formed corresponding to the ridge line of the V-shaped refracting surface of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8. To be done.

【0118】また、第2実施形態の円形照明において、
円錐アキシコン系14の第1プリズム部材14aの屈折
面と第2プリズム部材14bの屈折面との間隔が所定の
間隔に設定された場合、マイクロレンズアレイ10の後
側焦点面に形成される円形状の二次光源には、図17
(b)に示すように、円錐アキシコン系14の円錐状屈
折面の頂点に対応して円形状の影領域(図中、空白領域
で示す)が形成される。
Further, in the circular illumination of the second embodiment,
When the distance between the refracting surface of the first prism member 14a and the refracting surface of the second prism member 14b of the conical axicon system 14 is set to a predetermined distance, a circular shape formed on the rear focal plane of the microlens array 10. The secondary light source of FIG.
As shown in (b), a circular shadow area (indicated by a blank area in the drawing) is formed corresponding to the apex of the conical refracting surface of the conical axicon system 14.

【0119】この場合、マイクロレンズアレイ10の後
側焦点面に形成される円形状の二次光源の直径D1は、
次の式(3)で表される。また、十字状の影領域を構成
する直線状の影領域の幅D2および円形状の影領域の直
径D2は、次の式(4)で表される。
In this case, the diameter D1 of the circular secondary light source formed on the back focal plane of the microlens array 10 is
It is expressed by the following equation (3). The width D2 of the linear shadow area and the diameter D2 of the circular shadow area that form the cross shadow area are expressed by the following equation (4).

【数2】 D1=2×f3×(f1×sinψmax)/f2 (3) D2=2×Δh×f3/f2 =2×A×L×f3/f2 (4)## EQU2 ## D1 = 2 × f 3 × (f 1 × sin ψ max ) / f 2 (3) D2 = 2 × Δh × f 3 / f 2 = 2 × A × L × f 3 / f 2 (4)

【0120】ここで、ψmaxは、光束変換素子としての
回折光学素子4の最大回折角である。また、f1は、ア
フォーカルレンズ(第1光学系)5の前側レンズ群(第
1レンズ群)5aの焦点距離である。さらに、f2は、
アフォーカルレンズ5の後側レンズ群(第2レンズ群)
5bの焦点距離である。また、f3は、ズームレンズ
(第2光学系)9の焦点距離である。
Here, ψ max is the maximum diffraction angle of the diffractive optical element 4 as the light beam conversion element. Further, f 1 is a focal length of the front lens group (first lens group) 5a of the afocal lens (first optical system) 5. Furthermore, f 2 is
Rear lens group of afocal lens 5 (second lens group)
The focal length is 5b. Further, f 3 is the focal length of the zoom lens (second optical system) 9.

【0121】式(4)を参照すると、第1プリズム部材
の屈折面と第2プリズム部材の屈折面との間隔Lを零に
することにより、すなわち第1プリズム部材の屈折面と
第2プリズム部材の屈折面とを当接させることにより、
十字状の影領域や円形状の影領域の発生を回避できるこ
とがわかる。しかしながら、円錐アキシコン系14の第
1プリズム部材14aの円錐状の凹状屈折面の頂点部分
およびV溝アキシコン系(7,8)の第1プリズム部材
のV字状の凹状屈折面の稜線部分を所望の面精度で理想
形状に形成することは困難である。また、第1プリズム
部材の屈折面と第2プリズム部材の屈折面とを当接させ
ると、円錐アキシコン系14の第2プリズム部材14b
の円錐状の凸状屈折面の頂点部分およびV溝アキシコン
系(7,8)の第2プリズム部材のV字状の凸状屈折面
の稜線部分が破損し易い。
Referring to the equation (4), the gap L between the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member is set to zero, that is, the refracting surface of the first prism member and the second prism member. By contacting the refracting surface of
It can be seen that the generation of cross-shaped shadow areas and circular shadow areas can be avoided. However, the apex portion of the conical concave refracting surface of the first prism member 14a of the conical axicon system 14 and the ridge portion of the V-shaped concave refracting surface of the first groove member of the V-groove axicon system (7, 8) are desired. It is difficult to form an ideal shape with the surface accuracy of. When the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member are brought into contact with each other, the second prism member 14b of the conical axicon system 14 is brought into contact.
The apex portion of the conical convex refracting surface and the ridge portion of the V-shaped convex refracting surface of the second prism member of the V-groove axicon system (7, 8) are easily damaged.

【0122】そこで、実際には、第1プリズム部材の屈
折面と第2プリズム部材の屈折面とを当接させることは
不可能であり、第1プリズム部材の屈折面と第2プリズ
ム部材の屈折面との間隔Lが所定の値よりも小さくする
ことはできない。その結果、円形状の二次光源において
十字状の影領域や円形状の影領域の発生が不可避であ
る。この場合、特に小σの円形照明を行うと、マイクロ
レンズアレイ10の後側焦点面に形成される円形状の二
次光源の直径D1が小さくなるので、十字状の影領域や
円形状の影領域が二次光源を占める割合が大きくなり、
ひいては照明瞳における光強度分布に与える影響が大き
くなる。したがって、十字状の影領域の幅D2や円形状
の影領域の直径D2をできるだけ小さく抑えることが必
要である。
Therefore, in reality, it is impossible to bring the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member into contact with each other, and the refracting surface of the first prism member and the refraction surface of the second prism member are refracted. The distance L from the surface cannot be made smaller than a predetermined value. As a result, it is inevitable that a cross-shaped shadow area or a circular shadow area is generated in the circular secondary light source. In this case, when the circular illumination with a small σ is particularly performed, the diameter D1 of the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 10 becomes small, so that a cross-shaped shadow region or a circular shadow is generated. The proportion of the area occupied by the secondary light source increases,
As a result, the influence on the light intensity distribution in the illumination pupil increases. Therefore, it is necessary to keep the width D2 of the cross shadow area and the diameter D2 of the circular shadow area as small as possible.

【0123】具体的には、十字状の影領域や円形状の影
領域の影響を実質的に受けることなく照明瞳において所
望の光強度分布を得るには、十字状の影領域の幅D2や
円形状の影領域の直径D2をマイクロレンズアレイ10
の後側焦点面に形成される円形状の二次光源の直径D1
の1/10以下に抑えること、すなわちD1≦D2/1
0の条件を満足することが必要である。D1≦D2/1
0の条件は、具体的には式(3)および(4)を参照す
ると、次の式(5)で表され、最終的には式(6)で表
される。 2×A×L×f3/f2≦2×f3×(f1×sinψmax)/(10×f2) (5) A×L≦(f1×sinψmax)/10 (6)
Specifically, in order to obtain a desired light intensity distribution in the illumination pupil without being substantially affected by the cross shadow area or the circular shadow area, the width D2 of the cross shadow area or The diameter D2 of the circular shadow area is set to the microlens array 10.
Diameter D1 of the circular secondary light source formed on the rear focal plane
1/10 or less, that is, D1 ≦ D2 / 1
It is necessary to satisfy the condition of 0. D1 ≦ D2 / 1
Specifically, the condition of 0 is represented by the following equation (5) and finally by the equation (6) with reference to the equations (3) and (4). 2 × A × L × f 3 / f 2 ≦ 2 × f 3 × (f 1 × sin ψ max ) / (10 × f 2 ) (5) A × L ≦ (f 1 × sin ψ max ) / 10 (6)

【0124】上述したように、V溝アキシコン系(7,
8)の第1プリズム部材のV字状の凹状屈折面の稜線部
分を所望の面精度で理想形状に形成することは困難であ
る。その結果、第1プリズム部材の屈折面と第2プリズ
ム部材の屈折面との間隔Lを所定の値よりも小さくする
ことができず、円形状の二次光源において十字状の影領
域が発生する。そこで、第1プリズム部材の屈折面と第
2プリズム部材の屈折面との最小間隔をできるだけ小さ
くし、ひいては円形状の二次光源において形成される十
字状の影領域の幅D2をできるだけ小さくするには、図
18に示すように、光軸AXと屈折面の稜線とを含む面
(図中、光軸AXを含んで紙面に垂直な面)に沿って分
割された2つのプリズム部材81および82によって第
1プリズム83を構成するのが有効である。
As described above, the V-groove axicon system (7,
It is difficult to form the ridge portion of the V-shaped concave refracting surface of the first prism member of 8) with an ideal shape with desired surface accuracy. As a result, the distance L between the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member cannot be made smaller than a predetermined value, and a cross-shaped shadow area is generated in the circular secondary light source. . Therefore, the minimum distance between the refracting surface of the first prism member and the refracting surface of the second prism member is made as small as possible, and by extension, the width D2 of the cross-shaped shadow region formed in the circular secondary light source is made as small as possible. As shown in FIG. 18, two prism members 81 and 82 divided along a plane including the optical axis AX and the ridgeline of the refracting surface (in the figure, a plane including the optical axis AX and perpendicular to the paper surface). It is effective to configure the first prism 83 with.

【0125】この場合、たとえば分割プリズム部材81
の光軸AXに沿った面81aに対向する外側端面81b
に保持機構の固定支持面84を当接させるとともに、分
割プリズム部材82の光軸AXに沿った面82aに対向
する外側端面82bに保持機構の可動支持面85を当接
させながら矢印Fに沿って付勢する。こうして、分割プ
リズム部材81の面81aと分割プリズム部材82の面
82aとは、接着剤などを介することなく、いわゆる面
タッチ状態で姿勢保持される。
In this case, for example, the split prism member 81
The outer end face 81b facing the face 81a along the optical axis AX of
While the fixed support surface 84 of the holding mechanism is brought into contact with the outer end surface 82b of the split prism member 82 facing the surface 82a along the optical axis AX, the movable support surface 85 of the holding mechanism is brought into contact with the outer end surface 82b of the split prism member 82 along the arrow F. Force. In this way, the surface 81a of the split prism member 81 and the surface 82a of the split prism member 82 are held in a so-called surface-touch state without interposing an adhesive or the like.

【0126】ところで、円錐アキシコン系における円錐
状屈折面の頂角2θ(単位:度)またはV溝アキシコン
系におけるV字状屈折面の交差角2θは、理論的には9
0度よりも大きく且つ180度よりも小さいが、実際に
は以下の条件式(7)を満足することが好ましい。 120<2θ<160 (7)
By the way, the apex angle 2θ (unit: degree) of the conical refracting surface in the conical axicon system or the crossing angle 2θ of the V-shaped refracting surface in the V-groove axicon system is 9 theoretically.
Although it is larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees, it is actually preferable that the following conditional expression (7) is satisfied. 120 <2θ <160 (7)

【0127】条件式(7)の下限値を下回ると、同じΔ
hを発生させるのに必要な間隔Lが小さ過ぎて、Δhの
高精度な制御が困難になるので不都合である。また、条
件式(7)の上限値を上回ると、同じΔhを発生させる
のに必要な間隔Lが大き過ぎて、アキシコン系の大型化
を、ひいては装置の大型化を招くので不都合である。こ
のように、アキシコン系における頂角2θまたは交差角
2θについて制約があり、且つアキシコン系における屈
折面の間隔Lについても制約がある。したがって、特に
4極照明において、V溝アキシコン系による各面光源の
移動比率(すなわち移動先の面光源の座標位置に対する
移動元の面光源の座標位置)には光学設計上の制約があ
り、各面光源の移動範囲には制限がある。
Below the lower limit of conditional expression (7), the same Δ
This is inconvenient because the interval L required to generate h is too small and it becomes difficult to control Δh with high accuracy. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, the interval L required to generate the same Δh is too large, which leads to an increase in the size of the axicon system and, in turn, a device. As described above, there are restrictions on the apex angle 2θ or the crossing angle 2θ in the axicon system, and also in the distance L between the refracting surfaces in the axicon system. Therefore, particularly in the quadrupole illumination, there is an optical design restriction on the movement ratio of each surface light source by the V-groove axicon system (that is, the coordinate position of the movement source surface light source with respect to the movement destination surface light source). There is a limit to the moving range of the surface light source.

【0128】そこで、第1実施形態では、4つの面光源
の中心点を結んで形成される四角形が細長い長方形にな
るような4極状の二次光源を初期的に形成し、第1V溝
アキシコン系7および第2V溝アキシコン系8の作用に
より、さらに多様な4極照明を行うことができる。具体
的には、第1実施形態では、図5に示すように、第1の
4極照明用回折光学素子により、4つの面光源の中心点
を結んで形成される四角形が正方形になるような4極状
の二次光源を初期的に形成し、第1V溝アキシコン系7
および第2V溝アキシコン系8の作用により、各面光源
をその形状および大きさを維持したままZ方向およびX
方向に沿って光軸AXを挟んで対称に移動させる。
Therefore, in the first embodiment, a quadrupole secondary light source is initially formed such that the quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources is an elongated rectangle, and the first V-groove axicon is used. Due to the actions of the system 7 and the second V-groove axicon system 8, a wider variety of quadrupole illumination can be performed. Specifically, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources by the first diffractive optical element for quadrupole illumination becomes a square. A quadrupole secondary light source is initially formed, and a first V-groove axicon system 7 is formed.
By the action of the second V-groove axicon system 8, each surface light source is maintained in the Z direction and the X direction while maintaining its shape and size.
The optical axis AX is symmetrically moved along the direction.

【0129】これに加えて、第1実施形態では、図19
(a)に示すように、第2の4極照明用回折光学素子に
より、4つの面光源の中心点を結んで形成される四角形
がX方向に沿って細長い長方形になるような4極状の二
次光源を形成する。また、第1実施形態では、図19
(b)に示すように、第3の4極照明用回折光学素子に
より、4つの面光源の中心点を結んで形成される四角形
がZ方向に沿って細長い長方形になるような4極状の二
次光源を形成する。そして、第1V溝アキシコン系7お
よび第2V溝アキシコン系8の作用により、図中矢印で
示すように、各面光源をその形状および大きさを維持し
たままZ方向およびX方向に沿って光軸AXを挟んで対
称に移動させる。
In addition to this, in the first embodiment, as shown in FIG.
As shown in (a), by the second diffractive optical element for quadrupole illumination, the quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources becomes a long and narrow rectangle along the X direction. Form a secondary light source. Further, in the first embodiment, FIG.
As shown in (b), by the third diffractive optical element for illuminating quadrupoles, the quadrangle formed by connecting the center points of the four surface light sources becomes a slender rectangle along the Z direction. Form a secondary light source. Then, by the action of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8, as shown by the arrows in the figure, each surface light source is maintained along its optical axis along the Z and X directions while maintaining its shape and size. Move symmetrically across AX.

【0130】上述の各実施形態にかかる露光装置では、
照明光学装置によってマスク(レチクル)を照明し(照
明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写
用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、上述の各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20のフローチャート
を参照して説明する。
In the exposure apparatus according to each of the above embodiments,
A mask (reticle) is illuminated by an illumination optical device (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed on a photosensitive substrate using a projection optical system (exposure step), thereby producing a microdevice (semiconductor element). , Imaging devices, liquid crystal display devices, thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured. 20 is a flowchart showing 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 each of the above-described embodiments. It will be described with reference to FIG.

【0131】先ず、図20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30
3において、上述の各実施形態の露光装置を用いて、マ
スク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. 20,
A metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, photoresist is applied on the metal film on the wafer of the 1 lot. Then step 30
3, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the one lot through the projection optical system by using the exposure apparatus of each of the above-described embodiments. 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.

【0132】また、上述の各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21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21において、パタ
ーン形成工程401では、上述の各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(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、レジスト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 each of the above-mentioned embodiments,
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. 21, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step is performed in which the mask pattern is transferred onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) by using the exposure apparatus according to each of the above-described embodiments. It By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate is subjected to a developing process, an etching process, a resist stripping process, and the like to form a predetermined pattern on the substrate, and then the process proceeds to the next color filter forming process 402.

【0133】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.

【0134】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 a 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.

【0135】なお、上述の各実施形態では、変形照明に
おいて4極状や輪帯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。
In each of the above-described embodiments, the quadrupole-shaped or annular-shaped secondary light source is exemplarily formed in the modified illumination, but the two-pole surface light source is eccentric to the optical axis. It is also possible to form a so-called multi-pole or multi-pole secondary light source such as a rectangular secondary light source or an octopole secondary light source composed of eight surface light sources eccentric to the optical axis.

【0136】また、上述の各実施形態では、照明光学装
置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明した
が、マスク以外の被照射面を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。
In each of the above embodiments, the present invention has been described by taking the projection exposure apparatus equipped with the illumination optical device as an example. Obviously, the invention can be applied.

【0137】[0137]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、アキシコン系の作用により4極状や輪帯状の
二次光源を適宜変化させて、被照射面上の直交する二方
向で互いに異なる照明条件を実現することができる。し
たがって、被照射面上の直交する二方向で互いに異なる
照明条件を実現することのできる本発明の照明光学装置
を組み込んだ露光装置および露光方法では、パターンに
方向性があるマスク上の直交する二方向で最適な照明条
件を設定することができ、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ができる。
As described above, in the illumination optical apparatus of the present invention, the quadrupole-shaped or annular-shaped secondary light source is appropriately changed by the action of the axicon system so that it can be changed in two orthogonal directions on the illuminated surface. Lighting conditions different from each other can be realized. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method incorporating the illumination optical device of the present invention, which can realize different illumination conditions in the two directions orthogonal to each other on the surface to be illuminated, the two orthogonal directions on the mask having a directional pattern are provided. Optimal illumination conditions can be set depending on the direction, and good microdevices can be manufactured under good illumination conditions.

【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を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】マイクロレンズアレイの後側焦点面に形成され
る4極状の二次光源の構成を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a quadrupole secondary light source formed on the back focal plane of the microlens array.

【図3】第1実施形態においてアフォーカルレンズの前
側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された
2つのアキシコン系の構成を概略的に示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of two axicon systems arranged in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in the first embodiment.

【図4】第1実施形態の4極照明において形成される二
次光源に対するズームレンズの作用を説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the zoom lens with respect to the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the first embodiment.

【図5】第1実施形態の4極照明において形成される二
次光源に対する第1V溝アキシコン系および第2V溝ア
キシコン系の作用を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the first embodiment.

【図6】第1実施形態の輪帯照明において形成される二
次光源に対するズームレンズの作用を説明する図であ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining the action of the zoom lens with respect to the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.

【図7】第1実施形態の輪帯照明において形成される二
次光源に対する第1V溝アキシコン系および第2V溝ア
キシコン系の作用を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.

【図8】第1実施形態の円形照明において形成される二
次光源に対する第1V溝アキシコン系および第2V溝ア
キシコン系の作用を説明する図である。
FIG. 8 is a view for explaining the action of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system for the secondary light source formed in the circular illumination of the first embodiment.

【図9】本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。第2実
施形態においてアフォーカルレンズの光路中に配置され
た円錐アキシコン系およびV溝アキシコン系の構成を概
略的に示す斜視図である。
FIG. 9 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. It is a perspective view which shows roughly the structure of the conical axicon system and V groove | channel axicon system arrange | positioned in the optical path of the afocal lens in 2nd Embodiment.

【図10】第2実施形態においてアフォーカルレンズの
光路中に配置された円錐アキシコン系およびV溝アキシ
コン系の構成を概略的に示す斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configurations of a conical axicon system and a V-groove axicon system arranged in the optical path of the afocal lens in the second embodiment.

【図11】第2実施形態の4極照明において形成される
二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図
である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system on the secondary light source formed in the quadrupole illumination of the second embodiment.

【図12】第2実施形態の輪帯照明において形成される
二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図
である。
FIG. 12 is a diagram for explaining the action of a conical axicon system with respect to a secondary light source formed in the annular illumination of the second embodiment.

【図13】本発明の第3実施形態にかかる照明光学装置
を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a third embodiment of the present invention.

【図14】第3実施形態における第2回折光学素子の作
用を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the second diffractive optical element in the third embodiment.

【図15】2つのアキシコン系を構成する4つのプリズ
ム部材のうち、光軸に沿って固定された内側の2つのプ
リズム部材を一体的に形成した構成を概略的に示す斜視
図である。
FIG. 15 is a perspective view schematically showing a configuration in which two inner prism members that are fixed along the optical axis are integrally formed among the four prism members that form the two axicon systems.

【図16】円錐アキシコン系およびV溝アキシコン系の
一般的な光学作用を説明する図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating general optical actions of a conical axicon system and a V-groove axicon system.

【図17】円錐アキシコン系の円錐状屈折面の頂点に対
応して形成される円形状の影領域およびV溝アキシコン
系のV字状屈折面の稜線に対応して形成される直線状の
影領域を示す図である。
FIG. 17 is a circular shadow region formed corresponding to the apex of a conical refracting surface of a conical axicon system and a linear shadow formed corresponding to a ridge of a V-shaped refracting surface of a V-groove axicon system. It is a figure showing a field.

【図18】稜線に沿って分割された2つのプリズム部材
でV溝アキシコン系の第1プリズムを構成した例を示す
図である。
FIG. 18 is a diagram showing an example in which a V-groove axicon-type first prism is configured with two prism members divided along an edge line.

【図19】4つの面光源の中心点を結んで形成される四
角形が細長い長方形になるような4極状の二次光源を初
期的に形成する例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of initially forming a quadrupole secondary light source in which a quadrangle formed by connecting the center points of four surface light sources is an elongated rectangle.

【図20】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. 20 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.

【図21】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. 21 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 4 回折光学素子 5 アフォーカルレンズ 7,8,16 V溝アキシコン系 9 ズームレンズ 10 マイクロレンズアレイ 11 コンデンサー光学系 12 マスクブラインド 13 結像光学系 14 円錐アキシコン系 70 ロッド型インテグレータ 71 ズームレンズ 73 インプットレンズ M マスク PL 投影光学系 W ウェハ 20 入力手段 21 制御系 22〜29 駆動系 1 light source 4 Diffractive optical element 5 Afocal lens 7,8,16 V groove axicon system 9 Zoom lens 10 micro lens array 11 Condenser optical system 12 mask blinds 13 Imaging optical system 14 Conical axicon system 70 Rod type integrator 71 Zoom lens 73 Input lens M mask PL projection optical system W wafer 20 Input means 21 Control system 22-29 drive system

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源手段からの光束に基づいて二次光源
を形成するための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被照射面へ導く
ための導光光学系とを備えた照明光学装置において、 前記光源手段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、前記オプティカルインテグレータ
への入射光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方
を変化させるための第1アキシコン系と、 前記第1アキシコン系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、前記オプティカルインテ
グレータへの入射光束の入射角度と入射位置との少なく
とも一方を変化させるための第2アキシコン系とを備
え、 前記第1アキシコン系は、前記光源手段側から順に、少
なくとも光軸に沿って移動可能に構成された第1プリズ
ムと、光軸に沿って固定され且つ前記第1プリズムの屈
折面と相補的に形成された屈折面を有する第2プリズム
とを有し、 前記第2アキシコン系は、前記光源手段側から順に、少
なくとも光軸に沿って固定された第3プリズムと、光軸
に沿って移動可能に構成され且つ前記第3プリズムの屈
折面と相補的に形成された屈折面を有する第4プリズム
とを有することを特徴とする照明光学装置。
1. An illumination optical device comprising an optical integrator for forming a secondary light source based on a light beam from a light source means, and a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to a surface to be illuminated. A first axicon system arranged in an optical path between the light source means and the optical integrator for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator; A second axicon system arranged in an optical path between the axicon system and the optical integrator for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator, and the first axicon The system can be moved along the optical axis at least from the light source means side. And a second prism fixed along the optical axis and having a refracting surface formed to be complementary to the refracting surface of the first prism, wherein the second axicon system is In order from the light source means side, it has at least a third prism fixed along the optical axis, and a refracting surface configured to be movable along the optical axis and complementary to the refracting surface of the third prism. An illumination optical device comprising a fourth prism.
【請求項2】 前記第2プリズムと前記第3プリズムと
は一体的に形成され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. The illumination optical device according to claim 1, wherein the second prism and the third prism are integrally formed.
【請求項3】 前記第1プリズムは凹状断面の屈折面を
有し、前記第2プリズムは前記第1プリズムの前記凹状
断面の屈折面と相補的に形成された凸状断面の屈折面を
有し、 前記第3プリズムは凹状断面の屈折面を有し、前記第4
プリズムは前記第3プリズムの前記凹状断面の屈折面と
相補的に形成された凸状断面の屈折面を有することを特
徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。
3. The first prism has a refracting surface with a concave cross section, and the second prism has a refracting surface with a convex cross section formed complementarily with the refracting surface of the concave cross section of the first prism. The third prism has a refracting surface having a concave cross section, and
3. The illumination optical device according to claim 1, wherein the prism has a convex cross-section refracting surface formed to be complementary to the concave cross-section refracting surface of the third prism.
【請求項4】 前記第1プリズムは、光軸と直交する第
1方向に沿って稜線を有するV字状の屈折面を有し、 前記第1プリズムは、光軸および前記第1方向と直交す
る第2方向に沿って稜線を有するV字状の屈折面を有す
ることを特徴とする請求項3に記載の照明光学装置。
4. The first prism has a V-shaped refracting surface having a ridge line along a first direction orthogonal to the optical axis, and the first prism is orthogonal to the optical axis and the first direction. The illumination optical device according to claim 3, further comprising a V-shaped refracting surface having a ridge line along the second direction.
【請求項5】 前記第1プリズムおよび前記第3プリズ
ムの一方は、光軸を中心とする円錐状の屈折面を有し、 前記第1プリズムおよび前記第3プリズムの他方は、光
軸と直交する方向に沿って稜線を有するV字状の屈折面
を有することを特徴とする請求項3に記載の照明光学装
置。
5. One of the first prism and the third prism has a conical refracting surface having an optical axis as a center, and the other of the first prism and the third prism is orthogonal to the optical axis. The illumination optical apparatus according to claim 3, further comprising a V-shaped refracting surface having a ridge line along a direction in which the illumination optical device is formed.
【請求項6】 光源手段からの光束に基づいて二次光源
を形成するためのオプティカルインテグレータと、 前記オプティカルインテグレータからの光束を被照射面
へ導くための導光光学系と、 前記光源手段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、前記オプティカルインテグレータ
への入射光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方
を変化させるためのアキシコン系とを備え、 前記アキシコン系は、円錐状またはV字状の凹状断面の
屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの屈折
面と相補的に形成された円錐状またはV字状の凸状断面
の屈折面を有する第2プリズムとを有し、 前記アキシコン系は、照明瞳の近傍において前記円錐状
の屈折面の頂点に対応して形成される円形状の影領域の
直径または前記V字状の屈折面の稜線に対応して形成さ
れる直線状の影領域の幅が光束全体の大きさの1/10
以下にするための所要の形状および特性を有することを
特徴とする照明光学装置。
6. An optical integrator for forming a secondary light source based on a light beam from a light source means, a light guiding optical system for guiding the light beam from the optical integrator to an irradiation surface, the light source means and the And an axicon system for changing at least one of an incident angle and an incident position of a light beam incident on the optical integrator, the axicon system being arranged in an optical path between the optical integrator and the optical integrator. A first prism having a refracting surface with a concave concave cross section, and a second prism having a conical or V-shaped convex refracting surface that is complementary to the refracting surface of the first prism. The axicon system has a diameter of a circular shadow region formed corresponding to an apex of the conical refracting surface in the vicinity of an illumination pupil or the diameter of the circular shadow region. 1/10 the width of the linear shadow area of the entire light flux magnitude of which is formed corresponding to the ridge-shaped refractive surface
An illuminating optical device having the required shape and characteristics for:
【請求項7】 前記光源手段からの光束を所定の断面形
状を有する光束または所定の光強度分布を有する光束に
変換するための光束変換素子と、 前記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た第1光学系と、 前記第1光学系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た第2光学系とをさらに備え、 前記アキシコン系は、前記第1光学系の光路中において
前記照明瞳の近傍に配置されていることを特徴とする請
求項6に記載の照明光学装置。
7. A light flux conversion element for converting a light flux from the light source means into a light flux having a predetermined cross-sectional shape or a light flux having a predetermined light intensity distribution, and between the light flux conversion element and the optical integrator. The optical system further includes a first optical system arranged in an optical path, and a second optical system arranged in an optical path between the first optical system and the optical integrator, wherein the axicon system is the first optical system. The illumination optical device according to claim 6, wherein the illumination optical device is disposed in the vicinity of the illumination pupil in the optical path of.
【請求項8】 前記光束変換素子としての回折光学素子
の最大回折角をψma xとし、前記第1プリズムの屈折面
と前記第2プリズムの屈折面との光軸に沿った間隔をL
とし、前記円錐状の屈折面の頂角または前記V字状の屈
折面の交差角を2θとし、前記第1プリズムおよび前記
第2プリズムを形成する光学材料の前記光束に対する屈
折率をnとし、前記第1光学系のうちの前記アキシコン
系よりも前記光源手段側に配置された第1レンズ群の焦
点距離をf1としたとき、 AL≦(f1×sinψmax)/10 ただし、 A=(tanα× tanθ)/(tanθ−tanα) α=sin-1(n×cosθ)+θ−90(単位:度) の条件を満足することを特徴とする請求項7に記載の照
明光学装置。
8. The maximum diffraction angle of the diffractive optical element as the light beam conversion element as [psi ma x, the spacing along the optical axis between the refractive surface and the refractive surface of the second prism of the first prism L
And the apex angle of the conical refracting surface or the crossing angle of the V-shaped refracting surface is 2θ, and the refractive index of the optical material forming the first prism and the second prism with respect to the light flux is n, When the focal length of the first lens group arranged on the light source means side of the axicon system in the first optical system is f 1 , AL ≦ (f 1 × sin ψ max ) / 10 where A = The illumination optical device according to claim 7, wherein a condition of (tan α × tan θ) / (tan θ-tan α) α = sin −1 (n × cos θ) + θ-90 (unit: degree) is satisfied.
【請求項9】 光源手段からの光束に基づいて二次光源
を形成するためのオプティカルインテグレータと、 前記オプティカルインテグレータからの光束を被照射面
へ導くための導光光学系と、 前記光源手段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、前記オプティカルインテグレータ
への入射光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方
を変化させるための蛍石で形成されたアキシコン系とを
備えていることを特徴とする照明光学装置。
9. An optical integrator for forming a secondary light source based on a light flux from a light source means, a light guiding optical system for guiding the light flux from the optical integrator to an irradiation surface, the light source means and the It is arranged in an optical path between the optical integrator and an axicon system formed of fluorite for changing at least one of an incident angle and an incident position of an incident light beam to the optical integrator. Illumination optical device.
【請求項10】 前記光源手段は、200nm以下の波
長を有する光を供給することを特徴とする請求項9に記
載の照明光学装置。
10. The illumination optical device according to claim 9, wherein the light source means supplies light having a wavelength of 200 nm or less.
【請求項11】 前記アキシコン系は、光軸と直交する
方向に沿って稜線を有するV字状の凹状断面の屈折面を
有する第1プリズムと、前記第1プリズムの前記凹状断
面の屈折面と相補的に形成されたV字状の凸状断面の屈
折面を有する第2プリズムとを有し、 前記第1プリズムは、光軸と前記稜線とを含む面に沿っ
て分割されていることを特徴とする請求項9または10
に記載の照明光学装置。
11. The axicon system includes a first prism having a V-shaped concave section refracting surface having a ridgeline along a direction orthogonal to an optical axis, and a concave section refracting surface of the first prism. A second prism having a V-shaped convex cross-section refracting surface formed in a complementary manner, wherein the first prism is divided along a surface including an optical axis and the ridge line. The method according to claim 9 or 10, characterized in that
The illumination optical device according to.
【請求項12】 光源手段からの光束に基づいて被照射
面を照明する照明光学装置において、 所定の方向に沿って稜線を有するV字状の凹状断面の屈
折面を有するプリズムを備え、 前記プリズムは、前記稜線を含む所定の面に沿って分割
されていることを特徴とする照明光学装置。
12. An illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated based on a light beam from a light source means, comprising a prism having a V-shaped concave cross-section refraction surface having a ridge line along a predetermined direction, and the prism. Is an illumination optical device, wherein the illumination optical device is divided along a predetermined surface including the ridge.
【請求項13】 前記光源手段からの光束に基づいて二
次光源を形成するためのオプティカルインテグレータ
と、 前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照
射面へ導くための導光光学系と、 前記光源手段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、前記オプティカルインテグレータ
への入射光束の入射角度と入射位置との少なくとも一方
を変化させるための前記プリズムを含むアキシコン系と
をさらに備えていることを特徴とする請求項12に記載
の照明光学装置。
13. An optical integrator for forming a secondary light source based on the light flux from the light source means, a light guiding optical system for guiding the light flux from the optical integrator to the illuminated surface, and the light source means. Is disposed in the optical path between the optical integrator and the optical integrator, further comprising an axicon system including the prism for changing at least one of the incident angle and the incident position of the incident light beam to the optical integrator. 13. The illumination optical device according to claim 12, wherein the illumination optical device is a device.
【請求項14】 前記アキシコン系は、光軸と直交する
方向に沿って前記稜線を有するV字状の凹状断面の屈折
面を有する前記プリズムと、前記プリズムの前記凹状断
面の屈折面と相補的に形成されたV字状の凸状断面の屈
折面を有する第2プリズムとを有し、前記プリズムは光
軸と前記稜線とを含む面に沿って分割されていることを
特徴とする請求項13に記載の照明光学装置。
14. The axicon system has a prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having the ridge line along a direction orthogonal to an optical axis, and a complementary surface of the prism having the concave cross-section refracting surface. And a second prism having a refracting surface having a V-shaped convex cross-section formed in, and the prism is divided along a surface including an optical axis and the ridgeline. 13. The illumination optical device according to item 13.
【請求項15】 被照射面を照明する照明光学装置にお
いて、 光源手段からの光束に基づいて4極状の光強度分布を有
する二次光源を照明瞳面に形成するために、前記光源手
段からの光束を4つの光束に変換するための光束変換素
子と、 前記光束変換素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置
されて、前記二次光源を構成する4つの実質的な面光源
のうちの一方の一対と他方の一対とを光軸を挟んで対称
的に移動させるためのアキシコン系とを備え、 前記光束変換素子は、光軸と直交する第1方向に沿って
細長く延びた長方形の各隅点を中心として前記4つの実
質的な面光源の各々を形成することを特徴とする照明光
学装置。
15. An illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated, wherein a secondary light source having a quadrupole light intensity distribution is formed on an illumination pupil plane based on a light beam from the light source means. Luminous flux conversion element for converting the luminous flux of the above into four luminous fluxes, and four substantial surface light sources that are arranged in the optical path between the luminous flux conversion element and the illumination pupil plane and constitute the secondary light source. An axicon system for symmetrically moving one of the pair and the other pair with the optical axis sandwiched therebetween, wherein the light flux conversion element is elongated along a first direction orthogonal to the optical axis. An illumination optical device, wherein each of the four substantial surface light sources is formed around each corner point of a rectangle.
【請求項16】 前記アキシコン系は、前記第1方向に
沿って稜線を有するV字状の凹状断面の屈折面を有する
第1プリズムと、前記第1プリズムの前記凹状断面の屈
折面と相補的に形成されたV字状の凸状断面の屈折面を
有する第2プリズムとを有する第1アキシコン系と、光
軸および前記第1方向と直交する第2方向に沿って稜線
を有するV字状の凹状断面の屈折面を有する第3プリズ
ムと、前記第3プリズムの前記凹状断面の屈折面と相補
的に形成されたV字状の凸状断面の屈折面を有する第4
プリズムとを有する第2アキシコン系とを有することを
特徴とする請求項15に記載の照明光学装置。
16. The axicon system includes a first prism having a V-shaped concave cross-section refracting surface having a ridge line along the first direction, and a complement of the concave cross-section refracting surface of the first prism. A first axicon system having a second prism having a V-shaped convex cross-section refracting surface, and a V-shape having a ridge line along an optical axis and a second direction orthogonal to the first direction. A third prism having a refracting surface having a concave cross section, and a fourth prism having a V-shaped convex refracting surface complementary to the refracting surface having the concave cross section of the third prism.
The illumination optical device according to claim 15, further comprising a second axicon system having a prism.
【請求項17】 請求項1乃至16のいずれか1項に記
載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスク
のパターンを感光性基板に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。
17. An illumination optical apparatus according to claim 1, and a projection optical system for projecting and exposing a pattern of a mask arranged on the surface to be illuminated onto a photosensitive substrate. The exposure apparatus is characterized in that
【請求項18】 請求項1乃至16のいずれか1項に記
載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に
投影露光することを特徴とする露光方法。
18. A mask is illuminated through the illumination optical device according to claim 1, and an image of a pattern formed on the illuminated mask is projected and exposed on a photosensitive substrate. An exposure method characterized by the above.
JP2002100852A 2002-04-03 2002-04-03 Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure Pending JP2003297727A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002100852A JP2003297727A (en) 2002-04-03 2002-04-03 Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002100852A JP2003297727A (en) 2002-04-03 2002-04-03 Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003297727A true JP2003297727A (en) 2003-10-17

Family

ID=29388516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002100852A Pending JP2003297727A (en) 2002-04-03 2002-04-03 Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003297727A (en)

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005062350A1 (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Nikon Corporation Light flux conversion element, exposure system, lighting optical system and exposure method
WO2005076045A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-18 Nikon Corporation Polarization conversion element, lighting optical device, exposure system, and exposure method
JP2006278979A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Nikon Corp Exposure method and apparatus, and device manufacturing method
JP2006345005A (en) * 2004-02-06 2006-12-21 Nikon Corp Lighting optical device, exposure device, and device manufacturing method
JP2006345006A (en) * 2003-11-20 2006-12-21 Nikon Corp Lighting optical device, exposure device, exposure method, and manufacturing method for micro device
JP2007053390A (en) * 2004-02-06 2007-03-01 Nikon Corp Illumination optical device, exposure system, exposure method, and method of manufacturing micro device
JP2007531327A (en) * 2004-03-31 2007-11-01 インテル コーポレイション Light source for photolithography
CN100409045C (en) * 2004-02-06 2008-08-06 株式会社尼康 Polarization conversion element, lighting optical device, exposure system, and exposure method
KR100889658B1 (en) * 2006-09-12 2009-03-19 캐논 가부시끼가이샤 Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2010093291A (en) * 2010-01-12 2010-04-22 Nikon Corp Illuminating optical device, exposure system and exposure method
JP2010123983A (en) * 2010-01-12 2010-06-03 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device, and exposure method
US7916391B2 (en) 2004-05-25 2011-03-29 Carl Zeiss Smt Gmbh Apparatus for providing a pattern of polarization
JP2011243992A (en) * 2005-01-14 2011-12-01 Nikon Corp Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and electronic device manufacturing method
JP2011254086A (en) * 2011-07-04 2011-12-15 Nikon Corp Illumination optical apparatus, exposure device, and exposure method
US8194170B2 (en) * 2009-06-02 2012-06-05 Algonquin College Axicon lens array
KR101163167B1 (en) 2010-03-08 2012-07-06 김재순 Beam scanning system with axicon lense
JP2012156537A (en) * 2012-03-28 2012-08-16 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
JP2012156536A (en) * 2012-03-28 2012-08-16 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
US8259393B2 (en) 2004-01-16 2012-09-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8279524B2 (en) 2004-01-16 2012-10-02 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8482717B2 (en) 2004-01-16 2013-07-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
JP2014039044A (en) * 2013-09-09 2014-02-27 Nikon Corp Illumination optical device
JP2014116612A (en) * 2013-12-27 2014-06-26 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
JP2015172749A (en) * 2015-04-03 2015-10-01 株式会社ニコン Illumination optical apparatus, exposure device and exposure method
JP2016053718A (en) * 2003-10-28 2016-04-14 株式会社ニコン Illumination optical device and projection exposure device
US9341954B2 (en) 2007-10-24 2016-05-17 Nikon Corporation Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2016139143A (en) * 2016-02-15 2016-08-04 株式会社ニコン Illumination optical apparatus, exposure device, and exposure method
US9678437B2 (en) 2003-04-09 2017-06-13 Nikon Corporation Illumination optical apparatus having distribution changing member to change light amount and polarization member to set polarization in circumference direction
US9678332B2 (en) 2007-11-06 2017-06-13 Nikon Corporation Illumination apparatus, illumination method, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2017173839A (en) * 2017-05-11 2017-09-28 株式会社ニコン Illumination optical device, light exposure device and light exposure method
US9885872B2 (en) 2003-11-20 2018-02-06 Nikon Corporation Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method with optical integrator and polarization member that changes polarization state of light
US9891539B2 (en) 2005-05-12 2018-02-13 Nikon Corporation Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method
US10101666B2 (en) 2007-10-12 2018-10-16 Nikon Corporation Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method

Cited By (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9885959B2 (en) 2003-04-09 2018-02-06 Nikon Corporation Illumination optical apparatus having deflecting member, lens, polarization member to set polarization in circumference direction, and optical integrator
US9678437B2 (en) 2003-04-09 2017-06-13 Nikon Corporation Illumination optical apparatus having distribution changing member to change light amount and polarization member to set polarization in circumference direction
JP2016053718A (en) * 2003-10-28 2016-04-14 株式会社ニコン Illumination optical device and projection exposure device
US9760014B2 (en) 2003-10-28 2017-09-12 Nikon Corporation Illumination optical apparatus and projection exposure apparatus
US9423698B2 (en) 2003-10-28 2016-08-23 Nikon Corporation Illumination optical apparatus and projection exposure apparatus
US10281632B2 (en) 2003-11-20 2019-05-07 Nikon Corporation Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method with optical member with optical rotatory power to rotate linear polarization direction
US9885872B2 (en) 2003-11-20 2018-02-06 Nikon Corporation Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method with optical integrator and polarization member that changes polarization state of light
JP2006345006A (en) * 2003-11-20 2006-12-21 Nikon Corp Lighting optical device, exposure device, exposure method, and manufacturing method for micro device
WO2005062350A1 (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Nikon Corporation Light flux conversion element, exposure system, lighting optical system and exposure method
US9581911B2 (en) 2004-01-16 2017-02-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8259393B2 (en) 2004-01-16 2012-09-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US9316772B2 (en) 2004-01-16 2016-04-19 Carl Zeiss Smt Gmbh Producing polarization-modulating optical element for microlithography system
US8861084B2 (en) 2004-01-16 2014-10-14 Carl Zeiss Smt Ag Polarization-modulating optical element
US8711479B2 (en) 2004-01-16 2014-04-29 Carl Zeiss Smt Gmbh Illumination apparatus for microlithography projection system including polarization-modulating optical element
US8482717B2 (en) 2004-01-16 2013-07-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8320043B2 (en) 2004-01-16 2012-11-27 Carl Zeiss Smt Gmbh Illumination apparatus for microlithographyprojection system including polarization-modulating optical element
US8289623B2 (en) 2004-01-16 2012-10-16 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8279524B2 (en) 2004-01-16 2012-10-02 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US8270077B2 (en) 2004-01-16 2012-09-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Polarization-modulating optical element
US10234770B2 (en) 2004-02-06 2019-03-19 Nikon Corporation Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JP4747844B2 (en) * 2004-02-06 2011-08-17 株式会社ニコン Polarization conversion element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
WO2005076045A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-18 Nikon Corporation Polarization conversion element, lighting optical device, exposure system, and exposure method
JP2017142517A (en) * 2004-02-06 2017-08-17 株式会社ニコン Polarization conversion element, illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method
JPWO2005076045A1 (en) * 2004-02-06 2008-04-24 株式会社ニコン Polarization conversion element, illumination optical device, exposure device, and exposure method
JP2012168546A (en) * 2004-02-06 2012-09-06 Nikon Corp Polarization conversion element, illumination optical system, exposure apparatus and exposure method
CN100409045C (en) * 2004-02-06 2008-08-06 株式会社尼康 Polarization conversion element, lighting optical device, exposure system, and exposure method
JP2006345005A (en) * 2004-02-06 2006-12-21 Nikon Corp Lighting optical device, exposure device, and device manufacturing method
US10007194B2 (en) 2004-02-06 2018-06-26 Nikon Corporation Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
TWI614795B (en) * 2004-02-06 2018-02-11 Nikon Corporation Optical illumination apparatus, light-exposure apparatus, light-exposure method and device manufacturing method
JP2011100150A (en) * 2004-02-06 2011-05-19 Nikon Corp Polarization conversion element, lighting optical device, exposure device, and exposure method
US20130271945A1 (en) 2004-02-06 2013-10-17 Nikon Corporation Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
US10241417B2 (en) 2004-02-06 2019-03-26 Nikon Corporation Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JP2007053390A (en) * 2004-02-06 2007-03-01 Nikon Corp Illumination optical device, exposure system, exposure method, and method of manufacturing micro device
JP2014098917A (en) * 2004-02-06 2014-05-29 Nikon Corp Polarization conversion element, illumination optical device, exposure device and exposure method
KR101429864B1 (en) * 2004-02-06 2014-08-12 가부시키가이샤 니콘 Lighting optical device, exposure system, and exposure method
JP2007531327A (en) * 2004-03-31 2007-11-01 インテル コーポレイション Light source for photolithography
US7916391B2 (en) 2004-05-25 2011-03-29 Carl Zeiss Smt Gmbh Apparatus for providing a pattern of polarization
JP2011243992A (en) * 2005-01-14 2011-12-01 Nikon Corp Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and electronic device manufacturing method
JP2006278979A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Nikon Corp Exposure method and apparatus, and device manufacturing method
JP4591155B2 (en) * 2005-03-30 2010-12-01 株式会社ニコン Exposure method and apparatus, and device manufacturing method
US9891539B2 (en) 2005-05-12 2018-02-13 Nikon Corporation Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method
KR100889658B1 (en) * 2006-09-12 2009-03-19 캐논 가부시끼가이샤 Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
US8164738B2 (en) 2006-09-12 2012-04-24 Canon Kabushiki Kaisha Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
US10101666B2 (en) 2007-10-12 2018-10-16 Nikon Corporation Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
US9341954B2 (en) 2007-10-24 2016-05-17 Nikon Corporation Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
US9857599B2 (en) 2007-10-24 2018-01-02 Nikon Corporation Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
US9678332B2 (en) 2007-11-06 2017-06-13 Nikon Corporation Illumination apparatus, illumination method, exposure apparatus, and device manufacturing method
US8194170B2 (en) * 2009-06-02 2012-06-05 Algonquin College Axicon lens array
JP2010093291A (en) * 2010-01-12 2010-04-22 Nikon Corp Illuminating optical device, exposure system and exposure method
JP2010123983A (en) * 2010-01-12 2010-06-03 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device, and exposure method
KR101163167B1 (en) 2010-03-08 2012-07-06 김재순 Beam scanning system with axicon lense
JP2011254086A (en) * 2011-07-04 2011-12-15 Nikon Corp Illumination optical apparatus, exposure device, and exposure method
JP2012156536A (en) * 2012-03-28 2012-08-16 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
JP2012156537A (en) * 2012-03-28 2012-08-16 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
JP2014039044A (en) * 2013-09-09 2014-02-27 Nikon Corp Illumination optical device
JP2014116612A (en) * 2013-12-27 2014-06-26 Nikon Corp Illumination optical device, exposure device and exposure method
JP2015172749A (en) * 2015-04-03 2015-10-01 株式会社ニコン Illumination optical apparatus, exposure device and exposure method
JP2016139143A (en) * 2016-02-15 2016-08-04 株式会社ニコン Illumination optical apparatus, exposure device, and exposure method
JP2017173839A (en) * 2017-05-11 2017-09-28 株式会社ニコン Illumination optical device, light exposure device and light exposure method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003297727A (en) Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure
US7095560B2 (en) Diffractive optical device, refractive optical device, illumination optical system, exposure apparatus and exposure method
KR101009793B1 (en) Illuminating optical apparatus, light-exposing apparatus and method
JP5287113B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
US20020085276A1 (en) Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with illumination optical apparatus
JP5500454B2 (en) Optical integrator, illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method
JP5459571B2 (en) Optical integrator system, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
KR20030017431A (en) Illuminaire optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and method for fabricating micro device
US20110027724A1 (en) Spatial light modulating unit, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2013502703A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP4470095B2 (en) Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JP2001135560A (en) Illuminating optical device, exposure, and method of manufacturing micro-device
JP2002184676A (en) Lighting optical device and aligner having the lighting optical device
JP2002075835A (en) Illumination optical device and exposure system with the same
JP2003068604A (en) Illumination optical equipment and aligner using the illumination optical equipment
JP2004266259A (en) Illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method
JP2003178952A (en) Illuminating optical device, exposure system and exposure method
JP5353408B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP5533917B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP4106701B2 (en) Diffractive optical apparatus, refractive optical apparatus, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JP2019023732A (en) Illumination optical system, light exposure device, and device manufacturing method
JP4415223B2 (en) Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus
JP2009071010A (en) Illumination optical system, exposure apparatus and device-manufacturing method
WO2003041134A1 (en) Illumination optical device, exposure device, and exposure method
JP2002025896A (en) Illuminating optical device and aligner provided with the illuminating optical device