JPWO2004112107A1 - Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method - Google Patents

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

Abstract

簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置。光源(1)からの光束に基づいて被照射面(M)を照明する照明光学装置。被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段(8,9)を備えている。縦横比変化手段は、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群(8a,8b,9a,9b)を備えている。An illumination optical device capable of adjusting the aspect ratio of a secondary light source formed on an illumination pupil as needed based on a simple configuration. An illumination optical device that illuminates the illuminated surface (M) based on the light flux from the light source (1). Aspect ratio changing means (8, 9) is provided for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil substantially having a Fourier transform relationship with the surface to be irradiated. The aspect ratio changing means is disposed at or near the position substantially in a Fourier transform relationship with the illumination pupil, and has a function of changing the power ratio in two orthogonal directions (8a, 8b, 9a). 9b).

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。  The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing a microdevice such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process. .

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束がマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)に入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、必要に応じてマイクロフライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。  In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source is incident on a micro fly's eye lens (or fly eye lens), and a secondary light source composed of a number of light sources is formed on the rear focal plane. The light beam from the secondary light source is restricted through an aperture stop disposed in the vicinity of the rear focal plane of the micro fly's eye lens as necessary and then enters the condenser lens.

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

近年においては、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に形成される二次光源の大きさを変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化させる技術が注目されている。また、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に輪帯状や4極状の二次光源を形成することにより、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。  In recent years, by changing the size of the secondary light source formed on the illumination pupil via the micro fly's eye lens, the illumination coherency σ (σ value = aperture aperture diameter / projection optical system pupil diameter, or Attention has been focused on a technique for changing (σ value = exit-side numerical aperture of illumination optical system / incident-side numerical aperture of projection optical system). Further, attention has been paid to a technique for improving the depth of focus and the resolution of the projection optical system by forming an annular or quadrupolar secondary light source on the illumination pupil via a micro fly-eye lens.

従来技術では、たとえば輪帯状の二次光源に基づく輪帯照明を行う場合、二次光源が僅かに縦長または横長の輪帯状に形成されることにより、ウェハ上に転写されるパターンの線幅が縦方向と横方向とで異なる現象、すなわち直交する二方向でパターンの線幅差が発生することがある。また、二次光源が所望の輪帯状に形成されていても、レジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生することがある。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、照明瞳に形成される輪帯状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定する方が望ましいこともある。  In the prior art, for example, when performing annular illumination based on an annular secondary light source, the secondary light source is formed in a slightly vertically or horizontally annular shape, thereby reducing the line width of the pattern transferred onto the wafer. A different phenomenon in the vertical direction and the horizontal direction, that is, a difference in the line width of the pattern may occur in two orthogonal directions. Even if the secondary light source is formed in a desired annular shape, a line width difference between the patterns may occur in two orthogonal directions due to resist characteristics and the like. If the pattern to be transferred has directionality, it may be desirable to positively set the annular secondary light source formed on the illumination pupil to be vertically long or horizontally long.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an illumination optical device capable of adjusting the aspect ratio of a secondary light source formed on an illumination pupil as needed based on a simple configuration. Objective. In addition, by using an illumination optical device that can adjust the aspect ratio of the secondary light source formed on the illumination pupil as needed, a high-precision pattern line width difference is not substantially generated in two orthogonal directions. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing exposure.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を備え、
前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface based on the light beam from the light source,
Aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface,
The aspect ratio changing means includes an optical element group that is disposed at or near a position substantially in a Fourier transform relationship with the illumination pupil and has a function of changing a power ratio in two orthogonal directions. An illumination optical device is provided.

第1形態の好ましい態様によれば、前記光学素子群は、直交する2つの方向でパワーが互いに異なる第1光学素子群と、直交する2つの方向でパワーが互いに異なる第2光学素子群とを有し、前記第1光学素子群および前記第2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第1光学素子群および前記第2光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。また、前記光学素子群はレンズ群であることが好ましい。  According to a preferred aspect of the first aspect, the optical element group includes a first optical element group having different powers in two orthogonal directions and a second optical element group having different powers in two orthogonal directions. And at least one of the first optical element group and the second optical element group is configured to be rotatable about an optical axis. Moreover, it is preferable that both the first optical element group and the second optical element group are configured to be rotatable about the optical axis. The optical element group is preferably a lens group.

第1形態においては、前記第1光学素子群および前記第2光学素子群は、それぞれ一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子を備えていることが好ましく、それぞれ一対のシリンドリカルレンズを備えていることがさらに好ましい。なお、上記回転非対称なパワーは、回転非対称なパワーを持つ光学素子の光軸に関して回転非対称なパワーを意味している。  In the first embodiment, the first optical element group and the second optical element group preferably each include a pair of optical elements having rotationally asymmetric power, and each include a pair of cylindrical lenses. Is more preferable. The rotationally asymmetric power means a rotationally asymmetric power with respect to the optical axis of the optical element having the rotationally asymmetric power.

また、第1形態においては、前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備えていることが好ましく、このとき前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることが好ましい。ここで、前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第2変更手段とを備えていることが好ましい。  Moreover, in the first embodiment, it is preferable to further include a changing unit that continuously changes the magnitude of the light intensity distribution formed on the illumination pupil. At this time, the optical element group is more than the changing unit. Is preferably disposed in the light path on the light source side. Here, the changing means changes the outer zone ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil and the first changing means for changing the size of the outer shape of the light intensity distribution formed on the illumination pupil. 2 change means.

本発明の第2形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する2つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the second embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface based on the light flux from the light source,
A light beam conversion element for converting a light beam from the light source into a light beam having a predetermined cross section;
A forming optical system for forming a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface, based on the light flux from the light flux conversion element;
Aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil by independently changing the degree of divergence of the light flux incident on the light flux conversion element in two orthogonal directions. An illumination optical device is provided.

第2形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第1光学素子と、直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第2光学素子とを有し、前記第1光学素子および前記第2光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第1光学素子および前記第2光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。なお、前記光束の進行方向と平行な軸は光軸であることが好ましい。  According to a preferred aspect of the second aspect, the aspect ratio changing means includes a first optical element having different degrees of divergence in two orthogonal directions, and a second optical element having different degrees of divergence in two orthogonal directions. And at least one of the first optical element and the second optical element is configured to be rotatable about an axis parallel to the traveling direction of the light beam. Further, it is preferable that both the first optical element and the second optical element are configured to be rotatable about an axis parallel to the traveling direction of the light beam. The axis parallel to the traveling direction of the light beam is preferably an optical axis.

第2形態の好ましい態様によれば、前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有する。あるいは、前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することが好ましい。あるいは、前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイクロレンズアレイをそれぞれ有することが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましい。  According to a preferred aspect of the second embodiment, the first optical element and the second optical element each have a diffractive optical element having a divergence function only in one direction. Alternatively, the first optical element and the second optical element preferably each have a Fresnel lens having a refractive function only in one direction. Alternatively, each of the first optical element and the second optical element preferably has a microlens array having a refractive function only in one direction. The forming optical system preferably has an optical integrator.

本発明の第3形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the third aspect of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface based on the light flux from the light source,
A light beam conversion element for converting a light beam from the light source into a light beam having a predetermined cross section;
A forming optical system for forming a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface, based on the light flux from the light flux conversion element;
In order to change the aspect ratio of the light intensity distribution formed in the illumination pupil by changing the power independently in two orthogonal directions arranged in the optical path between the light source and the light beam conversion element. The illumination optical device is provided with the aspect ratio changing means.

第3形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有する。あるいは、前記縦横比変化手段は、前記直交する2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第1シリンドリカルズームレンズと、前記直交する2つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第2シリンドリカルズームレンズとを備えていることが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましい。  According to a preferred aspect of the third aspect, the aspect ratio changing means has a cylindrical zoom lens that is rotatable about the optical axis. Alternatively, the aspect ratio changing means includes a first cylindrical zoom lens having a function of changing power in one of the two orthogonal directions and power in the other direction of the two orthogonal directions. It is preferable to include a second cylindrical zoom lens having a function of changing. The forming optical system preferably has an optical integrator.

本発明の第4形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、第1形態〜第3形態の照明光学装置と、前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。  According to a fourth aspect of the present invention, in an exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a photosensitive substrate, the illumination optical apparatus according to the first to third aspects and the mask pattern set on the irradiated surface are An exposure apparatus is provided that includes a projection optical system that projects onto a photosensitive substrate.

本発明の第5形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第1形態〜第3形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。  In a fifth aspect of the present invention, in an exposure method for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate, the illumination optical device according to the first to third aspects is used to illuminate the mask set on the irradiated surface. There is provided an exposure method comprising a step and a step of projecting and exposing a pattern of the mask onto the photosensitive substrate.

本発明の典型的な態様にしたがう照明光学装置では、第1シリンドリカルレンズ対と第2シリンドリカルレンズ対とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができ、ひいては高精度な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。  In the illumination optical apparatus according to the typical aspect of the present invention, the two formed on the illumination pupil based on the simple configuration by the action of the aspect ratio changing means including the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair. The aspect ratio of the next light source can be adjusted at any time. Therefore, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, the line width difference between the patterns in the two orthogonal directions is substantially reduced by using the illumination optical apparatus that can adjust the aspect ratio of the secondary light source formed on the illumination pupil as needed. Therefore, it is possible to perform high-precision exposure that does not occur automatically, and as a result, it is possible to manufacture a good microdevice by high-precision exposure.

