JP6761574B2 - Illumination optics, exposure equipment, and device manufacturing methods - Google Patents

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Description

照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。 Illumination optics, exposure equipment, and device manufacturing methods.

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、パターンをウェハ上に正確に転写することが要求される。そして、このパターンをウェハ上に正確に転写するには、ウェハ上において均一な照度分布(露光量分布)を得ることが要求される。 In an exposure apparatus used for manufacturing a device such as a semiconductor element, it is required to accurately transfer a pattern onto a wafer. Then, in order to accurately transfer this pattern onto the wafer, it is required to obtain a uniform illuminance distribution (exposure amount distribution) on the wafer.

しかしながら、光源から供給される光のコヒーレンスが高い場合、すなわち高コヒーレンス光源を用いる場合、フライアイレンズを構成するレンズレット間の干渉などに起因して、照明光学系の被照射面(投影光学系の物体面)には不均一な照度分布が形成される。従来、複数のパルス光を用いて不均一な照度分布をランダムに重ね合わせることにより積算照度分布を平均化する手法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 However, when the coherence of the light supplied from the light source is high, that is, when a high coherence light source is used, the irradiated surface (projection optical system) of the illumination optical system is caused by interference between the lenslets constituting the fly-eye lens. An uneven illuminance distribution is formed on the object surface of the lens. Conventionally, a method of averaging the integrated illuminance distribution by randomly superimposing non-uniform illuminance distributions using a plurality of pulsed lights has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

不均一な照度分布をランダムに重ね合わせる手法では、積算照度分布を平均化するのに多くの光を重ねる必要がある。 In the method of randomly superimposing non-uniform illuminance distributions, it is necessary to superimpose a large amount of light in order to average the integrated illuminance distribution.

米国特許第6,552,774号U.S. Pat. No. 6,552,774

第1形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源から入射する光を空間的に変調して射出する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの光の光路中に配置されたリレー光学系と、
前記リレー光学系からの光の光路中に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、を備え、
前記空間光変調器上の光を射出する領域の第1方向に沿った長さは、前記被照射面上で前記第1方向に周期を持つ照度分布を形成するように設定されている、照明光学系を提供する。
In the first embodiment, in the illumination optical system that illuminates the irradiated surface with the light from the light source,
A spatial light modulator that spatially modulates and emits light incident from the light source,
A relay optical system arranged in the optical path of light from the spatial light modulator,
An optical integrator having a plurality of wave plane dividing elements arranged in parallel in the optical path of light from the relay optical system, and
A condenser optical system that superimposes a plurality of light fluxes divided by the optical integrator on the irradiated surface is provided.
The length of the region for emitting light on the spatial light modulator along the first direction is set to form an illuminance distribution having a period in the first direction on the irradiated surface. Provides an optical system.

第2形態では、所定のパターンを形成するパターン形成部を照明する第1形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを基板に露光する、露光装置を提供する。 The second aspect provides an exposure apparatus that includes the illumination optical system of the first form that illuminates a pattern forming portion that forms a predetermined pattern, and exposes the predetermined pattern to a substrate.

第3形態では、第2形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むデバイス製造方法を提供する。
In the third embodiment, the predetermined pattern is exposed to the substrate by using the exposure apparatus of the second embodiment.
The substrate to which the predetermined pattern is transferred is developed, and a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern is formed on the surface of the substrate.
Provided is a device manufacturing method including processing the surface of the substrate via the mask layer.

第1実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus which concerns on 1st Embodiment. 遅延光学系の内部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic the internal structure of the delay optical system. 円形状の光強度分布がマイクロフライアイレンズの入射側の面に形成される様子を示す図である。It is a figure which shows the appearance that the circular light intensity distribution is formed on the surface of the micro fly eye lens on the incident side. 可変パターン形成用の空間光変調器の構成および作用を説明する図である。It is a figure explaining the structure and operation of the spatial light modulator for variable pattern formation. 空間光変調器の要部の部分斜視図である。It is a partial perspective view of the main part of a spatial light modulator. ランダムに不均一な照度分布をランダムに重ね合わせる従来の手法を説明する図である。It is a figure explaining the conventional method which randomly superimposes a non-uniform illuminance distribution at random. 周期的な照度分布を周期に応じた移動幅にしたがって位置ずれさせながら重ね合わせる実施形態の手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of embodiment which superimposes the periodic illuminance distribution while shifting the position according to the movement width corresponding to the period. 回折光学素子とマスクブラインド面との間の光路を光軸に沿って直線状に展開して示す図である。It is a figure which shows the optical path between a diffractive optical element and a mask blind surface developed linearly along an optical axis. 第1実施形態における積算照度分布の均一化作用を説明する図である。It is a figure explaining the homogenizing action of the integrated illuminance distribution in 1st Embodiment. シフト部の内部構成の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows the example of the internal structure of the shift part schematicly. 従来の手法と実施形態の手法とを比較する図である。It is a figure which compares the conventional method and the method of an embodiment. 実施形態における回折光学素子からの光の射出領域の長さと積算照度分布のコントラストとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length of the light emission region from a diffractive optical element and the contrast of an integrated illuminance distribution in an embodiment. 第2実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 瞳強度分布形成用の空間光変調器の構成および作用を説明する図である。It is a figure explaining the structure and operation of the spatial light modulator for forming a pupil intensity distribution. チルト部の内部構成の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows the example of the internal structure of the tilt part schematicly. 変形例にかかるシフト部の内部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic the internal structure of the shift part which concerns on the modification. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the liquid crystal device such as a liquid crystal display element.

以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、第1実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図1では、その紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面において鉛直方向にY軸を、図1の紙面において水平方向にZ軸をそれぞれ設定している。感光性基板であるウェハWの転写面(露光面)は、XZ平面に平行に設定されている。第1実施形態にかかる露光装置は、可変パターン形成用の空間光変調器(spatial light modulator:SLM)を使用するマスクレス方式の露光装置である。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment. In FIG. 1, the X-axis is set in the direction perpendicular to the paper surface, the Y-axis is set in the vertical direction on the paper surface of FIG. 1, and the Z-axis is set in the horizontal direction on the paper surface of FIG. The transfer surface (exposed surface) of the wafer W, which is a photosensitive substrate, is set parallel to the XZ plane. The exposure apparatus according to the first embodiment is a maskless type exposure apparatus using a spatial light modulator (SLM) for forming a variable pattern.

図1を参照すると、第1実施形態の露光装置には、光源部LSから露光光(照明光)が供給される。光源部LSとして、例えば米国特許第5,838,709B1号明細書、米国特許第6,590,698B1号明細書、米国特許第6,901,090B1号明細書、米国特許第6,947,123B1号明細書、米国特許第7,098,992B2号明細書、米国特許第7,397,598B2号明細書、米国特許第7,136,402B1号明細書、米国特許公開第2006/050748A1号公報および米国特許公開第2009/185583A1号公報等に開示されているように、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザなどの固体レーザ光源、ファイバーアンプなどを有する光増幅部、及び波長変換部などを含み、波長193nmのパルス光を出力する高調波発生装置を用いてもよい。 Referring to FIG. 1, exposure light (illumination light) is supplied from the light source unit LS to the exposure apparatus of the first embodiment. Examples of the light source LS include US Pat. No. 5,838,709B1, US Pat. No. 6,590,698B1, US Pat. No. 6,901,090B1, US Pat. No. 6,947,123B1. No., US Pat. No. 7,098,992B2, US Pat. No. 7,397,598B2, US Pat. No. 7,136,402B1, US Patent Publication No. 2006/050748A1 and As disclosed in U.S. Patent Publication No. 2009/185583A1, etc., it includes a solid-state laser light source such as a DFB semiconductor laser or fiber laser, an optical amplification unit having a fiber amplifier, a wavelength conversion unit, and the like, and has a wavelength of 193 nm. A harmonic generator that outputs pulsed light may be used.

光源部LSから供給された高コヒーレンスのパルス光は、遅延光学系1、ビーム送光部2および光路折曲げミラーMR1を経て、回折光学素子3に入射する。ここで、高コヒーレンス光とは、エキシマレーザ光源が供給するレーザ光の横モード数よりも少ない横モード数の光とすることができる。 The high-coherence pulsed light supplied from the light source unit LS enters the diffractive optical element 3 via the delay optical system 1, the beam light transmitting unit 2, and the optical path bending mirror MR1. Here, the high coherence light can be light having a number of transverse modes smaller than the number of transverse modes of the laser light supplied by the excimer laser light source.

遅延光学系1は、図2に示すように、光の入射側に設けられたハーフミラー11aを備えている。光源部LSから供給された1つのパルス光L1は、ハーフミラー11aにより、透過光L11と反射光L12とに分割される。ハーフミラー11aを透過した光L11は、直進して別のハーフミラー11bに入射する。 As shown in FIG. 2, the delay optical system 1 includes a half mirror 11a provided on the incident side of the light. One pulsed light L1 supplied from the light source unit LS is divided into transmitted light L11 and reflected light L12 by the half mirror 11a. The light L11 transmitted through the half mirror 11a travels straight and is incident on another half mirror 11b.

ハーフミラー11aで反射された光L12は、一対のミラー12a,12bが配置された光路、すなわち光L11の光路よりも長い遅延光路を経て、ハーフミラー11bに入射する。光L11は、ハーフミラー11bにより、透過光L111と反射光L112とに分割される。ハーフミラー11bを透過した光L111は、直進して偏光ビームスプリッタ13に入射する。ハーフミラー11bで反射された光L112は、一対のミラー12c,12dおよび半波長板14が配置された光路、すなわち光L111の光路よりも長い遅延光路を経て、偏光ビームスプリッタ13に入射する。 The light L12 reflected by the half mirror 11a enters the half mirror 11b through an optical path in which the pair of mirrors 12a and 12b are arranged, that is, a delayed optical path longer than the optical path of the light L11. The light L11 is divided into transmitted light L111 and reflected light L112 by the half mirror 11b. The light L111 transmitted through the half mirror 11b travels straight and is incident on the polarizing beam splitter 13. The light L112 reflected by the half mirror 11b enters the polarizing beam splitter 13 through an optical path in which the pair of mirrors 12c and 12d and the half-wave plate 14 are arranged, that is, a delayed optical path longer than the optical path of the light L111.

一方、ハーフミラー11aで反射されてミラー12a,12bを含む遅延光路を経た光L12は、ハーフミラー11bにより、透過光L122と反射光L121とに分割される。ハーフミラー11bを透過した光L122は、光L112と同じ遅延光路を経て、偏光ビームスプリッタ13に入射する。ハーフミラー11bで反射された光L121は、光L111と同じ直進光路を経て、偏光ビームスプリッタ13に入射する。光源部LSから供給されたパルス光L1は、偏光ビームスプリッタ13の偏光分離面13aに対してp偏光に設定されている。 On the other hand, the light L12 reflected by the half mirror 11a and passing through the delayed optical path including the mirrors 12a and 12b is divided into transmitted light L122 and reflected light L121 by the half mirror 11b. The light L122 transmitted through the half mirror 11b enters the polarization beam splitter 13 through the same delayed optical path as the light L112. The light L121 reflected by the half mirror 11b is incident on the polarizing beam splitter 13 through the same straight optical path as the light L111. The pulsed light L1 supplied from the light source unit LS is set to p-polarized light with respect to the polarization separation surface 13a of the polarization beam splitter 13.

したがって、半波長板14を経ることなく偏光ビームスプリッタ13に入射したp偏光の光L111およびL121は、偏光ビームスプリッタ13を透過し、互いにほぼ同じ光路に沿って、遅延光学系1から射出される。半波長板14を経て偏光ビームスプリッタ13に入射したs偏光の光L112およびL122は、偏光ビームスプリッタ13で反射され、光L111およびL121とほぼ同じ光路に沿って、遅延光学系1から射出される。 Therefore, the p-polarized light L111 and L121 incident on the polarizing beam splitter 13 without passing through the half-wave plate 14 pass through the polarizing beam splitter 13 and are emitted from the delayed optical system 1 along substantially the same optical path as each other. .. The s-polarized light L112 and L122 incident on the polarization beam splitter 13 through the half-wave plate 14 are reflected by the polarization beam splitter 13 and emitted from the delay optical system 1 along substantially the same optical path as the light L111 and L121. ..

ここで、一対のハーフミラー11a,11bを透過した光L111は、最も短い光路を経て遅延光学系1から射出される。ハーフミラー11aを透過し且つハーフミラー11bで反射された光L112は、二番目に短い光路を経て射出される。一対のハーフミラー11a,11bで反射された光L121は、三番目に短い光路を経て射出される。ハーフミラー11aで反射され且つハーフミラー11bを透過した光L122は、最も長い光路を経て射出される。 Here, the light L111 transmitted through the pair of half mirrors 11a and 11b is emitted from the delayed optical system 1 through the shortest optical path. The light L112 transmitted through the half mirror 11a and reflected by the half mirror 11b is emitted through the second shortest optical path. The light L121 reflected by the pair of half mirrors 11a and 11b is emitted through the third shortest optical path. The light L122 reflected by the half mirror 11a and transmitted through the half mirror 11b is emitted through the longest optical path.

