JP2001085293A - Illumination optical system and exposure system provided therewith - Google Patents

Illumination optical system and exposure system provided therewith

Info

Publication number
JP2001085293A
JP2001085293A JP25563699A JP25563699A JP2001085293A JP 2001085293 A JP2001085293 A JP 2001085293A JP 25563699 A JP25563699 A JP 25563699A JP 25563699 A JP25563699 A JP 25563699A JP 2001085293 A JP2001085293 A JP 2001085293A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light beam
illumination
light
optical
optical system
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.)
Granted
Application number
JP25563699A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001085293A5 (en
JP4415223B2 (en
Inventor
Osamu Tanitsu
修 谷津
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 JP25563699A priority Critical patent/JP4415223B2/en
Priority to KR1019990058776A priority patent/KR20000048227A/en
Priority to EP99125256A priority patent/EP1014196A3/en
Priority to US09/540,874 priority patent/US6563567B1/en
Publication of JP2001085293A publication Critical patent/JP2001085293A/en
Priority to US10/377,700 priority patent/US20030160949A1/en
Priority to US10/378,816 priority patent/US20030156269A1/en
Priority to US10/378,867 priority patent/US20030156266A1/en
Publication of JP2001085293A5 publication Critical patent/JP2001085293A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4415223B2 publication Critical patent/JP4415223B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical system capable of producing converted illumination such as zonal illumination, quadruple illumination while reducing an optical loss at an aperture to a small amount. SOLUTION: This illumination optical system includes angled optical flux forming means 4, 5 for converting an optical flux from a light source 1 into a plurality of optical fluxes having angle components, optical flux shape converting means 6, 7 for forming, for example, zonal optical intensity distribution based on the optical fluxes, an optical integrator 8 which receives the optical fluxes to form a secondary light source having a zonal optical intensity distribution, and a light introducing optical system 10 for introducing the optical fluxes from the optical integrator 8 into a mask 11.

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、または薄膜磁気ヘッド等
の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 apparatus and an exposure apparatus having the illuminating optical apparatus. The present invention relates to an illumination optical device suitable for an exposure apparatus.

【0002】[0002]

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

【0003】コンデンサ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
介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上には、
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
細パターンをウエハ上に正確に転写するにはウエハ上に
おいて均一な照度分布を得ることが不可欠である。
A light beam condensed by a condenser lens illuminates a mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. Light transmitted through the pattern of the mask forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, on the wafer,
The mask pattern is projected and exposed (transferred). The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.

【0004】近年においては、フライアイレンズの射出
側に配置された開口絞りの開口部(光透過部)の大きさ
を変化させることにより、フライアイレンズにより形成
される二次光源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射出側に配置された開口絞りの
開口部の形状を輪帯状や四つ穴状(すなわち4極状)に
設定することにより、フライアイレンズにより形成され
る二次光源の形状を輪帯状や4極状に制限して、投影光
学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されて
いる。
In recent years, the size of the secondary light source formed by the fly-eye lens has been changed by changing the size of the opening (light transmitting portion) of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens. A technique for changing the illumination coherency σ (σ value = aperture stop diameter / pupil diameter of the projection optical system, or σ value = exit side numerical aperture of the illumination optical system / incident side numerical aperture of the projection optical system). Is attracting attention. In addition, by setting the shape of the opening of the aperture stop arranged on the emission side of the fly-eye lens to an annular shape or a four-hole shape (ie, a quadrupole shape), the secondary light source formed by the fly-eye lens is formed. Attention has been paid to a technology for improving the depth of focus and the resolving power of a projection optical system by limiting the shape to an annular shape or a quadrupole shape.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来技
術では、二次光源の形状を輪帯状や4極状に制限して変
形照明(輪帯変形照明や4極変形照明)を行うために、
フライアイレンズにより形成された比較的大きな二次光
源からの光束を輪帯状や4極状の開口部を有する開口絞
りによって制限している。換言すると、従来技術におけ
る輪帯変形照明や4極変形照明では、二次光源からの光
束の相当部分が開口絞りで遮蔽され、照明(露光)に寄
与することがない。その結果、開口絞りにおける光量損
失により、マスクおよびウエハ上での照度が低下し、露
光装置としてのスループットも低下するという不都合が
あった。
As described above, in the prior art, the secondary light source is limited to have a ring shape or quadrupole shape to perform deformed illumination (zone deformed illumination or quadrupole deformed illumination). To
A light beam from a relatively large secondary light source formed by a fly-eye lens is limited by an aperture stop having an annular or quadrupole aperture. In other words, in the annular deformation illumination and the quadrupole deformation illumination in the related art, a substantial part of the light beam from the secondary light source is blocked by the aperture stop, and does not contribute to illumination (exposure). As a result, there is a disadvantage that the illuminance on the mask and the wafer is reduced due to the light amount loss in the aperture stop, and the throughput as the exposure apparatus is also reduced.

【0006】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、開口絞りにおける光量損失を良好に抑えつつ
輪帯照明や4極照明のような変形照明を行うことのでき
る照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides an illumination optical device capable of performing deformed illumination such as annular illumination or quadrupole illumination while favorably suppressing a light quantity loss in an aperture stop. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus including the illumination optical device.

【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、請求項1にかかる本発明では、所定のパターンを有
するマスクを照明するための照明光学装置において、光
束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光
束を、基準光軸に対して複数の角度成分を有する光束に
変換して、第1の所定面へ入射させる角度光束形成手段
と、前記第1の所定面を介した前記複数の角度成分を有
する光束に基づいて、前記基準光軸を含む領域または前
記基準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記基準光軸から
離れた外周部では強くなるような光強度分布を第2の所
定面上に形成するための光束形状変換手段と、前記第2
の所定面を経た前記光束を受けて、前記光強度分布と同
傾向を有する光強度分布の二次光源を形成するオプティ
カルインテグレータと、該オプティカルインテグレータ
からの光束を前記マスクへ導くための導光光学系と、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 first aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus for illuminating a mask having a predetermined pattern, a light source for supplying a light beam. An angle beam forming unit that converts a light beam from the light source unit into a light beam having a plurality of angle components with respect to a reference optical axis and causes the light beam to enter a first predetermined surface; Based on the luminous flux having the plurality of angle components, a light intensity distribution that is weak in a region including the reference optical axis or in a region near the reference optical axis and strong in an outer peripheral portion away from the reference optical axis. A light beam shape converting means for forming on a second predetermined surface;
An optical integrator that receives the light beam having passed through the predetermined surface to form a secondary light source having a light intensity distribution having the same tendency as the light intensity distribution, and a light guide optics for guiding the light beam from the optical integrator to the mask And an illumination optical device.

【0008】なお、請求項1にかかる本発明において
は、以下の(1)〜(18)の何れかの構成とすること
が好ましい。 (1)前記角度光束形成手段は、前記第1の所定面へ入
射する前記光束の前記複数の角度成分を変化させること
が好ましい。 (2)前記第1の所定面へ入射する前記光束は、全体と
して収斂光束であることが好ましい。 (3)前記角度光束形成手段は、前記光源手段からのほ
ぼ平行な光束を、前記基準光軸に対して様々な角度で発
散する光束に変換するための発散光束形成素子と、前記
発散光束形成素子を介して形成された発散光束を集光し
て前記第1の所定面へ導くための第1光学系と、を有す
ることが好ましい。
In the present invention according to claim 1, it is preferable to adopt any one of the following constitutions (1) to (18). (1) It is preferable that the angle light beam forming means changes the plurality of angle components of the light beam incident on the first predetermined surface. (2) The light beam incident on the first predetermined surface is preferably a convergent light beam as a whole. (3) The divergent light beam forming device converts the substantially parallel light beam from the light source device into light beams diverging at various angles with respect to the reference optical axis, and the divergent light beam forming device. A first optical system for condensing the divergent light beam formed through the element and guiding the divergent light beam to the first predetermined surface.

【0009】(4)上記(3)の構成において、前記第
1光学系は、前記発散光束形成素子と前記第1の所定面
とを光学的に共役にすることが好ましい。 (5)上記(3)または(4)の構成において、前記第
1光学系は、変倍光学系を有することが好ましい。 (6)上記(5)の構成において、前記変倍光学系は、
前記第1の所定面へ入射する前記光束の前記複数の角度
成分を変化させることが好ましい。 (7)上記(3)〜(6)の何れかの構成において、前
記第1光学系の瞳面における光強度分布は、ほぼ一様で
あることが好ましい。 (8)上記(5)の構成において、前記変倍光学系は、
前記二次光源として形成される輪帯状の光源または複数
の光源の中心高さを変化させることなくその幅を変化さ
せることが好ましい。
(4) In the configuration of the above (3), it is preferable that the first optical system optically conjugates the divergent light beam forming element and the first predetermined surface. (5) In the configuration of (3) or (4), it is preferable that the first optical system has a variable power optical system. (6) In the configuration of the above (5), the variable power optical system includes:
Preferably, the plurality of angle components of the light beam incident on the first predetermined surface are changed. (7) In any one of the above constitutions (3) to (6), the light intensity distribution on the pupil plane of the first optical system is preferably substantially uniform. (8) In the configuration of the above (5), the variable power optical system includes:
It is preferable to change the width of the annular light source or the plurality of light sources formed as the secondary light source without changing the center height.

【0010】(9)上記(3)〜(8)の何れかの構成
において、前記発散光束形成素子は、照明光路に対して
挿脱自在に構成されることが好ましい。 (10)上記(3)〜(9)の何れかの構成において、
前記発散光束形成素子は、前記光源手段からの光束を波
面分割することが好ましい。 (11)請求項1の構成において、前記発散光束形成素
子は、照明光路に対して挿脱自在に構成されたマイクロ
レンズアレイを有し、前記第1光学系は、前記二次光源
として形成される輪帯状の光源または複数の光源の中心
高さを変化させることなくその幅を変化させるための第
1変倍光学系を有することが好ましい。 (12)上記(11)の構成において、前記第1変倍光
学系は、前記マイクロレンズアレイの焦点面と前記第1
の所定面とを光学的に共役に結ぶアフォーカルズームレ
ンズを有することが好ましい。
(9) In any one of the constitutions (3) to (8), it is preferable that the divergent light beam forming element is configured to be insertable into and removable from an illumination light path. (10) In any one of the above configurations (3) to (9),
It is preferable that the divergent light beam forming element splits a light beam from the light source means into a wavefront. (11) In the configuration according to claim 1, the divergent light beam forming element has a microlens array configured to be insertable into and removable from an illumination light path, and the first optical system is formed as the secondary light source. It is preferable to have a first variable power optical system for changing the width of the annular light source or the plurality of light sources without changing the center height. (12) In the configuration of the above (11), the first variable power optical system includes a focal plane of the micro lens array and the first variable power optical system.
It is preferable to have an afocal zoom lens that optically conjugates with the predetermined surface.

【0011】(13)請求項1または上記(1)〜(1
2)の何れかの構成において、前記光束形状変換手段
は、前記第1の所定面近傍に配置された光束変換素子
と、該光束変換素子からの光束を前記第2の所定面へ導
く第2光学系とを有することが好ましい。 (14)上記(13)の構成において、前記第2光学系
は、変倍光学系を有することが好ましい。 (15)上記(13)または(14)の構成において、
前記光束変換素子は、ファーフィールド(またはフラウ
ンホーファー回折領域)に、前記基準光軸を含む領域ま
たは前記基準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記基準光
軸から離れた外周部では強くなるような光強度分布を形
成することが好ましく、前記第2光学系は、前記ファー
フィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に形
成される前記光強度分布を前記第2の所定面上に形成さ
せることが好ましい。
(13) Claim 1 or the above (1) to (1)
In any one of the constitutions 2), the light beam shape converting means includes a light beam converting element disposed near the first predetermined surface, and a second light beam guiding device for guiding the light beam from the light beam converting device to the second predetermined surface. It is preferable to have an optical system. (14) In the configuration of the above (13), it is preferable that the second optical system has a variable power optical system. (15) In the configuration of the above (13) or (14),
The light beam conversion element is weak in a far field (or Fraunhofer diffraction region) in a region including the reference optical axis or in a region near the reference optical axis, and becomes strong in an outer peripheral portion away from the reference optical axis. Preferably, a light intensity distribution is formed, and the second optical system preferably forms the light intensity distribution formed in the far field (or Fraunhofer diffraction region) on the second predetermined surface.

【0012】(16)上記(13)〜(15)の何れか
の構成において、前記光束変換素子は、照明光路に対し
て挿脱自在に設けられることが好ましい。 (17)請求項1または上記(1)〜(12)の何れか
の構成において、前記光束形状変換手段は、前記第1の
所定面に入射する細い光束を、放射状に発散するリング
状の光束または複数の光束に変換するための光束変換素
子と、前記光束変換素子を介して形成されたリング状の
光束または複数の光束に基づいて、前記オプティカルイ
ンテグレータの入射面に輪帯状の照野または前記基準光
軸に対して偏心した複数の照野を形成するための第2光
学系と、を有することが好ましい。 (18)上記(17)の構成において、前記光束変換素
子は、照明光路に対して挿脱自在に構成され且つ前記第
1の所定面に回折面が位置決めされた回折光学素子を有
し、前記第2光学系は、前記二次光源として形成される
輪帯状の光源または複数の光源の輪帯比を変化させるこ
となくその外径を変化させるための第2変倍光学系を有
することが好ましい。
(16) In any one of the constitutions (13) to (15), it is preferable that the light beam converting element is provided so as to be freely inserted into and removed from an illumination light path. (17) In the configuration according to any one of (1) to (12), the light beam shape converting means is a ring-shaped light beam that radially diverges a thin light beam incident on the first predetermined surface. Or a light flux conversion element for converting into a plurality of light fluxes, and based on a ring-shaped light flux or a plurality of light fluxes formed via the light flux conversion element, a ring-shaped illumination field or the illumination field on the incident surface of the optical integrator. A second optical system for forming a plurality of illumination fields decentered with respect to the reference optical axis. (18) In the configuration of the above (17), the light beam conversion element includes a diffractive optical element configured to be detachable from an illumination optical path and having a diffraction surface positioned on the first predetermined surface. The second optical system preferably has a ring-shaped light source formed as the secondary light source or a second variable power optical system for changing the outer diameter of the plurality of light sources without changing the ring ratio. .

【0013】また、請求項2にかかる本発明では、所定
のパターンを有するマスクを照明するための照明光学装
置において、略平行光束を供給するための光源手段と、
該光源手段からの前記略平行光束を、基準光軸に対して
複数の角度成分を有する発散光束に変換するための発散
光束形成素子と、前記発散光束を集光して第1の所定面
へ導くための第1光学系と、前記第1の所定面近傍に配
置された光束変換素子と、該光束変換素子からの光束を
第2の所定面へ導くための第2光学系と、前記第2の所
定面を経た前記光束を受けて所定の光強度分布の二次光
源を形成するオプティカルインテグレータと、該オプテ
ィカルインテグレータからの光束を前記マスクへ導くた
めの導光光学系と、を備え、前記第1及び第2光学系
は、第1及び第2変倍光学系を有し、前記光束変換素子
及び前記第2光学系は、前記第1光学系からの光束に基
づいて、前記基準光軸を含む領域または前記基準光軸の
近傍の領域では弱く且つ前記基準光軸から離れた外周部
では強くなるような光強度分布を前記第2の所定面上に
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 second aspect of the present invention, in an illumination optical device for illuminating a mask having a predetermined pattern, a light source means for supplying a substantially parallel light beam;
A divergent light beam forming element for converting the substantially parallel light beam from the light source means into a divergent light beam having a plurality of angle components with respect to a reference optical axis; and condensing the divergent light beam to a first predetermined surface. A first optical system for guiding the light, a light beam converting element disposed near the first predetermined surface, a second optical system for guiding a light beam from the light beam converting device to a second predetermined surface, An optical integrator that receives the light beam passing through the second predetermined surface to form a secondary light source having a predetermined light intensity distribution, and a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to the mask. The first and second optical systems have first and second variable power optical systems, and the light beam conversion element and the second optical system are configured to control the reference optical axis based on a light beam from the first optical system. Weakly in the region including or around the reference optical axis. One provides an illumination optical apparatus, and forming a light intensity distribution such that stronger on the second predetermined plane in the reference optical axis from a remote peripheral portion.

