JPH07135133A

JPH07135133A - Optical illumination equipment

Info

Publication number: JPH07135133A
Application number: JP5144634A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西; Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-05-23

Abstract

PURPOSE:To uniform illuminance distribution on the output surface of a fly eye.integrater and increase illumination light quantity, by making the practical sigmavalue of illumination optical system coincide with the sigma value in design. CONSTITUTION:Illumination light EL1 from a first light source 31A is converged with an elliptical mirror 33A, and made to enter a first fly eye integrater 41 via an input lens 37. Illumination light EL2 from a second light source 31B is converged with the elliptical mirror 33A, reflected on the reflecting surface of a shutter 38B, and, via the input lens 37, made to enter the first fly eye.integrater 41 at almost axially symmetrically to the illumination light EL1. A reticle 12 is illuminated with the illumination light from the first fly eye.integrater 41, via fly eye.integraters 43, 45, a main condenser lens 50, etc.

Description

Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される所謂スリットスキャン露光方式の投影露光
装置の照明光学系に適用して卓効ある照明光学装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is effective when applied to an illumination optical system of a projection exposure apparatus of a so-called slit scan exposure system which is used when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process. An illumination optical device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工
程では、照明光を発生する光源と、その照明光により転
写用のパターンが形成されたフォトマスク又はレチクル
（以下、まとめて「レチクル」という）を照明する照明
光学系と、そのレチクルのパターン像を感光材が塗布さ
れた基板（ウエハ又はガラスプレート等）上に投影する
投影光学系とを有する投影露光装置が使用されている。
従来の投影露光装置としては、ステッパーのように基板
上の各ショット領域にそれぞれレチクルのパターン像を
一括して露光するものが多く使用されていた。2. Description of the Related Art In a photolithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, etc., for example, a light source for generating illumination light and a photomask on which a transfer pattern is formed by the illumination light, Projection having an illumination optical system for illuminating a reticle (hereinafter, collectively referred to as "reticle") and a projection optical system for projecting a pattern image of the reticle onto a substrate (wafer or glass plate, etc.) coated with a photosensitive material. An exposure device is used.
As a conventional projection exposure apparatus, there has been often used a projection exposure apparatus that collectively exposes a pattern image of a reticle to each shot area on a substrate, such as a stepper.

【０００３】また、投影露光装置において、基板上の感
光材層に高い解像度でレチクルのパターン像を露光する
ためには、その基板の露光面と投影光学系に関して共役
なレチクルのパターン形成面での、照明光の照度均一性
を良好に維持する必要がある。そのため、従来の投影露
光装置内の照明光学系には、それぞれ照明光から２次光
源を形成するレンズエレメントを束ねて形成されるフラ
イアイレンズ型のオプティカルインテグレータ（以下、
「フライアイ・インテグレータ」という）が配設されて
いる。このフライアイ・インテグレータにより形成され
る多数の２次光源からの照明光で重畳的にレチクルを照
明することにより、レチクルのパターン形成面での照度
均一性が向上している。Further, in a projection exposure apparatus, in order to expose a reticle pattern image on a photosensitive material layer on a substrate with high resolution, the exposure surface of the substrate and the reticle pattern forming surface conjugate with respect to the projection optical system are exposed. It is necessary to maintain good illuminance uniformity of illumination light. Therefore, in a conventional illumination optical system in a projection exposure apparatus, a fly-eye lens type optical integrator (hereinafter
"Fly eye integrator") is provided. By uniformly illuminating the reticle with illumination light from a large number of secondary light sources formed by this fly-eye integrator, the illuminance uniformity on the pattern formation surface of the reticle is improved.

【０００４】また、照度均一性をより高めるために、第
１のフライアイ・インテグレータの前に第２のフライア
イ・インテグレータを配置し、この第２のフライアイ・
インテグレータにより形成された多数の２次光源から、
第１のフライアイ・インテグレータにより更に多数の３
次光源を形成するようにした照明光学系も提案されてい
る。Further, in order to further improve the illuminance uniformity, a second fly-eye integrator is arranged in front of the first fly-eye integrator.
From a large number of secondary light sources formed by the integrator,
3 more by the first fly-eye integrator
An illumination optical system that forms a secondary light source has also been proposed.

【０００５】従来のフライアイ・インテグレータを構成
する各レンズエレメントとしては、一般に或る程度の厚
さを有する両凸レンズが使用され、且つ各レンズエレメ
ントの入射側の面と射出側の面とが光学的にフーリエ変
換の関係となっていることが多い。しかしながら、フラ
イアイ・インテグレータがどのような形状のレンズエレ
メントからなる場合であっても、各レンズエレメントの
入射面は、レチクルのパターン形成面に対して共役（結
像関係）になっており、且つそれら各レンズエレメント
の入射面は、照明光を発生する水銀ランプ等の光源のフ
ーリエ変換像が形成される面となっている。この結果、
フライアイ・インテグレータの各レンズエレメントの射
出側の面（正確には入射側の面に対するフーリエ変換
面）には、光源の像が形成される。A biconvex lens having a certain thickness is generally used as each lens element constituting the conventional fly-eye integrator, and the surface on the incident side and the surface on the exit side of each lens element are optical. In many cases, it has a Fourier transform relationship. However, no matter what shape the fly-eye integrator is composed of, the entrance surface of each lens element is conjugate (image-forming relationship) with the pattern formation surface of the reticle, and The incident surface of each of these lens elements is a surface on which a Fourier transform image of a light source such as a mercury lamp that generates illumination light is formed. As a result,
An image of the light source is formed on the exit-side surface of each lens element of the fly-eye integrator (more accurately, the Fourier transform surface with respect to the entrance-side surface).

【０００６】ところで、フライアイ・インテグレータの
各レンズエレメントの入射側の面は、上述の如くレチク
ルのパターン形成面と共役なので、各レンズエレメント
の入射側の面とレチクルの有効パターン領域（基板側に
投影されるパターンの最大の領域）とが相似であるとき
に、照明光の光量損失が最小になる。実際には、ＬＳＩ
等のチップパターンが長方形であることから、レチクル
の有効パターン領域も長方形であることが多い。このた
め、フライアイ・インテグレータの各レンズエレメント
の入射側の面の形状（勿論、射出側の面も同じ形状であ
る）は長方形となっている。By the way, since the incident side surface of each lens element of the fly-eye integrator is conjugate with the pattern forming surface of the reticle as described above, the incident side surface of each lens element and the reticle effective pattern area (on the substrate side) The light amount loss of the illumination light is minimized when it is similar to the maximum area of the projected pattern). Actually, LSI
Since the chip patterns of the reticle are rectangular, the effective pattern area of the reticle is often rectangular. Therefore, the shape of the incident side surface of each lens element of the fly-eye integrator (of course, the exit side surface has the same shape) is rectangular.

【０００７】但し、ステッパーに使用される投影光学系
の露光フィールドは、かなり正方形に近い長方形、即ち
縦の長さと横の長さとがそれ程違わない長方形であった
ため、それとほぼ共役なフライアイ・インテグレータの
各レンズエレメントの入射側の面の形状も正方形に近い
長方形となっていた。また、レチクルの有効パターン領
域自体が正方形であり、フライアイ・インテグレータの
各レンズエレメントの断面形状が正方形であるようなス
テッパーも存在している。However, since the exposure field of the projection optical system used for the stepper is a rectangle that is substantially square, that is, a rectangle whose vertical and horizontal lengths are not so different, a fly-eye integrator which is almost conjugate to it. The shape of the incident side surface of each lens element was also a rectangle close to a square. There is also a stepper in which the effective pattern area of the reticle itself is square and the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye integrator is square.

【０００８】従って、従来のステッパー用のフライアイ
・インテグレータは、断面が正方形又は正方形に近い長
方形のレンズエレメントを縦横に並べて形成されてい
る。そして、上述の如く、各レンズエレメントの射出側
の面又はこの近傍の面にはそれぞれ光源像が形成される
ので、それら光源像は縦方向と横方向とでピッチが同一
か又は僅かに異なる状態で格子状に配列された集合体と
なっている。Therefore, a conventional fly-eye integrator for a stepper is formed by vertically and horizontally arranging lens elements each having a square or rectangular shape in cross section. As described above, since the light source image is formed on the exit side surface of each lens element or the surface in the vicinity thereof, these light source images have the same pitch or a slightly different pitch in the vertical direction and the horizontal direction. It is an assembly arranged in a grid.