こうして、遅延光学系1は、光源部LSから供給された1つのパルス光L1から、時間的に多重化された4つのパルス光L111,L112,L121,L122を生成する動作を繰り返す生成部を構成している。なお、図2では、入射した1つのパルス光から時間的に多重化された4つのパルス光を生成する構成を例示したが、分割部材としてのハーフミラーと、一対のミラー(必要に応じて、一対のリレーレンズも含む)を有する遅延光路との組を付設することにより、時間的に多重化された所望数のパルス光を生成することができる。 In this way, the delay optical system 1 constitutes a generation unit that repeats the operation of generating four time-multiplexed pulse lights L111, L112, L121, and L122 from one pulse light L1 supplied from the light source unit LS. are doing. Note that FIG. 2 illustrates a configuration in which four time-multiplexed pulsed lights are generated from one incident pulsed light, but a half mirror as a dividing member and a pair of mirrors (if necessary, if necessary). By attaching a pair with a delayed optical path having a pair of relay lenses (including a pair of relay lenses), it is possible to generate a desired number of pulsed lights multiplexed in time.

以下、説明の理解を容易にするために、光源部LSと遅延光学系1との協働作用により、互いに同じ光強度を有する多数のパルス光が、一定の時間間隔にしたがって射出されるものとする。換言すれば、光源部LSおよび遅延光学系1は、光源部LSがパルス光を出力する周期よりも短い周期にしたがって、光源部LSが出力するパルス光の強度よりも小さい強度のパルス光を供給する光源部を構成している。 Hereinafter, in order to facilitate understanding of the explanation, a large number of pulsed lights having the same light intensity as each other are emitted at regular time intervals by the cooperative action of the light source unit LS and the delayed optical system 1. To do. In other words, the light source unit LS and the delay optical system 1 supply pulsed light having an intensity smaller than the intensity of the pulsed light output by the light source unit LS according to a period shorter than the period in which the light source unit LS outputs pulsed light. It constitutes a light source unit.

ビーム送光部2は、光源部LSおよび遅延光学系1を経て入射した光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ回折光学素子3へ導くとともに、回折光学素子3に入射する光の位置変動および角度変動をアクティブに補正する。ビーム送光部2は、空間光変調器としての回折光学素子3に入射する光束の断面形状を所定の断面形状にすることで、回折光学素子3上で光が射出される領域を所定の形状にする。ビーム送光部2の詳細については、米国特許公開第2012/0028197号公報などを参照することができる。空間光変調器としての回折光学素子3上で光が射出される領域を所定の形状にするために、所定の形状の開口部を有する絞りを用いても良い。回折光学素子3は、基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。すなわち、回折光学素子3は、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調器である。 The beam light transmitting unit 2 guides the light beam incident through the light source unit LS and the delayed optical system 1 to the diffractive optical element 3 while converting it into a luminous flux having a cross section of an appropriate size and shape, and incident on the diffractive optical element 3. Actively corrects the position fluctuation and angle fluctuation of the light. The beam light transmitting unit 2 sets the cross-sectional shape of the light beam incident on the diffractive optical element 3 as a spatial light modulator to a predetermined cross-sectional shape, so that the region where light is emitted on the diffractive optical element 3 has a predetermined shape. To. For details of the beam light transmitting unit 2, US Patent Publication No. 2012/0028197 and the like can be referred to. A diaphragm having an opening having a predetermined shape may be used in order to form a region where light is emitted on the diffraction optical element 3 as a spatial light modulator into a predetermined shape. The diffractive optical element 3 is configured by forming a step having a pitch of about the wavelength of the exposure light (illumination light) on the substrate, and has an action of diffracting the incident beam at a desired angle. That is, the diffractive optical element 3 is a spatial light modulator that spatially modulates and emits incident light.

具体的に、円形照明用(輪帯照明用、複数極照明用など)の回折光学素子は、例えば矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に円形状(輪帯状、複数極状など)の光強度分布を形成する機能を有する。一例として、回折光学素子3は、円形照明用の回折光学素子であり、輪帯照明用の回折光学素子、複数極照明用の回折光学素子などと交換可能に設置されている。 Specifically, a diffractive optical element for circular illumination (for ring-shaped illumination, for multi-pole illumination, etc.) is placed in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when, for example, a parallel light flux having a rectangular cross section is incident. It has the function of forming a circular (ring band, multiple poles, etc.) light intensity distribution. As an example, the diffractive optical element 3 is a diffractive optical element for circular illumination, and is installed interchangeably with a diffractive optical element for annular illumination, a diffractive optical element for multipole illumination, and the like.

回折光学素子3を経た光は、リレー光学系4により集光された後に、マイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)5に入射する。リレー光学系4は、その前側焦点位置が回折光学素子3の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ5の入射側の面に位置している。すなわち、リレー光学系4は、回折光学素子3とマイクロフライアイレンズ5の入射側の面とを光学的にフーリエ変換の関係に位置決めしている。 The light that has passed through the diffractive optical element 3 is condensed by the relay optical system 4 and then incident on the micro fly-eye lens (or fly-eye lens) 5. The front focal position of the relay optical system 4 is located near the diffractive optical element 3, and the posterior focal position of the relay optical system 4 is located on the incident side surface of the microfly eye lens 5. That is, the relay optical system 4 optically positions the diffractive optical element 3 and the surface of the microfly-eye lens 5 on the incident side in a Fourier transform relationship.

円形照明用の回折光学素子3を経た光は、図3に示すように、照明光学系の光軸AXを中心とした円形状の光強度分布(照野)を、マイクロフライアイレンズ5の入射側の面に形成する。回折光学素子3とリレー光学系4との間には、入射した光を所望方向に所望距離だけ平行移動させて射出するシフト部6が設けられている。シフト部6の具体的な構成および作用については後述する。 As shown in FIG. 3, the light passing through the diffractive optical element 3 for circular illumination has a circular light intensity distribution (terrestrial field) centered on the optical axis AX of the illumination optical system, and is incident on the microfly eye lens 5. Form on the side surface. A shift portion 6 is provided between the diffractive optical element 3 and the relay optical system 4 to translate the incident light in a desired direction by a desired distance and emit it. The specific configuration and action of the shift unit 6 will be described later.

マイクロフライアイレンズは、二次元的に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズレット(レンズ要素)が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。 A microfly-eye lens is an optical element composed of a large number of microlenses having a large number of positive refractive powers arranged two-dimensionally, and is configured by etching a parallel flat plate to form a microlens group. .. In a micro fly-eye lens, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a large number of micro lenses are integrally formed without being isolated from each other. However, the micro fly-eye lens is the same wave surface split type optical integrator as the fly-eye lens in that the lenslets (lens elements) are arranged vertically and horizontally.

具体的に、マイクロフライアイレンズ5は、図3に示すように、矩形状の断面を有する多数のレンズレット(波面分割要素)5aを並列的に配置することにより、さらに詳細には縦横に且つ稠密に配列することにより構成されている。ただし、図1および図3では、図示および説明の簡単のために、実際よりもはるかに少ないレンズレット5aによりマイクロフライアイレンズ5を構成した例を示している。マイクロフライアイレンズ5として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第6913373号明細書に開示されている。 Specifically, as shown in FIG. 3, the micro fly-eye lens 5 is provided with a large number of lenslets (wave surface dividing elements) 5a having a rectangular cross section arranged in parallel, so that the microfly eye lens 5 can be further described vertically and horizontally. It is composed of densely arranged arrangements. However, FIGS. 1 and 3 show an example in which the micro fly-eye lens 5 is configured with far fewer lenslets 5a than in reality for the sake of simplicity of illustration and description. As the micro fly eye lens 5, for example, a cylindrical micro fly eye lens can also be used. The construction and action of the cylindrical microfly eye lens is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,913,373.

マイクロフライアイレンズ5に入射した光束は多数のレンズレット5aにより二次元的に分割され、光が入射したレンズレット5aの射出面の近傍にはそれぞれ1つのスポット光(小光源)が形成される。すなわち、マイクロフライアイレンズ5の後側焦点面(レンズレット5aの入射側の屈折面と射出側の屈折面との合成光学系の後側焦点位置)またはその近傍の照明瞳には、入射側の面に形成された光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源(多数の小光源からなる実質的な面光源:瞳強度分布)が形成される。 The luminous flux incident on the micro fly-eye lens 5 is two-dimensionally divided by a large number of lenslets 5a, and one spot light (small light source) is formed in the vicinity of the injection surface of the lenslet 5a on which the light is incident. .. That is, the incident side is on the posterior focal plane of the microfly-eye lens 5 (the posterior focal position of the composite optical system of the refractive plane on the incident side and the refracting plane on the emission side of the lenslet 5a) or in the vicinity thereof. A secondary light source (substantial surface light source consisting of a large number of small light sources: pupil intensity distribution) having almost the same light intensity distribution as the light intensity distribution formed on the surface of the lens is formed.

マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系7を介して、マスクブラインド8を照明する。コンデンサー光学系7は、その前側焦点位置がマイクロフライアイレンズ5の後側焦点面に位置し、且つその後側焦点位置がマスクブラインド8の面に位置している。すなわち、コンデンサー光学系7は、マイクロフライアイレンズ5の後側焦点面とマスクブラインド8の面とを光学的にフーリエ変換の関係に位置決めしている。その結果、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に形成された多数の小光源からの光は、コンデンサー光学系7を介して、マスクブラインド8を重畳的に照明する。 The light from the secondary light source formed in the illumination pupil immediately after the micro fly-eye lens 5 illuminates the mask blind 8 via the condenser optical system 7. The front focal position of the condenser optical system 7 is located on the rear focal plane of the microfly eye lens 5, and the posterior focal position of the condenser optical system 7 is located on the surface of the mask blind 8. That is, the condenser optical system 7 optically positions the posterior focal plane of the microfly-eye lens 5 and the plane of the mask blind 8 in a Fourier transform relationship. As a result, the light from a large number of small light sources formed in the illumination pupil immediately after the micro fly-eye lens 5 illuminates the mask blind 8 in a superimposed manner via the condenser optical system 7.

照明視野絞りとしてのマスクブラインド8の矩形状の開口部(光透過部)を経た光は、光路折曲げミラーMR2、結像光学系9、および光路折曲げミラーMR3を介して、可変パターン形成用の空間光変調器10の複数のミラー要素の配列面(ミラー配列面)を重畳的に照明する。すなわち、結像光学系9は、マスクブラインド8の矩形状の開口部の像を、空間光変調器10のミラー配列面に形成することになる。こうして、照明光学系(1〜9)は、光源部LSから供給されるパルス光により、空間光変調器10のミラー配列面(被照射面)上に矩形状の照明領域を形成する。 The light that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 8 as the illumination field diaphragm is used for forming a variable pattern via the optical path bending mirror MR2, the imaging optical system 9, and the optical path bending mirror MR3. The array planes (mirror array planes) of the plurality of mirror elements of the spatial optical modulator 10 of the above are illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 9 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 8 on the mirror array surface of the spatial light modulator 10. In this way, the illumination optical system (1 to 9) forms a rectangular illumination region on the mirror array surface (irradiated surface) of the spatial light modulator 10 by the pulsed light supplied from the light source unit LS.

空間光変調器10は、図4に示すように、照明光学系(1〜9)の被照射面(投影光学系PLの物体面)に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素10aと、複数のミラー要素10aを保持する基盤10bと、基盤10bに接続されたケーブル(不図示)を介して複数のミラー要素10aの姿勢(位置、傾きなど)を個別に制御駆動する駆動部10cとを備えている。空間光変調器10では、制御系CRからの指令に基づいて作動する駆動部10cの作用により、複数のミラー要素10aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素10aがそれぞれ所定の向き(または位置)に設定される。 As shown in FIG. 4, the spatial light modulator 10 has a plurality of mirror elements 10a two-dimensionally arranged along the irradiated surface (object surface of the projection optical system PL) of the illumination optical system (1 to 9). A drive unit 10c that individually controls and drives the postures (positions, tilts, etc.) of the plurality of mirror elements 10a via a board 10b that holds the plurality of mirror elements 10a and a cable (not shown) connected to the board 10b. And have. In the spatial light modulator 10, the postures of the plurality of mirror elements 10a are changed by the action of the drive unit 10c that operates based on the command from the control system CR, and each mirror element 10a has a predetermined direction (or position). Is set to.

空間光変調器10は、図5に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素10aを備え、入射したパルス光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図4および図5では空間光変調器10が4×4=16個のミラー要素10aを備える構成例を示しているが、実際には16個よりもはるかに多数のミラー要素10aを備えている。 As shown in FIG. 5, the spatial light modulator 10 includes a plurality of minute mirror elements 10a arranged two-dimensionally, and spatially modulates the incident pulsed light according to the incident position. It is variably applied and ejected. For simplicity of description and illustration, FIGS. 4 and 5 show a configuration example in which the spatial light modulator 10 includes 4 × 4 = 16 mirror elements 10a, but in reality it is far more than 16. Is provided with a large number of mirror elements 10a.

一例によれば、空間光変調器10は、図5に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で1つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素10aを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素10aは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御系CRからの制御信号に基づいて作動する駆動部10cの作用により独立に制御される。各ミラー要素10aは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向(X方向,Z方向)を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的(または離散的)に回転することができる。すなわち、各ミラー要素10aの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。 According to one example, as shown in FIG. 5, the spatial light modulator 10 has a large number of minute particles arranged regularly and two-dimensionally along one plane with a plane-like reflecting surface facing the upper surface. It is a movable multi-mirror including a mirror element 10a which is a reflective element. Each mirror element 10a is movable, and the inclination of the reflection surface, that is, the inclination angle and the inclination direction of the reflection surface are independently controlled by the action of the drive unit 10c that operates based on the control signal from the control system CR. Each mirror element 10a rotates continuously (or discretely) by a desired rotation angle with two directions parallel to the reflection surface and orthogonal to each other (X direction and Z direction) as rotation axes. Can be done. That is, it is possible to two-dimensionally control the inclination of the reflecting surface of each mirror element 10a.

