JP2012099686A - Light source forming method, exposure method, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源形成方法、露光方法、及びデバイス製造方法に係り、特に、空間光変調器を構成する複数の光学要素のそれぞれを介した光を照明光路中の所定面内の複数の区画に選択的に振り分けることにより前記所定面に照明光源を形成する光源形成方法、該光源設定方法により形成された照明光源からの照明光で物体を露光する露光方法、該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a light source forming method, an exposure method, and a device manufacturing method, and in particular, light that passes through each of a plurality of optical elements constituting a spatial light modulator is applied to a plurality of sections in a predetermined plane in an illumination optical path. A light source forming method for forming an illumination light source on the predetermined surface by selectively distributing, an exposure method for exposing an object with illumination light from the illumination light source formed by the light source setting method, and a device manufacturing method using the exposure method .
デバイスパターンの微細化に伴い、半導体素子等の製造に用いられる所謂ステッパ、あるいは所謂スキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる)等の投影露光装置には、高い解像度が要求されるようになってきた。解像度Rは、レイリーの式、すなわちR=k1(λ/NA)で表される。ここで、λは、光源(照明光)の波長、NAは投影光学系の開口数、k1はレジストの解像性及び/又はプロセス制御性で決まるプロセス・ファクタである。 With the miniaturization of device patterns, high resolution is required for projection exposure apparatuses such as so-called steppers or so-called scanning steppers (also referred to as scanners) used for manufacturing semiconductor elements and the like. The resolution R is expressed by the Rayleigh equation, that is, R = k 1 (λ / NA). Here, λ is the wavelength of the light source (illumination light), NA is the numerical aperture of the projection optical system, and k 1 is a process factor determined by the resolution and / or process controllability of the resist.
従来、照明光の波長λの短波長化及び投影光学系の開口数の増大化(高NA化)などにより、解像度の向上が図られてきた。しかるに、露光波長の短波長化には例えば光源及び硝材の開発に困難が伴い、また、高NA化は投影光学系の焦点深度(DOF)の低下をもたらし、結像性能(結像特性)を悪化させるため、高NA化をむやみに推し進めることはできない。 Conventionally, resolution has been improved by shortening the wavelength λ of illumination light and increasing the numerical aperture of projection optical systems (higher NA). However, the shortening of the exposure wavelength is accompanied by difficulties in the development of light sources and glass materials, for example, and the increase in NA results in a decrease in the depth of focus (DOF) of the projection optical system, thereby improving the imaging performance (imaging characteristics). In order to make it worse, it is not possible to push the increase in NA.
近年では、高NA化を実現するものとして、局所液浸露光技術を採用した露光装置が実用化されているが、液浸露光装置においても、照明光の波長λの短波長化は勿論、高NA化にも限界があり、Lowk1化は必要不可欠となってきた。 In recent years, an exposure apparatus employing a local immersion exposure technique has been put into practical use to achieve a high NA. However, in an immersion exposure apparatus, the wavelength λ of illumination light is naturally shortened. There is a limit to NA conversion, and Low 1 has become indispensable.
かかる背景の下、低k1値で量産可能な光学結像ソリューションを提供すべく、例えば特許文献1などに開示されるような空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator)により実現される変形照明技術が注目されている。 Under such a background, in order to provide an optical imaging solution that can be mass-produced with a low k 1 value, for example, a modified illumination realized by a spatial light modulator (SLM) as disclosed in Patent Document 1 or the like Technology is drawing attention.
本発明の第1の態様によれば、空間光変調器を構成する複数の光学要素のそれぞれを介した光を照明光路中の所定面内の複数の区画に選択的に振り分けることにより、前記所定面に、物体上にパターンを形成するための照明光源を形成する光源形成方法であって、前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、所定の基準に従って所定数の区画に対応付けることと;前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記所定数の区画のうちの2つの区画の間で、それぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替えることと;を含む光源形成方法が、提供される。 According to the first aspect of the present invention, the light passing through each of the plurality of optical elements constituting the spatial light modulator is selectively distributed to a plurality of sections in a predetermined plane in the illumination optical path, whereby the predetermined A light source forming method for forming an illumination light source for forming a pattern on an object on a surface, wherein at least some of the plurality of optical elements are in the order of light intensity through each of the plurality of optical elements, Associating with a predetermined number of sections according to a predetermined criterion; between two sections of the predetermined number of sections with which at least one of the plurality of optical elements is associated with each other A method of forming a light source is provided that includes exchanging at least each one of the optical elements.
これによれば、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することが可能になる。 This makes it possible to form an illumination light source that accurately reproduces the target light source shape in a short time.
本発明の第2の態様によれば、本発明の光源形成方法により形成された照明光源からの照明光で物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法が、提供される。 According to the 2nd aspect of this invention, the exposure method which exposes an object with the illumination light from the illumination light source formed by the light source formation method of this invention, and forms a pattern on the said object is provided.
これによれば、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。 According to this, it becomes possible to form a pattern on an object with high accuracy.
本発明の第3の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成することと;前記パターンが形成された前記物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと;前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと;を含むデバイス製造方法が、提供される。 According to a third aspect of the present invention, a pattern is formed on an object using the exposure method of the present invention; the object on which the pattern is formed is developed, and a mask having a shape corresponding to the pattern A device manufacturing method is provided that includes: forming a layer on the surface of the object; and processing the surface of the object through the mask layer.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図9(H)に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1には、一実施形態に係る露光装置100の構成が概略的に示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系PLが設けられており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。 FIG. 1 schematically shows a configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus, a so-called scanner. As will be described later, in the present embodiment, a projection optical system PL is provided. In the following description, a reticle and wafer are arranged in a direction perpendicular to the Z-axis direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL and in a plane perpendicular to the Z-axis direction. And the direction perpendicular to the Z and Y axes is the X axis direction, and the rotation (tilt) directions around the X, Y, and Z axes are θx, θy, And the θz direction will be described.
露光装置100は、照明系IOP、レチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRに形成されたパターンの像を感応剤(レジスト)が塗布されたウエハW上に投影する投影ユニットPU、ウエハWを保持するウエハステージWST、及びこれらの制御系等を備えている。 The exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP, a reticle stage RST that holds a reticle R, a projection unit PU that projects a pattern image formed on the reticle R onto a wafer W coated with a sensitive agent (resist), and a wafer W. A wafer stage WST to be held and a control system for these are provided.
照明系IOPは、光源1と、光源1から射出される光ビームLBの光路上に順次配置されたビームエキスパンダ2、ビームスプリッタBS1、空間光変調ユニット3、リレー光学系4、ビームスプリッタBS2、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5、コンデンサ光学系6、照明視野絞り(レチクルブラインド)7、結像光学系8、及び折曲ミラー9等を含む照明光学系と、を含む。 The illumination system IOP includes a light source 1, a beam expander 2, a beam splitter BS1, a spatial light modulation unit 3, a relay optical system 4, a beam splitter BS2, which are sequentially arranged on the optical path of the light beam LB emitted from the light source 1. And an illumination optical system including a fly-eye lens 5 as an optical integrator, a condenser optical system 6, an illumination field stop (reticle blind) 7, an imaging optical system 8, a bending mirror 9, and the like.
光源1としては、一例として、ArFエキシマレーザ(出力波長193nm)が用いられているものとする。光源1から射出される光ビームLBは、一例としてX軸方向に長い矩形の断面形状を有する。 As an example of the light source 1, an ArF excimer laser (output wavelength 193 nm) is used. For example, the light beam LB emitted from the light source 1 has a rectangular cross-sectional shape that is long in the X-axis direction.
ビームエキスパンダ2は、凹レンズ2aと凸レンズ2bとから構成されている。凹レンズ2aは負の屈折力を、凸レンズ2bは正の屈折力を、それぞれ有する。 The beam expander 2 includes a concave lens 2a and a convex lens 2b. The concave lens 2a has a negative refractive power, and the convex lens 2b has a positive refractive power.
ビームエキスパンダ2に対する光ビームLBの光路後方には、ビームスプリッタBS1が配置されている。ビームスプリッタBS1は、光ビームLBの大部分を透過させ、残りを反射する。光ビームLBの反射光路上には、CCD等の撮像素子を含むビーム形状検出部D1が配置されている。ビーム形状検出部D1は、ビームスプリッタBS1からの光ビームLBを受光して、空間光変調ユニット3へ向かう光ビームLBの強度分布(光ビームLBの位置ずれを含む)を検出する。ビーム形状検出部D1の検出結果は、主制御装置20に送られる。 A beam splitter BS1 is disposed behind the optical path of the light beam LB with respect to the beam expander 2. The beam splitter BS1 transmits most of the light beam LB and reflects the rest. On the reflected light path of the light beam LB, a beam shape detection unit D1 including an image sensor such as a CCD is disposed. The beam shape detection unit D1 receives the light beam LB from the beam splitter BS1 and detects the intensity distribution (including the positional deviation of the light beam LB) of the light beam LB toward the spatial light modulation unit 3. The detection result of the beam shape detection unit D1 is sent to the main controller 20.
空間光変調ユニット3は、いわゆるKプリズム(以下、単にプリズムと呼ぶ)3Pと、プリズム3Pの上面(+Z側の面)に配置された反射型の空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator)3Sとを備えている。プリズム3Pは、蛍石、石英ガラス等の光学ガラスから成る。 The spatial light modulation unit 3 includes a so-called K prism (hereinafter simply referred to as a prism) 3P and a reflective spatial light modulator (SLM) 3S disposed on the upper surface (+ Z side surface) of the prism 3P. And. The prism 3P is made of optical glass such as fluorite or quartz glass.
図2に拡大して示されるように、プリズム3Pの下面、すなわち空間光変調器3Sと反対側には、図2におけるX-Z平面と平行な入射面(−Y側面)及び射出面(+Y側面)に対して、それぞれ60度で交差し、かつ互いに120度で交差する面PS1,PS2から成るV字状の面(楔形に凹んだ面)が形成されている。面PS1,PS2の裏面(プリズム3Pの内面)は、それぞれ、反射面R1,R2として機能する。 As shown in an enlarged view in FIG. 2, on the lower surface of the prism 3P, that is, on the side opposite to the spatial light modulator 3S, an incident surface (−Y side surface) and an exit surface (+ Y) parallel to the XZ plane in FIG. V-shaped surfaces (surfaces recessed in a wedge shape) made of surfaces PS1 and PS2 that intersect each other at 60 degrees and intersect each other at 120 degrees are formed. The back surfaces of the surfaces PS1 and PS2 (inner surfaces of the prism 3P) function as reflecting surfaces R1 and R2, respectively.
反射面R1は、ビームエキスパンダ2からビームスプリッタBS1を透過してプリズム3Pの入射面に垂直に入射したY軸に平行な光を空間光変調器3Sの方向へ反射する。反射された光ビームLBは、プリズム3Pの上面を介して空間光変調器3Sに至り、後述するように空間光変調器3Sによって反射面R2に向けて反射される。プリズム3Pの反射面R2は、空間光変調器3Sからプリズム3Pの上面を介して到達した光を反射してリレー光学系4側に射出する。 The reflecting surface R1 reflects the light parallel to the Y axis that is transmitted from the beam expander 2 through the beam splitter BS1 and perpendicularly incident on the incident surface of the prism 3P in the direction of the spatial light modulator 3S. The reflected light beam LB reaches the spatial light modulator 3S via the upper surface of the prism 3P, and is reflected toward the reflection surface R2 by the spatial light modulator 3S as will be described later. The reflecting surface R2 of the prism 3P reflects the light that has arrived from the spatial light modulator 3S via the upper surface of the prism 3P and emits it to the relay optical system 4 side.
空間光変調器3Sは、反射型の空間光変調器である。空間光変調器とは、入射光の振幅、位相又は進行方向などを二次元的に制御して、画像、あるいはパターン化されたデータなどの空間情報を処理、表示、消去する素子を意味する。本実施形態の空間光変調器3Sとしては、二次元(XY)平面上に配列された多数の微小なミラー要素SEを有する可動マルチミラーアレイが用いられている。空間光変調器3Sは、多数のミラー要素を有するが、図2では、そのうちミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdのみが示されている。空間光変調器3Sは、多数のミラー要素SEと、該多数のミラー要素SEをXY平面内の直交二軸(例えばX軸及びY軸)回りに所定範囲で連続的に傾斜(回動)させる同一数の駆動部とを有する。駆動部は、例えばミラー要素SEの裏面(+Z側の面、すなわち反射面と反対側の面)の中央を支持する支柱、該支柱が固定された基板、該基板上に設けられた4つの電極、該電極に対向してミラー要素SEの裏面に設けられた4つの電極(不図示)を有する。なお、空間光変調器3Sと同様の空間光変調器についての詳細構成等は、例えば、米国特許出願公開第2009/0097094号明細書に開示されている。 The spatial light modulator 3S is a reflective spatial light modulator. The spatial light modulator means an element that processes, displays, and erases spatial information such as an image or patterned data by two-dimensionally controlling the amplitude, phase, or traveling direction of incident light. As the spatial light modulator 3S of the present embodiment, a movable multi-mirror array having a large number of minute mirror elements SE arranged on a two-dimensional (XY) plane is used. The spatial light modulator 3S includes a large number of mirror elements. In FIG. 2, only the mirror elements SEa, SEb, SEc, and SEd are shown. The spatial light modulator 3S continuously tilts (rotates) a large number of mirror elements SE and the large number of mirror elements SE within a predetermined range around two orthogonal axes (for example, the X axis and the Y axis) in the XY plane. And the same number of driving units. The drive unit includes, for example, a support column that supports the center of the back surface (the surface on the + Z side, that is, the surface opposite to the reflection surface) of the mirror element SE, a substrate on which the support column is fixed, and four electrodes provided on the substrate. And four electrodes (not shown) provided on the back surface of the mirror element SE so as to face the electrodes. The detailed configuration of the spatial light modulator similar to the spatial light modulator 3S is disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2009/0097094.