【0014】なお、請求項2にかかる本発明において
は、以下の(19)〜(25)の何れかの構成とするこ
とが好ましい。 (19)請求項2の構成において、前記発散光束形成素
子は、前記光源手段からの前記略平行光束を波面分割す
ることが好ましい。 (20)請求項2または上記(19)の構成において、
前記第1の所定面へ導かれる光束は、全体として収斂光
束であることが好ましい。
In the present invention according to claim 2, it is preferable to adopt any one of the following constitutions (19) to (25). (19) In the configuration of claim 2, it is preferable that the divergent light beam forming element splits the substantially parallel light beam from the light source means into a wavefront. (20) In the constitution of claim 2 or (19),
The light beam guided to the first predetermined surface is preferably a convergent light beam as a whole.

【0015】(21)請求項2または上記(19)〜
(20)の何れかの構成において、前記第1光学系は、
前記発散光束形成素子と前記第1の所定面とを光学的に
共役にすることが好ましい。 (22)請求項2または上記(19)〜(21)の何れ
かの構成において、前記光束変換素子は、ファーフィー
ルド(またはフラウンホーファー回折領域)に、前記基
準光軸を含む領域または前記基準光軸の近傍の領域では
弱く且つ前記基準光軸から離れた外周部では強くなるよ
うな光強度分布を形成することが好ましく、前記第2光
学系は、前記ファーフィールド(またはフラウンホーフ
ァー回折領域)に形成される前記光強度分布を前記第2
の所定面上に形成させることが好ましい。
(21) Claim 2 or (19) or above
In any one of the constitutions (20), the first optical system includes:
It is preferable that the divergent light beam forming element and the first predetermined surface are optically conjugate. (22) In the configuration according to claim 2 or any one of (19) to (21), the light beam conversion element includes a region including the reference optical axis or a reference light in a far field (or Fraunhofer diffraction region). It is preferable to form a light intensity distribution that is weak in a region near an axis and strong in an outer peripheral portion distant from the reference optical axis, and the second optical system is arranged in the far field (or Fraunhofer diffraction region). The light intensity distribution to be formed is
Is preferably formed on a predetermined surface.

【0016】(23)請求項2または上記(19)〜
(22)の構成の何れかにおいて、前記第1光学系は、
前記第1の所定面へ入射する前記光束の前記複数の角度
成分を変化させることが好ましい。 (24)請求項2または上記(19)〜(22)の構成
の何れかにおいて、前記第1変倍光学系は、前記第2の
所定面上に形成される前記光強度分布の中心高さを変化
させることなく、その幅を変化させることが好ましい。 (25)請求項2または上記(19)〜(23)の構成
の何れかにおいて、前記第2変倍光学系は、前記第2の
所定面上に形成される前記光強度分布における前記基準
光軸から内側までの距離と前記基準光軸から外側までの
距離の比を一定に維持しつつ、前記基準光軸から前記外
側までの距離を変更することが好ましい。
(23) Claim 2 or (19) or above
In any one of the constitutions of (22), the first optical system includes:
Preferably, the plurality of angle components of the light beam incident on the first predetermined surface are changed. (24) In any one of the constitutions (2) and (19) to (22), the first variable power optical system may have a center height of the light intensity distribution formed on the second predetermined surface. It is preferable to change the width without changing the width. (25) In any one of the constitutions (2) or (19) to (23), the second variable power optical system is configured such that the reference light in the light intensity distribution formed on the second predetermined surface is provided. It is preferable to change the distance from the reference optical axis to the outside while maintaining a constant ratio of the distance from the axis to the inside and the distance from the reference optical axis to the outside.

【0017】さらに、請求項3にかかる本発明では、所
定のパターンを有するマスクを照明するための照明光学
装置において、略平行光束を供給するための光源手段
と、該光源手段からの前記略平行光束を、基準光軸に対
して複数の角度成分を有する発散光束に変換するための
発散光束形成素子と、前記発散光束を集光して第1の所
定面へ導くための第1光学系と、前記第1の所定面近傍
に配置された光束変換素子と、該光束変換素子からの光
束を第2の所定面へ導くための第2光学系と、前記第2
の所定面を経た前記光束を受けて所定の光強度分布の二
次光源を形成するオプティカルインテグレータと、該オ
プティカルインテグレータからの光束を前記マスクへ導
くための導光光学系と、を備え、前記第1光学系は、前
記発散光束形成素子と前記第1の所定面とを光学的に共
役にし、前記光束変換素子及び前記第2光学系は、前記
第1光学系からの光束に基づいて、前記基準光軸を含む
領域または前記基準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記
基準光軸から離れた外周部では強くなるような光強度分
布を前記第2の所定面上に形成することを特徴とする照
明光学装置を提供する。
Further, according to the present invention, in an illumination optical device for illuminating a mask having a predetermined pattern, a light source means for supplying a substantially parallel light beam, and the substantially parallel light beam from the light source means are provided. A divergent light beam forming element for converting the light beam into a divergent light beam having a plurality of angular components with respect to a reference optical axis; and a first optical system for condensing the divergent light beam and guiding the divergent light beam to a first predetermined surface. A light beam conversion element disposed in the vicinity of the first predetermined surface, a second optical system for guiding a light beam from the light beam conversion element to a second predetermined surface;
An optical integrator that receives the light beam having passed through the predetermined surface to form a secondary light source having a predetermined light intensity distribution, and a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to the mask. The first optical system optically conjugates the divergent light beam forming element and the first predetermined surface, and the light beam conversion element and the second optical system, based on a light beam from the first optical system, A light intensity distribution is formed on the second predetermined surface such that the light intensity distribution is weak in a region including a reference optical axis or in a region near the reference optical axis and strong in an outer peripheral portion away from the reference optical axis. An illumination optical device is provided.

【0018】なお、請求項3にかかる第3発明において
は、以下の(26)〜(33)の何れかの構成とするこ
とが好ましい。 (26)請求項3の構成において、前記第1光学系は第
1変倍光学系を有することが好ましい。 (27)上記(26)の構成において、前記第1変倍光
学系はアフォーカルズームレンズを有することが好まし
い。
In the third aspect of the present invention, it is preferable to adopt any one of the following constitutions (26) to (33). (26) In the configuration of the third aspect, it is preferable that the first optical system has a first variable power optical system. (27) In the configuration of (26), it is preferable that the first variable power optical system has an afocal zoom lens.

【0019】(28)上記(26)または(27)の構
成において、前記第1変倍光学系は、前記第2の所定面
上に形成される前記光強度分布の中心高さを変化させる
ことなく、その幅を変化させることが好ましい。 (29)請求項3、上記(26)〜(28)の何れかの
構成において、前記第1光学系の瞳面における光強度分
布はほぼ一様であることが好ましい。 (30)請求項3、上記(26)〜(29)の何れかの
構成において、前記第2光学系は第2変倍光学系を有す
ることが好ましい。 (31)上記(30)の構成において、前記第2変倍系
は、前記光束変換素子と前記第2の所定面とを実質的に
フーリエ変換の関係にすることが好ましい。
(28) In the configuration of (26) or (27), the first variable power optical system changes a center height of the light intensity distribution formed on the second predetermined surface. Preferably, the width is changed. (29) In any one of the constitutions (3) and (26) to (28), it is preferable that the light intensity distribution on the pupil plane of the first optical system is substantially uniform. (30) In the third aspect, in any one of the above (26) to (29), it is preferable that the second optical system has a second variable power optical system. (31) In the configuration of the above (30), it is preferable that the second variable power system makes the light flux conversion element and the second predetermined surface substantially have a Fourier transform relationship.

【0020】(32)請求項3または上記(26)〜
(31)の構成の何れかにおいて、前記第2変倍光学系
は、前記第2の所定面上に形成される前記光強度分布に
おける前記基準光軸から内側までの距離と前記基準光軸
から外側までの距離の比を一定に維持しつつ、前記基準
光軸から前記外側までの距離を変更することが好まし
い。 (33)請求項3または上記(26)〜(32)の構成
の何れかにおいて、前記光束変換素子は、ファーフィー
ルド(またはフラウンホーファー回折領域)に、前記基
準光軸を含む領域または前記基準光軸の近傍の領域では
弱く且つ前記基準光軸から離れた外周部では強くなるよ
うな光強度分布を形成することが好ましく、前記第2光
学系は、前記ファーフィールド(またはフラウンホーフ
ァー回折領域)に形成される前記光強度分布を前記第2
の所定面上に形成させることが好ましい。
(32) Claim 3 or (26)-
(31) In any one of the constitutions (31), the second variable power optical system is configured such that a distance from the reference optical axis to an inner side from the reference optical axis in the light intensity distribution formed on the second predetermined surface and the reference optical axis. It is preferable to change the distance from the reference optical axis to the outside while maintaining the ratio of the distance to the outside constant. (33) In any one of the constitutions (3) or (26) to (32), the light beam conversion element may include a region including the reference optical axis or the reference light in a far field (or Fraunhofer diffraction region). It is preferable to form a light intensity distribution that is weak in a region near an axis and strong in an outer peripheral portion distant from the reference optical axis, and the second optical system is arranged in the far field (or Fraunhofer diffraction region). The light intensity distribution to be formed is
Is preferably formed on a predetermined surface.

【0021】また、請求項1、2または3、並びに上記
(1)〜(33)の構成の何れかにかかる本発明におい
ては、以下の(34)〜(35)の何れかの構成とする
ことが好ましい。 (34)請求項1、2または3、並びに上記(1)〜
(33)の構成の何れかにおいて、前記オプティカルイ
ンテグレータの入射面を前記第2の所定面に位置決めす
ることが好ましい。 (35)請求項1、2または3、並びに上記(1)〜
(34)の構成の何れかにおいて、前記導光光学系は、
前記二次光源からの光束を集光して第3の所定面を重畳
的に照明するコンデンサ群と、前記マスク上に前記第3
の所定面の像を結像させるリレー群とを有することが好
ましい。
Further, in the present invention according to any one of the first, second or third aspects and the above-mentioned constitutions (1) to (33), any one of the following constitutions (34) to (35) is adopted. Is preferred. (34) Claim 1, 2 or 3, and the above (1)-
In any one of the constitutions (33), it is preferable that an incident surface of the optical integrator is positioned at the second predetermined surface. (35) Claim 1, 2 or 3, and the above (1)-
(34) In any one of the constitutions (34), the light guide optical system comprises:
A condenser group for condensing a light beam from the secondary light source to illuminate a third predetermined surface in a superimposed manner;
And a relay group for forming an image on the predetermined surface.

【0022】また、本発明は、マスク上のパターンを感
光性基板上に転写するための露光装置であって、請求項
1、2または3、並びに上記(1)〜(35)の構成の
何れかにかかる照明光学装置と、前記パターンを前記感
光性基板上に転写するための投影光学系とを備えるもの
である。上記露光装置においては、前記マスクのパター
ンに関する情報に基づいて、前記発散光束形成素子、前
記第1変倍光学系、前記光束変換素子、および前記第2
変倍光学系のうちの少なくとも1つを制御するための制
御手段をさらに備えていることが好ましい。
According to the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a pattern on a mask onto a photosensitive substrate, wherein the exposure apparatus comprises any one of claims 1, 2 and 3, and any one of the above constitutions (1) to (35). An illumination optical device according to the present invention, and a projection optical system for transferring the pattern onto the photosensitive substrate. In the above exposure apparatus, the divergent light beam forming element, the first variable power optical system, the light beam conversion element, and the second light beam
It is preferable to further include control means for controlling at least one of the variable power optical systems.

【0023】また、本発明は、マスク上のパターンを感
光性基板上に転写するための露光方法であって、請求項
1、2または3、並びに上記(1)〜(35)の構成の
何れかにかかる照明光学装置により前記マスクを照明
し、照明された前記パターンを前記感光性基板上に転写
するものである。上記露光方法においては、前記マスク
のパターンに関する情報に基づいて、前記発散光束形成
素子、前記第1変倍光学系、前記光束変換素子、および
前記第2変倍光学系のうちの少なくとも1つを制御する
ことが好ましい。
According to the present invention, there is provided an exposure method for transferring a pattern on a mask onto a photosensitive substrate, and the method according to any one of claims 1, 2 and 3, and any one of the above constitutions (1) to (35). The illumination optical device illuminates the mask and transfers the illuminated pattern onto the photosensitive substrate. In the above-described exposure method, at least one of the divergent light beam forming element, the first variable power optical system, the light beam conversion element, and the second variable power optical system is controlled based on information on the pattern of the mask. It is preferable to control.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の典型的な実施形態では、
光源手段とオプティカルインテグレータとの間の光路中
に、角度光束形成手段と光束形状変換手段とが配置され
ている。具体的には、角度光束形成手段は、光源手段か
らのほぼ平行な光束を、基準光軸に対して様々な角度で
発散する光束に変換するためのマイクロレンズアレイの
ような発散光束形成素子と、マイクロレンズアレイを介
して形成された発散光束を集光して、後述する光束変換
素子としての回折光学素子の回折面へ導くためのアフォ
ーカルズームレンズのような光学系とから構成されてい
る。したがって、光源手段からのほぼ平行な光束は、マ
イクロレンズアレイおよびアフォーカルズームレンズを
介した後、基準光軸に対して複数の角度成分を有する光
束となって回折光学素子へ入射する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In a typical embodiment of the invention,
In the optical path between the light source means and the optical integrator, an angle light beam forming means and a light beam shape converting means are arranged. Specifically, the angle beam forming unit includes a divergent beam forming element such as a microlens array for converting a substantially parallel beam from the light source unit into a beam diverging at various angles with respect to the reference optical axis. And an optical system such as an afocal zoom lens for condensing a divergent light beam formed via a microlens array and guiding the light to a diffraction surface of a diffractive optical element as a light beam conversion element described later. . Therefore, the substantially parallel light flux from the light source means passes through the microlens array and the afocal zoom lens, and then enters the diffractive optical element as a light flux having a plurality of angle components with respect to the reference optical axis.

【0025】一方、光束形状変換手段は、入射する細い
光束を、放射状に発散するリング状の光束または複数の
光束に変換するための回折光学素子のような光束変換素
子と、回折光学素子を介して形成されたリング状の光束
または複数の光束に基づいて、フライアイレンズのよう
なオプティカルインテグレータの入射面に輪帯状の照野
または基準光軸に対して偏心した複数の照野を形成する
ためのズームレンズのような光学系とから構成されてい
る。一般に、基準光軸に対して偏心した複数の照野また
は二次光源とは、たとえば2極状または多重極状(3極
状、4極状、・・、8極状、・・)の照野または二次光
源を意味するが、以下の説明では例示的に4極状の照野
または二次光源が形成されるものとして説明する。
On the other hand, the light beam shape converting means includes a light beam converting element such as a diffractive optical element for converting an incident thin light beam into a ring-shaped light beam or a plurality of light beams radiating radially, and a diffractive optical element. To form a ring-shaped illumination field or a plurality of illumination fields decentered with respect to a reference optical axis on an incidence surface of an optical integrator such as a fly-eye lens based on the ring-shaped light beam or the plurality of light beams formed by And an optical system such as a zoom lens. In general, a plurality of illumination fields or secondary light sources decentered with respect to a reference optical axis is, for example, a dipole or multipole (triple, quadrupole,..., Octupole) illumination. In the following description, a quadrupole illumination field or a secondary light source will be described as an example.

