JP3794442B2 - Illumination apparatus and exposure apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被照明物体を円弧状に照明する照明装置、及び該照明（装置）系を備えた露光装置に関するものであり、特に、軟Ｘ線光学系等のミラープロジェクション方式によりフォトマスク（マスクまたはレチクル）上の回路パターンを反射型等の投影光学系を介して、ウェファー等の基板上に転写するのに用いて好適な装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造における露光では、物体面としてのフォトマスク（以下、マスクと称する）面上に形成された回路パターンを投影光学系を介してウェファー等の基板（以下、ウェファーと称する）上に投影転写している。
この投影光学系は複数の反射鏡を有しており、投影光学系の軸外の円弧状の良像領域のみが利用されて、マスク上の円弧領域のみがウェファー上に投影転写される。従って、マスク全体の回路パターンのウェファー上への転写は、マスクとウェファーとを一定方向に走査することにより行われている。
【０００３】
この走査方式による露光は、比較的高いスループットで、しかも高解像力が得られるという利点がある。
この種の露光においては、マスク上の円弧領域を均一に、しかも一定の開口数（ＮＡ）にて効率よく照明できる照明光学系が望まれており、本願と同一出願人による出願（特開平７−２３５４７０）には、平行光束を供給する光源部と反射型のオプティカルインテグレータと放物トーリック面形状の凹面鏡とを有し、マスク上を円弧上に均一照明できる照明光学系が提案されている。その概念図を図５に示す。
【０００４】
この照明光学系では、平行光束を供給する光源部１が用いられ、サジタル面内（紙面に垂直な面）のみにパワーを持つ一次元的なオプティカルインテグレータ２によりサジタル面内で多重化された二次光源Ｉを作る。ただし、メリジオナル面内（紙面に平行な面）では平行な光束のままである。
そして、放物トーリック面形状のミラー３により、この二次光源Ｉからの光束を集光することにより、メリジオナル面内では光源の像をマスク上に結像する臨界照明（クリティカル照明）を行い、またサジタル面内では平行光が異なる方向からマスクを照明するケーラー照明を行うものである。
【０００５】
ケーラー照明は、広い領域で均一な照明を行うのには有効であるが、前記の場合（特開平７−２３５４７０）にはオプティカルインテグレータを使用するので効率が良くない。そこで、特開平７−２３５４７０においては、照明する幅の狭いメリジオナル面内では臨界照明とすることにより光学系の効率を向上させている。
【０００６】
また、Ｘ線波長域にて使用できる反射型のオプティカルインテグレータについては、本願と同一出願人による出願（特開平６−２３５７９７）に記載されている。
なお、ここで用いられている放物トーリック面形状の凹面鏡の機能については、本願と同一出願人による出願（特開平６−９７０４７）に詳しく説明されている。その原理図を図６に示す。
【０００７】
この放物トーリック面反射鏡は、放物線ＰＡの対称軸Ａｘ0 上に、これに垂直な軸ＡX1を設け、この軸ＡX1の回りに放物線ＰＡを回転した形状を有している。対称軸ＡX0に平行な光束は、放物トーリック面反射鏡３で反射して放物線ＰＡの焦点ＣBFへ集光する。
一方、回転中心軸ＡX1上に点光源Ｉを設け、そこから発散する光束に着目すると、点光源Ｉから反射面までの距離と反射面から焦点ＣBFまでの距離が等しいならば、放物トーリック面反射鏡３で反射した後に平行な光束になる。
【０００８】
以上のメリジオナル面（紙面に平行な面）内における光線の挙動は容易に理解できるが、サジタル面（紙面に垂直な面）内においても全く同様に、平行光束は焦点に集まり、回転中心軸ＡX1上から発散する光束は平行光束になることが放物トーリック面形状の凹面鏡の大きな特徴である。
従って、オプティカルインテグレータを用いて回転中心軸ＡX1上に複数の二次光源を形成すれば、マスク上をケーラー照明することができる。また、この光学系は回転中心軸ＡX1の回りに回転対称なので、円弧状の領域が照明されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術では、いずれもオプティカルインテグレータを使用して光束を発散させるため、照明に寄与しない光線が多くなり、照明光学系の効率が低下してしまうという問題点があった。
また、平行光束を供給する光源部が必要であるため、放射光光源のような平行光を発生する光源を用いる場合は良いが、レーザープラズマＸ線源のような発散光束を供給する光源を用いる場合には、放物面鏡等により予め発散光束を平行光束に変換する必要がある。
【００１０】
ところが、軟Ｘ線領域では反射鏡の反射率が低いので、反射面の増加は光学系の効率を大幅に低下させるという問題点があった。
露光装置において、照明光学系または照明装置の効率が低下すると、スループット（単位時間に処理できるウェファーの枚数）が低下するので、重大な問題点となる。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、オプティカルインテグレータを使用する必要が無く、単純な構成により効率を向上させることができる照明装置、および該照明（装置）系を備えることにより、スループットを向上させた露光装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明では第一に「少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して被照明物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置において、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、前記第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなることを特徴とする照明装置（請求項１）」を提供する。
【００１３】
また、本発明は第二に「少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して被照明物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置において、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と凸面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する楕円シリンドリカル面の一部により構成され、
前記凸面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第１の焦点またはその近傍に配置され、
前記凸面鏡は、そのメリジオナル断面である放物線の焦点と、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第２の焦点とが一致するように配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては集束光束、サジタル面内では発散光束となり、続いて凸面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡および凸面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡および凸面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなることを特徴とする照明装置（請求項２）」を提供する。
【００１４】
また、本発明は第三に「前記第１の凹面鏡および第２の凹面鏡の反射面に、或いは前記第１の凹面鏡、第２の凹面鏡および凸面鏡の反射面に、所定波長のＸ線を反射する多層膜を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置（請求項３）」を提供する。
また、本発明は第四に「前記多層膜が、モリブデン／珪素、モリブデン／珪素化合物、モリブデン／ベリリウム、ルテニウム／珪素、ルテニウム／珪素化合物、ルテニウム／ベリリウム、ロジウム／珪素、ロジウム／珪素化合物、またはロジウム／ベリリウムの組み合わせのうち、いずれか一つの組み合わせで交互に複数回積層した交互多層膜により形成されてなることを特徴とする請求項３記載の照明装置（請求項４）」を提供する。
【００１５】
また、本発明は第五に「所定のパターンが設けられた第１物体の像を投影結像光学系を介して第２物体上に形成し、前記第１物体と前記第２物体とを移動させつつ露光を行う露光装置において、
少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して前記第１物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置系を備えており、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなり、
前記第２の凹面鏡のメリジオナル面内の集束点を含み、該凹面鏡の回転基準軸に対して垂直な面内に被照射物体である前記第１物体が設置され、
前記第２の凹面鏡の回転基準軸が前記投影結像光学系の光軸に一致し、
前記第２の凹面鏡によるサジタル面内の集束点の位置が前記投影結像光学系の入射瞳上に配置されてなることを特徴とする露光装置（請求項 ５）」を提供する。
【００１６】
また、本発明は第六に「所定のパターンが設けられた第１物体の像を投影結像光学系を介して第２物体上に形成し、前記第１物体と前記第２物体とを移動させつつ露光を行う露光装置において、
少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して前記第１物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置系を備えており、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と凸面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する楕円シリンドリカル面の一部により構成され、
前記凸面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第１の焦点またはその近傍に配置され、
前記凸面鏡は、そのメリジオナル断面である放物線の焦点と、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第２の焦点とが一致するように配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては集束光束、サジタル面内では発散光束となり、続いて凸面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡および凸面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡および凸面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなり、
前記第２の凹面鏡のメリジオナル面内の集束点を含み、該凹面鏡の回転基準軸に対して垂直な面内に被照射物体である前記第１物体が設置され、
前記第２の凹面鏡の回転基準軸が前記投影結像光学系の光軸に一致し、
前記第２の凹面鏡によるサジタル面内の集束点の位置が前記投影結像光学系の入射瞳上に配置されてなることを特徴とする露光装置（請求項 ６）」を提供する。
【００１７】
また、本発明は第七に「前記第１の凹面鏡および第２の凹面鏡の反射面に、或いは前記第１の凹面鏡、第２の凹面鏡および凸面鏡の反射面に、所定波長のＸ線を反射する多層膜を設けたことを特徴とする請求項５または６記載の露光装置（請求項７）」を提供する。
また、本発明は第八に「前記多層膜が、モリブデン／珪素、モリブデン／珪素化合物、モリブデン／ベリリウム、ルテニウム／珪素、ルテニウム／珪素化合物、ルテニウム／ベリリウム、ロジウム／珪素、ロジウム／珪素化合物、またはロジウム／ベリリウムの組み合わせのうち、いずれか一つの組み合わせで交互に複数回積層した交互多層膜により形成されてなることを特徴とする請求項７記載の露光装置（請求項８）」を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる第１の照明装置（一例）が有する光学系の原理を示す図である。
第１の凹面鏡１は、放物シリンドリカル面形状を有しており、メリジオナル面内（図１の紙面内）でのみパワーを持つ。
【００１９】
光源部Ｓは、この第１の凹面鏡１のメリジオナル断面である放物線の焦点位置Ｆ１に配置される。光源部Ｓから発散した光束は第１の凹面鏡１で反射した後、メリジオナル面内では放物線の軸ｌ1 と平行な平行光束ＣＲとなり、サジタル面内では光源部Ｓの第１の凹面鏡１による虚像Ｓ’から発散する光束となる。
第２の凹面鏡２は、メリジオナル面内にあり光源の虚像Ｓ’を通る基準軸ｌの回りに放物線を回転して得られる放物トーリック面形状を有する。この第２の凹面鏡２のメリジオナル断面である放物線の軸ｌ2 は、前記の平行光束ＣＲに対して平行になるよう配置され、メリジオナル面内の光束は、第２の凹面鏡２で反射した後、その焦点Ｆ２へ集束する。この位置にマスクＭを配置する。
【００２０】
第２の凹面鏡２は基準軸ｌについて回転対称なので、マスクＭ上では円弧状の領域が照明される。
メリジオナル面内では、図１から容易に理解される用に、光源部Ｓの像（実像）がマスクＭ上に形成される臨界照明（クリティカル照明）が行われる。臨界照明では、光源側の開口数が照明の開口数を決め、光源の大きさが照明領域の大きさを決める。また、サジタル面内では、第２の凹面鏡で反射した光束は基準軸ｌとの交点Ｔに円錐状に集束する。
【００２１】
図１において、主光線ＣＲに沿って、光源Ｓから第１の凹面鏡１の反射面Ｐを経て第２の凹面鏡２の反射面までの距離をａ（これは光源Ｓの虚像Ｓ’から第２の凹面鏡２の反射面Ｑまでの距離に等しい）、反射面Ｑから基準軸ｌとの交点Ｔまでの距離をｂ、反射面ＱからマスクＭまでの距離をｃとする。
ここで理解しやすいように、図２にミラーをレンズ系に置き換えて光線の様子を示す。
【００２２】
まず、メリジオナル面内では、光源Ｓから出た発散光束はＰの位置に置かれたレンズ（以下、レンズＰと称する）で平行光束となり、Ｑの位置に置かれたレンズ（以下、レンズＱと称する）でマスクＭ上に集束する（図２（ａ））。
サジタル面内では、第１の凹面鏡１は単なる平面鏡の役割のみでレンズ作用は無いため、光源Ｓの虚像Ｓ’を作るだけである。光源の虚像Ｓ’から出た発散光束はレンズＱによりＴに集束する（図２（ｂ））。
【００２３】
このとき、
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃ ・・・１式
なる条件を満足すれば、光源上の異なる点から発した互いに平行な光線がマスクＭ上で同一の点に集束する。この条件を満たすときに、マスクＭ上の各点は、均一な照度と均一な開口数で照明されることになる。即ち、ケーラー照明が達成される。ケーラー照明の場合には、光源Ｓの大きさが照明の開口数を決め、光源側の開口数が照明領域の大きさを決める。
【００２４】
図１において、基準軸ｌを投影光学系（不図示）の光軸と一致させ、交点Ｔが投影光学系の入射瞳面ＥＰ上に来るように配置すれば、マスクＭ上の円弧上の領域において、サジタル面内ではケーラー照明が行われ、メリジオナル面内では臨界照明が行われる。
次に、凹面鏡をレンズ系に置き換えた図２により、光源の大きさおよび広がり角と、照明の開口数および照明領域の大きさの関係を説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すメリジオナル面内では、光源Ｓの大きさをＷMO、光源から発散する光束の広がり角をθMO、マスクＭ上での照明領域の大きさをＷM 、照明の開口数（ＮＡ）をｓｉｎθM とし、光源ＳからレンズＰまでの距離（レンズＰの焦点距離）をｆ1 、レンズＱからマスクＭまでの距離（レンズＱの焦点距離）をｆ2 とすると、
