CN116974145A - 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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CN116974145A CN202310451335.4A CN202310451335A CN116974145A CN 116974145 A CN116974145 A CN 116974145A CN 202310451335 A CN202310451335 A CN 202310451335A CN 116974145 A CN116974145 A CN 116974145A
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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。提供一种有利于提高被照明面处的照度均匀性的技术。一种照明光学系统，使用来自光源的光束对被照明面进行照明，该照明光学系统具备：积分器，包括在第1方向上周期性地排列的多个第1光学元件，由来自所述光源的光束形成多个二次光源；透镜，用于使用来自所述多个二次光源的光束对所述被照明面进行照明；及光发散构件，包括在第2方向上周期性地排列的多个第2光学元件，配置于所述光源与所述积分器之间的光路上，以利用所述多个第2光学元件的各个使来自所述光源的光束发散而入射到所述积分器，所述第1方向和所述第2方向所成的角度比0度大且比45度小。

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器件的光刻工序中，通常使用将形成于原版(掩模或中间掩模)的图案转印到涂布有感光剂的基板(硅基板、玻璃基板)的曝光装置。在曝光装置中，转印到基板的图案不断微细化，即使是曝光条件的微小变化，也会使不良率增加，成为使成品率降低的主要原因。因此，在将原版作为被照明面而进行照明的照明光学系统中，为了减少因被照明面(照明区域)处的不均匀的照度分布而导致形成于基板的图案的线宽变得不均匀的情况，期望达到良好的照度均匀性。为了达到该目的，在曝光装置中，能够使用具备棒透镜(或者光导管)、蝇眼透镜这样的光学积分器的照明光学系统。
在专利文献1中，公开了具有包含圆筒形微透镜的阵列的光耦合器(光学积分器)的照明光学系统。入射到光耦合器的光被分割为多个光束，在其射出面形成多个二次光源。然后，来自多个二次光源的光束被聚光透镜聚光，重叠地对原版的被照明面进行照明。由此，能够提高被照明面处的照度均匀性。
另外，在专利文献1所记载的照明光学系统中，在光耦合器的入射面附近配置有排列了微小元件的光散射板。通过光散射板增大入射到光耦合器的光束的角度，能够进一步提高在被照明面处的照度均匀性。另一方面，若设置光散射板，则由于光耦合器与光散射板之间的相互作用而导致被照明面处的照度均匀性有时会降低。在专利文献1中，为了避免这样的照度均匀性的降低，提出了将光耦合器中的微透镜的排列周期设为光散射板的微小元件的排列周期的质数、或者使光耦合器与光散射板的距离与光散射板的泰伯距离不同的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4933671号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，在曝光装置中，随着转印到基板上的图案的进一步微细化等，在照明光学系统中，要求进一步提高被照明面处的照度均匀性。
因此，本发明的目的在于提出一种有利于提高被照明面处的照度均匀性的技术。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，作为本发明的一方面的照明光学系统使用来自光源的光束对被照明面进行照明，其特征在于，该照明光学系统具备：积分器，包括在第1方向上周期性地排列的多个第1光学元件，由来自所述光源的光束形成多个二次光源；透镜，用于使用来自所述多个二次光源的光束对所述被照明面进行照明；以及光发散构件，包括在第2方向上周期性地排列的多个第2光学元件，配置于所述光源与所述积分器之间的光路上，以利用所述多个第2光学元件的各个使来自所述光源的光束发散而入射到所述积分器，所述第1方向和所述第2方向所成的角度比0度大且比45度小。
本发明的进一步的目的或其他方面以下将通过参照所附附图所说明的优选实施方式而变得清楚。
发明的效果
根据本发明，例如能够提出有利于提高被照明面处的照度均匀性的技术。
附图说明
图1是表示曝光装置的结构例的概略图。
图2是表示光学积分器的结构例的概略剖视图(XZ平面)。
图3是表示光学积分器的结构例的概略剖视图(XY平面)。
图4是表示光发散构件和光学积分器的结构例的概略剖视图。
图5是表示光发散构件的发散角度分布的一例的图。
图6是表示光发散构件中使用的CGH的一例的图。
图7是示意性地表示光发散构件与光学积分器之间的光传播的图。
图8是表示光学积分器中的元件透镜的排列方向与一维光发散构件中的光学元件的排列方向平行的例子的图。
图9是表示光学积分器中的元件透镜的排列方向与一维光发散构件中的光学元件的排列方向不平行的例子的图。
图10是表示光学积分器中的元件透镜的排列方向与二维光发散构件中的光学元件的排列方向平行的例子的图。
图11是表示光学积分器中的元件透镜的排列方向与二维光发散构件中的光学元件的排列方向不平行的例子的图。
图12是表示关于使角度θ变化时的被照明面上的累计照度分布的PV值的变化的模拟结果的图。
图13是表示光学积分器中的元件透镜的排列方向与光发散构件中的光学元件的排列方向不平行的例子的图。
图14是表示第2实施方式的光学积分器的结构例的概略剖视图(XZ平面)。
图15是表示第2实施方式的光学积分器的结构例的概略剖视图(XY平面)。
图16是表示在第2实施方式中，光学积分器中的元件透镜的排列方向与二维光发散构件中的光学元件的排列方向平行的例子的图。
图17是表示在第2实施方式中，光学积分器中的元件透镜的排列方向与二维光发散构件中的光学元件的排列方向不平行的例子的图。
附图标记说明
IL：照明光学系统，100：光学积分器，101～102：入射侧积分器，103～104：射出侧积分器，101e～104e：元件透镜(第1光学元件)，200：光发散构件，201：光学元件(第2光学元件)。
具体实施方式
以下，参照所附附图对实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下的实施方式并不对权利要求书所涉及的发明进行限定。在实施方式中记载了多个特征，但这些多个特征并非全部是发明所必须的，另外，多个特征也可以任意组合。并且，在所附附图中，对相同或同样的结构标注相同的附图标记，省略重复的说明。
在本说明书及所附附图中，用以与基板的表面(上表面)平行的方向为XY平面的XYZ坐标系来表示方向。将与XYZ坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴分别平行的方向设为X方向、Y方向以及Z方向，将绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转以及绕Z轴的旋转分别设为θX、θY以及θZ。关于X轴、Y轴、Z轴的控制及驱动(移动)分别是指关于与X轴平行的方向、与Y轴平行的方向、与Z轴平行的方向的控制或驱动(移动)。另外，关于θX轴、θY轴、θZ轴的控制或驱动分别是指关于绕与X轴平行的轴线的旋转、绕与Y轴平行的轴线的旋转、绕与Z轴平行的轴线的旋转的控制或驱动。
<第1实施方式>