【0026】こうして、マイクロレンズアレイおよびア
フォーカルズームレンズからなる角度光束形成手段と、
回折光学素子およびズームレンズからなる光束形状変換
手段との作用により、フライアイレンズの入射面には輪
帯状の照野または4極状の照野が形成される。その結
果、フライアイレンズの後側焦点面には、同じく輪帯状
または4極状の二次光源が形成される。このようにフラ
イアイレンズにより形成された輪帯状または4極状の二
次光源からの光束は、二次光源の大きさおよび形状に応
じた開口部を有する開口絞りによって制限された後に被
照射面であるマスクを重畳的に照明する。
Thus, an angle beam forming means comprising the micro lens array and the afocal zoom lens,
By the action of the light beam shape converting means including the diffractive optical element and the zoom lens, an annular illumination field or a quadrupole illumination field is formed on the incident surface of the fly-eye lens. As a result, an annular or quadrupolar secondary light source is similarly formed on the rear focal plane of the fly-eye lens. The luminous flux from the annular or quadrupolar secondary light source formed by the fly-eye lens in this manner is limited by an aperture stop having an opening corresponding to the size and shape of the secondary light source, and is then illuminated. Are superimposedly illuminated.

【0027】このように、本発明では、光源手段からの
光束に基づいて、ほとんど光量損失することなく、輪帯
状または4極状の二次光源を形成することができる。そ
の結果、二次光源からの光束を制限する開口絞りにおけ
る光量損失を良好に抑えつつ、輪帯変形照明や4極変形
照明を行うことができる。なお、マイクロレンズアレイ
を照明光路から退避させることにより光量損失を良好に
抑えつつ通常の円形照明を行うことができることはいう
までもない。
As described above, according to the present invention, an annular or quadrupolar secondary light source can be formed based on the luminous flux from the light source means with almost no loss of light amount. As a result, it is possible to perform annular deformation illumination and quadrupole deformation illumination while favorably suppressing the light amount loss in the aperture stop that restricts the light flux from the secondary light source. It is needless to say that ordinary circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing loss of light amount by retracting the microlens array from the illumination optical path.

【0028】また、本発明では、アフォーカルズームレ
ンズの倍率を変化させることにより、輪帯状または4極
状の二次光源の外径および輪帯比をともに変更すること
ができる。さらに、ズームレンズの焦点距離を変化させ
ることにより、輪帯状または4極状の二次光源の輪帯比
を変更することなくその外径を変更することができる。
その結果、アフォーカルズームレンズの倍率とズームレ
ンズの焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状
または4極状の二次光源の外径を変化させることなくそ
の輪帯比だけを変更することができる。
Further, in the present invention, by changing the magnification of the afocal zoom lens, it is possible to change both the outer diameter and the annular ratio of the annular or quadrupolar secondary light source. Further, by changing the focal length of the zoom lens, it is possible to change the outer diameter of the annular or quadrupole secondary light source without changing the annular ratio.
As a result, by appropriately changing the magnification of the afocal zoom lens and the focal length of the zoom lens, it is possible to change only the annular ratio without changing the outer diameter of the annular or quadrupolar secondary light source. Can be.

【0029】以上のように、本発明の照明光学装置で
は、二次光源を制限する開口絞りにおける光量損失を良
好に抑えつつ、輪帯変形照明や4極変形照明のような変
形照明および通常円形照明を行うことができる。加え
て、アフォーカルズームレンズの倍率を変化させたりズ
ームレンズの焦点距離を変化させるという簡単な操作に
より、開口絞りでの光量損失を良好に抑えつつ変形照明
のパラメータ(制限された二次光源の大きさおよび形
状)を変化させることができる。
As described above, in the illumination optical device of the present invention, while the loss of light amount in the aperture stop for limiting the secondary light source is suppressed favorably, deformed illumination such as orbicular deformed illumination or quadrupole deformed illumination and a normal circular illumination are used. Lighting can be performed. In addition, the simple operation of changing the magnification of the afocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens allows the loss of light amount at the aperture stop to be suppressed well and the parameters of the deformed illumination (the limited secondary light source (Size and shape) can be varied.

【0030】したがって、本発明の照明光学装置を組み
込んだ露光装置では、変形照明の種類およびパラメータ
を適宜変化させて、露光投影すべき微細パターンに適し
た投影光学系の解像度および焦点深度を得ることができ
る。その結果、高い露光照度および良好な露光条件のも
とで、スループットの高い良好な投影露光を行うことが
できる。また、本発明の照明光学装置を用いて被照射面
上に配置されたマスクのパターンを感光性基板上に露光
する露光方法では、良好な露光条件のもとで投影露光を
行うことができるので、良好なデバイスを製造すること
ができる。
Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention, the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be exposed and projected can be obtained by appropriately changing the type and parameters of the modified illumination. Can be. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions. Further, in the exposure method of exposing the pattern of the mask disposed on the surface to be irradiated to the photosensitive substrate using the illumination optical device of the present invention, projection exposure can be performed under favorable exposure conditions. , A good device can be manufactured.

【0031】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例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エハ13の法線方向に沿
ってZ軸を、ウエハ面内において図1の紙面に平行な方
向にY軸を、ウエハ面内において図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
明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to an embodiment of the present invention. FIG.
1, the Z axis along the normal direction of the wafer 13 as a photosensitive substrate, the Y axis in a direction parallel to the plane of FIG. 1 in the wafer plane, and the Y axis in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 in the wafer plane. The X axis is set individually. In FIG. 1, the illumination optical device is set to perform annular illumination.

【0032】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または
193nmの波長の光を供給する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
ぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の
断面を有し、一対のシリンドリカルレンズ2aおよび2
bからなるビームエキスパンダー2に入射する。各シリ
ンドリカルレンズ2aおよび2bは、図1の紙面内(Y
Z平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれ
ぞれ有し、光軸AXを含んで紙面と直交する面内(XZ
平面内)において平行平面板として機能する。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。
The exposure apparatus shown in FIG. 1 is provided with, as a light source 1 for supplying exposure light (illumination light), for example, an excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 248 nm or 193 nm. A substantially parallel light flux emitted from the light source 1 in the Z direction has a rectangular cross section elongated in the X direction, and has a pair of cylindrical lenses 2a and 2a.
b enters the beam expander 2. Each of the cylindrical lenses 2a and 2b is positioned in the plane of FIG.
(In the Z plane), each of which has a negative refractive power and a positive refractive power, and which includes the optical axis AX and is orthogonal to the paper (XZ).
(In a plane) as a parallel plane plate. Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the plane of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

【0033】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、輪帯変形照明用のマイクロレンズア
レイ4に入射する。マイクロレンズアレイ4は、図1お
よび図2に示すように、稠密に且つ縦横に配列された多
数の正六角形状の正屈折力を有するマイクロレンズ(微
小レンズ)4a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。
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 enters a microlens array 4 for annular deformation illumination. As shown in FIGS. 1 and 2, the microlens array 4 is an optical element including a large number of regular hexagonal microlenses (microlenses) 4a arranged densely and vertically and horizontally. Generally, a microlens array is formed by, for example, performing etching on a parallel flat glass plate to form a group of microlenses.

【0034】ここで、マイクロレンズアレイを構成する
各マイクロレンズは、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、多数のマイクロレンズ
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エレメントが縦
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および図2では、
図面の明瞭化のために、マイクロレンズアレイ4を構成
するマイクロレンズ4aの数を実際よりも非常に少なく
設定している。
Here, each micro lens constituting the micro lens array is smaller than each lens element constituting the fly-eye lens. Also, unlike a fly-eye lens composed of lens elements that are isolated from each other, the microlens array has a large number of microlenses formed integrally without being isolated from each other.
However, a microlens array is the same as a fly-eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. In FIGS. 1 and 2,
For clarity of the drawing, the number of microlenses 4a constituting the microlens array 4 is set to be much smaller than the actual number.

【0035】したがって、マイクロレンズアレイ4に入
射した光束は多数のマイクロレンズにより二次元的に分
割され、各マイクロレンズの後側焦点面にはそれぞれ1
つの光源像が形成される。マイクロレンズアレイ4の後
側焦点面に形成された多数の光源像からの光束は、それ
ぞれ正六角形状の断面を有する発散光束となって、アフ
ォーカルズームレンズ5に入射する。このように、マイ
クロレンズアレイ4は、光源1からのほぼ平行な光束を
光軸AXに対して様々な角度で発散する光束に変換する
ための発散光束形成素子を構成している。
Therefore, the light beam incident on the microlens array 4 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and one microlens is provided on the rear focal plane.
Two light source images are formed. Light beams from a large number of light source images formed on the rear focal plane of the microlens array 4 become divergent light beams each having a regular hexagonal cross section and enter the afocal zoom lens 5. As described above, the microlens array 4 constitutes a divergent light beam forming element for converting a substantially parallel light beam from the light source 1 into light beams diverging at various angles with respect to the optical axis AX.

【0036】なお、マイクロレンズアレイ4は、照明光
路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極変形照明用の
マイクロレンズアレイ40と切り換え可能に構成されて
いる。4極変形照明用のマイクロレンズアレイ40の構
成および作用については後述する。また、アフォーカル
ズームレンズ5は、アフォーカル系(無焦点光学系)を
維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させるこ
とができるように構成されている。
The microlens array 4 is configured to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and to be switchable with the microlens array 40 for quadrupole illumination. The configuration and operation of the microlens array 40 for quadrupole deformation illumination will be described later. Further, the afocal zoom lens 5 is configured so that the magnification can be continuously changed within a predetermined range while maintaining an afocal system (a non-focus optical system).

【0037】ここで、輪帯変形照明用のマイクロレンズ
アレイ4と4極変形照明用のマイクロレンズアレイ40
との切り換え、および各マイクロレンズアレイ4および
40の照明光路からの退避は、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。ま
た、アフォーカルズームレンズ5の倍率変化は、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 micro lens array 4 for annular deformation illumination and the micro lens array 40 for quadrupole deformation illumination
And the retreat of the microlens arrays 4 and 40 from the illumination light path is performed by the first drive system 22 that operates based on a command from the control system 21. The magnification change of the afocal zoom lens 5 is performed by the second drive system 23 that operates based on a command from the control system 21.

【0038】アフォーカルズームレンズ5を介した光束
は、輪帯変形照明用の回折光学素子(DOE)6に入射
する。このとき、マイクロレンズアレイ4の後側焦点面
に形成された各光源像からの発散光束は、正六角形状の
断面を維持したまま、回折光学素子6の回折面上に収束
する。すなわち、アフォーカルズームレンズ5は、マイ
クロレンズアレイ4の後側焦点面と回折光学素子6の回
折面とを光学的に共役に結んでいる。そして、回折光学
素子6の回折面上の一点に集光する光束の開口数は、ア
フォーカルズームレンズ5の倍率に依存して変化する。
The light beam passing through the afocal zoom lens 5 enters a diffractive optical element (DOE) 6 for annular deformation illumination. At this time, the divergent light flux from each light source image formed on the rear focal plane of the microlens array 4 converges on the diffraction surface of the diffractive optical element 6 while maintaining a regular hexagonal cross section. That is, the afocal zoom lens 5 optically couples the rear focal plane of the microlens array 4 and the diffraction plane of the diffractive optical element 6. Then, the numerical aperture of the light beam condensed on one point on the diffraction surface of the diffractive optical element 6 changes depending on the magnification of the afocal zoom lens 5.

【0039】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。具体的には、輪帯変形照明用の
回折光学素子6は、図3(a)に示すように、光軸AX
と平行に垂直入射した細い光束を、1つの所定の発散角
にしたがって放射状に発散させる。換言すると、回折光
学素子6に光軸AXに沿って垂直入射した細い光束は、
光軸AXを中心として等角度であらゆる方向に沿って回
折される。その結果、回折光学素子6に垂直入射した細
い光束は、リング状の断面を有する発散光束に変換され
る。このように、回折光学素子6は、入射する細い光束
を放射状に発散するリング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。
Generally, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch on the order of the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, as shown in FIG. 3A, the diffractive optical element 6 for annular deformation illumination has an optical axis AX.
A thin light beam perpendicularly incident in parallel with the light beam is radially diverged according to one predetermined divergence angle. In other words, a thin light beam that is perpendicularly incident on the diffractive optical element 6 along the optical axis AX is
The light is diffracted along all directions at an equal angle about the optical axis AX. As a result, the thin luminous flux perpendicularly incident on the diffractive optical element 6 is converted into a divergent luminous flux having a ring-shaped cross section. As described above, the diffractive optical element 6 constitutes a light beam conversion element for converting an incident fine light beam into a ring-shaped light beam that diverges radially.

【0040】したがって、図3(b)に示すように、回
折光学素子6に対して太い平行光束が垂直入射すると、
回折光学素子6の後方に配置されたレンズ31の焦点位
置には、やはりリング状の像(リング状の光源像)32
が形成される。すなわち、回折光学素子6は、ファーフ
ィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に、リ
ング状の光強度分布を形成する。また、レンズ31は、
ファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領
域)に形成されるリング状の光強度分布を、その後側焦
点面上に形成させる。
Therefore, as shown in FIG. 3B, when a thick parallel light beam is perpendicularly incident on the diffractive optical element 6,
Also at the focal position of the lens 31 disposed behind the diffractive optical element 6, a ring-shaped image (ring-shaped light source image) 32
Is formed. That is, the diffractive optical element 6 forms a ring-shaped light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region). The lens 31 is
A ring-shaped light intensity distribution formed in the far field (or Fraunhofer diffraction region) is formed on the rear focal plane.

【0041】ここで、図3(c)に示すように、回折光
学素子6に入射する太い平行光束を光軸AXに対して傾
けると、レンズ31の焦点位置に形成されるリング状の
像が移動する。すなわち、回折光学素子6に入射する太
い平行光束が所定の面(図3では紙面)に沿って傾く
と、レンズ31の焦点位置に形成されるリング状の像3
3は、その大きさを変化させることなく、その中心が所
定の面に沿って光束の傾く向きとは反対の向きに移動す
る。
Here, as shown in FIG. 3C, when a thick parallel light beam incident on the diffractive optical element 6 is inclined with respect to the optical axis AX, a ring-shaped image formed at the focal position of the lens 31 is formed. Moving. That is, when the thick parallel light beam incident on the diffractive optical element 6 is inclined along a predetermined surface (the paper surface in FIG. 3), a ring-shaped image 3 formed at the focal position of the lens 31 is formed.
3 moves its center along a predetermined surface in the direction opposite to the direction in which the light beam is inclined, without changing its size.

【0042】上述したように、マイクロレンズアレイ4
の後側焦点面に形成された各光源像からの発散光束は、
正六角形状の断面を維持したまま、回折光学素子6の回
折面上に収束する。換言すると、回折光学素子6には多
数の角度成分を有する光束が入射するが、その入射角度
は正六角錐体状の光束範囲によって規定される。したが
って、図4(a)に示すように、回折光学素子6に垂直
入射した光束が形成するリング状の像47(図中破線で
示す)を中心として、正六角錐体状の光束範囲の各稜線
に対応する最大角度で入射した光束がリング状の像41
〜46(図中実線で示す)を形成することになる。図4
(b)には、こうしてレンズ31の焦点位置に形成され
るリング状の像41〜47を重ねた状態を示している。
As described above, the micro lens array 4
The divergent light flux from each light source image formed on the rear focal plane of
The light converges on the diffraction surface of the diffractive optical element 6 while maintaining the regular hexagonal cross section. In other words, a light beam having a large number of angle components is incident on the diffractive optical element 6, and the incident angle is defined by a light beam range of a regular hexagonal pyramid. Therefore, as shown in FIG. 4A, each ridge line of a regular hexagonal pyramid-shaped light beam range is centered on a ring-shaped image 47 (shown by a broken line in the figure) formed by a light beam that is perpendicularly incident on the diffraction optical element 6. The light beam incident at the maximum angle corresponding to
To 46 (shown by solid lines in the figure). FIG.
(B) shows a state in which ring-shaped images 41 to 47 thus formed at the focal position of the lens 31 are superimposed.