図5には外形が正方形状のミラー要素10aを示しているが、ミラー要素10aの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素10aの隙間が少なくなるように配列可能な形状(最密充填可能な形状)とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う2つのミラー要素10aの間隔を必要最小限に抑えることができる。 Although FIG. 5 shows a mirror element 10a having a square outer shape, the outer shape of the mirror element 10a is not limited to a square shape. However, from the viewpoint of light utilization efficiency, the shape can be arranged so that the gap between the mirror elements 10a is reduced (the shape that can be packed closest). Further, from the viewpoint of light utilization efficiency, the distance between two adjacent mirror elements 10a can be minimized.

第1実施形態では、可変パターン形成用の空間光変調器(パターン形成部)10として、二次元的に配列されて平面状の反射面を有する複数のミラー要素の向きを連続的または離散的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いることができる。この場合、複数のミラー要素は、少なくとも1つの軸廻りに傾斜可能な平面状の反射面をそれぞれ有する。このようなチルトミラー型の空間光変調器として、たとえば米国特許第6,522,454号明細書および第7,405,862号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。 In the first embodiment, as the spatial light modulator (pattern forming unit) 10 for variable pattern formation, the orientations of a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and having a planar reflecting surface are continuously or discretely oriented. Spatial light modulators that change each can be used. In this case, the plurality of mirror elements each have a planar reflective surface that can be tilted around at least one axis. As such a tilt mirror type spatial light modulator, for example, the spatial light modulator disclosed in US Pat. Nos. 6,522,454 and 7,405,862 can be used.

また、可変パターン形成用の空間光変調器10として、たとえば二次元的に配列されて平面状の反射面を有する複数のミラー要素の反射面の高さ(位置)を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。この場合、複数のミラー要素は、空間光変調器に入射する光の進行方向における位置を変更するように移動する平面状の反射面をそれぞれ有する。このようなピストン型の空間光変調器として、例えば米国特許第5,312,513号および第7,206,117号明細書並びに米国特許公開第2013/0278912号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。 Further, as the spatial light modulator 10 for forming a variable pattern, for example, spatial light capable of individually controlling the height (position) of the reflecting surfaces of a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and having a planar reflecting surface. A modulator can also be used. In this case, the plurality of mirror elements each have a planar reflecting surface that moves so as to change the position of the light incident on the spatial light modulator in the traveling direction. Such piston-type spatial light modulators include, for example, spatial light modulation disclosed in US Pat. Nos. 5,312,513 and 7,206,117 and US Patent Publication No. 2013/0278912. A vessel can be used.

また、可変パターン形成用の空間光変調器10として、二次元的に配列されて段差状の反射面を有する複数のミラー要素の向きを連続的または離散的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いることもできる。この場合、複数のミラー要素は、少なくとも1つの軸廻りに傾斜可能であり且つ段差状の反射面をそれぞれ有する。このような位相段差チルトミラー型の空間光変調器として、たとえば米国特許第7,110,159号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。また、可変パターン形成用の空間光変調器として、二次元的に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。 Further, as the spatial light modulator 10 for forming a variable pattern, a spatial light modulator that continuously or discretely changes the orientation of a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and having a stepped reflecting surface is used. You can also do it. In this case, the plurality of mirror elements can be tilted around at least one axis and each has a stepped reflecting surface. As such a phase step tilt mirror type spatial light modulator, for example, the spatial light modulator disclosed in US Pat. No. 7,110,159 can be used. Further, as the spatial light modulator for forming a variable pattern, a transmissive spatial light modulator having a plurality of transmissive optical elements arranged two-dimensionally and individually controlled can also be used.

空間光変調器10では、制御系CRからの制御信号(複数のミラー要素10aの駆動データ)にしたがって、複数のミラー要素10aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素10aがそれぞれ所定の向き(または位置)に設定される。投影光学系PLは、照明光学系(1〜9)により照明された空間光変調器10からの反射光により、フォトレジストが塗布されたウェハ(感光性基板)Wの単位露光領域に、複数のミラー要素10aが形成したミラーパターン(複数のミラー要素10aの傾きパターン、凹凸パターンなど)に対応した所定のパターン像を投影する。 In the spatial light modulator 10, the postures of the plurality of mirror elements 10a change according to the control signals (drive data of the plurality of mirror elements 10a) from the control system CR, and each mirror element 10a has a predetermined orientation (or each). Position) is set. The projection optical system PL includes a plurality of projection optical systems PL in a unit exposure region of a wafer (photosensitive substrate) W coated with a photoresist by reflected light from the spatial light modulator 10 illuminated by the illumination optical system (1 to 9). A predetermined pattern image corresponding to the mirror pattern formed by the mirror element 10a (tilt pattern, uneven pattern, etc. of the plurality of mirror elements 10a) is projected.

ウェハWは、ウェハステージWS上においてXZ平面とほぼ平行に保持されている。ウェハステージWSには、X方向、Y方向、Z方向、X軸廻りの回転方向、Y軸廻りの回転方向およびZ軸廻りの回転方向に、ウェハステージWS(ひいてはウェハW)を移動させる機構が組み込まれている。ステップ・アンド・リピート方式では、ウェハW上に縦横に設定された複数の単位露光領域のうちの1つの単位露光領域に、空間光変調器8のミラーパターンに対応した所定のパターン、例えばデバイスパターンを一括的に露光する。その後、制御系CRが、ウェハステージWSをXZ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハWの別の単位露光領域を投影光学系PLに対して位置決めする。こうして、空間光変調器10のミラーパターンに対応したデバイスパターンをウェハWの単位露光領域に一括露光する動作を繰り返す。 The wafer W is held on the wafer stage WS substantially parallel to the XZ plane. The wafer stage WS has a mechanism for moving the wafer stage WS (and thus the wafer W) in the X direction, the Y direction, the Z direction, the rotation direction around the X axis, the rotation direction around the Y axis, and the rotation direction around the Z axis. It has been incorporated. In the step-and-repeat method, a predetermined pattern corresponding to the mirror pattern of the spatial light modulator 8, for example, a device pattern, is set in one unit exposure area of a plurality of unit exposure areas set vertically and horizontally on the wafer W. Are exposed all at once. After that, the control system CR positions another unit exposure region of the wafer W with respect to the projection optical system PL by stepping the wafer stage WS along the XZ plane. In this way, the operation of batch-exposing the device pattern corresponding to the mirror pattern of the spatial light modulator 10 to the unit exposure region of the wafer W is repeated.

ステップ・アンド・スキャン方式では、制御系CRは、投影光学系PLの投影倍率に応じて、空間光変調器10のミラーパターンおよびウェハステージWSを例えばZ方向に移動させつつ、空間光変調器10のミラーパターンに対応したデバイスパターンをウェハWの1つの単位露光領域に走査露光する。その後、制御系CRは、ウェハステージWSをXZ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハWの別の単位露光領域を投影光学系PLに対して位置決めする。こうして、空間光変調器10のミラーパターンに対応したデバイスパターンをウェハWの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。 In the step-and-scan method, the control system CR moves the mirror pattern of the spatial light modulator 10 and the wafer stage WS in, for example, the Z direction according to the projection magnification of the projection optical system PL, and the spatial light modulator 10 The device pattern corresponding to the mirror pattern of the above is scanned and exposed on one unit exposure area of the wafer W. After that, the control system CR positions another unit exposure region of the wafer W with respect to the projection optical system PL by stepping the wafer stage WS along the XZ plane. In this way, the operation of scanning and exposing the device pattern corresponding to the mirror pattern of the spatial light modulator 10 to the unit exposure region of the wafer W is repeated.

第1実施形態の露光装置は、シフト部6および空間光変調器10を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系CRを備えている。第1実施形態では、マイクロフライアイレンズ5により形成される二次光源を光源として、照明光学系(1〜9)の被照射面に配置される空間光変調器10のミラー配列面(ひいてはウェハWの露光面)をケーラー照明する。マイクロフライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ5の入射側の面に形成される大局的な光強度分布と、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に形成される二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。 The exposure apparatus of the first embodiment includes a control system CR that controls the shift unit 6 and the spatial light modulator 10 and comprehensively controls the operation of the exposure apparatus. In the first embodiment, the mirror arrangement surface (and thus the wafer) of the spatial light modulator 10 arranged on the illuminated surface of the illumination optical system (1 to 9) using the secondary light source formed by the microfly eye lens 5 as the light source. The exposed surface of W) is illuminated by Koehler illumination. When the number of wave plane divisions by the micro fly eye lens 5 is relatively large, it is formed in the global light intensity distribution formed on the incident side surface of the micro fly eye lens 5 and in the illumination pupil immediately after the micro fly eye lens 5. It shows a high correlation with the global light intensity distribution (pupil intensity distribution) of the entire secondary light source.

第1実施形態の露光装置では、制御系CRからの指令にしたがって空間光変調器10が可変的に形成するミラーパターンに対応するデバイスパターンを、投影光学系PLを介して、ウェハWに一括露光または走査露光(スキャン露光)する。二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素(光学要素)を有する空間光変調器が可変的に形成するミラーパターンに対応するデバイスパターンを、投影光学系を介して基板に露光するマスクレス方式の露光装置の詳細については、米国特許第8,792,081B2号明細書などを参照することができる。 In the exposure apparatus of the first embodiment, the device pattern corresponding to the mirror pattern variably formed by the spatial optical modulator 10 according to the command from the control system CR is collectively exposed to the wafer W via the projection optical system PL. Alternatively, scan exposure (scan exposure) is performed. A device pattern corresponding to a mirror pattern variably formed by a spatial optical modulator having a plurality of mirror elements (optical elements) arranged two-dimensionally and individually controlled is exposed on a substrate via a projection optical system. For details of the maskless type exposure apparatus, US Pat. No. 8,792,081B2 and the like can be referred to.

第1実施形態では、光源部LSから高コヒーレンスのパルス光が供給されるため、マイクロフライアイレンズ5のレンズレット5a間の干渉などに起因して、空間光変調器10のミラー配列面(照明光学系(1〜9)の被照射面)には、図6の左側の図に示すように、1つのパルス光によりランダムに不均一な照度分布が形成される傾向がある。この場合、ランダムに不均一な照度分布をランダムに重ね合わせる従来の手法では、図6の右側の図に示すように、積算照度分布を平均化するのに多数のパルス光を用いる必要がある。 In the first embodiment, since pulsed light having high coherence is supplied from the light source unit LS, the mirror array surface (illumination) of the spatial light modulator 10 is caused by interference between the lenslets 5a of the microfly eye lens 5. As shown in the figure on the left side of FIG. 6, one pulsed light tends to randomly form a non-uniform illuminance distribution on the irradiated surface of the optical system (1 to 9). In this case, in the conventional method of randomly superimposing non-uniform illuminance distributions, it is necessary to use a large number of pulsed lights to average the integrated illuminance distributions, as shown in the figure on the right side of FIG.

具体的に、従来の手法では、照度分布のコントラスト(スペックルコントラスト)Cと、パルス光の積算数Nとの間に、次の式(1)に示すような関係がある。ちなみに、コントラストCは、照度分布における光強度の平均値をAとするとき、照度分布における強度平均値Aからの光強度の分散σの平方根、すなわち標準偏差σを用いて、次の式(2)に示すように定義される。 Specifically, in the conventional method, there is a relationship as shown in the following equation (1) between the contrast (speckle contrast) C of the illuminance distribution and the integrated number N of the pulsed light. By the way, for contrast C, when the average value of light intensity in the illuminance distribution is A, the square root of the variance σ 2 of the light intensity from the average value A in the illuminance distribution, that is, the standard deviation σ is used, and the following equation ( It is defined as shown in 2).

Figure 0006761574
Figure 0006761574

式(1)を参照すると、照度分布のコントラストCはパルス光の積算数Nの平方根の逆数に比例するため、コントラストCを低減して積算照度分布を平均化するのに多数のパルス光を用いる必要があることが容易に理解される。 With reference to equation (1), the contrast C of the illuminance distribution is proportional to the reciprocal of the square root of the integrated number N of the pulsed light, so a large number of pulsed lights are used to reduce the contrast C and average the integrated illuminance distribution. It is easy to understand the need.

第1実施形態では、照明光学系(1〜9)の被照射面上で、すなわち空間光変調器10のミラー配列面上でX方向およびZ方向に周期を持つ照度分布を形成するために、空間光変調器としての回折光学素子3から光が射出される領域のX方向に沿った長さS1およびY方向(空間光変調器10のミラー配列面上でのZ方向に対応)に沿った長さS2を設定している。回折光学素子3からの光の射出領域は、一例として、所望の大きさおよび形状の断面を有する光束を回折光学素子3へ導くビーム送光部2の作用により制限される。すなわち、ビーム送光部2は、回折光学素子3の光源側に配置され、回折光学素子3上で光源LSからの光が照射される領域を設定する照射領域設定部を構成している。 In the first embodiment, in order to form an illuminance distribution having periods in the X and Z directions on the illuminated surface of the illumination optical system (1 to 9), that is, on the mirror array surface of the spatial light modulator 10. Along the lengths S1 and Y directions (corresponding to the Z direction on the mirror arrangement surface of the spatial light modulator 10) along the X direction of the region where light is emitted from the diffractive optical element 3 as the spatial light modulator. The length S2 is set. The light emitting region from the diffractive optical element 3 is, for example, limited by the action of the beam light transmitting unit 2 that guides a light flux having a cross section having a desired size and shape to the diffractive optical element 3. That is, the beam light transmitting unit 2 is arranged on the light source side of the diffractive optical element 3 and constitutes an irradiation area setting unit that sets a region on which the light from the light source LS is irradiated on the diffractive optical element 3.