【０００９】また、最近は半導体素子等の集積度が益々
高まっているため、基板上に投影露光されるパターンの
解像度をより高めることが求められている。これに関し
て、単に投影光学系の開口数を高めて解像力を向上させ
るのでは、焦点深度が浅くなり過ぎて、実用的でなくな
る。そこで、照明光学系側で２次光源（又は３次光源
等）の形状を種々に変形することにより投影光学系の解
像力や焦点深度を向上させようという所謂変形照明法が
提案されている。この変形照明法では、フライアイ・イ
ンテグレータの射出側の面又はこの近傍の面、即ちレチ
クルに対してはフーリエ変換面となる面に、各種形状の
絞りが設定される。また、２次光源等の形状を輪帯状に
する輪帯照明法では、その絞りとして輪帯状の絞りが使
用される。Further, recently, since the degree of integration of semiconductor elements and the like is increasing, it is required to further improve the resolution of the pattern projected and exposed on the substrate. In this regard, simply increasing the numerical aperture of the projection optical system to improve the resolution is not practical because the depth of focus becomes too shallow. Therefore, a so-called modified illumination method has been proposed in which the resolution and depth of focus of the projection optical system are improved by variously modifying the shape of the secondary light source (or the tertiary light source, etc.) on the illumination optical system side. In this modified illumination method, various shapes of apertures are set on a surface on the exit side of the fly-eye integrator or a surface in the vicinity thereof, that is, a surface which becomes a Fourier transform surface for the reticle. Further, in the annular illumination method in which the shape of the secondary light source or the like is annular, an annular diaphragm is used as the diaphragm.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、投影露光装置がステッパーである場合には、
フライアイ・インテグレータの射出面又はこの近傍の面
に格子状の光源像の集合体として形成される２次光源
（又は３次光源等）の縦方向及び横方向のピッチは、そ
れ程異なったものとはならない。In the prior art as described above, when the projection exposure apparatus is a stepper,
The vertical and horizontal pitches of the secondary light sources (or tertiary light sources, etc.) formed as an aggregate of grid-shaped light source images on the exit surface of the fly-eye integrator or in the vicinity of this are different from each other. Don't

【００１１】しかしながら、最近、レチクル上の有効パ
ターン領域の縦横比が１：１から大きく外れた所謂スリ
ットスキャン露光方式の投影露光装置が提案されてい
る。このスリットスキャン露光方式では、長方形、円弧
状等のスリット状の照明領域でレチクルを照明し、その
照明領域に対してレチクルを所定の方向に走査するのと
同期して、その走査方向と共役な方向に基板を走査する
ことにより、レチクルのパターンが一部ずつ逐次基板上
に投影露光される。従って、実際に基板上に転写される
チップパターン面積に比べて、投影光学系の露光フィー
ルドの面積を小さくできるため、その分だけ投影光学系
の結像性能を向上させることができる。However, recently, there has been proposed a so-called slit scan exposure type projection exposure apparatus in which the aspect ratio of the effective pattern area on the reticle is greatly deviated from 1: 1. In this slit scan exposure method, the reticle is illuminated with a slit-shaped illumination area such as a rectangle or an arc, and the reticle is scanned in a predetermined direction with respect to the illumination area, in synchronism with the scanning direction. By scanning the substrate in the direction, the pattern of the reticle is sequentially projected and exposed part by part on the substrate. Therefore, the area of the exposure field of the projection optical system can be made smaller than the area of the chip pattern actually transferred onto the substrate, and the imaging performance of the projection optical system can be improved accordingly.

【００１２】例えば従来のステッパーでは、有効パター
ン領域がレチクル上で100 ｍｍ角、即ち、投影光学系
（投影倍率を１とする）の露光フィールドの良像範囲が
直径（φ）141(＝2^1/2×100)ｍｍの範囲であったとす
る。これに対して、スリットスキャン露光方式では、投
影光学系の良像範囲を同じくφ141 ｍｍの範囲とした場
合、レチクル上のスリット状の照明領域を走査方向の幅
が44.7ｍｍで、走査方向に垂直な非走査方向の幅が134.
2 ｍｍ程度の領域にすることができる。即ち、スリット
状の照明領域の縦横比は、ほぼ１：３である。そして、
露光時に、そのスリット状の照明領域に対して走査方向
にレチクル及び基板を同期して走査することにより、１
回の走査露光で基板上に露光されるチップパターンの面
積をレチクル上で、134.2 ｍｍ×（走査される長さ）に
することができる。従って、チップパターンの面積を通
常のステッパーの場合の１００ｍｍ角より、かなり大き
くとることが可能となる。[0012] For example, in the conventional steppers, the effective pattern area 100 mm square on the reticle, i.e., good images range of the exposure field of the projection optical system (the projection magnification 1) diameter (phi) 141 (= 2 ^{1 It is} assumed that the range is ^{/ 2} × 100) mm. On the other hand, in the slit scan exposure method, when the good image range of the projection optical system is also set to φ141 mm, the slit-shaped illumination area on the reticle has a width of 44.7 mm in the scanning direction and is perpendicular to the scanning direction. The width in the non-scanning direction is 134.
The area can be about 2 mm. That is, the aspect ratio of the slit-shaped illumination area is approximately 1: 3. And
At the time of exposure, the reticle and the substrate are synchronously scanned in the scanning direction with respect to the slit-shaped illumination area, so that 1
The area of the chip pattern exposed on the substrate in one scanning exposure can be 134.2 mm × (scan length) on the reticle. Therefore, the area of the chip pattern can be made considerably larger than the 100 mm square in the case of a normal stepper.

【００１３】ところが、斯かるスリットスキャン露光方
式の投影露光装置において、照明光量の損失を少なくす
るためには、レチクル上のスリット状の照明領域の形状
に合わせて、フライアイ・インテグレータの各レンズエ
レメントの断面形状も縦横比が１：３の長方形にしなけ
ればならない。このような断面形状のレンズエレメント
でも、各レンズエレメントの射出面に、それぞれ１個ず
つの光源像（２次光源）が形成されていることに変わり
はない。従って、上述の格子状の２次光源のピッチは縦
方向と横方向とで３倍も異なってしまうことになる。However, in such a slit scan exposure type projection exposure apparatus, in order to reduce the loss of the amount of illumination light, each lens element of the fly-eye integrator is matched with the shape of the slit-shaped illumination area on the reticle. The cross-sectional shape of must also be a rectangle with an aspect ratio of 1: 3. Even in the lens element having such a cross-sectional shape, one light source image (secondary light source) is formed on the exit surface of each lens element. Therefore, the pitch of the grid-like secondary light source is three times different in the vertical and horizontal directions.

【００１４】このように、２次光源の配列ピッチが縦方
向（走査方向）と横方向（非走査方向）とで大きく異な
ると、レチクルのパターン上の走査方向と非走査方向と
に対する結像特性（照度均一性、露光量、解像度及び焦
点深度等）が異なってしまうという不都合が生ずる。更
に、上述の輪帯照明法や変形照明法を採用する場合に
は、各種形状の絞りにより、フライアイ・インテグレー
タ中の特定のレンズエレメントからの照明光を遮光し、
レチクルの照明に寄与するレンズエレメントの数を減少
させることになるため、上記の不都合がより顕在化する
ことになる。As described above, when the array pitch of the secondary light sources is greatly different in the vertical direction (scanning direction) and the horizontal direction (non-scanning direction), the image forming characteristics of the reticle pattern in the scanning direction and the non-scanning direction are formed. There is a problem that (uniformity of illuminance, exposure amount, resolution, depth of focus, etc.) is different. Furthermore, when adopting the above-mentioned annular illumination method or modified illumination method, the illumination light from the specific lens element in the fly-eye integrator is blocked by the diaphragms of various shapes,
Since the number of lens elements that contribute to the illumination of the reticle is reduced, the above inconvenience becomes more apparent.