図1に戻り、リレー光学系4の光路後方には、ビームスプリッタBS2が配置され、ビームスプリッタBS2の透過光路上には、フライアイレンズ5が配置されている。フライアイレンズ5は、光ビームLBに対して垂直方向に稠密に配列された正の屈折力を有する多数の微小なレンズ素子の集合である。フライアイレンズ5は、後述するように入射した光束を波面分割して、その後側焦点面にレンズ素子と同数の光源像からなる二次光源(実質的な面光源)を形成する。本実施形態では、フライアイレンズ5として、例えば米国特許第6,913,373号明細書に開示されているシリンドリカルマイクロフライアイレンズが採用されているものとする。 Returning to FIG. 1, a beam splitter BS2 is disposed behind the optical path of the relay optical system 4, and a fly-eye lens 5 is disposed on the transmitted optical path of the beam splitter BS2. The fly-eye lens 5 is a set of a large number of minute lens elements having a positive refractive power arranged densely in the direction perpendicular to the light beam LB. As will be described later, the fly-eye lens 5 divides the incident light beam into wavefronts, and forms a secondary light source (substantially surface light source) composed of the same number of light source images as the lens elements on the rear focal plane. In this embodiment, it is assumed that a cylindrical micro fly's eye lens disclosed in, for example, US Pat. No. 6,913,373 is adopted as the fly eye lens 5.
本実施形態の照明系IOPによると、光源1から射出された光ビームLBは、ビームエキスパンダ2に入射し、ビームエキスパンダ2を通過することによりその断面が拡大されて、所定の矩形断面を有する光ビームに整形される。ビームエキスパンダ2により整形された光ビームLBは、ビームスプリッタBS1を透過して、空間光変調ユニット3に入射する。 According to the illumination system IOP of the present embodiment, the light beam LB emitted from the light source 1 is incident on the beam expander 2 and passes through the beam expander 2 so that its cross section is enlarged, and a predetermined rectangular cross section is formed. It is shaped into a light beam. The light beam LB shaped by the beam expander 2 passes through the beam splitter BS1 and enters the spatial light modulation unit 3.
例えば、図2に示されるように、光ビームLB中のZ軸方向に並ぶ互いに平行な4本の光線L1〜L4は、プリズム3Pの入射面からその内部に入り、反射面R1により空間光変調器3Sに向けて互いに平行に反射される。そして、光線L1〜L4は、それぞれ、複数のミラー要素SEのうちのY軸方向に並ぶ互いに異なるミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdの反射面に入射する。ここで、ミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdは、それぞれの駆動部(不図示)により独立に傾けられている。このため、光線L1〜L4は、反射面R2に向けて、ただしそれぞれ異なる方向に反射される。そして、光線L1〜L4(光ビームLB)は、反射面R2により反射され、プリズム3Pの外部に射出される。ここで、プリズム3Pの−Y側面(入射面)から+Y側面(出射面)までの光線L1〜L4のそれぞれの空気換算光路長は、プリズム3Pが設けられていない場合に対応する空気換算光路長に等しく定められている。ここで、空気換算光路長とは、媒質中(屈折率n)における光の光路長(L)を空気中(屈折率1)における光路長に換算した光路長L/nである。 For example, as shown in FIG. 2, four parallel light beams L1 to L4 aligned in the Z-axis direction in the light beam LB enter the inside from the incident surface of the prism 3P and are spatially modulated by the reflecting surface R1. Reflected parallel to each other toward the container 3S. The light beams L1 to L4 are incident on the reflecting surfaces of different mirror elements SEa, SEb, SEc, and SEd arranged in the Y-axis direction among the plurality of mirror elements SE. Here, the mirror elements SEa, SEb, SEc, and SEd are independently tilted by respective driving units (not shown). For this reason, the light rays L1 to L4 are reflected toward the reflecting surface R2 in different directions. Then, the light beams L1 to L4 (light beam LB) are reflected by the reflecting surface R2 and emitted to the outside of the prism 3P. Here, the air-converted optical path lengths of the light beams L1 to L4 from the −Y side surface (incident surface) to the + Y side surface (outgoing surface) of the prism 3P correspond to the air-converted optical path length when the prism 3P is not provided. Is set equal to Here, the air-converted optical path length is an optical path length L / n obtained by converting an optical path length (L) of light in the medium (refractive index n) into an optical path length in the air (refractive index 1).
プリズム3Pの外部に射出された光線L1〜L4(光ビームLB)は、リレー光学系4を介してY軸に平行に揃えられ、リレー光学系4の後方に配置されるビームスプリッタBS2を透過してフライアイレンズ5に入射する。そして、光線L1〜L4のそれぞれがフライアイレンズ5の多数のレンズ素子のいずれかに入射することにより、光ビームLBが分割(波面分割)される。これにより、複数の光源像からなる二次光源(面光源、すなわち照明光源)が、照明光学系の瞳面(照明瞳面)に一致するフライアイレンズ5の後側焦点面LPPに形成される。 Light rays L1 to L4 (light beam LB) emitted to the outside of the prism 3P are aligned in parallel to the Y axis via the relay optical system 4 and pass through the beam splitter BS2 disposed behind the relay optical system 4. Is incident on the fly-eye lens 5. Then, each of the light beams L1 to L4 is incident on one of a large number of lens elements of the fly-eye lens 5, whereby the light beam LB is divided (wavefront division). Thereby, a secondary light source (surface light source, that is, an illumination light source) composed of a plurality of light source images is formed on the rear focal plane LPP of the fly-eye lens 5 that coincides with the pupil plane (illumination pupil plane) of the illumination optical system. .
図2には、フライアイレンズ5の後側焦点面LPPにおける、光線L1〜L4に対応する光強度分布SP1〜SP4が、模式的に示されている。このように、本実施形態では、二次光源(照明光源)の光強度分布(輝度分布又は照明光源形状とも呼ぶ)は、空間光変調器3Sにより自在に設定される。なお、空間光変調器としては、上述の反射型の能動的空間光変調器に限らず、非能動的な空間光変調器としての透過型又は反射型の回折光学素子なども用いることができる。このような非能動的な空間光変調器を用いる場合には、リレー光学系4を、例えばアフォーカルレンズ及びズームレンズ等を含んで構成することができ、その少なくとも一部の光学部材(レンズ、プリズム部材等)の位置及び/又は姿勢を制御することによって、二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定することができる。また、回折光学素子として、例えば特開2001−217188号公報及びこれに対応する米国特許第6,671,035号明細書、あるいは特開2006−005319号公報及びこれに対応する米国特許第7,265,816号明細書などに開示されるように、複数区画を備えた回折光学素子の位置を制御することによって二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定しても良い。また、上述の能動的又は非能動的な空間光変調器に加えて、例えば特開2000−58441号公報およびこれに対応する米国特許第6,452,662号明細書に開示される可動照明開口絞りを用いて二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定しても良い。 FIG. 2 schematically shows light intensity distributions SP1 to SP4 corresponding to the light beams L1 to L4 on the rear focal plane LPP of the fly-eye lens 5. Thus, in this embodiment, the light intensity distribution (also referred to as luminance distribution or illumination light source shape) of the secondary light source (illumination light source) is freely set by the spatial light modulator 3S. The spatial light modulator is not limited to the reflective active spatial light modulator described above, and a transmissive or reflective diffractive optical element as an inactive spatial light modulator can also be used. When such an inactive spatial light modulator is used, the relay optical system 4 can be configured to include, for example, an afocal lens and a zoom lens, and at least a part of the optical members (lens, The light intensity distribution of the secondary light source (illumination light source) can be variably set by controlling the position and / or orientation of the prism member or the like. Further, as a diffractive optical element, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-217188 and US Pat. No. 6,671,035 corresponding thereto, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-005319 and US Pat. No. 7, corresponding thereto. As disclosed in Japanese Patent No. 265,816, etc., the light intensity distribution of the secondary light source (illumination light source) may be variably set by controlling the position of the diffractive optical element having a plurality of sections. Further, in addition to the above-mentioned active or inactive spatial light modulator, a movable illumination aperture disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-58441 and US Pat. No. 6,452,662 corresponding thereto. The light intensity distribution of the secondary light source (illumination light source) may be variably set using a diaphragm.
なお、本実施形態では、フライアイレンズ5が形成する二次光源を照明光源として、後述するレチクルステージRSTに保持されるレチクルRをケーラー照明する。そのため、二次光源が形成される面は、投影光学系PLの開口絞り41の面(開口絞り面)に対する共役面であり、照明光学系の瞳面(照明瞳面)と呼ばれる。また、照明瞳面に対して被照射面(レチクルRが配置される面又はウエハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。なお、フライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、フライアイレンズ5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、フライアイレンズ5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二次光源(照明光源)の光強度分布(輝度分布又は照明光源形状)と称することができる。 In the present embodiment, the secondary light source formed by the fly-eye lens 5 is used as the illumination light source, and the reticle R held on the reticle stage RST described later is Koehler illuminated. Therefore, the surface on which the secondary light source is formed is a conjugate surface with respect to the surface of the aperture stop 41 (aperture stop surface) of the projection optical system PL, and is called a pupil plane (illumination pupil plane) of the illumination optical system. Further, the irradiated surface (the surface on which the reticle R is disposed or the surface on which the wafer W is disposed) is an optical Fourier transform surface with respect to the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the fly-eye lens 5 is relatively large, the overall light intensity distribution formed on the entrance surface of the fly-eye lens 5 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 fly-eye lens 5 and the surface optically conjugate with the incident surface is also referred to as the light intensity distribution (luminance distribution or illumination light source shape) of the secondary light source (illumination light source). it can.
上述のビームスプリッタBS2の反射光路上には、照明瞳分布計測部D2が配置されている。照明瞳分布計測部D2は、フライアイレンズ5の入射面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、フライアイレンズ5の入射面に形成される光強度分布(輝度分布又は照明光源形状)をモニタする。すなわち、照明瞳分布計測部D2は、照明瞳又は照明瞳と光学的に共役な面で瞳強度分布を計測する機能を有する。照明瞳分布計測部D2の計測結果は、主制御装置20に供給される。照明瞳分布計測部D2の詳細な構成および作用については、例えば米国特許出願公開第2008/0030707号明細書を参照することができる。 An illumination pupil distribution measurement unit D2 is disposed on the reflected light path of the beam splitter BS2. The illumination pupil distribution measurement unit D2 includes a CCD imaging unit having an imaging surface disposed at a position optically conjugate with the incident surface of the fly-eye lens 5, and a light intensity distribution formed on the incident surface of the fly-eye lens 5. (Luminance distribution or illumination light source shape) is monitored. That is, the illumination pupil distribution measurement unit D2 has a function of measuring the pupil intensity distribution on the illumination pupil or a surface optically conjugate with the illumination pupil. The measurement result of the illumination pupil distribution measurement unit D2 is supplied to the main controller 20. For the detailed configuration and operation of the illumination pupil distribution measurement unit D2, reference can be made to, for example, US Patent Application Publication No. 2008/0030707.
二次光源からの光ビームLBは、コンデンサ光学系6を介して照明視野絞り7を重畳的に照明する。このようにして、照明視野絞り7には、フライアイレンズ5の波面分割単位である矩形状の微小屈折面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。照明視野絞り7の矩形状の開口部(光透過部)を介した光ビームLBは、結像光学系8の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたレチクルRを重畳的に照明する。すなわち、二次光源からの光ビームLBは、コンデンサ光学系6により集光され、さらに照明視野絞り7、結像光学系8、折曲ミラー9等(コンデンサ光学系6から折曲ミラー9までをまとめて送光光学系10と称する)を介して照明系IOPから射出され、図1に示されるように、照明光ILとしてレチクルRに照射される。この場合、照明視野絞り7により光ビームLB(照明光IL)を整形することにより、レチクルRのパターン面の一部(照明領域IAR)が照明される。 The light beam LB from the secondary light source illuminates the illumination field stop 7 in a superimposed manner via the condenser optical system 6. In this way, the illumination field stop 7 is formed with a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of the rectangular minute refracting surface, which is the wavefront division unit of the fly-eye lens 5. The light beam LB that passes through the rectangular opening (light transmission portion) of the illumination field stop 7 receives the light condensing action of the imaging optical system 8 and then superimposes the reticle R on which a predetermined pattern is formed. Illuminate. That is, the light beam LB from the secondary light source is collected by the condenser optical system 6, and further, the illumination field stop 7, the imaging optical system 8, the folding mirror 9, etc. (from the condenser optical system 6 to the folding mirror 9). Are collectively emitted from the illumination system IOP via the light transmission optical system 10 and irradiated onto the reticle R as illumination light IL as shown in FIG. In this case, by shaping the light beam LB (illumination light IL) by the illumination field stop 7, a part of the pattern surface (illumination area IAR) of the reticle R is illuminated.
レチクルステージRSTは、照明系IOPの下方(−Z側)に配置されている。レチクルステージRST上には、レチクルRが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系(不図示)によって、水平面(XY平面)内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(Y軸方向)に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。 Reticle stage RST is arranged below (−Z side) illumination system IOP. On reticle stage RST, reticle R is fixed, for example, by vacuum suction. The reticle stage RST can be finely driven in a horizontal plane (XY plane) by a reticle stage drive system (not shown) including a linear motor, for example, and can be driven within a predetermined stroke range in the scanning direction (Y-axis direction). It has become.
レチクルステージRSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」と呼ぶ)14によって、移動鏡12(又はレチクルステージRSTの端面に形成された反射面)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計14の計測情報は、主制御装置20に供給される。 Position information of the reticle stage RST in the XY plane (including rotation information in the θz direction) is transferred to a movable mirror 12 (or an end surface of the reticle stage RST) by a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 14. For example, it is always detected with a resolution of about 0.25 nm through the formed reflection surface. Measurement information of reticle interferometer 14 is supplied to main controller 20.
投影光学系PLは、レチクルステージRSTの下方(−Z側)に配置されている。投影光学系PLとしては、例えば、光軸AXに沿って配列された複数の光学素子(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられる。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、前述の通り照明系IOPからの照明光ILによってレチクルRが照明されると、投影光学系PLを介して、レチクルRのパターン面(投影光学系の第1面、物体面)上の照明領域内のパターンの縮小像(パターンの一部の縮小像)が、レジスト(感応剤)が塗布されたウエハW(投影光学系の第2面、像面)上の露光領域IAに投影される。 Projection optical system PL is arranged below reticle stage RST (−Z side). As the projection optical system PL, for example, a refractive optical system including a plurality of optical elements (lens elements) arranged along the optical axis AX is used. The projection optical system PL is, for example, both-side telecentric and has a predetermined projection magnification (for example, 1/4 times, 1/5 times, or 1/8 times). Therefore, as described above, when the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system IOP, the pattern surface of the reticle R (the first surface of the projection optical system, the object surface) is projected via the projection optical system PL. A reduced image of the pattern in the illumination area (a reduced image of a part of the pattern) is projected onto the exposure area IA on the wafer W (second surface of the projection optical system, image surface) coated with a resist (sensitizing agent). The
投影光学系PLを構成する複数枚のレンズエレメントのうち、物体面側(レチクルR側)の複数枚のレンズエレメント(不図示)は、主制御装置20の配下にある結像性能補正コントローラ48によって例えば投影光学系PLの光軸方向であるZ軸方向、及びXY平面に対する傾斜方向(すなわちθx及びθy方向)に駆動可能な可動レンズとなっている。また、投影光学系PLの瞳面の近傍には、開口数(NA)を所定範囲内で連続的に変更可能な開口絞り41が設けられている。開口絞り41としては、例えばいわゆる虹彩絞りが用いられる。開口絞り41は、主制御装置20によって結像性能補正コントローラ48を介して制御される。 Among a plurality of lens elements constituting the projection optical system PL, a plurality of lens elements (not shown) on the object plane side (reticle R side) are controlled by an imaging performance correction controller 48 under the main controller 20. For example, it is a movable lens that can be driven in the Z-axis direction, which is the optical axis direction of the projection optical system PL, and in the tilt direction with respect to the XY plane (that is, the θx and θy directions). Further, an aperture stop 41 capable of continuously changing the numerical aperture (NA) within a predetermined range is provided in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL. As the aperture stop 41, for example, a so-called iris stop is used. The aperture stop 41 is controlled by the main controller 20 via the imaging performance correction controller 48.
ウエハステージWSTは、リニアモータ等を含むステージ駆動系24によって、ステージベース22上をX軸方向、Y軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Z軸方向、θx方向、θy方向、及びθz方向に微小駆動される。ウエハステージWST上には、ウエハWが、ウエハホルダ(不図示)を介して真空吸着等によって保持されている。 Wafer stage WST is driven on stage base 22 with a predetermined stroke in the X-axis direction and Y-axis direction by stage drive system 24 including a linear motor and the like, and in Z-axis direction, θx direction, θy direction, and θz direction. It is driven minutely. On wafer stage WST, wafer W is held by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown).
ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(回転情報(ヨーイング量(θz方向の回転量)、ピッチング量(θx方向の回転量)及びローリング量(θy方向の回転量))を含む)は、レーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略記する)18によって、移動鏡16(又はウエハステージWSTの端面に形成された反射面)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。干渉計システム18の計測結果は、主制御装置20に供給される。 Position information (including rotation information (yaw amount (rotation amount in θz direction), pitching amount (rotation amount in θx direction) and rolling amount (rotation amount in θy direction)) of wafer stage WST in the XY plane) is a laser. An interferometer system (hereinafter abbreviated as “interferometer system”) 18 always detects with a resolution of about 0.25 nm, for example, via a movable mirror 16 (or a reflecting surface formed on the end surface of wafer stage WST). The The measurement result of the interferometer system 18 is supplied to the main controller 20.
また、ウエハWの表面のZ軸方向の位置及び傾斜は、投影光学系PLの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を光軸AXに対して斜め方向より照射する照射系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での反射光束を受光する受光系60bとを有する焦点位置検出系によって計測される。焦点位置検出系(60a,60b)としては、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系と同様の構成のものが用いられる。 Further, the position and the inclination of the surface of the wafer W in the Z-axis direction are such that an imaging light beam for forming images of many pinholes or slits toward the imaging surface of the projection optical system PL with respect to the optical axis AX. It is measured by a focal position detection system having an irradiation system 60a that irradiates from an oblique direction and a light receiving system 60b that receives a reflected light beam of the imaging light beam on the surface of the wafer W. As the focal position detection system (60a, 60b), one having the same configuration as the oblique incidence type multipoint focal position detection system disclosed in, for example, US Pat. No. 5,448,332 is used.
また、ウエハステージWST上には、その表面がウエハWの表面と同じ高さにある基準板FPが固定されている。基準板FPの表面には、アライメント系ASのベースライン計測等に用いられる基準マーク、後述するレチクルアライメント系で検出される一対の基準マーク等が形成されている。 On the wafer stage WST, a reference plate FP whose surface is flush with the surface of the wafer W is fixed. On the surface of the reference plate FP, a reference mark used for baseline measurement of the alignment system AS, a pair of reference marks detected by a reticle alignment system described later, and the like are formed.
また、ウエハステージWSTには、瞳輝度分布をオン・ボディで計測(計測)する輝度分布計測器80が設けられている。輝度分布計測器80は、図3に示されるように、カバーガラス80a、集光レンズ80b、及び受光部80c等から構成される。 In addition, the wafer stage WST is provided with a luminance distribution measuring device 80 that measures (measures) the pupil luminance distribution on-body. As shown in FIG. 3, the luminance distribution measuring instrument 80 includes a cover glass 80a, a condenser lens 80b, a light receiving unit 80c, and the like.
カバーガラス80aの上面は、投影光学系PLの結像面位置、すなわちウエハステージWST上に載置されるウエハWの面位置に等しく設置されている。ここで上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口(ピンホール)を有する遮光膜が形成されている。この遮光膜によって、瞳輝度分布の計測の際に、周囲から不要な光が受光部80cに入らないように遮られる。カバーガラス80a(ピンホール)及び受光部80cは、それぞれ、集光レンズ80bの前側及び後側焦点位置に配置されている。すなわち、受光部80cの受光面は、投影光学系PLの開口絞り41(すなわち投影光学系PLの瞳面及び照明系IOPの瞳面)の位置と光学的に共役な位置に配置されている。受光部80cは、2次元CCD等から成る受光素子と、例えば電荷転送制御回路等の電気回路等とを有している。なお、受光部80cからの計測データは、主制御装置20に送られる。 The upper surface of cover glass 80a is set equal to the image plane position of projection optical system PL, that is, the plane position of wafer W placed on wafer stage WST. Here, on the upper surface, a light shielding film having a circular opening (pinhole) in the center is formed by vapor deposition of a metal such as chromium. This light shielding film blocks unnecessary light from entering the light receiving unit 80c when measuring the pupil luminance distribution. The cover glass 80a (pinhole) and the light receiving unit 80c are disposed at the front and rear focal positions of the condenser lens 80b, respectively. That is, the light receiving surface of the light receiving unit 80c is arranged at a position optically conjugate with the position of the aperture stop 41 of the projection optical system PL (that is, the pupil plane of the projection optical system PL and the pupil plane of the illumination system IOP). The light receiving unit 80c includes a light receiving element including a two-dimensional CCD and the like, and an electric circuit such as a charge transfer control circuit. The measurement data from the light receiving unit 80c is sent to the main controller 20.
上述の構成の輝度分布計測器80では、投影光学系PLから射出された照明光ILの一部がカバーガラス80aのピンホールを通過し、集光レンズ80bにより集光されて、受光部80cの受光面に入射する。ここで、受光部80cの受光面には、投影光学系PLの開口絞り41における照明光ILの強度分布が再現される。すなわち、受光部80cにより、カバーガラス80aのピンホールを通過する照明光ILの開口絞り41上での強度分布が計測される。ここで、開口絞り41の位置は投影光学系PLの瞳面及び照明系IOPの瞳面の位置と光学的に共役であるため、照明光ILの強度分布を計測することは瞳輝度分布を計測することに等しい。 In the luminance distribution measuring instrument 80 having the above-described configuration, a part of the illumination light IL emitted from the projection optical system PL passes through the pinhole of the cover glass 80a, is condensed by the condenser lens 80b, and is collected by the light receiving unit 80c. Incident on the light receiving surface. Here, the intensity distribution of the illumination light IL at the aperture stop 41 of the projection optical system PL is reproduced on the light receiving surface of the light receiving unit 80c. That is, the intensity distribution on the aperture stop 41 of the illumination light IL passing through the pinhole of the cover glass 80a is measured by the light receiving unit 80c. Here, since the position of the aperture stop 41 is optically conjugate with the positions of the pupil plane of the projection optical system PL and the pupil plane of the illumination system IOP, measuring the intensity distribution of the illumination light IL measures the pupil luminance distribution. Is equivalent to
なお、カバーガラス80aの上面には、ピンホールとの位置関係が既知の位置合わせマーク(不図示)が設けられている。位置合わせマークは、ステージ座標系上でのピンホールの位置、すなわち輝度分布計測器80の位置を較正するために用いられる。 An alignment mark (not shown) having a known positional relationship with the pinhole is provided on the upper surface of the cover glass 80a. The alignment mark is used to calibrate the position of the pinhole on the stage coordinate system, that is, the position of the luminance distribution measuring instrument 80.
ウエハステージWST(すなわち輝度分布計測器80)をXY二次元方向に移動させて、上述の計測を行うことにより、被照射面(第2面)上の複数点に関する瞳輝度分布が計測される。瞳輝度分布の計測についてはさらに後述する。 By moving the wafer stage WST (that is, the luminance distribution measuring device 80) in the XY two-dimensional directions and performing the above-described measurement, the pupil luminance distribution regarding a plurality of points on the irradiated surface (second surface) is measured. The measurement of the pupil luminance distribution will be further described later.
図1に戻り、投影ユニットPUの鏡筒40の側面には、ウエハWに形成されたアライメントマーク及び基準マークを検出するアライメント系ASが設けられている。アライメント系ASとしては、例えばハロゲンランプ等のブロードバンド(広帯域)光によりマークを照明して検出し、検出されたマークの像(画像)を画像処理することによってマークの位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。 Returning to FIG. 1, an alignment system AS for detecting an alignment mark and a reference mark formed on the wafer W is provided on the side surface of the lens barrel 40 of the projection unit PU. As the alignment system AS, for example, an image processing method in which a mark is illuminated and detected by broadband light such as a halogen lamp and the position of the mark is measured by performing image processing on the detected mark image (image). An FIA (Field Image Alignment) system, which is a kind of imaging type alignment sensor, is used.
露光装置100では、不図示であるが、レチクルステージRSTの上方に、例えば米国特許第5,646,413号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。レチクルアライメント系の検出信号は、主制御装置20に供給される。 Although not shown in the exposure apparatus 100, TTR (Through The Reticle) alignment using light having an exposure wavelength disclosed in, for example, US Pat. No. 5,646,413 is provided above the reticle stage RST. A pair of reticle alignment systems comprising the system is provided. A detection signal of the reticle alignment system is supplied to main controller 20.
前記制御系は、図1中、主制御装置20によって主に構成される。主制御装置20は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等からなるいわゆるワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等から構成され、装置全体を統括して制御する。また、主制御装置20には、例えばハードディスクから成る記憶装置42、キーボード,マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置45,CRTディスプレイ(又は液晶ディスプレイ)等の表示装置44、及びCD(compact disc),DVD(digital versatile disc),MO(magneto-optical disc)あるいはFD(flexible disc)等の情報記憶媒体のドライブ装置46が、外付けで接続されている。 The control system is mainly configured by a main controller 20 in FIG. The main controller 20 is composed of a so-called workstation (or microcomputer) composed of a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc. Control all over. The main controller 20 includes, for example, a storage device 42 including a hard disk, an input device 45 including a pointing device such as a keyboard and a mouse, a display device 44 such as a CRT display (or liquid crystal display), and a CD (compact disc). , A drive unit 46 of an information storage medium such as a DVD (digital versatile disc), MO (magneto-optical disc) or FD (flexible disc) is externally connected.
記憶装置42には、投影光学系PLによってウエハW上に投影される投影像の結像状態が最適(例えば収差又は線幅が許容範囲内)となる照明光源形状(瞳輝度分布)に関する情報、これに対応する照明系IOP、特に空間光変調器3Sのミラー要素SEの制御情報、及び投影光学系PLの収差に関する情報等が格納されている。 In the storage device 42, information on the illumination light source shape (pupil luminance distribution) in which the imaging state of the projection image projected onto the wafer W by the projection optical system PL is optimum (for example, aberration or line width is within an allowable range), The control information of the illumination system IOP corresponding to this, in particular, the mirror element SE of the spatial light modulator 3S, the information on the aberration of the projection optical system PL, and the like are stored.