【0043】実際には、正六角錐体状の光束範囲によっ
て規定される多数の角度成分を有する無限数の光束が回
折光学素子6に入射するので、レンズ31の焦点位置に
は無限数のリング状の像が重ね合わされ、全体として図
5に示すような輪帯状(円環状)の像が形成される。な
お、図5では、図4よりも多いリング状の像の重ね合わ
せにより、レンズ31の焦点位置に重ね合わされる像が
全体として輪帯状になることを示している。
In practice, an infinite number of light beams having a large number of angular components defined by a light beam range of a regular hexagonal pyramid shape are incident on the diffractive optical element 6, so that the focal position of the lens 31 is infinitely ring-shaped. Are superimposed to form an annular (annular) image as a whole as shown in FIG. Note that FIG. 5 shows that the image superimposed on the focal position of the lens 31 has a ring shape as a whole by superimposing more ring-shaped images than in FIG.

【0044】なお、回折光学素子6は、照明光路に対し
て挿脱自在に構成され、且つ4極変形照明用の回折光学
素子60や通常円形照明用の回折光学素子61と切り換
え可能に構成されている。4極変形照明用の回折光学素
子60および通常円形照明用の回折光学素子61の構成
および作用については後述する。ここで、輪帯変形照明
用の回折光学素子6と4極変形照明用の回折光学素子6
0と通常円形照明用の回折光学素子61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3駆
動系24により行われる。
The diffractive optical element 6 is configured to be insertable into and removable from the illumination optical path, and is configured to be switchable between a diffractive optical element 60 for quadrupole deformation illumination and a diffractive optical element 61 for normal circular illumination. ing. The configuration and operation of the diffractive optical element 60 for quadrupole deformation illumination and the diffractive optical element 61 for normal circular illumination will be described later. Here, the diffractive optical element 6 for annular deformation illumination and the diffractive optical element 6 for quadrupole deformation illumination
Switching between 0 and the diffractive optical element 61 for normal circular illumination is performed by the third drive system 24 that operates based on a command from the control system 21.

【0045】再び図1を参照すると、回折光学素子6を
介した光束は、ズームレンズ7に入射する。ここで、ズ
ームレンズ7は、図3に示すレンズ31と同じ作用を有
する。また、ズームレンズ7の後側焦点面の近傍には、
オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ
8の入射面が位置決めされている。したがって、回折光
学素子6を介した光束は、ズームレンズ7の後側焦点面
に、ひいてはフライアイレンズ8の入射面に輪帯状の照
野を形成する。この輪帯状の照野の外径は、ズームレン
ズ7の焦点距離に依存して変化する。このように、ズー
ムレンズ7は、回折光学素子6とフライアイレンズ8の
入射面とを実質的にフーリエ変換の関係にしている。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4駆動系25により行わ
れる。
Referring to FIG. 1 again, the light beam having passed through the diffractive optical element 6 enters the zoom lens 7. Here, the zoom lens 7 has the same action as the lens 31 shown in FIG. In the vicinity of the rear focal plane of the zoom lens 7,
An incident surface of a fly-eye lens 8 as an optical integrator is positioned. Accordingly, the light beam having passed through the diffractive optical element 6 forms an annular illumination field on the rear focal plane of the zoom lens 7 and thus on the incident surface of the fly-eye lens 8. The outer diameter of this annular illumination field changes depending on the focal length of the zoom lens 7. As described above, the zoom lens 7 has a substantially Fourier transform relationship between the diffractive optical element 6 and the entrance surface of the fly-eye lens 8. The change in the focal length of the zoom lens 7 is performed by the fourth drive system 25 that operates based on a command from the control system 21.

【0046】フライアイレンズ8は、正の屈折力を有す
る多数のレンズエレメントを稠密に且つ縦横に配列する
ことによって構成されている。なお、フライアイレンズ
8を構成する各レンズエレメントは、マスク上において
形成すべき照野の形状(ひいてはウエハ上において形成
すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有す
る。また、フライアイレンズ8を構成する各レンズエレ
メントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形
成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形
成されている。
The fly-eye lens 8 is constituted by arranging a large number of lens elements having a positive refractive power densely and vertically. Each lens element constituting the fly-eye lens 8 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and, consequently, the shape of the exposure area to be formed on the wafer). The entrance side surface of each lens element constituting the fly-eye lens 8 is formed in a spherical shape with a convex surface facing the incident side, and the exit side surface is formed in a spherical shape with a convex surface facing the exit side. .

【0047】したがって、フライアイレンズ8に入射し
た光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割
され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面
には光源像がそれぞれ形成される。こうして、フライア
イレンズ8の後側焦点面には、フライアイレンズ8への
入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光
源(以下、「二次光源」という)が形成される。フライ
アイレンズ8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光
源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り9に入
射する。この開口絞り9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(回転板:図1では不図
示)上に支持されている。
Therefore, the light beam incident on the fly-eye lens 8 is two-dimensionally divided by a large number of lens elements, and a light source image is formed on the rear focal plane of each lens element on which the light beam has entered. In this way, on the rear focal plane of the fly-eye lens 8, a number of annular light sources (hereinafter, referred to as “secondary light sources”) having the same annular field as the illumination field formed by the light beam incident on the fly-eye lens 8 are formed. A light beam from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8 enters an aperture stop 9 arranged near the light source. The aperture stop 9 is supported on a turret (rotary plate: not shown in FIG. 1) rotatable around a predetermined axis parallel to the optical axis AX.

【0048】図6は、複数の開口絞りが円周状に配置さ
れたターレットの構成を概略的に示す図である。図6に
示すように、ターレット基板400には、図中斜線で示
す光透過域を有する8つの開口絞りが円周方向に沿って
設けられている。ターレット基板400は、その中心点
O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400を回転さ
せることにより、8つの開口絞りから選択された1つの
開口絞り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400の回転は、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。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a turret in which a plurality of aperture stops are arranged in a circumferential shape. As shown in FIG. 6, the turret substrate 400 is provided with eight aperture stops having light transmission areas indicated by oblique lines in the figure along the circumferential direction. The turret substrate 400 is configured to be rotatable around an axis passing through the center point O and parallel to the optical axis AX. Therefore, by rotating the turret substrate 400, one aperture stop selected from eight aperture stops can be positioned in the illumination optical path. The rotation of the turret substrate 400 is performed by the fifth drive system 26 that operates based on a command from the control system 21.

【0049】ターレット基板400には、輪帯比の異な
る3つの輪帯開口絞り401、403および405が形
成されている。ここで、輪帯開口絞り401は、r11/
r21の輪帯比を有する輪帯状の透過領域を有する。輪帯
開口絞り403は、r12/r22の輪帯比を有する輪帯状
の透過領域を有する。輪帯開口絞り405は、r13/r
21の輪帯比を有する輪帯状の透過領域を有する。
On the turret substrate 400, three annular aperture stops 401, 403 and 405 having different annular ratios are formed. Here, the annular aperture stop 401 is r11 /
It has an annular transmission region having an annular ratio of r21. The annular aperture stop 403 has an annular transmission region having an annular ratio of r12 / r22. The annular aperture stop 405 is r13 / r
It has an annular transmission region having an annular ratio of 21.

【0050】また、ターレット基板400には、輪帯比
の異なる3つの4極開口絞り402、404および40
6が形成されている。ここで、4極開口絞り402は、
r11/r21の輪帯比を有する輪帯状領域内において4つ
の偏心した円形透過領域を有する。4極開口絞り404
は、r12/r22の輪帯比を有する輪帯状領域内において
4つの偏心した円形透過領域を有する。4極開口絞り4
06は、r13/r21の輪帯比を有する輪帯状領域内にお
いて4つの偏心した円形透過領域を有する。さらに、タ
ーレット基板400には、大きさ(口径)の異なる2つ
の円形開口絞り407および408が形成されている。
ここで、円形開口絞り407は2r22の大きさの円形透
過領域を有し、円形開口絞り408は2r21の大きさの
円形透過領域を有する。
The turret substrate 400 has three quadrupole aperture stops 402, 404, and 40 having different orbital ratios.
6 are formed. Here, the four-pole aperture stop 402 is
It has four eccentric circular transmissive regions in an annular region having an annular ratio of r11 / r21. 4-pole aperture stop 404
Has four eccentric circular transmissive regions within an annular region having an annular ratio of r12 / r22. 4-pole aperture stop 4
Reference numeral 06 has four eccentric circular transmission regions in an annular region having an annular ratio of r13 / r21. Further, two circular aperture stops 407 and 408 having different sizes (diameter) are formed on the turret substrate 400.
Here, the circular aperture stop 407 has a circular transmission area having a size of 2r22, and the circular aperture stop 408 has a circular transmission area having a size of 2r21.

【0051】したがって、3つの輪帯開口絞り401、
403および405のうちの1つの輪帯開口絞りを選択
して照明光路内に位置決めすることにより、3つの異な
る輪帯比を有する輪帯光束を正確に制限(規定)して、
輪帯比の異なる3種類の輪帯変形照明を行うことができ
る。また、3つの4極開口絞り402、404および4
06のうちの1つの4極開口絞りを選択して照明光路内
に位置決めすることにより、3つの異なる輪帯比を有す
る4つの偏心光束を正確に制限して、輪帯比の異なる3
種類の4極変形照明を行うことができる。さらに、2つ
の円形開口絞り407および408のうちの1つの円形
開口絞りを選択して照明光路内に位置決めすることによ
り、σ値の異なる2種類の通常円形照明を行うことがで
きる。
Therefore, three annular aperture stops 401,
By selecting one of the annular aperture stops 403 and 405 and positioning it in the illumination optical path, the annular luminous flux having three different annular ratios is accurately restricted (defined),
It is possible to perform three types of annular deformation illumination having different annular ratios. Also, three quadrupole aperture stops 402, 404 and 4
The four eccentric light beams having three different ring zone ratios are accurately limited by selecting one of the four-pole aperture stop of the aperture stop in the illumination optical path, and the three eccentric light beams having three different ring zone ratios are selected.
Different types of quadrupole illumination can be provided. Further, by selecting one of the two circular aperture stops 407 and 408 and positioning it in the illumination optical path, two types of normal circular illumination having different σ values can be performed.

【0052】図1では、フライアイレンズ8の後側焦点
面に輪帯状の二次光源が形成されるので、開口絞り9と
して3つの輪帯開口絞り401、403および405か
ら選択された1つの輪帯開口絞りが用いられている。た
だし、図6に示すターレットの構成は例示的であって、
配置される開口絞りの種類および数はこれに限定される
ことはない。また、ターレット方式の開口絞りに限定さ
れることなく、光透過領域の大きさおよび形状を適宜変
更することの可能な開口絞りを照明光路内に固定的に取
り付けてもよい。さらに、2つの円形開口絞り407お
よび408に代えて、円形開口径を連続的に変化させる
ことのできる虹彩絞りを設けることもできる。
In FIG. 1, an annular secondary light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8, so that one aperture selected from three annular aperture stops 401, 403 and 405 is used as the aperture stop 9. An annular aperture stop is used. However, the configuration of the turret shown in FIG. 6 is exemplary,
The type and number of the aperture stops to be arranged are not limited to this. In addition, without being limited to the turret type aperture stop, an aperture stop capable of appropriately changing the size and shape of the light transmission region may be fixedly mounted in the illumination optical path. Further, instead of the two circular aperture stops 407 and 408, an iris diaphragm capable of continuously changing the circular aperture diameter can be provided.

【0053】輪帯状の開口部(光透過部)を有する開口
絞り9を介した二次光源からの光は、導光光学系として
のコンデンサ光学系10の集光作用を受けた後、所定の
パターンが形成されたマスク11を重畳的に均一照明す
る。マスク11のパターンを透過した光束は、投影光学
系12を介して、感光性基板であるウエハ13上にマス
クパターンの像を形成する。こうして、投影光学系12
の光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウエ
ハ13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、ウエハ13の各露光領域
にはマスク11のパターンが逐次露光される。
The light from the secondary light source through the aperture stop 9 having the annular aperture (light transmitting portion) is subjected to a light condensing action of the condenser optical system 10 as a light guiding optical system, and then is subjected to a predetermined light. The mask 11 on which the pattern is formed is uniformly illuminated in a superimposed manner. The light flux transmitted through the pattern of the mask 11 forms an image of the mask pattern on the wafer 13 as a photosensitive substrate via the projection optical system 12. Thus, the projection optical system 12
The batch exposure or the scan exposure is performed while the wafer 13 is two-dimensionally driven and controlled in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX. Is done.

【0054】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、ウエハの各露光領
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11上での照明領域の形状は正方形に近い矩
形状であり、フライアイレンズ8の各レンズエレメント
の断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャ
ン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式
にしたがって、マスクおよびウエハを投影光学系に対し
て相対移動させながらウエ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11
上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば
1:3の矩形状であり、フライアイレンズ8の各レンズ
エレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
In the batch exposure, a so-called step
According to the AND repeat method, the mask pattern is collectively exposed to each exposure region of the wafer. In this case, the shape of the illumination area on the mask 11 is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 8 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in scan exposure, according to a so-called step-and-scan method, a mask pattern is scanned and exposed on each exposure region of a wafer while the mask and wafer are relatively moved with respect to a projection optical system. In this case, the mask 11
The shape of the illumination area above is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 8 is a rectangular shape similar to this.

【0055】図7は、マイクロレンズアレイ4からフラ
イアイレンズ8の入射面までの構成を概略的に示す図で
あって、アフォーカルズームレンズ5の倍率およびズー
ムレンズ7の焦点距離と、フライアイレンズ8の入射面
に形成される輪帯状の照野の大きさおよび形状との関係
を説明する図である。図7において、マイクロレンズア
レイ4の光軸AX上に配置されたマイクロレンズの中心
に光軸AXに沿って入射した光線70は、光軸AXに沿
って射出される。マイクロレンズアレイ4は、サイズ
(正六角形に外接する円の直径に対応する寸法)がaで
焦点距離がf1のマイクロレンズから構成されている。
光線70は、アフォーカルズームレンズ5を介した後、
光軸AXに沿って回折光学素子6に入射する。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration from the microlens array 4 to the entrance surface of the fly-eye lens 8. The magnification of the afocal zoom lens 5, the focal length of the zoom lens 7, and the fly-eye FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the size and shape of an annular illumination field formed on an incident surface of a lens. In FIG. 7, a light ray 70 incident along the optical axis AX at the center of the microlens arranged on the optical axis AX of the microlens array 4 is emitted along the optical axis AX. The microlens array 4 is composed of microlenses having a size (a size corresponding to the diameter of a circle circumscribing a regular hexagon) and a focal length f1.
After passing through the afocal zoom lens 5, the light ray 70
The light enters the diffractive optical element 6 along the optical axis AX.

【0056】回折光学素子6は、光軸AXに沿って垂直
入射した光線70に基づいて、光軸AXに対して角度θ
で射出される光線70aを形成する。回折光学素子6か
ら角度θで射出された光線70aは、焦点距離f2のズ
ームレンズ7を介してフライアイレンズ8の入射面に達
する。このとき、フライアイレンズ8の入射面における
光線70aの位置は、光軸AXからyの高さを有する。
一方、マイクロレンズアレイ4の光軸AX上に配置され
たマイクロレンズの最上縁部に光軸AXと平行に入射し
た光線71は、光軸AXに対して角度tで射出される。
この光線71は、倍率mのアフォーカルズームレンズ5
を介した後、光軸AXに対して角度t’で回折光学素子
6に入射する。
The diffractive optical element 6 has an angle θ with respect to the optical axis AX based on the light beam 70 perpendicularly incident along the optical axis AX.
To form a light beam 70a emitted. The light ray 70a emitted from the diffractive optical element 6 at an angle θ reaches the incident surface of the fly-eye lens 8 via the zoom lens 7 having the focal length f2. At this time, the position of the light ray 70a on the incident surface of the fly-eye lens 8 has a height of y from the optical axis AX.
On the other hand, a light ray 71 incident parallel to the optical axis AX on the uppermost edge of the microlens arranged on the optical axis AX of the microlens array 4 is emitted at an angle t with respect to the optical axis AX.
The light beam 71 is transmitted to the afocal zoom lens 5 having a magnification m.
After that, the light enters the diffractive optical element 6 at an angle t ′ with respect to the optical axis AX.