ｆ1 ・ｓｉｎθMO＝ｆ2 ・ｓｉｎθM であるから、照明の開口数は、ｓｉｎ
θM ＝（ｆ1 ／ｆ2 ）・ｓｉｎθMOで与えられる。軟Ｘ線縮小投影露光の光学系では開口数はあまり大きくない（0.1 程度以下）ので、メリジオナル方向の照明の開口数ｓｉｎθM は〜θM ＝（ｆ1 ／ｆ2 ）・θMO＝ｋ・θMOとなる。
【００２６】
また、メリジオナル方向の照明領域の大きさはＷM ＝（ｆ2 ／ｆ1 ）・ＷMO＝ｋ・ＷMOで与えられる。
ｋはこの光学系のメリジオナル面内での倍率であるが、レンズＰの位置を動かすことによって任意の値を得ることが出来る。一般に軟Ｘ線の光源として用いられるレーザープラズマ光源は、寸法が小さく（φ数百μｍ程度）等方的な光源であるので、倍率ｋを大きく取ると、光源側の有効立体角を大きくし照明領域を広くすることが出来るので有効である。
【００２７】
以上の様に、メリジオナル面内ではθMOがθM を決め、ＷMOがＷM を決める。θMOはメリジオナル方向における第１の凹面鏡１または第２の凹面鏡２の反射面の寸法により決められる。
次に、図２（ｂ）に示すサジタル面内では、光源の大きさをＷSO、光源から発散する光束の広がり角をθSO、マスクＭ上での照明領域の大きさをＷS 、照明の開口数をｓｉｎθS とすると、
ＷSO＝２ｃ・ｓｉｎθS であるから、サジタル方向の照明の開口数は、ｓｉｎθS ＝ＷSO／２ｃで与えられる。また、サジタル方向の照明領域の大きさはＷS ＝２ｃ・ｔａｎθSOで与えられる。ＷS は円弧上の照明領域の弦の長さを表す。
【００２８】
以上のように、サジタル面内ではＷSOがθS を決め、θSOがＷS を決める。
θSOはサジタル方向における第１の凹面鏡１または第２の凹面鏡２の反射面の寸法により決められる。
各凹面鏡の反射面の範囲は上記のθMOとθSOをカバーするように決められる。本発明の照明系の寸法形状を決めるパラメータは、以下のようにして決められる。
【００２９】
まず、第１の凹面鏡である放物シリンドリカルミラーが満たすべき条件は以下の二つである。
(1) メリジオナル面内の平行光束の幅を所定の値にする。これでメリジオナル面内の照明の開口数が決まる。
(2) 光源の虚像Ｓ’が第２の凹面鏡２である放物トーリック面の回転基準軸ｌ上に来るよう配置する。
【００３０】
これらの条件さえ満たせば第１の凹面鏡１である放物シリンドリカルミラーは自由に配置することができるので、このミラーを光源Ｓに接近させることによって集光立体角を拡大することができる。
次に、第２の凹面鏡２である放物トーリック面の自由度は３であり、例えば図１において、主光線ＣＲのミラー２への入射角θ1 とマスクＭへの入射角θ2 を指定すると全体の形状が決まり、さらに円弧状の照明領域の半径Ｒを指定すると全ての寸法が決定する。
【００３１】
表１〜３に楕円の放物トーリック面の設計値の例を示す。ｆは放物線の焦点距離、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ図１の（主光線ＣＲに沿った）距離ＳＱ、ＱＴ、ＱＭである。円弧状の照明領域の半径Ｒは１２０ｍｍとした。表１はマスクへの主光線ＣＲの入射角θ2 が０゜のテレセントリック条件の場合、表２と表３はマスクへの主光線ＣＲの入射角θ2 がそれぞれ５゜と１０゜の非テレセントリック条件の場合である。
【００３２】
第２の凹面鏡２（放物トーリック面）への主光線ＣＲの入射角θ1 を５゜から８０゜まで変えた場合の放物線の設計値はこれらの表の通りになる。露光装置全体の光学系の配置を勘案して適切なパラメータを選択することができる。
【００３３】
【表１】

Figure 0003794442
【００３４】
【表２】
Figure 0003794442
【００３５】
【表３】
Figure 0003794442
【００３６】
以上、第１の凹面鏡１に放物シリンドリカルミラー、第２の凹面鏡２に放物トーリックミラーを用いた場合について詳しく説明したが、本発明では、第１の凹面鏡１の代わりに、凹面鏡と凸面鏡の組み合わせを用いることもできる。
図３は、本発明にかかる第２の照明装置（一例）の光学系の原理を示す図である。
【００３７】
第１の凹面鏡１０１は、楕円シリンドリカル面形状を有しており、メリジオナル面内（図３の紙面内）でのみパワーを持つ。
光源部Ｓは、この第１の凹面鏡１０１のメリジオナル断面である楕円の第１の焦点位置Ｆ１に配置される。光源部Ｓから発散した光束は第１の凹面鏡１０１で反射した後、メリジオナル面内では楕円の第２の焦点Ｆ２へ集束する光束となり、サジタル面内では光源部Ｓの第１の凹面鏡１０１による虚像Ｓ’から発散する光束となる。
【００３８】
凸面鏡１０２は、放物シリンドリカル面形状を有しており、メリジオナル面内でのみパワーを持つ。
メリジオナル断面において、前記第１の凹面鏡１０１の楕円の第２の焦点位置Ｆ２と、凸面鏡１０２の放物線の焦点位置とは一致するよう配置される。
メリジオナル面内では、Ｆ２に向かって集束する光束は、凸面鏡１０２で反射した後、その放物線の軸ｌ1 に平行な平行光束となり、サジタル面内では虚像
Ｓ’の凸面鏡１０２による虚像Ｓ”から発散する光束となる。
【００３９】
第２の凹面鏡２は、メリジオナル面内にあり光源の虚像Ｓ”を通る基準軸ｌの回りに放物線を回転して得られる放物トーリック面形状を有する。この第２の凹面鏡２のメリジオナル断面である放物線の軸ｌ2 は、前記の平行光束に対して平行になるよう配置され、メリジオナル面内の光束は、第２の凹面鏡２で反射した後、その焦点Ｆ３へ集束する。この位置にマスクＭを配置する。
【００４０】
第２の凹面鏡２は基準軸ｌについて回転対称なので、マスクＭ上で円弧状の領域が照明される。
メリジオナル面内では、図３から容易に理解されるように、光源部Ｓの像（実像）がマスクＭ上に形成される臨界照明（クリティカル照明）が行われる。臨界照明では、光源側の開口数が照明の開口数を決め、光源の大きさが照明領域の大きさを決める。また、サジタル面内では、第２の凹面鏡２で反射した光束は基準軸ｌとの交点Ｔに円錐状に集束する。
【００４１】
図３において、主光線ＣＲに沿って、光源Ｓから第１の凹面鏡１０１の反射面Ｐ１および凸面鏡１０２の反射面Ｐ２を経て第２の凹面鏡２の反射面Ｑまでの距離をａ（これは光源Ｓの虚像Ｓ”から第２の凹面鏡２の反射面Ｑまでの距離に等しい）、反射面Ｑから基準軸ｌとの交点Ｔまでの距離をｂ、反射面ＱからマスクＭまでの距離をｃとする。
【００４２】
ここで理解しやすいように、図４に凹面鏡をレンズ系に置き換えて光線の様子を示す。
まず、メリジオナル面内では、光源Ｓから出た発散光束はＰ１の位置に置かれたレンズ（以下、レンズＰ１と称する）とＰ２の位置に置かれたレンズ（以下、レンズＰ２と称する）により平行光束となり、Ｑの位置に置かれたレンズ（以下、レンズＱと称する）でマスクＭ上に集束する（図４（ａ））。
【００４３】
サジタル面内では、第１の凹面鏡１０１と凸面鏡１０２は単なる平面鏡の役割のみでレンズ作用は無いので、光源Ｓの虚像Ｓ”を作るだけである。光源の虚像Ｓ”から出た発散光束はレンズＱによりＴに集束する（図４（ｂ））。
このとき、
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃ ・・・１式
なる条件を満足すれば、光源上の異なる点から発した互いに平行な光線がマスクＭ上で同一の点に集束する。この条件を満たすときに、マスクＭ上の各点は、均一な照度と均一な開口数で照明されることになる。即ち、ケーラー照明が達成される。ケーラー照明の場合には、光源Ｓの大きさが照明の開口数を決め、光源側の開口数が照明領域の大きさを決める。
【００４４】
図３において、基準軸ｌを投影光学系（不図示）の光軸と一致させ、交点Ｔが投影光学系の入射瞳面ＥＰ上に来るように配置すれば、マスクＭ上の円弧上の領域で、サジタル面内ではケーラー照明が行われ、メリジオナル面内は臨界照明が行われる。
光源の大きさおよび広がり角と、照明の開口数および照明領域の大きさの関係、および照明系の寸法形状を決めるパラメータの決め方は、本発明にかかる第１の照明装置と同様であるので、説明は省略する。
【００４５】
本発明にかかる第２の照明装置は、本発明にかかる第１の照明装置と比べて、反射面の数が増加してしまうものの、メリジオナル面内で光源Ｓからの集光角（図４のθMO）が大きく取れるので、光源の利用効率が高まり、露光装置に適用したときにスループットが増加するという利点がある。
以上のように、本発明の照明光学系は、２枚または３枚という比較的少ない反射面により、メリジオナル面内では臨界照明（クリティカル照明）を、サジタル面内ではケーラー照明を実現することが出来る。
【００４６】
図１および図３では、マスクＭに対する照明光の主光線ＣＲの入射が垂直ではない（マスク側）非テレセントリックの場合を示してある。
一般に、軟Ｘ線縮小投影露光においては、大面積の透過マスクを作製することが困難であり、反射マスクが使用される。反射マスクを使用する場合には、マスクへの入射光線と反射光線とが重ならないようにするために、非テレセントリックにする必要があり、本発明はそのような使用法に適している。
【００４７】
但し、本発明による照明系をテレセントリックの場合に適用することも可能であり、その場合はｂが無限大となり円筒状の光束がマスクを照明し、基準軸ｌとは交わらない（表１の場合）。
本発明にかかる凹面鏡および凸面鏡の反射面は、所定波長の軟Ｘ線を反射する多層膜により形成することが好ましい。
【００４８】
また、かかる多層膜は、モリブデン／珪素、モリブデン／珪素化合物、、モリブデン／ベリリウム、ルテニウム／珪素、ルテニウム／珪素化合物、ルテニウム／ベリリウム、ロジウム／珪素、ロジウム／珪素化合物、またはロジウム／ベリリウムの組み合わせのうち、いずれか一つの組み合わせで、交互に複数回積層した交互多層膜により形成することが好ましい。
【００４９】
但し、本発明はこれらに限定されることはなく、他の材料の組み合わせの多層膜を使用することもできる。
これらの多層膜のうち、特に、珪素または珪素化合物を一方の材料に用いた多層膜は、波長１３ｎｍ付近の軟Ｘ線を使用する場合に好ましく、ベリリウムを一方の材料に用いた多層膜は、波長１１ｎｍ付近の軟Ｘ線を使用する場合に好ましい。
【００５０】
以上のように、本発明によれば、オプティカルインテグレータ等を用いることなく、２枚または３枚という少ない枚数のミラーで照明光学系を構成することができるので、オプティカルインテグレータで光束を発散させることによる光量の損失が無くなり、また、反射面の枚数の増加による光量の損失も最小限に抑えられるので、照明装置の効率を向上させることができる。
【００５１】
また、その結果、該照明（装置）系を備えた露光装置のスループットを向上させることが出来る。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００５２】
【実施例１】
図７は本発明の第１の実施例である照明装置（系）およびこれを備えた露光装置を示す概略構成図である。
軟Ｘ線光学系は空気による軟Ｘ線の吸収を防ぐために、すべて真空容器中に配置されている。
【００５３】
光源ＳにはレーザープラズマＸ線源を用いた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのパルス状発光を集光して、タンタル（Ｔａ）の板からなるターゲット表面へ照射する（これらは不図示）ことにより、ターゲット表面近傍にプラズマが発生し、このプラズマからＸ線が放出される。
なお、ターゲット材料は、Ｔａに限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ、
Ｐｂ、Ｓｂ、Ｗ、Ａｕ等でも良い。また、合金や化合物でもかまわない。
【００５４】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光源は大気中に設置し、レーザー光は真空容器の窓から真空容器中へ導入される。レーザー光を集光する光学系は、大気中に設置しても真空中に設置してもいずれでもかまわない。
このようなレーザープラズマ光源の大きさは、レーザーの集光径によって決まるが、一般に0.1 〜１ｍｍ程度の直径になる。これを大きくし過ぎると、投入されるエネルギー密度が低下してしまいＸ線が発生しなくなる。
【００５５】
本実施例では、サジタル面内に大きさを持つ光源Ｓを得るために、メリジオナル面内では0.3 ｍｍ、サジタル面内では4.8 ｍｍの寸法の偏平な楕円形状にレーザーを集光して照射した。
なお、レーザープラズマＸ線源に使用するレーザーはＮｄ：ＹＡＧレーザーに限定されることはなく、高出力のパルスレーザーならば良い。例えば、エキシマレーザー、ガラスレーザー、チタンサファイヤレーザー等のレーザーを使用することができる。
【００５６】
このような光源Ｓから発散する光束は放物シリンドリカル面の一部からなる第１の凹面鏡１で反射される。光源Ｓは、その第１の凹面鏡１による虚像Ｓ’が第２の凹面鏡２である放物トーリック面の回転基準軸５上に来るよう配置される。本実施例では、円弧上の照明領域の半径を１２０ｍｍ、第２の凹面鏡２への主光線４の入射角θ1 は４５゜、マスク３への主光線４の入射角θ2 は５゜とするために、
放物シリンドリカル面の放物線の焦点距離ｆ1 を５０ｍｍ、放物トーリック面の放物線の焦点距離ｆ2 を１２０ｍｍ、光源Ｓ（の虚像Ｓ’）から第２の凹面鏡２までの距離ａを130.997 ｍｍ、第２の凹面鏡２から回転基準軸５上のサジタル面内の集光点Ｔまでの距離ｂを1497.304ｍｍ、第２の凹面鏡２からマスク３までの距離ｃを120.458 ｍｍとした。
【００５７】
メリジオナル面内では、光源Ｓから発散する光束は、第１の凹面鏡１で反射したあと平行光束となり、第２の凹面鏡２で反射してマスク３上に集光する。即ち、メリジオナル面内では臨界照明（クリティカル照明）が行われる。マスク３上の幅0.8 ｍｍの領域が照明される。照明の開口数は0.02となるように第１の凹面鏡１のメリジオナル面内の幅を決めた。
【００５８】
サジタル面内では、光源Ｓから発散する光束のうち±２０゜の範囲を取り込むように第１の凹面鏡１のサジタル面内で光軸に垂直方向の幅を決めたので、円弧状の照明領域の長さ（弦の長さ）は８２ｍｍである。
サジタル面内では、光源Ｓ上の異なる位置から発して同じ方向に進む光線は、異なる角度でマスク３上の同一の位置に入射する。即ち、サジタル面内ではケーラー照明が行われる。
【００５９】
照明の開口数は、光源Ｓの大きさと第２の凹面鏡２とマスク３の距離ｃによって決まり0.02となっている。また、照明光の主光線４は、円錐状にマスク３に入射してトーリック面の回転基準軸５上で交わる。
なお、各凹面鏡の反射面には、波長１３ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ（モリブデン）／Ｓｉ（シリコン）多層膜を形成した。
【００６０】
マスク３は反射型のＸ線マスクであり、波長１３ｎｍの軟Ｘ線を反射するように構成されたＭｏ／Ｓｉ多層膜の上にＮｉ（ニッケル）の回路パターンが形成されたものである。
反射型のマスクを使用するために、照明装置（系）は非テレセントリックになっている。照明光の主光線４のマスク３への入射角は５゜とした。マスク３はマスクステージ６上に保持されている。
【００６１】
マスク３の直前には、所定の照明領域以外の領域へ入射する光線を遮蔽するためのスリット７が設けられているが、本実施例による照明装置（系）においてはその様な光線はごく僅かであるので、スリット７は省略することも出来る。
投影光学系８は、４枚の非球面ミラーからなる光学系であり、各ミラーの反射面には波長１３ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ／Ｓｉ多層膜が形成されている。
【００６２】