ドライブ装置46には、後述する照明光源の設定(ミラー要素のレンズ素子への振り分けと、振り分けられたミラー要素の入れ替えとの両方)を行うためのプログラム等が格納された情報記憶媒体(以下の説明では便宜上CD−ROMとする)がセットされている。なお、これらのプログラムは記憶装置42にインストールされていても良い。主制御装置20は、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。 In the drive device 46, an information storage medium (hereinafter, referred to as an information storage medium) that stores a program for setting an illumination light source (both allocation of mirror elements to lens elements and replacement of the allocated mirror elements), which will be described later, is stored. In the description, CD-ROM is set for convenience. Note that these programs may be installed in the storage device 42. Main controller 20 reads these programs onto the memory as appropriate.
露光装置100では、通常のスキャナと同様に、ウエハ交換、レチクル交換、レチクルアライメント、アライメント系ASのベースライン計測並びにウエハアライメント(EGA等)等の準備作業の後、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。詳細説明は省略する。 In the exposure apparatus 100, as in a normal scanner, after performing preparatory work such as wafer exchange, reticle exchange, reticle alignment, baseline measurement of the alignment system AS, and wafer alignment (such as EGA), exposure in a step-and-scan manner is performed. Operation is performed. Detailed description is omitted.
次に、本実施形態の露光装置100における空間光変調ユニット3(空間光変調器3S)を用いた照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理について説明する。 Next, an illumination light source setting (formation) and resetting (adjustment) process using the spatial light modulation unit 3 (spatial light modulator 3S) in the exposure apparatus 100 of the present embodiment will be described.
前述の通り、露光装置100に備えられた照明系IOPでは、光源1からの光ビームLBが、空間光変調器3Sが有する複数のミラー要素SEの一部に照射され、その一部の複数のミラー要素SEのそれぞれによって、光ビームLBが反射される。そして、これらの反射光(例えば光線L1〜L4)のそれぞれがフライアイレンズ5を構成する多数のレンズ素子のいずれかに導かれる(図2参照)。これにより、光ビームLBが分割(波面分割)され、フライアイレンズ5の後側焦点面LPP、すなわち照明瞳面上に、複数の光源像からなる照明光源が形成される。 As described above, in the illumination system IOP provided in the exposure apparatus 100, the light beam LB from the light source 1 is irradiated onto a part of the plurality of mirror elements SE included in the spatial light modulator 3S, and a part of the plurality of mirror elements SE is irradiated. The light beam LB is reflected by each of the mirror elements SE. And each of these reflected light (for example, light rays L1-L4) is guide | induced to either of the many lens elements which comprise the fly eye lens 5 (refer FIG. 2). Thus, the light beam LB is divided (wavefront division), and an illumination light source including a plurality of light source images is formed on the rear focal plane LPP of the fly-eye lens 5, that is, the illumination pupil plane.
ここで、空間光変調器3Sのミラー要素SEの数は、例えば、640×168(≒1×105)であり、フライアイレンズ5のレンズ素子の数は、例えば、1282(≒1.6×104)である。従って、個々のミラー要素SEにより反射される1×105の光線を適当に組み合わせて1.6×104のレンズ素子に導く、換言すれば、レンズ素子により構成される1.6×104の輝点上で1×105の光線を適当に重ね合わせることで、照明光源(二次光源)が形成(設定)される。また、一旦設定された光線の重ね合わせを調整することにより、照明光源が調整(再設定)される。 Here, the number of mirror elements SE of the spatial light modulator 3S is, for example, 640 × 168 (≈1 × 10 5 ), and the number of lens elements of the fly-eye lens 5 is, for example, 128 2 (≈1. 6 × 10 4 ). Therefore, 1 × 10 5 rays reflected by the individual mirror elements SE are appropriately combined and guided to a 1.6 × 10 4 lens element, in other words, 1.6 × 10 4 constituted by the lens element. An illumination light source (secondary light source) is formed (set) by appropriately superimposing 1 × 10 5 rays on the bright spot. Further, the illumination light source is adjusted (reset) by adjusting the superposition of the set light rays.
図4(A)〜図5(F)を用いて、照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理(基本)について例を取りあげて説明する。 Examples of the setting (formation) and resetting (adjustment) processing (basic) of the illumination light source will be described with reference to FIGS. 4 (A) to 5 (F).
図4(A)には、空間光変調器3Sのミラー要素SEk(k=1〜K(Kはミラー要素の総数))上で反射される光ビームLBの強度分布Φ0の一例が示されている。この例では、ガウススポット状の強度分布Φ0を有する光ビームLBが示されている。 FIG. 4A shows an example of the intensity distribution Φ 0 of the light beam LB reflected on the mirror element SE k (k = 1 to K (K is the total number of mirror elements)) of the spatial light modulator 3S. Has been. In this example, a light beam LB having a Gaussian spot-like intensity distribution Φ 0 is shown.
強度分布Φ0は、主制御装置20により、ビーム形状検出部D1を用いて計測される。ただし、光ビームLBの断面に対して個々のミラー要素SEkの表面は十分小さいので、光ビームLBは、複数のミラー要素SEkによって受光され、強度分布Φ0は、ミラー要素SEk上での光ビームLBの強度Φ0kの集合として表現することができる。なお、説明の便宜上、各ミラー要素SEkには、強度Φ0kの順(Φ01≧Φ02≧Φ03≧…)にインデックスk(=1〜K)が付されているものとする。 The intensity distribution Φ 0 is measured by the main controller 20 using the beam shape detection unit D1. However, since the surface of each mirror element SE k is sufficiently small with respect to the cross section of the light beam LB, the light beam LB is received by a plurality of mirror elements SE k , and the intensity distribution Φ 0 is on the mirror element SE k . Can be expressed as a set of intensities Φ 0k of the light beam LB. For convenience of explanation, it is assumed that each mirror element SE k is assigned an index k (= 1 to K) in order of the intensity Φ 0k (Φ 01 ≧ Φ 02 ≧ Φ 03 ≧...).
図4(B)には、個々のミラー要素SEkにより反射される光ビームLBの強度、すなわちΦ0kがインデックスk(=1〜K)を横軸として示されている。 In FIG. 4B, the intensity of the light beam LB reflected by each mirror element SE k , that is, Φ 0k is shown with the index k (= 1 to K) as the horizontal axis.
図5(A)には、フライアイレンズ5の後側焦点面LPP(照明瞳面)上に形成される目標照明光源形状(輝度分布の目標)と実質的に同じフライアイレンズ5の入射面上に形成される目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0が示されている。この目標照明光源形状(以下、適宜目標とも表記する)Ψ0は、円形状の極の内部で輝度が非零、外部で輝度が零となる輝度分布を有する。 FIG. 5A shows the incident surface of the fly-eye lens 5 that is substantially the same as the target illumination light source shape (target of the luminance distribution) formed on the rear focal plane LPP (illumination pupil plane) of the fly-eye lens 5. The target illumination light source shape (luminance distribution target) Ψ 0 formed above is shown. This target illumination light source shape (hereinafter also referred to as a target as appropriate) Ψ 0 has a luminance distribution in which the luminance is non-zero inside the circular pole and the luminance is zero outside.
目標Ψ0は、照明光源の設定及び再設定処理に先立って、主制御装置20により記憶装置42から読み出されている。ただし、目標照明光源形状Ψ0に対して個々のレンズ素子FLnの入射面(射出面)は十分小さいので、目標Ψ0は、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として表現することができる。なお、説明の便宜上、各レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスn(=1〜Nf(Nfはレンズ素子FLnの総数))が付されているものとする。 The target Ψ 0 is read from the storage device 42 by the main controller 20 prior to the setting and resetting process of the illumination light source. However, since the target illumination light source shape [psi 0 incident surface of each lens element FL n (exit surface) is sufficiently small, the target [psi 0 is represented as a set of the target brightness [psi 0n on each lens element FL n can do. For convenience of description, each lens element FL n has an index n (= 1 to Nf (Nf is the total number of lens elements FL n )) in the order of target luminance Ψ 0n (Ψ 01 ≧ Ψ 02 ≧ Ψ 03 ≧...). ).
図5(B)には、個々のレンズ素子FLnの入射面(又は射出面)上での目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスn(=1〜Nf)として示されている。 In FIG. 5B, the target luminance Ψ 0n on the incident surface (or exit surface) of each lens element FL n is shown with the horizontal axis as an index n (= 1 to Nf).
図4(B)に示されるミラー要素SEk(k=1〜K)のそれぞれにより反射される強度Φ0kの反射光を適当に重ね合わせて、図5(B)に示される目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0n(n=1〜Nf)を構成する。このことは、目標輝度Ψ0nが与えられたレンズ素子FLnのそれぞれに、Ψ0nに等しい強度(総強度)を与える反射光(複数の反射光)を導くミラー要素SEkの組み合わせを求めることに他ならない。 The target illumination light source shape shown in FIG. 5B is obtained by appropriately superimposing the reflected light of intensity Φ 0k reflected by each of the mirror elements SE k (k = 1 to K) shown in FIG. (Target of luminance distribution) Ψ 0n (n = 1 to Nf) is formed. This is to obtain a combination of mirror elements SE k that guides reflected light (a plurality of reflected lights) that gives an intensity (total intensity) equal to Ψ 0n to each lens element FL n given the target brightness Ψ 0n. It is none other than.
例えば、図5(A)に示される目標Ψ0を形成するのに要するレンズ素子の数(目標輝度Ψ0n≠0であるレンズ素子の数であり、図中の黒点の数に等しい)は、図5(B)に示されるように、N(<レンズ素子の総数Nf)とする。ミラー要素SEkの総数(あるいは実際に使用可能なミラー要素の総数)Kに対し、上述のミラー要素SEkの組み合わせは最大NK通りあり、この膨大な数の組み合わせの中から最適な一の組み合わせを見つけなければならない。このため、本実施形態では、最適な組み合わせを短時間で効率良く求める解法が採用されている。 For example, the number of lens elements required to form the target Ψ 0 shown in FIG. 5A (the number of lens elements where the target luminance Ψ 0n ≠ 0 is equal to the number of black spots in the figure) is As shown in FIG. 5B, it is assumed that N (<total number of lens elements Nf). For the mirror elements SE k of the total number (or indeed the total number of available mirror elements) K, there up to N K Street combination of mirror elements SE k described above, the optimum one from among the huge number of combinations Must find a combination. For this reason, in this embodiment, the solution which calculates | requires optimal combination efficiently in a short time is employ | adopted.
ここで、この解法の基本原理について、一例としてK=42、N=6として、説明する。図6(A)には、ミラー要素SEk(k=1〜42)のそれぞれにより反射される光ビームLBの強度Φ0kが、示されている。 Here, the basic principle of this solution will be described assuming that K = 42 and N = 6 as an example. FIG. 6A shows the intensity Φ 0k of the light beam LB reflected by each of the mirror elements SE k (k = 1 to 42).
最初に、図6(A)に示されるように、ミラー要素SEk(k=1〜42)を、強度Φ0kの順に、単位数毎に、レンズ素子の必要数N=6に等しい数のグループ(a,b,c,d,e,f)に振り分ける。これにより、図6(B)に示されるように、最初の6つのミラー要素SE1〜SE6が、順次、グループa〜fに振り分けられる。ここで、一例として単位数6であり、必要数N=6に一致しているが、これに限られるものではなく、単位数は例えば1でも良い。 First, as shown in FIG. 6 (A), mirror elements SE k (k = 1 to 42) are arranged in the order of the intensity Φ 0k , in units equal to the required number N = 6 of lens elements. Assign to groups (a, b, c, d, e, f). As a result, as shown in FIG. 6B, the first six mirror elements SE 1 to SE 6 are sequentially allocated to the groups a to f. Here, as an example, the number of units is 6, which matches the required number N = 6, but is not limited to this, and the number of units may be 1, for example.
なお、図6(B)及びその他の図において、ミラー要素SEk(k=1〜42)のそれぞれは、対応する強度Φ0k(図6(A)参照)に比例する長さの矩形を用いて表されている。各矩形内の番号は、ミラー要素SEkのインデックスに対応する。 In FIG. 6B and other figures, each of the mirror elements SE k (k = 1 to 42) uses a rectangle having a length proportional to the corresponding intensity Φ 0k (see FIG. 6A ). It is expressed. The number in each rectangle corresponds to the index of the mirror element SE k .
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、グループa〜fには各1つのミラー要素SEk(それぞれk=1〜6)がそれらの強度Φ0kの順に振り分けられているのみなので、グループa〜fの入れ替えはない。 Next, the groups a to f are switched in the order of the sum of the intensities Φ 0k for the mirror elements SE k distributed to the respective groups. Here, since each of the mirror elements SE k (k = 1 to 6) is allocated to the groups a to f in the order of their intensities Φ 0 k , the groups a to f are not replaced.