【００１５】一方、従来の通常のステッパーのように、
レチクル上の有効パターン領域の縦横比がほぼ１：１で
あるような投影露光装置においても、特に輪帯照明法又
は変形照明法を適用する場合には、上述のように方向に
よって結像特性が異なるという不都合が生ずる。本出願
人は既に、特願平４−３９７５４号及び特願平４−１３
２９９６号においてその改善策を提案している。On the other hand, like a conventional normal stepper,
Even in a projection exposure apparatus in which the aspect ratio of the effective pattern area on the reticle is approximately 1: 1, particularly when the annular illumination method or the modified illumination method is applied, the image forming characteristic depends on the direction as described above. The inconvenience of being different occurs. The applicant has already filed Japanese Patent Application No. 4-39754 and Japanese Patent Application No. 4-13.
No. 2996 proposes the improvement measure.

【００１６】しかし、上記の出願における改善案は、レ
チクル上の有効パターン領域の縦横比が１：１．５程度
までは有効であるが、その有効パターン領域が縦横比が
１：２程度以上の長方形である場合にはそれ程有効と言
えるものではない。また、照明光の光源にレーザ光源を
用いる場合は、フライアイ・インテグレータの各レンズ
エレメントの射出面に形成される光源像は点光源に最も
近いため、光量の損失を考慮する必要がない。これに対
して、高圧水銀ランプ等を光源とするｇ線又はｉ線等の
照明光を使用する場合には、照明光が一定の容積の放電
領域から発生されるために、その光源像は一種の面光源
となってしまう。従って、水銀ランプ等からの照明光に
対して、それぞれ断面形状が細長い長方形のレンズエレ
メントを束ねた構成のフライアイ・インテグレータを用
いると、各レンズエレメントの短辺方向に照明光のケラ
レが生じて、十分な光量が得られないという不都合があ
る。However, the improvement proposed in the above application is effective up to an aspect ratio of the effective pattern area on the reticle of about 1: 1.5, but the effective pattern area has an aspect ratio of about 1: 2 or more. If it is rectangular, it is not so effective. When a laser light source is used as the light source of the illumination light, the light source image formed on the exit surface of each lens element of the fly-eye integrator is the closest to the point light source, so there is no need to consider the loss of light quantity. On the other hand, when illuminating light such as g-line or i-line using a high-pressure mercury lamp as a light source is used, the illuminating light is generated from a discharge area having a constant volume, and therefore the light source image is a kind of image. It becomes the surface light source of. Therefore, when using a fly-eye integrator configured by bundling elongated rectangular lens elements for the illumination light from a mercury lamp or the like, vignetting of the illumination light occurs in the short side direction of each lens element. However, there is an inconvenience that a sufficient amount of light cannot be obtained.

【００１７】これに関して、最終的にできるだけ一様な
照度分布を得るために、フライアイ・インテグレータを
２段又は３段連結した照明光学系が提案されているが、
このような複数段構成にすることによって、照明光のケ
ラレが重なり、基板上での照明光の照度分布が低下して
いた。そのため、露光時間が長くなり、露光工程のスル
ープットが低下する要因となっていた。With respect to this, an illumination optical system in which fly-eye integrators are connected in two or three stages has been proposed in order to finally obtain an illumination distribution as uniform as possible.
With such a multi-stage configuration, vignetting of the illumination light is overlapped, and the illuminance distribution of the illumination light on the substrate is reduced. Therefore, the exposure time becomes long, which is a factor of lowering the throughput of the exposure process.

【００１８】更に近年では、照明光学系のσ値（照明光
学系のレチクル側の開口数／投影光学系のレチクル側の
開口数）により焦点深度や解像度が向上する場のがある
事が報告されており、正確に照明光学系のσ値を決定す
る必要がある。このσ値は、フライアイ・インテグレー
タの射出面（投影光学系の瞳面との共役面）での光源像
の照度分布の直径により定まるものであるが、従来は一
種の面光源に近い光源像の分布が一様でないため、実際
の光源からの光の照度分布により定まる実質的なσ値
（所謂実効σ値）と、設計上のσ値（所謂公称σ値）と
が異なる虞があった。Furthermore, in recent years, it has been reported that there are cases where the depth of focus and the resolution are improved depending on the σ value of the illumination optical system (numerical aperture on the reticle side of the illumination optical system / numerical aperture on the reticle side of the projection optical system). Therefore, it is necessary to accurately determine the σ value of the illumination optical system. This σ value is determined by the diameter of the illuminance distribution of the light source image on the exit surface of the fly-eye integrator (the conjugate surface with the pupil plane of the projection optical system), but in the past it was a light source image close to a surface light source. Since the distribution of is not uniform, there is a possibility that the actual σ value (so-called effective σ value) determined by the illuminance distribution of light from the actual light source may differ from the designed σ value (so-called nominal σ value). .

【００１９】本発明は斯かる点に鑑み、スリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置の照明光学系として使用され
ると共に、フライアイ・インテグレータを用いた照明光
学装置において、照明光学系の実質的なσ値と設計上の
σ値とを一致させて、フライアイ・インテグレータの射
出面での照度分布を一様にすると共に、照明光量を増加
させて高スループットで露光が行われるようにすること
を目的とする。In view of such a point, the present invention is used as an illumination optical system of a projection exposure apparatus of slit scan exposure system and, in an illumination optical apparatus using a fly-eye integrator, a substantial σ of the illumination optical system is used. The objective is to make the illuminance distribution on the exit surface of the fly-eye integrator uniform by matching the value with the design σ value, and to increase the illumination light quantity to perform exposure with high throughput. And

【００２０】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明による第１の照明
光学装置は、例えば図１及び図２に示すように、照明光
によりマスク（１２）上の矩形状の照明領域（５１）を
照明する照明光学系と、その照明領域内のパターンを基
板（５）上に投影する投影光学系（８）とを有し、その
照明領域に対して所定の方向にマスク（１２）を走査
し、その照明領域と共役な露光領域に対して所定の方向
に基板（５）を走査することにより、マスク（１２）上
のパターンを逐次基板（５）上に投影する走査型の投影
露光装置の照明光学系において、照明光よりそれぞれ光
源像を形成する断面が矩形の複数のレンズエレメントを
束ねてなるフライアイレンズ（４１）と、フライアイレ
ンズ（４１）により形成される複数の光源像からの照明
光でその矩形状の照明領域（５１）を重畳的に照明する
コンデンサーレンズ系（５０）と、フライアイレンズ
（４１）に対して、それら複数のレンズエレメントの断
面形状の長手方向に沿う第１の方向に照明光を供給する
第１の光源系（３１Ａ，３３Ａ，３７）と、フライアイ
レンズ（４１）に対して、それら複数のレンズエレメン
トの断面形状の長手方向に沿ってその第１の方向と異な
る第２の方向に照明光を供給する第２の光源系（３１
Ｂ，３３Ｂ，３７）とを有するものである。A first illumination optical device according to the present invention illuminates a rectangular illumination area (51) on a mask (12) with illumination light as shown in FIGS. 1 and 2, for example. And a projection optical system (8) for projecting a pattern in the illumination area onto the substrate (5), and scanning the mask (12) in a predetermined direction with respect to the illumination area, Illumination of a scanning projection exposure apparatus that sequentially projects the pattern on the mask (12) onto the substrate (5) by scanning the substrate (5) in a predetermined direction with respect to the exposure region conjugate with the illumination region. In a optical system, a fly-eye lens (41) formed by bundling a plurality of lens elements each having a rectangular cross-section that forms a light source image from illumination light, and illumination from a plurality of light source images formed by the fly-eye lens (41) Illuminate its rectangular shape with light The condenser lens system (50) that superimposes the area (51) and the fly-eye lens (41) are supplied with illumination light in a first direction along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the plurality of lens elements. A second direction different from the first direction along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the plurality of lens elements with respect to the first light source system (31A, 33A, 37) and the fly-eye lens (41). A second light source system (31
B, 33B, 37).