また、投影光学系８は、円弧状の領域で収差が補正された像側テレセントリックな光学系であり、縮小倍率は１／４、縮小側の開口数は0.08である。投影光学系８の光軸９は、照明装置（系）の第２の凹面鏡である放物トーリック面の回転基準軸５と一致するように、また、投影光学系８の入射瞳ＥＰ上に照明装置（系）のサジタル面内の集光点Ｔが来るように配置される。
【００６３】
この投影光学系８により、マスク３上の円弧状照明領域の回路パターンは、フォトレジストを塗布したウェファー１０上へ縮小転写される。ウェファー１０はウェファーホルダー１１に保持されている。
この露光装置では一度に円弧状の領域しか露光出来ないので、マスクステージ６とウェファーステージ１１とを同期して矢印の方向へ動かすことによってマスク３上の回路パターン全体をウェファー１０へ転写する。
【００６４】
本露光装置は、幅0.2 ｍｍ、長さ20.5ｍｍの円弧状の領域全体で、0.1 μｍ以下の解像力を有する。
【００６５】
【実施例２】
図８は本発明の第２の実施例である照明装置（系）およびこれを備えた露光装置を表す概略構成図である。
光源Ｓは第１の実施例と同様のレーザープラズマＸ線源であるので説明は省略する。
【００６６】
光源Ｓから発散する光束は放物シリンドリカル面の一部からなる第１の凹面鏡１で反射される。光源Ｓは、その第１の凹面鏡１による虚像Ｓ’が第２の凹面鏡２である放物トーリック面の回転基準軸５上に来るよう配置される。
本実施例では、円弧上の照明領域の半径を１２０ｍｍ、第２の凹面鏡２への主光線４の入射角θ1 は４５゜、マスク３への主光線４の入射角θ2 は０゜（テレセントリック）とするために、
放物シリンドリカル面の放物線の焦点距離ｆ1 を５０ｍｍ、放物トーリック面の放物線の焦点距離ｆ2 を１２０ｍｍ、光源Ｓ（の虚像Ｓ’）から第２の凹面鏡２までの距離ａを１２０ｍｍ、第２の凹面鏡２から回転基準軸５上のサジタル面内の集光点Ｔまでの距離ｂは無限大、第２の凹面鏡２からマスク３までの距離ｃを１２０ｍｍとした。
【００６７】
メリジオナル面内では、光源Ｓから発散する光束は、第１の凹面鏡１で反射したあと平行光束となり、第２の凹面鏡２で反射してマスク３上に集光する。即ち、メリジオナル面内では臨界照明（クリティカル照明）が行われる。マスク３上の幅0.8 ｍｍの領域が照明される。照明の開口数は0.02となるように第１の凹面鏡１のメリジオナル面内の幅を決めた。
【００６８】
サジタル面内では、光源Ｓから発散する光束のうち±２０゜の範囲を取り込むように第１の凹面鏡１のサジタル面内で光軸に垂直方向の幅を決めたので、円弧状の照明領域の長さ（弦の長さ）は８２ｍｍである。
サジタル面内では、光源Ｓ上の異なる位置から発して同じ方向に進む光線は、異なる角度でマスク３上の同一の位置に入射する。即ち、サジタル面内ではケーラー照明が行われる。
【００６９】
照明の開口数は、光源Ｓの大きさと第２の凹面鏡２とマスク３の距離ｃによって決まり0.02となっている。また、照明光の主光線４は、円筒状にマスク３に垂直に入射しテレセントリック条件を満たす。
なお、各凹面鏡の反射面には、波長１１ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ（モリブデン）／Ｂｅ（ベリリウム）多層膜を形成した。
【００７０】
マスク３は透過型のＸ線マスクであり、厚さ0.1 μｍのＳｉＮx （窒化シリコン）からなるメンブレン（自立膜）上にＡｕ（金）の回路パターンが形成されたものである。
マスク３の周辺部（Ｘ線を透過させない部分）にはＳｉ（シリコン）とガラスからなる支持枠が形成されている。マスク３はマスクステージ６上に保持されている。
【００７１】
マスク３の直前には、所定の照明領域以外の領域へ入射する光線を遮蔽するためのスリット７が設けられているが、本実施例による照明装置（系）においてはその様な光線はごく僅かであるので、スリット７は省略することも出来る。
投影光学系８は、４枚の非球面ミラーからなる光学系であり、各ミラーの反射面には波長１１ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ／Ｂｅ多層膜が形成されている。
【００７２】
また、投影光学系８は、円弧状の領域で収差が補正された像側テレセントリックな光学系であり、縮小倍率は１／４、縮小側の開口数は0.08である。投影光学系８の光軸９は、照明装置（系）の第２の凹面鏡２である放物トーリック面の回転基準軸５と一致するように、また、投影光学系８の入射瞳ＥＰ上に照明装置（系）のサジタル面内の集光点Ｔが来るように配置される。
【００７３】
この投影光学系８により、マスク３上の円弧状照明領域の回路パターンは、フォトレジストを塗布したウェファー１０上へ縮小転写される。ウェファー１０はウェファーホルダー１１に保持されている。
この露光装置では一度に円弧状の領域しか露光できないので、マスクステージ６とウェファーステージ１１とを同期して矢印の方向へ動かすことにより、マスク３上の回路パターン全体をウェファー１０へ転写する。
【００７４】
本露光装置は、幅0.2 ｍｍ、長さ20.5ｍｍの円弧状の領域全体で、0.085 μｍ以下の解像力を有する。
【００７５】
【実施例３】
図９は本発明の第３の実施例である照明装置（系）およびこれを備えた露光装置を表す概略構成図である。
光源Ｓは第１の実施例と同様のレーザープラズマＸ線源であるので説明は省略する。
【００７６】
光源Ｓから発散する光束は、楕円シリンドリカル面の一部からなる第１の凹面鏡１０１及び放物シリンドリカル面の一部からなる凸面鏡１０２で反射される。メリジオナル断面において、第１の凹面鏡１０１の断面である楕円の一方の焦点位置に光源Ｓが配置され、この楕円のもう一方の焦点位置と凸面鏡１０２の断面である放物線の焦点位置とは一致するよう配置される。
【００７７】
さらに、光源Ｓ、第１の凹面鏡１０１および凸面鏡１０２は、光源Ｓの第１の凹面鏡１０１および凸面鏡１０２による虚像Ｓ”が第２の凹面鏡２である放物トーリック面の回転基準軸５上にくるように配置される。
本実施例では、円弧上の照明領域の半径を１２０ｍｍ、第２の凹面鏡２への主光線４の入射角θ1 は３０゜、マスク３への主光線４の入射角θ2 は１０゜とするために、
第２の凹面鏡２である放物トーリック面の放物線の焦点距離ｆ2 を192 ｍｍ、光源Ｓ（の虚像Ｓ”）から第２の凹面鏡２までの距離ａを151.300 ｍｍ、第２の凹面鏡２から回転基準軸上のサジタル面内の集光点Ｔまでの距離ｂを818.754 ｍｍ、第２の凹面鏡２からマスク３までの距離ｃを127.701 ｍｍとした。
【００７８】
メリジオナル面内では、光源Ｓから発散する光束は、第１の凹面鏡１０１および凸面鏡１０２で反射した後、平行光束となり、第２の凹面鏡２で反射してマスク３上に集光する。
即ち、メリジオナル面内では臨界照明（クリティカル照明）が行われる。マスク３上の幅1.6 ｍｍの領域が照明される。照明の開口数は0.02となるように、第１の凹面鏡１０１のメリジオナル面内の幅を決めた。
【００７９】
サジタル面内では、光源Ｓから発散する光束のうち±２０゜の範囲を取り込むように第１の凹面鏡１０１のサジタル面内で光軸に垂直方向の幅を決めたので、円弧状の照明領域の長さ（弦の長さ）は８２ｍｍである。
サジタル面内では、光源Ｓ上の異なる位置から発して同じ方向に進む光線は、異なる角度でマスク３上の同一の位置に入射する。即ち、サジタル面内ではケーラー照明が行われる。
【００８０】
照明の開口数は、光源Ｓの大きさと第２の凹面鏡２とマスク３の距離ｃによって決まり0.02となっている。また、照明光の主光線４は、円錐状にマスク３に入射してトーリック面の回転基準軸５上で交わる。
なお、各凹面鏡の反射面には、波長１３ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ（モリブデン）／Ｓｉ（シリコン）多層膜を形成した。
【００８１】
マスク３は反射型のＸ線マスクであり、波長１３ｎｍの軟Ｘ線を反射するように構成されたＭｏ／Ｓｉ多層膜の上にＮｉ（ニッケル）の回路パターンが形成されたものである。
反射型のマスクを使用するために、照明装置（系）は非テレセントリックになっている。照明光の主光線４のマスク３への入射角は１０゜とした。マスク３はマスクステージ６上に保持されている。
【００８２】
マスク３の直前には、所定の照明領域以外の領域へ入射する光線を遮蔽するためのスリット７が設けられているが、本実施例による照明装置（系）においてはその様な光線はごく僅かであるので、スリット７は省略することもできる。
投影光学系８は、４枚の非球面ミラーからなる光学系であり、各ミラーの反射面には波長１３ｎｍの軟Ｘ線を選択的に反射するように構成されたＭｏ／Ｓｉ多層膜が形成されている。
【００８３】
また、投影光学系８は、円弧状の領域で収差が補正された像側テレセントリックな光学系であり、縮小倍率は１／４、縮小側の開口数は0.08である。投影光学系８の光軸９は、照明装置（系）の第２の凹面鏡である放物トーリック面の回転基準軸５と一致するように、また、投影光学系８の入射瞳ＥＰ上に照明装置（系）のサジタル面内の集光点Ｔが来るように配置される。
【００８４】
この投影光学系８により、マスク３上の円弧状照明領域の回路パターンは、フォトレジストを塗布したウェファー１０上へ縮小転写される。ウェファー１０はウェファーホルダー１１に保持されている。
この露光装置では一度に円弧状の領域しか露光出来ないので、マスクステージ６とウェファーステージ１１とを同期して矢印の方向へ動かすことによってマスク３上の回路パターン全体をウェファー１０へ転写する。
【００８５】
本露光装置は、幅0.4 ｍｍ、長さ20.5ｍｍの円弧状の領域全体で、0.1 μｍ以下の解像力を有する。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、オプティカルインテグレータを用いることなく、小数（２〜３枚）のミラーにより照明光学系を構成することができる。そのため、オプティカルインテグレータで光束を発散させることによる光量の損失が無くなり、また反射面の増加による光量の損失も最小限に抑えられるので、照明装置の効率を向上させることができる。
【００８７】
また、その結果、該照明装置系を備えた露光装置のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明にかかる照明装置（一例）の光学系であり、メリジオナル面内の断面図である。
【図２】は、本発明による照明装置（一例）の機能を示す説明図である。
【図３】は、本発明にかかる照明装置（一例）の光学系であり、メリジオナル面内の断面図である。
【図４】は、本発明による照明装置（一例）の機能を示す説明図である。
【図５】は、オプティカルインテグレータを用いた従来の照明装置の構成図である。
【図６】は、放物トーリック面形状を有する反射鏡による照明装置（一例）の概念図である。
【図７】は、本発明による照明装置を備えた露光装置の第１の実施例（軟Ｘ線縮小投影露光装置）を示す概略構成図である。
【図８】は、本発明による照明装置を備えた露光装置の第２の実施例（軟Ｘ線縮小投影露光装置）を示す概略構成図である。
【図９】は、本発明による照明装置を備えた露光装置の第３の実施例（軟Ｘ線縮小投影露光装置）を示す概略構成図である。
【主要部分の符号の説明】
Ｓ ・・・光源
１ ・・・第１の凹面鏡
２ ・・・第２の凹面鏡
３ ・・・マスク
４ ・・・照明光の主光線
５ ・・・トーリック面の回転基準軸（回転中心軸）
６ ・・・マスクステージ
７ ・・・スリット
８ ・・・投影光学系
９ ・・・投影光学系の光軸
１０・・・ウェファー
１１・・・ウェファーステージ
以上[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illuminating device that illuminates an object to be illuminated in an arc shape, and an exposure apparatus including the illuminating (device) system, and in particular, a photomask (mask) by a mirror projection method such as a soft X-ray optical system. The present invention also relates to an apparatus suitable for use in transferring a circuit pattern on a reticle) onto a substrate such as a wafer via a reflection type projection optical system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in exposure in semiconductor manufacturing, a circuit pattern formed on a photomask (hereinafter referred to as mask) surface as an object surface is projected onto a substrate (hereinafter referred to as wafer) such as a wafer via a projection optical system. Transcription.
This projection optical system has a plurality of reflecting mirrors, and only the arc-shaped good image area off the axis of the projection optical system is used, and only the arc area on the mask is projected and transferred onto the wafer. Therefore, the circuit pattern of the entire mask is transferred onto the wafer by scanning the mask and the wafer in a certain direction.
[0003]
The exposure by this scanning method has an advantage that a high resolution can be obtained with a relatively high throughput.
In this type of exposure, an illumination optical system that can efficiently illuminate a circular arc region on a mask uniformly and with a constant numerical aperture (NA) is desired. -235470) proposes an illumination optical system that has a light source section for supplying a parallel light beam, a reflective optical integrator, and a concave mirror with a parabolic toric surface shape, and that can uniformly illuminate a mask on an arc. The conceptual diagram is shown in FIG.
[0004]