次に、次の単位数6個のミラー要素SEk(k=7〜12)を、図6(C)に示されるように、逆順(強度Φ0kの小さい順)に、グループa〜fに振り分ける。この場合、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の最も小さいグループf(強度Φ06)に、ミラー要素SE7が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループfについで小さいグループe(強度Φ05)にミラー要素SE8が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループeについで小さいグループd(強度Φ04)にミラー要素SE9が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループdについで小さいグループc(強度Φ03)にミラー要素SE10が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループcについで小さいグループb(強度Φ02)にミラー要素SE11が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループbについで小さい(強度Φ0kの和が最も大きい)グループa(強度Φ01)には、ミラー要素SE12が振り分けられる。 Next, the next six mirror elements SE k (k = 7 to 12) are grouped into groups a to f in the reverse order (in the order of decreasing intensity Φ 0k ) as shown in FIG. Distribute. In this case, the mirror element SE 7 is assigned to the group f (intensity Φ 06 ) having the smallest sum of the intensity Φ 0k for the distributed mirror element SE k , and the sum e of the intensity Φ 0k is followed by the small group e. Mirror element SE 8 is assigned to (intensity Φ 05 ), the sum of intensity Φ 0k is assigned to group e, then mirror element SE 9 is assigned to small group d (intensity Φ 04 ), and the sum of intensity Φ 0k is assigned to group d. , The mirror element SE 10 is assigned to the small group c (intensity Φ 03 ), the sum of the intensity Φ 0k is assigned to the group c, the mirror element SE 11 is assigned to the small group b (intensity Φ 02 ), and the intensity Φ 0k is summed. Is small after group b (the sum of the intensities Φ 0k is the largest), and the group a (intensity Φ 01 ) is assigned the mirror element SE 12 You can
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、図6(C)から明らかなように、グループa〜fの順に強度Φ0kの和が大きくなっているので、グループa〜fの入れ替えは行われない(図6(D)参照)。 Next, the groups a to f are switched in the order of the sum of the intensities Φ 0k for the mirror elements SE k distributed to the respective groups. Here, as is clear from FIG. 6C, the sum of the intensity Φ 0k is increased in the order of the groups a to f, so that the groups a to f are not replaced (see FIG. 6D). .
次に、次の単位数N(=6)個のミラー要素SEk(k=13〜18)が、図6(E)に示されるように、逆順(強度Φ0kの小さい順)に、グループa〜fに振り分けられる。例えば、強度Φ0kの和の最も小さいグループf(強度Φ06+Φ07)にミラー要素SE13が、強度Φ0kの和の最も大きいグループa(強度Φ01+Φ012)にはミラー要素SE18が振り分けられる。 Next, the next unit number N (= 6) mirror elements SE k (k = 13 to 18) are grouped in the reverse order (in ascending order of intensity Φ 0k ) as shown in FIG. 6 (E). Sorted into a to f. For example, the mirror elements SE 13 to the smallest group f of the sum of the intensities [Phi 0k (intensity Φ 06 + Φ 07) is mirror elements SE 18 is the largest group a sum of intensity [Phi 0k (intensity Φ 01 + Φ 012) is Sorted.
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、グループa,f,b,e,c,dの順に強度Φ0kの和が大きいので、図6(F)に示されるように、強度Φ0kの和が大きい順(a,f,b,e,c,dの順)に、グループa〜fが入れ替えられる。 Next, the groups a to f are switched in the order of the sum of the intensities Φ 0k for the mirror elements SE k distributed to the respective groups. Here, since the sum of the intensities Φ 0k is large in the order of the groups a, f, b, e, c, and d, as shown in FIG. 6F , the order in which the sum of the intensities Φ 0k is large (a, f, The groups a to f are switched in the order of b, e, c, and d).
以降、残りのミラー要素SEk(k=19〜42)について、上記と同様に、単位数毎にグループa〜fへの振り分けと、グループa〜fの入れ替えとを繰り返す。これにより、最終的に図6(G)に示されるように、グループa〜fのそれぞれに、7個のミラー要素SEkが強度Φ0kの和がおおよそ均一になるように振り分けられる。 Thereafter, with respect to the remaining mirror elements SE k (k = 19 to 42), similarly to the above, allocation to the groups a to f and replacement of the groups a to f are repeated for each unit. As a result, finally, as shown in FIG. 6G, the seven mirror elements SE k are assigned to each of the groups a to f so that the sum of the intensities Φ 0k is approximately uniform.
上述のミラー要素の振り分けのシミュレーションを、発明者が、照明光源のフライアイレンズのレンズ素子の数(必要数)N=3724,8645,14451のぞれぞれの場合について行ったところ、重ね合わせ度、強度の和の最大値と最小値との全体に対する誤差(強度の和の均一度)は、それぞれ28,0.1%、12,0.4%、7,1.8%であった。ここで、重ね合わせ度とは、1つのレンズ素子に対するミラー要素の個数であり、上の例では7である。なお、計算時間は、いずれの場合も同一(0.047秒)であった。これより、重ね合わせ度が高くなるほど高い精度で均一化できることがわかる。 When the inventor performed the above-described simulation of mirror element distribution in the case of the number of lens elements (necessary number) N = 3724, 8645, and 14451 of the fly-eye lens of the illumination light source, The error (uniformity of the sum of the strengths) with respect to the whole of the maximum value and the minimum value of the sum of the strength and the strength was 28, 0.1%, 12, 0.4%, and 7,1.8%, respectively. . Here, the degree of superimposition is the number of mirror elements for one lens element, and is 7 in the above example. The calculation time was the same (0.047 seconds) in all cases. From this, it can be seen that the higher the degree of superposition, the higher the accuracy.
上述の方法によって達成される均一性の精度(グループa〜fの各強度の和の最大値と最小値の差)は、最後に振り分けられたミラー要素の強度となる。上述の方法においては、ミラー要素が強度が大きい順に並べられているため、最後に振り分けられたミラー要素による強度が最小となり、非常に精度のよい均一性を実現することができる。 The accuracy of uniformity achieved by the above-described method (the difference between the maximum value and the minimum value of the sums of the intensities of the groups a to f) is the intensity of the mirror element that is finally distributed. In the above-described method, since the mirror elements are arranged in the descending order of the strength, the strength by the mirror element finally distributed is minimized, and a highly accurate uniformity can be realized.
さらに、グループa〜fに振り分けられたミラー要素SEkを適当数入れ替えて、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和を均一化する。一例として、適当数は2とする。 Further, an appropriate number of mirror elements SE k distributed to the groups a to f are exchanged to make the sum of the intensity Φ 0k of the mirror elements SE k distributed to each group uniform. As an example, the appropriate number is two.
例えば、強度Φ0kの和の最も大きいグループb(図6(G)参照)に振り分けられたミラー要素の中から2つのミラー要素を選択し、和の最も小さいグループe(図6(G)参照)に振り分けられたミラー要素の中から2つのミラー要素を選択し、それら各2つのミラー要素を入れ替える。 For example, two mirror elements are selected from the mirror elements distributed to the group b (see FIG. 6G ) having the largest sum of the intensity Φ 0k, and the group e having the smallest sum (see FIG. 6G) is selected. Two mirror elements are selected from among the mirror elements distributed in (), and each of the two mirror elements is exchanged.
ここで、入れ替えることにより、グループbについての強度Φ0kの和Σk∈bΦ0kとグループeについての強度Φ0kの和Σk∈eΦ0kとが均一化(平均化)されるように、各2つのミラー要素を選択する。ここで、記号Σk∈b、Σk∈eは、それぞれグループb、eに振り分けられたミラー要素SEkについての総和を意味する。すなわち、グループb及びeの強度の和同士の差の2分の1(Σk∈bΦ0k−Σk∈eΦ0k)/2≒Φ0kb1+Φ0kb2−Φ0ke1−Φ0ke2を与える適当な各2つのミラー要素SEkb1,SEkb2及びSEke1,SEke2を選択する。 Here, by switching, as the strength [Phi 0k sum Σ k∈e Φ 0k for strength [Phi 0k sum Σ k∈b Φ 0k and group e for the group b is equalized (averaged) , Select each two mirror elements. Here, the symbols Σ kεb and Σkεe mean the sum of the mirror elements SE k assigned to the groups b and e, respectively. That is, one-half of the difference between the sum between the intensity of the group b and e (Σ k∈b Φ 0k -Σ k∈e Φ 0k) / 2 ≒ appropriate to give Φ 0kb1 + Φ 0kb2 -Φ 0ke1 -Φ 0ke2 Each two mirror elements SE kb1 , SE kb2 and SE ke1 , SE ke2 are selected.
同様のミラー要素の入れ替えを、その他のグループ間、例えばグループf,c間、グループa,d間について行う。 Similar mirror elements are exchanged between other groups, for example, between groups f and c and between groups a and d.
さらに、各2つのミラー要素入れ替え後のグループa〜fをそれぞれに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に並び替え、上と同様のミラー要素の入れ替えをさらに1回以上(複数回)行う。 Further, the groups a to f after the replacement of each two mirror elements are rearranged in the order of the sum of the intensities Φ 0k for the mirror elements SE k assigned to the groups a to f, and the same mirror element replacement as above is further performed once or more ( Multiple times).
これにより、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和がさらに均一化され、目標照明光源形状Ψ0が得られる。 As a result, the sum of the intensity Φ 0k for the distributed mirror element SE k is further uniformed, and the target illumination light source shape Ψ 0 is obtained.
上述の各2つのミラー要素の入れ替え、及びグループの並べ替えのシミュレーションを、発明者が、照明光源のフライアイレンズのレンズ素子の数(必要数)N=3724(重ね合わせ度28),8645(重ね合わせ度12),14451(重ね合わせ度7)のぞれぞれの場合について行ったところ、入れ替えを5回行った時点で、強度の和の最大値と最小値との全体に対する誤差(強度の和の均一度)は、それぞれ0.0003%、0.017%、0.19%であった。 The inventor conducted the simulation of the replacement of each of the two mirror elements and the rearrangement of the groups described above. When the superposition degree 12) and 14451 (superposition degree 7) were performed, the error (intensity) with respect to the whole of the maximum value and the minimum value of the sum of the intensities when the replacement was performed five times. The uniformity of the sum was 0.0003%, 0.017%, and 0.19%, respectively.
なお、適当数は2に限らず、例えば1あるいは3でも良い。適当数が大きいほど、高い均一度が得られる。ただし、長い処理時間を要することとなる。また、先に説明したグループa〜fのうちの2つのグループ同士の入れ替えを行う代わりに、その2つのグループに振り分けられた各適当数(少なくとも各1つ)のミラー要素SEk同士の入れ替えを行っても良い。 The appropriate number is not limited to 2, but may be 1 or 3, for example. The higher the appropriate number, the higher the uniformity. However, a long processing time is required. Further, instead of exchanging the two groups among the groups a to f described above, an appropriate number (at least one each) of mirror elements SE k allocated to the two groups is exchanged. You can go.
上述では、ミラー要素の入れ替えを回数で制限をかけたが、以下に示す手法を用いても良い。 In the above description, the replacement of mirror elements is limited by the number of times, but the following method may be used.
まず、強度の和によって並び替えられたグループa〜fの端同士、すなわち強度Φ0kの和の最も大きいグループと、和の最も小さいグループとでミラー要素を入れ替える。次に、グループa〜fを強度の和Φ0kの順に入れ替える。このミラー要素の入れ替えとグループの入れ替えとを繰り返す。 First, the mirror elements are switched between the ends of the groups a to f rearranged by the sum of the strengths, that is, the group having the largest sum of the strengths Φ 0k and the group having the smallest sum. Next, the groups a to f are switched in the order of the sum of the intensity Φ 0k . This mirror element replacement and group replacement are repeated.
この手法では、ミラー要素の入れ替え時には、その対象として常に最大グループと最小グループが選ばれるため、入れ替えのための適当な組(最大と最小の差の半分相当)が見つかる限り精度は向上し続ける。適当な組が見つからない場合はグループから脱出する。すなわち組み合わせの精度を指定することができる。 In this method, when the mirror element is exchanged, the maximum group and the minimum group are always selected as the targets. Therefore, as long as an appropriate pair for exchange (corresponding to half of the difference between the maximum and minimum) is found, the accuracy continues to improve. If no suitable set is found, exit the group. That is, the accuracy of the combination can be specified.
なお、図6(G)におけるグループaとグループdとでは、もともと強度の和が同程度なので入れ替えのための適当な組が見つからない可能性が高いが、グループa〜fの並び替えの時間を短縮することができる。 It should be noted that the group a and the group d in FIG. 6 (G) originally have the same sum of strengths, so there is a high possibility that an appropriate pair for replacement is not found. It can be shortened.
次に、図7(A)〜図8(C)を参照して、多極照明に対する照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理について例をあげて説明する。 Next, with reference to FIGS. 7A to 8C, an example of illumination light source setting (formation) and resetting (adjustment) processing for multipolar illumination will be described.
図7(A)には、3極照明光源の形状(輝度分布)の目標Ψ0の一例が示されている。目標Ψ0は、先と同様、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として離散的に表現されている。なお、説明の便宜上、レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスnが付されているものとする。 FIG. 7A shows an example of the target Ψ 0 of the shape (luminance distribution) of the tripolar illumination light source. The target Ψ 0 is discretely expressed as a set of target brightness Ψ 0n on each lens element FL n , as before. For convenience of explanation, it is assumed that the index n is attached to the lens element FL n in the order of the target luminance Ψ 0n (Ψ 01 ≧ Ψ 02 ≧ Ψ 03 ≧...).
図7(B)には、目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスn(=1〜Nf)として示されている。この例では、図7(A)に示される極a,b,cをそれぞれ構成するレンズ素子FLnについての目標輝度が順に強く(Ψ0a>Ψ0b>Ψ0c)、それぞれの極を構成するレンズ素子FLnの数は順にNa,Nb,Ncである。 In FIG. 7B, the target luminance Ψ 0n is shown with the horizontal axis as an index n (= 1 to Nf). In this example, the target luminance for the lens elements FL n constituting the poles a, b, and c shown in FIG. 7A is strong in order (Ψ 0a > Ψ 0b > Ψ 0c ), and each pole is configured. The number of lens elements FLn is N a , N b , and N c in this order.