具体的に、X方向に沿った長さS1およびY方向に沿った長さS2は、次の式(3)および(4)で示す条件を満足するように設定されている。式(3)および(4)において、fはリレー光学系(厳密には回折光学素子3とマイクロフライアイレンズ5との間に配置される光学系)4の焦点距離であり、λはパルス光の中心波長であり、P1はマイクロフライアイレンズ5のレンズレット(波面分割要素)5aのX方向に沿ったピッチであり、P2はレンズレット5aのY方向に沿ったピッチである。
S1≦2×(f×λ)/P1 (3)
S2≦2×(f×λ)/P2 (4)
Specifically, the length S1 along the X direction and the length S2 along the Y direction are set so as to satisfy the conditions represented by the following equations (3) and (4). In equations (3) and (4), f is the focal length of the relay optical system (strictly speaking, the optical system arranged between the diffractive optical element 3 and the microfly eye lens 5) 4, and λ is the pulsed light. P1 is the pitch along the X direction of the lenslet (wave plane dividing element) 5a of the microfly-eye lens 5, and P2 is the pitch along the Y direction of the lenslet 5a.
S1 ≦ 2 × (f × λ) / P1 (3)
S2 ≦ 2 × (f × λ) / P2 (4)

式(3)および(4)を満足するように回折光学素子3からの光の射出領域を制限することにより、図7の左側の図に示すように、1つのパルス光により光強度がほぼ周期的に変化する照度分布を得ることができる。そして、このほぼ周期的な照度分布を周期に応じた移動幅にしたがって位置ずれさせながら重ね合わせることにより、図7の右側の図に示すように、従来手法よりも少ないパルス光(少ない積算数)により被照射面上の積算照度分布を均一化することができる。なお、X方向に沿った長さS1およびY方向に沿った長さS2をX方向に沿った寸法S1およびY方向に沿った寸法S2と称することもできる。 By limiting the light emission region from the diffractive optical element 3 so as to satisfy the equations (3) and (4), as shown in the figure on the left side of FIG. 7, the light intensity is substantially periodiced by one pulsed light. It is possible to obtain an illuminance distribution that changes in a target manner. Then, by superimposing the substantially periodic illuminance distribution while shifting the position according to the movement width according to the period, as shown in the figure on the right side of FIG. 7, the pulsed light (small integrated number) is smaller than that of the conventional method. Therefore, the integrated illuminance distribution on the irradiated surface can be made uniform. The length S1 along the X direction and the length S2 along the Y direction can also be referred to as a dimension S1 along the X direction and a dimension S2 along the Y direction.

以下、図8〜図10を参照して、周期的な照度分布を周期に応じた移動幅にしたがって位置ずれさせながら重ね合わせる実施形態の手法について説明する。ただし、以下の説明では、実施形態の手法の作用効果の理解を容易にするために、1つのパルス光により光強度が周期的に変化する照度分布が得られるものとする。図8は、回折光学素子3とマスクブラインド8の面8aとの間の光路を光軸AXに沿って直線状に展開した図である。図8の局所座標系におけるx座標、y座標およびz座標は、図1の全体座標系におけるX座標、Y座標およびZ座標と対応している。 Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 10, the method of the embodiment in which the periodic illuminance distributions are overlapped while being displaced according to the movement width according to the period will be described. However, in the following description, in order to facilitate understanding of the action and effect of the method of the embodiment, it is assumed that an illuminance distribution in which the light intensity changes periodically by one pulsed light can be obtained. FIG. 8 is a view in which the optical path between the diffractive optical element 3 and the surface 8a of the mask blind 8 is linearly developed along the optical axis AX. The x-coordinate, y-coordinate, and z-coordinate in the local coordinate system of FIG. 8 correspond to the X-coordinate, Y-coordinate, and Z-coordinate in the overall coordinate system of FIG.

第1実施形態では、光源部LSから供給された高コヒーレンスのパルス光が、図8に示すように、回折光学素子3、シフト部6およびリレー光学系4を介して、マイクロフライアイレンズ5の複数のレンズレット5aに入射する。マイクロフライアイレンズ5の複数のレンズレット5aにより分割された光は、光が入射した複数のレンズレット5aの射出面の近傍にそれぞれ1つのスポット光からなる小光源を形成する。 In the first embodiment, as shown in FIG. 8, high coherence pulsed light supplied from the light source unit LS is transmitted through the diffractive optical element 3, the shift unit 6, and the relay optical system 4 to the microfly eye lens 5. It is incident on a plurality of lenslets 5a. The light divided by the plurality of lenslets 5a of the microfly-eye lens 5 forms a small light source composed of one spot light in the vicinity of the emission surface of the plurality of lenslets 5a on which the light is incident.

複数の小光源からの光は、コンデンサー光学系7を介して、マスクブラインド8の面8aで重畳される。マスクブラインド面8aは照明光学系(1〜9)の被照射面(固定的に設置された空間光変調器10のミラー配列面)と光学的に共役であり、マスクブラインド8の面8aに形成される照度分布は、被照射面に形成される照度分布と一致していても良い。 Light from the plurality of small light sources is superimposed on the surface 8a of the mask blind 8 via the condenser optical system 7. The mask blind surface 8a is optically conjugate with the illuminated surface of the illumination optical system (1 to 9) (the mirror array surface of the spatial light modulator 10 fixedly installed), and is formed on the surface 8a of the mask blind 8. The illuminance distribution to be performed may match the illuminance distribution formed on the irradiated surface.

第1実施形態では、式(4)により回折光学素子3からの光の射出領域のY方向の長さS2を制限しているので、図9に示すように、1つのパルス光によりy方向に光強度が周期的に変化する第1照度分布41aが、被照射面と光学的に共役なマスクブラインド面8aに形成される。第1照度分布41aのy方向ピッチ(周期)Pyは、レンズレット5aのy方向サイズをSyとし、光の中心波長をλとし、コンデンサー光学系7の焦点距離をf2とすると、次の式(5)で表される。
Py=(λ×f2)/Sy (5)
In the first embodiment, since the length S2 of the light emitting region from the diffractive optical element 3 in the Y direction is limited by the equation (4), as shown in FIG. 9, one pulsed light is used in the y direction. The first illuminance distribution 41a whose light intensity changes periodically is formed on the mask blind surface 8a which is optically coupled to the irradiated surface. The y-direction pitch (period) Py of the first illuminance distribution 41a is calculated by the following equation, where Sy is the y-direction size of the lenslet 5a, λ is the central wavelength of light, and f2 is the focal length of the condenser optical system 7. It is represented by 5).
Py = (λ × f2) / Sy (5)

以下の説明では、理解を容易にするために、x方向に並んだ列が3列でy方向に並んだ列が3列の合計9個のレンズレット5aに光が入射するものとする。この場合、第1照度分布41aと、第1照度分布41aを+y方向にPy/3だけ移動させた第2照度分布41bと、第2照度分布41bを+y方向にPy/3だけ移動させた第3照度分布41cとを重ね合わせると、光強度がy方向に沿ってほぼ一様な分布、すなわちy方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布41dが得られる。 In the following description, for ease of understanding, it is assumed that light is incident on a total of nine lenslets 5a in which three rows are arranged in the x direction and three rows are arranged in the y direction. In this case, the first illuminance distribution 41a, the second illuminance distribution 41b in which the first illuminance distribution 41a is moved by Py / 3 in the + y direction, and the second illuminance distribution 41b in which the second illuminance distribution 41b is moved by Py / 3 in the + y direction. By superimposing the three illuminance distributions 41c, a substantially uniform distribution of light intensity along the y direction, that is, a substantially uniform integrated illuminance distribution 41d along the y direction can be obtained.

換言すれば、y方向に沿って互いにPy/3だけ位置ずれした3つの照度分布41aと41bと41cとを重ね合わせることにより、すなわちy方向に関して位相の異なる3つの照度分布41aと41bと41cとを重ね合わせることにより、y方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布41dが得られる。一般には、光が入射するレンズレット5aのy方向の個数がNyであるとき、y方向に沿って互いにΔr=Py/Nyだけ位置ずれしたNy個の照度分布を重ね合わせることにより、マスクブラインド面8a、ひいては照明光学系(1〜9)の被照射面(空間光変調器10のミラー配列面)において、y方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布が得られる。 In other words, by superimposing the three illuminance distributions 41a, 41b and 41c displaced by Py / 3 from each other along the y direction, that is, the three illuminance distributions 41a, 41b and 41c having different phases in the y direction. By superimposing the above, a substantially uniform integrated illuminance distribution 41d can be obtained along the y direction. Generally, when the number of lenslets 5a in which light is incident in the y direction is Ny, the mask blind surface is formed by superimposing Ny illuminance distributions that are displaced from each other by Δr = Py / Ny along the y direction. A substantially uniform integrated illuminance distribution can be obtained along the y direction on the irradiated surface (mirror array surface of the spatial light modulator 10) of the illumination optical system (1 to 9) by 8a.

具体的に、第1照度分布41aを+y方向にΔr=Py/Ny(図8ではNy=3)だけ移動させた第2照度分布41bを形成するには、回折光学素子3とリレー光学系4との間に設けられたシフト部6の作用により、入射した光を−y方向にΔuだけ平行移動させて射出すれば良い。シフト部6は、図10に示すように、照明光学系の光軸AXに対して斜設された一対の平行平面板6aおよび6bと、制御系CRからの指令にしたがって平行平面板6a,6bをそれぞれ回転駆動する駆動部6cとを有する。 Specifically, in order to form the second illuminance distribution 41b in which the first illuminance distribution 41a is moved in the + y direction by Δr = Py / Ny (Ny = 3 in FIG. 8), the diffraction optical element 3 and the relay optical system 4 are formed. By the action of the shift portion 6 provided between the two, the incident light may be translated by Δu in the −y direction and emitted. As shown in FIG. 10, the shift unit 6 includes a pair of parallel plane plates 6a and 6b obliquely arranged with respect to the optical axis AX of the illumination optical system, and parallel plane plates 6a and 6b according to a command from the control system CR. Each has a drive unit 6c for rotationally driving.

平行平面板6aは光軸AXと平行な軸線6aa廻りに回転可能に構成され、平行平面板6bは光軸AXと平行な軸線6ba廻りに回転可能に構成されている。シフト部6は、制御系CRからの指令にしたがって駆動部6cが平行平面板6a,6bをそれぞれ回転駆動することにより、入射した光を所望方向に所望距離だけ平行移動させて射出する機能を有する。 The parallel flat plate 6a is configured to be rotatable around the axis 6aa parallel to the optical axis AX, and the parallel flat plate 6b is configured to be rotatable around the axis 6ba parallel to the optical axis AX. The shift unit 6 has a function of rotating and driving the parallel flat plates 6a and 6b in accordance with a command from the control system CR to translate the incident light in a desired direction by a desired distance and emit the light. ..

シフト部6による所要の平行移動距離Δuは、リレー光学系4の焦点距離をfとすると、次の式(6)で表される。このとき、シフト部6の作用により、マスクブラインド面8aに入射する光はΔr=Py/Nyだけ+y方向に移動し、ひいてはマスクブラインド面8aに形成される第2照度分布41bの位置が第1照度分布41aの形成位置から+y方向にPy/Ny(図8ではNy=3)だけ移動する。
Δu=(λ×f)/(Sy×Ny) (6)
The required parallel transport distance Δu by the shift unit 6 is expressed by the following equation (6), where f is the focal length of the relay optical system 4. At this time, due to the action of the shift portion 6, the light incident on the mask blind surface 8a moves in the + y direction by Δr = Py / Ny, and the position of the second illuminance distribution 41b formed on the mask blind surface 8a is the first position. It moves by Py / Ny (Ny = 3 in FIG. 8) in the + y direction from the formation position of the illuminance distribution 41a.
Δu = (λ × f) / (Sy × Ny) (6)

このように、1つ(または複数)のパルス光により第1照度分布41aを形成し、次の1つ(または複数)のパルス光により第1照度分布41aから+y方向にPy/Nyだけ移動した位置に第2照度分布41bを形成し、次の1つ(または複数)のパルス光により第2照度分布41bから+y方向にPy/Nyだけ移動した位置に第3照度分布41cを形成することにより、y方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布41dを得ることができる。すなわち、+y方向にPy/Nyだけ互いに位置ずれした3つの照度分布41aと41bと41cとを1つずつ(または複数ずつ)重ね合わせることにより、積算照度分布を均一化することができる。ここで、被照射面上で照度分布のy方向における形成位置を変更するとは、被照射面上でy方向に沿った照度(あるいは光強度)の変化の状態を示す関数の原点がy方向に変化していると言うことができる。 In this way, the first illuminance distribution 41a was formed by one (or a plurality) of pulsed lights, and the next one (or a plurality) of pulsed lights moved from the first illuminance distribution 41a in the + y direction by Py / Ny. By forming a second illuminance distribution 41b at a position and forming a third illuminance distribution 41c at a position moved by Py / Ny in the + y direction from the second illuminance distribution 41b by the next one (or a plurality) of pulsed lights. , A substantially uniform integrated illuminance distribution 41d can be obtained along the y direction. That is, the integrated illuminance distribution can be made uniform by superimposing one (or a plurality) of the three illuminance distributions 41a, 41b, and 41c that are displaced from each other by Py / Ny in the + y direction. Here, changing the formation position of the illuminance distribution in the y direction on the irradiated surface means that the origin of the function indicating the state of change in the illuminance (or light intensity) along the y direction on the irradiated surface is in the y direction. It can be said that it is changing.