In this illumination optical system, a light source unit 1 that supplies a parallel light beam is used, and the light source unit 1 that is multiplexed in the sagittal plane by a one-dimensional optical integrator 2 having power only in the sagittal plane (a plane perpendicular to the paper). Next light source I is made. However, the light flux remains parallel within the meridional plane (a plane parallel to the paper surface).
Then, by converging the luminous flux from the secondary light source I by the parabolic toric surface-shaped mirror 3, critical illumination (critical illumination) for forming an image of the light source on the mask in the meridional plane is performed, In addition, Kohler illumination is performed to illuminate the mask from different directions of parallel light in the sagittal plane.
[0005]
Koehler illumination is effective for uniform illumination over a wide area, but in the above case (Japanese Patent Laid-Open No. 7-235470), an optical integrator is used, which is not efficient. Therefore, in JP-A-7-235470, the efficiency of the optical system is improved by using critical illumination within a narrow meridional plane to be illuminated.
[0006]
A reflective optical integrator that can be used in the X-ray wavelength region is described in an application (Japanese Patent Laid-Open No. 6-235797) filed by the same applicant as the present application.
The function of the concave mirror having a parabolic toric surface shape used here is described in detail in an application (Japanese Patent Laid-Open No. 6-97047) filed by the same applicant as the present application. The principle diagram is shown in FIG.
[0007]
This parabolic toric surface reflector has a symmetry axis Ax of a parabola PA. 0 Above, the axis AX perpendicular to this 1 This axis AX 1 The parabola PA is rotated around the axis. Axis of symmetry AX 0 Is reflected by the parabolic toric surface reflecting mirror 3, and the focal point C of the parabola PA is reflected. BF Condensed to
On the other hand, the rotation center axis AX 1 When a point light source I is provided above and focusing on the light beam diverging from the point light source I, the distance from the point light source I to the reflecting surface and the focal point C BF Are equal to each other after being reflected by the parabolic toric surface reflecting mirror 3.
[0008]
The behavior of the light beam in the meridional plane (plane parallel to the paper surface) can be easily understood, but in the sagittal plane (plane perpendicular to the paper surface), the parallel light flux is concentrated at the focal point, and the rotation axis AX 1 A major feature of a concave mirror with a parabolic toric surface shape is that the light beam diverging from above becomes a parallel light beam.
Therefore, using the optical integrator, the rotation center axis AX 1 If a plurality of secondary light sources are formed on the mask, Koehler illumination can be performed on the mask. This optical system also has a rotation center axis AX. 1 Since it is rotationally symmetric around, an arcuate area is illuminated.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional techniques as described above, since the optical integrator is used to diverge the light flux, there is a problem that the number of light rays that do not contribute to illumination increases, and the efficiency of the illumination optical system is reduced.
Further, since a light source unit for supplying a parallel light beam is necessary, a light source for generating parallel light such as a radiant light source may be used, but a light source for supplying a divergent light beam such as a laser plasma X-ray source is used. In this case, it is necessary to convert the divergent light beam into a parallel light beam in advance by a parabolic mirror or the like.
[0010]
However, since the reflectivity of the reflecting mirror is low in the soft X-ray region, there is a problem that an increase in the reflecting surface greatly reduces the efficiency of the optical system.
In the exposure apparatus, if the efficiency of the illumination optical system or the illumination apparatus decreases, the throughput (the number of wafers that can be processed per unit time) decreases, which is a serious problem.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and includes an illumination device that can improve efficiency with a simple configuration without using an optical integrator, and the illumination (device) system. Accordingly, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus with improved throughput.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, firstly, “at least a light source of a predetermined size or a light source part that forms an image thereof, and a condensing optical system that illuminates an object to be illuminated in an arc shape by condensing a light beam from the light source part. In a lighting device having a system,
The condensing optical system has a first concave mirror and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the focal point of a parabola that is a meridional section of the first concave mirror,
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a parallel luminous flux in the meridional plane and a divergent luminous flux in the sagittal plane,
The second concave mirror has a parabola axis that is a cross section in parallel in the meridional plane and is parallel to the parallel light beam, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror is the second concave mirror. The parabolic toric surface constituting the concave mirror is arranged on or near the rotation reference axis,
After being reflected by the first concave mirror, the light beam reflected by the second concave mirror is focused at or near the focal point of the parabola that is the meridional section of the second concave mirror within the sagittal plane. In the second parabolic toric surface constituting the second concave mirror is focused on or near the rotation reference axis,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. Provided is an illuminating device characterized in that the relationship 1 / a + 1 / b = 1 / c is established, where c is the distance from the focusing point to the converging point in the meridional plane. To do.
[0013]
In addition, the present invention secondly describes, “at least a light source of a predetermined size or a light source unit that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source unit to illuminate an object to be illuminated in an arc shape. In a lighting device having a system,
The condensing optical system includes a first concave mirror, a convex mirror, and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of an elliptic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The convex mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the first focal point of an ellipse that is a meridional section of the first concave mirror,
The convex mirror is arranged such that the focal point of the parabola that is the meridional section and the second focus of the ellipse that is the meridional section of the first concave mirror coincide with each other.