[図1]本発明の第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2]第1実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。
[図3]第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。
[図4]第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
[図5]第1実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。
[図6]第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
[図7]第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
[図8]第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
[図9]本発明の第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。
[図10]第2実施形態における縦横比変化手段の構成を概略的に示す図である。
[図11]第2実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。
[図12]本発明の第3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13]第3実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。
[図14]第3実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。
[図15]シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態において照明瞳で得られる光強度分布を示す図である。
[図16]第3実施形態の変形例にかかる縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。
[図17]マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
[図18]マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a conical axicon system disposed in an optical path between a front lens group and a rear lens group of an afocal lens in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the zoom lens on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a first cylindrical lens pair and a second cylindrical lens pair arranged in an optical path between a front lens group and a rear lens group of an afocal lens in the first embodiment. It is.
FIG. 6 is a diagram for explaining the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment.
FIG. 9 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of aspect ratio changing means in the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram for explaining the action of a pair of Fresnel lenses on a secondary light source formed in annular illumination of the second embodiment.
FIG. 12 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram schematically showing an internal configuration of aspect ratio changing means in the third embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining the action of a cylindrical zoom lens on a secondary light source formed in the third embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a light intensity distribution obtained by an illumination pupil in a circular state and an elliptical state of a cylindrical zoom lens.
FIG. 16 is a diagram schematically showing an internal configuration of aspect ratio changing means according to a modification of the third embodiment.
FIG. 17 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 18 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第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において、感光性基板であるウェハの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。なお、図1では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z-axis is along the normal direction of the wafer, which is a photosensitive substrate, the Y-axis is parallel to the plane of FIG. 1 in the wafer plane, and the direction is perpendicular to the plane of FIG. X axis is set for each. In FIG. 1, the illumination optical device is set to perform annular illumination.

図1の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源1として、たとえば波長が248nmの光を供給するKrFエキシマレーザー光源または波長が193nmの光を供給するArFエキシマレーザー光源を備えている。光源1からZ方向に沿って射出されたほぼ平行光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ2aおよび2bからなるビームエキスパンダー2に入射する。各レンズ2aおよび2bは、図1の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー2に入射した光束は、図1の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。  The exposure apparatus of FIG. 1 includes, for example, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm or an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm as the light source 1 for supplying exposure light (illumination light). ing. A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section extending along the X direction, and is incident on a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b. Each lens 2a and 2b has a negative refracting power and a positive refracting power in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane), respectively. Accordingly, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the plane of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

整形光学系としてのビームエキスパンダー2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー3でY方向に偏向された後、輪帯照明用の回折光学素子(DOE)4aに入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光(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。回折光学素子4aは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド(フラウンホーファー回折領域)において、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。  A substantially parallel light beam via a beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by a bending mirror 3 and then enters a diffractive optical element (DOE) 4a for annular illumination. In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. The diffractive optical element 4a has a function of forming, for example, an annular light intensity distribution around the optical axis AX in the far field (Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. .

輪帯照明用の回折光学素子4aは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、たとえば円形照明用の回折光学素子4bと切り換え可能に構成されている。円形照明用の回折光学素子4bの構成および作用については後述する。ここで、輪帯照明用の回折光学素子4aと円形照明用の回折光学素子4bとの間の切り換えは、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系22により行われる。制御系21には、ステップ・アンドリピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などがキーボードなどの入力手段20を介して入力される。  The diffractive optical element 4a for annular illumination is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be switchable with a diffractive optical element 4b for circular illumination, for example. The configuration and operation of the diffractive optical element 4b for circular illumination will be described later. Here, switching between the diffractive optical element 4a for annular illumination and the diffractive optical element 4b for circular illumination is performed by a drive system 22 that operates based on a command from the control system 21. Information relating to various masks to be sequentially exposed in accordance with a step-and-repeat method or a step-and-scan method is input to the control system 21 via an input means 20 such as a keyboard.

光束変換素子としての回折光学素子4aを介した光束は、アフォーカルレンズ(リレー光学系)5に入射する。アフォーカルレンズ5は、その前側焦点位置と回折光学素子4aの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面6の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)である。したがって、回折光学素子4aに入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ5の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ5から射出される。  A light beam that has passed through the diffractive optical element 4 a serving as a light beam conversion element enters an afocal lens (relay optical system) 5. The afocal lens 5 is set so that the front focal position thereof and the position of the diffractive optical element 4a substantially coincide with each other, and the rear focal position thereof substantially coincides with the position of the predetermined surface 6 indicated by a broken line in the drawing. System (non-focal optical system). Therefore, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 4 a forms an annular light intensity distribution on the pupil plane of the afocal lens 5 and then exits from the afocal lens 5 as a substantially parallel light beam.

なお、アフォーカルレンズ5の前側レンズ群5aと後側レンズ群5bとの間の光路中において瞳またはその近傍には、光源側から順に、第2変更手段としての円錐アキシコン系7、第1シリンドリカルレンズ対8、および第2シリンドリカルレンズ対9が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系7、第1シリンドリカルレンズ対8、および第2シリンドリカルレンズ対9の作用を無視して、第1実施形態の基本的な構成および作用を説明する。  In the optical path between the front lens group 5a and the rear lens group 5b of the afocal lens 5, the conical axicon system 7 as the second changing means and the first cylindrical are located in the pupil or in the vicinity thereof in order from the light source side. The lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 are disposed, and the detailed configuration and operation thereof will be described later. Hereinafter, in order to simplify the description, the basic configuration and operation of the first embodiment will be described ignoring the operations of the conical axicon system 7, the first cylindrical lens pair 8, and the second cylindrical lens pair 9. .

アフォーカルレンズ5を介した光束は、第1変更手段としてのσ値可変用のズームレンズ(変倍光学系)10を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ11に入射する。なお、σ値は、照明光学系の瞳(照明瞳)に形成される二次光源の大きさ(直径)をR1とし、投影光学系PLの瞳に形成される照明光束または光源像の大きさ(直径)をR2とし、投影光学系PLのマスクM側の開口数をNAoとし、マスクMを照明する照明光学系の開口数をNAiとするとき、σ=NAi/NAo=R2/R1として定義される。  The light beam that has passed through the afocal lens 5 enters a micro fly's eye lens 11 as an optical integrator through a zoom lens (variable magnification optical system) 10 for varying σ value as first changing means. The σ value is the size of the illumination light beam or light source image formed on the pupil of the projection optical system PL, where R1 is the size (diameter) of the secondary light source formed on the pupil (illumination pupil) of the illumination optical system. When (diameter) is R2, the numerical aperture on the mask M side of the projection optical system PL is NAo, and the numerical aperture of the illumination optical system that illuminates the mask M is NAi, it is defined as σ = NAi / NAo = R2 / R1 Is done.

なお、所定面6の位置はズームレンズ10の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ11の入射面はズームレンズ10の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ10は、所定面6とマイクロフライアイレンズ11の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ5の瞳面とマイクロフライアイレンズの入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ11の入射面上には、アフォーカルレンズ5の瞳面と同様に、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ10の焦点距離に依存して相似的に変化する。ズームレンズ10の焦点距離の変化は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系23により行われる。  The position of the predetermined surface 6 is arranged in the vicinity of the front focal position of the zoom lens 10, and the incident surface of the micro fly's eye lens 11 is arranged in the vicinity of the rear focal position of the zoom lens 10. In other words, the zoom lens 10 arranges the predetermined surface 6 and the incident surface of the micro fly's eye lens 11 substantially in a Fourier transform relationship, and as a result, the pupil surface of the afocal lens 5 and the incident surface of the micro fly's eye lens. Are arranged almost conjugate optically. Accordingly, on the incident surface of the micro fly's eye lens 11, for example, a ring-shaped illumination field with the optical axis AX as the center is formed, like the pupil surface of the afocal lens 5. The overall shape of the annular illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 10. The change in the focal length of the zoom lens 10 is performed by a drive system 23 that operates based on a command from the control system 21.

マイクロフライアイレンズ11を構成する各微小レンズは、マスクM上において形成すべき照野の形状(ひいてはウェハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する。マイクロフライアイレンズ11に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面(ひいては照明瞳)にはマイクロフライアイレンズ11への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。  Each microlens constituting the micro fly's eye lens 11 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure region to be formed on the wafer W). A light beam incident on the micro fly's eye lens 11 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and an illumination field formed by the light beam incident on the micro fly's eye lens 11 on the rear focal plane (and thus the illumination pupil). A secondary light source having the same light intensity distribution, that is, a secondary light source composed of a ring-shaped substantial surface light source centered on the optical axis AX is formed.

マイクロフライアイレンズ11の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、必要に応じて輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、コンデンサー光学系12の集光作用を受けた後、照明視野絞りとしてのマスクブラインド13を重畳的に照明する。マスクブラインド13の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系14の集光作用を受けた後、マスクMを重畳的に照明する。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、ウェハW上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系PLの入射瞳面には投影光学系PLの開口数を規定するための可変開口絞りが設けられ、この可変開口絞りの駆動は制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系24により行われる。  The light flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 11 is restricted through an aperture stop having an annular light transmitting portion as necessary, and the condenser optical system 12 After receiving the condensing action, the mask blind 13 as an illumination field stop is illuminated in a superimposed manner. The light beam that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 13 receives the light condensing action of the imaging optical system 14 and then illuminates the mask M in a superimposed manner. The light beam that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W via the projection optical system PL. The entrance pupil plane of the projection optical system PL is provided with a variable aperture stop for defining the numerical aperture of the projection optical system PL. The drive of the variable aperture stop is based on a command from the control system 21. Is done.

こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、マイクロフライアイレンズ11の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば1:3の矩形状であり、マイクロフライアイレンズ11の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。  Thus, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, each exposure region of the wafer W is masked. M patterns are sequentially exposed. In the batch exposure, the mask pattern is collectively exposed to each exposure region of the wafer according to a so-called step-and-repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each lens element of the micro fly's eye lens 11 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in scan exposure, the mask pattern is scanned and exposed to each exposure region of the wafer while moving the mask and wafer relative to the projection optical system in accordance with a so-called step-and-scan method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape having a ratio of short side to long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each lens element of the micro fly's eye lens 11 is a similar rectangular shape. It becomes a shape.

