JP2010129719A - Light flux conversion element, illumination optical system, exposure device, and method for manufacturing device - Google Patents

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修 谷津
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical system for adjusting the balance of light intensity between one two-pole-form region and the other two-pole-form region in a four-pole-form pupil intensity distribution, for example. <P>SOLUTION: This illumination optical system (1 to 7) that illuminates a surface to be irradiated (W; W) with light from a light source (LS) includes: a light flux conversion element (2), and a distribution formation optical system (3, 4) that forms a predetermined light intensity distribution on a light pupil based on light via the light flux conversion element. The light flux conversion element includes a plurality of kinds of unit regions that form in a far field region light fluxes with mutually different light intensity distributions based on each light flux entered. The plurality of kinds of unit regions are arranged so that the light intensity distribution of an optical region may change, without changing the outline form of a light region, according to the change of the position of incoming light fluxes against the light flux conversion element. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光束変換素子、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、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系に関するものである。   The present invention relates to a light beam conversion element, an illumination optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an illumination optical system suitable for an exposure apparatus for manufacturing devices such as a semiconductor element, an image sensor, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process.

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳における所定の光強度分布)を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面(露光装置の場合にはマスクまたはウェハ)との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。   In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source is passed through a fly-eye lens as an optical integrator, and a secondary light source (generally an illumination pupil) as a substantial surface light source composed of a number of light sources. A predetermined light intensity distribution). Hereinafter, the light intensity distribution in the illumination pupil is referred to as “pupil intensity distribution”. The illumination pupil is a position where the illumination surface becomes the Fourier transform plane of the illumination pupil by the action of the optical system between the illumination pupil and the illumination surface (a mask or a wafer in the case of an exposure apparatus). Defined.

二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光(転写)される。マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。   The light beam from the secondary light source is condensed by the condenser lens and then illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask forms an image on the wafer via the projection optical system, and the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illumination distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer.

従来、回折光学素子に対する入射光束の位置を制御することにより輪帯照明や複数極照明(2極照明、4極照明など)のような変形照明を行う照明光学系が提案されている(特許文献1を参照)。   Conventionally, there has been proposed an illumination optical system that performs modified illumination such as annular illumination or multipolar illumination (bipolar illumination, quadrupole illumination, etc.) by controlling the position of the incident light beam with respect to the diffractive optical element (Patent Literature). 1).

特開2006−5319号公報JP 2006-5319 A

特許文献1に開示された照明光学系では、例えば4極状の瞳強度分布を形成して4極照明を行う際に、回折光学素子に対する入射光束の位置が所望の位置から位置ずれすると、4極状の瞳強度分布において光軸を挟んで第1の方向に間隔を隔てた2極状の領域の光強度と第2の方向に間隔を隔てた2極状の領域の光強度との差が大きく発生し易い。その結果、この照明光学系を露光装置に適用した場合、一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との間の光強度のアンバランスに起因して、マスクのパターンが感光性基板上の所望の位置に所望の線幅で形成されない恐れがある。   In the illumination optical system disclosed in Patent Document 1, for example, when performing quadrupole illumination by forming a quadrupole pupil intensity distribution, if the position of the incident light beam with respect to the diffractive optical element is displaced from a desired position, 4 In the polar pupil intensity distribution, the difference between the light intensity of the bipolar area spaced in the first direction across the optical axis and the light intensity of the bipolar area spaced in the second direction Is likely to occur greatly. As a result, when this illumination optical system is applied to an exposure apparatus, the mask pattern is photosensitive due to an imbalance in light intensity between one bipolar region and the other bipolar region. There is a possibility that a desired line width may not be formed at a desired position on the substrate.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば4極状の瞳強度分布における一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との間の光強度のバランスを調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば4極状の瞳強度分布における一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との間の光強度のバランスを調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, the balance of light intensity between one bipolar region and the other bipolar region in a quadrupole pupil intensity distribution is adjusted. It is an object of the present invention to provide an illumination optical system that can do this. In addition, the present invention uses an illumination optical system that adjusts the balance of light intensity between one dipole region and the other dipole region in a quadrupole pupil intensity distribution, for example. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of performing good exposure under illumination conditions.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
第1光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第1単位領域と、
前記第1光強度分布とは異なる第2光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第2単位領域とを備え、
前記複数の第1単位領域の間には、少なくとも1つの前記第2単位領域が位置することを特徴とする光束変換素子を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, there is provided a light beam conversion element that converts an incident light beam to form a light region having an outer shape different from the incident light beam in a far field region,
A plurality of first unit regions for forming a light beam having a first light intensity distribution in the far field region;
A plurality of second unit regions for forming a light beam having a second light intensity distribution different from the first light intensity distribution in the far field region;
There is provided a light beam conversion element, wherein at least one second unit region is located between the plurality of first unit regions.

本発明の第2形態では、入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
入射した各光束に基づいて互いに異なる光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数種類の単位領域を備え、
前記複数種類の単位領域は、前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置の変化に応じて前記光領域の前記外形形状が変化することなく前記光領域の光強度分布が変化するように配列されていることを特徴とする光束変換素子を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a light beam conversion element that converts an incident light beam and forms a light region having an outer shape different from the incident light beam in a far field region,
A plurality of types of unit regions for forming light beams with different light intensity distributions in the far field region based on each incident light beam,
The plurality of types of unit regions are arranged such that the light intensity distribution of the light region changes without changing the outer shape of the light region according to a change in the position of the incident light beam with respect to the light beam conversion element. There is provided a light beam conversion element characterized in that:

本発明の第3形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
第1形態または第2形態の光束変換素子と、
前記光束変換素子を介した光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
In the third embodiment of the present invention, in the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
A light beam conversion element of the first form or the second form;
There is provided an illumination optical system comprising: a distribution forming optical system that forms a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil of the illumination optical system based on light that has passed through the light beam conversion element.

本発明の第4形態では、所定のパターンを照明するための第3形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical system according to the third aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate.

本発明の第5形態では、第4形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the fifth embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the fourth embodiment, an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.

本発明の一態様にしたがう照明光学系は、矩形状の入射光束を変換して4極状の光領域を遠視野領域に形成し、ひいては4極状の瞳強度分布を形成する光束変換素子を備えている。この光束変換素子では、入射した各光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する4極状の光束を遠視野領域に形成する複数種類の単位領域が、所要の分布形態にしたがって配列されている。その結果、光束変換素子に対する入射光束の位置の変化と4極状の瞳強度分布における一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との強度差の変化とを所望の関係に設定することが可能である。   An illumination optical system according to an aspect of the present invention includes a light beam conversion element that converts a rectangular incident light beam to form a quadrupole light region in the far field region, and thus forms a quadrupole pupil intensity distribution. I have. In this light beam conversion element, a plurality of types of unit regions that form quadrupolar light beams having the same outer shape and different light intensity distributions in the far field region based on each incident light beam have a required distribution. Arranged according to morphology. As a result, the change in the position of the incident light beam with respect to the light beam conversion element and the change in the intensity difference between one bipolar region and the other bipolar region in the quadrupole pupil intensity distribution are set in a desired relationship. Is possible.

したがって、本発明の照明光学系では、例えば4極状の瞳強度分布における一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。また、本発明の露光装置では、例えば4極状の瞳強度分布における一方の2極状の領域と他方の2極状の領域との間の光強度のバランスを安定的に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことでき、ひいては良好なデバイスを製造することができる。   Therefore, in the illumination optical system of the present invention, for example, it is possible to stably adjust the light intensity balance between one bipolar region and the other bipolar region in a quadrupole pupil intensity distribution. it can. In the exposure apparatus of the present invention, for example, an illumination optical system that stably adjusts the light intensity balance between one bipolar region and the other bipolar region in a quadrupole pupil intensity distribution. Can be used to perform good exposure under appropriate illumination conditions, and thus a good device can be manufactured.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板であるウェハWの露光面(転写面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの露光面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハWの露光面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the exposure surface (transfer surface) of the wafer W, which is a photosensitive substrate, and the Y axis in the direction parallel to the paper surface of FIG. In the W exposure plane, the X axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

図1を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源LSから露光光(照明光)が供給される。光源LSとして、たとえば193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源や248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源LSから射出された光束は、ビーム送光部1を介して、回折光学素子2に入射する。ビーム送光部1は、光源LSからの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ回折光学素子2へ導くとともに、回折光学素子2に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。   Referring to FIG. 1, in the exposure apparatus of the present embodiment, exposure light (illumination light) is supplied from a light source LS. As the light source LS, for example, an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm, or the like can be used. A light beam emitted from the light source LS is incident on the diffractive optical element 2 via the beam transmission unit 1. The beam transmitter 1 guides the incident light beam from the light source LS to the diffractive optical element 2 while converting it into a light beam having an appropriate size and shape, and changes the position and angle of the light beam incident on the diffractive optical element 2. It has a function of actively correcting fluctuations.

一般に、回折光学素子は、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、回折光学素子2は、たとえば矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に、入射光束と異なる所望の外形形状を有する光強度分布を形成する機能を有する。すなわち、回折光学素子2は、入射光束を変換して入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子である。以下、説明の理解を容易にするために、回折光学素子2は、4極状の光領域を遠視野領域に形成する4極照明用の回折光学素子であるものとする。回折光学素子2の具体的な構成および作用については後述する。   In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 2 has a light intensity distribution having a desired outer shape different from the incident light beam in the far field (or Fraunhofer diffraction region), for example, when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. It has the function to form. That is, the diffractive optical element 2 is a light beam conversion element that converts an incident light beam and forms a light region having an outer shape different from that of the incident light beam in the far field region. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the description, it is assumed that the diffractive optical element 2 is a diffractive optical element for quadrupole illumination that forms a quadrupole light region in the far field region. A specific configuration and operation of the diffractive optical element 2 will be described later.