对本发明的第1实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的曝光装置EX的结构例的概略图。曝光装置EX用于半导体元件等器件的制造工序，是在基板上形成图案的光刻装置。在本实施方式中，曝光装置EX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方式的曝光装置(扫描仪)。但是，曝光装置EX也能够采用步进重复方式、其他曝光方式。
如图1所示，曝光装置EX具有：照明光学系统IL，利用来自光源1的光对原版18(中间掩模或掩模)进行照明；以及投影光学系统20，将原版18的图案投影到基板21(晶圆或玻璃板)。另外，曝光装置EX具有保持原版18而移动的原版载置台19、保持基板21而移动的基板载置台22、以及控制部CNT。
光源1例如包括波长约193nm的ArF准分子激光器、波长约248nm的KrF准分子激光器等，射出用于对原版18进行照明的光(曝光的光)。另外，光源1也可以是超高压水银灯、LED(发光二极管)。
照明光学系统IL包括引导光学系统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、变焦透镜单元9。另外，照明光学系统IL包括光学积分器100(积分器)、孔径光阑11、聚光透镜12、视场光阑13、遮蔽单元15、成像光学系统16以及弯折镜17。
引导光学系统2将来自光源1的光经由弯折镜3向射出角度保存光学元件4导入。射出角度保存光学元件4设于衍射光学元件5的光源侧，包括蝇眼透镜、微透镜阵列、纤维束等光学积分器。射出角度保存光学元件4将来自光源1的光一边将其发散角度维持为恒定一边导入至衍射光学元件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配置在与照明光学系统IL的光瞳面呈傅里叶变换的关系的面上。衍射光学元件5在与投影光学系统20的光瞳面共轭的面即照明光学系统IL的光瞳面、与照明光学系统IL的光瞳面共轭的面上，通过衍射作用对来自光源1的光的光强度分布进行变换而形成所期望的光强度分布。衍射光学元件5也可以由以在衍射图案面得到所期望的衍射图案的方式通过计算机设计出的计算机生成全息图(CGH：Computer GeneratedHologram)构成。在本实施方式中，将形成于投影光学系统20的光瞳面的光源形状称为有效光源形状。需要说明的是，“有效光源”是指被照明面及被照明面的共轭面中的光强度分布或光角度分布。
也可以在照明光学系统IL中设有多个衍射光学元件5。例如，多个衍射光学元件5分别安装(搭载)在与转台(未图示)的多个槽对应的1个上，将任意的衍射光学元件5配置于照明光学系统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，向聚光透镜6导入。聚光透镜6对由衍射光学元件5衍射的光进行聚光，在衍射面7形成衍射图案(光强度分布)。衍射面7是与衍射光学元件5在光学上处于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和变焦透镜单元9，经由弯折镜10导入至光学积分器100。棱镜单元8对形成于衍射面7的光强度分布调整环带率等并将其导入至变焦透镜单元9。变焦透镜单元9将形成于衍射面7的光强度分布一边维持大致相似形状一边放大或缩小并导入至光学积分器100。光学积分器100将来自光源1(具体而言为变焦透镜单元9)的光束分割并射出，在其射出面形成多个(许多)二次光源。
另外，在本实施方式的照明光学系统IL中，在光源1(具体而言是变焦透镜单元9)与光学积分器100之间的光路上配置有光发散构件200。光发散构件200配置在光学积分器100的入射面附近，使来自光源1(具体而言是变焦透镜单元9)的光束发散而入射到光学积分器100。关于光学积分器100以及光发散构件200的详细的结构将在以后叙述。另外，“光束的发散”也可以理解为光束的散射或扩散，在该情况下，光发散构件200也可以理解为光散射构件或光扩散构件。
孔径光阑11配置在光学积分器100的射出面的附近、即照明光学系统IL的光瞳面。聚光透镜12对来自由光学积分器100形成的多个二次光源的光束进行聚光，重叠地对作为聚光透镜12的被照明面的中间照明面14进行照明。若将光束入射到光学积分器100并由聚光透镜12聚光，则中间照明面14以大致矩形形状的光强度分布被照明。另外，成像光学系统16包括多个透镜，将形成于中间照明面14的光强度分布经由弯折镜17投影到作为照明光学系统IL的被照明面的原版18。也就是说，聚光透镜12和成像光学系统16构成用于使用来自由光学积分器100形成的多个二次光源的光束对原版18(被照明面)进行照明的透镜(透镜组)。需要说明的是，原版18与中间照明面14为光学共轭的关系。
遮蔽单元15配置于中间照明面14。遮蔽单元15为了规定被原版载置台19保持的原版18的照明范围而配置，与原版载置台19和基板载置台22同步地扫描。在图1中，遮蔽单元15的扫描方向为Z方向，原版18和基板21的扫描方向为X方向。
视场光阑13设于在照明光学系统IL的光轴方向(X方向)上远离中间照明面14和遮蔽单元15的位置。视场光阑13规定聚光透镜12的被照明面即中间照明面14的扫描方向(视场光阑13的位置处的Z方向)的照明范围。视场光阑13设于在照明光学系统IL的光轴方向上远离中间照明面14的位置，因此被视场光阑13所遮挡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，在光源1为脉冲光源的情况下，能够降低在扫描速度或脉冲振荡的定时偏移的情况下产生的曝光不均的影响。
在此，在本实施方式中，视场光阑13配置在中间照明面14的附近，但也可以配置在作为被照明面的原版18的附近。另外，在本实施方式中，视场光阑13配置于比中间照明面14靠光源侧的位置，但并不限定于此，也可以配置于比中间照明面14靠原版18侧的位置。而且，视场光阑13也可以是能够在与扫描方向正交的每个方向(非扫描方向(Y方向))上变更扫描方向的开口宽度的可变视场光阑。通过变更视场光阑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，能够修正扫描曝光时的与非扫描方向有关的累计曝光量的不均。
投影光学系统20包括多个光学构件(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的图案的分辨率取决于投影光学系统20的数值孔径(NA)和有效光源形状。原版18配置于投影光学系统20的物面，基板21配置于投影光学系统20的像面。另外，控制部CNT例如由具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等处理部和存储器等存储部的计算机构成，通过控制曝光装置100的各部分来控制基板21的扫描曝光。
在如上述那样构成的曝光装置EX中，在扫描曝光中，从光源1射出的光通过照明光学系统IL对被原版载置台19保持的原版18进行照明。然后，由照明光学系统IL照明的原版18的图案通过投影光学系统20被成像在被基板载置台22保持的基板21。此时，通过以与投影光学系统20的成像倍率比相应的速度比扫描原版18和基板21，能够将原版18的图案转印到基板21。
[光学积分器的结构]
以下，对照明光学系统IL中的光学积分器100的结构例进行说明。图2～图3是表示光学积分器100的结构例的概略剖视图。图2表示XZ平面中的光学积分器100的截面，图3表示XY平面中的光学积分器100的截面。