換言すると、y方向に沿ってPy/Nyだけ間隔を隔てたNy個の基準点を設定し、各照度分布のy方向に沿った中心点がNy個の基準点と一致するように、各照度分布の形成位置を変更することにより、積算照度分布を均一化することができる。このとき、各照度分布のy方向に沿った中心点が一致すべき基準点の順序は任意であり、各照度分布のy方向に沿った中心点を対応する基準点と一致させる回数も互いに同じであれば任意である。すなわち、第1照度分布41a、第2照度分布41bおよび第3照度分布41cを形成する順序は任意であり、各照度分布を形成する回数も同数であれば任意である。 In other words, Ny reference points are set at intervals of Py / Ny along the y direction, and each illuminance so that the center point along the y direction of each illuminance distribution coincides with the Ny reference points. By changing the formation position of the distribution, the integrated illuminance distribution can be made uniform. At this time, the order of the reference points at which the center points along the y direction of each illuminance distribution should match is arbitrary, and the number of times the center points along the y direction of each illuminance distribution are matched with the corresponding reference points is also the same. If it is, it is optional. That is, the order of forming the first illuminance distribution 41a, the second illuminance distribution 41b, and the third illuminance distribution 41c is arbitrary, and the number of times each illuminance distribution is formed is also arbitrary.

同様に、図示を省略するが、回折光学素子3からの光の射出領域のX方向の長さS1を式(3)により制限しているので、1つのパルス光により、y方向だけでなくx方向にも光強度が周期的に変化する照度分布が形成される。照度分布のx方向ピッチ(周期)Pxは、レンズレット5aのx方向サイズをSxとすると、次の式(7)で表される。また、シフト部6による所要の平行移動距離Δu’は、次の式(8)で表される。
Px=(λ×f2)/Sx (7)
Δu’=(λ×f)/(Sx×Nx) (8)
Similarly, although not shown, the length S1 of the light emitting region from the diffractive optical element 3 in the X direction is limited by the equation (3), so that one pulsed light can be used not only in the y direction but also in the x direction. An illuminance distribution in which the light intensity changes periodically is also formed in the direction. The x-direction pitch (period) Px of the illuminance distribution is expressed by the following equation (7), where the x-direction size of the lenslet 5a is Sx. Further, the required parallel movement distance Δu'by the shift unit 6 is expressed by the following equation (8).
Px = (λ × f2) / Sx (7)
Δu'= (λ × f) / (Sx × Nx) (8)

x方向に沿って互いにPx/3だけ位置ずれした3つの照度分布を重ね合わせることにより、x方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布が得られる。一般には、光が入射するレンズレット5aのx方向の個数がNxであるとき、x方向に沿って互いにPx/Nxだけ位置ずれしたNx個の照度分布を重ね合わせることにより、マスクブラインド面8a、ひいては照明光学系(1〜9)の被照射面(空間光変調器10のミラー配列面)において、x方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布が得られる。 By superimposing three illuminance distributions that are displaced by Px / 3 from each other along the x direction, a substantially uniform integrated illuminance distribution can be obtained along the x direction. Generally, when the number of lenslets 5a in which light is incident is Nx, the mask blind surface 8a, by superimposing Nx illuminance distributions that are displaced by Px / Nx from each other along the x direction, As a result, a substantially uniform integrated illuminance distribution can be obtained along the x direction on the irradiated surface (mirror array surface of the spatial light modulator 10) of the illumination optical system (1 to 9).

被照射面においてx方向およびy方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布を得るには、x方向に沿って互いにPx/Nxだけ位置ずれし且つy方向に沿って互いにPy/Nyだけ位置ずれした合計(Nx×Ny)個の照度分布を重ね合わせれば良い。換言すれば、(Nx×Ny)個(またはその整数倍)のパルス光を用いて、x方向に沿って互いにPx/Nxだけ位置ずれし且つy方向に沿って互いにPy/Nyだけ位置ずれした合計(Nx×Ny)個(またはその整数倍)の照度分布を形成することにより、被照射面においてx方向およびy方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布が得られる。 In order to obtain a nearly uniform integrated illuminance distribution along the x and y directions on the irradiated surface, they were displaced by Px / Nx from each other along the x direction and by Py / Ny from each other along the y direction. A total of (Nx × Ny) illuminance distributions may be superimposed. In other words, using (Nx × Ny) (or an integral multiple of it) pulsed light, they were displaced by Px / Nx from each other along the x direction and by Py / Ny from each other along the y direction. By forming a total (Nx × Ny) (or an integral multiple thereof) illuminance distribution, a substantially uniform integrated illuminance distribution can be obtained along the x-direction and the y-direction on the irradiated surface.

(Nx×Ny)個(またはその整数倍)の照度分布を形成する順序は任意に設定可能であり、1つの位置に照度分布を形成する回数は互いに同じであれば任意である。図8では、x方向に並んだ列が3列でy方向に並んだ列が3列の合計9個のレンズレット5aに光が入射するものとしているため、(Nx×Ny)は光が入射するレンズレット5aの個数Npを意味していることになる。 The order of forming (Nx × Ny) illuminance distributions (or an integral multiple thereof) can be arbitrarily set, and the number of times the illuminance distributions are formed at one position is arbitrary as long as they are the same. In FIG. 8, since it is assumed that light is incident on a total of nine lenslets 5a in which three rows are arranged in the x direction and three rows are arranged in the y direction, light is incident on (Nx × Ny). This means the number Np of the lenslets 5a to be used.

図11は、ランダムに不均一な照度分布をランダムに重ね合わせる従来の手法と周期的な照度分布を周期に応じた移動幅にしたがって位置ずれさせながら重ね合わせる実施形態の手法とを比較する図である。図11において、横軸は積算数Nを示し、縦軸は積算照度分布のコントラストCを対数表示している。参照符号51は従来の手法による積算数NとコントラストCとの関係を示し、参照符号52は実施形態の手法による積算数NとコントラストCとの関係を示している。 FIG. 11 is a diagram comparing a conventional method of randomly superimposing non-uniform illuminance distributions and a method of an embodiment in which periodic illuminance distributions are superposed while being displaced according to a movement width according to a period. is there. In FIG. 11, the horizontal axis represents the integrated number N, and the vertical axis represents the contrast C of the integrated illuminance distribution in a logarithmic manner. Reference numeral 51 indicates the relationship between the integrated number N and the contrast C according to the conventional method, and reference numeral 52 indicates the relationship between the integrated number N and the contrast C according to the method of the embodiment.

図11を参照すると、積算照度分布のコントラストCを0.1に、すなわち10%に抑えるために要する積算数Nは、実施形態の手法では20程度であるが、従来の手法では60をはるかに超える値、例えば100程度になる。別の観点によれば、1つのパルス光により形成される照度分布の積算数Nが30程度の場合、実施形態の手法では積算照度分布のコントラストCを7%程度まで低減することができるが、従来の手法では19%程度までしか低減することができない。 Referring to FIG. 11, the integrated number N required to suppress the contrast C of the integrated illuminance distribution to 0.1, that is, 10% is about 20 in the method of the embodiment, but far more than 60 in the conventional method. The value exceeds, for example, about 100. According to another viewpoint, when the integrated number N of the illuminance distribution formed by one pulsed light is about 30, the contrast C of the integrated illuminance distribution can be reduced to about 7% by the method of the embodiment. With the conventional method, it can be reduced only to about 19%.

図12は、実施形態における回折光学素子からの光の射出領域の長さと積算数N=32のときの積算照度分布のコントラストとの関係を示す図である。図12において、横軸は回折光学素子3からの光の射出領域の長さS1,S2(単位:(f×λ)/P1,(f×λ)/P2)を示し、縦軸は積算照度分布のコントラストCを示している。参照符号53は実施形態における長さS1,S2とコントラストCとの関係を示しており、水平方向に延びる直線状の破線54は図11において積算数N=32のときに従来の手法により得られるコントラストCの値、すなわちC≒0.17に対応している。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the length of the light emitting region from the diffractive optical element and the contrast of the integrated illuminance distribution when the integrated number N = 32 in the embodiment. In FIG. 12, the horizontal axis represents the lengths S1 and S2 (units: (f × λ) / P1, (f × λ) / P2) of the light emitting region from the diffractive optical element 3, and the vertical axis represents the integrated illuminance. The contrast C of the distribution is shown. Reference numeral 53 indicates the relationship between the lengths S1 and S2 and the contrast C in the embodiment, and the linear broken line 54 extending in the horizontal direction is obtained by the conventional method when the integration number N = 32 in FIG. It corresponds to the value of contrast C, that is, C≈0.17.

図12を参照すると、例えば積算数N=32の場合、式(3)および(4)を満足すれば、実施形態の手法によるコントラストCの低減効果が従来の手法よりも大きくなることがわかる。また、実施形態の手法によるコントラストCの低減効果をさらに高めるには、空間光変調器としての回折光学素子3からの光の射出領域のX方向に沿った長さS1およびY方向に沿った長さS2を、次の式(9)および(10)で示す条件を満足するように制限しても良いことがわかる。
S1≦1.5×(f×λ)/P1 (9)
S2≦1.5×(f×λ)/P2 (10)
With reference to FIG. 12, for example, when the integrated number N = 32, it can be seen that if the equations (3) and (4) are satisfied, the effect of reducing the contrast C by the method of the embodiment becomes larger than that of the conventional method. Further, in order to further enhance the effect of reducing the contrast C by the method of the embodiment, the length of the light emitting region from the diffractive optical element 3 as the spatial light modulator along the X direction and the length along the Y direction. It can be seen that S2 may be restricted so as to satisfy the conditions represented by the following equations (9) and (10).
S1 ≦ 1.5 × (f × λ) / P1 (9)
S2 ≦ 1.5 × (f × λ) / P2 (10)

以上のように、第1実施形態では、ビーム送光部2の作用により、回折光学素子3からの光の射出領域のX方向に沿った長さS1およびY方向に沿った長さS2を制限している。その結果、1つのパルス光により、光強度がx方向およびy方向に沿ってほぼ周期的に変化する照度分布をマスクブラインド8の面8a上に形成し、ひいては光強度がX方向およびZ方向に沿ってほぼ周期的に変化する照度分布を照明光学系(1〜9)の被照射面(固定的に設置された空間光変調器10のミラー配列面)に形成することができる。 As described above, in the first embodiment, the length S1 along the X direction and the length S2 along the Y direction of the light emitting region from the diffractive optical element 3 are limited by the action of the beam light transmitting unit 2. are doing. As a result, one pulsed light forms an illuminance distribution on the surface 8a of the mask blind 8 whose light intensity changes substantially periodically along the x and y directions, and thus the light intensity changes in the X and Z directions. An illuminance distribution that changes substantially periodically along the line can be formed on the irradiated surface (mirror array surface of the spatial light modulator 10 fixedly installed) of the illumination optical system (1 to 9).

この場合、照度分布のx方向周期Pxおよびy方向周期Pyに応じた移動幅にしたがって、シフト部6が照度分布の形成位置を変更することにより、照明光学系(1〜9)の被照射面(空間光変調器10のミラー配列面)においてX方向およびZ方向に沿ってほぼ均一な積算照度分布を得ることができる。換言すれば、Np個(またはその整数倍)のパルス光を用いて、互いに異なるNp個の位置に照度分布を形成して重ね合わせることにより、被照射面においてほぼ均一な積算照度分布を得ることができる。 In this case, the illuminated surface of the illumination optical system (1 to 9) is changed by the shift portion 6 changing the formation position of the illuminance distribution according to the movement width corresponding to the x-direction period Px and the y-direction period Py of the illuminance distribution. A substantially uniform integrated illuminance distribution can be obtained along the X and Z directions in (the mirror array surface of the spatial optical modulator 10). In other words, by using Np (or an integral multiple of) pulsed light to form illuminance distributions at different Np positions and superimposing them, a nearly uniform integrated illuminance distribution can be obtained on the irradiated surface. Can be done.

こうして、第1実施形態にかかる照明光学系(1〜9)では、比較的少ないパルス光により、空間光変調器10のミラー配列面(被照射面)上の積算照度分布を均一化することができる。また、第1実施形態にかかる露光装置では、空間光変調器10のミラー配列面上の積算照度分布を均一化する照明光学系(1〜9)を用いて、ウェハ(基板)Wに露光されるパターン線幅の均一性を良好にすることができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。 In this way, in the illumination optical system (1 to 9) according to the first embodiment, the integrated illuminance distribution on the mirror array surface (irradiated surface) of the spatial light modulator 10 can be made uniform by using a relatively small amount of pulsed light. it can. Further, in the exposure apparatus according to the first embodiment, the wafer (substrate) W is exposed to light by using the illumination optical system (1 to 9) that equalizes the integrated illuminance distribution on the mirror array surface of the spatial light modulator 10. The uniformity of the pattern line width can be improved, and thus a good device can be manufactured.