4極照明用の回折光学素子2に入射した光束は、σ値(σ値=照明光学系のマスク側開口数/投影光学系のマスク側開口数)可変用のズームレンズ3を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)4に入射する。マイクロフライアイレンズ4は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であって、平行平面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ている。   The light beam incident on the diffractive optical element 2 for quadrupole illumination is optically transmitted through a zoom lens 3 for varying σ value (σ value = mask-side numerical aperture of illumination optical system / mask-side numerical aperture of projection optical system). The light enters the micro fly's eye lens (or fly eye lens) 4 as an integrator. The micro fly's eye lens 4 is, for example, an optical element made up of a large number of micro lenses having positive refractive power arranged vertically and horizontally and densely, by performing etching treatment on a plane-parallel plate to form a micro lens group. It is configured.

マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ4として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第6913373号公報に開示されている。   Each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is formed integrally with a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. For example, a cylindrical micro fly's eye lens can be used as the micro fly's eye lens 4. The configuration and action of the cylindrical micro fly's eye lens are disclosed in, for example, US Pat. No. 6,913,373.

回折光学素子2の回折面はズームレンズ3の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ4の入射面はズームレンズ3の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ3は、回折光学素子2の回折面とマイクロフライアイレンズ4の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ4の入射面には、たとえば光軸AXを中心とした4極状の照野が形成される。この4極状の照野の全体形状は、ズームレンズ3の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ4を構成する各微小レンズは、マスクM上において形成すべき照野の形状(ひいてはウェハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する。   The diffractive surface of the diffractive optical element 2 is disposed at or near the front focal position of the zoom lens 3, and the incident surface of the micro fly's eye lens 4 is disposed at or near the rear focal position of the zoom lens 3. In other words, in the zoom lens 3, the diffractive surface of the diffractive optical element 2 and the incident surface of the micro fly's eye lens 4 are arranged substantially in a Fourier transform relationship. Therefore, for example, a quadrupole illumination field centered on the optical axis AX is formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 4. The overall shape of the quadrupole illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 3. Each micro lens constituting the micro fly's eye lens 4 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure region to be formed on the wafer W).

マイクロフライアイレンズ4に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面(ひいては照明瞳の位置)には、図2に示すように、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心とした4極状の実質的な面光源からなる二次光源(瞳強度分布)20が形成される。図2を参照すると、照明瞳に形成される4極状の瞳強度分布20は、一例として、光軸AXを挟んでX方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源(以下、単に「面光源」という)20a,20bと、光軸AXを挟んでZ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源20c,20dとを有する。   A light beam incident on the micro fly's eye lens 4 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and an illumination beam formed by the incident light beam is formed on the rear focal plane (and thus the position of the illumination pupil) as shown in FIG. A secondary light source (pupil intensity distribution) 20 composed of a secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the field, that is, a quadrupole substantial surface light source centered on the optical axis AX is formed. Referring to FIG. 2, a quadrupole pupil intensity distribution 20 formed in the illumination pupil is, for example, a pair of arcuate substantial surface light sources (hereinafter referred to as “X” direction) with an optical axis AX interposed therebetween. 20a and 20b) and a pair of arc-shaped substantial surface light sources 20c and 20d spaced apart in the Z direction across the optical axis AX.

マイクロフライアイレンズ4の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系5を介した後、マスクブラインド6を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド6には、マイクロフライアイレンズ4を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド6の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系7の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。   The light beam from the secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 4 illuminates the mask blind 6 in a superimposed manner after passing through the condenser optical system 5. Thus, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each microlens constituting the micro fly's eye lens 4 is formed on the mask blind 6 as an illumination field stop. The light flux that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 6 receives the light condensing action of the imaging optical system 7 and then illuminates the mask M on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner.

すなわち、結像光学系7は、マスクブラインド6の矩形状開口部の像を、マスクステージMS上に保持されたマスクM上に形成することになる。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、ウェハステージWS上に保持されたウェハ(感光性基板)W上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。   That is, the imaging optical system 7 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 6 on the mask M held on the mask stage MS. The light flux that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer (photosensitive substrate) W held on the wafer stage WS via the projection optical system PL. Thus, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, each exposure region of the wafer W is masked. M patterns are sequentially exposed.

本実施形態の露光装置は、投影光学系PLを介した光に基づいて投影光学系PLの瞳面における瞳強度分布を計測する瞳分布計測部DTと、瞳分布計測部DTの計測結果に基づいて回折光学素子2のXZ平面に沿った位置を制御する制御部CRとを備えている。すなわち、回折光学素子2は、制御部CRの指令に基づく駆動部DRの作用によりXZ平面に沿って移動可能であり、回折光学素子2と入射光束との相対的な位置が可変に構成されている。   The exposure apparatus of the present embodiment is based on the pupil distribution measurement unit DT that measures the pupil intensity distribution on the pupil plane of the projection optical system PL based on the light via the projection optical system PL, and the measurement result of the pupil distribution measurement unit DT. And a controller CR that controls the position of the diffractive optical element 2 along the XZ plane. That is, the diffractive optical element 2 is movable along the XZ plane by the action of the drive unit DR based on a command from the control unit CR, and the relative position between the diffractive optical element 2 and the incident light beam is variably configured. Yes.

瞳分布計測部DTは、例えば投影光学系PLの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するCCD撮像部を備え、投影光学系PLの像面の各点に関する瞳強度分布(各点に入射する光が投影光学系PLの瞳位置に形成する瞳強度分布)をモニターする。瞳分布計測部DTの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第2008/0030707号公報を参照することができる。   The pupil distribution measurement unit DT includes a CCD imaging unit having an imaging surface disposed at a position optically conjugate with the pupil position of the projection optical system PL, for example, and pupil intensity distribution regarding each point on the image plane of the projection optical system PL (Pupil intensity distribution formed by light incident on each point at the pupil position of the projection optical system PL) is monitored. For details of the configuration and operation of the pupil distribution measurement unit DT, reference can be made to, for example, US Patent Publication No. 2008/0030707.

本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ4により形成される二次光源を光源として、照明光学系(1〜7)の被照射面に配置されるマスクMをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系PLの開口絞りASの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系(1〜7)の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面(マスクMが配置される面、または投影光学系PLを含めて照明光学系と考える場合にはウェハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。   In the present embodiment, as described above, the secondary light source formed by the micro fly's eye lens 4 is used as a light source, and the mask M arranged on the irradiated surface of the illumination optical system (1-7) is Koehler illuminated. For this reason, the position where the secondary light source is formed is optically conjugate with the position of the aperture stop AS of the projection optical system PL, and the formation surface of the secondary light source is the illumination pupil plane of the illumination optical system (1-7). Can be called. Typically, the irradiated surface (the surface on which the mask M is disposed or the surface on which the wafer W is disposed when the illumination optical system including the projection optical system PL is considered) is optical with respect to the illumination pupil plane. A Fourier transform plane.

なお、瞳強度分布とは、照明光学系(1〜7)の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布(輝度分布)である。マイクロフライアイレンズ4による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ4の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ4の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。図1の構成において、ズームレンズ(集光光学系)3およびマイクロフライアイレンズ4は、光束変換素子としての回折光学素子2を介した光に基づいて、照明光学系(1〜7)の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。   The pupil intensity distribution is a light intensity distribution (luminance distribution) on the illumination pupil plane of the illumination optical system (1-7) or a plane optically conjugate with the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the micro fly's eye lens 4 is relatively large, the overall light intensity distribution formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 4 and the overall light intensity distribution (pupil intensity distribution) of the entire secondary light source. ) And a high correlation. For this reason, the light intensity distribution on the incident surface of the micro fly's eye lens 4 and a surface optically conjugate with the incident surface can also be referred to as a pupil intensity distribution. In the configuration of FIG. 1, the zoom lens (condensing optical system) 3 and the micro fly's eye lens 4 illuminate the illumination optical systems (1 to 7) based on light through the diffractive optical element 2 as a light beam conversion element. A distribution forming optical system that forms a predetermined light intensity distribution in the pupil is configured.

図3は、本実施形態の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。図3では、回折光学素子2の中心を原点として、全体座標(X,Y,Z)に対応する局部座標(x,y,z)を設定している。図3を参照すると、回折光学素子2は、xz平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された多数の矩形状の単位回折領域Aを備えている。具体的に、回折光学素子2は、例えば2n+1(nは正の整数)種類の単位回折領域A0,A+1,A−1,A+2,A−2,・・・,A+n,A−nを備えている。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a main configuration of the diffractive optical element of the present embodiment. In FIG. 3, the local coordinates (x, y, z) corresponding to the overall coordinates (X, Y, Z) are set with the center of the diffractive optical element 2 as the origin. Referring to FIG. 3, the diffractive optical element 2 includes a large number of rectangular unit diffraction regions A that are densely arranged vertically and horizontally along the xz plane. Specifically, the diffractive optical element 2 includes, for example, 2n + 1 (n is a positive integer) types of unit diffraction areas A0, A + 1, A-1, A + 2, A-2,..., A + n, An. Yes.

ただし、図3では、図面の明瞭化のために、互いに隣接すべき2つの単位回折領域Aを僅かに離間させるとともに、y軸の表示を省略している。また、回折光学素子2の中心部の構成、すなわち7種類の単位回折領域A0,A+1,A−1,A+2,A−2,A+3,A−3を含む中央部分だけを示している。なお、これらの多数の単位回折領域Aは、例えば回折光学素子2の光の入射側の面に形成されている。ただし、これらの多数の単位回折領域Aが回折光学素子2の光の射出側の面に形成されていても良いし、入射面に形成された単位回折領域と射出面に形成された単位回折領域とが混在していても良い。   However, in FIG. 3, for the sake of clarity, the two unit diffraction areas A that should be adjacent to each other are slightly separated from each other and the y-axis display is omitted. Also, the configuration of the central portion of the diffractive optical element 2, that is, only the central portion including the seven types of unit diffraction areas A0, A + 1, A-1, A + 2, A-2, A + 3, and A-3 is shown. The large number of unit diffraction regions A are formed, for example, on the light incident side surface of the diffractive optical element 2. However, a large number of these unit diffraction regions A may be formed on the light exit side surface of the diffractive optical element 2, or the unit diffraction regions formed on the entrance surface and the unit diffraction regions formed on the exit surface. May be mixed.