図2は、第1実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。円錐アキシコン系7は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第1プリズム部材7aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第2プリズム部材7bとから構成されている。  FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a conical axicon system disposed in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in the first embodiment. The conical axicon system 7 includes, in order from the light source side, a first prism member 7a having a flat surface facing the light source side and a concave conical refractive surface facing the mask side, and a convex conical shape facing the plane toward the mask side and the light source side. And a second prism member 7b facing the refractive surface.

そして、第1プリズム部材7aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第1プリズム部材7aおよび第2プリズム部材7bのうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材7aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系7の間隔の変化は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系25により行われる。  The concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are complementarily formed so as to be in contact with each other. Further, at least one of the first prism member 7a and the second prism member 7b is configured to be movable along the optical axis AX, and the concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the second prism member 7b. The distance from the convex conical refracting surface is variable. A change in the interval of the conical axicon system 7 is performed by a drive system 25 that operates based on a command from the control system 21.

ここで、第1プリズム部材7aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系7は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部材7aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系7は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系7の間隔の変化に伴って、所定面6への入射光束の角度は変化する。  Here, in a state where the concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are in contact with each other, the conical axicon system 7 functions and is formed as a parallel plane plate. There is no effect on the secondary light source in the annular zone. However, when the concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are separated from each other, the conical axicon system 7 functions as a so-called beam expander. Therefore, the angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 changes with the change in the interval of the conical axicon system 7.

図3は、第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。第1実施形態の輪帯照明では、円錐アキシコン系7の間隔が零で且つズームレンズ10の焦点距離が最小値に設定された状態(以下、「標準状態」という)で形成された最も小さい輪帯状の二次光源30aが、円錐アキシコン系7の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅(外径と内径との差の1/2:図中矢印で示す)が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源30bに変化する。換言すると、円錐アキシコン系7の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)がともに変化する。  FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the conical axicon system for the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment. In the annular illumination of the first embodiment, the smallest wheel formed in a state where the distance between the conical axicon systems 7 is zero and the focal length of the zoom lens 10 is set to the minimum value (hereinafter referred to as “standard state”). The band-shaped secondary light source 30a increases the width of the conical axicon system 7 from zero to a predetermined value, thereby changing the width (1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter: indicated by an arrow in the figure). Without change, the outer diameter and the inner diameter of the secondary light source 30b are enlarged. In other words, the annular ratio (inner diameter / outer diameter) and size (outer diameter) both change due to the action of the conical axicon system 7 without changing the width of the annular secondary light source.

図4は、第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。第1実施形態の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源30aが、ズームレンズ10の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源30cに変化する。換言すると、ズームレンズ10の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ(外径)がともに変化する。  FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the zoom lens on the secondary light source formed in the annular illumination of the first embodiment. In the annular illumination of the first embodiment, the annular secondary light source 30a formed in the standard state enlarges the focal length of the zoom lens 10 from a minimum value to a predetermined value, so that the overall shape is similar. To a secondary light source 30c having a ring-shaped shape. In other words, due to the action of the zoom lens 10, both the width and size (outer diameter) change without changing the annular ratio of the annular secondary light source.

図5は、第1実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。図5において、光源側から順に、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9が配置されている。第1シリンドリカルレンズ対8は、光源側から順に、たとえばYZ平面内に負屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力の第1シリンドリカル負レンズ8aと、同じくYZ平面内に正屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力の第1シリンドリカル正レンズ8bとにより構成されている。  FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of a first cylindrical lens pair and a second cylindrical lens pair arranged in an optical path between a front lens group and a rear lens group of an afocal lens in the first embodiment. It is. In FIG. 5, a first cylindrical lens pair 8 and a second cylindrical lens pair 9 are arranged in order from the light source side. The first cylindrical lens pair 8 has, in order from the light source side, for example, a first cylindrical negative lens 8a having a negative refractive power in the YZ plane and having no refractive power in the XY plane, and also having a positive refractive power in the YZ plane. And a first cylindrical positive lens 8b having no refractive power in the XY plane.

一方、第2シリンドリカルレンズ対9は、光源側から順に、たとえばXY平面内に負屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力の第2シリンドリカル負レンズ9aと、同じくXY平面内に正屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力の第2シリンドリカル正レンズ9bとにより構成されている。第1シリンドリカル負レンズ8aと第1シリンドリカル正レンズ8bとは、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系26により、光軸AXを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第2シリンドリカル負レンズ9aと第2シリンドリカル正レンズ9bとは、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系27により、光軸AXを中心として一体的に回転するように構成されている。  On the other hand, the second cylindrical lens pair 9 is, in order from the light source side, for example, a second cylindrical negative lens 9a having a negative refractive power in the XY plane and having no refractive power in the YZ plane, and also positively refracting in the XY plane. The second cylindrical positive lens 9b has a power and has no refractive power in the YZ plane. The first cylindrical negative lens 8 a and the first cylindrical positive lens 8 b are configured to rotate integrally around the optical axis AX by a drive system 26 that operates based on a command from the control system 21. Similarly, the second cylindrical negative lens 9a and the second cylindrical positive lens 9b are configured to rotate integrally around the optical axis AX by a drive system 27 that operates based on a command from the control system 21. ing.

こうして、図5に示す状態において、第1シリンドリカルレンズ対8はZ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第2シリンドリカルレンズ対9はX方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。第1実施形態では、第1シリンドリカルレンズ対8のパワーと第2シリンドリカルレンズ対9のパワーとが互いに同じに設定されている。  Thus, in the state shown in FIG. 5, the first cylindrical lens pair 8 functions as a beam expander having power in the Z direction, and the second cylindrical lens pair 9 functions as a beam expander having power in the X direction. In the first embodiment, the power of the first cylindrical lens pair 8 and the power of the second cylindrical lens pair 9 are set to be the same.

図6〜図8は、第1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。図6では、第1シリンドリカルレンズ対8のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに+45度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに−45度の角度をなすように設定されている。  6-8 is a figure explaining the effect | action of the 1st cylindrical lens pair and the 2nd cylindrical lens pair with respect to the secondary light source formed in the annular illumination of 1st Embodiment. In FIG. 6, the power direction of the first cylindrical lens pair 8 forms an angle of +45 degrees around the optical axis AX with respect to the Z axis, and the power direction of the second cylindrical lens pair 9 rotates around the optical axis AX with respect to the Z axis. Are set to form an angle of -45 degrees.

したがって、第1シリンドリカルレンズ対8のパワー方向と第2シリンドリカルレンズ対9のパワー方向とが互いに直交し、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系においてZ方向のパワーとX方向のパワーとが互いに同じになる。その結果、図6に示す真円状態では、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を通過する光束は、Z方向およびX方向に同じパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成されることになる。  Therefore, the power direction of the first cylindrical lens pair 8 and the power direction of the second cylindrical lens pair 9 are orthogonal to each other, and the power in the Z direction in the synthesis system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 The power in the X direction is the same. As a result, in the perfect circle state shown in FIG. 6, the light beam passing through the synthesis system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is subjected to an expanding action with the same power in the Z direction and the X direction. Thus, a secondary light source in the shape of a perfect ring zone is formed on the illumination pupil.

これに対し、図7では、第1シリンドリカルレンズ対8のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば+80度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば−80度の角度をなすように設定されている。したがって、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系において、Z方向のパワーよりもX方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図7に示す横楕円状態では、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を通過する光束は、Z方向よりもX方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはX方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。  On the other hand, in FIG. 7, the power direction of the first cylindrical lens pair 8 forms an angle of, for example, +80 degrees around the optical axis AX with respect to the Z axis, and the power direction of the second cylindrical lens pair 9 is relative to the Z axis. For example, an angle of -80 degrees is set around the optical axis AX. Therefore, in the combined system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9, the power in the X direction is larger than the power in the Z direction. As a result, in the horizontal ellipse state shown in FIG. 7, the light beam passing through the combined system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 has an expanding action with greater power in the X direction than in the Z direction. As a result, a horizontally elongated secondary light source elongated in the X direction is formed on the illumination pupil.

一方、図8では、第1シリンドリカルレンズ対8のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば+10度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば−10度の角度をなすように設定されている。したがって、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系において、X方向のパワーよりもZ方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図8に示す縦楕円状態では、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を通過する光束は、X方向よりもZ方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはZ方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。  On the other hand, in FIG. 8, the power direction of the first cylindrical lens pair 8 forms an angle of, for example, +10 degrees around the optical axis AX with respect to the Z axis, and the power direction of the second cylindrical lens pair 9 is light with respect to the Z axis. For example, an angle of −10 degrees is set around the axis AX. Therefore, in the combined system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9, the power in the Z direction is larger than the power in the X direction. As a result, in the vertical ellipse state shown in FIG. 8, the light beam passing through the combined system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 has an expanding action with greater power in the Z direction than in the X direction. As a result, a vertically elongated annular light source elongated in the Z direction is formed on the illumination pupil.

さらに、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9を図6に示す真円状態と図7に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の輪帯状の二次光源を形成することができる。また、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9を図6に示す真円状態と図8に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の輪帯状の二次光源を形成することができる。  Further, by setting the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 to an arbitrary state between the perfect circle state shown in FIG. 6 and the horizontal ellipse state shown in FIG. 7, various aspect ratios are met. A horizontally elongated secondary light source can be formed. Further, by setting the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 to an arbitrary state between the perfect circle state shown in FIG. 6 and the vertical ellipse state shown in FIG. 8, various aspect ratios are obtained. A vertically long secondary light source having an annular zone can be formed.