【００２１】この場合、その第１の光源系からの照明光
の一部を光電変換する第１の受光素子（３５Ａ）と、そ
の第２の光源系からの照明光の一部を光電変換する第２
の受光素子（３５Ｂ）と、その第１の受光素子の光電変
換信号と第２の受光素子の光電変換信号とを比較してそ
の第１の光源系の照明光の光量及びその第２の光源系の
照明光の光量を制御する光量制御手段（２２Ｃ，３２
Ａ，３２Ｂ）とを設けることが望ましい。In this case, the first light receiving element (35A) for photoelectrically converting part of the illumination light from the first light source system and the part of the illumination light from the second light source system are photoelectrically converted. Second
Light receiving element (35B), the photoelectric conversion signal of the first light receiving element and the photoelectric conversion signal of the second light receiving element are compared, and the light amount of the illumination light of the first light source system and the second light source thereof are compared. Light amount control means (22C, 32) for controlling the light amount of the illumination light of the system
A, 32B) are preferably provided.

【００２２】また、本発明の第２の投影露光装置は、例
えば図１及び図２に示すように、照明光によりマスク
（１２）上の矩形状の照明領域（５１）を照明する照明
光学系と、その照明領域内のパターンを基板（５）上に
投影する投影光学系（８）とを有し、その照明領域に対
して所定の方向にマスク（１２）を走査し、その照明領
域と共役な露光領域に対して所定の方向に基板（５）を
走査することにより、マスク（１２）上のパターンを逐
次基板（５）上に投影する走査型の投影露光装置の前記
照明光学系において、照明光よりそれぞれ光源像を形成
する断面が矩形の複数のレンズエレメントを束ねてなる
フライアイレンズ（４１）と、フライアイレンズ（４
１）により形成される複数の光源像からの照明光でその
矩形状の照明領域（５１）を重畳的に照明するコンデン
サーレンズ系（５０）と、フライアイレンズ（４１）に
対して、それら複数のレンズエレメントの断面形状の長
手方向に沿う第１の位置から照明光を供給する第１の光
源系（３１Ａ，３３Ａ）と、フライアイレンズ（４１）
に対して、それら複数のレンズエレメントの断面形状の
長手方向に沿ってその第１の位置と異なる第２の位置か
ら照明光を供給する第２の光源系（３１Ｂ，３３Ｂ）と
を有するものである。The second projection exposure apparatus of the present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, an illumination optical system for illuminating a rectangular illumination area (51) on the mask (12) with illumination light. And a projection optical system (8) for projecting the pattern in the illumination area onto the substrate (5), scanning the mask (12) in a predetermined direction with respect to the illumination area, and In the illumination optical system of the scanning type projection exposure apparatus, the pattern on the mask (12) is sequentially projected onto the substrate (5) by scanning the substrate (5) in a predetermined direction with respect to the conjugate exposure region. , A fly-eye lens (41) formed by bundling a plurality of lens elements each having a rectangular cross section for forming a light source image from illumination light, and a fly-eye lens (4).
1), a condenser lens system (50) that superimposes the rectangular illumination area (51) with illumination light from a plurality of light source images and a fly-eye lens (41). First light source system (31A, 33A) for supplying illumination light from a first position along the longitudinal direction of the sectional shape of the lens element, and a fly-eye lens (41)
On the other hand, it has a second light source system (31B, 33B) that supplies illumination light from a second position different from the first position along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the plurality of lens elements. is there.

【００２３】この場合にも、その第１の光源系からの照
明光の一部を光電変換する第１の受光素子（３５Ａ）
と、その第２の光源系からの照明光の一部を光電変換す
る第２の受光素子（３５Ｂ）と、その第１の受光素子の
光電変換信号と第２の受光素子の光電変換信号とを比較
してそれら第１の光源系の照明光の光量及び第２の光源
系の照明光の光量を制御する光量制御手段（２２Ｃ，３
２Ａ，３２Ｂ）とを設けることが望ましい。Also in this case, the first light receiving element (35A) for photoelectrically converting a part of the illumination light from the first light source system.
And a second light receiving element (35B) for photoelectrically converting a part of the illumination light from the second light source system, a photoelectric conversion signal of the first light receiving element and a photoelectric conversion signal of the second light receiving element. And a light amount control means (22C, 3C) for controlling the light amount of the illumination light of the first light source system and the light amount of the illumination light of the second light source system.
2A, 32B) are preferably provided.

【００２４】[0024]

【作用】斯かる本発明の第１の照明光学装置において
は、フライアイレンズ（４１）に対して、個々のレンズ
エレメントの断面形状の長手方向に沿った２方向から照
明光が入射している。従って、個々のレンズエレメント
の射出面には長手方向にそれぞれ２個の光源像が形成さ
れる。即ち、個々のレンズエレメントの短辺方向でケラ
レによる光量損失が生じても、長手方向に並列に２個の
光源像を形成することによって光量を増加させているた
め、照度分布がより均一化されると共に、全体の照明光
の光量が増加している。また、フライアイレンズ（４
１）の個々のレンズエレメントの射出面での光源像の分
布領域は、ほぼ個々のレンズエレメントの断面形状の全
面に分布するため、照明光学系の実質的なσ値と設計上
のσ値とがほぼ一致する。In the first illumination optical device of the present invention, the illumination light enters the fly-eye lens (41) from two directions along the longitudinal direction of the sectional shape of each lens element. . Therefore, two light source images are formed in the longitudinal direction on the exit surface of each lens element. That is, even if a light amount loss occurs due to vignetting in the short side direction of each lens element, the light amount is increased by forming two light source images in parallel in the longitudinal direction, so that the illuminance distribution is made more uniform. In addition, the total amount of illumination light is increasing. In addition, fly eye lens (4
The distribution area of the light source image on the exit surface of each lens element in 1) is distributed almost over the entire cross-sectional shape of each lens element, so that the substantial σ value of the illumination optical system and the designed σ value Almost match.

【００２５】また、第１の受光素子（３５Ａ）の光電変
換信号と第２の受光素子（３５Ｂ）の光電変換信号とを
比較してその第１の光源系の照明光の光量及びその第２
の光源系の照明光の光量を制御する光量制御手段（２２
Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ）を設けた場合には、その第１の光
源系の照明光の光量とその第２の光源系の照明光の光量
とを等しくすることができ、矩形状の照明領域での照度
分布をより均一化できる。Further, the photoelectric conversion signal of the first light receiving element (35A) and the photoelectric conversion signal of the second light receiving element (35B) are compared, and the light amount of the illumination light of the first light source system and its second amount.
Quantity control means (22) for controlling the quantity of illumination light of the light source system of
C, 32A, 32B), the amount of illumination light of the first light source system and the amount of illumination light of the second light source system can be made equal, and in the rectangular illumination area. The illuminance distribution can be made more uniform.

【００２６】また、上述の発明は第１の光源系の光軸と
第２の光源系の光軸とが交差している場合を扱ってい
る。これに対して、第１の光源系（３１Ａ，３３Ａ）の
光軸と第２の光源系（３１Ｂ，３３Ｂ）の光軸とが平行
であっても、これら２つの光源系からの照明光を、フラ
イアイレンズ（４１）の個々のレンズエレメントの断面
形状の長手方向に並列に供給することができれば、得ら
れる照明光の光量は増加する。これが、本発明の第２の
照明光学装置である。The above invention deals with the case where the optical axis of the first light source system and the optical axis of the second light source system intersect. On the other hand, even if the optical axis of the first light source system (31A, 33A) and the optical axis of the second light source system (31B, 33B) are parallel, the illumination light from these two light source systems is If it is possible to supply the fly-eye lens (41) in parallel in the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the individual lens elements, the amount of illumination light obtained will increase. This is the second illumination optical device of the present invention.