図13は、第2実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。第2実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に瞳強度分布を固定的に形成する回折光学素子3に代えて、瞳強度分布を可変的に形成する空間光変調器23が配置されていることが、第1実施形態と相違している。図13では、図1の第1実施形態における構成要素と同様の機能を果たす要素に図1と同じ参照符号を付している。以下、第1実施形態との相違点に着目して、第2実施形態の構成および作用を説明する。 FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of the exposure apparatus according to the second embodiment. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, but the pupil intensity distribution is variable instead of the diffractive optical element 3 that fixedly forms the pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5. It is different from the first embodiment in that the spatial light modulator 23 to be formed is arranged. In FIG. 13, the elements having the same functions as the components in the first embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the configuration and operation of the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

第2実施形態では、光源部LSから供給された高コヒーレンスのパルス光が、遅延光学系1およびビーム送光部2を経て、空間光変調器23に入射する。空間光変調器23は、可変パターン形成用の空間光変調器10と同様の構成を有する。すなわち、空間光変調器23は、図14に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素23aと、複数のミラー要素23aを保持する基盤23bと、基盤23bに接続されたケーブル(不図示)を介して複数のミラー要素23aの姿勢を個別に制御駆動する駆動部23cとを備えている。 In the second embodiment, the high-coherence pulsed light supplied from the light source unit LS enters the spatial light modulator 23 via the delay optical system 1 and the beam light transmitting unit 2. The spatial light modulator 23 has the same configuration as the spatial light modulator 10 for forming a variable pattern. That is, as shown in FIG. 14, the spatial light modulator 23 includes a plurality of mirror elements 23a arranged in a predetermined plane, a base 23b holding the plurality of mirror elements 23a, and a cable connected to the base 23b. It includes a drive unit 23c that individually controls and drives the postures of the plurality of mirror elements 23a via (not shown).

ビーム送光部2は、光源部LSおよび遅延光学系1を経て入射した光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器23へ導くとともに、空間光変調器23の複数のミラー要素23aの配列面(ミラー配列面)に入射する光の位置変動および角度変動をアクティブに補正する。空間光変調器23では、制御系CRからの指令に基づいて作動する駆動部23cの作用により、複数のミラー要素23aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素23aがそれぞれ所定の向きに設定される。 The beam light transmitting unit 2 guides the light beam incident through the light source unit LS and the delayed optical system 1 to the spatial light modulator 23 while converting it into a luminous flux having a cross section of an appropriate size and shape, and at the same time, the spatial light modulator 23. Actively corrects positional fluctuations and angular fluctuations of light incident on the array planes (mirror array planes) of the plurality of mirror elements 23a. In the spatial light modulator 23, the postures of the plurality of mirror elements 23a are changed by the action of the drive unit 23c that operates based on the command from the control system CR, and each mirror element 23a is set to a predetermined direction. ..

空間光変調器23は、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素23aを備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図14および図5では空間光変調器23が4×4=16個のミラー要素23aを備える構成例を示しているが、実際には16個よりもはるかに多数、典型的には4000個〜100,000個程度のミラー要素23aを備えている。 The spatial light modulator 23 includes a plurality of minute mirror elements 23a arranged in two dimensions, and emits incident light by variably applying spatial modulation according to the incident position. .. For simplicity of description and illustration, FIGS. 14 and 5 show a configuration example in which the spatial light modulator 23 includes 4 × 4 = 16 mirror elements 23a, but in reality far more than 16. A large number, typically about 4000 to 100,000 mirror elements 23a are provided.

空間光変調器23では、すべてのミラー要素23aの反射面が1つの平面に沿って設定された基準状態において、ビーム送光部2と空間光変調器23との間の光路の光軸AXと平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器23で反射された後に、空間光変調器23とリレー光学系4との間の光路の光軸AXと平行な方向に進むように構成されている。また、上述したように、空間光変調器23のミラー配列面とマイクロフライアイレンズ5の入射側の面5bとは、リレー光学系4を介して光学的にフーリエ変換の関係に位置決めされている。 In the spatial optical modulator 23, in a reference state in which the reflecting surfaces of all the mirror elements 23a are set along one plane, the optical axis AX of the optical path between the beam light transmitting unit 2 and the spatial optical modulator 23 Light rays incident along the parallel direction are reflected by the spatial light modulator 23 and then travel in a direction parallel to the optical axis AX of the optical path between the spatial optical modulator 23 and the relay optical system 4. Has been done. Further, as described above, the mirror array surface of the spatial light modulator 23 and the surface 5b on the incident side of the microfly eye lens 5 are optically positioned in a Fourier transform relationship via the relay optical system 4. ..

したがって、空間光変調器23の複数のミラー要素23aによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、マイクロフライアイレンズ5の入射側の面5bに所定の光強度分布を形成する。すなわち、リレー光学系4は、空間光変調器23の複数のミラー要素23aが射出光に与える角度を、空間光変調器23のファーフィールド(フラウンホーファー回折領域)であるマイクロフライアイレンズ5の入射側の面5b上での位置に変換する。こうして、マイクロフライアイレンズ5が形成する二次光源の光強度分布(瞳強度分布)は、空間光変調器23およびリレー光学系4がマイクロフライアイレンズ5の入射側の面5bに形成する光強度分布に対応した分布となる。 Therefore, the light reflected by the plurality of mirror elements 23a of the spatial light modulator 23 and given a predetermined angular distribution forms a predetermined light intensity distribution on the incident side surface 5b of the microfly eye lens 5. That is, in the relay optical system 4, the angle at which the plurality of mirror elements 23a of the spatial light modulator 23 gives to the emitted light is incident on the microfly eye lens 5 which is the far field (Fraunhofer diffraction region) of the spatial light modulator 23. Convert to a position on the side surface 5b. In this way, the light intensity distribution (pupil intensity distribution) of the secondary light source formed by the microfly-eye lens 5 is the light formed by the spatial light modulator 23 and the relay optical system 4 on the incident side surface 5b of the microfly-eye lens 5. The distribution corresponds to the intensity distribution.

空間光変調器23は、図5に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で1つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素23aを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素23aは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御系CRからの制御信号に基づいて作動する駆動部23cの作用により独立に制御される。各ミラー要素23aは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的(または離散的)に回転することができる。すなわち、各ミラー要素23aの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。 As shown in FIG. 5, the spatial optical modulator 23 is a large number of minute reflecting elements regularly and two-dimensionally arranged along one plane with the plane reflecting surface facing the upper surface. It is a movable multi-mirror including a mirror element 23a. Each mirror element 23a is movable, and the inclination of the reflection surface, that is, the inclination angle and the inclination direction of the reflection surface are independently controlled by the action of the drive unit 23c that operates based on the control signal from the control system CR. Each mirror element 23a can rotate continuously (or discretely) by a desired rotation angle with the two directions parallel to the reflecting surface and orthogonal to each other as rotation axes. That is, it is possible to two-dimensionally control the inclination of the reflecting surface of each mirror element 23a.

図5には外形が正方形状のミラー要素23aを示しているが、ミラー要素23aの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素23aの隙間が少なくなるように配列可能な形状(最密充填可能な形状)とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う2つのミラー要素23aの間隔を必要最小限に抑えることができる。 Although FIG. 5 shows a mirror element 23a having a square outer shape, the outer shape of the mirror element 23a is not limited to a square shape. However, from the viewpoint of light utilization efficiency, the shape can be arranged so that the gap between the mirror elements 23a is reduced (the shape that can be packed closest). Further, from the viewpoint of light utilization efficiency, the distance between two adjacent mirror elements 23a can be minimized.

空間光変調器23では、制御系CRからの制御信号に応じて作動する駆動部23cの作用により、複数のミラー要素23aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素23aがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器23の複数のミラー要素23aによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。このように、空間光変調器23は、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調器であって、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する。 In the spatial light modulator 23, the postures of the plurality of mirror elements 23a are changed by the action of the drive unit 23c that operates in response to the control signal from the control system CR, and each mirror element 23a is set to a predetermined direction. To. The light reflected by the plurality of mirror elements 23a of the spatial light modulator 23 at a predetermined angle forms a desired pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5. As described above, the spatial light modulator 23 is a spatial light modulator that spatially modulates and emits incident light, and variably forms a pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5. ..

第2実施形態では、一例として、チルトミラー型の空間光変調器23を用いて、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成している。しかしながら、これに限定されることなく、ピストン型の空間光変調器、位相段差チルトミラー型の空間光変調器、または透過型の空間光変調器を用いて、瞳強度分布を可変的に形成しても良い。 In the second embodiment, as an example, a tilt mirror type spatial light modulator 23 is used to variably form a pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5. However, without being limited to this, a piston type spatial light modulator, a phase step tilt mirror type spatial light modulator, or a transmission type spatial light modulator is used to variably form the pupil intensity distribution. You may.

第2実施形態では、空間光変調器23を用いて、図3に示すように、光軸AXを中心とした円形状の光強度分布(照野)をマイクロフライアイレンズ5の入射側の面に形成し、ひいてはマイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に円形状の瞳強度分布を形成することができる。また、図示を省略するが、空間光変調器23を用いて、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に輪帯状の瞳強度分布を形成したり、複数極状などの所望形状の瞳強度分布を形成したりすることができる。 In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a spatial light modulator 23 is used to obtain a circular light intensity distribution (illumination field) centered on the optical axis AX on the incident side surface of the microfly eye lens 5. It is possible to form a circular pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5. Further, although not shown, the spatial light modulator 23 is used to form a ring-shaped pupil intensity distribution in the illumination pupil immediately after the microfly eye lens 5, or a pupil intensity distribution having a desired shape such as a plurality of poles. Can be formed.

なお、第1実施形態では、ビーム送光部2の作用により、空間光変調器としての回折光学素子3からの光の射出領域を制限している。しかしながら、第2実施形態では、空間光変調器23上の所定領域内のミラー要素23aから射出される光がリレー光学系4に入射し、且つ所定領域外のミラー要素23aから射出される光がリレー光学系4に入射しないように制御系CRが駆動部23cを制御することにより、空間光変調器23からの光の射出領域を制限することもできる。 In the first embodiment, the light emitting region of the light from the diffractive optical element 3 as the spatial light modulator is limited by the action of the beam light transmitting unit 2. However, in the second embodiment, the light emitted from the mirror element 23a in the predetermined region on the spatial light modulator 23 is incident on the relay optical system 4, and the light emitted from the mirror element 23a outside the predetermined region is emitted. By controlling the drive unit 23c so that it does not enter the relay optical system 4, the light emission region from the spatial light modulator 23 can be limited.

こうして、第2実施形態の照明光学系(1〜9)においても、第1実施形態の場合と同様に、比較的少ないパルス光により、空間光変調器10のミラー配列面(被照射面)上の積算照度分布を均一化することができる。また、空間光変調器10のミラー配列面上の積算照度分布を均一化する照明光学系(1〜9)を用いて、ウェハ(基板)Wに露光されるパターン線幅の均一性を良好にすることができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。 In this way, also in the illumination optical system (1 to 9) of the second embodiment, as in the case of the first embodiment, a relatively small amount of pulsed light is used on the mirror array surface (illuminated surface) of the spatial light modulator 10. The integrated illuminance distribution can be made uniform. Further, by using the illumination optical system (1 to 9) that equalizes the integrated illuminance distribution on the mirror array surface of the spatial optical modulator 10, the uniformity of the pattern line width exposed on the wafer (substrate) W is improved. And thus a good device can be manufactured.

上述の実施形態では、回折光学素子3または空間光変調器23とリレー光学系4との間の光路中に配置されたシフト部6が、照度分布の周期に応じた移動幅にしたがって照度分布の形成位置を移動させる相対位置変更部を構成している。別の表現をすれば、相対位置変更部としてのシフト部6は、1つまたは複数のパルス光の照射ごとに、固定的に設置されたパターン形成部としての空間光変調器10と照度分布との相対位置を変更する。 In the above-described embodiment, the shift unit 6 arranged in the optical path between the diffractive optical element 3 or the spatial light modulator 23 and the relay optical system 4 has an illuminance distribution according to the movement width according to the period of the illuminance distribution. It constitutes a relative position change part that moves the formation position. In other words, the shift unit 6 as the relative position change unit has the spatial light modulator 10 as a fixedly installed pattern forming unit and the illuminance distribution for each irradiation of one or more pulsed lights. Change the relative position of.

上述の実施形態では、回折光学素子3または空間光変調器23とリレー光学系4との間の光路中に、シフト部6を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、例えばコンデンサー光学系7とマスクブラインド8(または空間光変調器10)との間の光路中に、相対位置変更部としてのシフト部を配置することもできる。 In the above-described embodiment, the shift unit 6 is arranged in the optical path between the diffraction optical element 3 or the spatial light modulator 23 and the relay optical system 4. However, without being limited to this, for example, a shift portion as a relative position changing portion can be arranged in the optical path between the condenser optical system 7 and the mask blind 8 (or the spatial light modulator 10).