次いで、輪帯照明用の回折光学素子4aに代えて円形照明用の回折光学素子4bを照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。円形照明用の回折光学素子4bは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド(フラウンホーファー回折領域)において、たとえば光軸AXを中心とした円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子4bを介した光束は、アフォーカルレンズ5の瞳面に円形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ5から射出される。  Next, circular illumination obtained by setting the circular illumination diffractive optical element 4b in the illumination optical path instead of the annular illumination diffractive optical element 4a will be described. When a parallel light beam having a rectangular cross section is incident, the diffractive optical element 4b for circular illumination forms, for example, a circular light intensity distribution around the optical axis AX in the far field (Fraunhofer diffraction region). It has the function to do. Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element 4 b forms a circular light intensity distribution on the pupil plane of the afocal lens 5, and then is emitted from the afocal lens 5 as a substantially parallel light beam.

アフォーカルレンズ5を介した光束は、ズームレンズ10を介して、マイクロフライアイレンズ11の入射面上に、アフォーカルレンズ5の瞳面と同様に、光軸AXを中心とした円形状の照野が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ11の後側焦点面にも、光軸AXを中心とした円形状の二次光源が形成される。円形照明では、円錐アキシコン系7が平行平面板として機能するように、第1プリズム部材7aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接した状態に維持される。  The light beam that has passed through the afocal lens 5 passes through the zoom lens 10 on the incident surface of the micro fly's eye lens 11, similarly to the pupil surface of the afocal lens 5, in a circular illumination centered on the optical axis AX. A field is formed. As a result, a circular secondary light source centered on the optical axis AX is also formed on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 11. In circular illumination, the concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are kept in contact with each other so that the conical axicon system 7 functions as a plane-parallel plate. Is done.

そして、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を図6に示す真円状態に設定すると、照明瞳には真円形状の二次光源が形成される。また、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を図7に示す横楕円状態に設定すると、照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。また、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9との合成系を図8に示す縦楕円状態に設定すると、照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成される。  When the synthesis system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is set to a perfect circle state shown in FIG. 6, a perfect circular secondary light source is formed on the illumination pupil. Further, when the synthesis system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is set to the horizontal elliptical state shown in FIG. 7, a horizontally long secondary light source is formed on the illumination pupil. Further, when the synthesis system of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is set to the vertical elliptical state shown in FIG. 8, a vertically long circular secondary light source is formed on the illumination pupil.

さらに、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9を図6に示す真円状態と図7に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の円形状の二次光源を形成することができる。また、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9を図6に示す真円状態と図8に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の円形状の二次光源を形成することができる。  Further, by setting the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 to an arbitrary state between the perfect circle state shown in FIG. 6 and the horizontal ellipse state shown in FIG. 7, various aspect ratios are met. A horizontally long secondary light source can be formed. Further, by setting the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 to an arbitrary state between the perfect circle state shown in FIG. 6 and the vertical ellipse state shown in FIG. 8, various aspect ratios are obtained. A vertically long circular secondary light source can be formed.

上述のように、第1実施形態において、第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9は、それぞれ直交する2つの方向でパワーが互いに異なる光学素子群(レンズ群)であり、双方の光学素子群が光軸AXを中心として回転可能に構成されている。こうして、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9とは、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群であって、照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。  As described above, in the first embodiment, the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 are optical element groups (lens groups) having different powers in two orthogonal directions, respectively. The element group is configured to be rotatable about the optical axis AX. Thus, the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 are arranged at or near the position substantially in the Fourier transform relationship with the illumination pupil, and change the power ratio in two orthogonal directions. It is an optical element group having a function, and constitutes aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil.

その結果、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9とからなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段(8,9)の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。  As a result, for example, a ring-shaped or circular secondary light source is formed slightly vertically or horizontally, or even if the secondary light source is formed in a desired ring-shaped or circular shape, resist characteristics, etc. If the difference in line width of the pattern occurs in two orthogonal directions, the aspect ratio of the secondary light source is affected by the aspect ratio changing means including the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9. The ratio can be adjusted at any time to substantially suppress the occurrence of a line width difference. If the pattern to be transferred has directionality, the aspect ratio changing means (8, 9) can be used to adjust the secondary light source aspect ratio as needed to actively use the annular or circular secondary light source. By setting the length to be vertically long or horizontally long, the occurrence of a line width difference can be substantially suppressed.

以上のように、第1実施形態の照明光学装置(1〜14)では、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがって、第1実施形態の露光装置では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができる。  As described above, in the illumination optical devices (1 to 14) of the first embodiment, the aspect ratio changing unit including the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is used to operate based on a simple configuration. The aspect ratio of the secondary light source formed on the illumination pupil can be adjusted at any time. Therefore, in the exposure apparatus of the first embodiment, the line width difference between the patterns in the two orthogonal directions is substantially reduced by using the illumination optical apparatus that can adjust the aspect ratio of the secondary light source formed on the illumination pupil as needed. Therefore, it is possible to perform highly accurate exposure that does not occur.

なお、上述の第1実施形態では、第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9とにより縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的には一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第1光学素子群と一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第2光学素子群とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第1光学素子群および第2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。  In the first embodiment described above, the aspect ratio changing means is configured by the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9. However, the present invention is not limited to this, and in general, a first optical element group composed of a pair of optical elements having rotationally asymmetric power and a second optical element group composed of a pair of optical elements having rotationally asymmetric power, Thus, the aspect ratio changing means can be configured. In this case, at least one of the first optical element group and the second optical element group needs to be configured to be rotatable about the optical axis, and both of them are configured to be rotatable about the optical axis. It is preferable that

また、上述の第1実施形態では、縦横比変化手段(8,9)がアフォーカルレンズ5の瞳またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばマイクロフライアイレンズ11の入射面近傍のように、一般的には照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に縦横比変化手段(8,9)を配置することもできる。  In the first embodiment described above, the aspect ratio changing means (8, 9) is arranged at the pupil of the afocal lens 5 or in the vicinity thereof. However, the present invention is not limited to this. For example, the aspect ratio changing means (in the vicinity of the entrance plane of the micro fly's eye lens 11 or a position substantially in the Fourier transform relationship with the illumination pupil or in the vicinity thereof is generally used. 8, 9) can also be arranged.

また、上述の第1実施形態では、縦横比変化手段(8,9)の光源側に変更手段としての円錐アキシコン系7を配置しているが、縦横比変化手段(8,9)の被照射面側に円錐アキシコン系7を配置すれば、縦横比変化手段(8,9)の小口径化を図ることができる。  In the first embodiment described above, the conical axicon system 7 as the changing means is arranged on the light source side of the aspect ratio changing means (8, 9). However, the irradiated portion of the aspect ratio changing means (8, 9) is irradiated. If the conical axicon system 7 is arranged on the surface side, it is possible to reduce the diameter of the aspect ratio changing means (8, 9).

上述の第1実施形態の照明光学装置(1〜14)の縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)は、たとえば照明光学装置(1〜14)や投影光学系PLが収差を有している場合に、二次光源が僅かに縦長または横長の形状(非対称な形状)になってしまうのを補正するだけではなく、たとえば照明光学装置(1〜14)や投影光学系PLが有する透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称(たとえば二次光源面内において直交する二方向で輝度分布形状が異なる、典型的には鞍型の輝度分布形状)になった場合に、回転対称な二次光源の面内輝度分布と等価となるように、二次光源形状を僅かに縦長または横長の形状に変形させるようにしてもよい。  The aspect ratio changing means (first cylindrical lens pair 8 and second cylindrical lens pair 9) of the illumination optical apparatus (1-14) of the first embodiment described above is, for example, the illumination optical apparatus (1-14) or the projection optical system. When the PL has an aberration, it not only corrects that the secondary light source has a slightly vertically or horizontally long shape (asymmetric shape) but also, for example, an illumination optical device (1-14) or a projection. Due to the transmittance distribution characteristic of the optical system PL, the in-plane luminance distribution of the secondary light source is asymmetric (for example, the luminance distribution shape is different in two directions orthogonal to each other in the secondary light source surface, typically a saddle type The secondary light source shape may be slightly deformed into a vertically long or horizontally long shape so as to be equivalent to the in-plane luminance distribution of the rotationally symmetric secondary light source.

また、投影光学系PLが有する瞳収差に起因して投影光学系PLの像側開口数の縦横差が発生し、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差(V/H差)が生じた際に、縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することもできる。あるいは投影光学系PLの像側開口数の縦横差の像面内不均一性が生じた場合に、縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)を適宜制御(振り分け調整)して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差の面内不均一性を低減させることもできる。  Further, due to pupil aberration of the projection optical system PL, a vertical / horizontal difference in the image-side numerical aperture of the projection optical system PL occurs, and a vertical / horizontal difference (V / H difference) in line width occurs as a result of the mask pattern transfer. At this time, the aspect ratio changing means (the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9) is appropriately controlled to optimize the shape of the secondary light source, and as a result, the aspect ratio of the line width can be eliminated. Alternatively, when the in-image non-uniformity of the aspect ratio of the image-side numerical aperture of the projection optical system PL occurs, the aspect ratio changing means (the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9) is appropriately controlled (sorted). Adjustment) to optimize the shape of the secondary light source, and as a result, the in-plane non-uniformity of the line width aspect can be reduced.