【００２７】[0027]

【実施例】以下、本発明による照明光学装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本実施例は、スリット
スキャン露光方式でレチクルのパターンを逐次ウエハ上
に露光する投影露光装置の照明光学系に、本発明を適用
したものである。図２は本実施例の投影露光装置を示
し、この図２において、図示省略された照明光学系から
の照明光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット
状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパター
ンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介し
てフォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影露光さ
れる。スリットスキャン露光方式で露光を行う際には、
照明光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル
１２が図２の紙面に対して前方向に一定速度Ｖで走査さ
れるのに同期して、ウエハ５は図２の紙面に対して後方
向に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の縮小倍
率）で走査される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an illumination optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to an illumination optical system of a projection exposure apparatus that sequentially exposes a reticle pattern on a wafer by a slit scan exposure method. 2 shows the projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 2, the reticle 12 is formed by a rectangular illumination area (hereinafter, referred to as “slit-shaped illumination area”) by the illumination light EL from the illumination optical system (not shown). The upper pattern is illuminated, and the image of the pattern is projected and exposed through the projection optical system 8 onto the wafer 5 coated with the photoresist. When performing exposure with the slit scan exposure method,
With respect to the slit-shaped illumination area of the illumination light EL, the wafer 5 is moved backward with respect to the paper surface of FIG. The scanning is performed at a constant speed V / M (1 / M is the reduction magnification of the projection optical system 8) in the direction.

【００２８】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向（図２の
紙面に垂直な方向）に駆動されるレチクルＹ駆動ステー
ジ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上
にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル
微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック
等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１
１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面に
平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞ
れ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行
う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が
配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４
によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干
渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａ
に供給されている。To explain the drive system for the reticle 12 and the wafer 5, the reticle Y drive stage 10 driven in the Y-axis direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2) is placed on the reticle support base 9. A reticle micro-driving stage 11 is placed on the reticle Y driving stage 10, and a reticle 12 is held on the reticle micro-driving stage 11 by a vacuum chuck or the like. Reticle micro drive stage 1
Reference numeral 1 indicates the position control of the reticle 12 with a small amount and with high accuracy in the X direction, the Y direction, and the rotation direction (θ direction) parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 8. To do. A movable mirror 21 is arranged on the reticle micro-driving stage 11, and an interferometer 14 arranged on the reticle support 9 is provided.
The position of the reticle micro-driving stage 11 in the X direction, Y direction, and θ direction is constantly monitored by. The position information S1 obtained by the interferometer 14 is the main control system 22A.
Is being supplied to.

【００２９】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動されるウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動されるウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、
このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によ
って保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動
鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、
Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位
置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報
も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａ
は、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ス
テージ２〜Ｚθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を制御する。On the other hand, a wafer Y-axis drive stage 2 driven in the Y-axis direction is mounted on the wafer support base 1, and a wafer X-axis drive stage 3 driven in the X-axis direction is mounted thereon. And a Zθ axis drive stage 4 is provided on it.
The wafer 5 is held on the Zθ axis drive stage 4 by vacuum suction. The movable mirror 7 is fixed also on the Zθ axis drive stage 4, and the interferometer 13 arranged outside
The positions of the Zθ axis drive stage 4 in the X direction, the Y direction, and the θ direction are monitored, and the position information obtained by the interferometer 13 is also supplied to the main control system 22A. Main control system 22A
Controls the positioning operation of the wafer Y-axis drive stage 2 to Zθ-axis drive stage 4 via the wafer drive device 22B and the like, and also controls the operation of the entire apparatus.

【００３０】また、ウエハ側の干渉計１３によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計１４によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステ
ージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定され
ている。この基準マーク板６上には各種基準マークが形
成されている。これらの基準マークの中にはＺθ軸駆動
ステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明され
ている基準マーク、即ち発光性の基準マークがある。In order to establish correspondence between the wafer coordinate system defined by the coordinates measured by the wafer-side interferometer 13 and the reticle coordinate system defined by the coordinates measured by the reticle-side interferometer 14, A reference mark plate 6 is fixed near the wafer 5 on the Zθ axis drive stage 4. Various reference marks are formed on the reference mark plate 6. Among these reference marks, there is a reference mark illuminated from the back side by the illumination light guided to the Zθ axis drive stage 4, that is, a luminescent reference mark.

【００３１】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は待避され
る。Above the reticle 12 of this example, reticle alignment microscopes 19 and 20 for simultaneously observing the reference mark on the reference mark plate 6 and the mark on the reticle 12 are provided. In this case, the deflection mirrors 15 and 16 for guiding the detection light from the reticle 12 to the reticle alignment microscopes 19 and 20, respectively, are movably arranged, and when the exposure sequence is started, a command from the main control system 22A is also issued. And the mirror drive devices 17 and 1
The deflecting mirrors 15 and 16 are retracted by 8 respectively.

【００３２】図１は本例の照明光学系を示し、この図１
において、それぞれ水銀ランプよりなる第１の光源３１
Ａ及び第２の光源３１Ｂにはそれぞれランプ電源３２Ａ
及び３２Ｂから所定の電圧のもとで電流が供給されてい
る。光源３１Ａ及び３１Ｂの光をそれぞれ集光するため
に楕円鏡３３Ａ及び３３Ｂが配置されている。第１の光
源３１Ａから射出された照明光（例えば波長３６５ｎｍ
のｉ線）ＥＬ１は、楕円鏡３３Ａによって集光された
後、インプットレンズ３７によりほぼ平行光束に変換さ
れて、図１の紙面に平行な光軸に沿って所定の入射角で
第１フライアイ・インテグレータ４１に入射する。同様
に、第２の光源３１Ｂから射出された照明光（例えば波
長３６５ｎｍのｉ線）ＥＬ２は、楕円鏡３３Ｂによって
集光されて、シャッター３８Ｂの反射面で反射された
後、インプットレンズ３７によりほぼ平行光束に変換さ
れて、第１の光源３１Ａからの照明光と対称な入射角で
第１フライアイ・インテグレータ４１に入射する。シャ
ッター３８Ｂは楕円鏡３３Ｂの第２焦点付近に配置され
ている。また、楕円鏡３３Ａの第２焦点付近にシャッタ
ー３８Ａを配置し、露光量制御系２２Ｃが駆動装置３９
Ａ及び３９Ｂを介してそれぞれシャッター３８Ａ及び３
８Ｂを開閉することにより、露光時間等が制御される。FIG. 1 shows an illumination optical system of this example.
At the first light source 31 each of which is a mercury lamp.
A and a second light source 31B have a lamp power source 32A, respectively.
And 32B supply current at a predetermined voltage. Elliptic mirrors 33A and 33B are arranged to collect the light from the light sources 31A and 31B, respectively. Illumination light emitted from the first light source 31A (for example, a wavelength of 365 nm
(I-line) EL1 is condensed by the elliptical mirror 33A and then converted into a substantially parallel light flux by the input lens 37, and the first fly's eye at a predetermined incident angle along the optical axis parallel to the paper surface of FIG. -The light enters the integrator 41. Similarly, the illumination light (for example, i-line having a wavelength of 365 nm) EL2 emitted from the second light source 31B is condensed by the elliptic mirror 33B, is reflected by the reflecting surface of the shutter 38B, and is then substantially input by the input lens 37. It is converted into a parallel light flux and is incident on the first fly-eye integrator 41 at an incident angle symmetrical to the illumination light from the first light source 31A. The shutter 38B is arranged near the second focus of the elliptical mirror 33B. Further, a shutter 38A is arranged near the second focus of the elliptical mirror 33A, and the exposure amount control system 22C is driven by the drive device 39.
Shutters 38A and 3 via A and 39B respectively
The exposure time and the like are controlled by opening and closing 8B.

【００３３】また、第１の光源３１Ａとシャッター３８
Ａとの間に反射率の小さなハーフミラー３６Ａを配置
し、ハーフミラー３６Ａで反射された照明光を受光素子
３５Ａで受光し、第２の光源３１Ｂとシャッター３８Ｂ
との間にも反射率の小さなハーフミラー３６Ｂを配置
し、ハーフミラー３６Ｂで反射された照明光を受光素子
３５Ｂで受光し、受光素子３５Ａ及び３５Ｂの光電変換
信号を露光量制御系２２Ｃに供給する。露光量制御系２
２Ｃは、受光素子３５Ａ及び３５Ｂからの光電変換信号
が等しくなるように、ランプ電源３２Ａ及び３２Ｂを介
してそれぞれ光源３１Ａ及び３１Ｂの発光パワーを制御
する。これにより、第１フライアイ・インテグレータ４
１に異なる入射角で入射する２つの照明光ＥＬ１及びＥ
Ｌ２の光量（照度）は等しく設定される。Further, the first light source 31A and the shutter 38
A half mirror 36A having a small reflectance is arranged between the second light source 31B and the shutter 38B, and the illumination light reflected by the half mirror 36A is received by the light receiving element 35A.
Also, a half mirror 36B having a small reflectance is arranged between the two, and the illumination light reflected by the half mirror 36B is received by the light receiving element 35B, and the photoelectric conversion signals of the light receiving elements 35A and 35B are supplied to the exposure amount control system 22C. To do. Exposure control system 2
2C controls the light emission powers of the light sources 31A and 31B via the lamp power supplies 32A and 32B so that the photoelectric conversion signals from the light receiving elements 35A and 35B become equal. As a result, the first fly-eye integrator 4
Two illumination lights EL1 and E which are incident on 1 at different incident angles
The light amount (illuminance) of L2 is set to be equal.