光学积分器100包括在扫描方向(Z方向、第3方向)和非扫描方向(Y方向、第1方向)上周期性地排列的多个光学元件(第1光学元件)。非扫描方向能够是与扫描方向(Z方向)交叉的方向，但在本实施方式中，能够规定为与扫描方向(Z方向)正交的方向(Y方向)。另外，如图2～图3所示，本实施方式的光学积分器100由作为入射侧光学元件的入射侧积分器101～102和作为射出侧光学元件的射出侧积分器103～104构成。
由入射侧积分器101和射出侧积分器103构成的组构成为包含在扫描方向(Z方向)上周期性地排列的多个光学元件(第1光学元件)的积分器。入射侧积分器101和射出侧积分器103是仅在扫描方向(Z方向)上具有曲率的多个柱面元件透镜101e和103e作为多个光学元件而在扫描方向上排列的柱面透镜阵列。入射侧积分器101的各柱面元件透镜101e与射出侧积分器103的各柱面元件透镜103e分别处于对应关系。
另一方面，由入射侧积分器102和射出侧积分器104构成的组构成为包含在非扫描方向(Y方向)上周期性地排列的多个光学元件(第1光学元件)的积分器。入射侧积分器102和射出侧积分器104是仅在非扫描方向(Y方向)上具有曲率的多个柱面元件透镜102e和104e作为多个光学元件而在非扫描方向上排列的柱面透镜阵列。入射侧积分器102的各柱面元件透镜102e与射出侧积分器104的各柱面元件透镜104e分别处于对应关系。需要说明的是，以下，有时将光学积分器100中的柱面元件透镜仅表述为“元件透镜”。
入射到光学积分器100的入射光束被入射侧积分器101～102分别在扫描方向和非扫描方向上分割为多个(许多)光束。具体而言，该入射光束通过入射侧积分器101～102的各元件透镜101e～102e，以按照入射到各元件透镜101e～102e的位置的角度聚光、射出。然后，入射到与各元件透镜101e～102e分别对应的射出侧积分器103～104的各元件透镜103e～104e。在射出侧积分器103～104的作用下，无论向入射侧积分器101～102的入射角度如何，入射到入射侧积分器的各元件透镜的相同位置的光都从射出侧积分器以相同的角度射出。这样，在光学积分器100的射出面(的附近)形成多个(许多)二次光源。即，光学积分器100作为波阵面分割型光学积分器发挥功能。
在光学积分器100(射出侧积分器104)的射出面的附近配置有孔径光阑11。孔径光阑11的位置相当于聚光透镜12的光瞳面。如图1所示，从光学积分器100射出并通过孔径光阑11的光束由聚光透镜12聚光，重叠地照明中间照明面14，构成柯勒照明。由此，在中间照明面14形成具有高照度均匀性的照明分布。
在步进扫描方式的曝光装置中，为了减小投影光学系统20的良好像区域而降低投影光学系统20的设计以及制造难易度、成本，以矩形的照明区域对原版18进行照明。形成于作为原版18的共轭面的中间照明面14的照明区域的大小由从形成于光学积分器100的射出面的二次光源发散的光的最大角度决定。因而，为了在中间照明面14形成矩形的照明区域，需要使来自前述的二次光源的光束的发散角在扫描方向和非扫描方向上不同。
在本实施方式中，使光学积分器100的扫描方向的焦距与非扫描方向的焦距不同。具体而言，使光学积分器100的扫描方向的焦距fs比非扫描方向的焦距fn长。步进扫描方式的曝光装置中的矩形的照明区域的扫描方向与非扫描方向的纵横比典型地为1：2至1：10之间，但能够适当选择合适的纵横比。
在此，用于形成矩形的照明区域的结构并不限定于使各元件透镜的焦距在扫描方向和非扫描方向上不同的结构。例如，既可以构成为使入射侧积分器101～102的各元件透镜的宽度在扫描方向和非扫描方向上不同，也可以构成为使各元件透镜的宽度和焦距这两者在扫描方向和非扫描方向上不同。另外，图2～图3所示的光学积分器100由排列有柱面元件透镜的柱面透镜阵列构成，但并不限定于此。例如，也可以由在一张基板上一体地形成有多个圆筒面的柱面透镜阵列构成。圆筒面既可以是非球面形状，也可以是具有与圆筒面同样的折射力的衍射面。
[光发散构件的结构/功能]
以下，参照图4对照明光学系统IL中的光发散构件200的结构和功能进行说明。图4是表示光发散构件200和光学积分器100的结构例的概略剖视图，表示XZ平面中的截面。
光发散构件200包括周期性地排列的多个光学元件(第2光学元件)201，通过多个光学元件201的各个使来自变焦透镜单元9的光束的角度分布扩展(即，发散)并入射到光学积分器100。光发散构件200中的多个光学元件201作为多个微小元件，在一个方向(第2方向)和与该一个方向交叉(正交)的方向(第4方向)上周期性地排列。在此，在图4的例子中，光发散构件200配置于光学积分器100的入射面附近，但并不限定于此，也可以经由成像系统配置于与光学积分器100的入射面或其附近共轭的面。
设置光发散构件200的第一目的在于，避免在射出侧积分器103～104产生破坏构成光学积分器100的材料的可能性高的光能密度。如使用图2～图3前述的那样，在光学积分器100中，由入射侧积分器101～102聚光的光束在射出侧积分器103～104的附近或者内部聚焦。由此，会在射出侧积分器103～104中产生高的光能密度。如果入射到光学积分器100的光束的角度分布变大，则伴随于此，射出侧积分器103～104中的光束扩展，因此能够降低射出侧积分器103～104中的光能密度。
设置光发散构件200的第二目的在于，提高光学积分器100的重叠效果，在被照明面形成照度均匀性更高的照明分布。在入射到光学积分器100的光束的角度分布小的情况下，入射到光学积分器100的光束通过光学积分器100的各元件透镜的大致相同的位置而射出。此时，若由于各元件透镜的制造误差等而存在面形状的微小的偏移、微小的伤痕等，则形成于中间照明面14的照度分布成为反映了这些的分布。如果入射到光学积分器100的光束的角度分布变大，则光束通过光学积分器100的各元件透镜中的各种位置射出。也就是说，光学积分器100的各元件透镜中的光束的通过范围扩大。其结果，前述的制造误差的影响被平均化，在形成于中间照明面14的照度分布中能够得到高的照度均匀性。
理想地，光发散构件200构成为从入射侧积分器101～102的各元件透镜101e～102e射出的光束照射射出侧积分器103～104的对应的各元件透镜103e～104e的整个面为佳。即，以从入射侧积分器101～102的各元件透镜射出的光束入射到射出侧积分器103～104的对应的各元件透镜的整个面的方式决定或选择光发散构件200的发散角度(散射角度、数值孔径)为佳。
另一方面，若入射到光学积分器100的光束的角度过大，则从入射侧积分器101～102的各元件透镜射出的光入射到射出侧积分器103～104的不对应的元件透镜。其结果，有可能导致被照明面的照度均匀性的降低、或者使照明效率降低。
在此，对光发散构件200中的光束的发散角度进行说明。将能够使从入射侧积分器101～102的各元件透镜射出的光束入射到射出侧积分器103～104的对应的各元件透镜的整个面的上限的数值孔径规定为入射容许NA。该数值孔径是表示入射到光学积分器100的光束的角度的指标。此时，若将光学积分器100的各元件透镜的直径(宽度)设为D，将入射侧积分器101～102的各元件透镜的焦距设为f，则入射容许NA＝D/2×1/f。
期望的是，入射到光学积分器100的光束的数值孔径被设定为从入射侧积分器的各元件透镜射出的光照射射出侧积分器的对应的各元件透镜的尽可能宽的范围，并且不超过入射容许NA。因而，在将入射到光发散构件200的光束的数值孔径设为NAi时，光发散构件200的发散数值孔径NAsc设定为满足以下的(式1)为佳。发散数值孔径NAsc是表示光发散构件200中的光束的发散角度的指标。
0.5×D/2×1/f-NAi<NAsc<D/2×1/f-NAi (式1)
如前所述，为了形成矩形的照明区域，需要使光学积分器100的元件透镜的焦距在扫描方向和非扫描方向上不同，或者使元件透镜的直径(宽度)在扫描方向和非扫描方向上不同，或者这两者。也就是说，为了使(式1)中的直径D和/或焦距f在扫描方向和非扫描方向上不同，使光发散构件200的数值孔径NAsc在扫描方向和非扫描方向上不同为佳。
图5表示本实施方式的光发散构件200的发散角度分布(散射角度分布)。如图5所示，本实施方式的光发散构件200具有实质上矩形的发散角度分布。
以往，作为光发散构件(光散射构件)的制作方法，例如使用通过磨削或粗磨(日文：荒摺)或蚀刻等形成随机的表面的方式、使散射材料分散于内部的方式。然而，在这样的以往的制作方法中，通常各向同性地生成大的发散角度分布，因此难以形成图5所示那样的矩形的发散角度分布。
因此，例如如图4所示，本实施方式的光发散构件200作为多个光学元件201，能够通过将作为微小元件的多个凹面微透镜的周期性排列一体地形成于一张基板(板)而构成。凹面微透镜的周期例如为0.1mm至1mm之间，能够使用磨削、蚀刻等技术而形成。另外，为了形成图5那样的矩形的发散角度分布，需要在相互交叉(例如正交)的2个方向(第2方向、第4方向)上周期性地排列多个凹面微透镜。而且，多个凹面微透镜的焦距和/或直径(宽度)需要在该2个方向上不同。
在此，作为光发散构件200中的多个光学元件201，并不限于多个凹面微透镜，例如，也可以使用多个凸面微透镜。在该情况下，在各凸面微透镜的焦点处光强度分布变得离散，因此期望的是，在充分远离各凸面微透镜的焦点的位置配置光学积分器100。光发散构件200也可以是通过对入射的光束进行衍射而使其发散的衍射光学元件。
另外，本实施方式的光发散构件200也可以使用CGH(Computer GeneratedHologram：计算全息元件)。CGH例如是将具有图6所示那样的相位分布的单位衍射单元202作为各光学元件201而规则地排列的全息元件，能够生成图5所示那样的矩形的发散角度分布。CGH的单位衍射单元的大小(排列周期)例如为0.1mm至几mm左右，在石英等基板上使用已知的模塑技术、光刻技术等形成相位分布。相位分布的像素尺寸例如为0.1μm至几μm。
进而，光发散构件200的发散角度分布并不限定于图5所示那样的矩形的发散角度分布，也可以仅在一个方向上具有发散角度分布。在步进扫描方式的曝光装置中，扫描方向的照度分布通过扫描曝光而平均化，因此非扫描方向的照度分布的均匀性特别重要。因而，光发散构件200也可以是仅在非扫描方向上使光发散的构件。作为其具体的结构，有在非扫描方向上具有曲率的微柱面透镜阵列、仅在非扫描方向上使光衍射的一维CGH，但并不限定于此，能够适当地使用合适的发散部件。
然而，在如上述那样使用单元结构以一定周期排列的光发散构件200的情况下，由于元件透镜与以一定周期排列的光学积分器100的相互作用，有时被照明面处的照度不均匀降低。
图7是示意地表示光发散构件200的各光学元件201与光学积分器100的入射侧积分器101之间的光传播的图。在图7中，作为光发散构件200的各光学元件201，使用了凹面微透镜，但并不限定于此，如前所述，既可以使用凸面微透镜，也可以使用CGH的单位衍射单元。另外，作为光发散构件200也可以使用衍射光学元件。
如图7中虚线所示，光发散构件200中的多个光学元件201生成相互不同的发散光束(散射光束)。在图7中，用Pfi表示光学积分器100(入射侧积分器102)中的元件透镜(第1光学元件)的排列周期(P1)，用Psc表示光发散构件200中的光学元件201(第2光学元件)的排列周期(P2)。在入射侧积分器102的入射面，生成根据光发散构件200中的光学元件201的排列周期Psc亮部和暗部周期性地重复的照度分布(以下，有时表述为周期性的照度分布)。
在光学积分器100的入射面生成的周期性的照度分布以光学积分器100中的元件透镜的排列周期被分割而在被照明面上重叠。因此，在表示排列周期Psc与排列周期Pfi之比的Psc/Pfi(即，P1/P2)为1/2、1/3、2/5这样的有理数的情况下，在被照明面上反复重叠相同的照度分布。也就是说，容易在被照明面上形成周期性的照度分布。在此，形成为既约分数时的Psc/Pfi的分子表示在入射侧积分器101的入射面上针对几个元件透镜101e的每一个重复相同的照度分布。因此，期望的是以使Psc/Pfi的既约分数形的分子尽可能大的方式选择Psc和Pfi。期望的是，Psc/Pfi的既约分数形的分子为10以上。
另一方面，在Psc/Pfi为无理数的情况下，在任意的元件透镜101e中都不重复相同的照度分布。因此，更期望的是，Psc/Pfi为无理数。但是，即使将Psc/Pfi设为无理数，在Psc和Pfi为接近的值的情况下，由光发散构件200形成的照度分布有时也不会被光学积分器100充分地分割而重叠，在被照明面产生不均匀。因而，期望的是，光发散构件200中的光学元件201的排列周期Psc比光学积分器100的元件透镜的排列周期Pfi小。期望的是，Psc为Pfi的5分之1以下，更期望为Pfi的10分之1以下。
至此，对光发散构件200配置在入射侧积分器101～102的光源侧的情况进行了说明。但是，在光发散构件200配置于入射侧积分器101～102的被照明面侧的情况下，也同样地在被照明面产生周期性的照度分布。对此进行说明。入射到入射侧积分器101～102的元件透镜的光以由元件透镜上的入射位置决定的角度射出。即，元件透镜上的照度分布被变换为角度分布射出。从入射侧积分器101～102的元件透镜射出的光的角度分布通过射出侧积分器103～104和聚光透镜12再次变换为被照明面上的照度分布。在入射侧积分器101～102的被照明面侧配置有光发散构件200的情况下，以与光发散构件200中的光学元件201的排列周期相应的周期，对从入射侧积分器101～102射出的光的角度分布带来调制。因而，即使在光发散构件200配置于入射侧积分器101～102的被照明面侧的情况下，也同样能够在被照明面上产生周期性的照度分布。
作为用于抑制由于光发散构件200与光学积分器100的相互作用而在被照明面产生的周期性的照度分布的一个方法，是对光发散构件200的光学元件201的排列导入不规则性。例如，在光发散构件200的光学元件201是微透镜的情况下，考虑使该光学元件201的排列周期不规则，或者使曲率不规则。另外，在光发散构件200的光学元件201为CGH的情况下，考虑不规则地配置具有相互不同的结构的多种单位衍射单元。然而，向光发散构件200导入这样的不规则性可能会使光发散构件200的制造性降低。
因此，在本实施方式的照明光学系统IL中，使光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行。具体而言，光学积分器100中的元件透镜的排列方向(第1方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向(第2方向)所成的角度满足大于0度且小于45度这样的条件。由此，即使使用由单一种类的光学元件201的周期性排列构成的光发散构件200，也能够降低由于光学积分器100与光发散构件200的相互作用而在被照明面生成的周期性的照度分布。需要说明的是，在以下的说明中，“使2个方向平行”被定义为“使2个方向所成的角度为0度”的意思。另外，“使2个方向不平行”被定义为“使2个方向所成的角度为大于0度且小于45度的角度”的意思。
[使用一维光发散构件的例子]
以下，说明作为光发散构件200，使用仅在一个方向(第2方向)上使光发散(散射)的一维光发散构件的例子。以下，参照图8～图9说明通过使光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行，从而降低在被照明面产生的周期性的照度分布。
图8表示入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(Y方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“平行”的例子。另一方面，图9表示入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(Y方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“不平行”的例子。图8～图9的(a)表示从光发散构件200侧(-Z方向侧)观察光学积分器100(入射侧积分器101～102)的图。另外，图8～图9的(b)表示在被照明面上形成的照度分布300，图8～图9的(c)表示在被照明面上形成的照度分布的累计照度分布301。
在此，如上所述，作为光发散构件200，使用仅使光在一个方向(第2方向)上发散的一维光发散构件。在这样的光发散构件200中，分别具有沿着与该一个方向正交的方向伸长的形状的多个光学元件201能够在该一个方向上以排列周期Psc周期性地排列。而且，在使用这样的光发散构件200的情况下，在入射侧积分器101的入射面的光束(光束直径φ)的光强度分布202中，形成亮部和暗部在该一个方向上以周期Psc重复的周期性的照度不均匀性203。
若使入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(Y方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向平行，则如图8的(a)所示，照度不均匀性203的周期方向与元件透镜102e的排列方向一致。此时，由于在被照明面上形成的照度分布300是通过光学积分器100将光强度分布202分割、重叠而成的，因此如图8的(b)所示，成为反映了光强度分布202中的周期性的照度不均匀性203的分布。
如前所述，在步进扫描方式的曝光装置中，扫描方向的照度分布通过扫描曝光而被平均化，因此扫描方向的照度分布(具体而言，与扫描方向的累计照度相关的非扫描方向的分布(累计照度分布))的均匀性变得重要。图8的(c)表示被照明面上的累计照度分布301。在入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向平行的情况下，累计照度分布301成为反映了光强度分布202中的周期性的照度不均匀性203的不均匀的分布。
与此相对，若使入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行，则照度不均匀性203的周期方向与元件透镜102e的排列方向(Y方向)不平行。具体而言，如果使光发散构件200相对于入射侧积分器102旋转角度θ，则如图9的(a)所示，照度不均匀性203的周期方向相对于元件透镜102e的排列方向(Y方向)旋转角度θ。在该情况下，形成周期性的照度不均匀性203的元件透镜上的位置在入射侧积分器102中的多个元件透镜102e中相互不同。因此，在将光强度分布202分割、重叠而成的被照明面上的照度分布300中，光强度分布202中的周期性的照度不均匀性203一点一点地错开而重叠，由此被平均化，如图9的(b)所示，照度大致均匀。其结果，如图9的(c)所示，能够得到在非扫描方向上累计照度大致均匀的累计照度分布301。在此，如前所述，角度θ是大于0度且小于45度的角度。
接下来，对用于使光强度分布202中的周期性的照度不均匀性203在非扫描方向上充分平均化并进一步提高被照明面上的照度均匀性的追加条件进行说明。追加条件能够包括入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(第1方向、Y方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向(第2方向)所成的角度θ为arctan(Pfiy/φ)以上。“Pfiy”表示入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列周期(Y方向)，在用P1表示Pfiy的情况下，追加条件能够包括角度θ为arctan(P1/φ)以上的情况。如图9的(a)所示，该追加条件是指，光强度分布202(即，光束(光束直径φ))中的端部A与端部B在非扫描方向(Y方向)上的距离d为入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列周期Pfi以上的意思。端部A和端部B被规定为与照度不均匀性203的周期方向正交的方向上的光强度分布202的两端部。通过该追加条件，能够进一步提高被照明面上的照度均匀性。
[使用二维光发散构件的例子]
以下，说明使用使光在相互交叉(正交)的2个方向上发散的二维光发散构件作为光发散构件200的例子。在使用二维发散构件作为光发散构件200的情况下，基本上能够在该2个方向的各个方向上得到与使用一维光发散构件的情况相同的功能、效果。因此，除了以下说明的事项以外，能够继承使用一维光发散构件的例子中的上述说明。
图10表示光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“平行”的例子。另一方面，图11表示光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“不平行”的例子。图10～图11的(a)表示从光发散构件200侧(-Z方向侧)观察光学积分器100(入射侧积分器101～102)的图。另外，图10～图11的(b)表示在被照明面上形成的照度分布302，图10～图11的(c)表示在被照明面上形成的照度分布的累计照度分布303。
在此，如前所述，使用使光在相互交叉(正交)的2个方向上发散的二维光发散构件作为光发散构件200。在这样的光发散构件200中，能够在一个方向(第2方向)和与该一个方向正交的方向(第4方向)上周期性地排列多个光学元件201。光学元件201在该一个方向上的排列周期(P2)为Psc1，光学元件201在与该一个方向正交的方向上的排列周期(P4)为Psc2。在该情况下，在光学积分器100的入射面处的光束(光束直径φ)的光强度分布中，形成在该一个方向上以周期Psc1、在与该一个方向垂直的方向上以周期Psc2二维地配置明部的周期性的照度不均匀性204。需要说明的是，在图10～图11中，以矩形的排列示意性地示出照度不均匀性204，但实际的照度不均匀性204可能根据光发散构件200的具体的结构、设计值、光发散构件200与光学积分器100的距离等而不同。
另外，光学积分器100中的元件透镜的排列周期在非扫描方向(第1方向、Y方向)上为Pfiy，在扫描方向(第3方向、Z方向)上为Pfiz。也就是说，入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列周期(P1)为Pfiy，入射侧积分器101中的元件透镜101e的排列周期(P3)为Pfiz。
如果使光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向平行，则如图10的(a)所示，照度不均匀性204的周期方向与元件透镜排列方向一致。此时，被照明面上的照度分布302是将光学积分器100的入射面处的光强度分布202分割、重叠而成的，因此如图10的(b)所示，成为反映了光强度分布202中的周期性的照度不均匀性204的分布。其结果，累计照度分布303也可能在非扫描方向(Y方向)上成为不均匀的分布。
与此相对，若使光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行，则照度不均匀性204的周期方向相对于元件透镜的排列方向不平行。具体而言，如果使光发散构件200相对于光学积分器100旋转角度θ，则如图11的(a)所示，照度不均匀性204的周期方向相对于光学积分器100中的元件透镜的排列方向旋转角度θ。在该情况下，形成周期性的照度不均匀性204的元件透镜上的位置在光学积分器中的多个元件透镜中相互不同。因此，在被照明面上的照度分布302中，如图11的(b)所示，光强度分布202中的周期性的照度不均匀性204一点一点地错开而重叠，由此被平均化。其结果，如图11的(c)所示，能够得到在非扫描方向上累计照度大致均匀的累计照度分布303。在此，如前所述，角度θ是大于0度且小于45度的角度。
接下来，对用于使光强度分布202中的周期性的照度不均匀性204在非扫描方向上充分平均化，进一步提高被照明面上的照度均匀性的追加条件进行说明。追加条件包括入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(第1方向、Y方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向(第2方向)所成的角度θ为arctan(Pfiy/φ)以上。Pfiy是入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列周期(Y方向)，在用P1表示Pfiy的情况下，追加条件能够包括角度θ为arctan(P1/φ)以上。
另外，追加条件也可以包括角度θ为arctan(Pfiz/φ)以上。角度θ也可以理解为入射侧积分器101中的元件透镜101e的排列方向(第3方向、Z方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向(第4方向)所成的角度。Pfiz是入射侧积分器101中的元件透镜101e的排列周期(Z方向)，在用P3表示Pfiz的情况下，追加条件能够包括角度θ为arctan(P3/φ)以上的情况。
进而，追加条件也可以代替上述而包含角度θ为arctan(PL/φ)以上的情况。PL表示入射侧积分器101中的元件透镜101e的排列周期、以及入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列周期中的较大的排列周期。
[其他追加条件]
接下来，对用于进一步提高被照明面上的照度均匀性的其他追加条件进行说明。图12表示关于使角度θ变化时的被照明面上的累计照度分布的PV(Peak to Valley，峰谷值)值的变化的模拟结果。图12是纵轴为常用对数的半对数曲线图，横轴为角度θ，纵轴为累计照度分布的PV值。角度θ能够定义为构成为二维光发散构件的光发散构件200中的光学元件的2个排列方向与入射侧积分器102中的元件透镜102e的排列方向(非扫描方向)分别所成的2个角度中的较小的角度。另外，图12的模拟条件为设光束直径φ为50mm，光发散构件200中的Y方向、Z方向上的光学元件201的排列周期均为0.5mm，入射侧积分器101～102中的元件透镜的排列周期均为3.9mm。该条件下的arctan(Pfi/φ)为4.5度，在图12的例子中，可知在角度θ为4.5度以上的情况下，被照明面上的累计照度分布的PV值降低至最小值附近。
在此，在图12的例子中，在角度θ为7.1度、14.0度以及18.4度时，尽管角度θ为arctan(Pfi/φ)以上，累计照度分布的PV值也成为极大值。这样，在累计照度分布的PV值成为极大值的角度θ中，tanθ成为有理数，在角度θ为7.1度、14.0度以及18.4度时，tanθ分别成为1/8、1/4以及1/3。在tanθ为有理数且光发散构件200中的光学元件201的2个排列周期Psc1和Psc2相等的情况下，即使使光强度分布202的周期性的照度不均匀性204在Z方向或Y方向上平行移动，也反复出现相同的照度分布。也就是说，使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低。因而，以tanθ成为无理数的方式决定角度θ为佳。另一方面，即使在tanθ为有理数的情况下，在tanθ小的情况下，出现相同照度分布的重复周期变大，因此难以使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低。例如，tanθ为1/10以下为佳。
另外，关于非扫描方向，在将m和n分别设为除零以外的整数时，在满足m×Psc1÷cosθ＝n×Pfiy±α的情况下，会使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低。即，在光学积分器100的入射面中，每隔n个入射侧积分器102的元件透镜102e的Y方向的排列，元件透镜102e与周期性的照度不均匀性204的相对关系在Y方向上重复。其结果，不均匀的照度分布在被照明面上的相同位置反复重叠，使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低。因而，以满足m×Psc1÷cosθ在n×Pfiy±α的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在用P1表示Pfiy、用P2表示Psc1的情况下，以满足m×P2÷cosθ在n×P1±α的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在此，“α”是用于规定“n×Pfiy”附近的排除范围的值，能够事先设定为任意的值。例如，“α”能够设定为0～2的范围内的预定值(例如0.5、1、2等)。
同样地，关于扫描方向，在将m’和n’分别设为除零以外的整数时，在满足m’×Psc2÷cosθ＝n’×Pfiz±β的情况下，会使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低。因而，以满足m’×Psc2÷cosθ在n’×Pfiz±β的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在用P3表示Pfiz、用P4表示Psc2的情况下，以满足m’×P4÷cosθ在n’×P3±β的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在此，“β”是用于规定“n×Pfiz”附近的排除范围的值，能够事先设定为任意的值。例如，“β”能够设定为0～2的范围内的预定值(例如0.5、1、2等)。
然而，在光发散构件200为二维光发散构件的情况下，如前所述，其发散角度分布例如为图5所示的矩形的发散角度分布。并且，假定构成矩形的发散角度分布的多个边中的至少1个边延伸的方向与光发散构件200的光学元件201的排列方向(第2方向或第4方向)平行的情况。在该情况下，实际从光学积分器100射出的光束的角度分布成为使矩形旋转了角度θ的分布。因此，向扫描方向和非扫描方向的发散角度变大，存在针对光学积分器100的入射容许NA的富余变少、或者超过入射容许NA的可能性。其结果，使被照明面上的累计照度分布的均匀性降低、或使照明效率降低。
因而，光发散构件200中的构成矩形的发散角度分布的多个边中的至少1个边延伸的方向与光学积分器100的元件透镜的排列方向(第1方向或第3方向)平行为佳。即，光发散构件200中的矩形的发散角度分布被设计成构成它的多个边中的至少1个边延伸的方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向形成角度-θ为佳。
图13表示设计成光发散构件200中的矩形的发散角度分布的至少1个边延伸的方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向成角度-θ的例子。在图13中，示出光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行的情况。需要说明的是，在图13中，为了容易理解说明，示意性地示出了矩形的发散角度分布的至少1个边延伸的边相对于光学元件201的排列方向旋转了角度-θ的例子，但实际的照度不均匀性204有时与图13的例子不同。例如，实际的照度不均匀性204根据光发散构件200的具体的结构、设计值、光发散构件200与入射侧积分器101～102的距离等，可能与图13的例子不同。
在图13中，光发散构件200中的光学元件201的2个排列方向中的、与非扫描方向(Y方向)所成的角较小的方向成为相对于非扫描方向形成角度θ的排列方向。也就是说，光发散构件200中的矩形的发散角度分布的至少1个边延伸的方向与扫描方向(Z方向)或非扫描方向(Y方向)平行。然而，光强度分布202中的周期性的照度不均匀性204的排列方向与光学积分器100中的元件透镜的排列方向不平行。因此，对于作为通过入射侧积分器101～102将光强度分布202分割、重叠的结果的被照明面上的照度分布而言，光强度分布202的周期性的照度不均匀性204一点一点地错开而重叠。因而，即使矩形的发散角度分布的至少1个边延伸的方向与扫描方向(Z方向)或非扫描方向(Y方向)平行，如使用图11的(c)说明的那样，也能够提高被照明面(原版18)上的累计照度分布的均匀性。
如上所述，本实施方式的照明光学系统IL构成为满足光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向所成的角度大于0度且小于45度这样的条件。由此，能够提高非照明面(例如原版18)上的照度均匀性。
<第2实施方式>
对本发明的第2实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，对曝光装置EX是步进扫描方式的曝光装置的情况进行了说明，但即使是步进重复方式的曝光装置，基本的想法也是同样的。因而，在本实施方式中，对步进重复方式的曝光装置EX(照明光学系统IL)的结构进行说明。需要说明的是，本实施方式基本上继承第1实施方式，除了以下提及的事项以外都如第1实施方式中说明的那样。曝光装置EX的装置结构也如第1实施方式中说明的那样。
图14～图15是表示能够在步进重复方式的曝光装置EX中使用的光学积分器100的结构例的概略剖视图。图14表示XZ平面中的光学积分器100的截面，图15表示XY平面中的光学积分器100的截面。本实施方式的光学积分器100是周期性地排列有在与光轴垂直的面上具有矩形的截面的多个棱柱元件透镜100e(多个第1光学元件)的透镜阵列。多个棱柱元件透镜100e在Z方向和Y方向上分别以周期Pfz和周期Pfy周期性地排列。本实施方式的光学积分器100的作用与由柱面透镜阵列构成的第1实施方式的光学积分器100基本上是同样的。需要说明的是，以下，有时将棱柱元件透镜100e仅表述为元件透镜100e。
在本实施方式的光学积分器100中，由于Z方向的焦距与Y方向的焦距相同，因此各元件透镜100e的入射面的形状与被照明面中的照明区域的形状相似。步进重复方式的曝光装置EX中的曝光区域典型地为矩形形状，因此在本实施方式中，使光学积分器100的各元件透镜100e在Z方向上的宽度比Y方向上的宽度长。在此，在本实施方式的曝光装置EX(照明光学系统IL)中，不一定需要使用由多个棱柱元件透镜构成的光学积分器，也可以使用由柱面透镜阵列构成的光学积分器。
图16表示光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“平行”的例子。另一方面，图17示出光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向为“不平行”的例子。图16～图17的(a)表示从光发散构件200侧(-Z方向侧)观察光学积分器100的图。另外，图16～图17的(b)表示在被照明面上形成的照度分布304。
在本实施方式中，使用使光在相互交叉(正交)的2个方向上发散的二维光发散构件作为光发散构件200。在这样的光发散构件200中，能够在一个方向(第2方向)和与该一个方向正交的方向(第4方向)上周期性地排列多个光学元件201。光学元件201在该一个方向上的排列周期(P2)为Psc1，光学元件201在与该一个方向正交的方向上的排列周期(P4)为Psc2。在该情况下，在光学积分器100的入射面的光束(光束直径φ)的光强度分布中，形成在该一个方向上以周期Psc1、在与该一个方向垂直的方向上以周期Psc2二维地配置明部的周期性的照度不均匀性205。在图16～图17中，以矩形的排列示意性地表示周期性的照度不均匀性205。
如果使光学积分器100中的元件透镜100e的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向平行，则如图16的(a)所示，照度不均匀性205的周期方向与元件透镜100e的排列方向一致。此时，由于在被照明面上形成的照度分布304是通过光学积分器100将光强度分布202分割、重叠而成的，因此如图16的(b)所示，成为反映了光强度分布202中的周期性的照度不均匀性204的分布。
与此相对，若使光学积分器100中的元件透镜100e的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向不平行，则照度不均匀性205的周期方向与元件透镜100e的排列方向不平行。具体而言，如果使光发散构件200相对于光学积分器100旋转角度θ，则如图17的(a)所示，照度不均匀性205的周期方向相对于元件透镜100e的排列方向旋转角度θ。在该情况下，形成周期性的照度不均匀性205的元件透镜上的位置在多个元件透镜100e中相互不同。因此，在将光强度分布202分割、重叠而成的被照明面上的照度分布304中，光强度分布202中的周期性的照度不均匀性205一点一点地错开而重叠，由此被平均化，如图17的(b)所示，照度大致均匀。在此，角度θ如在第1实施方式中说明的那样，是大于0度且小于45度的角度。
接下来，说明用于将光强度分布202中的周期性的照度不均匀性205在被照明面上充分地分散、平均化，进一步提高被照明面上的照度均匀性的追加条件。追加条件能够包括光学积分器100的元件透镜100e的排列方向(第1方向)与光发散构件200中的光学元件201的排列方向(第2方向)所成的角度θ为arctan(Pfz/φ)以上的情况。“Pfz”表示与被照明面中的矩形的照明区域的长边方向对应的Z方向上的元件透镜100e的排列周期(Z方向)，在用P1表示Pf的情况下，追加条件能够包括角度θ为arctan(P1/φ)以上的情况。该追加条件是指，光强度分布202(即，光束(光束直径φ))中的两端部在Z方向上的距离为元件透镜100e的排列周期Pfz以上。该两端部被规定为照度不均匀性203的周期Psc1的方向上的光强度分布202的两端部。通过该追加条件，能够进一步提高被照明面上的照度均匀性。
另外，在tanθ为有理数且光发散构件200中的光学元件201的2个排列周期Psc1和Psc2相等的情况下，即使设为使光强度分布202的周期性的照度不均匀性205在Z方向或Y方向上平行移动，也反复出现相同的照度分布。也就是说，使被照明面上的照度分布的均匀性降低。因而，以tanθ成为无理数的方式决定角度θ为佳。另一方面，即使在tanθ为有理数的情况下，在tanθ小的情况下，出现相同的照度分布的重复的周期变大，因此难以使被照明面上的照度分布的照度均匀性降低。例如，tanθ为1/10以下为佳。