図7(C)に示されるように、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、強度Φ0kの順に、単位数N毎に、極a,b,cにそれぞれna,nb,nc個ずつ振り分ける。ここで、na+nb+nc=Nである。ここで、振り分ける数na,nb,ncは、極a,b,cを構成するレンズ素子FLnの必要数Na,Nb,Ncと目標輝度Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cの積の比に応じて定められる(na:nb:nc=NaΨ0a:NbΨ0b:NcΨ0c)。 As shown in FIG. 7 (C), the mirror elements SE k (k = 1~K), intensity Φ in the order of 0k, for each unit number N, poles a, b, respectively c n a, n b, n distributes c pieces each. Here, n a + n b + n c = N. Here, the numbers n a , n b and n c to be distributed are the required numbers N a , N b and N c of the lens elements FL n constituting the poles a, b and c and the target luminances Ψ 0a , Ψ 0b and Ψ 0c. (N a : n b : n c = N a Ψ 0a : N b Ψ 0b : N c Ψ 0c ).
上の振り分けにおいて、単位数Nは、要求される照明光源の設定精度の逆数に近似する整数(又はその整数倍)との積がミラー要素SEkの総数(あるいは実際に使用可能なミラー要素の総数)K以下となる数とする。例えば、0.1%の設定精度が要求される場合、この設定精度の逆数に近似する数1000(又はその整数倍)との積1000N≦Kを満たすN、例えばN=100が、選択される。また、単位数Nを設定精度の逆数の2倍としても良い(この場合でも単位数NはK以下である)。例えば(厳密に言うと)0.5%の設定精度が要求される場合はN=400が選択される。単位数Nが大きくなることで、各極に振り分けられたミラー要素の数na,nb,ncも大きくなり、各極a,b,cに振り分ける精度が向上する。また、単位数Nの中から各極a,b,cに振り分けるミラー要素を選択する際には、強度の高い方からna,nb,ncと順番に配分すると偏りが生じる恐れがあるため、ランダム抽出を行っても良い。これにより、それぞれの極について、およそ輝度分布の均一な照明光源形状を効率良く設定することが可能となる。勿論、単位数Nは、K以下である限り、1以上の任意の整数を選択することができる。また、極a,b,cのそれぞれについて、ミラー要素SEkの組み合わせの数及び組み合わせの度数(各極を構成するレンズ素子の1つに対して割り当てられるミラー要素SEkの数)が適宜定められるため、高い設定精度が得られる。 In the above distribution, the unit number N is the total number of mirror elements SE k (or the actual number of mirror elements that can be actually used) multiplied by an integer (or an integer multiple thereof) that approximates the inverse of the required setting accuracy of the illumination light source. The total number is a number that is K or less. For example, when a setting accuracy of 0.1% is required, N satisfying a product 1000N ≦ K with a number 1000 (or an integer multiple thereof) approximating the reciprocal of the setting accuracy, for example, N = 100 is selected. . Further, the unit number N may be twice the reciprocal of the setting accuracy (in this case, the unit number N is K or less). For example (when strictly speaking) N = 400 is selected when a setting accuracy of 0.5% is required. By unit number N increases, the number n a of mirror elements which are distributed to each pole, n b, n c becomes large, each pole a, b, accuracy allocation to c improved. Further, when selecting a mirror element to be distributed to each of the poles a, b, and c from the unit number N, there is a risk that bias may occur if the elements are allocated in order of n a , n b , and nc in descending order of strength. Therefore, random extraction may be performed. This makes it possible to efficiently set an illumination light source shape having a substantially uniform luminance distribution for each pole. Of course, as long as the number N of units is K or less, any integer of 1 or more can be selected. For each of the poles a, b, and c, the number of combinations of mirror elements SE k and the frequency of combination (the number of mirror elements SE k assigned to one of the lens elements constituting each pole) are appropriately determined. Therefore, high setting accuracy can be obtained.
そして、極a,b,cのそれぞれについて、先に説明した例と同様の手順で、目標輝度Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cが与えられたレンズ素子FLnのそれぞれに、Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cに等しい強度(総強度)を与える反射光(複数の反射光)を導くミラー要素SEkの最適な組み合わせを求める。 Then, for each pole a, b, c, in the same procedure as example described above, the target brightness [psi 0a, [psi 0b, each lens element FL n given the Ψ 0c, Ψ 0a, Ψ 0b , Ψ 0c , an optimum combination of mirror elements SE k that guides reflected light (a plurality of reflected lights) that gives an intensity (total intensity) equal to Ψ 0c is obtained .
図8(A)には、本実施形態の露光装置100において採用される多極照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0の一例が示されている。図8(B)には、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスnとして示されている。この例では、図8(A)に示される5つの極a,b,c,d,eを構成するレンズ素子FLnの数は図8(C)中のMFEの必要数の欄に示されるようにそれぞれ386,386,981,386,386(比2:2:5:2:2)であり、それぞれの極についての目標輝度Ψ0nは比100:80:60:40:20である(図8(B)参照)。 FIG. 8A shows an example of a target illumination light source shape (luminance distribution target) Ψ 0 of multipolar illumination employed in the exposure apparatus 100 of the present embodiment. In FIG. 8 (B), the target brightness [psi 0n on each lens element FL n is shown on the horizontal axis as the index n. In this example, the number of lens elements FL n constituting the five poles a, b, c, d, and e shown in FIG. 8A is shown in the column of necessary number of MFE in FIG. Thus, 386, 386, 981, 386, 386 (ratio 2: 2: 5: 2: 2), respectively, and the target luminance Ψ 0n for each pole is the ratio 100: 80: 60: 40: 20 ( (See FIG. 8B).
ミラー要素の総数はK=107000とする。ミラー要素SEk(k=1〜K)は、単位数1000毎に、それぞれの極を構成するレンズ素子FLnの数と目標輝度Ψ0nとの積の比に応じて255,204,388,102,51ずつ極a,b,c,d,eに振り分けられる。これにより、極a,b,c,d,eのそれぞれに、27285,21825,41516,10914,5457のミラー要素SEkが振り分けられる。なお、各極を構成するレンズ素子の1つに対して割り当てられるミラー要素SEkの数、すなわち組み合わせの度数は、極a,b,c,d,eに対してそれぞれ70,56,42,28,14である。 The total number of mirror elements is K = 107000. The mirror element SE k (k = 1 to K) has 255, 204, 388, and 254 in accordance with the ratio of the product of the number of lens elements FL n constituting each pole and the target luminance Ψ 0n for each unit number 1000. 102 and 51 are assigned to poles a, b, c, d, and e, respectively. As a result, the mirror elements SE k of 27285, 21825, 41516, 10914, and 5457 are distributed to the poles a, b, c, d, and e, respectively. Note that the number of mirror elements SE k assigned to one of the lens elements constituting each pole, that is, the frequency of combination is 70, 56, 42, 28,14.
発明者等が、実験を行ったところ、上の例に対し、0.01秒程度の処理時間で、およそ0.1%以内の強度の和の均一度が得られることがわかった。 As a result of experiments conducted by the inventors, it was found that the uniformity of the sum of the strengths within about 0.1% can be obtained in the processing time of about 0.01 seconds with respect to the above example.
次に、図9(A)〜図9(H)を用いて、さらに複雑な変形照明に対する照明光源の設定及び再設定(調整)処理について、例を挙げて説明する。 Next, with reference to FIG. 9A to FIG. 9H, an illumination light source setting and resetting (adjustment) process for a more complicated deformed illumination will be described with an example.
図9(A)には、変形照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0の一例が示されている。目標照明光源形状Ψ0は、先と同様、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として離散的に表現されている。なお、説明の便宜上、レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスnが付されているものとする。図9(A)では、横軸をインデックスn(=1〜N)として、輝度Ψ0nが示されている。 FIG. 9A shows an example of a target illumination light source shape (luminance distribution target) Ψ 0 of modified illumination. The target illumination light source shape Ψ 0 is discretely expressed as a set of target luminances Ψ 0n on each lens element FL n as before. For convenience of explanation, it is assumed that the index n is attached to the lens element FL n in the order of the target luminance Ψ 0n (Ψ 01 ≧ Ψ 02 ≧ Ψ 03 ≧...). In FIG. 9A, the luminance Ψ 0n is shown with the horizontal axis as the index n (= 1 to N).
図9(B)には、各ミラー要素SEkにより反射される光ビームLBの強度Φ0kが横軸をインデックスk(=1〜K)として、示されている。強度Φ0kの反射光を適当に重ね合わせて、図9(A)に示される変形照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0nを構成する。 In FIG. 9B, the intensity Φ 0k of the light beam LB reflected by each mirror element SE k is shown with the horizontal axis as an index k (= 1 to K). The reflected light of intensity Φ 0k is appropriately overlapped to form a target illumination light source shape (target of luminance distribution) Ψ 0n of modified illumination shown in FIG. 9A.
最初に、目標Ψ0n(n=1〜N)を用いて、各レンズ素子FLnに対する定数項Cnを求める。定数項Cnは、目標輝度Ψ0nと目標輝度Ψ0n(n=1〜N)のうちの最大の値を有する輝度、すなわち目標輝度Ψ01との差を強度の和および輝度の和によって規格化したもの(Ψ01−Ψ0n)*Σφ/ΣΨとして与えられる。図9(C)には、定数項Cnが、インデックスn(=1〜N)を横軸として(すなわち小さい順に)示されている。 First, a constant term C n for each lens element FL n is obtained using the target Ψ 0n (n = 1 to N). The constant term C n specifies the luminance having the maximum value between the target luminance Ψ 0n and the target luminance Ψ 0n (n = 1 to N), that is, the difference between the target luminance Ψ 01 by the sum of intensity and the sum of luminance. (Ψ 01 −Ψ 0n ) * Σφ / ΣΨ. FIG. 9C shows the constant term C n with the index n (= 1 to N) as the horizontal axis (that is, in ascending order).
次に、図9(C)に示されるような閾値(Th1〜Th6)を定める。閾値(Th1〜Th6)は、定数項Cn(n=1〜N)の分布(すなわち目標輝度Ψ0n(n=1〜N)の分布)と、反射光の強度Φ0k(k=1〜K)の分布とから適宜定められる。例えば閾値Thは、まだ振り分けられていないミラー要素についての強度Φ0nの中で最大の強度と、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和ΣΦ0k+Cnの中で最小の強度との和とすることができる。 Next, threshold values (Th1 to Th6) as shown in FIG. The threshold values (Th1 to Th6) include the distribution of the constant term C n (n = 1 to N) (that is, the distribution of the target luminance Ψ 0n (n = 1 to N)) and the reflected light intensity Φ 0k (k = 1 to 1). K) as appropriate. For example, the threshold Th is the sum ΣΦ 0k + C n of the maximum intensity among the intensities Φ 0n for mirror elements that have not yet been distributed and the constant term C n and the intensity Φ 0k for mirror elements SE k that have already been distributed. It can be set as the sum with the minimum intensity.
次に、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、強度Φ0kの順に、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和Σk∈nΦ0k+Cnが第1閾値Th1を十分に(優に)超えるまで(あるいは和の平均が第1閾値Th1を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順にレンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(D)に示されるように、最初のna(=4)個のミラー要素SEk(k=1〜na)のうちミラー要素SE1、SE3がレンズ素子FL1に、ミラー要素SE2、SE4がレンズ素子FL2に振り分けられる。 Next, the mirror elements SE k (k = 1~K), strength [Phi in the order of 0k, sum Σ k∈n Φ 0k + C between the intensity [Phi 0k for mirror elements SE k already distributed and constant term C n Until n exceeds the first threshold Th1 sufficiently (or well) (or until the average of the sum exceeds the first threshold Th1), the lens elements FL in ascending order from the smallest lens element of the sum Σ kεn Φ 0k + C n distribute to n . Thus, as shown in FIG. 9D, among the first n a (= 4) mirror elements SE k (k = 1 to n a ), the mirror elements SE 1 and SE 3 are the lens elements FL 1. The mirror elements SE 2 and SE 4 are distributed to the lens element FL 2 .
なお、説明の都合のため、定数項Cnを導入し、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和Σk∈nΦ0k+Cnを用い、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、上述のようにしてレンズ素子FLn(n=1〜N)に振り分けたが、これは、定数項Cn=Ψ01−Ψ0nであるから、目標輝度Ψ0nと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和との差Ψ0n−Σk∈nΦ0kを用い、該差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に、既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和Σk∈nΦ0kが第1閾値Th1を十分に(優に)超えるまで、ミラー要素SEkを強度Φ0kの順に各レンズ素子FLnに振り分けることに対応する。 For the convenience of explanation, the constant term C n is introduced, and the mirror element is used by using the sum Σ k∈n φ 0k + C n of the constant term C n and the intensity φ 0k for the already allocated mirror element SE k. SE k (k = 1 to K) is allocated to the lens element FL n (n = 1 to N) as described above, and this is a constant term C n = Ψ 01 −Ψ 0n. Using the difference Ψ 0n −Σ k∈n Φ 0k between the luminance Ψ 0n and the sum of the intensities Φ 0k for the already distributed mirror element SE k , the lens element with the largest difference Ψ 0n −Σ k∈n Φ 0k in descending order from already distributed was mirror elements SE k strength [Phi 0k sum sigma k∈N [Phi 0k for up to well above (well) the first threshold value Th1, the mirror elements SE k in order of strength [Phi 0k Corresponding to the distribution to each lens element FL n The
次に、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。ここでは、図9(D)からわかるように、レンズ素子FL1についての和Φ01+Φ03+C1は、レンズ素子FL2についての和Φ02+Φ04+C2に対して小さく、さらに和Φ02+Φ04+C2はその他のレンズ素子FLn(n≧3)についての定数項Cnより小さいので、レンズ素子FLnの並べ替えはない。 Next, the lens elements FL n (n = 1 to N) are arranged in ascending order of the intensity Φ 0k and the sum Σ k∈n Φ 0k + C n of the distributed mirror element SE k and the constant term C n (the difference described above). Rearrange in the order of Ψ 0n −Σ k∈n Φ 0k ). Here, as can be seen from FIG. 9 (D), the sum Φ 01 + Φ 03 + C 1 of the lens element FL 1 is smaller than the sum Φ 02 + Φ 04 + C 2 of the lens element FL 2, further sum [Phi 02 Since + Φ 04 + C 2 is smaller than the constant term C n for the other lens elements FL n (n ≧ 3), the lens elements FL n are not rearranged.