【００３４】また、第１フライアイ・インテグレータ４
１を構成する各レンズエレメントの断面形状は図１の紙
面に平行な方向を長手方向とする長方形であり、各レン
ズエレメントの射出面には断面形状の長手方向に沿って
それぞれ２個の光源像が形成される。第１フライアイ・
インテグレータ４１の射出面の複数の光源像からの照明
光は、第１リレーレンズ４２を経て第２フライアイ・イ
ンテグレータ４３に入射し、第２フライアイ・インテグ
レータ４３の射出面には更に多くの光源像が形成され、
これら光源像からの照明光は、第２リレーレンズ４４を
経て第３フライアイ・インテグレータ４５に入射し、第
３フライアイ・インテグレータ４５の射出面にも更に多
くの光源像が形成される。そして、第３フライアイ・イ
ンテグレータ４５の射出面に形成される多くの光源像か
らの照明光が、ミラー４６、第３リレーレンズ４７、視
野絞り（レチクルブラインド）４８、第４リレーレンズ
４９、及びメインコンデンサーレンズ５０を経てレチク
ル１２上の矩形の照明領域５１を均一な照度で照明す
る。その第３フライアイ・インテグレータ４５の射出面
に、通常の円形の開口絞り、又は所謂変形照明法若しく
は輪帯照明法等を実施するための開口絞りを配置しても
良い。Also, the first fly-eye integrator 4
The cross-sectional shape of each lens element constituting 1 is a rectangle whose longitudinal direction is parallel to the paper surface of FIG. 1, and two light source images are formed on the exit surface of each lens element along the longitudinal direction of the cross-sectional shape. Is formed. First fly eye
Illumination light from a plurality of light source images on the exit surface of the integrator 41 enters the second fly-eye integrator 43 through the first relay lens 42, and the exit surface of the second fly-eye integrator 43 has more light sources. An image is formed,
Illumination light from these light source images enters the third fly-eye integrator 45 via the second relay lens 44, and more light source images are formed on the exit surface of the third fly-eye integrator 45. The illumination light from many light source images formed on the exit surface of the third fly-eye integrator 45 is reflected by the mirror 46, the third relay lens 47, the field stop (reticle blind) 48, the fourth relay lens 49, and The rectangular illumination area 51 on the reticle 12 is illuminated with a uniform illuminance through the main condenser lens 50. On the exit surface of the third fly-eye integrator 45, an ordinary circular aperture stop or an aperture stop for performing a so-called modified illumination method or ring illumination method may be arranged.

【００３５】本例では、第１フライアイ・インテグレー
タ４１の入射面は、順次第２フライアイ・インテグレー
タ４３の入射面、第３フライアイ・インテグレータ４５
の入射面、レチクルブラインド４８の配置面及びレチク
ル１２のパターン形成面と共役であり、レチクル１２上
の矩形の照明領域５１の形状は第３フライアイ・インテ
グレータ４５を構成する個々のレンズエレメントの断面
形状と相似である。従って、レチクルブラインド４８
は、そのように個々のレンズエレメントの断面形状で定
まる照明領域５１の周辺部をカットする役割を有する。In this example, the incident surface of the first fly-eye integrator 41 is sequentially the incident surface of the second fly-eye integrator 43 and the third fly-eye integrator 45.
Of the reticle blind 48 and the pattern forming surface of the reticle 12, and the shape of the rectangular illumination area 51 on the reticle 12 is the cross section of the individual lens elements forming the third fly-eye integrator 45. It is similar to the shape. Therefore, the reticle blind 48
Has a role of cutting the peripheral part of the illumination region 51 determined by the cross-sectional shape of each lens element.

【００３６】次に、図３を参照して、本例の照明光学系
の光源像の状態等について詳細に説明する。図３は、図
１の照明光学系の主要な要素を示し、この図３におい
て、レチクル１２上の照明領域５１はＸ方向の幅がＬで
Ｙ方向の幅がＤ（Ｄ＜Ｌ）のＸ方向に細長い長方形であ
る。但し、図１のレチクルブラインド４８及びレンズ系
は省略している。スリットスキャン露光方式で露光を行
う際には、照明領域５１の短辺方向であるＹ方向にレチ
クル１２が走査される。この場合、レチクル１２上のＸ
方向及びＹ方向に対応する各フライアイ・インテグレー
タ４１，４３，４５での方向をそれぞれＸ１方向及びＹ
１方向として、説明の便宜上、第１フライアイ・インテ
グレータ４１はＹ１方向に２個のレンズエレメンント４
１ａ，４１ｂを配列したものであり、第２フライアイ・
インテグレータ４３はＸ１方向に２個のレンズエレメン
ト４３ａ，４３ｂを配列したものであるとする。レンズ
エレメント４１ａ及び４１ｂの断面形状は、Ｘ１方向の
幅とＹ１方向の幅との比が２：１であり、レンズエレメ
ント４３ａ及び４３ｂの断面形状は、正方形である。Next, referring to FIG. 3, the state of the light source image of the illumination optical system of this example will be described in detail. FIG. 3 shows the main elements of the illumination optical system of FIG. 1. In FIG. 3, the illumination area 51 on the reticle 12 has an X-direction width L and a Y-direction width D (D <L). It is a rectangle elongated in the direction. However, the reticle blind 48 and the lens system in FIG. 1 are omitted. When performing exposure by the slit scan exposure method, the reticle 12 is scanned in the Y direction which is the short side direction of the illumination area 51. In this case, X on the reticle 12
The directions of the fly-eye integrators 41, 43, and 45 corresponding to the X-direction and the Y-direction are the X1 direction and the Y-direction, respectively.
For the sake of convenience of explanation, the first fly-eye integrator 41 has two lens elements 4 in the Y1 direction.
1a and 41b are arranged, and the second fly eye
It is assumed that the integrator 43 has two lens elements 43a and 43b arranged in the X1 direction. The cross-sectional shape of the lens elements 41a and 41b is such that the ratio of the width in the X1 direction to the width in the Y1 direction is 2: 1, and the cross-sectional shape of the lens elements 43a and 43b is square.

【００３７】また、第３フライアイ・インテグレータ４
５はＹ１方向に５列で、Ｘ１方向に３行のレンズエレメ
ント４５ａ，４５ｂ，…を配列したものであり、個々の
レンズエレメントのＸ１方向の幅とＹ１方向の幅との比
は５：３であるとする。従って、第１フライアイ・イン
テグレータ４１の全体としての断面形状のＸ１方向とＹ
１方向との比は１：１（正方形）であり、第２フライア
イ・インテグレータ４３の全体としての断面形状のＸ１
方向とＹ１方向との比は２：１であり、第３フライアイ
・インテグレータ４５の全体としての断面形状のＸ１方
向とＹ１方向との比は１：１（正方形）である。Also, the third fly-eye integrator 4
5 has 5 columns in the Y1 direction and 3 rows of lens elements 45a, 45b, ... Are arranged in the X1 direction, and the ratio of the width in the X1 direction to the width in the Y1 direction of each lens element is 5: 3. Suppose Therefore, the cross section of the first fly-eye integrator 41 as a whole has a cross-sectional shape in the X1 direction and the Y direction.
The ratio to one direction is 1: 1 (square), and the cross-sectional shape X1 of the second fly-eye integrator 43 as a whole is X1.
The ratio between the direction and the Y1 direction is 2: 1 and the ratio between the X1 direction and the Y1 direction of the sectional shape of the entire third fly-eye integrator 45 is 1: 1 (square).