【0057】光軸AXに対して角度t’で回折光学素子
6に入射した光線71は、光軸AXに対して角度(θ+
t’)で射出される光線71aを含む様々な光線に変換
される。光軸AXに対して角度(θ+t’)で回折光学
素子6から射出された光線71aは、ズームレンズ7を
介して、フライアイレンズ8の入射面において光軸AX
から(y+b)の高さに達する。さらに、マイクロレン
ズアレイ4の光軸AX上に配置されたマイクロレンズの
最下縁部に光軸AXと平行に入射した光線72は、光軸
AXに対して角度tで射出される。この光線72は、ア
フォーカルズームレンズ5を介した後、光軸AXに対し
て角度t’で回折光学素子6に入射する。
The light beam 71 incident on the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX has an angle (θ +
The light beam is converted into various light beams including the light beam 71a emitted at t ′). The light ray 71a emitted from the diffractive optical element 6 at an angle (θ + t ′) with respect to the optical axis AX passes through the zoom lens 7 and enters the optical axis AX at the incident surface of the fly-eye lens 8.
To a height of (y + b). Furthermore, the light beam 72 incident on the lowermost edge of the microlens disposed on the optical axis AX of the microlens array 4 in parallel with the optical axis AX is emitted at an angle t with respect to the optical axis AX. After passing through the afocal zoom lens 5, the light beam 72 enters the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX.

【0058】光軸AXに対して角度t’で回折光学素子
6に入射した光線72は、光軸AXに対して角度(θ−
t’)で射出される光線72a(不図示)を含む様々な
光線に変換される。光軸AXに対して角度(θ−t’)
で回折光学素子6から射出された光線72aは、ズーム
レンズ7を介して、フライアイレンズ8の入射面におい
て光軸AXから(y−b)の高さに達する。
The light beam 72 incident on the diffractive optical element 6 at an angle t ′ with respect to the optical axis AX is at an angle (θ−
The light beam is converted into various light beams including the light beam 72a (not shown) emitted at t ′). Angle (θ-t ') with respect to optical axis AX
The light beam 72a emitted from the diffractive optical element 6 at the point (a) reaches the height (y-b) from the optical axis AX on the incident surface of the fly-eye lens 8 via the zoom lens 7.

【0059】こうして、マイクロレンズアレイ4の後側
焦点面の近傍に形成された各光源像からの発散光束がフ
ライアイレンズ8の入射面に達する範囲は、光軸AXか
らyの高さを中心として幅2bを有する範囲となる。す
なわち、図7(b)に示すように、フライアイレンズ8
の入射面に形成される輪帯状の照野、ひいてはフライア
イレンズ8の後側焦点面に形成される輪帯状の二次光源
は、光軸AXからの中心高さyを有し且つ幅2bを有す
ることになる。
Thus, the range in which the divergent light flux from each light source image formed near the rear focal plane of the microlens array 4 reaches the incident surface of the fly-eye lens 8 is centered on the height from the optical axis AX to y. As a range having the width 2b. That is, as shown in FIG.
The annular illuminated field formed on the entrance surface of the lens, and thus the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8 have a center height y from the optical axis AX and a width 2b. Will have.

【0060】ここで、マイクロレンズアレイ4からの射
出角度tおよび回折光学素子6への入射角度t’は、次
の式(1)および(2)で表される。 t=a/(2・f1) (1) t’=t/m=a/(2・f1・m) (2) また、輪帯状の二次光源の中心高さy、最高高さ(y+
b)および最低高さ(y−b)は、次の式(3)〜
(5)でそれぞれ表される。 y=f2・ sinθ (3) y+b=f2( sinθ+sint’) (4) y−b=f2( sinθ−sint’) (5)
Here, the exit angle t from the microlens array 4 and the incident angle t 'to the diffractive optical element 6 are represented by the following equations (1) and (2). t = a / (2 · f1) (1) t ′ = t / m = a / (2 · f1 · m) (2) Further, the center height y and the maximum height (y +
b) and the minimum height (y−b) are given by the following equations (3) to
Each is represented by (5). y = f2 · sinθ (3) y + b = f2 (sinθ + sint ′) (4) y−b = f2 (sinθ−sint ′) (5)

【0061】したがって、輪帯状の二次光源の内径φi
と外径φo との比で規定される輪帯比Aは、次の式
(6)で表される。
Accordingly, the inner diameter φi of the annular secondary light source
The annular zone ratio A defined by the ratio of the outer diameter φo to the outer diameter φo is expressed by the following equation (6).

【数1】 A=φi /φo =2(y−b)/(2(y+b)) =(sinθ−sint’)/(sinθ+sint’) =(sinθ−sin(a/(2・f1・m)))/(sinθ+sin((a/(2・f1・m))) (6)A = φi / φo = 2 (y−b) / (2 (y + b)) = (sinθ−sint ′) / (sinθ + sint ′) = (sinθ−sin (a / (2 · f1 · m)) )) / (Sinθ + sin ((a / (2 · f1 · m))) (6)

【0062】また、輪帯状の二次光源の外径φo は、次
の式(7)で表される。
The outer diameter φo of the ring-shaped secondary light source is expressed by the following equation (7).

【数2】 φo =2(y+b)=2・f2(sinθ+sint’) =2・f2(sinθ+sin(a/(2・f1・m))) (7)## EQU2 ## φo = 2 (y + b) = 2 · f2 (sin θ + sint ′) = 2 · f2 (sin θ + sin (a / (2 · f1 · m))) (7)

【0063】こうして、式(2)〜(6)を参照する
と、アフォーカルズームレンズ5の倍率mが変化する
と、輪帯状の二次光源の中心高さyが変化することな
く、その幅2bだけが変化することがわかる。すなわ
ち、アフォーカルズームレンズ5の倍率mを変化させる
ことにより、輪帯状の二次光源の大きさ(外径φo )お
よびその形状(輪帯比A)をともに変更することができ
る。
Thus, referring to the equations (2) to (6), when the magnification m of the afocal zoom lens 5 changes, the center height y of the annular secondary light source does not change, but only its width 2b. Changes. That is, by changing the magnification m of the afocal zoom lens 5, it is possible to change both the size (outer diameter φo) of the annular secondary light source and its shape (annular ratio A).

【0064】また、式(3)〜(7)を参照すると、ズ
ームレンズ7の焦点距離f2が変化すると、輪帯状の二
次光源の輪帯比Aが変化することなく、中心高さyおよ
びその幅2bがともに変化することがわかる。すなわ
ち、ズームレンズ7の焦点距離f2を変化させることに
より、輪帯状の二次光源の輪帯比Aを変更することなく
その外径φo を変更することができる。以上より、アフ
ォーカルズームレンズ5の倍率mとズームレンズ7の焦
点距離f2とを適宜変化させることにより、輪帯状の二
次光源の外径φo を変化させることなくその輪帯比Aだ
けを変更することができる。
Further, referring to the equations (3) to (7), when the focal length f2 of the zoom lens 7 changes, the ring height A and the center height y of the ring-shaped secondary light source do not change. It can be seen that both widths 2b change. That is, by changing the focal length f2 of the zoom lens 7, the outer diameter φo can be changed without changing the annular ratio A of the annular secondary light source. As described above, by appropriately changing the magnification m of the afocal zoom lens 5 and the focal length f2 of the zoom lens 7, only the annular ratio A is changed without changing the outer diameter φo of the annular secondary light source. can do.

【0065】このように、輪帯変形照明用のマイクロレ
ンズアレイ4および回折光学素子6を用いる場合、光源
1からの光束に基づいてほとんど光量損失することなく
輪帯状の二次光源を形成することができ、その結果二次
光源からの光束を制限する開口絞り9における光量損失
を良好に抑えつつ輪帯変形照明を行うことができる。
As described above, when the annular microlens array 4 and the diffractive optical element 6 for annular deformation are used, the annular secondary light source is formed based on the light beam from the light source 1 with almost no loss of light amount. As a result, it is possible to perform annular deformation illumination while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop 9 that limits the light flux from the secondary light source.

【0066】前述したように、マイクロレンズアレイ4
は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極変
形照明用のマイクロレンズアレイ40と切り換え可能に
構成されている。また、回折光学素子6は、照明光路に
対して挿脱自在に構成され、且つ4極変形照明用の回折
光学素子60や通常円形照明用の回折光学素子61と切
り換え可能に構成されている。以下、マイクロレンズア
レイ4に代えてマイクロレンズアレイ40を照明光路中
に設定するとともに、回折光学素子6に代えて回折光学
素子60を照明光路中に設定することによって得られる
4極変形照明について説明する。
As described above, the micro lens array 4
Is configured to be insertable into and removable from the illumination optical path, and to be switchable with the microlens array 40 for quadrupole deformation illumination. The diffractive optical element 6 is configured to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and is configured to be switchable between a diffractive optical element 60 for quadrupole deformation illumination and a diffractive optical element 61 for normal circular illumination. Hereinafter, a quadrupole deformation illumination obtained by setting the microlens array 40 in the illumination optical path instead of the microlens array 4 and setting the diffractive optical element 60 in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 6 will be described. I do.

【0067】マイクロレンズアレイ40は、図1および
図8に示すように、稠密に且つ縦横に配列された多数の
正方形状の正屈折力を有するマイクロレンズ40から構
成されている。したがって、マイクロレンズアレイ40
の後側焦点面には多数の光源像が形成されるが、各光源
像からの光束はそれぞれ正方形状の断面を有する発散光
束となってアフォーカルズームレンズ5に入射する。ア
フォーカルズームレンズ5を介した光束は、4極変形照
明用の回折光学素子60に入射する。このとき、マイク
ロレンズアレイ40の後側焦点面に形成された各光源像
からの発散光束は、正方形状の断面を維持したまま、回
折光学素子60の回折面上に収束する。
As shown in FIGS. 1 and 8, the microlens array 40 is composed of a large number of square-shaped microlenses 40 having positive refracting power arranged vertically and horizontally. Therefore, the micro lens array 40
A large number of light source images are formed on the rear focal plane. Light beams from the respective light source images enter the afocal zoom lens 5 as divergent light beams each having a square cross section. The light beam having passed through the afocal zoom lens 5 enters a diffractive optical element 60 for quadrupole deformation illumination. At this time, the divergent light flux from each light source image formed on the rear focal plane of the microlens array 40 converges on the diffraction surface of the diffractive optical element 60 while maintaining a square cross section.

【0068】4極変形照明用の回折光学素子60は、図
9(a)に示すように、光軸AXと平行に垂直入射した
細い光束を、1つの所定の射出角にしたがって放射状に
発散する4つの光束に変換する。換言すると、光軸AX
に沿って垂直入射した細い光束は、光軸AXを中心とし
て等角度で特定の4つの方向に沿って回折され、4つの
細い光束となる。さらに詳細には、回折光学素子60に
垂直入射した細い光束は4つの光束に変換され、回折光
学素子60と平行な後方の面を通過する4つの光束の通
過点を結ぶ四角形は正方形となり、その正方形の中心は
回折光学素子60への入射軸線上に存在することにな
る。
As shown in FIG. 9A, the four-pole modified illumination diffractive optical element 60 radially diverges a thin light beam perpendicularly incident parallel to the optical axis AX according to one predetermined exit angle. It is converted into four light beams. In other words, the optical axis AX
The thin light beam that is vertically incident along is diffracted at equal angles around the optical axis AX along four specific directions, resulting in four thin light beams. More specifically, a thin light beam that is perpendicularly incident on the diffractive optical element 60 is converted into four light beams, and a square connecting the passing points of the four light beams passing through the rear surface parallel to the diffractive optical element 60 is a square. The center of the square will be on the axis of incidence on the diffractive optical element 60.

【0069】したがって、図9(b)に示すように、回
折光学素子60に対して太い平行光束が垂直入射する
と、回折光学素子60の後方に配置されたレンズ91の
焦点位置には、やはり4つの点像(点状の光源像)92
が形成される。ここで、図9(c)に示すように、回折
光学素子60に入射する太い平行光束を光軸AXに対し
て傾けると、レンズ91の焦点位置に形成される4つの
像が移動する。すなわち、回折光学素子60に入射する
太い平行光束が所定の面に沿って傾くと、レンズ91の
焦点位置に形成される4つの点像93は、所定の面に沿
って光束の傾く向きとは反対の向きに移動する。
Therefore, as shown in FIG. 9B, when a thick parallel light beam is perpendicularly incident on the diffractive optical element 60, the focal position of the lens 91 disposed behind the diffractive optical element 60 is also 4 Point images (point light source images) 92
Is formed. Here, as shown in FIG. 9C, when the thick parallel light beam incident on the diffractive optical element 60 is inclined with respect to the optical axis AX, the four images formed at the focal position of the lens 91 move. That is, when a thick parallel light beam incident on the diffractive optical element 60 is tilted along a predetermined plane, the four point images 93 formed at the focal position of the lens 91 are not tilted along the predetermined plane. Move in the opposite direction.

【0070】上述したように、マイクロレンズアレイ4
0の後側焦点面に形成された各光源像からの発散光束
は、正方形状の断面を維持したまま、回折光学素子60
の回折面上に収束する。換言すると、回折光学素子60
には多数の角度成分を有する光束が入射するが、その入
射角度は正四角錐体状の光束範囲によって規定される。
すなわち、正四角錐体状の光束範囲によって規定される
多数の角度成分を有する無限数の光束が回折光学素子6
0に入射するので、レンズ91の焦点位置には無限数の
点像が重ね合わされ、全体として図10に示すような4
極状の像が形成される。したがって、回折光学素子60
を介した光束は、ズームレンズ7の後側焦点面に、ひい
てはフライアイレンズ8の入射面に4極状の照野を形成
する。その結果、図11に示すように、フライアイレン
ズ8の後側焦点面にも、入射面に形成された照野と同じ
4極状の二次光源が形成される。
As described above, the micro lens array 4
The divergent luminous flux from each light source image formed on the back focal plane of the diffractive optical element 60 is maintained while maintaining a square cross section.
Converges on the diffraction plane. In other words, the diffractive optical element 60
A light beam having a large number of angle components is incident on the light source, and the angle of incidence is defined by a light beam range of a regular quadrangular pyramid.
That is, an infinite number of light beams having a large number of angle components defined by the light beam range of a regular quadrangular pyramid shape
0, an infinite number of point images are superimposed on the focal position of the lens 91, and 4 points as shown in FIG.
A polar image is formed. Therefore, the diffractive optical element 60
Forms a quadrupole illumination field on the rear focal plane of the zoom lens 7 and consequently on the entrance plane of the fly-eye lens 8. As a result, as shown in FIG. 11, a secondary light source having the same quadrupolar shape as the illumination field formed on the incident surface is also formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8.

【0071】なお、マイクロレンズアレイ4からマイク
ロレンズアレイ40への切り換えおよび回折光学素子6
から回折光学素子60への切り換えに対応して、輪帯開
口絞り9から開口絞り9aへの切り換えが行われる。開
口絞り9aは、3つの4極開口絞り402、404およ
び406から選択された1つの4極開口絞りである。こ
のように、4極変形照明用のマイクロレンズアレイ40
および回折光学素子60を用いる場合も、光源1からの
光束に基づいてほとんど光量損失することなく4極状の
二次光源を形成することができ、その結果二次光源から
の光束を制限する開口絞り9aにおける光量損失を良好
に抑えつつ4極変形照明を行うことができる。
Switching from the micro lens array 4 to the micro lens array 40 and the diffractive optical element 6
The switching from the annular aperture stop 9 to the aperture stop 9a is performed corresponding to the switching from to the diffractive optical element 60. The aperture stop 9a is one quadrupole aperture stop selected from three quadrupole aperture stops 402, 404 and 406. Thus, the microlens array 40 for quadrupole deformation illumination
Also when the diffractive optical element 60 is used, a quadrupole secondary light source can be formed with little loss of light amount based on the light beam from the light source 1, and as a result, an aperture for restricting the light beam from the secondary light source Quadrupole deformation illumination can be performed while satisfactorily suppressing the light amount loss in the stop 9a.