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a convergent luminous flux in the meridional plane, a divergent luminous flux in the sagittal plane, and the luminous flux subsequently reflected by the convex mirror is parallel in the meridional plane. The luminous flux becomes a divergent luminous flux in the sagittal plane,
In the meridional plane, the second concave mirror has a parabola axis that is a cross section of the second concave mirror parallel to the parallel light flux, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror and the convex mirror is Arranged to be located on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The light beam reflected by the first concave mirror and the convex mirror and then reflected by the second concave mirror is converged at or near the focal point of the parabola, which is the meridional section of the second concave mirror, in the meridional plane. Inside, it is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. Provided is an illuminating device characterized in that a relationship of 1 / a + 1 / b = 1 / c is established, where c is the distance from the focal point to the focal point in the meridional plane. To do.
[0014]
Further, the present invention thirdly "reflects X-rays of a predetermined wavelength on the reflecting surfaces of the first concave mirror and the second concave mirror, or on the reflecting surfaces of the first concave mirror, the second concave mirror and the convex mirror. A lighting device (claim 3) according to claim 1 or 2, characterized in that a multilayer film is provided.
According to the present invention, a fourth aspect is that the multilayer film is molybdenum / silicon, molybdenum / silicon compound, molybdenum / beryllium, ruthenium / silicon, ruthenium / silicon compound, ruthenium / beryllium, rhodium / silicon, rhodium / silicon compound, or 4. The lighting device according to claim 3, characterized in that the lighting device is formed by an alternating multilayer film alternately stacked a plurality of times in any one combination of rhodium / beryllium.
[0015]
Further, according to the fifth aspect of the present invention, “an image of a first object provided with a predetermined pattern is formed on a second object via a projection imaging optical system, and the first object and the second object are moved. In an exposure apparatus that performs exposure while
An illuminating device system including at least a light source having a predetermined size or a light source unit that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source unit and illuminates the first object in an arc shape. Has
The condensing optical system has a first concave mirror and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the focal point of a parabola that is a meridional section of the first concave mirror,
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a parallel luminous flux in the meridional plane and a divergent luminous flux in the sagittal plane,
The second concave mirror has a parabola axis that is a cross section in parallel in the meridional plane and is parallel to the parallel light beam, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror is the second concave mirror. The parabolic toric surface constituting the concave mirror is arranged on or near the rotation reference axis,
The light flux reflected by the second concave mirror after being reflected by the first concave mirror is focused at or near the focal point of the parabola that is the meridional section of the second concave mirror in the meridional plane, and in the sagittal plane. Is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. And the distance from the focal point to the converging point in the meridional plane is defined as 1 / a + 1 / b = 1 / c.
The first object that is an object to be irradiated is installed in a plane that includes a focusing point in the meridional plane of the second concave mirror and is perpendicular to the rotation reference axis of the concave mirror,
A rotation reference axis of the second concave mirror coincides with an optical axis of the projection imaging optical system;
An exposure apparatus (Claim 5) is provided in which the position of the focal point in the sagittal plane by the second concave mirror is arranged on the entrance pupil of the projection imaging optical system.
[0016]
According to the sixth aspect of the present invention, “an image of a first object having a predetermined pattern is formed on a second object via a projection imaging optical system, and the first object and the second object are moved. In an exposure apparatus that performs exposure while
An illuminating device system including at least a light source having a predetermined size or a light source unit that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source unit and illuminates the first object in an arc shape. Has
The condensing optical system includes a first concave mirror, a convex mirror, and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of an elliptic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The convex mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the first focal point of an ellipse that is a meridional section of the first concave mirror,
The convex mirror is arranged such that the focal point of the parabola that is the meridional section and the second focus of the ellipse that is the meridional section of the first concave mirror coincide with each other.
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a convergent luminous flux in the meridional plane, a divergent luminous flux in the sagittal plane, and the luminous flux subsequently reflected by the convex mirror is parallel in the meridional plane. The luminous flux becomes a divergent luminous flux in the sagittal plane,
In the meridional plane, the second concave mirror has a parabola axis that is a cross section of the second concave mirror parallel to the parallel light flux, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror and the convex mirror is Arranged to be located on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The light beam reflected by the first concave mirror and the convex mirror and then reflected by the second concave mirror is converged at or near the focal point of the parabola, which is the meridional section of the second concave mirror, in the meridional plane. Inside, it is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. And the distance from the focal point to the converging point in the meridional plane is defined as 1 / a + 1 / b = 1 / c.
The first object that is an object to be irradiated is installed in a plane that includes a focusing point in the meridional plane of the second concave mirror and is perpendicular to the rotation reference axis of the concave mirror,
A rotation reference axis of the second concave mirror coincides with an optical axis of the projection imaging optical system;
An exposure apparatus (Claim 6) is provided in which the position of the focal point in the sagittal plane by the second concave mirror is disposed on the entrance pupil of the projection imaging optical system.
[0017]
Further, according to the seventh aspect of the present invention, “X-rays having a predetermined wavelength are reflected on the reflecting surfaces of the first concave mirror and the second concave mirror, or on the reflecting surfaces of the first concave mirror, the second concave mirror and the convex mirror. 7. An exposure apparatus according to claim 5 or claim 6, wherein a multilayer film is provided.
Further, according to an eighth aspect of the present invention, “the multilayer film is molybdenum / silicon, molybdenum / silicon compound, molybdenum / beryllium, ruthenium / silicon, ruthenium / silicon compound, ruthenium / beryllium, rhodium / silicon, rhodium / silicon compound, or 8. An exposure apparatus according to claim 7 (Claim 8), characterized in that the exposure apparatus (Claim 8) is formed by an alternating multilayer film alternately laminated a plurality of times in any one combination of rhodium / beryllium.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an optical system included in a first illumination device (one example) according to the present invention.
The first concave mirror 1 has a parabolic cylindrical shape and has power only in the meridional plane (in the plane of FIG. 1).
[0019]
The light source unit S is disposed at a parabolic focal position F1 that is a meridional section of the first concave mirror 1. The light beam diverging from the light source S is reflected by the first concave mirror 1 and then parabolic axis l in the meridional plane. 1 A parallel light beam CR parallel to the light beam, and a light beam diverging from the virtual image S ′ of the first concave mirror 1 of the light source unit S in the sagittal plane.
The second concave mirror 2 is in a meridional plane and has a parabolic toric surface shape obtained by rotating a parabola around a reference axis l passing through the virtual image S ′ of the light source. The parabolic axis l which is the meridional section of the second concave mirror 2 2 Are arranged so as to be parallel to the parallel light beam CR, and the light beam in the meridional plane is reflected by the second concave mirror 2 and then converged to the focal point F2. A mask M is arranged at this position.
[0020]
Since the second concave mirror 2 is rotationally symmetric with respect to the reference axis l, an arc-shaped area is illuminated on the mask M.
In the meridional plane, critical illumination (critical illumination) is performed in which an image (real image) of the light source S is formed on the mask M, as can be easily understood from FIG. In critical illumination, the numerical aperture on the light source side determines the numerical aperture of the illumination, and the size of the light source determines the size of the illumination area. In the sagittal plane, the light beam reflected by the second concave mirror is converged conically at the intersection T with the reference axis l.
[0021]
In FIG. 1, the distance from the light source S to the reflection surface of the second concave mirror 2 through the reflection surface P of the first concave mirror 1 along the principal ray CR is represented by a (this is the second from the virtual image S ′ of the light source S to the second image. The distance from the reflecting surface Q to the intersection T with the reference axis 1 is b, and the distance from the reflecting surface Q to the mask M is c.
For easy understanding, FIG. 2 shows the state of light rays by replacing the mirror with a lens system.
[0022]
First, in the meridional plane, a divergent light beam emitted from the light source S is converted into a parallel light beam by a lens (hereinafter referred to as a lens P) placed at a position P, and a lens (hereinafter referred to as a lens Q and a lens Q) placed at a position Q. And then focusing on the mask M (FIG. 2A).
In the sagittal plane, the first concave mirror 1 merely serves as a plane mirror and does not have a lens action, so only creates a virtual image S ′ of the light source S. The divergent light beam emitted from the virtual image S ′ of the light source is focused on T by the lens Q (FIG. 2B).
[0023]
At this time,
1 / a + 1 / b = 1 / c 1 set
If these conditions are satisfied, parallel rays emitted from different points on the light source are focused on the same point on the mask M. When this condition is satisfied, each point on the mask M is illuminated with uniform illuminance and uniform numerical aperture. That is, Koehler illumination is achieved. In the case of Koehler illumination, the size of the light source S determines the numerical aperture of the illumination, and the numerical aperture on the light source side determines the size of the illumination area.
[0024]
In FIG. 1, if the reference axis 1 is made to coincide with the optical axis of the projection optical system (not shown) and the intersection point T is located on the entrance pupil plane EP of the projection optical system, the region on the arc on the mask M In this case, Koehler illumination is performed in the sagittal plane, and critical illumination is performed in the meridional plane.
Next, the relationship between the size and divergence angle of the light source, the numerical aperture of illumination, and the size of the illumination area will be described with reference to FIG. 2 in which the concave mirror is replaced with a lens system.
[0025]
First, in the meridional plane shown in FIG. MO , The divergence angle of the light beam diverging from the light source is θ MO , The size of the illumination area on the mask M is W M , The numerical aperture (NA) of illumination sin θ M And the distance from the light source S to the lens P (focal length of the lens P) is f1, and the distance from the lens Q to the mask M (focal length of the lens Q) is f2.
f1 · sinθ MO = F2 · sinθ M Therefore, the numerical aperture of illumination is sin
θ M = (F1 / f2) · sinθ MO Given in. In the optical system of soft X-ray reduction projection exposure, the numerical aperture is not so large (less than about 0.1), so the numerical aperture of the illumination in the meridional direction sin θ M Is ~ θ M = (F1 / f2) · θ MO = K · θ MO It becomes.
[0026]
The size of the illumination area in the meridional direction is W M = (F2 / f1) · W MO = KW MO Given in.
k is a magnification in the meridional plane of this optical system, but an arbitrary value can be obtained by moving the position of the lens P. In general, a laser plasma light source used as a soft X-ray light source is an isotropic light source having a small size (approximately several hundreds of micrometers). Therefore, if the magnification k is increased, the effective solid angle on the light source side is increased and illumination is performed. This is effective because the area can be widened.
[0027]
As described above, θ in the meridional plane MO Is θ M W MO Is W M Decide. θ MO Is determined by the size of the reflecting surface of the first concave mirror 1 or the second concave mirror 2 in the meridional direction.
Next, in the sagittal plane shown in FIG. SO , The divergence angle of the light beam diverging from the light source is θ SO , The size of the illumination area on the mask M is W S , The numerical aperture of illumination sinθ S Then,
W SO = 2c · sinθ S Therefore, the numerical aperture of illumination in the sagittal direction is sin θ S = W SO / 2c. The size of the sagittal illumination area is W S = 2c · tan θ SO Given in. W S Represents the chord length of the illumination area on the arc.
[0028]
As described above, W in the sagittal plane SO Is θ S Determine θ SO Is W S Decide.
θ SO Is determined by the size of the reflecting surface of the first concave mirror 1 or the second concave mirror 2 in the sagittal direction.
The range of the reflecting surface of each concave mirror is the above θ MO And θ SO To be covered. Parameters for determining the size and shape of the illumination system of the present invention are determined as follows.
[0029]
First, the following two conditions should be satisfied by the parabolic cylindrical mirror that is the first concave mirror.
(1) The width of the parallel light beam in the meridional plane is set to a predetermined value. This determines the numerical aperture of the illumination in the meridional plane.
(2) The virtual image S ′ of the light source is arranged so as to be on the rotation reference axis 1 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2.
[0030]
As long as these conditions are satisfied, the parabolic cylindrical mirror as the first concave mirror 1 can be freely arranged, and by bringing this mirror close to the light source S, the solid angle of condensing can be expanded.
Next, the degree of freedom of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2 is 3, for example, in FIG. 1, the incident angle θ of the chief ray CR to the mirror 2 1 And incident angle θ on mask M 2 Is designated, the entire shape is determined, and when the radius R of the arcuate illumination area is designated, all dimensions are determined.