【００３８】この場合、第１フライアイ・インテグレー
タ４１の入射面のほぼ円形の領域５２に、Ｘ１方向に光
軸ＡＸに対して対称に第１の照明光ＥＬ１及び第２の照
明光ＥＬ２が入射する。従って、第１フライアイ・イン
テグレータ４１の個々のレンズエレメントの射出面には
それぞれＸ１方向に２個（合計で４個）の光源像５３が
形成される。また、光源像５３からの照明光はそれぞれ
第２フライアイ・インテグレータ４３の入射面で、第２
フライアイ・インテグレータ４３の全体としての断面形
状とほぼ等しい矩形の領域５４を照明し、第２フライア
イ・インテグレータ４３の個々のレンズエレメントの射
出面にはそれぞれＸ１方向に２行でＹ１方向に２列（フ
ライアイ・インテグレータ全体で８個）の光源像５５が
形成される。同様に、光源像５５からの照明光はそれぞ
れ第３フライアイ・インテグレータ４５の入射面で、第
３フライアイ・インテグレータ４５の全体としての断面
形状とほぼ等しい正方形の領域５６を照明し、第３フラ
イアイ・インテグレータ４５の個々のレンズエレメント
の射出面にはそれぞれＸ１方向に４行でＹ１方向に２列
の光源像５７が形成される。第３フライアイ・インテグ
レータ４５の射出面に形成される光源像の合計は１２０
（＝８×５×３）個である。In this case, the first illumination light EL1 and the second illumination light EL2 are incident on the substantially circular area 52 of the incident surface of the first fly-eye integrator 41 symmetrically with respect to the optical axis AX in the X1 direction. To do. Therefore, two (four in total) light source images 53 are formed in the X1 direction on the exit surface of each lens element of the first fly-eye integrator 41. Further, the illumination light from the light source image 53 is incident on the incident surface of the second fly-eye integrator 43,
A rectangular area 54 having substantially the same cross-sectional shape as the entire fly-eye integrator 43 is illuminated, and the exit surface of each lens element of the second fly-eye integrator 43 has two rows in the X1 direction and two rows in the Y1 direction. Light source images 55 are formed in rows (8 in total for the fly-eye integrator). Similarly, the illumination light from the light source image 55 illuminates a square area 56, which is approximately the same in cross-sectional shape as the whole of the third fly-eye integrator 45, on the incident surface of the third fly-eye integrator 45, respectively. Light source images 57 of four rows in the X1 direction and two columns in the Y1 direction are formed on the exit surfaces of the individual lens elements of the fly-eye integrator 45. The total of the light source images formed on the exit surface of the third fly-eye integrator 45 is 120.
(= 8 × 5 × 3).

【００３９】そして、第３フライアイ・インテグレータ
４５による１２０個の光源像５７からの照明光は、それ
ぞれレチクル１２上の長方形の照明領域５１を重畳的に
照明する。第３フライアイ・インテグレータ４５の個々
のレンズエレメントのＸ１方向の幅とＹ１方向の幅との
比は５：３であるため、照明領域５１のＸ方向の幅Ｌと
Ｙ方向の幅Ｄとの比は５：３となる。この場合、本例で
は断面形状がＸ１方向に長いレンズエレメント４１ａ，
４１ｂよりなる第１フライアイ・インテグレータ４１に
対して、Ｘ１方向に２方向から照明光ＥＬ１，ＥＬ２を
入射させているため、Ｘ１方向での光源像の密度が２倍
となり、照明領域５１でのＸ方向の照度均一性が向上し
ている。The illumination light from the 120 light source images 57 by the third fly-eye integrator 45 illuminates the rectangular illumination area 51 on the reticle 12 in a superimposed manner. Since the ratio of the width in the X1 direction and the width in the Y1 direction of the individual lens elements of the third fly-eye integrator 45 is 5: 3, the width L in the X direction of the illumination region 51 and the width D in the Y direction are different from each other. The ratio is 5: 3. In this case, in this example, the lens element 41a whose cross-sectional shape is long in the X1 direction,
Since the illumination lights EL1 and EL2 are incident on the first fly-eye integrator 41 made up of 41b in the X1 direction from two directions, the density of the light source image in the X1 direction is doubled, and the illumination area 51 is The illuminance uniformity in the X direction is improved.

【００４０】なお、図３ではフライアイ・インテグレー
タ４１，４３及び４５のレンズエレメントの個数を簡単
の為に少なくしているが、多くしても良い。また、図３
では、レチクル１２上の照明領域５１の縦横比が５：３
となる場合を例として示したが、この比がより大きくな
ると図４に示す様なケラレが生じることになる。図４
（ａ）は入射する照明光の方向が１方向である場合のフ
ライアイ・インテグレータのレンズエレメント４５ａの
射出面を示し、この図４（ａ）において、光源像のスポ
ット５８が大きいと、レンズエレメント４５ａの短辺方
向で光源像のスポット５８内の斜線部５８ａ及び５８ｂ
がケラれていることが分かる。このケラレ部はレチクル
１２上に達しないので光量が低下する。In FIG. 3, the number of lens elements of the fly-eye integrators 41, 43 and 45 is reduced for simplicity, but it may be increased. Also, FIG.
Then, the aspect ratio of the illumination area 51 on the reticle 12 is 5: 3.
Although the case has been shown as an example, when this ratio becomes larger, vignetting as shown in FIG. 4 occurs. Figure 4
FIG. 4A shows the exit surface of the lens element 45a of the fly-eye integrator when the incident illumination light is in one direction. In FIG. 4A, if the spot 58 of the light source image is large, the lens element 45a and 58b in the spot 58 of the light source image in the short side direction of 45a.
It can be seen that is vignetting. Since the vignetting portion does not reach the reticle 12, the light amount is reduced.

【００４１】これに対して、図４（ｂ）はレンズエレメ
ント４５ａの長辺方向に２方向から照明光を入射させた
場合を示し、この図４（ｂ）において、レンズエレメン
ト４５ａの射出面には、長辺方向に２個の光源像のスポ
ット５９Ａ及び５９Ｂが並列に形成される。この場合
も、光源像のスポット５９Ａ内の斜線部５９Ａａ，５９
Ａｂ及び光源像のスポット５９Ｂ内の斜線部５９Ｂａ，
５９Ｂｂがケラレ部となっているが、長手方向の余裕の
あるフィールドを有効に使用できるので、照明光の光量
を約２倍にすることができる。On the other hand, FIG. 4B shows a case where illumination light is incident from two directions along the long side direction of the lens element 45a. In FIG. 4B, the exit surface of the lens element 45a is shown. , Two spots 59A and 59B of the light source image are formed in parallel in the long side direction. Also in this case, the shaded areas 59Aa, 59 in the spot 59A of the light source image
Ab and the shaded area 59Ba in the spot 59B of the light source image,
59Bb is the vignetting portion, but since the field with a margin in the longitudinal direction can be effectively used, the light amount of the illumination light can be approximately doubled.

【００４２】なお、上述の実施例では、２個の光源３１
Ａ及び３１Ｂからの照明光を異なる入射角で第１フライ
アイ・インテグレータ４１に入射させている。しかしな
がら、第１フライアイ・インテグレータ４１の個々のレ
ンズエレメントの断面形状は長方形であるため、２個の
光源３１Ａ及び３１Ｂからの照明光をそれら個々のレン
ズエレメントの断面形状の長手方向に沿ってほぼ平行
に、その第１フライアイ・インテグレータ４１に入射さ
せても良い。この場合、更に照度均一性を高めるために
は、そのように複数の光源からの照明光を平行にフライ
アイ・インテグレータに入射させると共に、その後に３
段のフライアイ・インテグレータ（合計で４段のフライ
アイ・インテグレータ）を配置しても良い。In the above embodiment, two light sources 31 are used.
The illumination light from A and 31B is made incident on the first fly-eye integrator 41 at different incident angles. However, since the cross-sectional shape of each lens element of the first fly-eye integrator 41 is rectangular, the illumination light from the two light sources 31A and 31B is substantially distributed along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of each of these lens elements. The light may be incident on the first fly-eye integrator 41 in parallel. In this case, in order to further increase the illuminance uniformity, the illumination light from the plurality of light sources is made to enter the fly-eye integrator in parallel, and then the illumination light
A multi-tiered fly-eye integrator (four-tiered fly-eye integrator) may be arranged.