また、相対位置変更部として、図15に示すように、マイクロフライアイレンズ5とコンデンサー光学系7との間の光路中に配置されたチルト部15を用いることも可能である。チルト部15は、X方向に延びる軸線15aa廻りに回転するポリゴンミラー15aと、制御系CRからの指令にしたがってポリゴンミラー15aを回転駆動する駆動部15bとを有する。チルト部15は、例えば光軸AXに沿って入射した光を可変角度だけ偏向して射出する機能を有する。 Further, as the relative position changing portion, as shown in FIG. 15, it is also possible to use the tilt portion 15 arranged in the optical path between the micro fly-eye lens 5 and the condenser optical system 7. The tilt unit 15 includes a polygon mirror 15a that rotates around an axis line 15aa extending in the X direction, and a drive unit 15b that rotationally drives the polygon mirror 15a according to a command from the control system CR. The tilt unit 15 has a function of deflecting and emitting light incident along the optical axis AX by a variable angle, for example.

なお、相対位置変更部としてのチルト部15を、例えばリレー光学系4とマイクロフライアイレンズ5との間の光路中に配置することもできる。また、入射した光を可変角度だけ偏向して射出するチルト部として、ガルバノミラー、振動ミラーなどを用いることもできる。 The tilt portion 15 as the relative position changing portion may be arranged in the optical path between the relay optical system 4 and the micro fly-eye lens 5, for example. Further, a galvano mirror, a vibration mirror, or the like can be used as a tilt portion that deflects the incident light by a variable angle and emits it.

図16は、変形例にかかるシフト部の内部構成を概略的に示す図である。図16を参照すると、変形例にかかるシフト部6Aは、回折光学素子3(または空間光変調器23)とリレー光学系4との間の光路中において光軸AXに沿って間隔を隔てて斜設された一対のミラー61a,61bと、fθレンズ62と、X方向に延びる軸線63a廻りに回転するポリゴンミラー63と、制御系CRからの指令にしたがってポリゴンミラー63を回転駆動する駆動部63bと、モーター64とを有する。 FIG. 16 is a diagram schematically showing the internal configuration of the shift portion according to the modified example. Referring to FIG. 16, the shift portion 6A according to the modified example is oblique along the optical axis AX in the optical path between the diffractive optical element 3 (or the spatial optical modulator 23) and the relay optical system 4. A pair of mirrors 61a and 61b provided, an fθ lens 62, a polygon mirror 63 that rotates around an axis 63a extending in the X direction, and a drive unit 63b that rotationally drives the polygon mirror 63 according to a command from the control system CR. , And a motor 64.

fθレンズ62とポリゴンミラー63とは、Y方向に延びる光軸AX1に沿って配置され、例えば図示を省略したベース板上に1つのユニットとして一体に保持されている。モーター64は、制御系CRからの指令にしたがって、一体に保持されたfθレンズ62とポリゴンミラー63とからなるユニットを光軸AX1廻りに回転させる。シフト部6Aでは、回折光学素子3(または空間光変調器23)からの光が、ミラー61aで反射され、fθレンズ62を介してポリゴンミラー63に入射する。 The fθ lens 62 and the polygon mirror 63 are arranged along the optical axis AX1 extending in the Y direction, and are integrally held as one unit on, for example, a base plate (not shown). The motor 64 rotates a unit including the fθ lens 62 and the polygon mirror 63 integrally held around the optical axis AX1 in accordance with a command from the control system CR. In the shift unit 6A, the light from the diffractive optical element 3 (or the spatial light modulator 23) is reflected by the mirror 61a and incident on the polygon mirror 63 via the fθ lens 62.

ポリゴンミラー63で反射された光は、fθレンズ62およびミラー61bを介して、リレー光学系4へ入射する。シフト部6Aは、制御系CRからの指令にしたがって駆動部63bがポリゴンミラー63を軸線63a廻りに回転駆動し且つモーター64がfθレンズ62とポリゴンミラー63とからなるユニットを光軸AX1廻りに回転駆動することにより、入射した光を所望方向に所望距離だけ平行移動させて射出する機能を有する。 The light reflected by the polygon mirror 63 enters the relay optical system 4 via the fθ lens 62 and the mirror 61b. In the shift unit 6A, the drive unit 63b rotates the polygon mirror 63 around the axis 63a according to a command from the control system CR, and the motor 64 rotates a unit including the fθ lens 62 and the polygon mirror 63 around the optical axis AX1. By driving, it has a function of translating the incident light in a desired direction by a desired distance and emitting the light.

換言すれば、fθレンズ62とポリゴンミラー63とからなるユニットの光軸AX1廻りの回転角度位置に依存して、空間光変調器10のミラー配列面(被照射面;XZ平面)上での照度分布の移動方向が変化し、ポリゴンミラー63の軸線63a廻りの回転角度位置に依存して、被照射面上での照度分布の移動距離が変化する。このとき、fθレンズ62に入射する光の発散角または収斂角は、fθレンズ62から射出される光の発散角または収斂角と等しくなる。すなわち、fθレンズ62とポリゴンミラー63とからなるユニットから射出される光の発散状態または収斂状態は、当該ユニットに入射する光の発散状態または収斂状態が維持されたものとなる。なお、空間光変調器10のミラー配列面(被照射面;XZ平面)上での照度分布の移動方向を変化させるために、イメージローテータ(たとえば像回転プリズム)を用いてもよい。なお、上述の実施形態および変形例では、回折光学素子3(または空間光変調器23)とリレー光学系4との間の光路中に、シフト部6,6Aを配置している。しかしながら、これに限定されることなく、例えばコンデンサー光学系7とマスクブラインド8(または空間光変調器10)との間の光路中に、相対位置変更部としてのシフト部を配置することもできる。 In other words, the illuminance on the mirror array surface (illuminated surface; XZ plane) of the spatial optical modulator 10 depends on the rotation angle position around the optical axis AX1 of the unit composed of the fθ lens 62 and the polygon mirror 63. The moving direction of the distribution changes, and the moving distance of the illuminance distribution on the irradiated surface changes depending on the rotation angle position around the axis 63a of the polygon mirror 63. At this time, the divergence angle or the convergence angle of the light incident on the fθ lens 62 is equal to the divergence angle or the convergence angle of the light emitted from the fθ lens 62. That is, the divergent state or the convergent state of the light emitted from the unit including the fθ lens 62 and the polygon mirror 63 is such that the divergent state or the convergent state of the light incident on the unit is maintained. An image rotator (for example, an image rotation prism) may be used in order to change the moving direction of the illuminance distribution on the mirror array surface (irradiated surface; XZ plane) of the spatial light modulator 10. In the above-described embodiment and modification, the shift units 6 and 6A are arranged in the optical path between the diffraction optical element 3 (or the spatial light modulator 23) and the relay optical system 4. However, without being limited to this, for example, a shift portion as a relative position changing portion can be arranged in the optical path between the condenser optical system 7 and the mask blind 8 (or the spatial light modulator 10).

上述の実施形態では、固定的に設置された空間光変調器10のミラー配列面において照度分布の形成位置を変更することにより積算照度分布の均一化を図っている。しかしながら、これに限定されることなく、照度分布の形成位置を固定的に設定し、照度分布の周期に応じた移動幅にしたがって、パターン形成部としての空間光変調器10を移動させても良い。 In the above-described embodiment, the integrated illuminance distribution is made uniform by changing the formation position of the illuminance distribution on the mirror array surface of the spatial light modulator 10 which is fixedly installed. However, the present invention is not limited to this, and the formation position of the illuminance distribution may be fixedly set, and the spatial light modulator 10 as the pattern forming portion may be moved according to the movement width according to the period of the illuminance distribution. ..

上述の実施形態では、パターン形成部として、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素(光学要素)10aを有する空間光変調器10を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、転写すべきパターンが形成されたマスク(レチクル)を、パターン形成部として投影光学系の物体面に設置しても良い。 In the above-described embodiment, the spatial light modulator 10 having a plurality of mirror elements (optical elements) 10a arranged two-dimensionally and individually controlled is used as the pattern forming unit. However, the present invention is not limited to this, and a mask (reticle) on which a pattern to be transferred is formed may be installed on the object surface of the projection optical system as a pattern forming portion.

上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ5のレンズレット5a間の干渉の影響に着目しているが、1つのレンズレット5aの内部での干渉に起因してレンズレット5aの直後に形成されるスポット光の径が大きなってしまう場合がある。この場合、遅延光学系1から射出されるパルス光の向きをパルス毎に適宜変化させることにより、レンズレット5aの内部でのコヒーレンスを低下させても良い。 In the above-described embodiment, attention is paid to the influence of interference between the lenslets 5a of the microfly-eye lens 5, but it is formed immediately after the lenslet 5a due to the interference inside one lenslet 5a. The diameter of the spot light may be large. In this case, the coherence inside the lenslet 5a may be lowered by appropriately changing the direction of the pulsed light emitted from the delayed optical system 1 for each pulse.

上述の実施形態では、所定方向に沿って光強度が周期的に変化する照度分布の形成位置と物体上の被照射面とを、その周期に応じた移動幅にしたがって所定方向において相対移動させることにより、積算照度分布の均一化を図っている。しかしながら、光強度が周期的な変化する照度分布に限定されることなく、所定方向に沿って光強度がある性状にしたがって変化する照度分布の形成位置と物体上の被照射面とを、その分布性状に応じた移動幅にしたがって所定方向において相対移動させることにより、積算照度分布の均一化を図ることもできる。 In the above-described embodiment, the formation position of the illuminance distribution whose light intensity changes periodically along a predetermined direction and the irradiated surface on the object are relatively moved in a predetermined direction according to the movement width according to the period. As a result, the integrated illuminance distribution is made uniform. However, the distribution is not limited to the illuminance distribution in which the light intensity changes periodically, and the formation position of the illuminance distribution in which the light intensity changes according to a certain property along a predetermined direction and the irradiated surface on the object are the distribution. It is also possible to make the integrated illuminance distribution uniform by relatively moving in a predetermined direction according to the movement width according to the property.

別の表現をすれば、光源から供給される1つまたは複数のパルス光の照射ごとに、所定方向に沿って光強度が変化する照度分布と物体上の被照射面との相対位置を所定方向において変更することにより、積算照度分布の均一化を図ることができる。また、別の表現をすれば、第1パルス光により物体上の被照射面において所定方向に沿って光強度が変化する第1照度分布を形成し、第2パルス光により第1照度分布を被照射面に対して所定方向に相対移動させた分布である第2照度分布を形成することにより、積算照度分布の均一化を図ることができる。 In other words, for each irradiation of one or more pulsed lights supplied from the light source, the relative position of the illuminance distribution whose light intensity changes along a predetermined direction and the irradiated surface on the object is set in a predetermined direction. By changing in, the integrated illuminance distribution can be made uniform. In other words, the first pulsed light forms a first illuminance distribution in which the light intensity changes along a predetermined direction on the irradiated surface on the object, and the second pulsed light covers the first illuminance distribution. By forming a second illuminance distribution that is a distribution that is relatively moved in a predetermined direction with respect to the irradiation surface, the integrated illuminance distribution can be made uniform.

この場合、第1照度分布を形成し、相対移動を行った後に、第2照度分布を形成する。第1照度分布の少なくとも一部と、第2照度分布の少なくとも一部とは、同じ分布性状を有する。そして、第1照度分布の少なくとも一部と、第2照度分布の少なくとも一部との所定方向における相対位置を変更することにより、積算照度分布の均一化を図ることができる。 In this case, the first illuminance distribution is formed, and after the relative movement is performed, the second illuminance distribution is formed. At least a part of the first illuminance distribution and at least a part of the second illuminance distribution have the same distribution characteristics. Then, by changing the relative positions of at least a part of the first illuminance distribution and at least a part of the second illuminance distribution in a predetermined direction, the integrated illuminance distribution can be made uniform.

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。 The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including each component listed in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Will be done. In order to ensure these various precisions, before and after this assembly, adjustments for achieving optical accuracy for various optical systems, adjustments for achieving mechanical accuracy for various mechanical systems, and various electrical systems Is adjusted to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connections between the various subsystems, wiring connections of electric circuits, piping connections of atmospheric pressure circuits, and the like. It goes without saying that there is an individual assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. After the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracy of the exposure apparatus as a whole. The exposure apparatus may be manufactured in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図17は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図17に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、可変パターン形成用の空間光変調器のミラーパターン(あるいはマスクに形成されたパターン)に応じた所定のパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。 Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 17 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device. As shown in FIG. 17, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W serving as a substrate of the semiconductor device (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied onto the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, a predetermined pattern corresponding to the mirror pattern (or the pattern formed on the mask) of the spatial light modulator for forming a variable pattern is applied to each shot region on the wafer W. The transfer is performed (step S44: exposure step), and the wafer W on which the transfer is completed is developed, that is, the photoresist on which the pattern is transferred is developed (step S46: development step).

その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを感光性基板としてパターンの転写を行う。 After that, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step). Here, the resist pattern is a photoresist layer in which irregularities having a shape corresponding to the pattern transferred by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment are generated, and the recesses penetrate the photoresist layer. Is. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W and film formation of a metal film or the like. In step S44, the projection exposure apparatus of the above-described embodiment transfers the pattern using the wafer W coated with the photoresist as a photosensitive substrate.