[0031]
Tables 1 to 3 show examples of design values of an elliptic parabolic toric surface. f is the focal length of the parabola, and a, b, and c are the distances SQ, QT, and QM (along the principal ray CR) in FIG. 1, respectively. The radius R of the arcuate illumination area was 120 mm. Table 1 shows the incident angle θ of the chief ray CR on the mask. 2 Table 2 and Table 3 show the incident angle θ of the principal ray CR on the mask when the telecentric condition is 0 °. 2 Are non-telecentric conditions of 5 ° and 10 °, respectively.
[0032]
Incident angle θ of chief ray CR to second concave mirror 2 (parabolic toric surface) 1 The parabola design values when the angle is changed from 5 ° to 80 ° are as shown in these tables. Appropriate parameters can be selected in consideration of the arrangement of the optical system in the entire exposure apparatus.
[0033]
[Table 1]
Figure 0003794442
[0034]
[Table 2]
Figure 0003794442
[0035]
[Table 3]
Figure 0003794442
[0036]
As described above, the case where the parabolic cylindrical mirror is used for the first concave mirror 1 and the parabolic toric mirror is used for the second concave mirror 2 has been described in detail. In the present invention, instead of the first concave mirror 1, a concave mirror and a convex mirror are used. Combinations can also be used.
FIG. 3 is a diagram showing the principle of the optical system of the second illumination device (one example) according to the present invention.
[0037]
The first concave mirror 101 has an elliptic cylindrical surface shape and has power only in the meridional plane (in the plane of FIG. 3).
The light source unit S is disposed at an elliptical first focal position F1 that is a meridional section of the first concave mirror 101. The light beam diverging from the light source unit S is reflected by the first concave mirror 101 and then becomes a light beam that converges to the elliptical second focal point F2 in the meridional plane. The luminous flux diverges from S ′.
[0038]
The convex mirror 102 has a parabolic cylindrical shape and has power only in the meridional plane.
In the meridional section, the second focal position F2 of the ellipse of the first concave mirror 101 and the focal position of the parabola of the convex mirror 102 are arranged to coincide.
In the meridional plane, the light beam focused toward F2 is reflected by the convex mirror 102, and then the axis l of the parabola. 1 A parallel light beam parallel to, and a virtual image in the sagittal plane
The light beam diverges from the virtual image S ″ by the convex mirror 102 of S ′.
[0039]
The second concave mirror 2 is in a meridional plane and has a parabolic toric surface shape obtained by rotating a parabola around a reference axis 1 passing through the virtual image S ″ of the light source. In the meridional section of the second concave mirror 2, A parabola axis l 2 Are arranged so as to be parallel to the parallel light beam, and the light beam in the meridional plane is reflected by the second concave mirror 2 and then converged to the focal point F3. A mask M is arranged at this position.
[0040]
Since the second concave mirror 2 is rotationally symmetric with respect to the reference axis l, an arc-shaped region on the mask M is illuminated.
In the meridional plane, as can be easily understood from FIG. 3, critical illumination (critical illumination) in which an image (real image) of the light source unit S is formed on the mask M is performed. In critical illumination, the numerical aperture on the light source side determines the numerical aperture of the illumination, and the size of the light source determines the size of the illumination area. Further, in the sagittal plane, the light beam reflected by the second concave mirror 2 is converged conically at the intersection point T with the reference axis l.
[0041]
In FIG. 3, the distance from the light source S to the reflection surface Q of the second concave mirror 2 through the reflection surface P1 of the first concave mirror 101 and the reflection surface P2 of the convex mirror 102 along the principal ray CR is represented by a (this is the light source). The distance from the reflecting surface Q to the intersection point T with the reference axis l is b, and the distance from the reflecting surface Q to the mask M is c. And
[0042]
For easy understanding, FIG. 4 shows the state of light rays by replacing the concave mirror with a lens system.
First, in the meridional plane, the divergent light beam emitted from the light source S is parallel by a lens placed at a position P1 (hereinafter referred to as a lens P1) and a lens placed at a position P2 (hereinafter referred to as a lens P2). It becomes a light beam and is focused on the mask M by a lens (hereinafter referred to as a lens Q) placed at the position of Q (FIG. 4A).
[0043]
In the sagittal plane, the first concave mirror 101 and the convex mirror 102 serve only as a plane mirror and have no lens action, and therefore only create a virtual image S ″ of the light source S. The divergent light beam emitted from the virtual image S ″ of the light source is a lens. The light is focused on T by Q (FIG. 4B).
At this time,
1 / a + 1 / b = 1 / c 1 set
If these conditions are satisfied, parallel rays emitted from different points on the light source are focused on the same point on the mask M. When this condition is satisfied, each point on the mask M is illuminated with uniform illuminance and uniform numerical aperture. That is, Koehler illumination is achieved. In the case of Koehler illumination, the size of the light source S determines the numerical aperture of the illumination, and the numerical aperture on the light source side determines the size of the illumination area.
[0044]
In FIG. 3, if the reference axis l coincides with the optical axis of the projection optical system (not shown) and the intersection T is arranged on the entrance pupil plane EP of the projection optical system, the region on the arc on the mask M Thus, Kohler illumination is performed in the sagittal plane, and critical illumination is performed in the meridional plane.
Since the relationship between the size and divergence angle of the light source, the numerical aperture of the illumination and the size of the illumination area, and the method of determining the parameters for determining the dimensions and shape of the illumination system are the same as in the first illumination device according to the present invention, Description is omitted.
[0045]
Compared with the first lighting device according to the present invention, the second lighting device according to the present invention increases the number of reflecting surfaces, but the condensing angle from the light source S in the meridional plane (FIG. 4). θ MO ) Can be taken large, so that there is an advantage that the use efficiency of the light source is increased and the throughput is increased when applied to an exposure apparatus.
As described above, the illumination optical system of the present invention can realize critical illumination (critical illumination) in the meridional plane and Koehler illumination in the sagittal plane by relatively few reflecting surfaces of two or three. .
[0046]
FIG. 1 and FIG. 3 show a non-telecentric case where the incident of the principal ray CR of the illumination light on the mask M is not vertical (mask side).
In general, in soft X-ray reduction projection exposure, it is difficult to produce a large-area transmission mask, and a reflection mask is used. If a reflective mask is used, it must be non-telecentric so that the incident light on the mask does not overlap with the reflected light, and the present invention is suitable for such use.
[0047]
However, it is also possible to apply the illumination system according to the present invention to a telecentric case, in which case b is infinite and a cylindrical light beam illuminates the mask and does not intersect the reference axis l (in the case of Table 1). ).
The concave mirror and the reflecting surface of the convex mirror according to the present invention are preferably formed of a multilayer film that reflects soft X-rays having a predetermined wavelength.
[0048]
The multilayer film is made of a combination of molybdenum / silicon, molybdenum / silicon compound, molybdenum / beryllium, ruthenium / silicon, ruthenium / silicon compound, ruthenium / beryllium, rhodium / silicon, rhodium / silicon compound, or rhodium / beryllium. Among these, it is preferable to form by an alternate multilayer film in which any one combination is alternately laminated a plurality of times.
[0049]
However, the present invention is not limited to these, and a multilayer film of a combination of other materials can also be used.
Among these multilayer films, in particular, a multilayer film using silicon or a silicon compound as one material is preferable when soft X-rays having a wavelength of around 13 nm are used, and a multilayer film using beryllium as one material is This is preferable when soft X-rays having a wavelength of around 11 nm are used.
[0050]
As described above, according to the present invention, an illumination optical system can be configured with as few as two or three mirrors without using an optical integrator or the like. The loss of light quantity is eliminated, and the loss of light quantity due to the increase in the number of reflecting surfaces can be minimized, so that the efficiency of the lighting device can be improved.
[0051]
As a result, the throughput of an exposure apparatus provided with the illumination (apparatus) system can be improved.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0052]
[Example 1]
FIG. 7 is a schematic block diagram showing an illumination apparatus (system) and an exposure apparatus having the same according to the first embodiment of the present invention.
All soft X-ray optical systems are arranged in a vacuum vessel in order to prevent absorption of soft X-rays by air.
[0053]
As the light source S, a laser plasma X-ray source was used. By condensing the pulsed emission of the Nd: YAG laser and irradiating the target surface made of a tantalum (Ta) plate (these are not shown), plasma is generated near the target surface, and X-rays are generated from this plasma. Is released.
The target material is not limited to Ta. For example, Sn,
Pb, Sb, W, Au, etc. may be used. An alloy or a compound may be used.
[0054]
The Nd: YAG laser light source is installed in the atmosphere, and the laser light is introduced into the vacuum container through the window of the vacuum container. The optical system for condensing the laser beam may be installed either in the atmosphere or in a vacuum.
The size of such a laser plasma light source is determined by the condensing diameter of the laser, but generally has a diameter of about 0.1 to 1 mm. If this is increased too much, the energy density to be input is reduced and X-rays are not generated.
[0055]
In this example, in order to obtain the light source S having a size in the sagittal plane, the laser was condensed and irradiated in a flat elliptical shape having a dimension of 0.3 mm in the meridional plane and 4.8 mm in the sagittal plane.
The laser used for the laser plasma X-ray source is not limited to the Nd: YAG laser, and may be a high-power pulse laser. For example, a laser such as an excimer laser, a glass laser, or a titanium sapphire laser can be used.
[0056]
The light beam diverging from such a light source S is reflected by the first concave mirror 1 formed of a part of a parabolic cylindrical surface. The light source S is arranged such that the virtual image S ′ by the first concave mirror 1 is on the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2. In this embodiment, the radius of the illumination area on the arc is 120 mm, and the incident angle θ of the principal ray 4 to the second concave mirror 2 1 Is 45 °, the incident angle θ of the principal ray 4 on the mask 3 2 To be 5 °,
The parabolic focal length f1 of the parabolic cylindrical surface is 50 mm, the parabolic focal length f2 of the parabolic toric surface is 120 mm, the distance a from the light source S (virtual image S ′) to the second concave mirror 2 is 130.997 mm, the second The distance b from the concave mirror 2 to the condensing point T in the sagittal plane on the rotation reference axis 5 was 1947.304 mm, and the distance c from the second concave mirror 2 to the mask 3 was 120.458 mm.
[0057]
In the meridional plane, the light beam diverging from the light source S becomes a parallel light beam after being reflected by the first concave mirror 1, reflected by the second concave mirror 2, and condensed on the mask 3. That is, critical illumination (critical illumination) is performed in the meridional plane. An area with a width of 0.8 mm on the mask 3 is illuminated. The width in the meridional plane of the first concave mirror 1 was determined so that the numerical aperture of illumination was 0.02.
[0058]
In the sagittal plane, the width in the direction perpendicular to the optical axis is determined in the sagittal plane of the first concave mirror 1 so as to capture a range of ± 20 ° of the luminous flux diverging from the light source S. The length (string length) is 82 mm.
In the sagittal plane, light rays originating from different positions on the light source S and traveling in the same direction enter the same position on the mask 3 at different angles. That is, Koehler illumination is performed in the sagittal plane.
[0059]
The numerical aperture of illumination is determined by the size of the light source S and the distance c between the second concave mirror 2 and the mask 3 and is 0.02. Also, the principal ray 4 of the illumination light enters the mask 3 in a conical shape and intersects on the rotation reference axis 5 of the toric surface.
Note that a Mo (molybdenum) / Si (silicon) multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm was formed on the reflecting surface of each concave mirror.
[0060]
The mask 3 is a reflection type X-ray mask in which a circuit pattern of Ni (nickel) is formed on a Mo / Si multilayer film configured to reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm.
Due to the use of a reflective mask, the illumination device (system) is non-telecentric. The incident angle of the chief ray 4 of the illumination light to the mask 3 was 5 °. The mask 3 is held on a mask stage 6.
[0061]
Immediately before the mask 3, there is provided a slit 7 for shielding light incident on a region other than the predetermined illumination region. In the illumination apparatus (system) according to the present embodiment, such a light beam is very small. Therefore, the slit 7 can be omitted.
The projection optical system 8 is an optical system composed of four aspherical mirrors, and a Mo / Si multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm is formed on the reflecting surface of each mirror. Has been.
[0062]
The projection optical system 8 is an image side telecentric optical system in which aberration is corrected in an arcuate region, and the reduction magnification is 1/4 and the numerical aperture on the reduction side is 0.08. The optical axis 9 of the projection optical system 8 illuminates on the entrance pupil EP of the projection optical system 8 so as to coincide with the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface that is the second concave mirror of the illumination device (system). It arrange | positions so that the condensing point T in the sagittal surface of an apparatus (system) may come.
[0063]
By this projection optical system 8, the circuit pattern of the arcuate illumination area on the mask 3 is reduced and transferred onto the wafer 10 coated with a photoresist. The wafer 10 is held by a wafer holder 11.
Since this exposure apparatus can only expose an arc-shaped area at a time, the entire circuit pattern on the mask 3 is transferred to the wafer 10 by moving the mask stage 6 and the wafer stage 11 in the direction of the arrow in synchronization.
[0064]
This exposure apparatus has a resolution of 0.1 μm or less over the entire arc-shaped region having a width of 0.2 mm and a length of 20.5 mm.
[0065]
[Example 2]
FIG. 8 is a schematic block diagram showing an illumination apparatus (system) and an exposure apparatus having the same according to a second embodiment of the present invention.
Since the light source S is a laser plasma X-ray source similar to that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0066]
The light beam diverging from the light source S is reflected by the first concave mirror 1 formed of a part of a parabolic cylindrical surface. The light source S is arranged such that the virtual image S ′ by the first concave mirror 1 is on the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2.
In this embodiment, the radius of the illumination area on the arc is 120 mm, and the incident angle θ of the principal ray 4 to the second concave mirror 2 1 Is 45 °, the incident angle θ of the principal ray 4 on the mask 3 2 Is 0 ° (telecentric)
The parabolic focal length f1 of the parabolic cylindrical surface is 50 mm, the parabolic focal length f2 of the parabolic toric surface is 120 mm, the distance a from the light source S (virtual image S ′) to the second concave mirror 2 is 120 mm, the second The distance b from the concave mirror 2 to the condensing point T in the sagittal plane on the rotation reference axis 5 is infinite, and the distance c from the second concave mirror 2 to the mask 3 is 120 mm.
[0067]
In the meridional plane, a light beam diverging from the light source S becomes a parallel light beam after being reflected by the first concave mirror 1, reflected by the second concave mirror 2, and condensed on the mask 3. That is, critical illumination (critical illumination) is performed in the meridional plane. An area with a width of 0.8 mm on the mask 3 is illuminated. The width of the first concave mirror 1 in the meridional plane was determined so that the numerical aperture of illumination was 0.02.
[0068]
In the sagittal plane, the width in the direction perpendicular to the optical axis is determined in the sagittal plane of the first concave mirror 1 so as to capture a range of ± 20 ° of the luminous flux diverging from the light source S. The length (string length) is 82 mm.
In the sagittal plane, light rays originating from different positions on the light source S and traveling in the same direction enter the same position on the mask 3 at different angles. That is, Koehler illumination is performed in the sagittal plane.
[0069]
The numerical aperture of illumination is determined by the size of the light source S and the distance c between the second concave mirror 2 and the mask 3 and is 0.02. The chief ray 4 of the illumination light is incident on the mask 3 perpendicularly to the mask 3 and satisfies the telecentric condition.
Note that a Mo (molybdenum) / Be (beryllium) multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 11 nm was formed on the reflecting surface of each concave mirror.
[0070]
The mask 3 is a transmissive X-ray mask and has a thickness of 0.1 μm SiN. x A circuit pattern of Au (gold) is formed on a membrane (self-supporting film) made of (silicon nitride).
A support frame made of Si (silicon) and glass is formed on the periphery of the mask 3 (portion that does not transmit X-rays). The mask 3 is held on a mask stage 6.
[0071]
Immediately before the mask 3, there is provided a slit 7 for shielding light incident on a region other than the predetermined illumination region. In the illumination device (system) according to the present embodiment, such a light beam is very small. Therefore, the slit 7 can be omitted.
The projection optical system 8 is an optical system composed of four aspherical mirrors, and a Mo / Be multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 11 nm is formed on the reflecting surface of each mirror. Has been.
[0072]
The projection optical system 8 is an image side telecentric optical system in which aberration is corrected in an arcuate region, and the reduction magnification is 1/4 and the numerical aperture on the reduction side is 0.08. The optical axis 9 of the projection optical system 8 coincides with the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2 of the illumination device (system), and on the entrance pupil EP of the projection optical system 8. It arrange | positions so that the condensing point T in the sagittal surface of an illuminating device (system) may come.
[0073]
By this projection optical system 8, the circuit pattern of the arcuate illumination area on the mask 3 is reduced and transferred onto the wafer 10 coated with a photoresist. The wafer 10 is held by a wafer holder 11.
Since this exposure apparatus can expose only an arc-shaped area at a time, the entire circuit pattern on the mask 3 is transferred to the wafer 10 by moving the mask stage 6 and the wafer stage 11 in the direction of the arrow in synchronization.
[0074]
This exposure apparatus has a resolution of 0.085 μm or less over the entire arc-shaped region having a width of 0.2 mm and a length of 20.5 mm.
[0075]
[Example 3]
FIG. 9 is a schematic block diagram showing an illumination apparatus (system) and an exposure apparatus having the same according to a third embodiment of the present invention.
Since the light source S is a laser plasma X-ray source similar to that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0076]
The light beam diverging from the light source S is reflected by the first concave mirror 101 made of a part of an elliptic cylindrical surface and the convex mirror 102 made of a part of a parabolic cylindrical surface. In the meridional section, the light source S is arranged at one focal position of an ellipse that is a section of the first concave mirror 101, and the other focal position of this ellipse and the focal position of the parabola that is a section of the convex mirror 102 are matched. Be placed.
[0077]
Further, in the light source S, the first concave mirror 101 and the convex mirror 102, the virtual image S ″ by the first concave mirror 101 and the convex mirror 102 of the light source S is on the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2. Are arranged as follows.
In this embodiment, the radius of the illumination area on the arc is 120 mm, and the incident angle θ of the principal ray 4 to the second concave mirror 2 1 Is 30 °, the incident angle θ of the principal ray 4 on the mask 3 2 Is 10 °,
The parabolic focal length f2 of the parabolic toric surface which is the second concave mirror 2 is 192 mm, the distance a from the light source S (virtual image S ") to the second concave mirror 2 is 151.300 mm, and the second concave mirror 2 is rotated. The distance b to the condensing point T in the sagittal plane on the reference axis was 818.754 mm, and the distance c from the second concave mirror 2 to the mask 3 was 127.701 mm.
[0078]
In the meridional plane, the light beam diverging from the light source S is reflected by the first concave mirror 101 and the convex mirror 102, becomes a parallel light beam, is reflected by the second concave mirror 2, and is collected on the mask 3.
That is, critical illumination (critical illumination) is performed in the meridional plane. An area of 1.6 mm width on the mask 3 is illuminated. The width in the meridional plane of the first concave mirror 101 was determined so that the numerical aperture of illumination was 0.02.
[0079]
In the sagittal plane, the width in the direction perpendicular to the optical axis is determined in the sagittal plane of the first concave mirror 101 so as to capture a range of ± 20 ° of the light beam diverging from the light source S. The length (string length) is 82 mm.
In the sagittal plane, light rays originating from different positions on the light source S and traveling in the same direction enter the same position on the mask 3 at different angles. That is, Koehler illumination is performed in the sagittal plane.
[0080]
The numerical aperture of illumination is determined by the size of the light source S and the distance c between the second concave mirror 2 and the mask 3 and is 0.02. Also, the principal ray 4 of the illumination light enters the mask 3 in a conical shape and intersects on the rotation reference axis 5 of the toric surface.
Note that a Mo (molybdenum) / Si (silicon) multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm was formed on the reflecting surface of each concave mirror.
[0081]
The mask 3 is a reflection type X-ray mask in which a circuit pattern of Ni (nickel) is formed on a Mo / Si multilayer film configured to reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm.
Due to the use of a reflective mask, the illumination device (system) is non-telecentric. The incident angle of the chief ray 4 of the illumination light to the mask 3 was 10 °. The mask 3 is held on a mask stage 6.
[0082]
Immediately before the mask 3, there is provided a slit 7 for shielding light incident on a region other than the predetermined illumination region. In the illumination apparatus (system) according to the present embodiment, such a light beam is very small. Therefore, the slit 7 can be omitted.
The projection optical system 8 is an optical system composed of four aspherical mirrors, and a Mo / Si multilayer film configured to selectively reflect soft X-rays having a wavelength of 13 nm is formed on the reflecting surface of each mirror. Has been.
[0083]
The projection optical system 8 is an image side telecentric optical system in which aberration is corrected in an arcuate region, and the reduction magnification is 1/4 and the numerical aperture on the reduction side is 0.08. The optical axis 9 of the projection optical system 8 illuminates on the entrance pupil EP of the projection optical system 8 so as to coincide with the rotation reference axis 5 of the parabolic toric surface that is the second concave mirror of the illumination device (system). It arrange | positions so that the condensing point T in the sagittal surface of an apparatus (system) may come.
[0084]
By this projection optical system 8, the circuit pattern of the arcuate illumination area on the mask 3 is reduced and transferred onto the wafer 10 coated with a photoresist. The wafer 10 is held by a wafer holder 11.
Since this exposure apparatus can only expose an arc-shaped area at a time, the entire circuit pattern on the mask 3 is transferred to the wafer 10 by moving the mask stage 6 and the wafer stage 11 in the direction of the arrow in synchronization.
[0085]
This exposure apparatus has a resolution of 0.1 μm or less over the entire arc-shaped region having a width of 0.4 mm and a length of 20.5 mm.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an illumination optical system can be configured with a small number (2 to 3) of mirrors without using an optical integrator. For this reason, the loss of light amount due to the diverging of the light beam by the optical integrator is eliminated, and the loss of light amount due to the increase of the reflecting surface can be minimized, so that the efficiency of the lighting device can be improved.
[0087]
As a result, the throughput of the exposure apparatus provided with the illumination device system can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical system of an illumination device (one example) according to the present invention, and is a cross-sectional view in the meridional plane.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing functions of an illumination device (one example) according to the present invention.
FIG. 3 is an optical system of an illumination apparatus (one example) according to the present invention, and is a cross-sectional view in the meridional plane.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing functions of an illumination device (one example) according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional lighting device using an optical integrator.
FIG. 6 is a conceptual diagram of an illumination device (an example) using a reflecting mirror having a parabolic toric surface shape.
FIG. 7 is a schematic block diagram showing a first embodiment (soft X-ray reduction projection exposure apparatus) of an exposure apparatus provided with an illumination apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic block diagram showing a second embodiment (soft X-ray reduction projection exposure apparatus) of an exposure apparatus provided with the illumination apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic block diagram showing a third embodiment (soft X-ray reduction projection exposure apparatus) of an exposure apparatus provided with the illumination apparatus according to the present invention.
[Explanation of main part codes]
S: Light source
1 ... 1st concave mirror
2 ... Second concave mirror
3 ... Mask
4 ... chief ray of illumination light
5 ... Rotational reference axis (rotation center axis) of toric surface
6 ... Mask stage
7 ・ ・ ・ Slit
8 ... Projection optical system
9 ... Optical axis of projection optical system
10 ... wafer
11 ... wafer stage
more than

Claims (8)

少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して被照明物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置において、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、前記第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなることを特徴とする照明装置。In an illuminating device having at least a light source of a predetermined size or a light source part that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source part and illuminates an illuminated object in an arc shape,
The condensing optical system has a first concave mirror and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the focal point of a parabola that is a meridional section of the first concave mirror,
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a parallel luminous flux in the meridional plane and a divergent luminous flux in the sagittal plane,
The second concave mirror has a parabola axis that is a cross section in parallel in the meridional plane and is parallel to the parallel light beam, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror is the second concave mirror. The parabolic toric surface constituting the concave mirror is arranged on or near the rotation reference axis,
After being reflected by the first concave mirror, the light beam reflected by the second concave mirror is focused at or near the focal point of the parabola that is the meridional section of the second concave mirror within the sagittal plane. In the second parabolic toric surface constituting the second concave mirror is focused on or near the rotation reference axis,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. An illuminating device configured to satisfy a relationship of 1 / a + 1 / b = 1 / c, where c is a distance from a focusing point to a converging point in the meridional plane. 少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して被照明物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置において、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と凸面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する楕円シリンドリカル面の一部により構成され、
前記凸面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第１の焦点またはその近傍に配置され、
前記凸面鏡は、そのメリジオナル断面である放物線の焦点と、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第２の焦点とが一致するように配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては集束光束、サジタル面内では発散光束となり、続いて凸面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡および凸面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡および凸面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなることを特徴とする照明装置。In an illuminating device having at least a light source of a predetermined size or a light source part that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source part and illuminates an illuminated object in an arc shape,
The condensing optical system includes a first concave mirror, a convex mirror, and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of an elliptic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The convex mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the first focal point of an ellipse that is a meridional section of the first concave mirror,
The convex mirror is arranged such that the focal point of the parabola that is the meridional section and the second focus of the ellipse that is the meridional section of the first concave mirror coincide with each other.
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a convergent luminous flux in the meridional plane, a divergent luminous flux in the sagittal plane, and the luminous flux subsequently reflected by the convex mirror is parallel in the meridional plane. The luminous flux becomes a divergent luminous flux in the sagittal plane,
In the meridional plane, the second concave mirror has a parabola axis that is a cross section of the second concave mirror parallel to the parallel light flux, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror and the convex mirror is Arranged to be located on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The light beam reflected by the first concave mirror and the convex mirror and then reflected by the second concave mirror is converged at or near the focal point of the parabola, which is the meridional section of the second concave mirror, in the meridional plane. Inside, it is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. An illuminating device configured to satisfy a relationship of 1 / a + 1 / b = 1 / c, where c is a distance from a focusing point to a converging point in the meridional plane. 前記第１の凹面鏡および第２の凹面鏡の反射面に、或いは前記第１の凹面鏡、第２の凹面鏡および凸面鏡の反射面に、所定波長のＸ線を反射する多層膜を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。A multilayer film that reflects X-rays of a predetermined wavelength is provided on the reflection surfaces of the first concave mirror and the second concave mirror, or on the reflection surfaces of the first concave mirror, the second concave mirror, and the convex mirror. The lighting device according to claim 1 or 2. 前記多層膜が、モリブデン／珪素、モリブデン／珪素化合物、モリブデン／ベリリウム、ルテニウム／珪素、ルテニウム／珪素化合物、ルテニウム／ベリリウム、ロジウム／珪素、ロジウム／珪素化合物、またはロジウム／ベリリウムの組み合わせのうち、いずれか一つの組み合わせで交互に複数回積層した交互多層膜により形成されてなることを特徴とする請求項３記載の照明装置。The multilayer film is any one of molybdenum / silicon, molybdenum / silicon compound, molybdenum / beryllium, ruthenium / silicon, ruthenium / silicon compound, ruthenium / beryllium, rhodium / silicon, rhodium / silicon compound, or a combination of rhodium / beryllium. 4. The lighting device according to claim 3, wherein the lighting device is formed of an alternating multilayer film that is alternately laminated a plurality of times in one combination. 所定のパターンが設けられた第１物体の像を投影結像光学系を介して第２物体上に形成し、前記第１物体と前記第２物体とを移動させつつ露光を行う露光装置において、
少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して前記第１物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置系を備えており、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなり、
前記第２の凹面鏡のメリジオナル面内の集束点を含み、該凹面鏡の回転基準軸に対して垂直な面内に被照射物体である前記第１物体が設置され、
前記第２の凹面鏡の回転基準軸が前記投影結像光学系の光軸に一致し、
前記第２の凹面鏡によるサジタル面内の集束点の位置が前記投影結像光学系の入射瞳上に配置されてなることを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus that forms an image of a first object provided with a predetermined pattern on a second object via a projection imaging optical system, and performs exposure while moving the first object and the second object.
An illuminating device system including at least a light source having a predetermined size or a light source unit that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source unit and illuminates the first object in an arc shape. Has
The condensing optical system has a first concave mirror and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the focal point of a parabola that is a meridional section of the first concave mirror,
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a parallel luminous flux in the meridional plane and a divergent luminous flux in the sagittal plane,
The second concave mirror has a parabola axis that is a cross section in parallel in the meridional plane and is parallel to the parallel light beam, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror is the second concave mirror. The parabolic toric surface constituting the concave mirror is arranged on or near the rotation reference axis,
The light flux reflected by the second concave mirror after being reflected by the first concave mirror is focused at or near the focal point of the parabola that is the meridional section of the second concave mirror in the meridional plane, and in the sagittal plane. Is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. And the distance from the focal point to the converging point in the meridional plane is defined as 1 / a + 1 / b = 1 / c.
The first object that is an object to be irradiated is installed in a plane that includes a focusing point in the meridional plane of the second concave mirror and is perpendicular to the rotation reference axis of the concave mirror,
A rotation reference axis of the second concave mirror coincides with an optical axis of the projection imaging optical system;
An exposure apparatus, wherein a position of a converging point in a sagittal plane by the second concave mirror is disposed on an entrance pupil of the projection imaging optical system. 所定のパターンが設けられた第１物体の像を投影結像光学系を介して第２物体上に形成し、前記第１物体と前記第２物体とを移動させつつ露光を行う露光装置において、
少なくとも、所定の大きさの光源またはその像を形成する光源部と、該光源部からの光束を集光して前記第１物体を円弧状に照明する集光光学系とを有する照明装置系を備えており、
前記集光光学系は、第１の凹面鏡と凸面鏡と第２の凹面鏡とを有し、
前記第１の凹面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する楕円シリンドリカル面の一部により構成され、
前記凸面鏡は、メリジオナル面内においてのみパワーを有する放物シリンドリカル面の一部により構成され、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内にある基準軸を中心に放物線を回転させた放物トーリック形状の回転面の一部により構成され、
前記光源部は発散光束を供給する光源部であり、第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第１の焦点またはその近傍に配置され、
前記凸面鏡は、そのメリジオナル断面である放物線の焦点と、前記第１の凹面鏡のメリジオナル断面である楕円の第２の焦点とが一致するように配置され、
前記光源部からの光束のうち前記第１の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては集束光束、サジタル面内では発散光束となり、続いて凸面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては平行光束、サジタル面内では発散光束となり、
前記第２の凹面鏡は、メリジオナル面内においては、その断面である放物線の軸が前記平行光束と平行であり、サジタル面内においては、前記第１の凹面鏡および凸面鏡による前記光源部の虚像が前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に位置するように配置され、
前記第１の凹面鏡および凸面鏡で反射した後、前記第２の凹面鏡で反射した光束は、メリジオナル面内においては、第２の凹面鏡のメリジオナル断面である放物線の焦点またはその近傍に集束され、サジタル面内においては、前記第２の凹面鏡を構成する放物トーリック面の回転基準軸上またはその近傍に集束され、
主光線に沿った、前記光源部から前記第２の凹面鏡までの距離をａ、前記第２の凹面鏡から前記回転基準軸上のサジタル面内の集束点までの距離をｂ、前記第２の凹面鏡からメリジオナル面内の集束点までの距離をｃとするとき、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｃなる関係が成り立つように構成されてなり、
前記第２の凹面鏡のメリジオナル面内の集束点を含み、該凹面鏡の回転基準軸に対して垂直な面内に被照射物体である前記第１物体が設置され、
前記第２の凹面鏡の回転基準軸が前記投影結像光学系の光軸に一致し、
前記第２の凹面鏡によるサジタル面内の集束点の位置が前記投影結像光学系の入射瞳上に配置されてなることを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus that forms an image of a first object provided with a predetermined pattern on a second object via a projection imaging optical system, and performs exposure while moving the first object and the second object.
An illuminating device system including at least a light source having a predetermined size or a light source unit that forms an image thereof, and a condensing optical system that condenses a light beam from the light source unit and illuminates the first object in an arc shape. Has
The condensing optical system includes a first concave mirror, a convex mirror, and a second concave mirror,
The first concave mirror is constituted by a part of an elliptic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The convex mirror is constituted by a part of a parabolic cylindrical surface having power only in the meridional plane,
The second concave mirror is constituted by a part of a parabolic toric rotating surface obtained by rotating a parabola around a reference axis in a meridional plane,
The light source unit is a light source unit that supplies a divergent light beam, and is disposed at or near the first focal point of an ellipse that is a meridional section of the first concave mirror,
The convex mirror is arranged such that the focal point of the parabola that is the meridional section and the second focus of the ellipse that is the meridional section of the first concave mirror coincide with each other.
Of the luminous flux from the light source unit, the luminous flux reflected by the first concave mirror becomes a convergent luminous flux in the meridional plane, a divergent luminous flux in the sagittal plane, and the luminous flux subsequently reflected by the convex mirror is parallel in the meridional plane. The luminous flux becomes a divergent luminous flux in the sagittal plane,
In the meridional plane, the second concave mirror has a parabola axis that is a cross section of the second concave mirror parallel to the parallel light flux, and in the sagittal plane, the virtual image of the light source unit by the first concave mirror and the convex mirror is Arranged to be located on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The light beam reflected by the first concave mirror and the convex mirror and then reflected by the second concave mirror is converged at or near the focal point of the parabola, which is the meridional section of the second concave mirror, in the meridional plane. Inside, it is focused on or near the rotation reference axis of the parabolic toric surface constituting the second concave mirror,
The distance from the light source section to the second concave mirror along the principal ray is a, the distance from the second concave mirror to the focusing point in the sagittal plane on the rotation reference axis is b, and the second concave mirror. And the distance from the focal point to the converging point in the meridional plane is defined as 1 / a + 1 / b = 1 / c.
The first object that is an object to be irradiated is installed in a plane that includes a focusing point in the meridional plane of the second concave mirror and is perpendicular to the rotation reference axis of the concave mirror,
A rotation reference axis of the second concave mirror coincides with an optical axis of the projection imaging optical system;
An exposure apparatus, wherein a position of a converging point in a sagittal plane by the second concave mirror is disposed on an entrance pupil of the projection imaging optical system. 前記第１の凹面鏡および第２の凹面鏡の反射面に、或いは前記第１の凹面鏡、第２の凹面鏡および凸面鏡の反射面に、所定波長のＸ線を反射する多層膜を設けたことを特徴とする請求項５または６記載の露光装置。A multilayer film that reflects X-rays of a predetermined wavelength is provided on the reflection surfaces of the first concave mirror and the second concave mirror, or on the reflection surfaces of the first concave mirror, the second concave mirror, and the convex mirror. An exposure apparatus according to claim 5 or 6. 前記多層膜が、モリブデン／珪素、モリブデン／珪素化合物、モリブデン／ベリリウム、ルテニウム／珪素、ルテニウム／珪素化合物、ルテニウム／ベリリウム、ロジウム／珪素、ロジウム／珪素化合物、またはロジウム／ベリリウムの組み合わせのうち、いずれか一つの組み合わせで交互に複数回積層した交互多層膜により形成されてなることを特徴とする請求項７記載の露光装置。The multilayer film is any one of molybdenum / silicon, molybdenum / silicon compound, molybdenum / beryllium, ruthenium / silicon, ruthenium / silicon compound, ruthenium / beryllium, rhodium / silicon, rhodium / silicon compound, or a combination of rhodium / beryllium. 8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the exposure apparatus is formed of alternating multilayer films alternately stacked a plurality of times in one combination.
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