また、たとえば照明光学装置(1〜14)や投影光学系PLが有する収差や透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称となり、且つ被照射面内の複数の位置で二次光源の面内輝度分布が不均一となった場合に、被照射面の複数の位置での二次光源の面内輝度分布が対称且つ均一になるように(対称且つ均一に近づくように)振り分け調整を行ってもよい。  Further, for example, due to the aberration and transmittance distribution characteristics of the illumination optical device (1-14) and the projection optical system PL, the in-plane luminance distribution of the secondary light source becomes asymmetric, and a plurality of in-illuminated surfaces When the in-plane luminance distribution of the secondary light source becomes non-uniform at the position, the in-plane luminance distribution of the secondary light source at a plurality of positions on the irradiated surface is symmetrical and uniform (approaching symmetrically and uniformly) As described above).

なお、上述の二次光源の形状の計測および二次光源の面内輝度分布の計測には、たとえば特開2000−19012号公報に開示される照明系輝度分布計測装置を用いればよい。ここで、照明光学装置(1〜14)の各照明条件(二次光源の形状(円形、輪帯、多極)やσ値、偏光度など)ごとに二次光源の形状の計測や二次光源の面内輝度分布の計測をあらかじめ行っておき、各照明条件ごとに縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)による補正量を求めておくことが好ましい。この求められた補正量に基づいて、照明光学装置(1〜14)の照明条件が変更された際に、縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)を制御すれば、各々の照明条件に対して個別に二次光源の形状の最適化を行うことができる。  For example, an illumination system luminance distribution measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-19012 may be used for the measurement of the shape of the secondary light source and the measurement of the in-plane luminance distribution of the secondary light source. Here, measurement of the shape of the secondary light source or secondary for each illumination condition (secondary light source shape (circular, annular, multipolar), σ value, polarization degree, etc.) of the illumination optical device (1-14) It is preferable to measure the in-plane luminance distribution of the light source in advance and obtain the correction amount by the aspect ratio changing means (first cylindrical lens pair 8 and second cylindrical lens pair 9) for each illumination condition. Based on the obtained correction amount, the aspect ratio changing means (the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9) is controlled when the illumination condition of the illumination optical device (1-14) is changed. For example, the shape of the secondary light source can be optimized individually for each illumination condition.

また、上述の第1実施形態において、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差(V/H差)が発生した際に、縦横比変化手段(第1シリンドリカルレンズ対8および第2シリンドリカルレンズ対9)を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することができる。これは、二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布に非対称性があったときに、二次光源の非対称性を補正する場合と、それとは異なる要因(たとえば感光性材料塗布時の膜厚分布などのプロセス条件や露光量の面内不均一性など)で発生している線幅の縦横差を、二次光源の形状を積極的に変形させて補正する場合との双方を含むものである。なお、この場合、線幅の縦横差の像面内不均一性を考慮して補正することも含まれる。  In the first embodiment described above, when a vertical / horizontal difference (V / H difference) in the line width occurs as a result of the mask pattern transfer, the aspect ratio changing means (the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair). 9) is appropriately controlled to optimize the shape of the secondary light source, and as a result, the vertical and horizontal differences in line width can be eliminated. This is because, when there is an asymmetry in the shape of the secondary light source or the in-plane luminance distribution of the secondary light source, a different factor from that when correcting the asymmetry of the secondary light source (for example, when applying a photosensitive material) (Including process conditions such as film thickness distribution and in-plane non-uniformity in exposure dose). It is a waste. In this case, correction is also considered in consideration of non-uniformity in the image plane of the vertical / horizontal difference of the line width.

また、上述した二次光源の形状の調整は、典型的には照明光学装置(1〜14)の製造時、ひいては投影露光装置の製造時に実施される。しかしながら、投影露光装置のユーザが投影露光装置を使用してマスクパターンをウェハに投影露光する際の条件を設定する際に、その条件を最適化するために二次光源の形状の調整を行ってもよい。また、照明光学装置(1〜14)、ひいては投影露光装置の経時変化に起因して二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布の状態が変化した場合に、二次光源の形状の調整を行ってもよい。また、照明光学装置(1〜14)、ひいては投影露光装置の性能向上を目的として、照明光学装置(1〜14)、ひいては投影露光装置の一部の部品を再調整・交換することが行われた際に、二次光源の形状の再調整を行ってもよい。また、照明光学装置(1〜14)において新たな照明条件を設定する際に、二次光源の形状を調整して、その新たな照明条件に対して二次光源の形状を最適化してもよい。  Further, the above-described adjustment of the shape of the secondary light source is typically performed at the time of manufacturing the illumination optical device (1 to 14), and thus at the time of manufacturing the projection exposure apparatus. However, when a user of the projection exposure apparatus sets conditions for projecting and exposing a mask pattern onto a wafer using the projection exposure apparatus, the shape of the secondary light source is adjusted in order to optimize the conditions. Also good. Further, when the shape of the secondary light source or the state of the in-plane luminance distribution of the secondary light source changes due to the temporal change of the illumination optical device (1-14), and hence the projection exposure apparatus, the shape of the secondary light source Adjustments may be made. Further, for the purpose of improving the performance of the illumination optical device (1-14) and hence the projection exposure apparatus, the illumination optical device (1-14) and eventually some components of the projection exposure apparatus are readjusted and replaced. In this case, the secondary light source may be readjusted. Moreover, when setting a new illumination condition in the illumination optical device (1 to 14), the shape of the secondary light source may be adjusted to optimize the shape of the secondary light source with respect to the new illumination condition. .

図9は、本発明の第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。また、図10は、第2実施形態における縦横比変化手段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。しかしながら、第1実施形態では第1シリンドリカルレンズ対8と第2シリンドリカルレンズ対9とからなる縦横比変化手段がアフォーカルレンズ5の光路中に配置されているのに対し、第2実施形態では一対のフレネルレンズからなる縦横比変化手段(15a,15b)が折り曲げミラー3と回折光学素子(4a,4b)との間の光路中に配置されている点が相違している。以下、第1実施形態との相違点に着目して、第2実施形態を説明する。  FIG. 9 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the aspect ratio changing means in the second embodiment. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the aspect ratio changing means composed of the first cylindrical lens pair 8 and the second cylindrical lens pair 9 is arranged in the optical path of the afocal lens 5, whereas in the second embodiment, a pair of The difference is that the aspect ratio changing means (15a, 15b) composed of the Fresnel lens is arranged in the optical path between the bending mirror 3 and the diffractive optical element (4a, 4b). Hereinafter, the second embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment.

図9および図10を参照すると、第2実施形態では、折り曲げミラー3と回折光学素子(4a,4b)との間の光路中に、一対のフレネルレンズ15aおよび15bからなる縦横比変化手段15が配置されている。フレネルレンズ15aおよび15bは、それぞれ一方向にのみ屈折機能を有する光学素子である。また、フレネルレンズ15aおよび15bは、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系28により、光軸AXを中心としてそれぞれ回転するように構成されている。  Referring to FIGS. 9 and 10, in the second embodiment, the aspect ratio changing means 15 comprising a pair of Fresnel lenses 15a and 15b is provided in the optical path between the bending mirror 3 and the diffractive optical element (4a, 4b). Has been placed. The Fresnel lenses 15a and 15b are optical elements each having a refractive function only in one direction. Further, the Fresnel lenses 15a and 15b are configured to rotate around the optical axis AX by a drive system 28 that operates based on a command from the control system 21, respectively.

図11は、第2実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。図11(a)では、第1フレネルレンズ15aの屈折方向および第2フレネルレンズ15bの屈折方向がともにZ軸方向に一致するように設定されている。したがって、図11(a)に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ15aおよび15bからなる縦横比変化手段15を通過する光束は、X軸方向には発散作用を受けないがZ軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳にはZ方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成される。  FIG. 11 is a diagram illustrating the action of a pair of Fresnel lenses on the secondary light source formed in the annular illumination of the second embodiment. In FIG. 11A, the refraction direction of the first Fresnel lens 15a and the refraction direction of the second Fresnel lens 15b are both set to coincide with the Z-axis direction. Therefore, in the vertical ellipse state shown in FIG. 11A, the light beam passing through the aspect ratio changing means 15 comprising the pair of Fresnel lenses 15a and 15b is not diverged in the X-axis direction but is diverged in the Z-axis direction. Thus, the illumination pupil is formed with a vertically elongated annular light source elongated in the Z direction.

一方、図11(b)では、第1フレネルレンズ15aの屈折方向および第2フレネルレンズ15bの屈折方向がともにX軸方向に一致するように設定されている。したがって、図11(a)に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ15aおよび15bからなる縦横比変化手段15を通過する光束は、Z軸方向には発散作用を受けないがX軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳にはX方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成される。  On the other hand, in FIG. 11B, the refraction direction of the first Fresnel lens 15a and the refraction direction of the second Fresnel lens 15b are both set to coincide with the X-axis direction. Therefore, in the vertical ellipse state shown in FIG. 11A, the light beam passing through the aspect ratio changing means 15 comprising the pair of Fresnel lenses 15a and 15b is not diverged in the Z-axis direction but diverged in the X-axis direction. As a result, a horizontally elongated secondary light source elongated in the X direction is formed on the illumination pupil.

なお、図示を省略したが、第1フレネルレンズ15aの屈折方向がX軸方向(またはZ軸方向)に一致するように設定し、第2フレネルレンズ15bの屈折方向がZ軸方向(またはX軸方向)に一致するように設定することもできる。この真円状態では、一対のフレネルレンズ15aおよび15bからなる縦横比変化手段15を通過する光束は、Z軸方向およびX軸方向に同じように発散作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成される。  Although not shown in the figure, the refractive direction of the first Fresnel lens 15a is set to coincide with the X-axis direction (or Z-axis direction), and the refractive direction of the second Fresnel lens 15b is set to the Z-axis direction (or X-axis). It can also be set to match (direction). In this perfect circle state, the light beam passing through the aspect ratio changing means 15 composed of the pair of Fresnel lenses 15a and 15b is subjected to the divergence action in the same manner in the Z-axis direction and the X-axis direction, and is not true for the illumination pupil. An annular belt-shaped secondary light source is formed.