図18は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図18に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルタ形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。ステップS50のパターン形成工程では、プレートPとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートPの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。 FIG. 18 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 18, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern forming step (step S50), a color filter forming step (step S52), a cell assembling step (step S54), and a module assembling step (step S56) are sequentially performed. In the pattern forming step of step S50, a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on a glass substrate coated with a photoresist as a plate P by using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment. In this pattern forming step, an exposure step of transferring a pattern to a photoresist layer using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment and development of a plate P on which the pattern is transferred, that is, development of a photoresist layer on a glass substrate A developing step of forming a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern and a processing step of processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer are included.

ステップS52のカラーフィルタ形成工程では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応する3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップS54のセル組立工程では、ステップS50によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップS52によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップS56のモジュール組立工程では、ステップS54によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。 In the color filter forming step of step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or three dots of R, G, and B are arranged. A color filter is formed by arranging a plurality of striped filter sets in the horizontal scanning direction. In the cell assembly step of step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembly step of step S56, various parts such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.

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

上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書に開示されているように、投影光学系PLの先端の光学部材とウェハWとの間に照明光ILを透過する液体(例えば純水)を供給して回収する局所液浸装置が設けられる。液浸型の場合には解像度をさらに高めることができる。 In the above embodiment, a method of filling the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate with a medium having a refractive index larger than 1.1 (typically a liquid), a so-called immersion method, is applied. Is also good. In this case, for example, as disclosed in US Patent Application Publication No. 2007/2422747, a liquid (for example, pure water) that transmits illumination light IL between the optical member at the tip of the projection optical system PL and the wafer W. ) Is supplied and recovered by a local immersion device. In the case of the immersion type, the resolution can be further increased.

上述の実施形態において、米国公開公報第2006/0170901号及び第2007/0146676号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第2006/0170901号公報及び米国特許公開第2007/0146676号公報の教示を参照として援用する。また、上述の実施形態において、光源部LSとして、波長193nmのパルス光を供給するArFエキシマレーザ光源や、波長248nmのパルス光を供給するKrFエキシマレーザ光源を用いることもできる。また、上述の実施形態において、光源部LSとして、パルス光を供給するものに限定されず、例えば連続光を供給する光源、たとえばCW(Continuous Wave)レーザ光源を用いても良い。 In the above-described embodiment, it is also possible to apply the so-called polarized illumination method disclosed in US Publication No. 2006/017901 and No. 2007/014667. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2006/0170901 and US Patent Publication No. 2007/0146766 are incorporated as references. Further, in the above-described embodiment, as the light source unit LS, an ArF excimer laser light source that supplies pulsed light having a wavelength of 193 nm or a KrF excimer laser light source that supplies pulsed light having a wavelength of 248 nm can also be used. Further, in the above-described embodiment, the light source unit LS is not limited to the one that supplies pulsed light, and for example, a light source that supplies continuous light, for example, a CW (Continuous Wave) laser light source may be used.

なお、上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとり得る。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

1 遅延光学系
2 ビーム送光部
3 回折光学素子
4 リレー光学系
5 マイクロフライアイレンズ(オプティカルインテグレータ)
6 シフト部
7 コンデンサー光学系
8 マスクブラインド
9 結像光学系
10 可変パターン形成用の空間光変調器
23 瞳強度分布形成用の空間光変調器
LS 光源部
CR 制御系
PL 投影光学系
W ウェハ
WS ウェハステージ
1 Delay optical system 2 Beam transmitter 3 Diffractive optical element 4 Relay optical system 5 Micro fly-eye lens (optical integrator)
6 Shift 7 Condenser optical system 8 Mask blind 9 Imaging optical system 10 Spatial light modulator for variable pattern formation 23 Spatial light modulator for pupil intensity distribution formation LS Light source CR Control system PL Projection optical system W wafer WS wafer stage

Claims (24)

光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源から入射する光を空間的に変調して射出する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの光の光路中に配置されたリレー光学系と、
前記リレー光学系からの光の光路中に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、を備え、
前記空間光変調器上の光を射出する領域の第1方向に沿った長さS1は、前記リレー光学系の焦点距離をfとし、前記光の中心波長をλとし、前記複数の波面分割要素の前記第1方向に沿ったピッチをP1とするとき、
S1≦2×(f×λ)/P1
の条件を満たし
前記被照射面において前記第1方向に沿って均一化された積算照度分布を得るために、前記被照射面に形成される照度分布の前記第1方向に沿った周期に応じた移動幅にしたがって、前記照度分布の形成位置を前記第1方向に沿って変更する、照明光学系。
In an illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from a light source
A spatial light modulator that spatially modulates and emits light incident from the light source,
A relay optical system arranged in the optical path of light from the spatial light modulator,
An optical integrator having a plurality of wave plane dividing elements arranged in parallel in the optical path of light from the relay optical system, and
A condenser optical system that superimposes a plurality of light fluxes divided on the wave surface by the optical integrator on the irradiated surface is provided.
The length S1 along the first direction of the region for emitting light on the spatial light modulator has the focal length of the relay optical system as f, the central wavelength of the light as λ, and the plurality of wave plane dividing elements. When the pitch along the first direction is P1
S1 ≦ 2 × (f × λ) / P1
Meet the conditions,
In order to obtain a uniform integrated illuminance distribution along the first direction on the irradiated surface, according to the movement width of the illuminance distribution formed on the irradiated surface according to the period along the first direction. , to change along the forming position of the illumination distribution in the first direction, the illumination optical system.
前記長さS1は、
S1≦1.5×(f×λ)/P1
の条件を満たしている、請求項1に記載の照明光学系。
The length S1 is
S1 ≦ 1.5 × (f × λ) / P1
The illumination optical system according to claim 1, which satisfies the conditions of.
前記光が射出される領域の前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さS2は、前記複数の波面分割要素の前記第2方向に沿ったピッチをP2とするとき、
S2≦2×(f×λ)/P2
の条件を満たしている、請求項1または2に記載の照明光学系。
The length S2 along the second direction orthogonal to the first direction of the region where the light is emitted is P2 when the pitch of the plurality of wave plane dividing elements along the second direction is P2.
S2 ≦ 2 × (f × λ) / P2
The illumination optical system according to claim 1 or 2, which satisfies the conditions of.
前記長さS2は、
S2≦1.5×(f×λ)/P2
の条件を満たしている、請求項3に記載の照明光学系。
The length S2 is
S2 ≦ 1.5 × (f × λ) / P2
The illumination optical system according to claim 3, which satisfies the conditions of.
前記空間光変調器は、回折光学素子を有する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the spatial light modulator has a diffractive optical element. 前記空間光変調器は、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器を備えている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the spatial light modulator includes a spatial light modulator having a plurality of optical elements arranged two-dimensionally and individually controlled. .. 前記空間光変調器は、二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に駆動する駆動部と、を有する、請求項6に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 6, wherein the spatial light modulator has a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and a drive unit for individually driving the postures of the plurality of mirror elements. 前記複数のミラー要素のうち、前記空間光変調器上で前記光が射出される領域内の前記ミラー要素から射出される光が前記リレー光学系に入射し、且つ前記空間光変調器上で前記光が射出される領域外の前記ミラー要素から射出される光が前記リレー光学系に入射しないように前記駆動部を制御する制御部をさらに備える、請求項7に記載の照明光学系。 Among the plurality of mirror elements, the light emitted from the mirror element in the region where the light is emitted on the spatial light modulator is incident on the relay optical system, and the light is incident on the spatial optical modulator. The illumination optical system according to claim 7, further comprising a control unit that controls the drive unit so that the light emitted from the mirror element outside the region where the light is emitted does not enter the relay optical system. 前記空間光変調器の光源側に配置され、前記空間光変調器上で前記光源からの光が照射される領域を設定する照射領域設定部をさらに備える、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の照明光学系。 Any one of claims 5 to 7, further comprising an irradiation area setting unit that is arranged on the light source side of the spatial light modulator and sets an area on which light from the light source is irradiated on the spatial light modulator. Illumination optics according to. 前記光源は複数のパルス光を射出し、
前記コンデンサー光学系は、前記複数のパルス光のうちの第1パルス光で所定方向に沿って光強度が変化する第1照度分布を物体上の被照射面に形成すると共に、前記複数のパルス光のうちの第2パルス光で前記所定方向に沿って光強度が変化する第2照度分布を前記被照射面に形成する、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の照明光学系。
The light source emits a plurality of pulsed lights,
The condenser optical system forms a first illuminance distribution in which the light intensity changes along a predetermined direction with the first pulsed light of the plurality of pulsed lights on the irradiated surface on the object, and the plurality of pulsed lights. The illumination optical system according to any one of claims 1 to 9, wherein a second illuminance distribution in which the light intensity changes along the predetermined direction with the second pulsed light is formed on the irradiated surface.
前記物体に対して、前記第1照度分布の少なくとも一部と前記第2照度分布の少なくとも一部との前記所定方向における相対位置を変更する相対位置変更部を備える、請求項10に記載の照明光学系。 The illumination according to claim 10, further comprising a relative position changing portion for changing the relative positions of at least a part of the first illuminance distribution and at least a part of the second illuminance distribution in the predetermined direction with respect to the object. Optical system. 前記第1および第2照度分布は、前記所定方向に周期的に変化する光強度分布を有する、請求項10または11に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 10 or 11, wherein the first and second illuminance distributions have a light intensity distribution that periodically changes in the predetermined direction. 前記第1照度分布と前記第2照度分布とは、前記所定方向に関して位相が異なる、請求項12に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 12, wherein the first illuminance distribution and the second illuminance distribution have different phases with respect to the predetermined direction. 前記相対位置変更部は、前記オプティカルインテグレータと前記コンデンサー光学系との間の光路中に配置されて入射した光を可変角度だけ偏向して射出
するチルト部を有する、請求項11乃至13のいずれか1項に記載の照明光学系。
Any of claims 11 to 13, wherein the relative position changing portion has a tilt portion that is arranged in an optical path between the optical integrator and the condenser optical system and emits incident light by deflecting it by a variable angle. The illumination optical system according to item 1.
前記相対位置変更部は、前記コンデンサー光学系と前記被照射面との間の光路中に配置されて入射した光を可変距離だけ平行移動させて射出するシフト部を有する、請求項11乃至13のいずれか1項に記載の照明光学系。 The relative position changing portion has a shift portion which is arranged in an optical path between the condenser optical system and the irradiated surface and emits incident light by translating it by a variable distance. The illumination optical system according to any one item. 前記相対位置変更部は、前記空間光変調器と前記リレー光学系との間の光路中に配置されて入射した光を可変量だけ平行移動させて射出するシフト部を有する、請求項11乃至15のいずれか1項に記載の照明光学系。 Claims 11 to 15 include the relative position changing unit, which is arranged in an optical path between the spatial light modulator and the relay optical system and has a shift unit that translates and emits incident light by a variable amount. The illumination optical system according to any one of the above. 前記相対位置変更部は、前記リレー光学系と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて入射した光を可変角度だけ偏向して射出するチルト部を有する、請求項11乃至15のいずれか1項に記載の照明光学系。 Any of claims 11 to 15, wherein the relative position changing portion has a tilt portion that is arranged in an optical path between the relay optical system and the optical integrator and emits incident light by deflecting it by a variable angle. The illumination optical system according to item 1. 前記光源から供給された1つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成する生成部を備えている、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 17, further comprising a generation unit that generates a plurality of pulsed lights temporally multiplexed from one pulsed light supplied from the light source. 前記生成部は、前記光源から供給された1つのパルス光を2つのパルス光に分割する分割部材と、該分割部材を経た一方のパルス光を第1光路に沿って導くとともに前記分割部材を経た他方のパルス光を前記第1光路よりも長い第2光路に沿って導く導光光学系とを有する、請求項18に記載の照明光学系。 The generation unit guides a dividing member that divides one pulsed light supplied from the light source into two pulsed lights, and guides one pulsed light that has passed through the dividing member along the first optical path and passes through the dividing member. The illumination optical system according to claim 18, further comprising a light guide optical system that guides the other pulsed light along a second optical path longer than the first optical path. 前記生成部は、前記一方のパルス光を第1経路に沿って射出し、前記他方のパルス光を前記第1経路とは向きの異なる第2経路に沿って射出する、請求項19に記載の照明光学系。 The 19th aspect of the present invention, wherein the generation unit emits the one pulsed light along the first path and the other pulsed light along the second path different from the first path. Illumination optics. 所定のパターンを形成するパターン形成部を照明する請求項1乃至20のいずれか1項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを基板に露光する、露光装置。 An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to any one of claims 1 to 20, which illuminates a pattern forming portion that forms a predetermined pattern, and exposes the predetermined pattern on a substrate. 前記パターン形成部は、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器を備えている、請求項21に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 21, wherein the pattern forming unit includes a spatial light modulator having a plurality of optical elements arranged two-dimensionally and individually controlled. 前記空間光変調器は、二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部と、を有する、請求項22に記載の露光装置。 22. The exposure apparatus according to claim 22, wherein the spatial light modulator has a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and a drive unit for individually controlling and driving the postures of the plurality of mirror elements. 請求項21乃至23のいずれか1項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むデバイス製造方法。
Using the exposure apparatus according to any one of claims 21 to 23, the predetermined pattern is exposed to the substrate.
The substrate to which the predetermined pattern is transferred is developed, and a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern is formed on the surface of the substrate.
A device manufacturing method comprising processing the surface of the substrate via the mask layer.
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