【0072】なお、図11に示すように、4極状の二次
光源の大きさおよび形状を輪帯状の二次光源と同様に定
義することができる。この場合、マイクロレンズアレイ
40を構成する各マイクロレンズのサイズaは、その断
面形状である正方形に外接する円の直径に対応する寸法
として定義される。こうして、輪帯変形照明の場合と同
様に、アフォーカルズームレンズ5の倍率mを変化させ
ることにより、4極状の二次光源の外径φo および輪帯
比Aをともに変更することができる。また、ズームレン
ズ7の焦点距離f2を変化させることにより、4極状の
二次光源の輪帯比Aを変更することなくその外径φo を
変更することができる。その結果、アフォーカルズーム
レンズ5の倍率mとズームレンズ7の焦点距離f2とを
適宜変化させることにより、4極状の二次光源の外径φ
o を変化させることなくその輪帯比Aだけを変更するこ
とができる。
As shown in FIG. 11, the size and shape of the quadrupolar secondary light source can be defined in the same manner as the annular secondary light source. In this case, the size a of each micro lens constituting the micro lens array 40 is defined as a size corresponding to a diameter of a circle circumscribing a square having a sectional shape. By changing the magnification m of the afocal zoom lens 5 in the same manner as in the case of the annular deformation illumination, both the outer diameter φo of the quadrupole secondary light source and the annular ratio A can be changed. Further, by changing the focal length f2 of the zoom lens 7, the outer diameter φo of the quadrupole secondary light source can be changed without changing the ring zone ratio A. As a result, by appropriately changing the magnification m of the afocal zoom lens 5 and the focal length f2 of the zoom lens 7, the outer diameter φ of the quadrupole secondary light source
Only the zone ratio A can be changed without changing o.

【0073】次いで、マイクロレンズアレイ4および4
0をともに照明光路から退避させるとともに、回折光学
素子6または60に代えて円形照明用の回折光学素子6
1を照明光路中に設定することによって得られる通常円
形照明について説明する。この場合、アフォーカルズー
ムレンズ5には光軸AXに沿って矩形状の断面を有する
光束が入射する。アフォーカルズームレンズ5に入射し
た光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形
状の断面を有する光束のまま光軸AXに沿ってアフォー
カルズームレンズ5から射出され、回折光学素子61に
入射する。
Next, the micro lens arrays 4 and 4
0 are retracted from the illumination optical path, and the diffractive optical element 6 or 60 is replaced with a diffractive optical element 6 for circular illumination.
A normal circular illumination obtained by setting 1 in the illumination optical path will be described. In this case, a light beam having a rectangular cross section enters the afocal zoom lens 5 along the optical axis AX. The luminous flux incident on the afocal zoom lens 5 is enlarged or reduced in accordance with the magnification, and emitted from the afocal zoom lens 5 along the optical axis AX as a luminous flux having a rectangular cross section. Incident.

【0074】ここで、円形照明用の回折光学素子61
は、入射した矩形状の光束を円形状の光束に変換する機
能を有する。したがって、回折光学素子61により形成
された円形光束は、ズームレンズ7を介して、フライア
イレンズ8の入射面において光軸AXを中心とした円形
状の照野を形成する。その結果、フライアイレンズ8の
後側焦点面にも、光軸AXを中心とした円形状の二次光
源が形成される。この場合、ズームレンズ7の焦点距離
f2を変化させることにより、円形状の二次光源の外径
を適宜変更することができる。
Here, the diffractive optical element 61 for circular illumination is used.
Has a function of converting an incident rectangular light beam into a circular light beam. Therefore, the circular luminous flux formed by the diffractive optical element 61 forms a circular illumination field centered on the optical axis AX on the incident surface of the fly-eye lens 8 via the zoom lens 7. As a result, a circular secondary light source centered on the optical axis AX is also formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8. In this case, by changing the focal length f2 of the zoom lens 7, the outer diameter of the circular secondary light source can be appropriately changed.

【0075】なお、マイクロレンズアレイ4および40
の照明光路からの退避と円形照明用の回折光学素子61
の照明光路への設定とに対応して、輪帯開口絞り9また
は4極開口絞り9aから円形開口絞り9bへの切り換え
が行われる。円形開口絞り9bは、2つの円形開口絞り
407および408から選択された1つの円形開口絞り
であり、円形状の二次光源に対応する大きさの開口部を
有する。このように、円錐プリズム4を照明光路から退
避させることにより、光源1からの光束に基づいてほと
んど光量損失することなく円形状の二次光源を形成し、
二次光源からの光束を制限する開口絞りにおける光量損
失を良好に抑えつつ通常円形照明を行うことができる。
The micro lens arrays 4 and 40
From the illumination optical path and diffractive optical element 61 for circular illumination
Is switched from the annular aperture stop 9 or the quadrupole aperture stop 9a to the circular aperture stop 9b. The circular aperture stop 9b is one circular aperture stop selected from two circular aperture stops 407 and 408, and has an opening having a size corresponding to a circular secondary light source. In this way, by retracting the conical prism 4 from the illumination optical path, a circular secondary light source is formed with almost no loss of light amount based on the light beam from the light source 1,
Normal circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop that restricts the light flux from the secondary light source.

【0076】以下、本実施例における照明の切り換え動
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
に応答して第1駆動系22〜第5駆動系26に適当な制
御信号を供給する。
Hereinafter, the switching operation of the illumination in this embodiment will be specifically described. First, information relating to various masks to be sequentially exposed according to the step-and-repeat method or the step-and-scan method is input to the control system 21 via input means 20 such as a keyboard. The control system 21 stores information such as the optimum line width (resolution) and depth of focus for various masks in an internal memory unit, and responds to an input from the input unit 20 to the first drive system 22 to the first drive system 22. 5 supplies an appropriate control signal to the drive system 26.

【0077】すなわち、最適な解像度および焦点深度の
もとで輪帯変形照明する場合、第1駆動系22は制御系
21からの指令に基づいて輪帯変形照明のマイクロレン
ズアレイ4を照明光路中に位置決めする。また、第3駆
動系24は、制御系21からの指令に基づいて、輪帯変
形照明用の回折光学素子6を照明光路中に位置決めす
る。そして、フライアイレンズ8の後側焦点面において
所望の大きさ(外径)および輪帯比を有する輪帯状の二
次光源を得るために、第2駆動系23は制御系21から
の指令に基づいてアフォーカルズームレンズ5の倍率を
設定し、第4駆動系25は制御系21からの指令に基づ
いてズームレンズ7の焦点距離を設定する。また、光量
損失を良好に抑えた状態で輪帯状の二次光源を制限する
ために、第5駆動系26は制御系21からの指令に基づ
いてターレットを回転させ、所望の輪帯開口絞りを照明
光路中に位置決めする。こうして、光源1からの光束に
基づいてほとんど光量損失することなく輪帯状の二次光
源を形成することができ、その結果二次光源からの光束
を制限する開口絞りにおいてほとんど光量損失すること
なく輪帯変形照明を行うことができる。
That is, when performing annular deformation illumination under the optimum resolution and depth of focus, the first drive system 22 moves the microlens array 4 of annular deformation illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21. Position. The third drive system 24 positions the diffractive optical element 6 for annular deformation illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21. Then, in order to obtain an annular secondary light source having a desired size (outer diameter) and an annular ratio at the rear focal plane of the fly-eye lens 8, the second drive system 23 responds to a command from the control system 21. The fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21 based on the magnification of the afocal zoom lens 5. In addition, in order to limit the annular secondary light source in a state where the light amount loss is suppressed well, the fifth drive system 26 rotates the turret based on a command from the control system 21 to set a desired annular aperture stop. Position in the illumination light path. Thus, an annular secondary light source can be formed on the basis of the light beam from the light source 1 with little loss of light amount. As a result, the ring stop can be formed with almost no light loss at the aperture stop for limiting the light beam from the secondary light source. Band deformation illumination can be performed.

【0078】さらに、必要に応じて、第2駆動系23に
よりアフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させた
り、第4駆動系25によりズームレンズ7の焦点距離を
変化させることにより、フライアイレンズ8の後側焦点
面に形成される輪帯状の二次光源の大きさおよび輪帯比
を適宜変更することができる。この場合、輪帯状の二次
光源の大きさおよび輪帯比の変化に応じてターレットが
回転し、所望の大きさおよび輪帯比を有する輪帯開口絞
りが選択されて照明光路中に位置決めされる。こうし
て、輪帯状の二次光源の形成およびその制限においてほ
とんど光量損失することなく、輪帯状の二次光源の大き
さおよび輪帯比を適宜変化させて多様な輪帯変形照明を
行うことができる。
Further, if necessary, the magnification of the afocal zoom lens 5 is changed by the second drive system 23 or the focal length of the zoom lens 7 is changed by the fourth drive system 25, so that the fly-eye lens 8 The size and annular ratio of the annular secondary light source formed on the rear focal plane can be appropriately changed. In this case, the turret rotates in accordance with the change in the size of the annular secondary light source and the annular ratio, and an annular aperture stop having a desired size and annular ratio is selected and positioned in the illumination optical path. You. Thus, various annular deformation illuminations can be performed by appropriately changing the size and annular ratio of the annular secondary light source with little loss of light amount in the formation and limitation of the annular secondary light source. .

【0079】また、最適な解像度および焦点深度のもと
で4極変形照明する場合、第1駆動系22は制御系21
からの指令に基づいて4極変形照明用のマイクロレンズ
アレイ40を照明光路中に位置決めする。また、第3駆
動系24は、制御系21からの指令に基づいて、4極変
形照明用の回折光学素子60を照明光路中に位置決めす
る。そして、フライアイレンズ8の後側焦点面において
所望の大きさ(外径)および形状(輪帯比)を有する4
極状の二次光源を得るために、第2駆動系23は制御系
21からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ5
の倍率を設定し、第4駆動系25は制御系21からの指
令に基づいてズームレンズ7の焦点距離を設定する。ま
た、光量損失を良好に抑えた状態で4極状の二次光源を
制限するために、第5駆動系26は制御系21からの指
令に基づいてターレットを回転させ、所望の4極開口絞
りを照明光路中に位置決めする。こうして、光源1から
の光束に基づいてほとんど光量損失することなく4極状
の二次光源を形成することができ、その結果二次光源か
らの光束を制限する開口絞りにおいて光量損失を良好に
抑えつつ4極変形照明を行うことができる。
In the case of performing quadrupole deformation illumination with an optimum resolution and depth of focus, the first drive system 22 is controlled by the control system 21.
, The microlens array 40 for quadrupole deformation illumination is positioned in the illumination optical path based on the instruction from. In addition, the third drive system 24 positions the diffractive optical element 60 for quadrupole deformation illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21. The fly-eye lens 8 has a desired size (outer diameter) and shape (ring zone ratio) on the rear focal plane of the fly-eye lens 8.
In order to obtain a polar secondary light source, the second drive system 23 is controlled by the afocal zoom lens 5 based on a command from the control system 21.
The fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21. Further, in order to limit the quadrupole secondary light source in a state in which the light quantity loss is suppressed well, the fifth drive system 26 rotates the turret based on a command from the control system 21 to provide a desired 4-pole aperture stop. Are positioned in the illumination light path. Thus, a quadrupolar secondary light source can be formed based on the light beam from the light source 1 with almost no light amount loss. As a result, the light amount loss can be satisfactorily suppressed in the aperture stop that restricts the light beam from the secondary light source. In addition, it is possible to perform quadrupole deformation illumination.

【0080】さらに、必要に応じて、第2駆動系23に
よりアフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させた
り、第4駆動系25によりズームレンズ7の焦点距離を
変化させることにより、フライアイレンズ8の後側焦点
面に形成される4極状の二次光源の大きさおよび形状を
適宜変更することができる。この場合、4極状の二次光
源の大きさおよび形状の変化に応じてターレットが回転
し、所望の大きさおよび形状を有する4極開口絞りが選
択されて照明光路中に位置決めされる。こうして、4極
状の二次光源の形成およびその制限において光量損失を
良好に抑えた状態で、4極状の二次光源の大きさおよび
形状を適宜変化させて多様な4極変形照明を行うことが
できる。
Further, the fly-eye lens 8 is changed by changing the magnification of the afocal zoom lens 5 by the second drive system 23 or changing the focal length of the zoom lens 7 by the fourth drive system 25 as necessary. The size and shape of the quadrupole secondary light source formed on the rear focal plane can be changed as appropriate. In this case, the turret rotates according to the change in the size and shape of the quadrupole secondary light source, and a quadrupole aperture stop having a desired size and shape is selected and positioned in the illumination light path. In this manner, in a state in which the loss of light amount is properly suppressed in forming and limiting the quadrupole secondary light source, various quadrupole deformation illuminations are performed by appropriately changing the size and shape of the quadrupole secondary light source. be able to.

【0081】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、第1駆動系22は制御
系21からの指令に基づいてマイクロレンズアレイ4お
よび40を照明光路から退避させる。また、第3駆動系
24は、制御系21からの指令に基づいて、通常円形照
明用の回折光学素子61を照明光路中に位置決めする。
そして、フライアイレンズ8の後側焦点面において所望
の大きさ(外径)を有する円形状の二次光源を得るため
に、第2駆動系23は制御系21からの指令に基づいて
アフォーカルズームレンズ5の倍率を設定し、第4駆動
系25が制御系21からの指令に基づいてズームレンズ
7の焦点距離を設定する。また、光量損失を良好に抑え
た状態で円形状の二次光源を制限するために、第5駆動
系26は制御系21からの指令に基づいてターレットを
回転させ、所望の円形開口絞りを照明光路中に位置決め
する。なお、円形開口径を連続的に変化させることので
きる虹彩絞りを用いる場合には、第5駆動系26は制御
系21からの指令に基づいて虹彩絞りの開口径を設定す
る。こうして、光源1からの光束に基づいてほとんど光
量損失することなく円形状の二次光源を形成することが
でき、その結果二次光源からの光束を制限する開口絞り
において光量損失を良好に抑えつつ通常円形照明を行う
ことができる。
Further, when performing ordinary circular illumination under the optimum resolution and depth of focus, the first drive system 22 retracts the microlens arrays 4 and 40 from the illumination optical path based on a command from the control system 21. . Further, the third drive system 24 positions the diffractive optical element 61 for normal circular illumination in the illumination optical path based on a command from the control system 21.
Then, in order to obtain a circular secondary light source having a desired size (outer diameter) on the rear focal plane of the fly-eye lens 8, the second drive system 23 performs an afocal operation based on a command from the control system 21. The magnification of the zoom lens 5 is set, and the fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on a command from the control system 21. Further, in order to limit the circular secondary light source in a state where the light quantity loss is suppressed well, the fifth drive system 26 rotates the turret based on a command from the control system 21 to illuminate a desired circular aperture stop. Position in the optical path. When an iris diaphragm capable of continuously changing the circular aperture diameter is used, the fifth drive system 26 sets the aperture diameter of the iris diaphragm based on a command from the control system 21. In this way, a circular secondary light source can be formed with almost no loss of light amount based on the light beam from the light source 1, and as a result, the light amount loss can be favorably suppressed in the aperture stop that restricts the light beam from the secondary light source. Usually circular illumination can be performed.

【0082】さらに、必要に応じて、第4駆動系25に
よりズームレンズ7の焦点距離を変化させることによ
り、フライアイレンズ8の後側焦点面に形成される円形
状の二次光源の大きさを適宜変更することができる。こ
の場合、円形状の二次光源の大きさの変化に応じてター
レットが回転し、所望の大きさの開口部を有する円形開
口絞りが選択されて照明光路中に位置決めされる。こう
して、正方形状の二次光源の形成およびその制限におい
て光量損失を良好に抑えつつ、σ値を適宜変化させて多
様な通常円形照明を行うことができる。
Further, if necessary, the focal length of the zoom lens 7 is changed by the fourth drive system 25, so that the size of the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8 is increased. Can be appropriately changed. In this case, the turret rotates according to the change in the size of the circular secondary light source, and a circular aperture stop having an opening of a desired size is selected and positioned in the illumination light path. In this way, various ordinary circular illuminations can be performed by appropriately changing the σ value while favorably suppressing the light amount loss in the formation and limitation of the square secondary light source.