同様に、円形照明においても、縦横比変化手段15を真円状態に設定すると照明瞳には真円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段15を図11(a)に示す縦楕円状態に設定すると照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段15を図11(b)に示す横楕円状態に設定すると照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と図11(a)に示す縦楕円状態との間の任意の状態や真円状態と図11(b)に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。  Similarly, also in circular illumination, when the aspect ratio changing means 15 is set to a perfect circle state, a perfect circular secondary light source is formed on the illumination pupil, and the aspect ratio changing means 15 is shown as a vertical ellipse shown in FIG. When set to the state, a vertically long circular secondary light source is formed on the illumination pupil, and when the aspect ratio changing means 15 is set to the horizontal elliptical state shown in FIG. A light source is formed. Furthermore, by setting an arbitrary state between the perfect circle state and the vertical ellipse state shown in FIG. 11A or an arbitrary state between the perfect circle state and the horizontal ellipse state shown in FIG. It is possible to form an annular or circular secondary light source according to various aspect ratios.

上述のように、第2実施形態において、第1フレネルレンズ15aおよび第2フレネルレンズ15bは、それぞれ直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる光学素子であり、双方の光学素子が光軸AXを中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、第1フレネルレンズ15aと第2フレネルレンズ15bとは、光束変換素子としての回折光学素子(4a,4b)に入射する光束の発散の程度を直交する2つの方向で独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。  As described above, in the second embodiment, the first Fresnel lens 15a and the second Fresnel lens 15b are optical elements having different degrees of divergence in two orthogonal directions, and both optical elements have the optical axis AX. Each is configured to be rotatable around the center. Thus, the first Fresnel lens 15a and the second Fresnel lens 15b independently change the degree of divergence of the light beam incident on the diffractive optical element (4a, 4b) as the light beam conversion element in two orthogonal directions. Thus, the aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil is configured.

その結果、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第1フレネルレンズ15aと第2フレネルレンズ15bとからなる縦横比変化手段15の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段15の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。  As a result, also in the second embodiment, as in the first embodiment, for example, the annular light source or the circular secondary light source is formed slightly vertically or horizontally, or the secondary light source is desired. Even if it is formed in an annular shape or a circular shape, if there is a difference in the line width of the pattern in two orthogonal directions due to resist characteristics, etc., it consists of the first Fresnel lens 15a and the second Fresnel lens 15b. The aspect ratio changing means 15 can adjust the aspect ratio of the secondary light source at any time by the action of the aspect ratio changing means 15 to substantially suppress the occurrence of the line width difference. If the pattern to be transferred has directionality, the aspect ratio of the secondary light source is adjusted as needed by the operation of the aspect ratio changing means 15 so that the annular or circular secondary light source is positively or vertically elongated. By setting to, the occurrence of a line width difference can be substantially suppressed.

なお、上述の第2実施形態では、第1フレネルレンズ15aと第2フレネルレンズ15bとにより縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的には直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第1光学素子と直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第2光学素子とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第1光学素子および第2光学素子のうちの少なくとも一方が光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。具体的には、一方向にのみ発散機能を有する一対の回折光学素子により縦横比変化手段を構成したり、一方向にのみ屈折機能を有する一対のマイクロレンズアレイにより縦横比変化手段を構成したりすることもできる。  In the second embodiment described above, the first Fresnel lens 15a and the second Fresnel lens 15b constitute aspect ratio changing means. However, the present invention is not limited to this. In general, the first optical element having different divergence in two orthogonal directions and the second optical element having different divergence in two orthogonal directions are vertically and horizontally. Ratio changing means can also be configured. In this case, it is necessary that at least one of the first optical element and the second optical element is configured to be rotatable about an axis parallel to the traveling direction of the light beam, and both of them are centered on the optical axis. It is preferably configured to be rotatable. Specifically, the aspect ratio changing means is constituted by a pair of diffractive optical elements having a diverging function only in one direction, or the aspect ratio changing means is constituted by a pair of microlens arrays having a refractive function only in one direction. You can also

図12は、本発明の第3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。また、図13は、第3実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。第3実施形態は、第2実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第2実施形態では縦横比変化手段が一対のフレネルレンズ15aと15bとにより構成されているのに対し、第3実施形態では縦横比変化手段が1つのシリンドリカルズームレンズにより構成されている点が相違している。以下、第2実施形態との相違点に着目して、第3実施形態を説明する。  FIG. 12 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram schematically showing the internal configuration of the aspect ratio changing means in the third embodiment. The third embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment. However, in the second embodiment, the aspect ratio changing means is constituted by a pair of Fresnel lenses 15a and 15b, whereas in the third embodiment, the aspect ratio changing means is constituted by one cylindrical zoom lens. Is different. Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the second embodiment.

第3実施形態では、図12に示すように、折り曲げミラー3と回折光学素子(4a,4b)との間の光路中に、1つのシリンドリカルズームレンズ16からなる縦横比変化手段が配置されている。図13に示す状態において、シリンドリカルズームレンズ16は、XY平面内に負屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ16aと、XY平面内に正屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ16bとにより構成されている。  In the third embodiment, as shown in FIG. 12, the aspect ratio changing means including one cylindrical zoom lens 16 is disposed in the optical path between the bending mirror 3 and the diffractive optical element (4a, 4b). . In the state shown in FIG. 13, the cylindrical zoom lens 16 has a negative refractive power in the XY plane and a non-refractive power cylindrical negative lens 16a in the YZ plane, and a positive refractive power in the XY plane and YZ. It is configured by a cylindrical positive lens 16b having no refractive power in a plane.

シリンドリカルズームレンズ16では、シリンドリカル負レンズ16aとシリンドリカル正レンズ16bとの光軸AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。また、シリンドリカルズームレンズ16では、シリンドリカル負レンズ16aとシリンドリカル正レンズ16bとが光軸AXを中心として一体的に回転可能に構成されている。なお、シリンドリカル負レンズ16aとシリンドリカル正レンズ16bとの間隔の変化およびシリンドリカル負レンズ16aとシリンドリカル正レンズ16bとの光軸AX廻りの一体的な回転は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系29によって行われる。  The cylindrical zoom lens 16 is configured such that the interval along the direction of the optical axis AX between the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b can be changed. Further, in the cylindrical zoom lens 16, the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b are configured to be integrally rotatable about the optical axis AX. Note that the change in the distance between the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b and the integral rotation of the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b around the optical axis AX operate based on a command from the control system 21. This is performed by the drive system 29.

図14は、第3実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。図14(a)および(b)には図13に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ16のXY平面内の光路を示し、図14(c)および(d)には図13に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ16のYZ平面内の光路を示している。図14(a)に示すように、真円状態(すなわち楕円照明を行わない初期状態)では、シリンドリカル負レンズ16aによる像点Ia(虚像)と、シリンドリカル正レンズ16bの前側焦点fbとを一致させている。この場合、シリンドリカルズームレンズ16に入射した平行光束は、XY平面内においてその径のみが変更(拡大)されて、平行光束のまま回折光学素子(4a,4b)に入射する。  FIG. 14 is a diagram for explaining the action of the cylindrical zoom lens on the secondary light source formed in the third embodiment. 14A and 14B show the optical path in the XY plane of the cylindrical zoom lens 16 in the rotational position state shown in FIG. 13, and FIGS. 14C and 14D show the rotational position shown in FIG. The optical path in the YZ plane of the cylindrical zoom lens 16 in the state is shown. As shown in FIG. 14A, in a perfect circle state (that is, an initial state where elliptical illumination is not performed), the image point Ia (virtual image) by the cylindrical negative lens 16a and the front focal point fb of the cylindrical positive lens 16b are matched. ing. In this case, the parallel light beam incident on the cylindrical zoom lens 16 is changed (enlarged) only in its diameter in the XY plane, and enters the diffractive optical element (4a, 4b) as the parallel light beam.

そして、図14(a)に示す真円状態からシリンドリカル負レンズ16aだけを光軸方向に沿って光源側へ移動させて間隔を拡げると、図14(b)に示すように、シリンドリカル正レンズ16bの前側焦点fbからシリンドリカル負レンズ16aによる像点Iaが光源側へ離れるため、回折光学素子(4a,4b)に入射する光束がXY平面内において収斂光束に変換される。なお、図14(c)および(d)に示すように、XY平面に直交するYZ平面内においては、図14(a)に対応する真円状態であっても図14(b)に対応する楕円状態であっても、シリンドリカルズームレンズ16に入射した平行光束は、平行光束のまま回折光学素子(4a,4b)に入射する。  Then, when only the cylindrical negative lens 16a is moved to the light source side along the optical axis direction from the perfect circle state shown in FIG. 14A and the interval is widened, as shown in FIG. 14B, the cylindrical positive lens 16b. Since the image point Ia by the cylindrical negative lens 16a moves away from the front focal point fb toward the light source side, the light beam incident on the diffractive optical elements (4a, 4b) is converted into a converged light beam in the XY plane. As shown in FIGS. 14C and 14D, in the YZ plane orthogonal to the XY plane, even in a perfect circle state corresponding to FIG. 14A, it corresponds to FIG. 14B. Even in the elliptical state, the parallel light beam incident on the cylindrical zoom lens 16 is incident on the diffractive optical element (4a, 4b) as the parallel light beam.