各単位回折領域Aは、その種類にかかわらず、図4に示すように、互いに同じ外形形状を有する4極状の光束21を遠視野領域に形成する機能を有する。4極状の光束21は、光軸AXを挟んでX方向に間隔を隔てた一対の円弧状の光束21a,21bと、光軸AXを挟んでZ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の光束21c,21dとを有する。その結果、回折光学素子2の複数の単位回折領域Aを介した光束は、マイクロフライアイレンズ4の入射面で重畳され、その後側焦点面の照明瞳に、図2に示す4極状の瞳強度分布20を形成する。   Regardless of the type, each unit diffraction region A has a function of forming a quadrupolar light beam 21 having the same outer shape in the far field region as shown in FIG. The quadrupolar light beam 21 is composed of a pair of arc-shaped light beams 21a and 21b spaced apart in the X direction across the optical axis AX and a pair of arc shaped light beams spaced apart in the Z direction across the optical axis AX. And light beams 21c and 21d. As a result, the light beam that has passed through the plurality of unit diffraction regions A of the diffractive optical element 2 is superimposed on the incident surface of the micro fly's eye lens 4, and the quadrupole pupil shown in FIG. An intensity distribution 20 is formed.

以下、説明を容易にするために、各単位回折領域Aは、互いに等しい光強度Iabを有する一対の光束21a,21bと、互いに等しい光強度Icdを有する一対の光束21c,21dとを形成するものとする。そして、単位回折領域A0が形成する4極状の光束21では、一対の光束21a,21bの光強度Iabと一対の光束21c,21dの光強度Icdとは等しいものとする。単位回折領域A+nが形成する4極状の光束21では、一対の光束21c,21dの光強度Icdが、一対の光束21a,21bの光強度Iabよりもn%だけ大きいものとする。   Hereinafter, for ease of explanation, each unit diffraction region A forms a pair of light beams 21a and 21b having the same light intensity Iab and a pair of light beams 21c and 21d having the same light intensity Icd. And In the quadrupolar light beam 21 formed by the unit diffraction region A0, the light intensity Iab of the pair of light beams 21a and 21b is equal to the light intensity Icd of the pair of light beams 21c and 21d. In the quadrupolar light beam 21 formed by the unit diffraction region A + n, the light intensity Icd of the pair of light beams 21c and 21d is assumed to be n% larger than the light intensity Iab of the pair of light beams 21a and 21b.

一方、単位回折領域A−nが形成する4極状の光束21では、一対の光束21c,21dの光強度Icdが、一対の光束21a,21bの光強度Iabよりもn%だけ小さいものとする。すなわち、一般的には、単位回折領域A±i(i=0〜n)が形成する4極状の光束21では、一対の光束21c,21dの光強度Icdと一対の光束21a,21bの光強度Iabとの差Icd−IabをIsとするとき、Is/Iabが±i%であるものとする。   On the other hand, in the quadrupolar light beam 21 formed by the unit diffraction region An, the light intensity Icd of the pair of light beams 21c and 21d is n% smaller than the light intensity Iab of the pair of light beams 21a and 21b. . That is, generally, in the quadrupolar light beam 21 formed by the unit diffraction areas A ± i (i = 0 to n), the light intensity Icd of the pair of light beams 21c and 21d and the light of the pair of light beams 21a and 21b. When the difference Icd−Iab from the intensity Iab is Is, it is assumed that Is / Iab is ± i%.

再び図3を参照すると、回折光学素子2の中心(x=z=0の位置)にある単位回折領域を含んで図3中水平方向に延びる1行分の領域、すなわち第0行の領域は、単位回折領域A−1,A0,A+1を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第0行の領域では、単位回折領域A−1,A0,A+1が支配的であり、例えば2つの単位回折領域A0の間に少なくとも1つの単位回折領域A+1またはA−1が位置し、2つの単位回折領域A+1の間または2つの単位回折領域A−1の間に少なくとも1つの単位回折領域A0が位置している。換言すれば、第0行の領域では、3種類の単位回折領域A−1,A0,A+1が交互配列されている。   Referring to FIG. 3 again, the region for one row extending in the horizontal direction in FIG. 3 including the unit diffraction region at the center of the diffractive optical element 2 (the position of x = z = 0), that is, the region of the 0th row is The unit diffraction regions A-1, A0, and A + 1 are included so that the average diffraction effect is substantially equal to the diffraction effect of the unit diffraction region A0. Further, in the region of the 0th row, the unit diffraction regions A-1, A0, A + 1 are dominant, for example, at least one unit diffraction region A + 1 or A-1 is located between the two unit diffraction regions A0, At least one unit diffraction region A0 is located between the two unit diffraction regions A + 1 or between the two unit diffraction regions A-1. In other words, in the area of the 0th row, three types of unit diffraction areas A-1, A0, A + 1 are alternately arranged.

第0行の領域の図3中上側に隣接する第+1行の領域は、単位回折領域A0,A+1,A+2を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A+1の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第+1行の領域では、単位回折領域A0,A+1,A+2が支配的であり、例えば2つの単位回折領域A+1の間に少なくとも1つの単位回折領域A0またはA+2が位置し、2つの単位回折領域A0の間または2つの単位回折領域A+2の間に少なくとも1つの単位回折領域A+1が位置している。換言すれば、第+1行の領域では、3種類の単位回折領域A0,A+1,A+2が交互配列されている。   The region in the + 1st row adjacent to the upper side of the region in the 0th row in FIG. 3 includes many unit diffraction regions A0, A + 1, A + 2, and the average diffraction effect is substantially equal to the diffraction effect in the unit diffraction region A + 1. It is configured as follows. In the area of the + 1st row, the unit diffraction areas A0, A + 1, and A + 2 are dominant. For example, at least one unit diffraction area A0 or A + 2 is located between the two unit diffraction areas A + 1, and two unit diffraction areas. At least one unit diffraction region A + 1 is located between the regions A0 or between the two unit diffraction regions A + 2. In other words, three types of unit diffraction areas A0, A + 1, A + 2 are alternately arranged in the area of the + 1st row.

同様に、第+1行の領域の図3中上側に隣接する第+2行の領域は、単位回折領域A+1,A+2,A+3を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A+2の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第+2行の領域では、単位回折領域A+1,A+2,A+3が支配的であり、例えば2つの単位回折領域A+2の間に少なくとも1つの単位回折領域A+1またはA+3が位置し、2つの単位回折領域A+1の間または2つの単位回折領域A+3の間に少なくとも1つの単位回折領域A+2が位置している。すなわち、第+2行の領域では、3種類の単位回折領域A+1,A+2,A+3が交互配列されている。   Similarly, the + 2nd row region adjacent to the upper side in FIG. 3 of the + 1st row region includes many unit diffraction regions A + 1, A + 2, and A + 3, and the average diffraction effect thereof is the same as the diffraction effect of the unit diffraction region A + 2. It is comprised so that it may become substantially equal. In the + 2nd row region, the unit diffraction regions A + 1, A + 2, and A + 3 are dominant. For example, at least one unit diffraction region A + 1 or A + 3 is located between the two unit diffraction regions A + 2, and two unit diffraction regions are included. At least one unit diffraction region A + 2 is located between the regions A + 1 or between the two unit diffraction regions A + 3. That is, in the area of the + 2nd row, three types of unit diffraction areas A + 1, A + 2, and A + 3 are alternately arranged.

一方、第0行の領域の図3中下側に隣接する第−1行の領域は、単位回折領域A0,A−1,A−2を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A−1の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第−1行の領域では、単位回折領域A0,A−1,A−2が支配的であり、例えば2つの単位回折領域A−1の間に少なくとも1つの単位回折領域A0またはA−2が位置し、2つの単位回折領域A0の間または2つの単位回折領域A−2の間に少なくとも1つの単位回折領域A−1が位置している。すなわち、第−1行の領域では、3種類の単位回折領域A0,A−1,A−2が交互配列されている。   On the other hand, the region of the -1st row adjacent to the lower side of the 0th row region in FIG. 3 includes many unit diffraction regions A0, A-1 and A-2, and the average diffraction effect thereof is the unit diffraction region. The diffraction effect of A-1 is substantially equal. Further, in the region of the -1st row, the unit diffraction regions A0, A-1, A-2 are dominant, and for example, at least one unit diffraction region A0 or A- between two unit diffraction regions A-1. 2 is located, and at least one unit diffraction region A-1 is located between the two unit diffraction regions A0 or between the two unit diffraction regions A-2. That is, three types of unit diffraction regions A0, A-1, and A-2 are alternately arranged in the region of the -1st row.

同様に、第−1行の領域の図3中下側に隣接する第−2行の領域は、単位回折領域A−1,A−2,A−3を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A−2の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第−2行の領域では、単位回折領域A−1,A−2,A−3が支配的であり、例えば2つの単位回折領域A−2の間に少なくとも1つの単位回折領域A−1またはA−3が位置し、2つの単位回折領域A−1の間または2つの単位回折領域A−3の間に少なくとも1つの単位回折領域A−2が位置している。すなわち、第−2行の領域では、3種類の単位回折領域A−1,A−2,A−3が交互配列されている。   Similarly, the region in the second row adjacent to the lower side in FIG. 3 of the region in the first row includes many unit diffraction regions A-1, A-2, A-3, and the average diffraction effect thereof. Is configured to be substantially equal to the diffraction effect of the unit diffraction region A-2. In the region of the -2nd row, the unit diffraction regions A-1, A-2, A-3 are dominant, and for example, at least one unit diffraction region A- between two unit diffraction regions A-2. 1 or A-3 is located, and at least one unit diffraction region A-2 is located between two unit diffraction regions A-1 or between two unit diffraction regions A-3. That is, in the region of the -2nd row, three types of unit diffraction regions A-1, A-2, A-3 are alternately arranged.