【００４３】また、上述実施例では光源として水銀ラン
プが使用されているが、照明光の光源として、エキシマ
レーザ光源、アルゴンレーザ光の高調波を発生する光
源、又は他のランプ光源等を使用した場合にも本発明は
そのまま適用される。特に光源としてレーザ光源を使用
した場合には、本発明の適用により、ウエハの露光面で
のスペックルパターンが減少する。Further, although the mercury lamp is used as the light source in the above-mentioned embodiment, an excimer laser light source, a light source which generates a harmonic of argon laser light, or another lamp light source is used as the illumination light source. In this case, the present invention is directly applied. Especially when a laser light source is used as the light source, the application of the present invention reduces the speckle pattern on the exposed surface of the wafer.

【００４４】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【００４５】[0045]

【発明の効果】本発明の第１及び第２の照明光学装置に
よれば、フライアイレンズの射出面で個々のレンズエレ
メントの断面形状の長手方向に複数の光源像が形成され
るため、照明光学系の実質的なσ値と設計上のσ値とが
ほぼ一致し、フライアイレンズの射出面での照度分布が
一様になる。また、照明光の光量が増加して高スループ
ットで露光が行われる利点がある。According to the first and second illumination optical devices of the present invention, since a plurality of light source images are formed in the longitudinal direction of the sectional shape of each lens element on the exit surface of the fly-eye lens, The substantial σ value of the optical system and the designed σ value substantially match, and the illuminance distribution on the exit surface of the fly-eye lens becomes uniform. Further, there is an advantage that the amount of illumination light is increased and exposure is performed with high throughput.

【００４６】更に、フライアイレンズの全体としての断
面形状の直交する２方向での光源像の分布密度を近づけ
ることができるため、所謂変形照明等の照明光学系とし
ても最適の特性を得ることができる。また、近年光源自
身の輝度を上げるために、光源の製造コストが上昇する
傾向にあるが、本発明では低輝度で且つ廉価な光源を複
数個使用することにより照度を向上させることができる
ため、光源の製造コストを低減させることができる。Furthermore, since the distribution density of the light source image in the two directions orthogonal to the sectional shape of the fly-eye lens as a whole can be made closer, optimum characteristics can be obtained as an illumination optical system such as so-called modified illumination. it can. Further, in recent years, in order to increase the brightness of the light source itself, the manufacturing cost of the light source tends to increase, but in the present invention, the illuminance can be improved by using a plurality of low-intensity and inexpensive light sources, The manufacturing cost of the light source can be reduced.

【００４７】また、第１の光源系からの照明光の一部を
光電変換する第１の受光素子と、第２の光源系からの照
明光の一部を光電変換する第２の受光素子と、その第１
の受光素子の光電変換信号とその第２の受光素子の光電
変換信号とを比較してそれら第１及び第２の光源系の照
明光の光量を制御する光量制御手段とを設けた場合に
は、第１の光源系の照明光量と第２の光源系の照明光量
とをほぼ等しくすることができ、照度均一性をより高め
ることができる。Further, a first light receiving element for photoelectrically converting a part of the illumination light from the first light source system, and a second light receiving element for photoelectrically converting a part of the illumination light from the second light source system. , The first
In the case where the light quantity control means for comparing the photoelectric conversion signal of the light receiving element with the photoelectric conversion signal of the second light receiving element to control the light quantity of the illumination light of the first and second light source systems is provided. The amount of illumination light of the first light source system and the amount of illumination light of the second light source system can be made substantially equal, and the illuminance uniformity can be further enhanced.

[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例が適用された投影露光装置の
照明光学系を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an illumination optical system of a projection exposure apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.

【図２】図１の照明光学系が使用される投影露光装置の
ステージ系を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a stage system of a projection exposure apparatus in which the illumination optical system of FIG. 1 is used.

【図３】図１の照明光学系中のフライアイ・インテグレ
ータの入射面及び射出面の照明光の分布状態を示す概念
図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a distribution state of illumination light on an entrance surface and an exit surface of a fly-eye integrator in the illumination optical system of FIG.

【図４】（ａ）は入射する光束が１個の場合のフライア
イ・インテグレータの個々のレンズエレメントの射出面
での光源像を示す図、（ｂ）は入射する光束が２個の場
合のフライアイ・インテグレータの個々のレンズエレメ
ントの射出面での光源像を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing a light source image on the exit surface of each lens element of the fly-eye integrator in the case of one incident light beam, and FIG. 4B is a diagram showing the case of two incident light beams. It is a figure which shows the light source image in the exit surface of each lens element of a fly eye integrator.

[Explanation of symbols]

５ウエハ８投影光学系１２レチクル２２Ｃ露光量制御系３１Ａ，３１Ｂ光源３３Ａ，３３Ｂ楕円鏡３５Ａ，３５Ｂ受光素子３８Ａ，３８Ｂシャッター４１，４３，４５フライアイ・インテグレータ４２，４４リレーレンズ５０メインコンデンサーレンズ５１照明領域 5 wafer 8 projection optical system 12 reticle 22C exposure amount control system 31A, 31B light source 33A, 33B elliptic mirror 35A, 35B light receiving element 38A, 38B shutter 41, 43, 45 fly-eye integrator 42, 44 relay lens 50 main condenser lens 51 Illumination area

Claims

[Claims]

1. An illumination optical system for illuminating a rectangular illumination area on a mask with illumination light, and a projection optical system for projecting a pattern in the illumination area onto a substrate, wherein: Scanning projection in which a pattern on the mask is sequentially projected onto the substrate by scanning the mask in a predetermined direction and scanning the substrate in a predetermined direction with respect to an exposure region conjugate with the illumination region. In the illumination optical system of the exposure apparatus, a fly-eye lens formed by bundling a plurality of lens elements each having a rectangular cross-section for forming a light source image from illumination light, and illumination from a plurality of light source images formed by the fly-eye lens A condenser lens system for illuminating the rectangular illumination area in a superimposed manner with light; and a longitudinal direction of a cross-sectional shape of the plurality of lens elements with respect to the fly-eye lens. A first light source system that supplies illumination light in a first direction, and a second direction different from the first direction along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the plurality of lens elements with respect to the fly-eye lens. A second light source system for supplying illumination light to
An illuminating optical device comprising:

2. A first light receiving element for photoelectrically converting a part of the illumination light from the first light source system, and a second light receiving element for photoelectrically converting a part of the illumination light from the second light source system. An element, and a light quantity control means for comparing the photoelectric conversion signal of the first light receiving element and the photoelectric conversion signal of the second light receiving element to control the light quantity of the illumination light of the first and second light source systems. 2. The illumination optical apparatus according to claim 1, further comprising:

3. An illumination optical system for illuminating a rectangular illumination area on a mask with illumination light, and a projection optical system for projecting a pattern in the illumination area onto a substrate. Scanning projection in which a pattern on the mask is sequentially projected onto the substrate by scanning the mask in a predetermined direction and scanning the substrate in a predetermined direction with respect to an exposure region conjugate with the illumination region. In the illumination optical system of the exposure apparatus, a fly-eye lens formed by bundling a plurality of lens elements each having a rectangular cross-section for forming a light source image from illumination light, and illumination from a plurality of light source images formed by the fly-eye lens A condenser lens system that illuminates the rectangular illumination area in a superimposed manner with light; A first light source system for supplying illumination light from a first position; and a second position different from the first position along the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the plurality of lens elements with respect to the fly-eye lens. And a second light source system for supplying illumination light from the illumination optical device.

4. A first light receiving element for photoelectrically converting a part of the illumination light from the first light source system, and a second light receiving device for photoelectrically converting a part of the illumination light from the second light source system. An element, and a light quantity control means for comparing the photoelectric conversion signal of the first light receiving element and the photoelectric conversion signal of the second light receiving element to control the light quantity of the illumination light of the first and second light source systems. 4. The illumination optical device according to claim 3, wherein the illumination optical device is provided.