図15は、シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態において照明瞳で得られる輪帯状の光強度分布を示す図である。図15において、(a)は図14(a)および(c)に示すシリンドリカルズームレンズ16の真円状態(初期状態)において照明瞳に形成される二次光源の形状(輪帯照明用の回折光学素子4aを使用)を示す図であり、(b)は(a)の真円輪帯状の二次光源のX方向に沿った光強度分布(縦軸は光強度I)を示す図であり、(c)は(a)の真円輪帯状の二次光源のZ方向に沿った光強度分布(縦軸は光強度I)を示す図である。  FIG. 15 is a diagram showing a ring-shaped light intensity distribution obtained by the illumination pupil in a perfect circle state and an elliptical state of the cylindrical zoom lens. 15A shows the shape of the secondary light source (diffraction for annular illumination) formed in the illumination pupil in the circular state (initial state) of the cylindrical zoom lens 16 shown in FIGS. 14A and 14C. (B) is a diagram showing the light intensity distribution along the X direction of the secondary light source in the shape of a perfect annular zone in (a) (the vertical axis is the light intensity I). (C) is a figure which shows the light intensity distribution (the vertical axis | shaft is light intensity I) along the Z direction of the secondary light source of the perfect annular zone of (a).

また、(d)は図14(b)および(d)に示すシリンドリカルズームレンズ16の楕円状態において照明瞳に形成される二次光源の形状(輪帯照明用の回折光学素子4aを使用)を示す図であり、(e)は(d)の楕円輪帯状の二次光源のX方向に沿った光強度分布(縦軸は光強度I)を示す図であり、(f)は(d)の楕円輪帯状の二次光源のZ方向に沿った光強度分布(縦軸は光強度I)を示す図である。図15(c)に示すように、楕円状態において得られる楕円輪帯状の二次光源のX方向に沿った光強度分布は、輪帯照明用の回折光学素子4aのみの作用により照明瞳に形成される光強度分布と、シリンドリカルズームレンズ16のみの作用により照明瞳に形成される光強度分布とのコンボリューション(畳み込み)となり、X方向断面においては2つの台形状の光強度分布になる。  FIG. 14D shows the shape of the secondary light source formed on the illumination pupil in the elliptical state of the cylindrical zoom lens 16 shown in FIGS. 14B and 14D (using the diffractive optical element 4a for annular illumination). (E) is a figure which shows the light intensity distribution along the X direction of the elliptical ring-shaped secondary light source of (d) (a vertical axis | shaft is light intensity I), (f) is a figure (d). It is a figure which shows the light intensity distribution (the vertical axis | shaft is light intensity | strength I) along the Z direction of the secondary light source of elliptical ring-shaped. As shown in FIG. 15C, the light intensity distribution along the X direction of the elliptical annular secondary light source obtained in the elliptical state is formed in the illumination pupil only by the action of the diffractive optical element 4a for annular illumination. And the light intensity distribution formed on the illumination pupil by the action of only the cylindrical zoom lens 16, resulting in two trapezoidal light intensity distributions in the X-direction cross section.

図15(d)において、図中ハッチングを施した領域(斜線部)は光強度が最大となる領域Imであり、その周囲には光強度が漸次減少する光強度傾斜領域Isが位置している。図15(d)中実線で示す楕円輪帯状の光領域は図15(a)に示す真円輪帯状の光領域よりもX方向に広がっているが、図15(e)および(f)を参照してモーメントで考えるとZ方向よりもX方向の方が輪帯の径が小さくなっている。  In FIG. 15D, the hatched area (shaded area) in the figure is the area Im where the light intensity is maximum, and the light intensity gradient area Is where the light intensity gradually decreases is located around the area Im. . The elliptical zone-like light region indicated by the solid line in FIG. 15 (d) is wider in the X direction than the true-circle zone-like light region shown in FIG. 15 (a), but FIG. 15 (e) and FIG. When considered with reference to the moment, the diameter of the annular zone is smaller in the X direction than in the Z direction.

このように、第3実施形態では、シリンドリカルズームレンズ16の回転位置に依存することなく、シリンドリカル負レンズ16aおよびシリンドリカル正レンズ16bを図14(a)および(c)に示す間隔状態に設定すると、照明瞳には真円輪帯状や真円形状の二次光源が形成される。また、シリンドリカルズームレンズ16を図13に示す第1回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ16aおよびシリンドリカル正レンズ16bを図14(b)および(d)に示す間隔状態に設定すると、照明瞳にはX方向に広がった楕円輪帯状や楕円形状の二次光源が形成される。  As described above, in the third embodiment, the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b are set to the interval state shown in FIGS. 14A and 14C without depending on the rotational position of the cylindrical zoom lens 16. A secondary light source having a circular ring shape or a perfect circular shape is formed on the illumination pupil. Further, when the cylindrical zoom lens 16 is set to the first rotation position state shown in FIG. 13 and the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b are set to the interval state shown in FIGS. 14B and 14D, the illumination pupil is set. The secondary light source having an elliptical ring shape or an elliptical shape extending in the X direction is formed.

また、シリンドリカルズームレンズ16を図13に示す回転位置から光軸AX廻りに90度回転させた第2回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ16aおよびシリンドリカル正レンズ16bを図14(b)および(d)に示す間隔状態に設定すると、照明瞳にはZ方向に広がった楕円輪帯状や楕円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と第1回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態や真円状態と第2回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。  Further, the cylindrical zoom lens 16 is set to the second rotational position state rotated by 90 degrees around the optical axis AX from the rotational position shown in FIG. 13, and the cylindrical negative lens 16a and the cylindrical positive lens 16b are set to FIG. When the interval state shown in (d) is set, an elliptical ring-shaped or elliptical secondary light source extending in the Z direction is formed on the illumination pupil. Furthermore, by setting an arbitrary state between the perfect circle state and the elliptical state in the first rotational position state and an arbitrary state between the perfect circle state and the elliptical state in the second rotational position state, various vertical and horizontal directions can be obtained. An annular or circular secondary light source according to the ratio can be formed.

上述のように、第3実施形態において、光軸AXを中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズ16は、折り曲げミラー3と光束変換素子としての回折光学素子(4a,4b)との間(ひいては光源1と回折光学素子(4a,4b)との間)の光路中に配置されて、直交する2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。  As described above, in the third embodiment, the cylindrical zoom lens 16 that can rotate around the optical axis AX is between the bending mirror 3 and the diffractive optical element (4a, 4b) as the light beam conversion element (and thus the light source 1). And the diffractive optical element (between 4a and 4b), the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil is changed by independently changing the power in two orthogonal directions. The aspect ratio change means for making it correspond is comprised.

その結果、第3実施形態においても第2実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、光軸AXを中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズ16からなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段16の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。  As a result, in the third embodiment, as in the second embodiment, for example, the annular light source or the circular secondary light source is formed slightly vertically or horizontally, or the secondary light source is desired. If a line width difference of the pattern occurs in two orthogonal directions due to resist characteristics, etc., even if it is formed in an annular shape or a circular shape, the cylindrical zoom lens 16 that can rotate around the optical axis AX is used. The aspect ratio of the secondary light source can be adjusted at any time by the function of the aspect ratio changing means to substantially suppress the occurrence of the line width difference. If the pattern to be transferred has directionality, the aspect ratio of the secondary light source is adjusted at any time by the operation of the aspect ratio changing means 16 so that the annular or circular secondary light source is positively or vertically elongated. By setting to, the occurrence of a line width difference can be substantially suppressed.

なお、上述の第3実施形態では、光軸AXを中心として回転可能な1つのシリンドリカルズームレンズ16により縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば図16に示すように、直交する2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第1シリンドリカルズームレンズと、直交する2つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第2シリンドリカルズームレンズとにより縦横比変化手段を構成する変形例も可能である。  In the third embodiment described above, the aspect ratio changing means is constituted by one cylindrical zoom lens 16 that can rotate around the optical axis AX. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 16, a first cylindrical zoom lens having a function of changing power in one of two orthogonal directions, and two orthogonal directions A modification in which the aspect ratio changing means is configured by the second cylindrical zoom lens having a function of changing the power in the other direction is also possible.

図16の変形例を参照すると、縦横比変化手段は、光源側から順に、Z方向にパワーを変化させる機能を有する第1シリンドリカルズームレンズ17と、X方向にパワーを変化させる機能を有する第2シリンドリカルズームレンズ18とにより構成されている。第1シリンドリカルズームレンズ17は、YZ平面内に負屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ17aと、YZ平面内に正屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ17bとにより構成されている。  Referring to the modification of FIG. 16, the aspect ratio changing means includes, in order from the light source side, a first cylindrical zoom lens 17 having a function of changing power in the Z direction, and a second having a function of changing power in the X direction. A cylindrical zoom lens 18 is used. The first cylindrical zoom lens 17 has a negative refractive power in the YZ plane and a non-refractive power cylindrical negative lens 17a in the XY plane, and a positive refractive power in the YZ plane and non-refractive in the XY plane. It is comprised with the cylindrical positive lens 17b of force.

また、第2シリンドリカルズームレンズ18は、XY平面内に負屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ18aと、XY平面内に正屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ18bとにより構成されている。なお、第1シリンドリカルズームレンズ17では、シリンドリカル負レンズ17aとシリンドリカル正レンズ17bとの光軸AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。  The second cylindrical zoom lens 18 has a negative refractive power in the XY plane and a non-refractive cylindrical negative lens 18a in the YZ plane, and a positive refractive power in the XY plane and in the YZ plane. It is configured by a non-refractive power cylindrical positive lens 18b. The first cylindrical zoom lens 17 is configured such that the interval along the direction of the optical axis AX between the cylindrical negative lens 17a and the cylindrical positive lens 17b can be changed.