すなわち、一般的に、第±j(j=0〜m;m<n)行の領域は、単位回折領域A±(j−1),A±j,A±(j+1)を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域A±jの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。そして、第±j行の領域では、3種類の単位回折領域A±(j−1),A±j,A±(j+1)が交互配列されている。また、回折光学素子2では、図3中鉛直方向に延びる1列分の領域は、そのx座標位置に依存することなく、その平均的な回折効果がほぼ一定になるように、例えば単位回折領域A0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。   That is, in general, the region of the ± jth (j = 0 to m; m <n) rows includes many unit diffraction regions A ± (j−1), A ± j, A ± (j + 1), The average diffraction effect is configured to be substantially equal to the diffraction effect of the unit diffraction regions A ± j. In the ± j-th row area, three types of unit diffraction areas A ± (j−1), A ± j, and A ± (j + 1) are alternately arranged. Further, in the diffractive optical element 2, for example, a unit diffraction region is formed so that the average diffraction effect of the region corresponding to one column extending in the vertical direction in FIG. 3 is substantially constant without depending on the x coordinate position. It is configured to be substantially equal to the diffraction effect of A0.

このように、回折光学素子2において、複数種類の単位回折領域Aは、各単位回折領域が形成する4極状の光束21における一対の光束21c,21dの光強度Icdと一対の光束21a,21bの光強度Iabとの強度差Isに応じて配列されている。また、巨視的には、複数種類の単位回折領域Aは、各単位回折領域が形成する4極状の光束21における強度差Isが単調に変化する順に、z方向に沿って配列されている。   As described above, in the diffractive optical element 2, the plurality of types of unit diffraction regions A include the light intensity Icd of the pair of light beams 21 c and 21 d and the pair of light beams 21 a and 21 b in the quadrupolar light beam 21 formed by each unit diffraction region. Are arranged in accordance with the intensity difference Is from the light intensity Iab. Macroscopically, the plurality of types of unit diffraction areas A are arranged along the z direction in the order in which the intensity difference Is in the quadrupolar light beam 21 formed by each unit diffraction area changes monotonously.

したがって、図5に示すように、回折光学素子2の中心が光軸AXと一致する基準状態において、回折光学素子2に対して光軸AXを中心とした矩形状の光束LTが入射すると、回折光学素子2を経た光がマイクロフライアイレンズ4の後側焦点面の照明瞳に形成する4極状の瞳強度分布20において、一対の面光源20a,20bの光強度I1と一対の面光源20c,20dの光強度I2とはほぼ等しくなる。次いで、駆動部DRの作用により回折光学素子2を基準状態から−Z方向に単位回折領域Aのz方向寸法だけ移動させると、一対の面光源20c,20dの光強度I2が一対の面光源20a,20bの光強度I1よりも1%だけ大きい4極状の瞳強度分布20が得られる。   Therefore, as shown in FIG. 5, in a reference state where the center of the diffractive optical element 2 coincides with the optical axis AX, if a rectangular light beam LT centering on the optical axis AX is incident on the diffractive optical element 2, In a quadrupole pupil intensity distribution 20 formed by light passing through the optical element 2 on the illumination pupil of the rear focal plane of the micro fly's eye lens 4, the light intensity I1 of the pair of surface light sources 20a and 20b and the pair of surface light sources 20c. , 20d is almost equal to the light intensity I2. Next, when the diffractive optical element 2 is moved in the −Z direction by the z-direction dimension of the unit diffraction region A by the action of the driving unit DR, the light intensity I2 of the pair of surface light sources 20c and 20d is changed to the pair of surface light sources 20a. , 20b, a quadrupole pupil intensity distribution 20 that is 1% greater than the light intensity I1 is obtained.

一方、回折光学素子2を基準状態から+Z方向に単位回折領域Aのz方向寸法だけ移動させると、一対の面光源20c,20dの光強度I2が一対の面光源20a,20bの光強度I1よりも1%だけ小さい4極状の瞳強度分布20が得られる。すなわち、一般的には、回折光学素子2を基準状態から−Z方向に単位回折領域Aのz方向寸法の±j(j=0〜m;m<n)倍の距離だけ移動させると、一対の面光源20c,20dの光強度I2が一対の面光源20a,20bの光強度I1よりも±j%だけ大きい4極状の瞳強度分布20が得られる。   On the other hand, when the diffractive optical element 2 is moved from the reference state in the + Z direction by the dimension in the z direction of the unit diffraction region A, the light intensity I2 of the pair of surface light sources 20c and 20d is greater than the light intensity I1 of the pair of surface light sources 20a and 20b. A quadrupole pupil intensity distribution 20 that is smaller by 1% is also obtained. That is, generally, when the diffractive optical element 2 is moved from the reference state in the −Z direction by a distance of ± j (j = 0 to m; m <n) times the z-direction dimension of the unit diffraction region A, A quadrupole pupil intensity distribution 20 in which the light intensity I2 of the surface light sources 20c and 20d is larger than the light intensity I1 of the pair of surface light sources 20a and 20b by ± j% is obtained.

以上のように、本実施形態の回折光学素子2は、入射した各光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する4極状の光束21を遠視野領域に形成する複数種類の単位回折領域Aを備えている。これらの複数種類の単位回折領域Aは、回折光学素子2に対する入射光束LTのZ方向に沿った位置の変化に応じて、遠視野領域としてのマイクロフライアイレンズ4の入射面に重畳的に形成される4極状の光領域21’の外形形状が変化することなくその光強度分布が変化するように、具体的には4極状の光領域21’における一対の領域21’c,21’dと一対の領域21’a,21’bとの強度差が変化するように配列されている。   As described above, the diffractive optical element 2 of the present embodiment forms a quadrupolar light beam 21 having the same outer shape and different light intensity distributions in the far field region based on each incident light beam. A plurality of unit diffraction areas A are provided. These plural types of unit diffraction areas A are formed in a superimposed manner on the incident surface of the micro fly's eye lens 4 as a far field area according to the change in the position along the Z direction of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2. Specifically, the pair of regions 21′c and 21 ′ in the quadrupolar light region 21 ′ is changed so that the light intensity distribution changes without changing the outer shape of the quadrupole light region 21 ′. It arrange | positions so that the intensity difference of d and a pair of area | region 21'a, 21'b may change.

4極状の光領域21’、および各極の領域21’a〜21’dについては図示を省略するが、重畳的に形成される4極状の光領域21’は図4の4極状の光束21に対応し、その各極の領域21’a〜21’dは図4の各極の光束21a〜21dに対応している。その結果、回折光学素子2に対する入射光束LTのZ方向に沿った位置の変化に応じて、マイクロフライアイレンズ4の後側焦点面の照明瞳に形成される4極状の瞳強度分布20の外形形状が変化することなく、4極状の瞳強度分布20における一対の面光源20c,20dと一対の面光源20a,20bとの強度差が変化する。換言すれば、回折光学素子2に対する入射光束LTのZ方向に沿った位置を変化させることにより、4極状の瞳強度分布20における一対の面光源20c,20dと一対の面光源20a,20bとの間の光強度のバランスを調整することができる。   The quadrupole optical region 21 ′ and the regions 21′a to 21′d of the respective poles are not shown, but the quadrupolar optical region 21 ′ formed in a superimposed manner is the quadrupolar shape shown in FIG. The regions 21'a to 21'd of the respective poles correspond to the light beams 21a to 21d of the respective poles in FIG. As a result, the quadrupole pupil intensity distribution 20 formed on the illumination pupil of the rear focal plane of the micro fly's eye lens 4 according to the change in the position along the Z direction of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2. The intensity difference between the pair of surface light sources 20c and 20d and the pair of surface light sources 20a and 20b in the quadrupole pupil intensity distribution 20 changes without changing the outer shape. In other words, by changing the position along the Z direction of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2, the pair of surface light sources 20c and 20d and the pair of surface light sources 20a and 20b in the quadrupole pupil intensity distribution 20 The light intensity balance between the two can be adjusted.

しかも、本実施形態では、上述の説明から明らかなように、回折光学素子2に対する入射光束LTの位置の単位変化量である単位回折領域Aのz方向寸法と、一対の領域21’c,21’dと一対の領域21’a,21’bとの強度差の単位変化率(すなわち一対の面光源20c,20dと一対の面光源20a,20bとの強度差の単位変化率)とを、様々な設計例に応じて所望の関係に設定することが可能である。その結果、本実施形態では、回折光学素子2に対する入射光束LTの位置をZ方向に沿って比較的大きく変化させても、4極状の瞳強度分布20における一方の2極状の面光源20c,20dと他方の2極状の面光源20a,20bとの間の強度差を比較的小さく変化させることが可能である。   Moreover, in the present embodiment, as is apparent from the above description, the z-direction dimension of the unit diffraction region A, which is the unit change amount of the position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2, and the pair of regions 21′c, 21 'd and the unit change rate of the intensity difference between the pair of regions 21'a and 21'b (that is, the unit change rate of the intensity difference between the pair of surface light sources 20c and 20d and the pair of surface light sources 20a and 20b), It is possible to set a desired relationship according to various design examples. As a result, in the present embodiment, even if the position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2 is changed relatively large along the Z direction, one of the dipolar surface light sources 20c in the quadrupolar pupil intensity distribution 20 is obtained. , 20d and the other dipolar surface light sources 20a, 20b can be changed relatively small.

こうして、本実施形態の照明光学系(1〜7)では、制御部CRが瞳分布計測部DTの計測結果を参照して駆動部DRに指令を出力し、駆動部DRは制御部CRからの指令にしたがって回折光学素子2をZ方向に沿って所要距離だけ移動させることにより、4極状の瞳強度分布20における一方の2極状の面光源20c,20dと他方の2極状の面光源20a,20bとの間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。すなわち、制御部CRは、瞳分布計測部DTの計測結果に基づいて回折光学素子2に対する入射光束LTの位置を制御することにより、一方の2極状の面光源20c,20dの光強度と他方の2極状の面光源20a,20bの光強度とがほぼ等しくなるように調整する。   Thus, in the illumination optical system (1 to 7) of the present embodiment, the control unit CR refers to the measurement result of the pupil distribution measurement unit DT and outputs a command to the drive unit DR, and the drive unit DR outputs from the control unit CR. By moving the diffractive optical element 2 by a required distance along the Z direction according to the command, one of the two-polar surface light sources 20c and 20d and the other two-polar surface light source in the quadrupole pupil intensity distribution 20 are obtained. The balance of light intensity between 20a and 20b can be adjusted stably. That is, the control unit CR controls the position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2 based on the measurement result of the pupil distribution measurement unit DT, so that the light intensity of one of the bipolar surface light sources 20c and 20d and the other The dipole surface light sources 20a and 20b are adjusted so that their light intensities are substantially equal.