【0083】以上のように、上述の実施例では、二次光
源を制限するための開口絞りにおける光量損失を良好に
抑えつつ、輪帯変形照明や4極変形照明のような変形照
明および通常円形照明を行うことができる。加えて、ア
フォーカルズームレンズの倍率を変化させたりズームレ
ンズの焦点距離を変化させるという簡単な操作により、
開口絞りでの光量損失を良好に抑えつつ変形照明や通常
円形照明のパラメータを変化させることができる。した
がって、変形照明の種類およびパラメータを適宜変化さ
せて、露光投影すべき微細パターンに適した投影光学系
の解像度および焦点深度を得ることができる。その結
果、高い露光照度および良好な露光条件のもとで、スル
ープットの高い良好な投影露光を行うことができる。
As described above, in the above-described embodiment, the deformed illumination such as the ring-shaped deformed illumination and the quadrupole deformed illumination and the normal circular light are suppressed while the light amount loss in the aperture stop for limiting the secondary light source is suppressed favorably. Lighting can be performed. In addition, by the simple operation of changing the magnification of the afocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens,
It is possible to change the parameters of the deformed illumination and the normal circular illumination while favorably suppressing the light amount loss at the aperture stop. Therefore, the resolution and the depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be exposed and projected can be obtained by appropriately changing the type and parameters of the deformed illumination. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions.

【0084】上述の実施例の露光装置による露光の工程
(フォトリソグラフィ工程)を経たウエハは、現像する
工程を経てから、現像したレジスト以外の部分を除去す
るエッチングの工程、エッチングの工程後の不要なレジ
ストを除去するレジスト除去の工程等を経てウエハプロ
セスが終了する。そして、ウエハプロセスが終了する
と、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエ
ハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線
等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケージン
グするパッケージング等の各工程を経て、最終的にデバ
イスとしての半導体装置(LSI等)が製造される。
The wafer subjected to the exposure step (photolithography step) by the exposure apparatus of the above-described embodiment undergoes a development step, and then an etching step of removing portions other than the developed resist, and an unnecessary step after the etching step. The wafer process is completed through a resist removal step for removing the unnecessary resist and the like. Then, when the wafer process is completed, in the actual assembling process, dicing for cutting the wafer into chips for each printed circuit, bonding for providing wiring and the like to each chip, and packaging for packaging each chip Through these steps, a semiconductor device (LSI or the like) is finally manufactured as a device.

【0085】なお、以上の説明では、投影露光装置を用
いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程により
半導体素子を製造する例を示したが、露光装置を用いた
フォトリソグラフィ工程によって、デバイスとして、液
晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)を
製造することができる。こうして、本発明の照明光学装
置を用いてデバイスを製造する露光方法の場合、良好な
露光条件のもとで投影露光を行うことができるので、良
好なデバイスを製造することができる。
In the above description, an example in which a semiconductor element is manufactured by a photolithography process in a wafer process using a projection exposure apparatus has been described. An element, a thin-film magnetic head, and an imaging element (such as a CCD) can be manufactured. Thus, in the case of the exposure method for manufacturing a device using the illumination optical device of the present invention, since projection exposure can be performed under favorable exposure conditions, a good device can be manufactured.

【0086】なお、上述の実施例においては、発散光束
形成素子としてのマイクロレンズアレイおよび光束変換
素子としての回折光学素子を、たとえばターレット方式
で照明光路中に位置決めするように構成することができ
る。また、たとえば公知のスライダ機構を利用して、上
述のマイクロレンズアレイおよび回折光学素子の挿脱お
よび切り替えを行うこともできる。
In the embodiment described above, the microlens array as the divergent light beam forming element and the diffractive optical element as the light beam converting element can be configured to be positioned in the illumination light path by, for example, a turret method. In addition, for example, a known slider mechanism can be used to insert, remove, and switch the microlens array and the diffractive optical element.

【0087】また、上述の実施例では、輪帯変形照明用
のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの形
状を正六角形に設定している。これは、円形状のマイク
ロレンズでは、稠密に配列を行うことができず光量損失
が発生するため、円形に近い多角形として正六角形を選
定しているからである。しかしながら、輪帯変形照明用
のマイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの
形状はこれに限定されることなく、他の適当な形状を用
いることができる。同様に、4極変形照明用のマイクロ
レンズアレイを構成するマイクロレンズの形状を正方形
に設定しているが、たとえば矩形状を含む他の適当な形
状を用いることができる。また、上述の実施例では、マ
イクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの屈折力
を正屈折力としているが、このマイクロレンズの屈折力
は負であっても良い。
In the above-described embodiment, the shape of the microlenses constituting the microlens array for annular deformation illumination is set to a regular hexagon. This is because a circular microlens cannot be densely arranged and causes a loss of light quantity, and thus a regular hexagon is selected as a polygon close to a circle. However, the shape of each microlens constituting the microlens array for annular deformation illumination is not limited to this, and another appropriate shape can be used. Similarly, although the shape of the microlenses constituting the microlens array for quadrupole deformation illumination is set to be square, other suitable shapes including, for example, rectangular shapes can be used. Further, in the above-described embodiment, the refractive power of the microlenses constituting the microlens array is defined as positive refractive power. However, the refractive power of this microlens may be negative.

【0088】さらに、上述の実施例では、アフォーカル
ズームレンズを用いているが、アフォーカルズームレン
ズに代えてフォーカルズームレンズを用い、マイクロレ
ンズアレイの前方に矩形状の光束を円形の光束に変換す
るための回折光学素子を配置する構成も可能である。ま
た、上述の実施例では、1つのフライアイレンズを用い
ているが、2つのフライアイレンズを用いるダブルフラ
イアイ方式に対しても本発明を適用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the afocal zoom lens is used. However, a focal zoom lens is used instead of the afocal zoom lens, and a rectangular light beam is converted into a circular light beam in front of the microlens array. It is also possible to adopt a configuration in which a diffractive optical element for performing the operation is arranged. In the above-described embodiment, one fly-eye lens is used. However, the present invention can be applied to a double fly-eye system using two fly-eye lenses.

【0089】さらに、上述の実施例では、通常の円形照
明を行う際に回折光学素子61を照明光路中に位置決め
しているが、この回折光学素子61の使用を省略するこ
ともできる。
Further, in the above-described embodiment, the diffractive optical element 61 is positioned in the illumination optical path when performing ordinary circular illumination. However, the use of the diffractive optical element 61 can be omitted.

【0090】また、上述の実施例では、発散光束形成素
子としてマイクロレンズアレイを用いているが、必要に
応じて、たとえばフライアイレンズや回折光学素子など
を用いることもできる。さらに、上述の実施例では、光
束変換素子として回折光学素子を用いているが、これに
限定されることなく、たとえばマイクロレンズアレイや
マイクロレンズプリズムのような屈折光学素子を用いる
こともできる。ところで、本発明で利用することのでき
る回折光学素子に関する詳細な説明は、米国特許第5,85
0,300号公報などに開示されている。
In the above-described embodiment, a microlens array is used as the divergent light beam forming element. However, if necessary, a fly-eye lens, a diffractive optical element, or the like may be used. Further, in the above embodiment, the diffractive optical element is used as the light beam converting element. However, the present invention is not limited to this. For example, a refractive optical element such as a microlens array or a microlens prism can be used. Incidentally, a detailed description of the diffractive optical element that can be used in the present invention is described in U.S. Pat.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 0,300.

【0091】さらに、上述の実施例では、フライアイレ
ンズの後側焦点面の近傍に、二次光源の光束を制限する
ための開口絞りを配置している。しかしながら、場合に
よっては、フライアイレンズを構成する各レンズエレメ
ントの断面積を十分小さく設定することにより、開口絞
りの配置を省略して二次光源の光束を全く制限しない構
成も可能である。また、上述の実施例では、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均一照明するための一般的
な照明光学装置に本発明を適用することができることは
明らかである。
Further, in the above-described embodiment, an aperture stop for limiting the light flux of the secondary light source is arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens. However, in some cases, a configuration in which the cross-sectional area of each lens element constituting the fly-eye lens is set to be sufficiently small to omit the arrangement of the aperture stop and not restrict the light flux of the secondary light source at all is also possible. Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the projection exposure apparatus having the illumination optical device as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical device for uniformly illuminating an irradiated surface other than a mask. It is clear that you can.

【0092】なお、上述の実施形態においては、導光光
学系としてのコンデンサレンズ10によって開口絞り9
の位置に形成される二次光源からの光を集光して重畳的
にマスク11を照明する構成としているが、コンデンサ
レンズ10とマスク11との間に、照明視野絞り(マス
クブラインド)と、この照明視野絞りの像をマスク11
上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場
合、導光光学系は、コンデンサレンズ10とリレー光学
系とから構成され、コンデンサレンズ10は、開口絞り
9の位置に形成される二次光源からの光を集光して重畳
的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系
は、照明視野絞りの開口部の像をマスク11上に形成す
ることになる。
In the above-described embodiment, the aperture stop 9 is provided by the condenser lens 10 as a light guide optical system.
, The light from the secondary light source formed at the position is condensed and the mask 11 is illuminated in a superimposed manner. Between the condenser lens 10 and the mask 11, an illumination field stop (mask blind), The image of the illumination field stop is used as a mask 11
A relay optical system formed above may be arranged. In this case, the light guide optical system includes a condenser lens 10 and a relay optical system. The condenser lens 10 collects light from a secondary light source formed at the position of the aperture stop 9 and illuminates the light in a superimposed manner. This illuminates the field stop, and the relay optical system forms an image of the opening of the illumination field stop on the mask 11.

【0093】また、上述の実施形態においては、オプテ
ィカルインテグレータとして波面分割型インテグレータ
であるフライアイレンズ8を用いたが、オプティカルイ
ンテグレータとして内面反射型のロッド型インテグレー
タを用いる場合には、第2光学系としてのズームレンズ
7よりもマスク11側の光学系を以下のように構成すれ
ば良い。すなわち、ズームレンズ7の下流側に集光光学
系を追加し、光束変換素子としての回折光学素子6の共
役面を形成する。そして、この共役面近傍に入射端が位
置決めされるようにロッド型インテグレータを配置す
る。そして、このロッド型インテグレータの射出端面ま
たは射出端面近傍に配置される照明視野絞りの像をマス
ク11上に形成するリレー光学系を配置する。この構成
の場合、第2の所定面はズームレンズ7と上記集光光学
系との合成系の瞳面となり、二次光源はリレー光学系の
瞳面に形成される(二次光源の虚像はロッド型インテグ
レータの入射端近傍に形成される)。この場合、ロッド
型インテグレータからの光束をマスクへ導くためのリレ
ー光学系が導光光学系となる。
In the above-described embodiment, the fly-eye lens 8 which is a wavefront splitting type integrator is used as the optical integrator. The optical system closer to the mask 11 than the zoom lens 7 may be configured as follows. That is, a condensing optical system is added downstream of the zoom lens 7 to form a conjugate plane of the diffractive optical element 6 as a light beam conversion element. Then, the rod-type integrator is arranged so that the incident end is positioned near the conjugate plane. Then, a relay optical system for forming an image of the illumination field stop disposed on the exit end face or near the exit end face of the rod type integrator on the mask 11 is arranged. In the case of this configuration, the second predetermined surface is a pupil surface of the combined system of the zoom lens 7 and the condensing optical system, and the secondary light source is formed on the pupil surface of the relay optical system (the virtual image of the secondary light source is Formed near the entrance end of the rod-type integrator). In this case, the light guide optical system is a relay optical system for guiding the light beam from the rod type integrator to the mask.

【0094】また、上述の実施形態では、基準光軸を含
む領域または基準光軸の近傍の領域では弱く且つ基準光
軸から離れた外周部では強くなるような光強度分布とし
て、所定面上において照明光学装置の光軸を囲む輪帯状
(ドーナッツ状)の領域で光強度が強くなるような光強
度分布(輪帯状分布)、所定面上において照明光学装置
の光軸の周りに実質的に等角度間隔で配置された4箇所
の複数の領域で強度が強くなる強度分布(4極状分布)
としたが、所定面上において照明光学装置の光軸の周り
に実質的に等角度間隔で配置された4ヶ所以上の複数の
領域で強度が強くなるような光強度分布(例えば8箇所
の場合:8極状分布)でも良い。換言すると、上述の実
施例では、4極状の二次光源を形成する例を示している
が、たとえば2極(2つ目)状の二次光源、あるいは8
極(8つ目)状のような多重極状の二次光源を形成する
こともできる。
Further, in the above-described embodiment, the light intensity distribution is such that it is weak in a region including the reference optical axis or in a region near the reference optical axis and strong in an outer peripheral portion distant from the reference optical axis. A light intensity distribution (ring-shaped distribution) in which the light intensity is increased in a ring-shaped (donut-shaped) region surrounding the optical axis of the illumination optical device, substantially on the predetermined surface around the optical axis of the illumination optical device. Intensity distribution (quadrupole distribution) in which the intensity is increased in four regions arranged at angular intervals.
However, on a predetermined surface, a light intensity distribution such that the intensity is increased in a plurality of regions at four or more places arranged at substantially equal angular intervals around the optical axis of the illumination optical device (for example, in the case of eight places) : 8-pole distribution). In other words, in the above-described embodiment, an example is shown in which a quadrupole secondary light source is formed. However, for example, a dipole (second) secondary light source, or 8
A multipole secondary light source such as a pole (eighth) can also be formed.

【0095】また、上記実施形態においては、フライア
イレンズ8を、複数の要素レンズを集積して形成してい
るが、これらをマイクロ・レンズ・アレイとすることも
可能である。マイクロ・レンズ・アレイとは、光透過性
基板にエッチングなどの手法により複数の微少レンズ面
をマトリックス状に設けたものである。複数の光源像を
形成する点に関して、フライアイレンズとマイクロ・レ
ンズ・アレイとの間に機能上の差異は実質的には無い
が、1つの要素レンズ(微少レンズ)の開口の大きさを
極めて小さくできること、製造コストを大幅に削減でき
ること、光軸方向の厚みを非常に薄くできることなどの
点で、マイクロ・レンズ・アレイが有利である。
Further, in the above embodiment, the fly-eye lens 8 is formed by integrating a plurality of element lenses, but these may be formed as a micro lens array. The micro lens array is one in which a plurality of minute lens surfaces are provided in a matrix on a light transmitting substrate by a method such as etching. In terms of forming a plurality of light source images, there is substantially no functional difference between the fly-eye lens and the micro lens array, but the size of the aperture of one element lens (micro lens) is extremely large. The micro lens array is advantageous in that it can be made smaller, the manufacturing cost can be greatly reduced, and the thickness in the optical axis direction can be made very thin.

【0096】さて、本実施例においては、光源としてK
rFエキシマレーザ(波長:248nm)やArFエキシマレー
ザ(波長:193nm)等、波長が180nm以上の露光光を用いて
いるため回折光学素子は例えば石英ガラスで形成するこ
とができる。なお、露光光として200nm以下の波長を用
いる場合には、回折光学素子を螢石、フッ素がドープさ
れた石英ガラス、フッ素及び水素がドープされた石英ガ
ラス、構造決定温度が1200K以下で且つOH基濃度
が1000ppm以上である石英ガラス、構造決定温度
が1200K以下で且つ水素分子濃度が1×1017molecu
les/cm3以上である石英ガラス、構造決定温度が120
0K以下でかつ塩素濃度が50ppm以下である石英ガラ
ス、及び構造決定温度が1200K以下で且つ水素分子
濃度が1×1017molecules/cm3以上で且つ塩素濃度が50p
pm以下である石英ガラスのグループから選択される材料
で形成することが好ましい。
In this embodiment, K is used as the light source.
Since exposure light having a wavelength of 180 nm or more such as an rF excimer laser (wavelength: 248 nm) and an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) is used, the diffractive optical element can be formed of, for example, quartz glass. When a wavelength of 200 nm or less is used as the exposure light, the diffractive optical element may be made of fluorite, quartz glass doped with fluorine, quartz glass doped with fluorine and hydrogen, having a structure determination temperature of 1200 K or less and an OH group. Quartz glass with a concentration of 1000 ppm or more, a structure determination temperature of 1200 K or less, and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecu
Quartz glass of les / cm 3 or more, structure determination temperature of 120
A quartz glass having a temperature of 1200 K or less, a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, and a chlorine concentration of 50 p or less.
It is preferably formed of a material selected from the group of quartz glass having a value of pm or less.