同様に、第2シリンドリカルズームレンズ18では、シリンドリカル負レンズ18aとシリンドリカル正レンズ18bとの光軸AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。図16の変形例では、第1シリンドリカルズームレンズ17の間隔と第2シリンドリカルズームレンズ18の間隔とをそれぞれ適宜変化させることにより、第3実施形態と同様の原理に基づいて様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。  Similarly, the second cylindrical zoom lens 18 is configured so that the interval along the direction of the optical axis AX between the cylindrical negative lens 18a and the cylindrical positive lens 18b can be changed. In the modified example of FIG. 16, by changing the interval between the first cylindrical zoom lens 17 and the interval between the second cylindrical zoom lens 18 as appropriate, various aspect ratios are obtained based on the same principle as in the third embodiment. An annular or circular secondary light source can be formed.

なお、上述の第2実施形態および第3実施形態においても、前述の第1実施形態の縦横比変化手段と同様の制御を行ってもよい。  In the second embodiment and the third embodiment described above, the same control as the aspect ratio changing unit of the first embodiment may be performed.

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル(マスク)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図17のフローチャートを参照して説明する。  In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure process). Thus, a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, referring to the flowchart of FIG. 17 for an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment. I will explain.

先ず、図17のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、その1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ303において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。  First, in step 301 of FIG. 17, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ301〜ステップ305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。  Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.

また、本実施形態の露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図18のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図18において、パターン形成工程401では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板(レジストが塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程402へ移行する。  In the exposure apparatus of this embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 18, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which a mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

次に、カラーフィルター形成工程402では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工程403では、例えば、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。  Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ).

その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。  Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

なお、上述の各実施形態では、輪帯照明および円形照明を例にとって本発明を説明しているが、これに限定されることなく、たとえば4極照明や他の変形照明に対しても本発明を適用することができる。  In each of the above-described embodiments, the present invention has been described by taking the annular illumination and the circular illumination as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to, for example, quadrupole illumination and other modified illumination. Can be applied.

また、上述の各実施形態では、図1に示すような特定の構成を有する照明光学装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、たとえば特開2003−68607号公報およびこれに対応する米国特許出願公開US2003/0038931号公報の図10の実施例や、国際出願番号PCT/JP03/15447号明細書および図面の図1の実施例に対しても本発明を適用することが可能である。ここで、特開2003−68607号公報およびこれに対応する米国特許出願公開US2003/0038931号公報の図10の実施例においては、2組のシリンドリカルレンズ対をズームレンズ4とフライアイレンズ5との間の光路中に配置することができる。また、国際出願番号PCT/JP03/15447号明細書および図面の図1の実施例では、2組のシリンドリカルレンズ対をアフォーカルレンズ5の光路中やズームレンズ7とフライアイレンズ5との間の光路中に配置することができる。  Further, in each of the above-described embodiments, the present invention is applied to an illumination optical apparatus having a specific configuration as shown in FIG. 1. However, the present invention is not limited to this. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-68607 and The present invention is also applied to the embodiment of FIG. 10 of US Patent Application Publication No. US2003 / 0038931 corresponding to this and the embodiment of FIG. 1 of the international application number PCT / JP03 / 15447 and drawings. Is possible. Here, in the embodiment of FIG. 10 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-68607 and US Patent Application Publication No. US2003 / 0038931 corresponding thereto, two pairs of cylindrical lenses are formed by the zoom lens 4 and the fly-eye lens 5. It can arrange | position in the optical path between. In the embodiment of FIG. 1 of the international application number PCT / JP03 / 15447 and the drawings, two pairs of cylindrical lenses are placed in the optical path of the afocal lens 5 or between the zoom lens 7 and the fly-eye lens 5. It can be placed in the optical path.

また、上述の各実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。  In each of the above-described embodiments, the present invention has been described by taking an exposure apparatus including an illumination optical apparatus as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated surface other than a mask. Obviously it can be done.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
4 回折光学素子
5 アフォーカルレンズ
7 円錐アキシコン系
8,9 シリンドリカルレンズ対
10 ズームレンズ
11 マイクロフライアイレンズ
12 コンデンサー光学系
13 マスクブラインド
14 結像光学系
15a,15b フレネルレンズ
16,17,18 シリンドリカルズームレンズ
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
20 入力手段
21 制御系
22〜29 駆動系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 4 Diffractive optical element 5 Afocal lens 7 Conical axicon system 8, 9 Cylindrical lens pair 10 Zoom lens 11 Micro fly eye lens 12 Condenser optical system 13 Mask blind 14 Imaging optical system 15a, 15b Fresnel lenses 16, 17, 18 Cylindrical zoom lens M Mask PL Projection optical system W Wafer 20 Input means 21 Control system 22-29 Drive system

Claims (20)

光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を備え、
前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群を備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface based on the light flux from the light source,
Aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface,
The aspect ratio changing means includes an optical element group that is disposed at or near a position substantially in a Fourier transform relationship with the illumination pupil and has a function of changing a power ratio in two orthogonal directions. An illumination optical device.
前記光学素子群は、直交する2つの方向でパワーが互いに異なる第1光学素子群と、直交する2つの方向でパワーが互いに異なる第2光学素子群とを有し、前記第1光学素子群および前記第2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。The optical element group includes a first optical element group having different powers in two orthogonal directions and a second optical element group having different powers in two orthogonal directions, and the first optical element group and The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein at least one of the second optical element groups is configured to be rotatable about an optical axis. 前記第1光学素子群および前記第2光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein both the first optical element group and the second optical element group are configured to be rotatable about the optical axis. 前記光学素子群はレンズ群であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光学装置。The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the optical element group is a lens group. 前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備え、
前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学装置。
Further comprising changing means for continuously changing the magnitude of the light intensity distribution formed in the illumination pupil,
5. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the optical element group is disposed in an optical path closer to the light source than the changing unit.
前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第2変更手段とを備えていることを特徴とする請求項5に記載の照明光学装置。The changing means is a first changing means for changing an outer shape of a light intensity distribution formed on the illumination pupil, and a second changing means for changing an annular ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil. The illumination optical apparatus according to claim 5, comprising: 前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第2変更手段とを有する変更手段をさらに備え、
前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学装置。
Changing means comprising: first changing means for changing the size of the outer shape of the light intensity distribution formed on the illumination pupil; and second changing means for changing the annular ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil. Further comprising
5. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the optical element group is disposed in an optical path closer to the light source than the changing unit.
光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する2つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface based on the light flux from the light source,
A light beam conversion element for converting a light beam from the light source into a light beam having a predetermined cross section;
A forming optical system for forming a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface, based on the light flux from the light flux conversion element;
Aspect ratio changing means for changing the aspect ratio of the light intensity distribution formed on the illumination pupil by independently changing the degree of divergence of the light flux incident on the light flux conversion element in two orthogonal directions. An illumination optical apparatus comprising:
前記縦横比変化手段は、直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第1光学素子と、直交する2つの方向で発散の程度が互いに異なる第2光学素子とを有し、前記第1光学素子および前記第2光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項8に記載の照明光学装置。The aspect ratio changing means includes a first optical element having different divergence levels in two orthogonal directions and a second optical element having different divergence levels in two orthogonal directions. 9. The illumination optical apparatus according to claim 8, wherein at least one of the element and the second optical element is configured to be rotatable about an axis parallel to the traveling direction of the light beam. 前記第1光学素子および前記第2光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項8または9に記載の照明光学装置。10. The illumination optical apparatus according to claim 8, wherein both the first optical element and the second optical element are configured to be rotatable about an axis parallel to a traveling direction of the light beam. 前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項9または10に記載の照明光学装置。11. The illumination optical apparatus according to claim 9, wherein the first optical element and the second optical element each include a diffractive optical element having a diverging function only in one direction. 前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することを特徴とする請求項9または10に記載の照明光学装置。The illumination optical apparatus according to claim 9 or 10, wherein the first optical element and the second optical element each include a Fresnel lens having a refractive function only in one direction. 前記第1光学素子および前記第2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイクロレンズアレイをそれぞれ有することを特徴とする請求項9または10に記載の照明光学装置。11. The illumination optical apparatus according to claim 9, wherein the first optical element and the second optical element each include a microlens array having a refractive function only in one direction. 前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の照明光学装置。The illumination optical apparatus according to claim 8, wherein the forming optical system includes an optical integrator. 光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface based on the light flux from the light source,
A light beam conversion element for converting a light beam from the light source into a light beam having a predetermined cross section;
A forming optical system for forming a predetermined light intensity distribution in an illumination pupil substantially in a Fourier transform relationship with the illuminated surface, based on the light flux from the light flux conversion element;
In order to change the aspect ratio of the light intensity distribution formed in the illumination pupil by changing the power independently in two orthogonal directions arranged in the optical path between the light source and the light beam conversion element. An illumination optical apparatus comprising: an aspect ratio changing unit.
前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有することを特徴とする請求項15に記載の照明光学装置。16. The illumination optical apparatus according to claim 15, wherein the aspect ratio changing unit includes a cylindrical zoom lens that is rotatable about an optical axis. 前記縦横比変化手段は、前記直交する2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第1シリンドリカルズームレンズと、前記直交する2つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第2シリンドリカルズームレンズとを備えていることを特徴とする請求項15に記載の照明光学装置。The aspect ratio changing means changes the power in the first cylindrical zoom lens having a function of changing the power in one of the two orthogonal directions and the other of the two orthogonal directions. The illumination optical apparatus according to claim 15, further comprising: a second cylindrical zoom lens having a function of causing 前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載の照明光学装置。The illumination optical apparatus according to claim 15, wherein the forming optical system includes an optical integrator. マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
請求項1乃至18のいずれか1項に記載の照明光学装置と、
前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a photosensitive substrate,
The illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 18,
An exposure apparatus comprising: a projection optical system that projects the mask pattern set on the irradiated surface onto the photosensitive substrate.
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
請求項1乃至18のいずれか1項に記載の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、
前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法。
In an exposure method for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate,
Illuminating the mask set on the irradiated surface using the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 18, and
And exposing the pattern of the mask onto the photosensitive substrate.
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