CN114911140A - 照明光学系统、曝光装置以及物品的制造方法 - Google Patents

照明光学系统、曝光装置以及物品的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及照明光学系统、曝光装置以及物品的制造方法。提供一种对被照明面进行照明的照明光学系统，其特征在于，具有：光学积分器，利用来自光源的光形成2次光源；以及变形透镜，所述光学积分器包括：入射侧光学元件，排列有多个第1光学元素；以及射出侧光学元件，包括与所述多个第1光学元素中的每一个对应地排列的多个第2光学元素，所述变形透镜配置于所述入射侧光学元件与所述射出侧光学元件之间。

Description

照明光学系统、曝光装置以及物品的制造方法
技术领域
本发明涉及照明光学系统、曝光装置以及物品的制造方法。
背景技术
在制造半导体元件等设备的光刻工序中，一般使用将形成于原版(掩模或者中间掩模)的图案转印到涂敷有感光剂的基板(硅基板、玻璃基板)的曝光装置。在曝光装置中，转印到基板的图案的微细化发展，即使曝光条件稍微变化，也成为使不良率增加、使成品率降低的原因。
因此，在对原版进行照明的照明光学系统中，通过使照明区域内的累计曝光量变得均匀，抑制由于照明区域中的照度不均而导致形成于基板的图案的线宽变得不均匀的不良。例如，关于针对狭缝形状的曝光光相对地扫描原版和基板而将原版的图案转印到基板的扫描型的曝光装置，在日本特开平10-340854号公报中提出了用于使累计曝光量变得均匀的技术。在日本特开平10-340854号公报中，通过使用可变狭缝装置使狭缝形状的曝光光的扫描方向的宽度根据狭缝方向(与扫描方向正交的方向)的位置而变化，使累计曝光量变得均匀。
另外，随着半导体元件的微细化发展，在曝光装置中，要求实现进一步的高分辨率，为了满足该要求，进行投影光学系统的数值孔径(NA)的增加(高NA化)、曝光光的短波长化。在曝光光被短波长化时，一般，硝材的透射率降低，在投影光学系统中能够使用的硝材的种类变得极其少，所以投影光学系统的色像差的校正变得困难，需要使曝光光的波长宽度窄到能够忽略色像差的影响的程度。例如，在使用波长300nm以下的光的投影光学系统中，能够使用的硝材限定于石英、萤石，所以使用激光作为曝光光(曝光用光源)。具体而言，准分子激光由于能量非常高并且能够期待高的吞吐量，所以被广泛用作曝光装置的短波长用的光源。
另一方面，准分子激光是脉冲激光，所以在扫描型的曝光装置中，在扫描速度与脉冲振荡的定时偏移的情况下，有可能在原版上、基板上产生曝光不均。为了降低由脉冲振荡的影响引起的曝光不均，提出了通过使被照明面(原版)上的扫描方向的光强度分布实质上成为等腰梯形或等腰三角形来缓和扫描速度和脉冲振荡的同步的精度的技术。然而，为了使被照明面上的扫描方向的光强度分布实质上成为等腰梯形或等腰三角形，考虑使用ND滤光片等减光元件，但在该情况下导致光量损失。
因此，在日本特开平7-230949号公报中，提出了以少的光量损失形成等腰梯形、等腰三角形等的光强度分布的技术。在日本特开平7-230949号公报中，通过在包括被照明面中的扫描方向和照明光学系统的光轴的平面内使光束的主光线聚集到在光轴方向上与被照明面分离预定距离的位置，在被照明面上的光束中形成由模糊引起的倾斜区域。通过使上述倾斜区域的光强度分布成为预定的形状，能够在抑制照明效率的降低(光量损失)的同时减轻曝光量的偏差。为了将其实现，在日本特开平7-230949号公报中，在将来自光学积分器的光束重叠到被照明面的照明光学系统中，设置有柱面透镜等变形透镜。根据日本特开平7-230949号公报公开的技术，能够以由扫描速度的偏差、脉冲振荡的定时的偏移引起的累计曝光量的偏差变得最小的方式决定被照明面中的扫描方向的光强度分布的形状。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在将来自光学积分器的光束重叠到被照明面的照明光学系统中设置柱面透镜等变形透镜时，在扫描方向和与扫描方向正交的方向上，照明光学系统的数值孔径或者射出瞳位置不同。其结果，转印到基板上的图案的转印特性在扫描方向和与扫描方向正交的方向上不同。
本发明提供一种有利于对被照明面进行照明的照明光学系统。
作为本发明的一个侧面的一种照明光学系统，对被照明面进行照明，其特征在于，具有：光学积分器，利用来自光源的光形成2次光源；以及变形透镜，所述光学积分器包括：入射侧光学元件，排列有多个第1光学元素；以及射出侧光学元件，包括与所述多个第1光学元素中的每一个对应地排列的多个第2光学元素，所述变形透镜配置于所述入射侧光学元件与所述射出侧光学元件之间。
作为本发明的另一侧面的一种照明光学系统，对被照明面进行照明，其特征在于，具有利用来自光源的光形成2次光源的光学积分器，所述光学积分器包括：入射侧光学元件，排列有多个第1光学元素；以及射出侧光学元件，包括与所述多个第1光学元素中的每一个对应地排列的多个第2光学元素，所述多个第1光学元素以及所述多个第2光学元素在第1方向以及与该第1方向交叉的第2方向上周期性地排列，针对所述第1方向和所述第2方向中的至少一方的方向，所述多个第1光学元素的排列周期和所述多个第2光学元素的排列周期不同。
作为本发明的又一侧面的一种曝光装置，经由原版对基板进行曝光，其特征在于，具有：上述照明光学系统，对配置于被照明面的所述原版进行照明；以及投影光学系统，将所述原版的图案投影到所述基板。
作为本发明的又一侧面的一种曝光装置，一边使原版和基板在扫描方向上移动，一边经由所述原版对所述基板进行曝光，其特征在于，具有：上述照明光学系统，对配置于被照明面的所述原版进行照明；以及投影光学系统，将所述原版的图案投影到所述基板。
作为本发明的又一侧面的一种物品的制造方法，其特征在于，具有：使用上述曝光装置对基板进行曝光的工序；对曝光后的所述基板进行显影的工序；以及从显影后的所述基板制造物品的工序。
本发明的其他目的或者其他侧面通过以下参照附图说明的实施方式而变得清楚。
发明的效果
根据本发明，例如，能够提供有利于对被照明面进行照明的照明光学系统。
附图说明
图1是示出作为本发明的一个侧面的曝光装置的结构的概略剖面图。
图2是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图3是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图4是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图5是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图6是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图7是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图8是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图9是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图10是示出作为本发明的一个侧面的曝光装置EX的另一结构的概略剖面图。
图11是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图12是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图13是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图14是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图15是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图16是示出对中间照明面的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。
图17是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
图18是示出从光学积分器至中间照明面的结构的一个例子的概略剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式。此外，权利要求书所涉及的发明不限于以下的实施方式。在实施方式中记载了多个特征，但不一定所有这些多个特征都是发明所必须的，另外，多个特征也可以任意地组合。而且，在附图中，对同一或同样的结构附加同一附图标记，省略重复的说明。
<第1实施方式>
图1是示出作为本发明的一个侧面的曝光装置EX的结构的概略剖面图。曝光装置EX是用于半导体元件等设备的制造工序、在基板上形成图案的光刻装置。曝光装置EX在本实施方式中是一边使原版18和基板21在扫描方向上移动一边对基板21进行曝光(扫描曝光)而将原版18的图案转印到基板上的步进扫描(step and scan)方式的曝光装置(扫描仪)。然而，曝光装置EX还能够采用步进重复(step and repeat)方式、其他曝光方式。
曝光装置EX如图1所示具有利用来自光源1的光对原版18(中间掩模或者掩模)进行照明的照明光学系统IL以及将原版18的图案投影到基板21(晶片、玻璃板)的投影光学系统20。另外，曝光装置EX具有保持原版18而移动的原版载置台19和保持基板21而移动的基板载置台22。
光源1在本实施方式中是脉冲振荡的脉冲光源，例如包括波长约193nm的ArF准分子激光、波长约248nm的KrF准分子激光等，射出用于对原版18进行照明的光(曝光光)。
照明光学系统IL包括路由光学系统2、射出角度保存光学元件4、衍射光学元件5、聚光透镜6、棱镜单元8以及变焦透镜单元9。另外，照明光学系统IL包括光学积分器100、变形透镜103、孔径光阑11、聚光透镜12、视场光圈13、遮蔽单元15、成像光学系统16以及弯曲镜17。
路由光学系统2将来自光源1的光经由弯曲镜3引导到射出角度保存光学元件4。射出角度保存光学元件4设置于衍射光学元件5的光源侧，包括复眼透镜、微透镜阵列、光纤束等光学积分器。射出角度保存光学元件4一边将来自光源1的光的发散角度维持为恒定一边将其引导到衍射光学元件5。射出角度保存光学元件4降低光源1的输出变动对由衍射光学元件5形成的光强度分布(图案分布)造成的影响。
衍射光学元件5配置于与照明光学系统IL的瞳面成傅里叶变换的关系的面。衍射光学元件5在作为与投影光学系统20的瞳面共轭的面的照明光学系统IL的瞳面、与照明光学系统IL的瞳面共轭的面中通过衍射作用变换来自光源1的光的光强度分布而形成期望的光强度分布。衍射光学元件5也可以由以在衍射图案面中得到期望的衍射图案的方式由计算机设计的计算机全息图(CGH：Computer Generated Hologram)构成。在本实施方式中，将形成于投影光学系统20的瞳面的光源形状称为有效光源形状。此外，“有效光源”是指被照明面以及被照明面的共轭面中的光强度分布或者光角度分布。
在照明光学系统IL中，也可以设置多个衍射光学元件5。例如，多个衍射光学元件5中的每一个安装(搭载)于与转台(未图示)的多个插槽对应的1个，将任意的衍射光学元件5配置到照明光学系统IL的光路。多个衍射光学元件5分别形成不同的有效光源形状。这些有效光源形状包括小圆形形状(比较小的圆形形状)、大圆形形状(比较大的圆形形状)、环带形状、双极形状、四极形状、其他形状。以环带形状、双极形状或者四极形状的有效光源形状对被照明面进行照明的方法被称为变形照明。
来自射出角度保存光学元件4的光被衍射光学元件5衍射，被引导到聚光透镜6。聚光透镜6聚集被衍射光学元件5衍射的光，在衍射面7上形成衍射图案(光强度分布)。
衍射面7是与衍射光学元件5在光学上成傅里叶变换的关系的面。通过更换配置于照明光学系统IL的光路的衍射光学元件5，能够变更形成于衍射面7的光强度分布的形状。
形成于衍射面7的光强度分布通过棱镜单元8以及变焦透镜单元9，经由弯曲镜10被导入到光学积分器100。
棱镜单元8调整形成于衍射面7的光强度分布的环带率等并引导到变焦透镜单元9。变焦透镜单元9一边将形成于衍射面7的光强度分布维持大致相似形状一边将其扩大或者缩小，并引导到光学积分器100。
光学积分器100根据入射的光强度分布，形成许多的2次光源，并引导到聚光透镜12。在本实施方式中，光学积分器100包括入射侧积分电路101和射出侧积分电路102。在入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间，配置有变形透镜103。光学积分器100以及变形透镜103的详细的结构后述。
孔径光阑11配置于光学积分器100的射出面的附近、即、照明光学系统IL的瞳面。
聚光透镜12聚集从光学积分器100引导的许多的光，对作为聚光透镜12的被照明面的中间照明面14重叠地进行照明。在将光线入射到光学积分器100并由聚光透镜12聚光时，中间照明面14被以大致矩形形状的光强度分布照明。
成像光学系统16将形成于中间照明面14的光强度分布经由弯曲镜17投影到作为照明光学系统IL的被照明面的原版18。这样，原版18和中间照明面14成为在光学上共轭的关系。
遮蔽单元15配置于中间照明面14。
遮蔽单元15是为了规定保持于原版载置台19的原版18的照明范围而配置的，与原版载置台19以及基板载置台22同步地被扫描。在图1中，遮蔽单元15的扫描方向是Z方向，原版18以及基板21的扫描方向是X方向。
视场光圈13设置于在照明光学系统IL的光轴方向(X方向)上与中间照明面14以及遮蔽单元15分离的位置。视场光圈13规定作为聚光透镜12的被照明面的中间照明面14的扫描方向(视场光圈13的位置处的Z方向)的照明范围。
视场光圈13设置于在照明光学系统IL的光轴方向上与中间照明面14分离的位置，所以被视场光圈13遮住了一部分的光在中间照明面14中在扫描方向上具有大致梯形形状的光强度分布。由此，在曝光装置EX中，能够降低在扫描速度或者脉冲振荡的定时偏移的情况下产生的曝光不均的影响。
此外，在本实施方式中，视场光圈13配置于中间照明面14的附近，但也可以配置于作为被照明面的原版18的附近。另外，在本实施方式中，视场光圈13配置得比中间照明面14更靠光源侧，但不限于此，也可以配置得比中间照明面14更靠原版侧。
另外，视场光圈13也可以是能够针对每个与扫描方向正交的方向(非扫描方向(Y方向))变更扫描方向的开口宽度的可变视场光圈。通过变更视场光圈13的扫描方向的开口宽度，能够变更形成于照明区域的光强度分布的扫描方向的长度。由此，能够校正与扫描曝光时的非扫描方向有关的累计曝光量的不均。
投影光学系统20包括多个光学部件(透镜、反射镜等光学元件)，将原版18的图案投影到基板21。原版18的图案的分辨力依赖于投影光学系统20的数值孔径(NA)以及有效光源形状。
在曝光中，从光源1发出的光通过照明光学系统IL对保持于原版载置台19的原版18进行照明。原版18的图案由投影光学系统20在保持于基板载置台22的基板21上成像。此时，通过以投影光学系统20的缩小倍率比的速度比扫描原版18和基板21，将原版18的图案转印到基板21。
以下，说明照明光学系统IL中的光学积分器100以及变形透镜103的结构。图2以及图3是示出照明光学系统IL的一部分的结构、具体而言、从光学积分器100至中间照明面14的结构的概略剖面图，图2示出XY平面中的剖面，图3示出XZ平面中的剖面。
在本实施方式中，光学积分器100由作为入射侧光学元件的入射侧积分电路101和作为射出侧光学元件的射出侧积分电路102构成。入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102分别是在扫描方向(Z方向)以及与扫描方向正交(交叉)的非扫描方向(Y方向)上排列的透镜阵列(蝇眼透镜)。
入射侧积分电路101包括在扫描方向(第1方向)以及非扫描方向(第2方向)上周期性地排列的多个入射侧的元素透镜(第1光学元素)101a。射出侧积分电路102包括与多个入射侧的元素透镜101a中的每一个对应地排列的多个射出侧的元素透镜(第2光学元素)102a。此外，在XY平面以及XZ平面以外，也排列有元素透镜(未图示)。在图2以及图3中，例示性地示出入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102中的每一个在扫描方向上排列5个元素透镜并在非扫描方向上排列5个元素透镜而构成的透镜阵列。
变形透镜103配置于入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间。变形透镜103一般是光焦度并非旋转对称的透镜，在本实施方式中，被构成为使从聚光透镜12射出的光的聚集位置在扫描方向和非扫描方向上不同。在图2以及图3中，变形透镜103是在扫描方向上具有正的光焦度的柱面透镜。
入射到光学积分器100的光被入射侧积分电路101分割成许多的光。被入射侧积分电路101分割的光从入射侧积分电路101的各个元素透镜101a射出，入射到分别对应的射出侧积分电路102的元素透镜102a，朝向聚光透镜12射出。
在光学积分器100(射出侧积分电路102)的射出面的附近，配置有孔径光阑11。孔径光阑11的位置与聚光透镜12的瞳面相当。
从光学积分器100射出的光被聚光透镜12聚集，对中间照明面14重叠地进行照明。此时，变形透镜103在非扫描方向上不具有光焦度，所以从入射侧积分电路101射出的光线的射出角度不变化。因此，如图2所示，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线从射出侧积分电路102的对应的元素透镜102a的光学面的中心垂直地射出。换言之，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线分别与照明光学系统IL的光轴(X轴)平行地从光学积分器100射出。与照明光学系统IL的光轴平行地射出的光线经由具有fc的焦距的聚光透镜12被聚集到距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。
中间照明面14位于距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。因此，中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布如图2所示成为大致长方形的分布。
在此，考虑在入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间不配置变形透镜103、将用于在扫描方向上形成梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置到在光轴方向上与中间照明面14分离的位置的情况。在该情况下，必须利用视场光圈13遮住光的一部分，所以导致照明效率的降低。
另外，考虑将视场光圈13配置到距聚光透镜12距离fc的位置(聚光位置)并将与原版18在光学上共轭的中间照明面14设为在光轴方向上与聚光位置分离的位置的情况。在该情况下，能够将被视场光圈13遮住的光抑制为最低限，但中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布也成为大致梯形形状。因此，为了对原版18均匀地进行照明，必须利用遮蔽单元15遮住光强度分布的斜边部分的区域，导致照明效率的降低。
因此，为了在抑制照明效率的降低的同时在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布，优选的是针对非扫描方向将光聚集到与原版18在光学上共轭的中间照明面14的位置，针对扫描方向将光聚集到视场光圈13的位置。
另一方面，如本实施方式那样，考虑在入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间配置有在扫描方向上具有正的光焦度的变形透镜103的情况。在该情况下，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线如图3所示被变形透镜103折射而入射到射出侧积分电路102。其结果，被变形透镜103折射的光线入射到从与入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个对应的射出侧积分电路102的对应的元素透镜102a的光学面的中心偏移的位置。然后，入射到射出侧积分电路102的光线被各元素透镜102a进一步折射而射出。
光线向射出侧积分电路102的各元素透镜102a的入射角度以及光线的入射位置从光学面的中心的偏移量都越远离光轴而变得越大。因此，光线从射出侧积分电路102的各元素透镜102a的射出角度越远离光轴而变得越大。换言之，光线从射出侧积分电路102的各元素透镜102a的射出角度随着距光轴的距离而单调地变化。其结果，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在被聚集的同时朝向聚光透镜12射出。这样，变形透镜103被构成为使得从各元素透镜102a射出的光线的角度关于扫描方向以及非扫描方向中的至少一方从光学积分器100的光学面的中心朝向周边单调地变化。
在将垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并从射出侧的元素透镜102a中的每一个射出的光线延长时，如图4所示，在位于在原版侧距聚光透镜12(的主点)距离s的位置的光轴上的一个点O处相交。其等同于作为对于聚光透镜12而言的物体的光源位于在原版侧距聚光透镜12距离s的位置。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠跟前(光源侧)距离d的位置。因此，在光源侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14处，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将用于规定扫描方向的照明区域并且形成大致梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置于扫描方向的聚光位置(在光源侧距中间照明面14距离d的位置)，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
大致梯形形状的光强度分布的斜边的宽度L使用中间照明面14中的照明NA(NAIL)以及距离d由以下的式(1)表示。
L＝2d·tan[arcsin(NAIL)]···(1)
因此，根据与期望的光强度分布对应的梯形形状的斜边的宽度L以及照明NA，求出视场光圈13的位置或者从中间照明面14至与扫描方向有关的聚光位置的距离d。
此外，在光学积分器100中，即使在入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间配置了变形透镜103，中间照明面14中的照明NA在扫描方向和非扫描方向上也不会不同。
图5是示出在XZ剖面中对中间照明面14的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。聚光透镜12具有旋转对称的光焦度，所以对中间照明面14的一个点进行照明的光线在扫描方向和非扫描方向上相同。照明NA(NAIL)由孔径光阑11的开口的直径EA和聚光透镜12的焦距fc决定，由以下的式(2)表示。
NAIL＝EA/2÷fc···(2)
因此，如果孔径光阑11的开口的直径EA和聚光透镜12的焦距fc在扫描方向和非扫描方向上相同(孔径光阑11和聚光透镜12旋转对称)，则在扫描方向和非扫描方向上照明NA不会不同。
在本实施方式中，说明了将视场光圈13配置到中间照明面14的附近的情况，但不限定于此。例如，视场光圈13既可以配置于与中间照明面14在光学上共轭的原版18的附近，也可以配置得不比中间照明面14更靠光源侧，而是比中间照明面14更靠原版侧。
在这样的情况下，如图6所示，将变形透镜103设为在扫描方向上具有负的光焦度的柱面透镜即可。由此，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在发散的同时朝向聚光透镜12射出。在将垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并从射出侧的元素透镜102a中的每一个射出的光线延长时，如图7所示，在位于在光源侧距聚光透镜12(的主点)距离s的位置的光轴上的一个点O处相交。其等同于作为对于聚光透镜12而言的物体的光源位于在光源侧距聚光透镜12距离s的位置。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠里(原版侧)距离d的位置。因此，在原版侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14处，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将视场光圈13配置到在原版侧距中间照明面14距离d的位置，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
然而，在垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在发散的同时朝向聚光透镜12射出的结构中，聚光透镜12的有效直径变大。因此，垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在聚集的同时朝向聚光透镜12射出的结构这一方在制造成本、照明光学系统IL的性能的观点方面是有利的。
在本实施方式中，说明了在光学积分器100中配置于入射侧积分电路101与射出侧积分电路102之间的变形透镜103是在扫描方向上具有光焦度的柱面透镜的情况。然而，不限于此，也可以将变形透镜103设为在非扫描方向上具有光焦度的柱面透镜。
在将变形透镜103设为在非扫描方向上具有光焦度的柱面透镜的情况下，将视场光圈13配置到距聚光透镜12距离fc的位置。而且，将中间照明面14设定在离开预定的距离d的位置，并以使非扫描方向的聚光位置与中间照明面14一致的方式设定变形透镜103的非扫描方向的光焦度即可。
另外，也可以将变形透镜103设为在扫描方向以及非扫描方向上分别具有非零的光焦度的复曲面透镜。在该情况下，将视场光圈13以及中间照明面14的位置设定在从距聚光透镜12距离fc的位置分别离开预定的距离的位置即可。然后，以使聚光透镜12的扫描方向以及非扫描方向的聚光位置分别与视场光圈13和中间照明面14一致的方式设定变形透镜103的扫描方向的光焦度和非扫描方向的光焦度即可。
例如，将视场光圈13配置得比距聚光透镜12距离fc的位置更靠光源侧，将中间照明面14设定得比距聚光透镜12距离fc的位置更靠原版侧。然后，将变形透镜103设为在扫描方向上具有正的光焦度且在非扫描方向上具有负的光焦度的结构即可。
另外，变形透镜103也可以将光源侧的面设为仅在扫描方向以及非扫描方向中的某一方具有光焦度的圆柱面，将原版侧的面设为仅在扫描方向以及非扫描方向中的另一方具有光焦度的圆柱面。通过设为这样的结构，能够得到与将变形透镜103设为复曲面透镜的情况同样的效果。
而且，变形透镜103既可以是具有在扫描方向和非扫描方向上不同的图案的衍射光学元件，也可以是具有在扫描方向以及非扫描方向中的某一方上排列的图案的衍射光学元件。
变形透镜103优选配置于比入射侧积分电路101更接近射出侧积分电路102的位置。其原因为，从入射侧的元素透镜101a射出的光线被变形透镜103折射，在改变距该光轴的距离的同时入射到射出侧的对应的元素透镜102a。从变形透镜103射出的光线距光轴的距离的变化量与从变形透镜103至射出侧积分电路102的距离成比例地变大。因此，在变形透镜103和射出侧积分电路102的距离大时，从入射侧的元素透镜101a射出的光线不入射到射出侧的对应的元素透镜102a而入射到与其邻接的元素透镜102a。在该情况下，导致照明效率的降低、被照明面中的光强度分布的均匀性的降低。因此，变形透镜103优选配置于射出侧积分电路102的附近。
在本实施方式中，例示性地说明了将入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102中的每一个在扫描方向上排列5个元素透镜并在非扫描方向上排列5个元素透镜而构成的情况(5×5排列)。然而，元素透镜的排列数不限于此，既可以比5×5排列更多，也可以更少。另外，元素透镜的排列数既可以是奇数，也可以是偶数。而且，既可以在扫描方向和非扫描方向上元素透镜的排列数不同，也可以在扫描方向和非扫描方向上大幅改变元素透镜的排列周期。这样，元素透镜的结构能够适当地选择。
另外，构成光学积分器100的元素透镜不限定于球面透镜。为了调整被照明面中的光强度分布，既可以将元素透镜设为非球面透镜，也可以设为菲涅尔波带片、开诺镜(kinoform)等衍射透镜。而且，为了调整光强度分布的纵横比(形成于被照明面的光强度分布的扫描方向的宽度与非扫描方向的宽度之比)，也可以将元素透镜设为复曲面透镜、柱面透镜等变形透镜。
参照图8以及图9说明构成光学积分器的元素透镜是柱面透镜的情况。图8以及图9是示出在构成光学积分器的元素透镜是柱面透镜的情况下从光学积分器200至中间照明面14的结构的概略剖面图。图8示出XY平面中的剖面，图9示出XZ平面中的剖面。
光学积分器200由入射侧的柱面透镜阵列201及202和射出侧的柱面透镜阵列203及204构成。在入射侧的柱面透镜阵列201及202与射出侧的柱面透镜阵列203及204之间，配置有变形透镜103。变形透镜103是在扫描方向上具有正的光焦度的柱面透镜。
柱面透镜阵列201及203分别是将仅在扫描方向(Z方向)上具有曲率的元素透镜在扫描方向上排列得到的柱面透镜阵列。柱面透镜阵列202及204分别是将仅在非扫描方向(Y方向)上具有曲率的元素透镜在非扫描方向上排列得到的柱面透镜阵列。
入射侧的柱面透镜阵列201的各元素透镜和射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜分别是对应关系。另外，入射侧的柱面透镜阵列202的各元素透镜和射出侧的柱面透镜阵列204的各元素透镜分别是对应关系。
入射到光学积分器200的光由入射侧的柱面透镜阵列201及202分别在扫描方向和非扫描方向上分割为许多的光。上述光从入射侧的柱面透镜阵列201及202的各个元素透镜射出，分别入射到对应的射出侧的柱面透镜阵列203及204的元素透镜，朝向聚光透镜12射出。
在光学积分器200(射出侧的柱面透镜阵列204)的射出面的附近，配置有孔径光阑11。孔径光阑11的位置与聚光透镜12的瞳面相当。
从光学积分器200射出的光被聚光透镜12聚集，对中间照明面14重叠地进行照明。此时，变形透镜103在非扫描方向上不具有光焦度，所以从入射侧的柱面透镜阵列202射出的光线的射出角度不会变化。因此，如图8所示，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列202的各元素透镜的光学面的中心的光线从射出侧的柱面透镜阵列204的对应的各元素透镜的光学面的中心垂直地射出。换言之，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列202的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线分别与照明光学系统IL的光轴(X轴)平行地从光学积分器200射出。与照明光学系统IL的光轴平行地射出的光线经由具有fc的焦距的聚光透镜12聚集到距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。
中间照明面14位于距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。因此，中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布如图8所示成为大致长方形的分布。
接下来，参照图9说明中间照明面14中的扫描方向的光强度分布。垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线如图9所示被变形透镜103折射而入射到射出侧的柱面透镜阵列203。其结果，被变形透镜103折射的光线入射到从与入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个对应的射出侧的柱面透镜阵列203的对应的元素透镜的光学面的中心偏移的位置。然后，入射到射出侧的柱面透镜阵列203及204的光线被各元素透镜进一步折射而射出。
光线向射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的入射角度以及光线的入射位置从光学面的中心的向扫描方向的偏移量都越远离光轴而变得越大。因此，光线从射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的射出角度越远离光轴而变得越大。换言之，光线从射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的射出角度随着距光轴的距离而单调地变化。其结果，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线在被聚集的同时朝向聚光透镜12射出。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠跟前(光源侧)距离d的位置。因此，在光源侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14处，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将用于规定扫描方向的照明区域并且形成大致梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置于扫描方向的聚光位置(在光源侧距中间照明面14距离d的位置)，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，即使在由柱面透镜阵列构成光学积分器的情况下，也能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
在本实施方式中，从入射侧朝向射出侧依次配置有柱面透镜阵列201、柱面透镜阵列202、柱面透镜阵列203、柱面透镜阵列204。柱面透镜阵列201是在入射侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列，柱面透镜阵列202是在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列。另外，柱面透镜阵列203是在射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列，柱面透镜阵列204在射出侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列。然而，不限定于这样的配置，只要入射侧和射出侧的关系相逆，则能够实现各种配置。
例如，也可以比在入射侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列201更靠光源侧地配置在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列202。另外，也可以比在射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列203更靠光源侧地配置在射出侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列204。
而且，也可以是如将在入射侧及射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列201及203配置得比在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列202更靠光源侧的结构。在这样的情况下，在以下的(i)及(ii)中的至少某一方配置变形透镜103即可。
(i)在扫描方向上排列的柱面透镜阵列201与柱面透镜阵列203之间
(ii)在非扫描方向上排列的柱面透镜阵列202与柱面透镜阵列204之间
此外，也可以在(i)以及(ii)分别配置变形透镜103。然而，对于配置得比入射侧的柱面透镜阵列201或203更靠光源侧的变形透镜103，没有关于柱面透镜阵列201或203的排列方向改变聚光透镜12的聚光位置的效果。
另外，在本实施方式中，例示地示出了构成光学积分器100或200的各个元素透镜被分别分割的情况，但不限定于此。例如，也可以使用切削、成型、蚀刻等技术，在1个光学元件中一体地形成多个元素透镜。光学积分器的结构能够在其要旨的范围内进行各种变形以及变更。
这样，在本实施方式中，在照明光学系统IL中，能够在不使转印到基板的图案的转印特性在扫描方向和非扫描方向上变得不同的情况下以较少的光量损失达成降低由脉冲振荡的影响引起的曝光不均的光强度分布。另外，具有这样的照明光学系统IL的曝光装置EX能够以较高的吞吐量提供经济性良好且高质量的设备(半导体元件、液晶显示元件、平板显示器等)。
<第2实施方式>
图10是示出作为本发明的一个侧面的曝光装置EX的另一结构的概略剖面图。在本实施方式中，曝光装置EX相比于图1所示的曝光装置EX，照明光学系统IL的结构不同。具体而言，照明光学系统IL在本实施方式中不具有变形透镜103，与入射的光强度分布相应地，形成许多的2次光源并导入到聚光透镜12的光学积分器100的结构不同。
以下，说明照明光学系统IL中的光学积分器100的结构。图11以及图12是示出照明光学系统IL的一部分的结构、具体而言、从光学积分器100至中间照明面14的结构的概略剖面图，图11示出XY平面中的剖面，图12示出XZ平面中的剖面。
光学积分器100与第1实施方式同样地由作为入射侧光学元件的入射侧积分电路101和作为射出侧光学元件的射出侧积分电路102构成。入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102分别是在扫描方向(Z方向)以及与扫描方向正交(交叉)的非扫描方向(Y方向)上排列的透镜阵列(蝇眼透镜)。
入射侧积分电路101包括在扫描方向(第1方向)以及非扫描方向(第2方向)上周期性地排列的多个入射侧的元素透镜(第1光学元素)101a。射出侧积分电路102包括与多个入射侧的元素透镜101a中的每一个对应地排列的多个射出侧的元素透镜(第2光学元素)102a。此外，在XY平面以及XZ平面以外，也排列有元素透镜(未图示)。在图11以及图12中，例示性地示出入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102中的每一个在扫描方向上排列5个元素透镜并在非扫描方向上排列5个元素透镜而构成的透镜阵列。
入射到光学积分器100的光被入射侧积分电路101分割成许多的光。被入射侧积分电路101分割的光从入射侧积分电路101的各个元素透镜101a射出，分别入射到对应的射出侧积分电路102的元素透镜102a，朝向聚光透镜12射出。
在光学积分器100(射出侧积分电路102)的射出面的附近，配置有孔径光阑11。孔径光阑11的位置与聚光透镜12的瞳面相当。
从光学积分器100射出的光被聚光透镜12聚集，对中间照明面14重叠地进行照明。如图11所示，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线从射出侧积分电路102的对应的元素透镜102a的光学面的中心垂直地射出。换言之，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线分别与照明光学系统IL的光轴(X轴)平行地从光学积分器100射出。与照明光学系统IL的光轴平行地射出的光线经由具有fc的焦距的聚光透镜12聚集到距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。
中间照明面14位于距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。因此，中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布如图2所示成为大致长方形的分布。
在此，考虑入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的排列周期相同、将用于在扫描方向上形成梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置到在光轴方向上与中间照明面14分离的位置的情况。在该情况下，必须利用视场光圈13遮住光的一部分，所以导致照明效率的降低。
另外，与第1实施方式同样地，考虑将视场光圈13配置到距聚光透镜12距离fc的位置(聚光位置)并将与原版18在光学上共轭的中间照明面14设为在光轴方向上与聚光位置分离的位置的情况。在该情况下，能够将被视场光圈13遮住的光抑制为最低限，但中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布也成为大致梯形形状。因此，为了对原版18均匀地进行照明，必须利用遮蔽单元15遮住光强度分布的斜边部分的区域，导致照明效率的降低。
因此，为了在抑制照明效率的降低的同时在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布，优选的是针对非扫描方向将光聚集到与原版18在光学上共轭的中间照明面14的位置，针对扫描方向将光聚集到视场光圈13的位置。
另一方面，考虑如本实施方式那样入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期和射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期不同的情况。在图3中，入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期比射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期长。
在该情况下，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线如图12所示入射到从与元素透镜101a中的每一个对应的元素透镜102a的光学面的中心偏移的位置。然后，入射到射出侧积分电路102的光线被各元素透镜102a进一步折射而射出。
光线向射出侧积分电路102的各元素透镜102a的入射角度以及光线的入射位置从光学面的中心的偏移量都越远离光轴而变得越大。因此，光线从射出侧积分电路102的各元素透镜102a的射出角度越远离光轴而变得越大。换言之，光线从射出侧积分电路102的各元素透镜102a的射出角度随着距光轴的距离而单调地变化。其结果，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在被聚集的同时朝向聚光透镜12射出。
在将垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并从射出侧的元素透镜102a中的每一个射出的光线延长时，如图13所示，在位于在原版侧距聚光透镜12(的主点)距离s的位置的光轴上的一个点O处相交。其等同于作为对于聚光透镜12而言的物体的光源位于在原版侧距聚光透镜12距离s的位置。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠跟前(光源侧)距离d的位置。因此，在光源侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14处，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将用于规定扫描方向的照明区域并形成大致梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置于扫描方向的聚光位置(在光源侧距中间照明面14距离d的位置)，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
大致梯形形状的光强度分布的斜边的宽度L使用中间照明面14中的照明NA(NAIL)以及距离d由上述式(1)表示。
因此，根据与期望的光强度分布对应的梯形形状的斜边的宽度L以及照明NA，求出视场光圈13的位置或者从中间照明面14至与扫描方向有关的聚光位置的距离d。
此外，关于入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜，仅非扫描方向的排列周期不同，但由此中间照明面14中的照明NA在扫描方向和非扫描方向上不会不同。
图14是示出在XZ剖面中对中间照明面14的一个点进行照明的光线的情况的概略剖面图。聚光透镜12具有旋转对称的光焦度，所以对中间照明面14的一个点进行照明的光线在扫描方向和非扫描方向上相同。照明NA(NAIL)由孔径光阑11的开口的直径EA和聚光透镜12的焦距fc决定，由上述式(2)表示。
因此，如果孔径光阑11的开口的直径EA和聚光透镜12的焦距fc在扫描方向和非扫描方向上相同(孔径光阑11和聚光透镜12旋转对称)，则在扫描方向和非扫描方向上照明NA相同。
在此，为了使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的排列周期不同，也可以使入射侧积分电路101的元素透镜的大小和射出侧积分电路102的元素透镜的大小不同。为了使扫描方向上的排列周期不同，使扫描方向上的元素透镜的宽度不同即可。另外，也可以通过使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的大小相同并在各元素透镜之间设置隔件来调整元素透镜的排列周期。通过使用隔件，能够使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜相同，可以期待部件的管理成本、制造成本的降低。
在本实施方式中，说明了将视场光圈13配置到中间照明面14的附近的情况，但不限定于此。例如，视场光圈13既可以配置于与中间照明面14在光学上共轭的原版18的附近，也可以配置得不比中间照明面14更靠光源侧，而是比中间照明面14更靠原版侧。
在将视场光圈13配置得比中间照明面14更靠原版侧的情况下，对于非扫描方向上的光学积分器100的结构，与将视场光圈13配置于中间照明面14的附近的情况下的光学积分器100的结构相同。另一方面，关于扫描方向，如图15所示，入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期比射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期短。
由此，垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在发散的同时朝向聚光透镜12射出。在将垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并从射出侧的元素透镜102a中的每一个射出的光线延长时，如图16所示，在位于在光源侧距聚光透镜12(的主点)距离s的位置的光轴上的一个点O处相交。其等同于作为对于聚光透镜12而言的物体的光源位于在光源侧距聚光透镜12距离s的位置。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠里(原版侧)距离d的位置。因此，在原版侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14处，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将视场光圈13配置到在原版侧距中间照明面14距离d的位置，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
然而，在垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在发散的同时朝向聚光透镜12射出的结构中，聚光透镜12的有效直径变大。因此，垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线在聚集的同时朝向聚光透镜12射出的结构这一方在制造成本、照明光学系统IL的性能的观点方面是有利的。
在本实施方式中，在光学积分器100中，针对扫描方向使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的排列周期不同，但不限定于此。即，也可以针对非扫描方向使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的排列周期不同。
在该情况下，将视场光圈13配置到距聚光透镜12距离fc的位置。而且，将中间照明面14设定在离开预定的距离d的位置，并以使非扫描方向的聚光位置与中间照明面14一致的方式设定元素透镜的非扫描方向的排列周期即可。
另外，也可以针对扫描方向和非扫描方向中的每一个使入射侧积分电路101和射出侧积分电路102中的元素透镜的排列周期不同。在该情况下，将视场光圈13以及中间照明面14的位置设定为从距聚光透镜12距离fc的位置分别离开预定的距离的位置即可。而且，以使聚光透镜12的扫描方向及非扫描方向的聚光位置分别与视场光圈13和中间照明面14一致的方式针对扫描方向和非扫描方向中的每一个设定元素透镜的非扫描方向的排列周期即可。
例如，将视场光圈13配置得比距聚光透镜12距离fc的位置更靠光源侧，将中间照明面14设定得比距聚光透镜12距离fc的位置更靠原版侧。而且，针对扫描方向，使入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期比射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期长。针对非扫描方向，使入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期比射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期短。
在此，说明聚光透镜12的焦距fc、垂直地入射到入射侧积分电路101的元素透镜中的每一个的光学面中心的光线被聚光透镜12聚集的聚光位置以及元素透镜的排列周期的关系。在将垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并从射出侧的元素透镜102a中的每一个射出的光线延长时，在位于在原版侧距聚光透镜12(的主点)距离s的位置的光轴上的一个点O处相交。点O的位置能够视为聚光透镜12的物体位置。此时，将光线前进的方向(X轴的正方向)设为正，由以下的式(3)表示点O的物体被焦距fc的聚光透镜12成像的成像位置fc+d。
1/(fc+d)＝(1/s)+(1/fc)···(3)
即，在s无限大的情况下，成为d＝0，聚光位置与聚光透镜12的焦点一致。
接下来，考虑s与光学积分器的入射侧和射出侧的元素透镜的排列周期的关系。如果使用距垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线的光轴的距离h和该光线从射出侧的元素透镜102a射出的角度θ，则在θ充分小时，s由以下的式(4)表示。
s＝h/θ···(4)
在此，在将入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期设为Pi、将配置于光轴上的元素透镜设为第0个、光线入射的元素透镜在排列方向上配置于第n个的情况下，h由以下的式(5)表示。
h＝n×Pi···(5)
在此，在周期方向上的元素透镜的排列数是奇数的情况下，考虑将配置于光轴上的元素透镜设为第0个，将与该元素透镜邻接地配置的元素透镜设为第1个。即，考虑距垂直地入射到配置在第1个的元素透镜的光学面的中心的光线的光轴的距离h＝Pi。
另一方面，在周期方向上的元素透镜的排列数是偶数的情况下，在光轴上不存在元素透镜，所以将隔着光轴而邻接的元素透镜考虑为第1个元素透镜。而且，考虑距垂直地入射到该元素透镜的光学面的中心的光线的光轴的距离h＝0.5×Pi。
另一方面，使用射出侧的元素透镜102a的焦距fo、垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心并入射到射出侧的元素透镜102a中的每一个的光线与该元素透镜102a的光学面中心的偏移e来表示θ。
在e充分小时，由以下的式(6)表示。
θ＝e/fo···(6)
另外，将射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期设为Po，由以下的式(7)表示。
e＝(Po-Pi)×n···(7)
能够使用式(4)至式(7)由以下的式(8)表示。
s＝(Pi×fо)/(Po-Pi)···(8)
通过将式(8)代入到式(3)，能够求出d。即，聚光透镜12的聚光位置可以通过聚光透镜12的焦距fc、入射侧积分电路101、射出侧积分电路102各自的元素透镜的排列周期Pi、Po、射出侧的元素透镜102a的焦距fo求出。通过调整入射侧积分电路101、射出侧积分电路102各自的元素透镜的排列周期Pi、Po，能够使d变化。
在此，在入射侧积分电路101的元素透镜的排列周期Pi与射出侧积分电路102的元素透镜的排列周期Pо之差的绝对值|Pо-Pi|变大时，偏移e也变大。在|e|超过Po/2时，垂直地入射到入射侧的元素透镜101a中的每一个的光学面的中心的光线无法入射到射出侧的对应的元素透镜102a。其结果，导致照明效率的降低、被照明面中的光强度分布的均匀性的降低，所以不优选。
因此，优选满足以下的式(9)。
|e|≤Po/2···(9)
即，将光学积分器的元素透镜的排列数设为m，优选满足由以下的式(10)表示的条件式。
Po/2≥|(Po-Pi)|×(m-1)/2···(10)
在本实施方式中，例示性地说明了入射侧积分电路101以及射出侧积分电路102中的每一个在扫描方向上排列5个元素透镜并在非扫描方向上排列5个元素透镜而构成的情况(5×5排列)。然而，元素透镜的排列数不限于此，既可以比5×5排列更多，也可以更少。另外，元素透镜的排列数既可以是奇数，也可以是偶数。而且，既可以在扫描方向和非扫描方向上元素透镜的排列数不同，也可以在扫描方向和非扫描方向上大幅改变元素透镜的排列周期。这样，元素透镜的结构能够适当地选择。
另外，构成光学积分器100的元素透镜不限定于球面透镜。为了调整被照明面中的光强度分布，既可以将元素透镜设为非球面透镜，也可以设为菲涅尔波带片、开诺镜等衍射透镜。而且，为了调整光强度分布的纵横比(形成于被照明面的光强度分布的扫描方向的宽度与非扫描方向的宽度之比)，也可以将元素透镜设为复曲面透镜、柱面透镜等变形透镜。
参照图17以及图18说明构成光学积分器的元素透镜是柱面透镜的情况。图17以及图18是示出在构成光学积分器的元素透镜是柱面透镜的情况下从光学积分器200至中间照明面14的结构的概略剖面图。图17示出XY平面中的剖面，图18示出XZ平面中的剖面。
光学积分器200由入射侧的柱面透镜阵列201及202和射出侧的柱面透镜阵列203及204构成。柱面透镜阵列201及203分别是将仅在扫描方向(Z方向)上具有曲率的元素透镜在扫描方向上排列得到的柱面透镜阵列。柱面透镜阵列202及204分别是将仅在非扫描方向(Y方向)上具有曲率的元素透镜在非扫描方向上排列得到的柱面透镜阵列。
入射侧的柱面透镜阵列201的各元素透镜和射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜分别是对应关系。另外，入射侧的柱面透镜阵列202的各元素透镜和射出侧的柱面透镜阵列204的各元素透镜分别是对应关系。
入射到光学积分器200的光被入射侧的柱面透镜阵列201及202分别在扫描方向和非扫描方向上分割为许多的光。上述光从入射侧的柱面透镜阵列201及202的各个元素透镜射出，分别入射到对应的射出侧的柱面透镜阵列203及204的元素透镜，朝向聚光透镜12射出。
在光学积分器200(射出侧的柱面透镜阵列204)的射出面的附近，配置有孔径光阑11。孔径光阑11的位置与聚光透镜12的瞳面相当。
从光学积分器200射出的光被聚光透镜12聚集，对中间照明面14重叠地进行照明。如图17所示，关于非扫描方向，入射侧的柱面透镜阵列202的元素透镜的排列周期和射出侧的柱面透镜阵列204的元素透镜的排列周期相等。因此，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列202的各元素透镜的光学面的中心的光线从射出侧的柱面透镜阵列204的对应的各元素透镜的光学面的中心垂直地射出。换言之，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列202的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线分别与照明光学系统IL的光轴(X轴)平行地从光学积分器200射出。与照明光学系统IL的光轴平行地射出的光线经由具有fc的焦距的聚光透镜12聚集到距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。
中间照明面14位于距聚光透镜12(的主点)距离fc的位置。因此，中间照明面14中的非扫描方向的光强度分布如图17所示成为大致长方形的分布。
接下来，参照图18说明中间照明面14中的扫描方向的光强度分布。如图18所示，关于扫描方向，入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜的排列周期比射出侧的柱面透镜阵列203的元素透镜的排列周期长。因此，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线如图18所示入射到射出侧的柱面透镜阵列203。其结果，该光线入射到从与入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个对应的射出侧的柱面透镜阵列203的对应的元素透镜的光学面的中心偏移的位置。然后，入射到射出侧的柱面透镜阵列203及204的光线被各元素透镜进一步折射而射出。
光线向射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的入射角度以及光线的入射位置从光学面的中心向扫描方向的偏移量都越远离光轴朝向周边而变得越大。因此，光线从射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的射出角度越远离光轴而变得越大。换言之，光线从射出侧的柱面透镜阵列203的各元素透镜的射出角度随着距光轴的距离而单调地变化。其结果，垂直地入射到入射侧的柱面透镜阵列201的元素透镜中的每一个的光学面的中心的光线在被聚集的同时朝向聚光透镜12射出。
因此，被聚光透镜12聚集的光线的聚光位置位于与位于距聚光透镜12距离fc的位置的中间照明面14相比更靠跟前(光源侧)距离d的位置。因此，在光源侧距中间照明面14距离d的位置处的扫描方向的光强度分布成为大致长方形的分布。另一方面，在中间照明面14中，从聚光位置离开距离d，所以在扫描方向上成为大致梯形形状的光强度分布。
另外，如果将用于规定扫描方向的照明区域并形成大致梯形形状的光强度分布的视场光圈13配置于扫描方向的聚光位置(在光源侧距中间照明面14距离d的位置)，则被视场光圈13遮住的光被抑制为最低限。因此，即使在由柱面透镜阵列构成光学积分器的情况下，也能够在尽可能抑制照明效率的降低的同时，在扫描方向上形成大致梯形形状的光强度分布。
在本实施方式中，从入射侧朝向射出侧依次配置有柱面透镜阵列201、柱面透镜阵列202、柱面透镜阵列203、柱面透镜阵列204。柱面透镜阵列201是在入射侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列，柱面透镜阵列202是在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列。另外，柱面透镜阵列203是在射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列，柱面透镜阵列204在射出侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列。然而，不限定于这样的配置，只要入射侧和射出侧的关系相逆，则能够实现各种配置。
例如，也可以比在入射侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列201更靠光源侧地配置在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列202。另外，也可以比在射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列203更靠光源侧地配置在射出侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列204。
而且，也可以是如将在入射侧及射出侧的扫描方向上排列的柱面透镜阵列201及203配置得比在入射侧的非扫描方向上排列的柱面透镜阵列202更靠光源侧的结构。
另外，在本实施方式中，例示地示出了构成光学积分器100或200的各个元素透镜被分别分割的情况，但不限定于此。例如，也可以使用切削、成型、蚀刻等技术，在1个光学元件中一体地形成多个元素透镜。光学积分器的结构能够在其要旨的范围内进行各种变形以及变更。
这样，在本实施方式中，在照明光学系统IL中，能够在不使转印到基板的图案的转印特性在扫描方向和非扫描方向上变得不同的情况下以较少的光量损失达成降低由脉冲振荡的影响引起的曝光不均的光强度分布。另外，具有这样的照明光学系统IL的曝光装置EX能够以较高的吞吐量提供经济性良好且高质量的设备(半导体元件、液晶显示元件、平板显示器等)。
<第3实施方式>
本发明的实施方式中的物品的制造方法例如适于制造平板显示器、液晶显示元件、半导体元件、MEMS等物品。上述制造方法包括：使用上述曝光装置EX对涂敷有感光剂的基板进行曝光的工序；以及对曝光后的感光剂进行显影的工序。另外，将显影后的感光剂的图案作为掩模对基板进行蚀刻工序、离子注入工序等，在基板上形成电路图案。反复进行这些曝光、显影、蚀刻等工序，在基板上形成由多个层构成的电路图案。在后工序中，对形成有电路图案的基板进行切割(加工)，进行芯片的安装、粘合、检查工序。另外，上述制造方法可以包括其他公知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、抗蚀剂剥离等)。本实施方式中的物品的制造方法相比于以往，在物品的性能、质量、生产率以及生产成本中的至少1个方面有利。
发明不限制于上述实施方式，能够不脱离发明的精神以及范围而进行各种变更以及变形。因此，为了公开发明的范围而添附权利要求。

Claims (29)

1.一种对被照明面进行照明的照明光学系统，其特征在于，具有：
光学积分器，利用来自光源的光形成2次光源；以及
变形透镜，
所述光学积分器包括：入射侧光学元件，排列有多个第1光学元素；以及射出侧光学元件，包括与所述多个第1光学元素中的每一个对应地排列的多个第2光学元素，
所述变形透镜配置于所述入射侧光学元件与所述射出侧光学元件之间。
2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述多个第1光学元素在第1方向以及与所述第1方向交叉的第2方向上周期性地排列。
3.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
所述入射侧光学元件以及所述射出侧光学元件中的每一个由在所述第1方向以及所述第2方向上具有光焦度的蝇眼透镜构成。
4.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
所述入射侧光学元件以及所述射出侧光学元件中的每一个由在所述第1方向上具有光焦度的柱面透镜和在所述第2方向上具有光焦度的柱面透镜构成。
5.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
还具有利用来自所述光学积分器的光对所述被照明面进行照明的聚光透镜，
所述变形透镜被构成为使从所述聚光透镜射出的光的聚光位置在所述第1方向以及所述第2方向上不同。
6.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
所述变形透镜被构成为使得垂直地入射到所述多个第1光学元素中的每一个的光学面的中心并从所述多个第2光学元素中的每一个射出的光线的角度关于所述第1方向以及所述第2方向中的至少一方从所述光学积分器的光学面的中心朝向周边单调地变化。
7.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述变形透镜包括柱面透镜。
8.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
所述变形透镜在所述光源的一侧在所述第1方向以及所述第2方向中的一方上具有光焦度，在所述被照明面的一侧在所述第1方向以及所述第2方向中的另一方上具有光焦度。
9.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述变形透镜配置得比所述入射侧光学元件更靠所述射出侧光学元件的一侧。
10.一种对被照明面进行照明的照明光学系统，其特征在于，
具有利用来自光源的光形成2次光源的光学积分器，
所述光学积分器包括：入射侧光学元件，排列有多个第1光学元素；以及射出侧光学元件，包括与所述多个第1光学元素中的每一个对应地排列的多个第2光学元素，
所述多个第1光学元素以及所述多个第2光学元素在第1方向以及与该第1方向交叉的第2方向上周期性地排列，关于所述第1方向和所述第2方向中的至少一方的方向，所述多个第1光学元素的排列周期和所述多个第2光学元素的排列周期不同。
11.根据权利要求10所述的照明光学系统，其特征在于，
所述入射侧光学元件以及所述射出侧光学元件中的每一个由在所述第1方向以及所述第2方向上具有光焦度的蝇眼透镜构成。
12.根据权利要求10所述的照明光学系统，其特征在于，
所述入射侧光学元件以及所述射出侧光学元件中的每一个由在所述第1方向上具有光焦度的柱面透镜和在所述第2方向上具有光焦度的柱面透镜构成。
13.根据权利要求10所述的照明光学系统，其特征在于，
还具有利用来自所述光学积分器的光对所述被照明面进行照明的聚光透镜，
所述光学积分器被构成为使从所述聚光透镜射出的光的聚光位置在所述第1方向以及所述第2方向上不同。
14.根据权利要求10所述的照明光学系统，其特征在于，
所述光学积分器被构成为使得垂直地入射到所述多个第1光学元素中的每一个的光学面的中心并从所述多个第2光学元素中的每一个射出的光线的角度关于所述第1方向以及所述第2方向中的至少一方从所述光学积分器的光学面的中心朝向周边单调地变化。
15.根据权利要求10所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元素的排列周期设为Pi、将所述多个第2光学元素的排列周期设为Pо、将所述多个第1光学元素以及所述多个第2光学元素的排列数设为m时，满足以下条件式，
Po/2≥|(Po-Pi)|×(m-1)/2。
16.一种曝光装置，经由原版对基板进行曝光，其特征在于，具有：
权利要求1至9中的任意一项所述的照明光学系统，对配置于被照明面的所述原版进行照明；以及
投影光学系统，将所述原版的图案投影到所述基板。
17.根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于，
一边使所述原版和所述基板在扫描方向上移动，一边对所述基板进行曝光。
18.根据权利要求17所述的曝光装置，其特征在于，
所述照明光学系统使用来自脉冲光源的光对所述原版进行照明。
19.根据权利要求17所述的曝光装置，其特征在于，
还具有视场光圈，该视场光圈配置于在所述照明光学系统的光轴方向上与所述被照明面分离的位置，规定所述扫描方向的照明区域。
20.根据权利要求19所述的曝光装置，其特征在于，
所述照明光学系统包括利用来自光学积分器的光对所述原版进行照明的聚光透镜，
在所述照明光学系统中，垂直地入射到入射侧光学元件的多个第1光学元素中的每一个的光学面的中心的光线在所述聚光透镜的所述扫描方向上的位置与所述视场光圈的位置一致，所述光线在与所述聚光透镜的所述扫描方向交叉的方向上的位置与所述被照明面一致。
21.根据权利要求19所述的曝光装置，其特征在于，
所述视场光圈配置得比所述被照明面更靠光源的一侧。
22.一种曝光装置，一边使原版和基板在扫描方向上移动，一边经由所述原版对所述基板进行曝光，所述曝光装置的特征在于，具有：
权利要求10至15中的任意一项所述的照明光学系统，对配置于被照明面的所述原版进行照明；以及
投影光学系统，将所述原版的图案投影到所述基板。
23.根据权利要求22所述的曝光装置，其特征在于，
所述照明光学系统使用来自脉冲光源的光对所述原版进行照明。
24.根据权利要求22所述的曝光装置，其特征在于，还具有：
遮蔽单元，配置于所述被照明面的共轭面，规定所述被照明面中的照明区域；以及
视场光圈，配置于在所述照明光学系统的光轴方向上与所述被照明面的共轭面分离的位置，规定所述扫描方向的照明区域。
25.根据权利要求24所述的曝光装置，其特征在于，
所述视场光圈配置得比所述遮蔽单元更靠光源侧，
关于所述扫描方向，所述多个第1光学元素的排列周期比所述多个第2光学元素的排列周期长。
26.根据权利要求24所述的曝光装置，其特征在于，
所述视场光圈配置得比所述遮蔽单元更靠所述原版侧，
关于所述扫描方向，所述多个第1光学元素的排列周期比所述多个第2光学元素的排列周期短。
27.根据权利要求24所述的曝光装置，其特征在于，
所述照明光学系统包括利用来自光学积分器的光对所述原版进行照明的聚光透镜，
在所述照明光学系统中，垂直地入射到入射侧的光学元件的多个第1光学元素中的每一个的光学面的中心的光线在所述聚光透镜的所述扫描方向上的聚光位置与所述视场光圈的位置一致，所述光线在与所述聚光透镜的所述扫描方向交叉的方向上的聚光位置与所述被照明面一致。
28.一种物品的制造方法，其特征在于，具有：
使用权利要求16所述的曝光装置对基板进行曝光的工序；
对曝光后的所述基板进行显影的工序；以及
从显影后的所述基板制造物品的工序。
29.一种物品的制造方法，其特征在于，具有：
使用权利要求22所述的曝光装置对基板进行曝光的工序；
对曝光后的所述基板进行显影的工序；以及
从显影后的所述基板制造物品的工序。
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