次に、ミラー要素SEk(k=5〜K)を、強度Φ0kの順に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が第2閾値Th2を十分に超えるまで(あるいは和の平均が第2閾値Th2を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順に(差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に)レンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(E)に示されるように、次のnb(=12)個のミラー要素SEk(k=5〜16)がレンズ素子FL1〜FL6に振り分けられる。 Next, the mirror elements SE k (k = 5~K), strength [Phi in the order of 0k, sum Σ k∈n Φ 0k + C n (or sum sigma k∈N [Phi 0k strength [Phi 0k) the second threshold value Th2 (Or until the average of the sum exceeds the second threshold Th2) from the smallest lens element of the sum Σ k∈n Φ 0k + C n (difference Ψ 0n −Σ k∈n Φ 0k is the largest) The lens element is distributed to the lens element FL n ( in order from the largest lens element to the largest). As a result, as shown in FIG. 9E, the next n b (= 12) mirror elements SE k (k = 5 to 16) are distributed to the lens elements FL 1 to FL 6 .
次に、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。これにより、レンズ素子FL1〜FL6が、図9(F)に示されるように、並び替えられる。 Next, the lens elements FL n (n = 1 to N) are arranged in ascending order of the intensity Φ 0k and the sum Σ k∈n Φ 0k + C n of the distributed mirror element SE k and the constant term C n (the difference described above). Rearrange in the order of Ψ 0n −Σ k∈n Φ 0k ). As a result, the lens elements FL 1 to FL 6 are rearranged as shown in FIG. 9F.
次に、上記と同様に、ミラー要素SEk(k=17〜K)を、強度Φ0kの順に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が第3閾値Th3を有に超えるまで(あるいは和の平均が第3閾値Th3を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順に(差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に)レンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(G)に示されるように、次のnc(=35)個のミラー要素SEk(k=17〜51)がレンズ素子FL1〜FL10に振り分けられる。 Then, in the same manner as described above, the mirror elements SE k a (k = 17~K), in order of strength [Phi 0k, sum Σ k∈n Φ 0k + C n (or intensity [Phi 0k sum Σ k∈n Φ 0k) Until the third threshold Th3 is significantly exceeded (or until the average of the sum exceeds the third threshold Th3), from the smallest lens element of the sum Σ k∈n Φ 0k + C n (difference Ψ 0n −Σ k∈ n Φ 0k is assigned to the lens element FL n ( in order from the largest lens element). As a result, as shown in FIG. 9G, the next n c (= 35) mirror elements SEk (k = 17 to 51) are distributed to the lens elements FL 1 to FL 10 .
さらに、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。これにより、レンズ素子FL1〜FL10が、図9(H)に示されるように、並び替えられる。 Furthermore, the lens elements FL n (n = 1 to N) are arranged in ascending order of the intensity Φ 0k and the sum Σ k∈n Φ 0k + C n of the distributed mirror element SE k and the constant term C n (the difference Ψ described above). 0n -Σ k∈n Φ 0k is sorted in descending order). As a result, the lens elements FL 1 to FL 10 are rearranged as shown in FIG.
以後、閾値を次の閾値Th4〜Th6に順次変更し、上述と同様のミラー要素SEkの振り分けと、レンズ素子FLnの並び替えを、繰り返し行う。これにより、必要数のミラー要素SEkがレンズ素子FLn(n=1〜N)に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が最後の閾値Th6に近似し且つほぼ均一になるように、振り分けられる。 Thereafter, sequentially changing the threshold value to the next threshold Th4~Th6, and distribution of mirror elements SE k similar to that described above, the rearranging of the lens element FL n, repeated. Thus, the mirror elements SE k of required number lens element FL n (n = 1~N), ( sum sigma k∈N [Phi 0k or strength [Phi 0k) the sum Σ k∈n Φ 0k + C n is the last The distribution is performed so as to approximate the threshold value Th6 and to be substantially uniform.
発明者等が、上述の変形照明に対するミラー要素の振り分けを、例えば、図8(A)及び図8(B)に示される多極照明に対し適用するシミュレーションを行った結果、処理時間0.1秒程度、均一度約3%で、ミラー要素が振り分けられることが確認できた。 As a result of performing a simulation in which the inventors apply the above-described allocation of the mirror elements to the modified illumination to, for example, the multipolar illumination shown in FIGS. 8A and 8B, the processing time is 0.1. It was confirmed that the mirror elements were distributed with a degree of uniformity of about 3 seconds and a uniformity of about 3%.
さらに、先と同様に、レンズ素子FLn(n=1〜N)に振り分けられたミラー要素SEkを適当数入れ替えて、それぞれのレンズ素子FLnについての和Σk∈nΦ0k+Cnを均一化することもできる。発明者等の実験では、このミラー要素の入れ替えにより、例えば、図8(A)及び図8(B)に示される多極照明に対し、処理時間0.1秒程度、均一度約0.01%で、ミラー要素SEkが振り分けられることが確認された。 Furthermore, as before, the mirror elements SE k distributed to the lens element FL n (n = 1~N) by replacing appropriate number, the sum Σ k∈n Φ 0k + C n for each lens element FL n It can also be made uniform. In the experiments by the inventors, this mirror element replacement allows, for example, a processing time of about 0.1 second and a uniformity of about 0.01 for the multipolar illumination shown in FIGS. 8A and 8B. %, The mirror element SE k was confirmed to be distributed.
本実施形態の露光装置100では、主制御装置20は、上述の照明光源の設定(ミラー要素のレンズ素子への振り分けと、振り分けられたミラー要素の入れ替えとの両方)を、露光装置100の起動時、アイドル時等に実行する。また、主制御装置20は、ロット処理中等に適宜、設定済みの照明光源に対して振り分けられたミラー要素の入れ替えを実行する。これにより、目標照明光源形状をほぼ正確に再現した照明光源が形成され、その形状が常時維持される。 In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the main controller 20 activates the exposure apparatus 100 to set the above-described illumination light source (both allocation of mirror elements to lens elements and replacement of the allocated mirror elements). Executes at the time of idling. Further, the main control device 20 appropriately replaces the mirror elements allocated to the set illumination light source during the lot processing or the like. Thereby, an illumination light source that reproduces the target illumination light source shape almost accurately is formed, and the shape is always maintained.
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置100では、空間光変調器3Sとして可動マルチミラーアレイが用いられ、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ5が用いられている。そして、可動マルチミラーアレイ3Sを構成する複数のミラー要素SEkのそれぞれを介した光を照明光路中のフライアイレンズ5の複数のレンズ素子FLnに選択的に振り分けることにより、照明光学系の瞳面(フライアイレンズ5の射出側焦点面にほぼ一致)に照明光源(2次光源)を形成する。そして、複数のミラー要素SEk(の少なくとも一部)を、該複数のミラー要素SEkのそれぞれで反射される光の強度の順に、先に例を挙げて説明したような所定の基準に従って所定数のレンズ素子FLnに対応付け、複数のミラー要素SEkのうちの少なくとも1つが対応付けられた所定数のレンズ素子FLnうちの2つのレンズ素子の間で、それぞれに対応付けられたミラー要素SEkのうちの少なくとも各1つのミラー要素同士を入れ替え、2つのレンズ素子FLnのそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkについての光の強度の和Φ0kを平均化する。これにより、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することが可能になる。 As described above in detail, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the movable multi-mirror array is used as the spatial light modulator 3S, and the fly-eye lens 5 is used as the optical integrator. Then, by selectively distributing the light through each of the plurality of mirror elements SE k constituting the movable multi-mirror array 3S to the plurality of lens elements FL n of the fly-eye lens 5 in the illumination optical path, the illumination optical system An illumination light source (secondary light source) is formed on the pupil plane (substantially coincident with the exit-side focal plane of the fly-eye lens 5). Then, a plurality of mirror elements SE k (at least a part thereof) are determined in accordance with a predetermined criterion as described above with reference to an example in the order of the intensity of light reflected by each of the plurality of mirror elements SE k. correspondence to the lens element FL n numbers, between at least one of which two lens elements FL n predetermined number associated lens element of the plurality of mirror elements SE k, mirror associated with each At least one mirror element of the elements SE k is exchanged, and the light intensity sum Φ 0k for the mirror elements SE k associated with each of the two lens elements FL n is averaged. This makes it possible to form an illumination light source that accurately reproduces the target light source shape in a short time.
また、本実施形態の露光装置100によると、上述のようにして形成された光源形状を有する照明光源からの照明光ILを照射してレチクルRのパターンをウエハW上に転写する。これにより、ウエハ上にパターンを高解像度でかつ精度良く転写することが可能になる。 Further, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the pattern of the reticle R is transferred onto the wafer W by irradiating the illumination light IL from the illumination light source having the light source shape formed as described above. This makes it possible to transfer the pattern onto the wafer with high resolution and high accuracy.
なお、上記実施形態では、空間光変調器3Sとして可動マルチミラーアレイを用い、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ5を用い、可動マルチミラーアレイ3Sを構成する複数のミラー要素SEkのそれぞれを介した光を照明光路中のフライアイレンズ5の複数のレンズ素子FLnに選択的に振り分ける場合について説明した。すなわち、上記実施形態では、説明の簡略化のため、空間光変調器3Sによってフライアイレンズの入射面の近傍に形成される区画(グリッド)の数及び形状とフライアイレンズ5のレンズ素子FLnの数及びレンズ素子FLnの入射面の形状とが一致していることを前提として説明を行った。しかし、一般には、上記のグリッドの数(又は形状)とレンズ素子の数(又は形状)とは1対1対応しないことが多い。このような場合、上記実施形態中のフライアイレンズ5の各レンズ素子FLnに代えて、各グリッドがあるものとすれば、上記実施形態の手法をそのまま採用して、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することができる。ここで、フライアイレンズのレンズ素子の数(フライアイレンズの波面分割数)を上記のグリッドの数よりも多くしても良い。上述したように、フライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、フライアイレンズ5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ため、上記実施形態の手法をそのまま採用して、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することができる。 In the above embodiment, the movable multi-mirror array is used as the spatial light modulator 3S, the fly-eye lens 5 is used as the optical integrator, and light passes through each of the plurality of mirror elements SE k constituting the movable multi-mirror array 3S. A case has been described in which is selectively distributed to the plurality of lens elements FL n of the fly-eye lens 5 in the illumination optical path. That is, in the above embodiment, for the sake of simplification of description, the number and shape of the sections (grids) formed near the entrance surface of the fly-eye lens by the spatial light modulator 3S and the lens element FL n of the fly-eye lens 5 it has been described on the assumption that the shape of the incident surface of the number and the lens element FL n of match. However, in general, the number (or shape) of the grid and the number (or shape) of the lens elements often do not correspond one-to-one. In such a case, if each grid is provided instead of each lens element FL n of the fly-eye lens 5 in the above embodiment, the method of the above embodiment is employed as it is to accurately determine the target light source shape. The reproduced illumination light source can be formed in a short time. Here, the number of lens elements of the fly-eye lens (the number of wavefront divisions of the fly-eye lens) may be larger than the number of grids. As described above, when the number of wavefront divisions by the fly-eye lens 5 is relatively large, the overall light intensity distribution formed on the incident surface of the fly-eye lens 5 and the overall light intensity distribution ( Since the pupil intensity distribution shows a high correlation, the method of the above embodiment can be used as it is, and an illumination light source that accurately reproduces the target light source shape can be formed in a short time.
また、空間光変調器としては、前述した可動マルチミラーアレイに限らず、光源からの照明光の光路中に設置された、例えば透過型液晶表示素子、エレクトロクロミックディスプレイ(ECD)、透過型の回折光学素子などの透過型の空間光変調器、あるいはDMD(Deformable Micro-mirror Device、又はDigital Micro-mirror Device)、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ(EPD : ElectroPhoretic Display)、電子ペーパー(又は電子インク)、光回折型ライトバルブ(Grating Light Valve)、反射型の回折光学素子などの反射型の空間光変調器なども用いることができる。 In addition, the spatial light modulator is not limited to the movable multi-mirror array described above. For example, a transmissive liquid crystal display element, an electrochromic display (ECD), or a transmissive diffraction element installed in the optical path of illumination light from the light source. Transmission type spatial light modulator such as optical element, DMD (Deformable Micro-mirror Device or Digital Micro-mirror Device), reflective liquid crystal display element, electrophoretic display (EPD: ElectroPhoretic Display), electronic paper (or electronic Ink), a reflective spatial light modulator such as a light diffractive light valve, and a reflective diffractive optical element can also be used.
また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズに限らず、回折光学素子、あるいは、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、リレー光学系4の後側にその前側焦点位置がリレー光学系4の後側焦点位置(上記実施形態のフライアイレンズ5の入射面の位置に相当)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又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視野絞り7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結像光学系8内の、投影光学系PLの開口絞り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、この位置及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。このとき、リレー光学系4と集光レンズとの間に、照明瞳分布計測部D2へ光を導くためのビームスプリッタBS2を配置することができる。 Further, the optical integrator is not limited to a fly-eye lens, and a diffractive optical element or an internal reflection type optical integrator (typically a rod integrator) may be used. In this case, the condensing lens is arranged so that the front focal position of the relay optical system 4 coincides with the rear focal position of the relay optical system 4 (corresponding to the position of the incident surface of the fly-eye lens 5 of the above embodiment). And the rod type integrator is arranged so that the incident end is positioned at or near the rear focal position of the condenser lens. At this time, the exit end of the rod integrator is the position of the field stop 7. In the case of using a rod type integrator, a position optically conjugate with the position of the aperture stop of the projection optical system PL in the imaging optical system 8 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 referred to as the illumination pupil plane. Can do. At this time, a beam splitter BS2 for guiding light to the illumination pupil distribution measurement unit D2 can be disposed between the relay optical system 4 and the condenser lens.
なお、上記実施形態では、ウエハステージWST上に設けられた輝度分布計測器80を用いてウエハ面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用したが、輝度分布計測器80をレチクルステージRST上に設け、レチクルのパターン面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用することもできる。この場合、瞳輝度分布の計測結果に投影光学系PLの光学特性(例えば収差など)の影響が含まれないため、瞳輝度分布を精密に計測する上で好適である。 In the above-described embodiment, the configuration in which the pupil luminance distribution is measured on the wafer surface using the luminance distribution measuring instrument 80 provided on the wafer stage WST is adopted. However, the luminance distribution measuring instrument 80 is placed on the reticle stage RST. It is also possible to employ a configuration in which the pupil luminance distribution is measured on the pattern surface of the reticle. In this case, the measurement result of the pupil luminance distribution does not include the influence of the optical characteristics (for example, aberration) of the projection optical system PL, which is suitable for accurately measuring the pupil luminance distribution.
なお、上記実施形態では1つの空間光変調ユニット(空間光変調器)を用いたが、これに限らず、複数の空間光変調ユニット(空間光変調器)を用いることも可能である。複数の空間光変調ユニットを用いた露光装置向けの照明光学系として、例えば米国特許出願公開第2009/0109417号明細書および米国特許出願公開第2009/0128886号明細書に開示される照明光学系を採用することができる。 In the above embodiment, one spatial light modulation unit (spatial light modulator) is used. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of spatial light modulation units (spatial light modulators) can also be used. As an illumination optical system for an exposure apparatus using a plurality of spatial light modulation units, for example, an illumination optical system disclosed in US Patent Application Publication No. 2009/0109417 and US Patent Application Publication No. 2009/0128886 is used. Can be adopted.
また、上記実施形態では、二次元的に配列されたミラー要素の傾斜を独立に制御する空間光変調器を採用したが、そのような空間光変調器として、例えば欧州特許出願公開第779530号明細書、米国特許第6,900,915号明細書、並びに米国特許第7,095,546号明細書等に開示される空間光変調器を採用することができる。 In the above embodiment, the spatial light modulator that independently controls the tilt of the mirror elements arranged two-dimensionally is employed. As such a spatial light modulator, for example, European Patent Application No. 779530 is disclosed. , U.S. Pat. No. 6,900,915, U.S. Pat. No. 7,095,546, and the like.
また、空間光変調器として、さらにミラー要素の高さを独立に制御する空間光変調器を採用することも可能である。そのような空間光変調器として、例えば米国特許第5,312,513号明細書、並びに米国特許第6,885,493号明細書に開示される空間光変調器を採用することができる。さらに、上述の空間光変調器を、例えば米国特許第6,891,655号明細書、あるいは米国特許出願公開第2005/0095749号明細書の開示に従って変形することも可能である。 It is also possible to employ a spatial light modulator that independently controls the height of the mirror element as the spatial light modulator. As such a spatial light modulator, for example, the spatial light modulator disclosed in US Pat. No. 5,312,513 and US Pat. No. 6,885,493 can be employed. Furthermore, the above-described spatial light modulator can be modified in accordance with the disclosure of, for example, US Pat. No. 6,891,655 or US Patent Application Publication No. 2005/0095749.
また、上記実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the scanning stepper has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a stationary exposure apparatus such as a stepper. The present invention can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that synthesizes a shot area and a shot area.
また、例えば米国特許第6,590,634号明細書、米国特許第5,969,441号明細書、米国特許第6,208,407号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば米国特許第7,589,822号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材(例えば、基準マーク、及び/又はセンサなど)を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。 In addition, as disclosed in, for example, US Pat. No. 6,590,634, US Pat. No. 5,969,441, US Pat. No. 6,208,407, a plurality of wafers. The present invention can also be applied to a multi-stage type exposure apparatus provided with a stage. Further, as disclosed in, for example, US Pat. No. 7,589,822, an exposure including a measurement stage including a measurement member (for example, a reference mark and / or a sensor) separately from the wafer stage. The present invention can also be applied to an apparatus.
また、上記実施形態では、露光装置100が、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第1420298号明細書、国際公開第2004/055803号、米国特許第6,952,253号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the case where the exposure apparatus 100 is a dry-type exposure apparatus that exposes the wafer W without using liquid (water) has been described. As disclosed in US Pat. No. 1,420,298, WO 2004/055803, US Pat. No. 6,952,253, and the like, an immersion optical path including illumination light path between the projection optical system and the wafer. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that forms a space and exposes the wafer with illumination light through the liquid in the projection optical system and the immersion space.
また、上記実施形態の露光装置を含み本発明に係る露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。 The projection optical system of the exposure apparatus according to the present invention including the exposure apparatus of the above-described embodiment may be any of a reduction system as well as an equal magnification and an enlargement system, and the projection optical system is not only a refraction system but also a reflection system and Either a catadioptric system may be used, and the projected image may be an inverted image or an erect image.
また、上記実施形において、米国特許出願公開第2006/0170901号明細書や米国特許出願公開第2007/0146676号明細書に開示される、いわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。 In the above embodiment, a so-called polarized illumination method disclosed in US Patent Application Publication No. 2006/0170901 and US Patent Application Publication No. 2007/0146676 can be applied.
また、露光装置の光源は、ArFエキシマレーザに限らず、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)、F2レーザ(出力波長157nm)、Ar2レーザ(出力波長126nm)、Kr2レーザ(出力波長146nm)などのパルスレーザ光源、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、YAGレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。 The light source of the exposure apparatus is not limited to the ArF excimer laser, but is a KrF excimer laser (output wavelength 248 nm), F 2 laser (output wavelength 157 nm), Ar 2 laser (output wavelength 126 nm), Kr 2 laser (output wavelength 146 nm). It is also possible to use a pulse laser light source such as a super high pressure mercury lamp that emits bright lines such as g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm). A harmonic generator of a YAG laser or the like can also be used. In addition, as disclosed in, for example, US Pat. No. 7,023,610, a single wavelength laser beam in an infrared region or a visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is used as vacuum ultraviolet light. For example, a harmonic that is amplified by a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
また、例えば国際公開第2001/035168号に開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)を、露光装置110として採用することができる。 Further, as disclosed in, for example, International Publication No. 2001/035168, an exposure apparatus (lithography system) that forms line and space patterns on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W is provided. The exposure apparatus 110 can be employed.
さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を、露光装置110として採用することができる。 Further, as disclosed in, for example, US Pat. No. 6,611,316, two reticle patterns are synthesized on a wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer by one scan exposure. An exposure apparatus that double exposes two shot areas almost simultaneously can be employed as the exposure apparatus 110.
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。 In the above embodiment, the object on which the pattern is to be formed (the object to be exposed to which the energy beam is irradiated) is not limited to the wafer, but may be another object such as a glass plate, a ceramic substrate, a film member, or a mask blank. good.
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。 The use of the exposure apparatus is not limited to the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, but for example, an exposure apparatus for liquid crystal that transfers a liquid crystal display element pattern to a square glass plate, an organic EL, a thin film magnetic head, an image sensor (CCD, etc.), micromachines, DNA chips and the like can also be widely applied to exposure apparatuses. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態のリソグラフィシステムの一部を構成する露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。 An electronic device such as a semiconductor element includes a step of designing a function / performance of a device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, the above-described exposure apparatus (pattern forming apparatus), and its Lithography step to transfer the mask (reticle) pattern to the wafer by the exposure method, development step to develop the exposed wafer, etching step to remove the exposed member other than the portion where the resist remains by etching, etching is completed This is manufactured through a resist removal step for removing the resist that is no longer necessary in step 1, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like. In this case, in the lithography step, the exposure method described above is executed using the exposure apparatus that constitutes a part of the lithography system of the above embodiment, and a device pattern is formed on the wafer, so that a highly integrated device is produced. It can be manufactured with good performance.
以上説明したように、本発明の光源形成方法は、照明光源を形成するのに適している。また、本発明の露光方法は、照明光源からの照明光により物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。 As described above, the light source forming method of the present invention is suitable for forming an illumination light source. The exposure method of the present invention is suitable for exposing an object with illumination light from an illumination light source. The device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing an electronic device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element.
1…光源、2…ビームエキスパンダ、3S…空間光変調器、4…リレー光学系、5…フライアイレンズ、7…照明視野絞り、20…主制御装置、100…露光装置、IOP…照明系、PL…投影光学系、R…レチクル、W…ウエハ、SEk…ミラー要素、IL…照明光、FLn…レンズ素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Beam expander, 3S ... Spatial light modulator, 4 ... Relay optical system, 5 ... Fly eye lens, 7 ... Illumination field stop, 20 ... Main controller, 100 ... Exposure apparatus, IOP ... Illumination system , PL ... projection optical system, R ... reticle, W ... wafer, SE k ... mirror element, IL ... illumination light, FL n ... lens element.
Claims (21)
前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、所定の基準に従って所定数の区画に対応付けることと;
前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記所定数の区画のうちの2つの区画の間で、それぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替えることと;を含む光源形成方法。 In order to form a pattern on an object on the predetermined surface by selectively distributing light through each of the plurality of optical elements constituting the spatial light modulator to a plurality of sections in the predetermined surface in the illumination optical path A light source forming method for forming the illumination light source of
Associating at least some of the plurality of optical elements with a predetermined number of sections according to a predetermined criterion in order of the intensity of light passing through each of the plurality of optical elements;
At least one optical element among the optical elements associated with each other between two of the predetermined number of sections associated with at least one of the plurality of optical elements. Replacing the light source.
前記入れ替えることでは、前記2つの区画のそれぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替える請求項1に記載の光源形成方法。 In the associating, at least a part of the plurality of optical elements is divided into the number of sections necessary for setting the luminance distribution of the illumination light source for each unit in the order of the intensity of light passing through each of the plurality of optical elements. Map to
The light source forming method according to claim 1, wherein in the replacement, at least each one of the optical elements associated with each of the two sections is replaced.
前記照明光源の輝度分布に応じて前記複数の区画を複数の第1グループにグループ分けし、
前記複数の光学要素を、前記グループ分けされた各第1グループに属する区画の数と対応する前記照明光源の輝度との積の比に応じて、前記複数の第1グループに対して振り分けることをさらに含み、
前記複数の第1グループのそれぞれについて、前記対応付けることと前記入れ替えることとを実行する請求項2〜5のいずれか一項に記載の光源形成方法。 Prior to both the mapping and the swapping,
Grouping the plurality of sections into a plurality of first groups according to the luminance distribution of the illumination light source;
Allocating the plurality of optical elements to the plurality of first groups according to a ratio of a product of the number of sections belonging to each grouped first group and the luminance of the corresponding illumination light source. In addition,
The light source formation method according to claim 2, wherein the association and the replacement are performed for each of the plurality of first groups.
前記入れ替えることでは、前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記必要な数の区画のうちの2つの区画の間で、前記光学要素同士を入れ替える請求項1に記載の光源形成方法。 In the association, at least a part of the plurality of optical elements is already corresponded among the number of sections necessary for setting the luminance distribution of the illumination light source in the order of the intensity of light passing through each of the plurality of optical elements. The difference between the sum of the light intensities for the attached optical element and the target luminance determined from the luminance distribution is correlated with each section until the sum exceeds a threshold in descending order from the largest section.
2. The light source formation according to claim 1, wherein in the replacement, the optical elements are replaced between two of the required number of sections to which at least one of the plurality of optical elements is associated. Method.
前記空間光変調器を介した光で前記オプティカルインテグレータの前記複数の光学素子の射出側に前記照明光源を形成する請求項1〜15のいずれか一項に記載の光源形成方法。 In the vicinity of the predetermined surface, an optical integrator including a plurality of optical elements arranged two-dimensionally is disposed,
The light source forming method according to claim 1, wherein the illumination light source is formed on an emission side of the plurality of optical elements of the optical integrator with light passing through the spatial light modulator.
集光光学系による集光位置の近傍に内面反射型のオプティカルインテグレータの入射面を位置決めし、
前記空間光変調器を介した光で前記オプティカルインテグレータの前記入射面の位置に前記照明光源の虚像を形成することを特徴とする1〜15のいずれか一項に記載の光源形成方法。 The light passing through the predetermined surface is condensed by a condensing optical system,
Position the incident surface of the internal-reflection optical integrator near the condensing position of the condensing optical system,
The light source forming method according to any one of claims 1 to 15, wherein a virtual image of the illumination light source is formed at a position of the incident surface of the optical integrator with light passing through the spatial light modulator.
前記パターンが形成された前記物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと;
前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと;を含むデバイス製造方法。 Forming a pattern on the object using the exposure method according to any one of claims 18 to 20;
Developing the object on which the pattern is formed, and forming a mask layer having a shape corresponding to the pattern on the surface of the object;
Processing the surface of the object through the mask layer.
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