あるいは、制御部CRは、回折光学素子2に対する入射光束LTの位置を制御することにより、一方の2極状の面光源20c,20dの光強度と他方の2極状の面光源20a,20bの光強度とが所要の比率になるように調整する。すなわち、制御部CRは、回折光学素子2に対する入射光束LTの位置を制御することにより、4極状の瞳強度分布20を所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置(2〜WS)では、4極状の瞳強度分布20における一方の2極状の面光源20c,20dと他方の2極状の面光源20a,20bとの間の光強度のバランスを安定的に調整する照明光学系(1〜7)を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。   Alternatively, the control unit CR controls the position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2, so that the light intensity of the one bipolar surface light source 20 c, 20 d and the other bipolar surface light source 20 a, 20 b are controlled. Adjust the light intensity to the required ratio. That is, the control unit CR can adjust the quadrupole pupil intensity distribution 20 to a required distribution by controlling the position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2. Therefore, in the exposure apparatus (2 to WS) of the present embodiment, between the one bipolar surface light source 20c, 20d and the other bipolar surface light source 20a, 20b in the quadrupole pupil intensity distribution 20. By using the illumination optical system (1-7) that stably adjusts the balance of the light intensity of the light, good exposure can be performed under appropriate illumination conditions.

なお、上述の実施形態では、回折光学素子2をXZ平面に沿って移動させることにより、回折光学素子2に対する入射光束LTの相対位置を制御している。しかしながら、これに限定されることなく、回折光学素子2の移動に代えて、あるいは回折光学素子2の移動に加えて、ビーム送光系1の制御により回折光学素子2に入射する光束LTの位置をXZ平面に沿って変化させ、ひいては回折光学素子2に対する入射光束LTの相対位置を変化させることもできる。   In the above-described embodiment, the relative position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2 is controlled by moving the diffractive optical element 2 along the XZ plane. However, the present invention is not limited to this, and instead of moving the diffractive optical element 2 or in addition to the movement of the diffractive optical element 2, the position of the light beam LT incident on the diffractive optical element 2 by controlling the beam transmission system 1. Can be changed along the XZ plane, and as a result, the relative position of the incident light beam LT with respect to the diffractive optical element 2 can be changed.

また、上述の実施形態では、回折光学素子2に設けられた複数種類の単位回折領域Aの各々が、入射した光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する4極状の光束21を遠視野領域に形成している。別の表現をすれば、入射光束を変換して入射光束と異なる4極状の光領域21’を遠視野領域に形成する回折光学素子2では、各単位回折領域Aが、入射した光束に基づいて4極状の光領域21’と同じ外形形状の4極状の光束21を遠視野領域に形成している。   Further, in the above-described embodiment, each of the plurality of types of unit diffraction areas A provided in the diffractive optical element 2 has the same outer shape based on the incident light beam and has four different light intensity distributions. A light beam 21 is formed in the far field region. In other words, in the diffractive optical element 2 that converts the incident light beam to form a quadrupole optical region 21 ′ different from the incident light beam in the far field region, each unit diffraction region A is based on the incident light beam. A quadrupolar light beam 21 having the same outer shape as the quadrupole light region 21 ′ is formed in the far field region.

しかしながら、これに限定されることなく、光束変換素子としての回折光学素子が遠視野領域に形成すべき光領域の外形形状と、複数種類の単位回折領域の各々が遠視野領域に形成する光束の外形形状との関係については、様々な形態が可能である。また、複数種類の単位回折領域の外形形状、回折特性、配列などについても、様々な形態が可能である。   However, the present invention is not limited to this, and the outer shape of the light region that the diffractive optical element as the light beam conversion element should form in the far field region and the light beam formed by each of the plurality of types of unit diffraction regions in the far field region. Regarding the relationship with the outer shape, various forms are possible. Also, various forms are possible for the outer shape, diffraction characteristics, arrangement, etc. of the plurality of types of unit diffraction regions.

一例として、入射した各光束に基づいて4極状の光束のうちの一方の2極状の光束を遠視野領域に形成する単位回折領域Bと、他方の2極状の光束を遠視野領域に形成する単位回折領域Cとを混在させた混在型の回折光学素子も可能である。図6は、本実施形態の変形例にかかる混在型の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。図6においても、回折光学素子2Aの中心を原点として、全体座標(X,Y,Z)に対応する局部座標(x,y,z)を設定している。   As an example, a unit diffraction region B that forms one of the four polar light beams in the far field region based on each incident light beam, and the other dipolar light beam in the far field region. A mixed type diffractive optical element in which unit diffraction regions C to be formed are mixed is also possible. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a main configuration of a mixed diffractive optical element according to a modification of the present embodiment. Also in FIG. 6, the local coordinates (x, y, z) corresponding to the overall coordinates (X, Y, Z) are set with the center of the diffractive optical element 2A as the origin.

図6を参照すると、変形例にかかる回折光学素子2Aは、大別して2つのタイプの単位回折領域BおよびCを備えている。単位回折領域Bは、その種類にかかわらず、図4に示す4極状の光束21のうちの一方の2極状の光束21a,21bを遠視野領域に形成する機能を有する。単位回折領域Cは、その種類にかかわらず、他方の2極状の光束21c,21dを遠視野領域に形成する機能を有する。その結果、回折光学素子2Aの複数の単位回折領域B,Cを介した光束は、マイクロフライアイレンズ4の後側焦点面の照明瞳に、図2に示す4極状の瞳強度分布20を形成する。   Referring to FIG. 6, the diffractive optical element 2 </ b> A according to the modification is roughly provided with two types of unit diffraction regions B and C. Regardless of the type, the unit diffraction region B has a function of forming one dipolar light beam 21a, 21b of the quadrupolar light beam 21 shown in FIG. 4 in the far field region. Regardless of the type, the unit diffraction region C has a function of forming the other dipolar light beams 21c and 21d in the far field region. As a result, the light beam passing through the plurality of unit diffraction regions B and C of the diffractive optical element 2A has a quadrupole pupil intensity distribution 20 shown in FIG. 2 on the illumination pupil on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 4. Form.

以下、説明を容易にするために、各単位回折領域B±i(i=0〜n)が形成する2極状の光束21a,21bでは、一方の光束21aの光強度Iaと他方の光束21bの光強度Ibとの差Ia−IbをIsとするとき、Is/Ibが±i%であるものとする。また、各単位回折領域C±i(i=0〜n)が形成する2極状の光束21c,21dでは、一方の光束21cの光強度Icと他方の光束21dの光強度Idとの差Ic−IdをIsとするとき、Is/Idが±i%であるものとする。   Hereinafter, in order to facilitate the description, in the dipolar light beams 21a and 21b formed by the unit diffraction regions B ± i (i = 0 to n), the light intensity Ia of one light beam 21a and the other light beam 21b It is assumed that Is / Ib is ± i%, where Is is the difference Ia−Ib from the light intensity Ib of Is. Further, in the bipolar light beams 21c and 21d formed by the unit diffraction regions C ± i (i = 0 to n), the difference Ic between the light intensity Ic of one light beam 21c and the light intensity Id of the other light beam 21d. When Id is Is, Is / Id is ± i%.

回折光学素子2Aでは、x軸およびz軸により分割された4つの領域のうち、+x軸および+z軸で規定される領域R1は単位回折領域B+iを多く含み、+x軸および−z軸で規定される領域R2は単位回折領域B−iを多く含んでいる。また、−x軸および+z軸で規定される領域R3は単位回折領域C+iを多く含み、−x軸および−z軸で規定される領域R4は単位回折領域C−iを多く含んでいる。   In the diffractive optical element 2A, of the four regions divided by the x axis and the z axis, the region R1 defined by the + x axis and the + z axis includes many unit diffraction regions B + i, and is defined by the + x axis and the −z axis. The region R2 includes many unit diffraction regions Bi. Further, the region R3 defined by the −x axis and the + z axis includes many unit diffraction regions C + i, and the region R4 defined by the −x axis and the −z axis includes many unit diffraction regions Ci.

単位回折領域B+iを含む領域R1のうち、中心に最も近い0番目の領域R10は、単位回折領域B−1,B0,B+1を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域B0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。そして、領域R10では、例えば2つの単位回折領域B0の間に少なくとも1つの単位回折領域B+1またはB−1が位置し、2つの単位回折領域B+1の間または2つの単位回折領域B−1の間に少なくとも1つの単位回折領域B0が位置している。すなわち、領域R10では、3種類の単位回折領域B−1,B0,B+1が交互配列されている。支配的な3種類の単位回折領域が交互配列されている点は、後述する他の領域R1j,R2j,R3J,R4j(j=0〜m;m<n)においても同様である。   Of the region R1 including the unit diffraction region B + i, the 0th region R10 closest to the center includes many unit diffraction regions B-1, B0, and B + 1, and the average diffraction effect is the diffraction effect of the unit diffraction region B0. It is comprised so that it may become substantially equal. In the region R10, for example, at least one unit diffraction region B + 1 or B-1 is located between two unit diffraction regions B0, and between two unit diffraction regions B + 1 or between two unit diffraction regions B-1. At least one unit diffraction region B0 is located in the region. That is, in the region R10, three types of unit diffraction regions B-1, B0, B + 1 are alternately arranged. The same is true in the other regions R1j, R2j, R3J, R4j (j = 0 to m; m <n), which will be described later.

一般的には、第j番目の領域R1jは、単位回折領域B+(j−1),B+j,B+(j+1)を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域B+jの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、領域R1では、各単位回折領域Bが形成する2極状の光束21a,21bにおける一方の光束21aの光強度Iaと他方の光束21bbの光強度Ibとの強度差Isに応じて配列されている。また、巨視的には、複数種類の単位回折領域Bは、各単位回折領域が形成する2極状の光束21a,21bにおける強度差Isが単調に変化する順に、中心からの放射方向に沿って配列されている。この点は、後述する他の領域R2,R3,R4においても同様である。   In general, the j-th region R1j includes many unit diffraction regions B + (j−1), B + j, and B + (j + 1), and the average diffraction effect is almost equal to the diffraction effect of the unit diffraction region B + j. It is comprised so that it may become. That is, in the region R1, the dipole beams 21a and 21b formed by the unit diffraction regions B are arranged according to the intensity difference Is between the light intensity Ia of one light beam 21a and the light intensity Ib of the other light beam 21bb. ing. Macroscopically, the plurality of types of unit diffraction regions B are arranged along the radial direction from the center in the order in which the intensity difference Is in the dipolar light beams 21a and 21b formed by each unit diffraction region changes monotonously. It is arranged. This also applies to other regions R2, R3, and R4 described later.

単位回折領域B−iを含む領域R2のうち、中心に最も近い0番目の領域R20は、領域R10と同様に、単位回折領域B−1,B0,B+1を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域B0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第j番目の領域R2jは、単位回折領域B−(j−1),B−j,B−(j+1)を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域B−jの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。   Of the region R2 including the unit diffraction region Bi, the 0th region R20 closest to the center includes many unit diffraction regions B-1, B0, and B + 1 as in the region R10, and the average diffraction effect thereof. Is substantially equal to the diffraction effect of the unit diffraction region B0. In general, the j-th region R2j includes many unit diffraction regions B- (j-1), B-j, and B- (j + 1), and the average diffraction effect thereof is the unit diffraction region B-j. The diffraction effect is substantially the same.

単位回折領域C+iを含む領域R3のうち、中心に最も近い0番目の領域R30は、単位回折領域C−1,C0,C+1を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域C0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第j番目の領域R3jは、単位回折領域C+(j−1),C+j,C+(j+1)を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域C+jの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。   Of the region R3 including the unit diffraction region C + i, the 0th region R30 closest to the center includes many unit diffraction regions C-1, C0, and C + 1, and the average diffraction effect is the diffraction effect of the unit diffraction region C0. It is comprised so that it may become substantially equal. In general, the j-th region R3j includes many unit diffraction regions C + (j−1), C + j, and C + (j + 1), and the average diffraction effect is almost equal to the diffraction effect of the unit diffraction region C + j. It is comprised so that it may become.

単位回折領域C−iを含む領域R4のうち、中心に最も近い0番目の領域R40は、領域R30と同様に、単位回折領域C−1,C0,C+1を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域C0の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第j番目の領域R4jは、単位回折領域C−(j−1),C−j,C−(j+1)を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域C−jの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。   Of the region R4 including the unit diffraction region C-i, the 0th region R40 closest to the center includes many unit diffraction regions C-1, C0, and C + 1 similarly to the region R30, and the average diffraction effect thereof. Is substantially equal to the diffraction effect of the unit diffraction region C0. In general, the jth region R4j includes many unit diffraction regions C- (j-1), Cj, C- (j + 1), and the average diffraction effect thereof is the unit diffraction region Cj. The diffraction effect is substantially the same.

したがって、回折光学素子2Aの中心が光軸AXと一致する基準状態において、回折光学素子2Aに対して光軸AXを中心とした矩形状の光束LTが入射すると、回折光学素子2Aを経た光がマイクロフライアイレンズ4の後側焦点面の照明瞳に形成する4極状の瞳強度分布20において、面光源20aと20bと20cと20dとの間で光強度はほぼ等しくなる。回折光学素子2Aを基準状態から−Z方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20a,20cの光強度が面光源20b,20dの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。   Therefore, in a reference state in which the center of the diffractive optical element 2A coincides with the optical axis AX, when a rectangular light beam LT centering on the optical axis AX is incident on the diffractive optical element 2A, light passing through the diffractive optical element 2A is emitted. In the quadrupole pupil intensity distribution 20 formed on the illumination pupil on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 4, the light intensity is substantially equal between the surface light sources 20a, 20b, 20c, and 20d. When the diffractive optical element 2A is moved in the −Z direction from the reference state, a quadrupolar shape having a property that the light intensity of the surface light sources 20a and 20c is larger than the light intensity of the surface light sources 20b and 20d according to the amount of movement. A pupil intensity distribution 20 is obtained.

回折光学素子2Aを基準状態から+Z方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20b,20dの光強度が面光源20a,20cの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。回折光学素子2Aを基準状態から−X方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20a,20bの光強度が面光源20c,20dの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。   When the diffractive optical element 2A is moved in the + Z direction from the reference state, a quadrupole pupil having a property that the light intensity of the surface light sources 20b and 20d is larger than the light intensity of the surface light sources 20a and 20c according to the amount of movement. An intensity distribution 20 is obtained. When the diffractive optical element 2A is moved in the −X direction from the reference state, a quadrupolar shape having a property that the light intensity of the surface light sources 20a and 20b is larger than the light intensity of the surface light sources 20c and 20d according to the amount of movement. A pupil intensity distribution 20 is obtained.

回折光学素子2Aを基準状態から+X方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20c,20dの光強度が面光源20a,20bの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。回折光学素子2Aを基準状態から−X方向および−Z方向と45度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20aの光強度が他の面光源20b,20c,20dの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。   When the diffractive optical element 2A is moved in the + X direction from the reference state, a quadrupole pupil having a property that the light intensity of the surface light sources 20c and 20d is larger than the light intensity of the surface light sources 20a and 20b according to the amount of movement. An intensity distribution 20 is obtained. When the diffractive optical element 2A is moved from the reference state in a direction that forms 45 degrees with the −X direction and the −Z direction, the light intensity of the surface light source 20a depends on the amount of the movement of the other surface light sources 20b, 20c, and 20d. A quadrupole pupil intensity distribution 20 having a property larger than the light intensity is obtained.

回折光学素子2Aを基準状態から−X方向および+Z方向と45度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20bの光強度が他の面光源20a,20c,20dの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。回折光学素子2Aを基準状態から+X方向および−Z方向と45度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20cの光強度が他の面光源20a,20b,20dの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。   When the diffractive optical element 2A is moved from the reference state in a direction that forms 45 degrees with the −X direction and the + Z direction, the light intensity of the surface light source 20b depends on the amount of movement, and the light of the other surface light sources 20a, 20c, and 20d. A quadrupole pupil intensity distribution 20 having a property larger than the intensity is obtained. When the diffractive optical element 2A is moved from the reference state in a direction that forms 45 degrees with the + X direction and the -Z direction, the light intensity of the surface light source 20c depends on the amount of movement, and the light of the other surface light sources 20a, 20b, and 20d. A quadrupole pupil intensity distribution 20 having a property larger than the intensity is obtained.

回折光学素子2Aを基準状態から+X方向および+Z方向と45度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源20dの光強度が他の面光源20a,20b,20cの光強度よりも大きい性状を有する4極状の瞳強度分布20が得られる。このように、図6の変形例では、回折光学素子2AをXZ平面に沿って所要の方向に所要の距離だけ移動させることにより、4極状の瞳強度分布20における各極の面光源20a〜20dの間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。   When the diffractive optical element 2A is moved from the reference state in the direction of 45 degrees with the + X direction and the + Z direction, the light intensity of the surface light source 20d is changed to the light intensity of the other surface light sources 20a, 20b, 20c according to the amount of movement. A quadrupole pupil intensity distribution 20 having a larger characteristic is obtained. As described above, in the modification of FIG. 6, the diffractive optical element 2 </ b> A is moved by a required distance in the required direction along the XZ plane to thereby obtain the surface light sources 20 a to 20 a for each pole in the quadrupole pupil intensity distribution 20. The balance of light intensity between 20d can be adjusted stably.

なお、図6の変形例では、2つのタイプの単位回折領域B,Cが設けられた回折光学素子2Aにより、4極状の瞳強度分布20における各極の面光源20a〜20dの間の光強度のバランスを調整している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば4つのタイプの単位回折領域D,E,F,Gが設けられた回折光学素子により、図6の変形例の場合と同様に、各極の面光源20a〜20dの間の光強度のバランスを調整することもできる。   In the modification of FIG. 6, the light between the surface light sources 20a to 20d of each pole in the quadrupole pupil intensity distribution 20 is obtained by the diffractive optical element 2A provided with the two types of unit diffraction regions B and C. The balance of strength is adjusted. However, the present invention is not limited to this. For example, a diffractive optical element provided with four types of unit diffraction regions D, E, F, and G may be used as in the case of the modification of FIG. The balance of light intensity between 20a-20d can also be adjusted.

この4タイプ型の回折光学素子では、単位回折領域D,E,F,Gは、その種類にかかわらず、図4に示す4極状の光束21a〜21dを遠視野領域に形成する機能を有する。各単位回折領域Dが形成する4極状の光束21a〜21dでは、その種類D±i(i=0〜n)に応じて、光束21aの光強度と他の光束21b〜21dの光強度の差が異なる。各単位回折領域Eが形成する4極状の光束21a〜21dでは、その種類E±i(i=0〜n)に応じて、光束21bの光強度と他の光束21a,21c,21dの光強度の差が異なる。   In this four-type diffractive optical element, the unit diffraction regions D, E, F, and G have a function of forming the quadrupolar light beams 21a to 21d shown in FIG. . In the quadrupolar light beams 21a to 21d formed by the unit diffraction regions D, the light intensity of the light beam 21a and the light intensity of the other light beams 21b to 21d are determined according to the type D ± i (i = 0 to n). The difference is different. In the quadrupolar light beams 21a to 21d formed by the unit diffraction regions E, the light intensity of the light beam 21b and the light beams of the other light beams 21a, 21c, and 21d according to the type E ± i (i = 0 to n). The difference in intensity is different.

各単位回折領域Fが形成する4極状の光束21a〜21dでは、その種類F±i(i=0〜n)に応じて、光束21cの光強度と他の光束21a,21b,21dの光強度の差が異なる。各単位回折領域Gが形成する4極状の光束21a〜21dでは、その種類G±i(i=0〜n)に応じて、光束21dの光強度と他の光束21a〜21cの光強度の差が異なる。そして、図示を省略するが、これらの単位回折領域D,E,F,Gを所要の分布にしたがって配列することにより、4極状の瞳強度分布20における各極の面光源20a〜20dの間の光強度のバランスを調整することができる。   In the quadrupolar light beams 21a to 21d formed by the unit diffraction regions F, the light intensity of the light beam 21c and the light beams of the other light beams 21a, 21b, and 21d according to the type F ± i (i = 0 to n). The difference in intensity is different. In the quadrupolar light beams 21a to 21d formed by the unit diffraction regions G, the light intensity of the light beam 21d and the light intensity of the other light beams 21a to 21c are determined according to the type G ± i (i = 0 to n). The difference is different. Although not shown, by arranging these unit diffraction regions D, E, F, and G according to a required distribution, between the surface light sources 20 a to 20 d of each pole in the quadrupole pupil intensity distribution 20. The balance of light intensity can be adjusted.

また、図6の変形例では、一方のタイプの単位回折領域Bが図4に示す4極状の光束21のうちの一方の2極状の光束21a,21bを遠視野領域に形成し、他方のタイプの単位回折領域Cが残りの2極状の光束21c,21dを遠視野領域に形成している。換言すると、図6の変形例では、一方のタイプの単位回折領域Bが遠視野領域に重畳的に形成されるべき光領域の一部と同じ第1外形形状の光束を遠視野領域に形成し、他方のタイプの単位回折領域Cが光領域の残部と同じ第2外形形状の光束を遠視野領域に形成している。   Further, in the modification of FIG. 6, one type of unit diffraction region B forms one dipolar light beam 21a, 21b of the quadrupolar light beam 21 shown in FIG. The unit diffraction region C of this type forms the remaining dipolar light beams 21c and 21d in the far field region. In other words, in the modified example of FIG. 6, one type of unit diffraction region B forms a light beam having the same first outer shape as a part of the optical region to be formed in the far field region in the far field region. The other type of unit diffraction region C forms a light beam having the same second outer shape as the remainder of the light region in the far field region.

しかしながら、これに限定されることなく、第1のタイプの単位回折領域が重畳的に形成されるべき光領域の一部と同じ第1外形形状の光束を遠視野領域に形成し、第2のタイプの単位回折領域が光領域の別の一部と同じ第2外形形状の光束を遠視野領域に形成し、第3のタイプの単位回折領域が光領域の残部と同じ第3外形形状の光束を遠視野領域に形成してもよい。このとき、第1外形形状の光束と第2外形形状の光束とは遠視野領域において一部重畳していてもよい。また、この場合、第1のタイプの単位回折領域と第2のタイプの単位回折領域とが遠視野領域に形成する光束の外形形状は、回折光学素子により遠視野領域に重畳的に形成すべき光領域の外形形状とは異なることになる。   However, the present invention is not limited to this, and the first type of unit diffraction region is formed in the far field region with a light beam having the same first outer shape as a part of the light region to be superimposed. The unit diffraction region of the type forms a light beam having the same second outer shape as another part of the optical region in the far-field region, and the light beam of the third outer shape has the same third type unit diffraction region as the rest of the light region. May be formed in the far field region. At this time, the light beam having the first outer shape and the light beam having the second outer shape may partially overlap in the far field region. In this case, the outer shape of the light beam formed in the far-field region by the first-type unit diffraction region and the second-type unit diffraction region should be superimposed on the far-field region by the diffractive optical element. This is different from the outer shape of the light region.

なお、上述の説明では、照明瞳に4極状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち4極照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、4極照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、4極状以外の他の複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。   In the above description, the operational effects of the present invention are described by taking, as an example, modified illumination in which a quadrupole pupil intensity distribution is formed on the illumination pupil, that is, quadrupole illumination. However, the present invention is not limited to quadrupole illumination. For example, annular illumination in which an annular pupil intensity distribution is formed, multipolar illumination in which a multipolar pupil intensity distribution other than quadrupole is formed, and the like. In contrast, it is apparent that the same effects can be obtained by applying the present invention.

また、上述の説明では、入射光束に基づいて所定の光強度分布の光束を遠視野領域に形成する単位領域として、回折光学面を有する単位回折領域を用いている。しかしながら、単位回折領域に限定されることなく、例えば屈折光学面を有する複数種類の単位屈折領域により本発明の光束変換素子を構成することもできる。   In the above description, a unit diffraction region having a diffractive optical surface is used as a unit region for forming a light beam having a predetermined light intensity distribution in the far field region based on the incident light beam. However, the present invention is not limited to the unit diffraction region, and the light beam conversion element of the present invention can be configured by a plurality of types of unit refraction regions having a refractive optical surface, for example.

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができる。DMDを用いた露光装置は、例えば特開2004−304135号公報、国際特許公開第2006/080285号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第2007/0296936号公報に開示されている。また、DMDのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。ここでは、米国特許公開第2007/0296936号公報の教示を参照として援用する。   In the above-described embodiment, a variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. By using such a variable pattern forming apparatus, the influence on the synchronization accuracy can be minimized even if the pattern surface is placed vertically. As the variable pattern forming apparatus, for example, a DMD (digital micromirror device) including a plurality of reflecting elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using DMD is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304135, International Patent Publication No. 2006/080285 pamphlet and US Patent Publication No. 2007/0296936 corresponding thereto. In addition to a non-light-emitting reflective spatial light modulator such as DMD, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used. Note that a variable pattern forming apparatus may be used even when the pattern surface is placed horizontally. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2007/0296936 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ4を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ(典型的にはロッド型インテグレータ)を用いても良い。この場合、ズームレンズ3の後側にその前側焦点位置がズームレンズ3の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその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。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り6の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系7内の、投影光学系PLの開口絞りASの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。ここで、ズームレンズ3、上記の集光レンズおよびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。   In the above-described embodiment, the micro fly's eye lens 4 is used as the optical integrator, but instead, an internal reflection type optical integrator (typically a rod type integrator) may be used. In this case, the condensing lens is disposed on the rear side of the zoom lens 3 so that the front focal position thereof coincides with the rear focal position of the zoom lens 3, and the incident end is located at or near the rear focal position of the condensing lens. Position the rod-type integrator so that is positioned. At this time, the exit end of the rod integrator is the position of the illumination field stop 6. When using a rod type integrator, a position optically conjugate with the position of the aperture stop AS of the projection optical system PL in the field stop imaging optical system 7 downstream of the rod type integrator can be called an illumination pupil plane. . In addition, since a virtual image of the secondary light source of the illumination pupil plane is formed at the position of the entrance surface of the rod integrator, this position and a position optically conjugate with this position are also called the illumination pupil plane. Can do. Here, the zoom lens 3, the above-described condenser lens, and the rod integrator can be regarded as a distribution forming optical system.

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。   The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図7は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図7に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。   Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. As shown in FIG. 7, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the transfer of the wafer W after the transfer is completed. Development, that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred is performed (step S46: development process). Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step).

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを、感光性基板つまりプレートPとしてパターンの転写を行う。   Here, the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. is there. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like. In step S44, the exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as the photosensitive substrate, that is, the plate P.

図8は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図8に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルター形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。   FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 8, in the manufacturing process of the liquid crystal device, a pattern formation process (step S50), a color filter formation process (step S52), a cell assembly process (step S54), and a module assembly process (step S56) are sequentially performed.

ステップS50のパターン形成工程では、プレートPとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートPの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。   In the pattern forming process of step S50, a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on the glass substrate coated with a photoresist as the plate P using the exposure apparatus of the above-described embodiment. In this pattern formation process, an exposure process for transferring the pattern to the photoresist layer using the exposure apparatus of the above-described embodiment and development of the plate P to which the pattern is transferred, that is, development of the photoresist layer on the glass substrate are performed. And a developing step for generating a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.

ステップS52のカラーフィルター形成工程では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応する3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。   In the color filter forming step of step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction.

ステップS54のセル組立工程では、ステップS50によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップS52によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップS56のモジュール組立工程では、ステップS54によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。   In the cell assembly process in step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembling process in step S56, various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。   In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.

なお、上述の実施形態では、露光光としてArFエキシマレーザ光(波長:193nm)やKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) or KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. For example, the present invention can also be applied to an F 2 laser light source that supplies laser light having a wavelength of 157 nm.

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第WO99/49504号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第WO99/49504号パンフレット、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報の教示を参照として援用する。   In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a technique for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a technique for locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO 99/49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114. A method of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed. Here, the teachings of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態において、米国公開公報第2006/0170901号及び第2007/0146676号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第2006/0170901号公報及び米国特許公開第2007/0146676号公報の教示を参照として援用する。   In the above-described embodiment, a so-called polarization illumination method disclosed in US Publication Nos. 2006/0170901 and 2007/0146676 can also be applied. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2006/0170901 and US Patent Publication No. 2007/0146676 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク(またはウェハ)を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク(またはウェハ)以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the illumination optical system that illuminates the mask (or wafer) in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and an object other than the mask (or wafer) is used. The present invention can also be applied to a general illumination optical system that illuminates the irradiation surface.

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus concerning embodiment of this invention. 照明瞳に形成される4極状の二次光源を示す図である。It is a figure which shows the quadrupole secondary light source formed in an illumination pupil. 本実施形態の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principal part structure of the diffractive optical element of this embodiment. 回折光学素子の各単位回折領域を経て遠視野領域に形成される4極状の光束を示す図である。It is a figure which shows the quadrupolar light beam formed in a far field area | region through each unit diffraction area | region of a diffractive optical element. 回折光学素子に対する入射光束の相対的な位置関係を説明する図である。It is a figure explaining the relative positional relationship of the incident light beam with respect to a diffractive optical element. 本実施形態の変形例にかかる混在型の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principal part structure of the mixed type diffractive optical element concerning the modification of this embodiment. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of liquid crystal devices, such as a liquid crystal display element.

符号の説明Explanation of symbols

1 ビーム送光系
2,2A 回折光学素子
3 ズームレンズ
4 マイクロフライアイレンズ(オプティカルインテグレータ)
5 コンデンサー光学系
6 マスクブラインド
7 結像光学系
LS 光源
M マスク
MS マスクステージ
PL 投影光学系
AS 開口絞り
W ウェハ
WS ウェハステージ
DT 瞳分布計測部
CR 制御部
1 Beam Transmitting System 2, 2A Diffractive Optical Element 3 Zoom Lens 4 Micro Fly Eye Lens (Optical Integrator)
5 Condenser optical system 6 Mask blind 7 Imaging optical system LS Light source M Mask MS Mask stage PL Projection optical system AS Aperture stop W Wafer WS Wafer stage DT Pupil distribution measurement unit CR Control unit

Claims (29)

入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
第1光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第1単位領域と、
前記第1光強度分布とは異なる第2光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第2単位領域とを備え、
前記複数の第1単位領域の間には、少なくとも1つの前記第2単位領域が位置することを特徴とする光束変換素子。
A light beam conversion element that converts an incident light beam to form a light region having an outer shape different from the incident light beam in a far field region,
A plurality of first unit regions for forming a light beam having a first light intensity distribution in the far field region;
A plurality of second unit regions for forming a light beam having a second light intensity distribution different from the first light intensity distribution in the far field region;
At least one of the second unit regions is located between the plurality of first unit regions.
前記複数の前記第2単位領域の間には、少なくとも1つの前記第1単位領域が位置することを特徴とする請求項1に記載の光束変換素子。 2. The light flux conversion element according to claim 1, wherein at least one of the first unit regions is located between the plurality of second unit regions. 前記第1および第2単位領域は、前記光領域と同じ外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の光束変換素子。 3. The light beam conversion element according to claim 1, wherein the first and second unit regions form a light beam having the same outer shape as the light region in the far field region. 前記第1および第2単位領域は、前記遠視野領域において第1方向に間隔を隔てた第1の対の光束と前記第1方向と直交する第2方向に間隔を隔てた第2の対の光束とを有する4極状の光束を形成することを特徴とする請求項3に記載の光束変換素子。 The first and second unit regions include a first pair of light fluxes spaced in the first direction in the far field region and a second pair spaced in a second direction orthogonal to the first direction. 4. The light beam conversion element according to claim 3, wherein a quadrupole light beam having a light beam is formed. 前記第1の対の光束は互いに同じ強度を有し、前記第2の対の光束は互いに同じ強度を有することを特徴とする請求項4に記載の光束変換素子。 The light flux conversion element according to claim 4, wherein the first pair of light beams have the same intensity, and the second pair of light beams have the same intensity. 前記第1および第2単位領域は、前記第1の対の光束と前記第2の対の光束との強度差が互いに異なる4極状の光束を形成することを特徴とする請求項5に記載の光束変換素子。 The said 1st and 2nd unit area | region forms the quadrupole light beam from which the intensity | strength difference of the said 1st pair of light beams and the said 2nd pair of light beams differs mutually. Luminous flux conversion element. 前記第1および第2単位領域は、前記強度差に応じて配列されていることを特徴とする請求項6に記載の光束変換素子。 The light beam conversion element according to claim 6, wherein the first and second unit regions are arranged according to the intensity difference. 前記第1および第2光強度分布とは異なる第3光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第3単位領域をさらに備え、
前記第1乃至第3単位領域は、前記強度差が単調に変化する順に配列されていることを特徴とする請求項7に記載の光束変換素子。
A plurality of third unit regions for forming a light beam of a third light intensity distribution different from the first and second light intensity distributions in the far field region;
The light beam conversion element according to claim 7, wherein the first to third unit regions are arranged in an order in which the intensity difference changes monotonously.
前記複数の第1単位領域は、前記光領域の一部と同じ第1外形形状の光束を前記遠視野領域に形成し、前記複数の第2単位領域は、前記光領域の別の一部と同じ第2外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の光束変換素子。 The plurality of first unit regions form a light beam having the same first outer shape as a part of the light region in the far field region, and the plurality of second unit regions are separated from another part of the light region. The light beam conversion element according to claim 1, wherein a light beam having the same second outer shape is formed in the far field region. 前記複数の第1単位領域は前記遠視野領域において第1方向に間隔を隔てた第1の対の光束を形成し、前記複数の第2単位領域は前記遠視野領域において前記第1方向と直交する第2方向に間隔を隔てた第2の対の光束を形成することを特徴とする請求項9に記載の光束変換素子。 The plurality of first unit regions form a first pair of light beams spaced in a first direction in the far field region, and the plurality of second unit regions are orthogonal to the first direction in the far field region. The light flux conversion element according to claim 9, wherein a second pair of light fluxes spaced apart in the second direction is formed. 前記複数の第1単位領域および前記複数の第2単位領域は、前記第1の対の光束の一方と他方との強度差および前記第2の対の光束の一方と他方との強度差に応じて配列されていることを特徴とする請求項10に記載の光束変換素子。 The plurality of first unit regions and the plurality of second unit regions correspond to an intensity difference between one and the other of the first pair of light beams and an intensity difference between one and the other of the second pair of light beams. The light beam conversion element according to claim 10, wherein the light flux conversion elements are arranged in a line. 前記複数の第1単位領域は前記第1の対の光束の一方と他方との強度差が単調に変化する順に配列され、前記複数の第2単位領域は前記第2の対の光束の一方と他方との強度差が単調に変化する順に配列されていることを特徴とする請求項11に記載の光束変換素子。 The plurality of first unit regions are arranged in an order in which the intensity difference between one and the other of the first pair of light beams monotonously changes, and the plurality of second unit regions are arranged with one of the second pair of light beams. The light beam conversion element according to claim 11, wherein the light flux conversion elements are arranged in an order in which an intensity difference with the other changes monotonously. 前記光領域の残部と同じ第3外形形状の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第3単位領域を備えていることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の光束変換素子。 13. The light beam according to claim 9, further comprising a plurality of third unit regions that form a light beam having the same third outer shape as the remainder of the light region in the far field region. Conversion element. 前記第1外形形状の光束と前記第2外形形状の光束とは前記遠視野領域において一部重畳することを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の光束変換素子。 14. The light beam conversion element according to claim 9, wherein the first outer shape light beam and the second outer shape light beam partially overlap each other in the far field region. 前記第1および第2単位領域は、前記光領域とは異なる外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の光束変換素子。 3. The light beam conversion element according to claim 1, wherein the first and second unit regions form a light beam having an outer shape different from that of the light region in the far field region. 入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
入射した各光束に基づいて互いに異なる光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数種類の単位領域を備え、
前記複数種類の単位領域は、前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置の変化に応じて前記光領域の前記外形形状が変化することなく前記光領域の光強度分布が変化するように配列されていることを特徴とする光束変換素子。
A light beam conversion element that converts an incident light beam to form a light region having an outer shape different from the incident light beam in a far field region,
A plurality of types of unit regions for forming light beams with different light intensity distributions in the far field region based on each incident light beam,
The plurality of types of unit regions are arranged such that the light intensity distribution of the light region changes without changing the outer shape of the light region according to a change in the position of the incident light beam with respect to the light beam conversion element. A light beam conversion element characterized by comprising:
前記単位領域は、前記光束変換素子の表面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光束変換素子。 The light beam conversion element according to any one of claims 1 to 16, wherein the unit region is formed on a surface of the light beam conversion element. 前記単位領域は、回折光学面を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光束変換素子。 The light beam conversion element according to claim 1, wherein the unit region has a diffractive optical surface. 前記単位領域は、屈折光学面を有することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光束変換素子。 The light beam conversion element according to claim 1, wherein the unit region has a refractive optical surface. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光束変換素子と、
前記光束変換素子を介した光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系。
In the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
The light beam conversion element according to any one of claims 1 to 19,
An illumination optical system comprising: a distribution forming optical system that forms a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil of the illumination optical system based on light that has passed through the light beam conversion element.
前記分布形成光学系は、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と前記光束変換素子との間の光路中に配置された集光光学系とを有することを特徴とする請求項20に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 20, wherein the distribution forming optical system includes an optical integrator and a condensing optical system disposed in an optical path between the optical integrator and the light beam conversion element. . 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項20または21に記載の照明光学系。 The projection pupil is used in combination with a projection optical system that forms a surface optically conjugate with the irradiated surface, and the illumination pupil is at a position optically conjugate with an aperture stop of the projection optical system. The illumination optical system according to 20 or 21. 前記照明瞳に形成される光強度分布を前記照明瞳または前記照明瞳と光学的に共役な面で計測する瞳分布計測部と、前記瞳分布計測部による計測結果に基づいて前記光束変換素子と前記入射光束との相対的な位置を制御する制御部とをさらに備えていることを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載の照明光学系。 A pupil distribution measurement unit that measures a light intensity distribution formed in the illumination pupil on the illumination pupil or a surface optically conjugate with the illumination pupil, and the light flux conversion element based on a measurement result by the pupil distribution measurement unit; 23. The illumination optical system according to claim 20, further comprising a control unit that controls a relative position with respect to the incident light beam. 前記制御部は、前記照明光学系の光軸を横切る方向に前記光束変換素子を移動させることを特徴とする請求項23に記載の照明光学系。 24. The illumination optical system according to claim 23, wherein the control unit moves the light beam conversion element in a direction crossing an optical axis of the illumination optical system. 前記制御部は、前記光束変換素子に入射する前記入射光束の位置を移動させることを特徴とする請求項23または24に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 23 or 24, wherein the control unit moves a position of the incident light beam incident on the light beam conversion element. 所定のパターンを照明するための請求項20乃至25のいずれか1項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。 26. An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to any one of claims 20 to 25 for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項26に記載の露光装置。 27. The exposure apparatus according to claim 26, further comprising a projection optical system that forms an image of the predetermined pattern on the photosensitive substrate. 前記瞳分布計測部は、前記投影光学系を介した光に基づいて前記投影光学系の瞳面における瞳強度分布を計測し、
前記制御部は、前記瞳強度分布を所要の分布に調整するために、前記瞳分布計測部の計測結果に基づいて前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置を制御することを特徴とする請求項27に記載の露光装置。
The pupil distribution measurement unit measures a pupil intensity distribution on a pupil plane of the projection optical system based on light via the projection optical system,
The said control part controls the position of the said incident light beam with respect to the said light beam conversion element based on the measurement result of the said pupil distribution measurement part, in order to adjust the said pupil intensity distribution to required distribution. 27. The exposure apparatus according to 27.
請求項26乃至28のいずれか1項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
An exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to any one of claims 26 to 28;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
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