另外，在将m、n、m’以及n’分别设为除零以外的整数时，在满足m×Psc1÷cosθ＝n×Pfy±α、或者m’×Psc2÷cosθ＝n’×Pfz±β的情况下，会使被照明面上的照度分布的均匀性降低。即，在光学积分器100的入射面中，每隔n个元件透镜100e的Y方向或Z方向的排列，元件透镜100e与周期性的照度不均匀性205的相对关系在Y方向或Z方向上重复。其结果，不均匀的照度分布在被照明面上的相同位置反复重叠，使被照明面上的照度分布的均匀性降低。
因而，以满足m×Psc1÷cosθ在n×Pfy±α的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在用P1表示Pfy，用P2表示Psc1的情况下，以满足m×P2÷cosθ在n×P1±α的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。同样地，以满足m’×Psc3÷cosθ在n’×Pfz±β范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在用P3表示Pfz、用P4表示Psc2的情况下，以满足m’×P4÷cosθ在n’×P3±β的范围外的条件的方式决定角度θ为佳。在此，“α”是用于规定“n×Pfy”附近的排除范围的值，能够事先设定为任意的值。同样地，“β”是用于规定“n×Pfz”附近的排除范围的值，能够事先设定为任意的值。例如，“α”和“β”中的各个能够设定为0～2的范围内的预定值(例如0.5、1、2等)。
如上所述，在本实施方式中，对曝光装置EX构成为步进重复方式的情况进行了说明。在这样的曝光装置EX的照明光学系统IL中，也构成为满足光学积分器100中的元件透镜的排列方向与光发散构件200中的光学元件201的排列方向所成的角度大于0度且小于45度这样的条件。由此，能够提高在非照明面(例如原版18)上的照度均匀性。
<物品的制造方法的实施方式>
本发明的实施方式的物品的制造方法例如适合于制造半导体器件等微器件、具有微细结构的元件等物品。本实施方式的物品的制造方法包括：使用上述曝光装置在涂布于基板的感光剂上形成潜像图案的工序(对基板进行曝光的工序)；对形成有潜像图案的基板进行加工(显影)的工序；以及由加工后的基板制造物品的工序。进而，该制造方法包括其他公知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、接合、封装等)。本实施方式的物品的制造方法与以往的方法相比，在物品的性能、品质、生产率、生产成本的至少1个方面是有利的。
发明不限于上述实施方式，在不脱离发明的精神和范围的情况下，能够进行各种变更和变形。因而，为了公开发明的范围而添附权利要求。

Claims (15)

1.一种照明光学系统，使用来自光源的光束对被照明面进行照明，其特征在于，该照明光学系统具备：
积分器，包括在第1方向上周期性地排列的多个第1光学元件，由来自所述光源的光束形成多个二次光源；
透镜，用于使用来自所述多个二次光源的光束对所述被照明面进行照明；以及
光发散构件，包括在第2方向上周期性地排列的多个第2光学元件，配置于所述光源与所述积分器之间的光路上，以利用所述多个第2光学元件的各个使来自所述光源的光束发散而入射到所述积分器，
所述第1方向和所述第2方向所成的角度比0度大且比45度小。
2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第1方向上的排列周期设为P1，将入射到所述积分器的光束的直径设为φ时，所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度为arctan(P1/φ)以上。
3.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第1方向上的排列周期设为P1，将所述多个第2光学元件在所述第2方向上的排列周期设为P2时，P1/P2为无理数。
4.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度设为θ时，tanθ为无理数。
5.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第1方向上的排列周期设为P1，将所述多个第2光学元件在所述第2方向上的排列周期设为P2，将所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度设为θ，将m和n分别设为除零以外的整数，将α设为0～2的预定值时，m×P2÷cosθ在n×P1±α的范围外。
6.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光学元件在所述第1方向上的排列周期比所述多个第2光学元件在所述第2方向上的排列周期大。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的照明光学系统，其特征在于，
所述多个第1光学元件在所述第1方向和与所述第1方向交叉的第3方向上周期性地排列，
所述多个第2光学元件在所述第2方向和与所述第2方向交叉的第4方向上周期性地排列。
8.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第3方向上的排列周期设为P3，将入射到所述积分器的光束的直径设为φ时，所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度为arctan(P3/φ)以上。
9.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第1方向上的排列周期和在所述第2方向上的排列周期中的较大的排列周期设为PL，将入射到所述积分器的光束的直径设为φ时，所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度为arctan(PL/φ)以上。
10.根据权利要求7所述的照明光学系统，其特征在于，
在将所述多个第1光学元件在所述第3方向上的排列周期设为P3，将所述多个第2光学元件在所述第4方向上的排列周期设为P2，将所述第1方向与所述第2方向所成的所述角度设为θ，将m’和n’分别设为除零以外的整数，将β设为0～2的预定值时，m’×P4÷cosθ在n’×P3±β的范围外。
11.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述光发散构件是衍射光学元件。
12.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述光发散构件具有矩形的发散角度分布。
13.根据权利要求12所述的照明光学系统，其特征在于，
构成所述光发散构件中的所述矩形的发散角度分布的多个边中的至少1个边延伸的方向与所述第1方向平行。
14.一种曝光装置，对基板进行曝光，其特征在于，该曝光装置具备：
权利要求1所述的照明光学系统，该照明光学系统以原版作为被照明面进行照明；以及
投影光学系统，将由所述照明光学系统照明的所述原版的图案的像投影到所述基板上。
15.一种物品的制造方法，其特征在于，该物品的制造方法包括：
曝光工序，在该曝光工序中，使用权利要求14所述的曝光装置对基板进行曝光；
加工工序，在该加工工序中，对在所述曝光工序中曝光后的所述基板进行加工；以及
制造工序，在该制造工序中，从在所述加工工序中加工后的所述基板制造物品。
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