【0097】なお、構造決定温度が1200K以下で且
つOH基濃度が1000ppm以上である石英ガラスに
ついては、本願出願人による特許第2770224号公
報に開示されており、構造決定温度が1200K以下で
且つ水素分子濃度が1×1017molecules/cm3以上である
石英ガラス、構造決定温度が1200K以下でかつ塩素
濃度が50ppm以下である石英ガラス、及び構造決定温度
が1200K以下で且つ水素分子濃度が1×1017molecu
les/cm3以上で且つ塩素濃度が50ppm以下である石英ガラ
スについては本願出願人による特許第2936138号
公報に開示されている。
The quartz glass having a structure determination temperature of 1200 K or less and an OH group concentration of 1000 ppm or more is disclosed in Japanese Patent No. 2770224 by the present applicant. Quartz glass having a molecular concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, quartz glass having a structure determination temperature of 1200 K or less and a chlorine concentration of 50 ppm or less, and a structure determination temperature of 1200 K or less and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecu
Quartz glass having a les / cm 3 or more and a chlorine concentration of 50 ppm or less is disclosed in Japanese Patent No. 2936138 by the present applicant.

【0098】[0098]

【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、二次光源を制限するための開口絞りにおける
光量損失を良好に抑えつつ、輪帯変形照明や4極変形照
明のような変形照明および通常円形照明を行うことがで
きる。加えて、アフォーカルズームレンズの倍率を変化
させたりズームレンズの焦点距離を変化させるという簡
単な操作により、開口絞りでの光量損失を良好に抑えつ
つ変形照明のパラメータを変化させることができる。
As described above, in the illumination optical apparatus according to the present invention, while suppressing the loss of light quantity in the aperture stop for restricting the secondary light source, the illumination optical apparatus such as the annular deformation illumination and the quadrupole deformation illumination can be used. Deformed illumination and usually circular illumination can be provided. In addition, by performing a simple operation of changing the magnification of the afocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens, it is possible to change the parameters of the deformed illumination while favorably suppressing the loss of light amount at the aperture stop.

【0099】したがって、本発明の照明光学装置を組み
込んだ露光装置では、変形照明の種類およびパラメータ
を適宜変化させて、露光投影すべき微細パターンに適し
た投影光学系の解像度および焦点深度を得ることができ
る。その結果、高い露光照度および良好な露光条件のも
とで、スループットの高い良好な投影露光を行うことが
できる。また、本発明の照明光学装置を用いて被照射面
上に配置されたマスクのパターンを感光性基板上に露光
する露光方法では、良好な露光条件のもとで投影露光を
行うことができるので、良好なデバイスを製造すること
ができる。
Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention, the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be exposed and projected can be obtained by appropriately changing the type and parameters of the modified illumination. Can be. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed under high exposure illuminance and good exposure conditions. Further, in the exposure method of exposing the pattern of the mask disposed on the surface to be irradiated to the photosensitive substrate using the illumination optical device of the present invention, projection exposure can be performed under favorable exposure conditions. , A good device can be manufactured.

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

【図1】本発明の実施例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 illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.

【図2】輪帯変形照明用のマイクロレンズアレイ4の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a microlens array 4 for annular deformation illumination.

【図3】輪帯変形照明用の回折光学素子6の作用を説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of a diffractive optical element 6 for annular deformation illumination.

【図4】輪帯変形照明用の回折光学素子6の作用を説明
する第2の図である。
FIG. 4 is a second diagram illustrating the operation of the diffractive optical element 6 for annular deformation illumination.

【図5】フライアイレンズ8の入射面に形成される輪帯
状の照野を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a ring-shaped illumination field formed on an incident surface of a fly-eye lens 8;

【図6】複数の開口絞りが円周状に配置されたターレッ
トの構成を概略的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a turret in which a plurality of aperture stops are arranged in a circumferential shape;

【図7】マイクロレンズアレイ4からフライアイレンズ
8の入射面までの構成を概略的に示す図であって、アフ
ォーカルズームレンズ5の倍率およびズームレンズ7の
焦点距離と、フライアイレンズ8の入射面に形成される
輪帯状の照野の大きさおよび形状との関係を説明する図
である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration from a micro lens array 4 to an entrance surface of a fly-eye lens 8, and illustrates a magnification of an afocal zoom lens 5, a focal length of the zoom lens 7, and a fly-eye lens 8; It is a figure explaining the relation with the size and shape of the annular illumination field formed in an entrance surface.

【図8】4極変形照明用のマイクロレンズアレイ40の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a microlens array 40 for quadrupole deformation illumination.

【図9】輪帯変形照明用の回折光学素子60の作用を説
明する図である。
FIG. 9 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 60 for annular deformation illumination.

【図10】フライアイレンズ8の入射面に形成される4
極状の照野を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a fourth example formed on the incident surface of the fly-eye lens.
It is a figure which shows a polar illumination field.

【図11】フライアイレンズ8の後側焦点面に形成され
る4極状の二次光源を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a quadrupolar secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 4、40 マイクロレンズアレイ 5 アフォーカルズームレンズ 6、60,61 回折光学素子 7 ズームレンズ 8 フライアイレンズ 9 開口絞り 10 コンデンサ光学系 11 マスク 12 投影光学系 13 ウエハ 20 入力手段 21 制御系 22〜26 駆動系 Reference Signs List 1 light source 4, 40 micro lens array 5 afocal zoom lens 6, 60, 61 diffractive optical element 7 zoom lens 8 fly eye lens 9 aperture stop 10 condenser optical system 11 mask 12 projection optical system 13 wafer 20 input means 21 control system 22 ~ 26 drive system

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のパターンを有するマスクを照明す
るための照明光学装置において、 光束を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光束を、基準光軸に対して複数の角
度成分を有する光束に変換して、第1の所定面へ入射さ
せる角度光束形成手段と、 前記第1の所定面を介した前記複数の角度成分を有する
光束に基づいて、前記基準光軸を含む領域または前記基
準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記基準光軸から離れ
た外周部では強くなるような光強度分布を第2の所定面
上に形成するための光束形状変換手段と、 前記第2の所定面を経た前記光束を受けて、前記光強度
分布と同傾向を有する光強度分布の二次光源を形成する
オプティカルインテグレータと、 該オプティカルインテグレータからの光束を前記マスク
へ導くための導光光学系と、 を備えていることを特徴とする照明光学装置。
1. An illumination optical apparatus for illuminating a mask having a predetermined pattern, comprising: a light source unit for supplying a light beam; and a light beam from the light source unit, wherein a plurality of angle components with respect to a reference optical axis. An angle light beam forming unit that converts the light beam into a light beam having the plurality of angle components via the first predetermined surface, based on the light beam having the plurality of angle components, A light beam shape converting means for forming a light intensity distribution on a second predetermined surface such that the light intensity distribution is weak in a region near the reference optical axis and strong in an outer peripheral portion distant from the reference optical axis; An optical integrator that receives the light beam passing through a predetermined surface and forms a secondary light source having a light intensity distribution having the same tendency as the light intensity distribution; and guiding the light beam from the optical integrator to the mask. The illumination optical apparatus characterized in that it comprises guiding optical system and the.
【請求項2】 所定のパターンを有するマスクを照明す
るための照明光学装置において、 略平行光束を供給するための光源手段と、 該光源手段からの前記略平行光束を、基準光軸に対して
複数の角度成分を有する発散光束に変換するための発散
光束形成素子と、 前記発散光束を集光して第1の所定面へ導くための第1
光学系と、 前記第1の所定面近傍に配置された光束変換素子と、 該光束変換素子からの光束を第2の所定面へ導くための
第2光学系と、 前記第2の所定面を経た前記光束を受けて所定の光強度
分布の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ
と、 該オプティカルインテグレータからの光束を前記マスク
へ導くための導光光学系と、 を備え、 前記第1及び第2光学系は、第1及び第2変倍光学系を
有し、 前記光束変換素子及び前記第2光学系は、前記第1光学
系からの光束に基づいて、前記基準光軸を含む領域また
は前記基準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記基準光軸
から離れた外周部では強くなるような光強度分布を前記
第2の所定面上に形成することを特徴とする照明光学装
置。
2. An illumination optical device for illuminating a mask having a predetermined pattern, comprising: a light source means for supplying a substantially parallel light beam; A divergent light beam forming element for converting the divergent light beam into a divergent light beam having a plurality of angle components; and a first divergent light beam for condensing the divergent light beam and guiding the divergent light beam to a first predetermined surface.
An optical system, a light beam conversion element disposed in the vicinity of the first predetermined surface, a second optical system for guiding a light beam from the light beam conversion element to a second predetermined surface, and the second predetermined surface. An optical integrator for receiving the passed light beam to form a secondary light source having a predetermined light intensity distribution; and a light guiding optical system for guiding the light beam from the optical integrator to the mask. The optical system has first and second variable power optical systems, and the light beam conversion element and the second optical system are configured to include a region including the reference optical axis or the region based on a light beam from the first optical system. An illumination optical device, wherein a light intensity distribution is formed on the second predetermined surface such that the light intensity distribution is weak in a region near a reference optical axis and strong in an outer peripheral portion away from the reference optical axis.
【請求項3】 所定のパターンを有するマスクを照明す
るための照明光学装置において、 略平行光束を供給するための光源手段と、 該光源手段からの前記略平行光束を、基準光軸に対して
複数の角度成分を有する発散光束に変換するための発散
光束形成素子と、 前記発散光束を集光して第1の所定面へ導くための第1
光学系と、 前記第1の所定面近傍に配置された光束変換素子と、 該光束変換素子からの光束を第2の所定面へ導くための
第2光学系と、 前記第2の所定面を経た前記光束を受けて所定の光強度
分布の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ
と、 該オプティカルインテグレータからの光束を前記マスク
へ導くための導光光学系と、 を備え、 前記第1光学系は、前記発散光束形成素子と前記第1の
所定面とを光学的に共役にし、 前記光束変換素子及び前記第2光学系は、前記第1光学
系からの光束に基づいて、前記基準光軸を含む領域また
は前記基準光軸の近傍の領域では弱く且つ前記基準光軸
から離れた外周部では強くなるような光強度分布を前記
第2の所定面上に形成することを特徴とする照明光学装
置。
3. An illumination optical apparatus for illuminating a mask having a predetermined pattern, comprising: light source means for supplying a substantially parallel light beam; A divergent light beam forming element for converting the divergent light beam into a divergent light beam having a plurality of angle components; and a first divergent light beam for condensing the divergent light beam and guiding the divergent light beam to a first predetermined surface.
An optical system, a light beam conversion element disposed in the vicinity of the first predetermined surface, a second optical system for guiding a light beam from the light beam conversion element to a second predetermined surface, and the second predetermined surface. An optical integrator that receives the passed light beam and forms a secondary light source having a predetermined light intensity distribution; and a light guide optical system that guides the light beam from the optical integrator to the mask. The first optical system includes: The divergent light beam forming element and the first predetermined surface are optically conjugated, and the light beam conversion element and the second optical system adjust the reference optical axis based on the light beam from the first optical system. An illumination optical device that forms a light intensity distribution on the second predetermined surface such that the light intensity distribution is weak in a region including or in the vicinity of the reference optical axis and strong in an outer peripheral portion distant from the reference optical axis. .
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
照明光学装置と、前記マスクのパターンを感光性基板上
へ投影露光するための投影光学系とを備えていることを
特徴とする露光装置。
4. An illumination optical device according to claim 1, further comprising: a projection optical system for projecting and exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate. Exposure equipment.
JP25563699A 1998-12-17 1999-09-09 Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus Expired - Fee Related JP4415223B2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25563699A JP4415223B2 (en) 1999-09-09 1999-09-09 Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus
KR1019990058776A KR20000048227A (en) 1998-12-17 1999-12-17 Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
EP99125256A EP1014196A3 (en) 1998-12-17 1999-12-17 Method and system of illumination for a projection optical apparatus
US09/540,874 US6563567B1 (en) 1998-12-17 2000-03-31 Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
US10/377,700 US20030160949A1 (en) 1998-12-17 2003-03-04 Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
US10/378,816 US20030156269A1 (en) 1998-12-17 2003-03-05 Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
US10/378,867 US20030156266A1 (en) 1998-12-17 2003-03-05 Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25563699A JP4415223B2 (en) 1999-09-09 1999-09-09 Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2001085293A true JP2001085293A (en) 2001-03-30
JP2001085293A5 JP2001085293A5 (en) 2008-02-28
JP4415223B2 JP4415223B2 (en) 2010-02-17

Family

ID=17281505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25563699A Expired - Fee Related JP4415223B2 (en) 1998-12-17 1999-09-09 Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4415223B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006134932A (en) * 2004-11-02 2006-05-25 Nikon Corp Variable slit device, illumination optical device, aligner, and method of exposure
US7095560B2 (en) 2001-12-12 2006-08-22 Nikon Corporation Diffractive optical device, refractive optical device, illumination optical system, exposure apparatus and exposure method
JP2017129876A (en) * 2011-10-24 2017-07-27 株式会社ニコン Illumination optical system, exposure device, and device manufacturing method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7095560B2 (en) 2001-12-12 2006-08-22 Nikon Corporation Diffractive optical device, refractive optical device, illumination optical system, exposure apparatus and exposure method
JP2006134932A (en) * 2004-11-02 2006-05-25 Nikon Corp Variable slit device, illumination optical device, aligner, and method of exposure
JP2017129876A (en) * 2011-10-24 2017-07-27 株式会社ニコン Illumination optical system, exposure device, and device manufacturing method
JP2018077541A (en) * 2011-10-24 2018-05-17 株式会社ニコン Illumination optical system, exposure apparatus, and method for manufacturing device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4415223B2 (en) 2010-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3993335B2 (en) Lithographic apparatus and method
EP0949541B1 (en) Lithography apparatus
US7095560B2 (en) Diffractive optical device, refractive optical device, illumination optical system, exposure apparatus and exposure method
JP5459571B2 (en) Optical integrator system, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2002231619A (en) Optical illumination equipment and aligner equipped with the same
US20010001247A1 (en) Lithography apparatus
JPWO2006082738A1 (en) Optical integrator, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JPH1154426A (en) Lighting device and aligner using the same
KR20030017431A (en) Illuminaire optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and method for fabricating micro device
JP2003297727A (en) Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure
JP2001135560A (en) Illuminating optical device, exposure, and method of manufacturing micro-device
JP2002158157A (en) Illumination optical device and aligner and method for fabricating microdevice
JP2002184676A (en) Lighting optical device and aligner having the lighting optical device
JP2002075835A (en) Illumination optical device and exposure system with the same
JP4051473B2 (en) Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus
JP5035747B2 (en) Optical integrator, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2003068604A (en) Illumination optical equipment and aligner using the illumination optical equipment
JP2009130091A (en) Illumination optical device, aligner, and device manufacturing method
JP2002057081A (en) Illumination optical apparatus, exposure apparatus and exposure method
JP2002083759A (en) Illuminating optical equipment, and aligner equipped with the illuminating optical equipment
JP4415223B2 (en) Illumination optical apparatus and exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus
JP2003178952A (en) Illuminating optical device, exposure system and exposure method
JP2003015314A (en) Illumination optical device and exposure device provided with the same
JP4106701B2 (en) Diffractive optical apparatus, refractive optical apparatus, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
JP2001035777A (en) Illumination optical apparatus and aligner having the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060425

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090401

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090610

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091029

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091111

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151204

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151204

Year of fee payment: 6

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees