KR20010051438A - Illumination optical apparatus, exposure apparatus having the same and micro device manufacturing method using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide an illumination optical device for adjusting the size of an illuminated region on an irradiated face and illumination (NA) to a desired level while a loss in light quantity is reduced adequately. CONSTITUTION: An illuminated face is irradiated by an illumination optical device. The illumination optical device includes a first variable magnification optical system 4 with variable focal distance or magnification for adjusting the number of illumination openings on the illuminated face, and a second variable magnification optical system 7 with variable focal distance or magnification for changing the size of the illumination region formed on the illuminated region.

Description

조명 광학 장치, 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치, 및 그 조명 광학 장치를 이용한 마이크로 디바이스 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS HAVING THE SAME AND MICRO DEVICE MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS HAVING THE SAME AND MICRO DEVICE MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 조명 광학 장치 및 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 마이크로 디바이스를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 바람직한 조명 광학 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical device and an exposure apparatus provided with the illumination optical device, and particularly preferably to an exposure apparatus for manufacturing microdevices such as semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, thin film magnetic heads, etc. by lithography. It relates to an optical device.

이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광속이, 예를 들면 마이크로 플라이 아이와 같은 광 적분기에 입사하여, 그 후측 초점면에 다수의 광원 상(像)으로 이루어지는 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 개구 조리개를 거쳐서 제한된 후, 콘덴서 렌즈에 입사한다. 개구 조리개는 소망하는 조명 조건(노광 조건)에 따라, 2차 광원의 형상 또는 크기를 소망하는 형상 또는 크기로 제한한다. 콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은 마스크와 공역인 소정면에 직사각형 형상의 조명 영역을 형성한다. 이 소정면의 근방에는, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드가 배치되어 있다.In a typical exposure apparatus of this kind, the luminous flux emitted from the light source enters into an optical integrator such as a micro fly's eye, for example, and forms a secondary light source consisting of a plurality of light source images on the rear focal plane. The light beam from the secondary light source is limited through the aperture stop disposed in the vicinity thereof and then enters the condenser lens. The aperture stop limits the shape or size of the secondary light source to the desired shape or size, depending on the desired illumination conditions (exposure conditions). The light beam condensed by the condenser lens forms a rectangular illumination region on a predetermined surface that is conjugate with the mask. In the vicinity of this predetermined surface, a mask blind as an illumination field stop is arrange | positioned.

따라서, 소정면에 형성된 직사각형 형상의 조명 영역으로부터의 광속은 조명 시야 조리개를 거쳐서 제한된 후, 릴레이 렌즈를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 이렇게 해서, 마스크상에는, 조명 시야 조리개의 개구부의 상이, 직사각형 형상의 조명 영역으로서 형성된다. 마스크의 패턴을 투과한 광은, 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 결상한다. 이렇게 해서, 웨이퍼상에는, 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼상에 정확히 전사하기 위해서는 웨이퍼상에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.Therefore, the luminous flux from the rectangular illumination region formed on the predetermined surface is limited via the illumination field stop, and then illuminates the mask in which the predetermined pattern is formed via the relay lens. In this way, the image of the opening of the illumination field stop is formed as a rectangular illumination region on the mask. The light transmitted through the pattern of the mask is imaged on the wafer via the projection optical system. In this way, the mask pattern is subjected to projection exposure (transfer) on the wafer. In addition, the pattern formed on the mask is highly integrated, and in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer.

최근에 있어서는, 광 적분기의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부(광 투과부)의 크기를 변화시키는 것에 의해, 광 적분기를 거쳐서 형성되는 2차 광원의 크기를 변화시켜, 조명의 코히어런시 σ(σ값 = 개구 조리개 직경/투영 광학계의 동공 직경, 혹은 σ값= 조명 광학계의 사출측 개구 수/투영 광학계의 입사측 개구 수)를 변화시키는 기술이 주목되어 있다. 또한, 광 적분기의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부의 형상을 고리 띠 형상이나 4개의 구멍 형상(즉, 4극 형상)으로 설정하는 것에 의해, 광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원의 형상을 고리 띠 형상이나 4극 형상으로 제한하여, 투영 광학계의 초점 심도나 해상력을 향상시키는 기술이 주목되고 있다.In recent years, by changing the size of the opening (light transmitting part) of the aperture stop disposed on the exit side of the light integrator, the size of the secondary light source formed through the light integrator is changed to coherence σ of illumination. The technique of changing ((sigma) value = aperture diaphragm diameter / the pupil diameter of a projection optical system, or (sigma) value = the exit side aperture number of an illumination optical system / the incident side aperture number of a projection optical system) is attracting attention. Further, the shape of the secondary light source formed by the optical integrator is set by setting the shape of the opening of the aperture stop disposed on the exit side of the optical integrator to the annular band shape or the four hole shape (that is, the four-pole shape). Attention has been paid to a technique of improving the depth of focus and the resolution of the projection optical system by limiting to a ring-shaped or quadrupole shape.

그런데, 노광 장치에서는, 제조해야 할 마이크로 디바이스의 특성에 따라, 웨이퍼와 같은 감광성 기판상에 형성되는 조명 영역, 즉, 노광 영역의 크기를 변경하고 싶은 경우가 있다. 환언하면, 사용하는 마스크의 특성에 따라서, 마스크상에 형성되는 조명 영역의 크기를 변경하고 싶은 경우가 있다. 예를 들면, 표준 설정되어 있는 조명 영역보다도 작은 조명 영역을 형성하고 싶은 경우, 상술의 조명 시야 조리개의 개구부의 크기를 작게 하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 조명 시야 조리개에 있어서 광 손실이 발생하여, 결과로서 노광 장치의 처리량이 저하하게 된다.By the way, in the exposure apparatus, depending on the characteristics of the microdevice to be manufactured, there is a case where it is desired to change the size of the illumination region, that is, the exposure region, formed on the photosensitive substrate such as a wafer. In other words, the size of the illumination region formed on the mask may be changed depending on the characteristics of the mask to be used. For example, when it is desired to form an illumination area smaller than a standard illumination area, a method of reducing the size of the opening of the illumination field stop described above can be considered. In this method, however, light loss occurs in the illumination field stop, resulting in a decrease in the throughput of the exposure apparatus.

한편, 조명 시야 조리개에 있어서의 광 손실을 실질적으로 회피하기 위해서, 예를 들면 릴레이 렌즈의 배율을 변화시켜 마스크상에 형성되는 조명 영역을, 나아가서는 감광성 기판상에 형성되는 노광 영역을 작게 하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 마스크상에 형성되는 조명 영역의 크기의 변화에 따라, 조명 개구 수(이하,「조명 NA」라고 함)가 변화되어, 나아가서는 최적으로 설계된 σ값도 변화하게 된다.On the other hand, in order to substantially avoid light loss in the illumination field stop, for example, a method of reducing the illumination area formed on the mask by changing the magnification of the relay lens and further reducing the exposure area formed on the photosensitive substrate. You can also think. However, in this method, the number of illumination apertures (hereinafter referred to as "lighting NA") changes in accordance with the change in the size of the illumination region formed on the mask, and hence, the optimally designed sigma value also changes.

이와 같이, 노광 장치에서는, 제조해야 할 마이크로 디바이스의 특성에 따라, 노광 영역의 크기와 마찬가지로 σ값도 소망하는 값으로 설정하고 싶다고 하는 요구가 있다. 환언하면, 노광 장치에 이용되는 조명 광학 장치에 있어서, 사용하는 마스크의 특성에 따라, 조명 영역의 크기와 같이 조명 NA도 각각 소망하는 값으로 설정하고 싶다고 하는 요구가 있다.As described above, in the exposure apparatus, there is a request to set the sigma value to a desired value similarly to the size of the exposure area according to the characteristics of the microdevice to be manufactured. In other words, in the illumination optical apparatus used for the exposure apparatus, there is a request that the illumination NA be set to a desired value as well as the size of the illumination region, depending on the characteristics of the mask to be used.

또, 본 발명에서 말하는 마이크로 디바이스란, 반도체 집적 회로 등을 갖는 반도체 소자, 고 세밀 플랫 패널 디스플레이, CCD 등의 촬상 소자, 퍼스널 컴퓨터 하드디스크용 자기 헤드, 회절 광학 소자 등을 포함한다.The microdevice according to the present invention includes a semiconductor element having a semiconductor integrated circuit and the like, an imaging device such as a high-definition flat panel display, a CCD, a magnetic head for a personal computer hard disk, a diffractive optical element, and the like.

또한, 노광 조건 또는 조명 조건을 변경하기 위해서, 광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원의 광 강도 분포(노광용 조명 장치의 동공 위치 또는 그 근방에 형성되는 광 강도 분포)를 소망하는 형상(예컨대, 원형 형상, 고리 띠 형상 또는 4극 형상 중의 어느 형상) 또는 소망하는 크기(예컨대, 원형 형상, 고리 띠 형상 또는 4극 형상의 크기)로 변경한 경우, 피조사 물체로서의 마스크에서의 조명 개구 수(NA)가 변화되고, 소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건을 기초로 양호하게 이루어지는 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광할 수 없다고 하는 문제가 있다.In addition, in order to change exposure conditions or illumination conditions, the shape (for example, circular shape) which desires the light intensity distribution (light intensity distribution formed in the pupil position of the exposure apparatus or the vicinity) of the secondary light source formed by the optical integrator is changed. The number of illumination apertures in the mask as an object to be irradiated (NA, if changed to a shape, annular band shape or quadrupole shape) or a desired size (for example, circular, annular or quadrupole shape) ) Is changed, and there is a problem that a mask pattern which is satisfactorily made based on a desired exposure condition or a desired illumination condition cannot be exposed to a photosensitive substrate such as a wafer.

본 발명의 목적은 전술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기와 조명 NA를 각각 소망하는 값으로 조정할 수 있는 조명 광학 장치, 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치, 및 그 노광 장치를 이용한 마이크로 디바이스 제조 방법을 제공하는 것이다.The objective of this invention was made in view of the above-mentioned subject, The illumination optical apparatus which can adjust the magnitude | size of the illumination area | region and illumination NA which are formed in a to-be-irradiated surface to a desired value, suppressing light loss satisfactorily, its illumination optics The exposure apparatus provided with the apparatus, and the microdevice manufacturing method using the exposure apparatus are provided.

또한, 본 발명의 다른 목적은 노광 조건 또는 조명 조건을 변경했다고 해도, 소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건을 기초로 양호하게 이루어지는 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광할 수 있는 노광 장치 및 마이크로 디바이스 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is an exposure apparatus and a micro-exposure apparatus capable of exposing a mask pattern formed satisfactorily on the basis of a desired exposure condition or a desired illumination condition to a photosensitive substrate such as a wafer even if the exposure condition or the illumination condition is changed. It is to provide a device manufacturing method.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 schematically shows the configuration of a device with an illumination optical device according to Embodiment 1 of the present invention.

도 2는 도 1의 광 지연부(2)의 내부 구성 및 작용을 설명하는 사시도,FIG. 2 is a perspective view illustrating an internal configuration and an operation of the optical retardation unit 2 of FIG. 1;

도 3은 실시예 1에 있어서의 줌 렌즈(4) 및 줌 렌즈(7)의 초점(焦點) 거리와, 마스크(10)와 공역(共役)인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA의 관계를 설명하는 도면,3 shows the focal lengths of the zoom lens 4 and the zoom lens 7 according to the first embodiment, the size of the rectangular illumination area formed on a predetermined surface which is conjugate with the mask 10, and Drawings illustrating the relationship of illumination NA,

도 4는 고리 띠 변형 조명용 회절 광학 소자(3a)의 작용을 설명하는 도면,4 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 3a for annular band modified illumination,

도 5는 4극 변형 조명용 회절 광학 소자(3b)의 작용을 설명하는 도면,5 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 3b for quadrupole modified illumination,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,6 is a view schematically showing the configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 2 of the present invention;

도 7은 실시예 2에 있어서의, 줌 렌즈(4) 및 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리와, 마스크(10)와 공역인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA의 관계를 설명하는 도면,FIG. 7 shows the focal lengths of the zoom lens 4 and the micro fly eye group 50, the size of the rectangular illumination area formed on a predetermined surface conjugated with the mask 10, and the illumination NA in Example 2; Drawings illustrating the relationship,

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,8 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 3 of the present invention;

도 9는 실시예 3에 있어서의, 줌 렌즈(41) 및 줌 렌즈(71)의 배율과, 마스크(10)와 공역인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA의 관계를 설명하는 도면,FIG. 9 illustrates the relationship between the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71, the size of a rectangular illumination region formed on a predetermined surface conjugated with the mask 10, and the illumination NA in the third embodiment. Drawing,

도 10은 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 일례에 대해, 그 플로우차트를 나타내는 도면,10 is a diagram showing a flowchart of an example of a method of obtaining a semiconductor device as a micro device;

도 11은 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 일례에 대해, 그 플로우차트를 나타내는 도면.The figure which shows the flowchart about an example of the method at the time of obtaining the liquid crystal display element as a microdevice.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 광원 2 : 광 지연부1: light source 2: light delay unit

3 : 회절 광학 소자 4 : 줌 렌즈3: diffractive optical element 4: zoom lens

5 : 마이크로 플라이 아이 6 : 개구 조리개5: micro fly eye 6: aperture aperture

7 : 줌 렌즈 8 : 마스크 블라인드7: zoom lens 8: mask blind

9 : 릴레이 광학계 10 : 마스크9: relay optical system 10: mask

11 : 투영 광학계 12 : 웨이퍼11 projection optical system 12 wafer

13 : 웨이퍼 스테이지 20 : 입력 수단13 wafer stage 20 input means

21 : 제어계 22∼25 : 구동계21: control system 22-25: drive system

상기 목적을 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 특징에서는, 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치에 있어서, 상기 피조사면에서의 조명 개구 수를 조정하기 위해서 초점 거리 또는 배율이 가변인 제 1 변배 광학계와, 상기 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위해서 초점 거리 또는 배율이 가변인 제 2 변배 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said objective, in the 1st aspect of this invention, the illumination optical apparatus which illuminates a to-be-irradiated surface WHEREIN: The 1st variable-speed optical system whose focal length or magnification is variable in order to adjust the illumination aperture number in the said irradiated surface, And a second variable optical system having a variable focal length or magnification in order to change the size of the illuminated area formed on the irradiated surface.

제 1 특징의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조명 개구 수와 상기 조명 영역의 크기를 각각 소망하는 값으로 설정하기 위해서 상기 제 1 변배 광학계 및 상기 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리 또는 각 배율을 조정하기 위한 조정계를 구비하고 있는 것이 바람직하다.According to a preferred aspect of the first aspect, the respective focal lengths or angular magnifications of the first and second variable optical systems are set to set the illumination numerical aperture and the size of the illumination region to desired values, respectively. It is preferable to have an adjustment system.

또한, 제 1 특징의 바람직한 형태에 따르면, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과, 상기 조명 광에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 많이 광원 형성 수단과, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구비하며, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거친 광속을 상기 다광원 형성 수단에 유도하고, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 다광원 형성 수단으로부터의 다수의 광속을 상기 피조사면에 유도하는 것이 바람직하다.Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the light source means for supplying illumination light, the plurality of light source formation means for forming a plurality of light fluxes based on the illumination light, and the light flux from the light source means in a predetermined cross section A light beam conversion optical system for converting the light beam into a light beam having a shape, wherein the first variable speed optical system guides the light beam having passed through the light beam converting optical system to the multi-light source forming means, and the second variable optical system is configured from the multi-light source forming means. It is preferable to induce a plurality of luminous fluxes of to the irradiated surface.

이 경우, 상기 다광원 형성 수단은 파면 분할형의 광 적분기를 갖고, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거쳐서 형성된 발산 광속을 거의 평행한 광속으로 변환하여 상기 파면 분할형의 광 적분기의 입사면에 유도하고, 상기 조정계는 상기 피조사면에 형성되는 상기 조명 영역의 크기를 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 제 2 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키고, 상기 제 2 변배 광학계의 초점 거리의 변화에 따라 변화되는 상기 조명 개구 수를 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 제 1 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키는 것이 바람직하다.In this case, the multi-light source forming means has a wavefront split type optical integrator, and the first variable optical system converts the divergent light beam formed through the beam converting optical system into a substantially parallel beam flux, thereby inciting the wavefront split type optical integrator. Guided to the surface, the adjustment system changes the focal length of the second variable displacement optical system to adjust the size of the illumination region formed on the irradiated surface to a desired value, and changes the focal length of the second variable optical system It is preferable to change the focal length of the first variable speed optical system in order to adjust the illumination numerical aperture which changes according to the desired value.

혹은, 상기 다광원 형성 수단은 내면 반사형의 광 적분기를 갖고, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거쳐서 형성된 발산 광속을 상기 내면 반사형의 광 적분기의 입사면의 근방에 집광하고, 상기 조정계는 상기 피조사면에 형성되는 상기 조명 영역의 크기를 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 제 2 변배 광학계의 배율을 변화시키며, 상기 제 2 변배 광학계의 배율 변화에 따라 변화되는 상기 조명 개구 수를 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 제 1 변배 광학계의 배율을 변화시키는 것이 바람직하다.Alternatively, the multi-light source forming means has an optical reflector of an inner surface reflection type, and the first variable displacement optical system focuses a divergent luminous flux formed through the beam converting optical system in the vicinity of an incident surface of the inner surface reflecting optical integrator, The adjusting system changes the magnification of the second variable magnification optical system to adjust the size of the illumination region formed on the irradiated surface to a desired value, and adjusts the number of illumination apertures that change according to the magnification change of the second variable magnification optical system. In order to adjust to a desired value, it is preferable to change the magnification of the said first variable optical system.

또한, 제 1 특징의 바람직한 형태에 따르면, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구비하며, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계에서의 광속을 상기 제 2 변배 광학계에 유도하고, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 제 1 변배 광학계를 거친 광속에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 다광원 형성 수단을 포함하며, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 제 1 변배 광학계로부터의 광속을 상기 피조사면에 유도하는 것이 바람직하다.According to a preferred aspect of the first aspect, the apparatus includes a light source means for supplying illumination light and a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a light beam having a predetermined cross-sectional shape, wherein the first variable The optical system guides the light beam in the light beam conversion optical system to the second variable optical system, and the second variable optical system includes multi-light source forming means for forming a plurality of light beams based on the light beams passing through the first variable optical system. The second variable speed optical system preferably guides the light beam from the first variable speed optical system to the irradiated surface.

이 경우, 상기 다광원 형성 수단은 광축을 따라 이동 가능한 복수의 파면 분할형의 광 적분기를 포함하는 초점 거리가 가변인 광 적분기군을 갖고, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거쳐서 형성된 발산 광속을 거의 평행한 광속으로 변환하여 상기 광 적분기군의 입사면에 유도하며, 상기 조정계는 상기 피조사면에 형성되는 상기 조명 영역의 크기만을 변화시켜 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 광 적분기군의 초점 거리를 변화시키고, 상기 조명 개구 수만을 변화시켜 소망하는 값으로 조정하기 위해서 상기 제 1 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키는 것이 바람직하다.In this case, the multi-light source forming means has an optical integrator group having a variable focal length including a plurality of wavefront split type optical integrators that are movable along an optical axis, and the first variable displacement optical system is divergent formed through the light beam conversion optical system. The luminous flux is converted into an almost parallel luminous flux and guided to the incidence plane of the optical integrator group, and the control system changes only the size of the illumination region formed on the irradiated surface to adjust to a desired value. It is preferable to change the focal length of the first variable optical system in order to change the focal length, change only the illumination numerical aperture, and adjust it to a desired value.

또한, 이 경우, 상기 광 적분기군은 광원측으로부터 순서대로, 광축을 따라 이동 가능한 정(正)굴절력의 제 1 광 적분기와, 광축을 따라 이동 가능한 부(負)굴절력의 제 2 광 적분기와, 광축을 따라 고정된 정굴절력의 제 3 광 적분기를 갖고, 상기 조정계는 상기 광 적분기군의 후측 초점면을 실질적으로 이동시키는 일없이 그 초점 거리를 연속적으로 변화시키기 위해서, 상기 제 1 광 적분기 및 상기 제 2 광 적분기를 광축을 따라 서로 독립적으로 이동시키는 것이 바람직하다.In this case, the optical integrator group includes a first optical integrator of positive refractive power that can move along the optical axis, a second optical integrator of negative refractive power that can move along the optical axis, in order from the light source side, A first optical integrator having a fixed refractive index third optical integrator along the optical axis, wherein the adjustment system continuously changes its focal length without substantially moving the rear focal plane of the optical integrator group; It is preferable to move the second optical integrator independently of one another along the optical axis.

또한, 제 1 특징의 바람직한 형태에 따르면, 상기 광속 변환 광학계는 조명 광로에 대해 삽탈 자유롭게 구성된 복수의 회절 광학 소자를 갖고, 상기 복수의 회절 광학 소자는 상기 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 서로 상이한 단면 형상의 발산 광속으로 변환하는 것이 바람직하다.Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the luminous flux conversion optical system has a plurality of diffractive optical elements configured to be freely inserted and detached from the illumination optical path, and the plurality of diffractive optical elements differ from each other in substantially parallel luminous flux from the light source means. It is preferable to convert into the divergent light flux of cross-sectional shape.

또한, 본 발명의 제 2 특징에서는, 제 1 특징의 조명 광학 장치와, 상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 투영 노광하기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.Moreover, the 2nd characteristic of this invention is equipped with the illumination optical apparatus of a 1st characteristic, and the projection optical system for projecting and exposing the pattern of the mask arrange | positioned on the said to-be-exposed surface on a photosensitive board | substrate, The exposure apparatus characterized by the above-mentioned to provide.

이 경우, 상기 조정계는 상기 마스크의 패턴에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 1 변배 광학계 및 상기 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리 또는 각 배율을 조정하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the adjustment system adjusts each focal length or each magnification of the first variable displacement optical system and the second variable optical system based on the information on the pattern of the mask.

또한, 본 발명의 제 3 특징에서는, 제 1 특징의 조명 광학 장치에 의해 상기 피조사면에 배치된 마스크를 조명하는 공정과, 조명된 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법을 제공한다.Further, in the third aspect of the present invention, the method includes illuminating the mask disposed on the irradiated surface by the illumination optical device of the first aspect, and transferring the pattern of the illuminated mask on the photosensitive substrate. A manufacturing method of a micro device is provided.

이 경우, 상기 마스크의 패턴에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 1 변배 광학계 및 상기 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리 또는 각 배율을 조정하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to include the process of adjusting each focal length or each magnification of the said 1st displacement optical system and the said 2nd displacement optical system based on the information regarding the pattern of the said mask.

또한, 상기 다른 목적을 해결하기 위해서, 본 발명의 제 4 특징에서는, 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용의 광속으로 조명하는 조명 광학 장치와, 상기 마스크의 패턴 상을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영계를 갖는 노광 장치에 있어서, 상기 감광성 기판에서의 노광 조건 또는 상기 마스크에서의 조명 조건에 관한 정보를 입력하는 입력 수단을 구비하고, 상기 조명 광학 장치는 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 노광용의 광속을 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하는 광속 변환 수단과, 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 제 1 변배 광학계와, 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키는 제 2 변배 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 이 경우, 상기 조명 광학 장치는 상기 마스크를 균일하게 조명하는 광 적분기를 포함하고, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광 적분기의 입사측에 배치되어 있고, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 광 적분기의 사출측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, in order to solve the said another object, in the 4th characteristic of this invention, the illumination optical apparatus which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined pattern at the light beam for exposure, and project-exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate. An exposure apparatus having a projection system, comprising: input means for inputting information relating to an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask, wherein the illumination optical device is based on input information from the input means. Luminous flux converting means for converting the luminous flux for exposure into a luminous flux having a desired light intensity distribution, a first shift optical system for adjusting the number of illumination apertures in the mask based on input information from the input means, and the input means. Varying the size of the illumination area formed in the mask based on input information from the Provided is an exposure apparatus comprising a second variable optical system. In this case, the illumination optical device includes an optical integrator that illuminates the mask uniformly, the first shifting optical system is disposed on the incidence side of the optical integrator, and the second shifting optical system is the exit side of the optical integrator. It is preferably arranged in.

또한, 본 발명의 제 5 특징에서는, 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용의 광속으로 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 마이크로 디바이스의 제조 방법에 있어서, 상기 조명 공정은, 상기 감광성 기판에서의 노광 조건 또는 상기 마스크에서의 조명 조건에 관한 정보를 입력하는 입력 공정과, 상기 입력 공정으로부터의 입력 정보에 근거하여 노광용의 광속을 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하는 광속 변환 공정과, 상기 입력 공정으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키는 조명 영역 가변 공정과, 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 조정 공정은 상기 조명 영역 가변 공정에 의해 변화되는 조명 개구 수의 값을 보정하여 상기 조명 개구 수의 값을 거의 일정하게 유지하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.Moreover, in the 5th characteristic of this invention, the manufacturing of the microdevice containing the illumination process which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined | prescribed pattern with the light beam for exposure, and the exposure process which project-exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate. In the method, the illuminating step includes an input step of inputting information relating to an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask, and a light that desires a light beam for exposure based on input information from the input step. On the basis of a light beam conversion step of converting to a light beam having an intensity distribution, an illumination area variable step of changing the size of an illumination area formed in the mask based on the input information from the input step, and an input information from the input means To adjust the number of illumination apertures in the mask. A manufacturing method of a micro device is provided. In this case, it is preferable that the adjustment process includes correcting the value of the illumination numerical aperture changed by the illumination region variable process to keep the value of the illumination numerical aperture almost constant.

또한, 본 발명의 제 6 특징에서는, 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용의 광속으로 조명하는 조명 광학 장치와, 상기 마스크의 패턴 상을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영계를 갖는 노광 장치에 있어서, 상기 조명 광학 장치는 그 조명 광학 장치의 동공 위치 또는 그 근방에서의 광 강도 분포를 변화시키는 변경 수단과, 이 변경 수단에 의한 광 강도 분포의 변화에 따라 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 이 경우, 상기 변경 수단은 상기 노광용의 광속을 서로 상이한 광 강도 분포를 갖는 복수의 광속 중 하나의 광속으로 선택적으로 변환하는 광속 변환 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 광속 변환 수단은 제 1 광 강도 분포를 형성하는 제 1 회절 광학 부재와, 광로에 대해 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되어 상기 제 1 광 강도 분포와는 상이한 제 2 광 강도 분포를 형성하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것이 바람직하다.Moreover, in the 6th aspect of this invention, in the exposure apparatus which has the illumination optical apparatus which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined | prescribed pattern by the light beam for exposure, and the projection system which projects and exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate, And the illumination optical device is adapted to change the light intensity distribution at or near the pupil position of the illumination optical device, and to adjust the number of illumination apertures in the mask in accordance with the change in the light intensity distribution by the changing means. An exposure apparatus having an adjustment means is provided. In this case, the changing means preferably includes luminous flux converting means for selectively converting the luminous flux for exposure into one luminous flux among a plurality of luminous fluxes having different light intensity distributions. In this case, the luminous flux converting means includes a first diffractive optical member for forming a first light intensity distribution, and a second light different from the first light intensity distribution provided so as to be interchangeable with the first diffractive optical member for the optical path. It is preferred to have a second diffractive optical member forming an intensity distribution.

또한, 본 발명의 제 7 특징에서는, 조명 광학 장치를 이용하여 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 조명하는 조명 공정과, 투영계를 이용하여 상기 마스크의 패턴 상을 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 마이크로 디바이스의 제조 방법에 있어서, 상기 조명 공정은 상기 조명 광학 장치의 동공 위치 또는 그 근방에서의 광 강도 분포를 변화시키는 변경 공정과, 이 변경 공정에 의한 광 강도 분포의 변화에 따라 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법을 제공한다.In addition, in the seventh aspect of the present invention, an illumination step of illuminating a pattern of a mask having a predetermined pattern using an illumination optical device and an exposure step of projecting and exposing the pattern image of the mask to a photosensitive substrate using a projection system. In the method of manufacturing a micro device, the illuminating step includes: a changing step of changing a light intensity distribution at or near a pupil position of the illumination optical device; and according to a change of light intensity distribution by the changing step. And a process for adjusting the number of illumination apertures in the mask.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.The above and other objects, features, aspects, advantages, and the like of the present invention will become more apparent from the following detailed embodiments described with reference to the accompanying drawings.

(실시예)(Example)

본 발명에서는, 피조사면에서의 조명 NA를 조정하기 위한 제 1 변배 광학계와, 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계를 구비하고 있다. 그리고, 본 발명이 전형적인 실시예에서는, 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 발산 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구비하고, 제 1 변배 광학계는 이 발산 광속을 집광하여 다광원 형성 수단의 입사면에 유도하고, 제 2 변배 광학계는 다광원 형성 수단에 의해 형성된 다수의 광원으로부터의 광속을 집광하여 피조사면에 유도한다.In the present invention, a first variable optical system for adjusting the illumination NA on the irradiated surface and a second variable optical system for changing the size of the illumination region formed on the irradiated surface are provided. In a typical embodiment of the present invention, there is provided a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a divergent light beam having a predetermined cross-sectional shape, and the first shift optical system condenses the divergent light beam to form a multi-light source. Is guided to the irradiated surface, and the second variable displacement optical system collects light beams from a plurality of light sources formed by the multi-light source forming means and guides them to the irradiated surface.

구체적으로는, 다광원 형성 수단으로서 마이크로 플라이 아이나 플라이 아이 렌즈와 같은 파면 분할형의 광 적분기를 이용하는 경우, 제 1 변배 광학계는 광속 변환 광학계를 거쳐서 형성된 발산 광속을 거의 평행한 광속으로 변환하여 광 적분기의 입사면에 유도한다. 제 2 변배 광학계는 광 적분기 후측 초점면에 형성되는 2차 광원으로부터의 광속을 집광하여 피조사면에 유도한다. 이 경우, 마이크로 플라이 아이나 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자(또는 미소 렌즈)의 형상과 피조사면에 형성되는 조명 영역의 형상과는 상이하며, 그 크기는 제 2 변배 광학계의 초점 거리에 의존한다.Specifically, in the case of using a wavefront split type optical integrator such as a micro fly's eye or a fly's eye lens as the multi-light source forming means, the first variable displacement optical system converts the divergent luminous flux formed through the luminous flux converting optical system into a substantially parallel luminous flux. Induced on the plane of incidence. The second variable optical system focuses the luminous flux from the secondary light source formed on the rear focal plane of the optical integrator and guides it to the irradiated surface. In this case, the shape of each lens element (or microlens) constituting the micro fly's eye or fly's eye lens is different from the shape of the illumination region formed on the irradiated surface, the size of which depends on the focal length of the second variable optical system. .

따라서, 제 2 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키면, 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화됨과 동시에, 피조사면에서의 조명 NA도 변화된다. 한편, 제 1 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키면, 광 적분기의 입사면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화되고, 그 결과, 조명 영역의 크기가 변화하는 일 없이 조명 NA만이 변화된다. 이렇게 해서, 제 2 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키므로써, 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시켜 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 그리고, 제 1 변배 광학계의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 제 2 변배 광학계의 초점 거리의 변화에 따라 변화된 조명 NA를 소망하는 값으로 조정할 수 있다.Therefore, when the focal length of the second variable magnification optical system is changed, the size of the illumination region formed on the irradiated surface is changed, and the illumination NA on the irradiated surface is also changed. On the other hand, if the focal length of the first variable optical system is changed, the size of the illumination region formed on the incident surface of the optical integrator is changed, and as a result, only the illumination NA is changed without changing the size of the illumination region. In this way, by changing the focal length of the second variable magnification optical system, the size of the illumination region formed on the irradiated surface can be changed and adjusted to a desired value. By changing the focal length of the first variable optical system, the illumination NA changed in accordance with the change in the focal length of the second variable optical system can be adjusted to a desired value.

이상과 같이, 본 발명의 조명 광학 장치에서는, 제 1 변배 광학계 및 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리(또는 각 배율)를 조정하는 것에 의해, 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 조명 NA와 조명 영역의 크기를 각각 소망하는 값으로 조정할 수 있다.As described above, in the illumination optical apparatus of the present invention, by adjusting the focal lengths (or angular magnifications) of the first variable displacement optical system and the second variable optical system, the illumination NA and the illumination region can be suppressed while satisfactorily suppressing the amount of light loss. You can adjust the size to each desired value.

따라서, 본 발명의 조명 광학 장치를 조립한 노광 장치에서는, 개구 조리개나 조명 시야 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 노광 영역의 크기와 σ값을 각각 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 즉, 본 발명의 노광 장치에서는, 제조해야 할 마이크로 디바이스의 특성에 따라, 혹은 사용하는 마스크의 특성에 따라, 조명 영역(노광 영역)의 크기 및 σ값을 각각 알맞은 값으로 설정하고, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로, 처리량이 높은 양호한 투영 노광을 실행할 수 있다.Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention, the size and sigma value of the exposure area can be adjusted to desired values while suppressing the loss of light amount in the aperture stop and the illumination field stop well. That is, in the exposure apparatus of this invention, according to the characteristic of the microdevice to manufacture, or the characteristic of the mask to be used, the magnitude | size and sigma value of an illumination area | region (exposure area) are set to a suitable value, respectively, and high exposure illuminance is carried out. And based on favorable exposure conditions, the favorable projection exposure with a high throughput can be performed.

또한, 본 발명의 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법 혹은 마이크로 디바이스의 제조 방법에서는, 양호한 노광 조건을 기초로 투영 노광을 실행할 수 있기 때문에, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.Moreover, in the exposure method or the manufacturing method of a micro device which exposes the pattern of the mask arrange | positioned on the to-be-irradiated surface using the illumination optical apparatus of this invention, or the manufacturing method of a micro device, since projection exposure can be performed based on favorable exposure conditions, , A good micro device can be manufactured.

또한, 본 발명은 노광 조건 또는 조명 조건을 변경하기 위해서, 변경 수단 또는 광속 변환 수단(예컨대, 원형 광속 형성용의 회절 광학 부재(3), 고리 띠 광속 형성용의 회절 광학 부재(3a), 및 4극 광속 형성용의 회절 광학 부재(3b)의 하나를 조명 광로에 설정하는 기구 등)에 의해서 조명 광학계의 동공 위치(광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원 위치 또는 그리고 광학적으로 공역인 위치) 또는 그 위치 근방에서의 광 강도 분포를 변경하면, 조명 개구 수가 변화되지만, 조정 수단으로서의 제 1 변배 광학계의 배율 또는 초점 거리의 조정(변경)에 의해서 조명 개구 수의 변화를 보정할 수 있다.In addition, the present invention, in order to change the exposure conditions or illumination conditions, changing means or luminous flux converting means (for example, the diffractive optical member 3 for forming a circular luminous flux, the diffractive optical member 3a for forming a ring-band luminous flux, and Pupil position (secondary light source position formed by the optical integrator or optically conjugate position) of the illumination optical system by a mechanism for setting one of the diffraction optical members 3b for forming the four-pole beams to the illumination light path, or When the light intensity distribution in the vicinity of the position is changed, the number of illumination numerical apertures is changed, but the change in the number of illumination apertures can be corrected by adjusting (change) the magnification or the focal length of the first variable optical system as the adjusting means.

따라서, 소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건을 기초로 양호하게 이루어지는 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광할 수 있는 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법을 실현할 수 있다.Therefore, the exposure apparatus and the manufacturing method of a micro device which can expose the mask pattern made favorable on the basis of desired exposure conditions or desired illumination conditions to a photosensitive substrate, such as a wafer, can be implement | achieved.

본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.An embodiment of the present invention will be described based on the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또, 도 1에서는, 조명 광학 장치가 보통의 원형 조명을 실행하도록 설정되어 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows roughly the structure of the exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus which concerns on Example 1 of this invention. In addition, in FIG. 1, the illumination optical apparatus is set to perform normal circular illumination.

도 1의 노광 장치는 노광 광(조명 광)을 공급하기 위한 광원(1)으로서, 예를 들면 248㎚ 또는 193㎚의 파장 광을 공급하는 엑시머 레이저 광원을 구비하고 있다. 광원(1)으로부터 기준 광축 AX을 따라 사출된 거의 평행한 광속은 정형 광학계(도시하지 않음)를 거쳐서 소망하는 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속으로 정형된 후, 광 지연부(2)에 입사한다.The exposure apparatus of FIG. 1 is provided with the excimer laser light source which supplies wavelength light of 248 nm or 193 nm, for example as the light source 1 for supplying exposure light (lighting light). The nearly parallel luminous flux emitted from the light source 1 along the reference optical axis AX is shaped into a luminous flux having a desired rectangular cross section through a shaping optical system (not shown), and then enters the light retardation portion 2.

도 2는 도 1의 광 지연부(2)의 내부 구성 및 작용을 설명하는 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating the internal configuration and operation of the optical retardation unit 2 of FIG. 1.

도 2에 도시하는 바와 같이 광 지연부(2)는 광축 AX에 대해 45도로 사설된 하프 미러(200)를 구비하고 있다. 따라서, 광축 AX을 따라 하프 미러(200)에 입사한 광속은 하프 미러(200)를 투과하는 광속과 하프 미러(200)에서 +X 방향으로 반사되는 광속으로 분할된다. 하프 미러(200)를 투과한 광속은 광축 AX을 따라 원형 조명용의 회절 광학 소자(DOE)(3)에 입사한다.As shown in FIG. 2, the optical retardation unit 2 includes a half mirror 200 that is 45 degrees private with respect to the optical axis AX. Therefore, the light beam incident on the half mirror 200 along the optical axis AX is divided into a light beam passing through the half mirror 200 and a light beam reflected in the + X direction from the half mirror 200. The light beam transmitted through the half mirror 200 is incident on the diffractive optical element (DOE) 3 for circular illumination along the optical axis AX.

한편, 하프 미러(200)에서 +X 방향으로 반사된 광속은 제 1 반사 미러(201)에서 -Y 방향으로 반사되고, 제 2 반사 미러(202)에서 -X 방향으로 반사되며, 제 3 반사 미러(203)에서 +Y 방향으로 반사되고, 제 4 반사 미러(204)에서 +X 방향으로 반사된 후에, 하프 미러(200)로 되돌아간다. 하프 미러(200)로 되돌아간 광속은 하프 미러(200)를 투과하는 광속과 하프 미러(200)에서 -Z 방향으로 반사되는 광속으로 분할된다. 하프 미러(200)에서 -Z 방향으로 반사된 광속은 광축 AX를 따라 회절 광학 소자(3)에 입사한다. 한편, 하프 미러(200)를 투과한 광속은 제 1 반사 미러(201) 내지 제 4 반사 미러(204)를 거친 후에, 하프 미러(200)로 다시 되돌아간다.Meanwhile, the light beam reflected in the + X direction from the half mirror 200 is reflected in the -Y direction by the first reflection mirror 201, and is reflected in the -X direction by the second reflection mirror 202, and the third reflection mirror After reflection in 203 in the + Y direction and reflection in the fourth reflection mirror 204 in the + X direction, the flow returns to the half mirror 200. The light beam returned to the half mirror 200 is divided into a light beam passing through the half mirror 200 and a light beam reflected from the half mirror 200 in the -Z direction. The light beam reflected from the half mirror 200 in the -Z direction is incident on the diffractive optical element 3 along the optical axis AX. On the other hand, the light beam passing through the half mirror 200 passes back through the first reflection mirror 201 to the fourth reflection mirror 204, and then returns to the half mirror 200 again.

이상과 같이, 광축 AX를 따라 광 지연부(2)에 입사한 광속은, 빔 스플 리터로서의 하프 미러(200)를 투과하는 광속과 하프 미러(200)에서 반사되는 광속으로 분할된다. 하프 미러(200)에서 반사된 광속은 직사각형 형상의 지연 광로를 형성하도록 배치된 4개의 반사 미러(201∼204)에 있어서 순차적으로 편향된 후에, 하프 미러(200)로 되돌아간다. 이 때, 광축 AX를 따라 하프 미러(200)에 입사하는 광속의 입사 위치와 직사각형 형상의 지연 광로를 거쳐서 하프 미러(200)로 되돌아가는 광속의 하프 미러(200)로의 재입사 위치가 일치하도록 4개의 반사 미러(201∼204)가 배치되어 있다.As described above, the light beam incident on the optical retardation unit 2 along the optical axis AX is divided into a light beam passing through the half mirror 200 as a beam splitter and a light beam reflected by the half mirror 200. The light beams reflected by the half mirror 200 are sequentially deflected in the four reflection mirrors 201 to 204 arranged to form a rectangular delay optical path, and then return to the half mirror 200. At this time, the incidence position of the light beam incident on the half mirror 200 along the optical axis AX and the reentry position of the light beam returning to the half mirror 200 through the rectangular delayed optical path coincide with each other. Reflective mirrors 201 to 204 are arranged.

따라서, 지연 광로를 1회 거친 후에 하프 미러(200)에서 -Z 방향으로 반사된 광속 P1은 지연 광로를 거치는 일없이 하프 미러(200)를 투과한 광속 P0과 동일한 광축 AX를 따라 사출되고, 광속 P0과 광속 P1 사이에는 지연 광로의 광로 길이와 동등한 광로 길이차가 부여된다. 마찬가지로, 지연 광로를 2회 거친 후에 하프 미러(200)에서 반사된 광속 P2는 광속 P0이나 광속 P1과 동일한 광축 AX를 따라 사출된다. 이 때, 광속 P0과 광속 P2 사이에는 지연 광로의 광로 길이의 2배와 동등한 광로 길이차가 부여되고, 광속 P1과 광속 P2 사이에는 지연 광로의 광로 길이와 동등한 광로 길이차가 부여된다. 즉, 광 지연부(2)는 광축 AX를 따라 입사하는 광속을 시간적으로 복수의 광속(이론적으로는 무한수의 광속이지만, 에너지가 작은 광속의 영향을 무시하면 실용적으로는 유한수의 광속)으로 분할하여, 시간적으로 연속하는 2개의 광 순간에 지연 광로의 광로 길이와 동등한 광로 길이차를 부여한다.Therefore, after passing through the delay optical path once, the light beam P1 reflected from the half mirror 200 in the -Z direction is emitted along the same optical axis AX as the light beam P0 transmitted through the half mirror 200 without passing through the delay light path. An optical path length difference equal to the optical path length of the delayed optical path is provided between P0 and the light beam P1. Similarly, after passing through the retardation optical path twice, the light beam P2 reflected by the half mirror 200 is emitted along the same optical axis AX as the light beam P0 or the light beam P1. At this time, an optical path length difference equal to twice the optical path length of the delayed optical path is provided between the light beams P0 and the light beam P2, and an optical path length difference equal to the optical path length of the delayed light path is provided between the light beams P1 and the light beam P2. That is, the optical retardation unit 2 converts the light beam incident along the optical axis AX into a plurality of light beams in time (in theory, an infinite number of light beams, but in practically a finite number of light beams, ignoring the influence of light beams with small energy). By dividing, an optical path length difference equal to the optical path length of the delayed optical path is provided at two instantaneous optical moments.

또한, 일반적으로, 반사 미러의 반사율은 P 편광 입사와 S 편광 입사에서는 상이하고, S 편광 입사쪽이 P 편광 입사보다도 높은 반사율을 확보할 수 있다. 따라서, 광 지연부(2)에서는, 지연 광로에 있어서의 광 손실을 방지하기 위해서, 4개의 반사 미러(201∼204)에 대해 S 편광 상태에서 광속이 입사하도록 구성하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이 하프 미러(200)에 대해 P 편광 상태로 광속을 입사되는 것에 의해, 4개의 반사 미러(201∼204)에 대해 S 편광 입사가 가능해진다.In general, the reflectance of the reflection mirror is different in P-polarized light incident and S-polarized light incident, and the S-polarized light incident side can ensure higher reflectance than P-polarized light incident. Therefore, in the optical retardation unit 2, in order to prevent light loss in the delayed optical path, it is preferable to configure the light beams to enter the four reflective mirrors 201 to 204 in the S polarization state. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the incident light beam is incident on the half mirror 200 in the P polarization state, so that the S polarized light incident on the four reflection mirrors 201 to 204 is possible.

이상과 같이, 광 지연부(2)에 의해, 광축 AX를 따라 입사하는 광속은 시간적으로 복수의 광속으로 분할되어, 시간적으로 연속하는 2개의 광 순간에는 지연 광로의 광로 길이와 동등한 광로 길이차가 부여된다. 여기서, 부여되는 광로 길이차이는 코히어런트 광원(1)으로부터의 광속의 시간적 가간섭 거리 이상으로 설정되어 있다. 따라서, 광 지연부(2)에 의해 분할되는 파연에 있어서 코히어런시(가간섭성)를 저감할 수 있어, 피조명면에서의 간섭 줄무늬나 스페클(speckle)의 발생을 양호하게 억제할 수 있다. 이러한 종류의 광 지연 수단에 관한 더 상세한 구성 및 작용은, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 11-174365 호 공보, 특허 공개 평성 10-117434 호 명세서 및 도면, 특허 공개 평성 11-21591 호 명세서 및 도면, 특허 공개 평성 11-25629 호 명세서 및 도면 등에 개시되어 있다.As described above, the light beam incident along the optical axis AX is divided by the light retardation unit 2 into a plurality of light beams in time, and an optical path length difference equal to the light path length of the delayed light path is provided at two time instants in succession. do. Here, the optical path length difference to be provided is set to be equal to or larger than the temporal interference distance of the light beam from the coherent light source 1. Therefore, coherence (coherence) in the division divided by the optical retardation unit 2 can be reduced, and the occurrence of interference fringes and speckles on the surface to be illuminated can be satisfactorily suppressed. Can be. More detailed configurations and actions relating to this kind of optical retardation means are described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-174365, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-117434, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-21591. , Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-25629, the drawings and the like.

상술한 바와 같이, 광 지연부(2)를 거친 직사각형 형상의 거의 평행한 광속은 회절 광학 소자(3)에 입사한다. 일반적으로, 회절 광학 소자는 글래스 기판에 노광 광(조명 광)의 파장 정도의 피치를 갖는 단차를 형성함으로써 구성되어, 입사 빔을 소망하는 각도로 회절하는 작용을 갖는다. 구체적으로는, 원형 조명용의 회절 광학 소자(3)는 광축 AX를 따라 입사한 직사각형 형상의 거의 평행한 광속을 원형 형상의 단면을 갖는 발산 광속으로 변환한다. 이와 같이, 회절 광학 소자(3)는 광원(1)으로부터의 광속을 소정의 단면 형상(이 경우는 원형 형상)을 갖는 발산 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구성하고 있다.As described above, a substantially parallel light beam having a rectangular shape passing through the light retardation unit 2 is incident on the diffractive optical element 3. In general, a diffractive optical element is constituted by forming a step having a pitch about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam at a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 3 for circular illumination converts the substantially parallel light beam of the rectangular shape incident along the optical axis AX into the divergent light beam which has a circular cross section. In this manner, the diffractive optical element 3 constitutes a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source 1 into a divergent light beam having a predetermined cross-sectional shape (in this case, a circular shape).

회절 광학 소자(3)를 거친 원형 형상의 발산 광속은 제 1 콘덴서 광학계(제 1 변배 광학계)로서의 줌 렌즈(4)를 거친 후, 다광원 형성 수단 또는 광 적분기로서의 마이크로 플라이 아이(5)에 입사한다. 이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에는, 원형 형상의 조명 영역이 형성된다. 그리고, 형성되는 조명 영역의 크기(즉, 그 지름 또는 반경)는 후술하는 바와 같이, 줌 렌즈(4)의 초점 거리에 의존하여 변화된다.The circular diverging light beam passing through the diffractive optical element 3 passes through the zoom lens 4 as the first condenser optical system (first variable optical system), and then enters into the micro fly's eye 5 as a multi-light source forming means or an optical integrator. do. In this way, a circular illumination region is formed on the incident surface of the micro fly's eye 5. The size of the illumination region to be formed (that is, its diameter or radius) is changed depending on the focal length of the zoom lens 4 as described later.

또, 마이크로 플라이 아이(5)는 종횡으로 또한 조밀하게 배열된 다수의 직사각형 형상의 정굴절력을 갖는 미소 렌즈(미소 렌즈 엘리먼트)로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로 플라이 아이는, 예를 들면 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성된다.In addition, the micro fly's eye 5 is an optical element composed of a microlens (microlens element) having a large number of rectangular-shaped positive refractive powers arranged longitudinally and densely. Generally, a micro fly's eye is comprised by performing an etching process to a parallel plane glass plate, for example, and forming a microlens group.

여기서, 마이크로 플라이 아이를 구성하는 각 미소 렌즈는 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자보다도 미소하다. 또한, 마이크로 플라이 아이는 서로 격절된 렌즈 소자로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 상이하고, 다수의 미소 렌즈가 서로 격절되는 일없이 일체적으로 형성되어 있다. 그러나, 정굴절력을 갖는 렌즈 소자가 종횡으로 배치되어 있는 점에서 마이크로 플라이 아이는 플라이 아이 렌즈와 동일하다. 또, 도 1 및 다른 관련 도면인 도 3, 도 6 및 도 7에서는 도면의 영확화를 위해, 마이크로 플라이 아이를 구성하는 미소 렌즈의 수를 실제보다도 대단히 적게 도시하고 있다.Here, each micro lens constituting the micro fly's eye is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens. In addition, the micro fly's eye is different from the fly's eye lens composed of lens elements that are abolished with each other, and a plurality of micro lenses are formed integrally without being abolished with each other. However, the micro fly's eye is the same as the fly's eye lens in that the lens elements having the refractive power are arranged vertically and horizontally. 3, 6 and 7 show the number of the micro lenses constituting the micro fly's eye very much smaller than the actual ones in order to enlarge the drawing.

따라서, 마이크로 플라이 아이(5)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되어, 각 미소 렌즈의 후측 초점면(즉, 그 사출면의 근방)에는 각각 하나의 광원 상이 형성된다. 이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에는, 마이크로 플라이 아이(5)로의 입사 광속에 의해서 형성되는 조명 영역과 동일한 원형 형상의 다수 광원(이하, 「2차 광원」이라고 함)이 형성된다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(5)는 파면 분할형의 광 적분기이고, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 다수의 광원(다수의 광속)을 형성하기 위한 다광원 형성 수단을 구성하고 있다.Therefore, the light beams incident on the micro fly's eye 5 are divided two-dimensionally by a plurality of micro lenses, so that one light source image is formed on each of the rear focal planes (i.e., near its exit surface) of each micro lens. . In this manner, a plurality of light sources (hereinafter referred to as "secondary light sources") having the same circular shape as the illumination region formed by the light flux incident on the micro fly eyes 5 are formed on the rear focal plane of the micro fly eyes 5. do. In this way, the micro fly's eye 5 is a wave integrating light integrator, and constitutes a multi-light source forming means for forming a plurality of light sources (large luminous fluxes) based on the luminous flux from the light source 1.

또한, 줌 렌즈(4)는 그 전측 초점면과 회절 광학 소자(3)의 회절 면이 일치하고 또한 그 후측 초점면과 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면이 일치하도록 초점 거리를 연속적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 따라서, 줌 렌즈(4)는 광축을 따라 서로 독립으로 이동 가능한 3개의 렌즈군을 구비하고 있는 것이 바람직하다.In addition, the zoom lens 4 continuously changes the focal length so that its front focal plane coincides with the diffractive plane of the diffractive optical element 3 and its rear focal plane coincides with the incident plane of the micro fly's eye 5. It is preferable. Therefore, it is preferable that the zoom lens 4 is provided with three lens groups which can be moved independently of each other along the optical axis.

마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에 형성된 원형 형상의 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 원형 조명용의 개구 조리개(6)에 입사한다. 이 개구 조리개(6)는 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에 형성되는 원형 형상의 2차 광원에 대응한 원형 형상의 개구부(광 투과부)를 갖는다.The light beam from the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 enters the aperture stop 6 for circular illumination disposed in the vicinity thereof. The aperture stop 6 has a circular opening (light transmitting portion) corresponding to a circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5.

또, 회절 광학 소자(3)는 조명 광로에 대해 삽탈 자유롭게 구성되고, 또한 고리 띠 변형 조명용의 회절 광학 소자(3a)나 4극 변형 조명용의 회절 광학 소자(3b)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 고리 띠 변형 조명용의 회절 광학 소자(3a) 및 4극 변형 조명용의 회절 광학 소자(3b)의 구성 및 작용에 관해서는 후술한다. 또한, 줌 렌즈(4)는 상술한 바와 같이, 소정의 범위로 초점 거리를 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 개구 조리개(6)는 조명 광로에 대해 삽탈 자유롭게 구성되고, 또한 개구부의 크기가 상이한 복수의 원형 조명용의 개구 조리개나, 개구부의 크기가 상이한 복수의 고리 띠 변형 조명용의 개구 조리개나, 개구부의 크기가 상이한 복수의 4극 변형 조명용의 개구 조리개와 전환 가능하게 구성되어 있다.Moreover, the diffraction optical element 3 is comprised freely with respect to an illumination optical path, and is comprised switchable with the diffraction optical element 3a for ring-band modified illumination, and the diffraction optical element 3b for quadrupole modified illumination. The structure and effect | action of the diffraction optical element 3a for ring-band modified illumination, and the diffraction optical element 3b for four-pole modified illumination are mentioned later. As described above, the zoom lens 4 is configured to continuously change the focal length in a predetermined range. The aperture diaphragm 6 is freely detachable from the illumination light path, and also includes a plurality of aperture diaphragms for circular illumination having different sizes of the apertures, a plurality of aperture diaphragms for annular band-modified illumination having different sizes of the apertures, and It is comprised so that switching is possible with the aperture stop for several 4-pole modified illumination which differs in size.

여기서, 원형 조명용의 회절 광학 소자(3)와 고리 띠 변형 조명용의 회절 광학 소자(3a)나 4극 변형 조명용의 회절 광학 소자(3b)간의 전환은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 1 구동계(22)에 의해 행해진다.Here, the switching between the diffractive optical element 3 for circular illumination and the diffractive optical element 3a for annular band modified illumination and the diffractive optical element 3b for quadrupole modified illumination operates based on the command from the control system 21. The first drive system 22 is used.

또, 줌 렌즈(4)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 2 구동계(23)에 의해 행해진다.In addition, the change of the focal length of the zoom lens 4 is performed by the second drive system 23 operating based on the command from the control system 21.

또한, 원형 조명용의 개구 조리개(6)와 상이한 개구 조리개간의 전환은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 3 구동계(24)에 의해 행해진다.In addition, switching between the aperture stop 6 for circular illumination and a different aperture stop is performed by the 3rd drive system 24 which operates based on the instruction | command from the control system 21. As shown in FIG.

또, 원형 조명용의 개구 조리개(6)와 다른 개구 조리개간의 전환은, 예를 들면 터릿(turret) 방식이나 슬라이드 방식 등의 적당한 방식에 의해서 전환된다. 또한, 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등의 개구 조리개에 한정되는 일없이, 광 투과 영역의 크기 및 형상을 적절하게 변경하는 것이 가능한 개구 조리개를 조명 광로내에 고정적으로 장착하더라도 무방하다. 또한, 복수의 원형 개구 조리개 대신에, 원형 개구 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채(虹彩) 조리개를 마련할 수도 있다.In addition, switching between the aperture stop 6 for circular illumination and another aperture stop is switched by a suitable method, such as a turret system and a slide system, for example. The aperture stop may be fixedly mounted in the illumination optical path without being limited to the aperture stop such as the turret method or the slide method. The aperture stop capable of appropriately changing the size and shape of the light transmitting area may be used. Instead of the plurality of circular aperture diaphragms, an iris diaphragm capable of continuously changing the circular aperture diameter may be provided.

원형 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개(6)를 거친 2차 광원으로부터의 광은 제 2 콘덴서 광학계(제 2 변배 광학계)로서의 줌 렌즈(7)의 집광 작용을 받은 후, 후술하는 마스크(10)와 광학적으로 공역인 소정면을 중첩적으로 조명한다. 이렇게 해서, 이 소정면에는, 마이크로 플라이 아이(5)를 구성하는 각 미소 렌즈의 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역이 형성된다. 그리고, 이 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA는 후술하는 바와 같이, 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 변화된다.The light from the secondary light source passing through the aperture diaphragm 6 having a circular opening is subjected to the light condensing action of the zoom lens 7 as the second condenser optical system (second variable optical system), and then the mask 10 to be described later and Overlapping illuminates optically conjugate surfaces. In this way, a rectangular illumination region similar to the shape of each microlens constituting the micro fly's eye 5 is formed on this predetermined surface. The size and illumination NA of the rectangular illumination region formed on the predetermined surface are changed depending on the focal length of the zoom lens 7 as described later.

줌 렌즈(7)는 그 전측 초점면과 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면이 일치하고 또한 그 후측 초점면과 상술의 소정면이 일치하도록 초점 거리를 연속적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 따라서, 줌 렌즈(7)는 줌 렌즈(4)와 마찬가지로, 광축을 따라 서로 독립으로 이동 가능한 3개의 렌즈군을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 줌 렌즈(7)는 소정의 범위에서 초점 거리를 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어, 그 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 4 구동계(25)에 의해 행해진다.It is preferable that the zoom lens 7 continuously change the focal length such that the front focal plane and the rear focal plane of the micro fly's eye 5 coincide with each other and the rear focal plane coincides with the predetermined surface described above. Therefore, the zoom lens 7 preferably includes three lens groups that can move independently of one another along the optical axis, similarly to the zoom lens 4. As described above, the zoom lens 7 is configured to continuously change the focal length in a predetermined range, and the change of the focal length is applied to the fourth drive system 25 operating based on the command from the control system 21. Is done by.

또, 마스크(10)와 광학적으로 공역인 소정면에는, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(8)가 배치되어 있다. 마스크 블라인드(8)의 개구부(광 투과부)를 거친 광속은 릴레이 광학계(9)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크(10)를 중첩적으로 균일 조명한다. 이렇게 해서, 릴레이 광학계(9)는 마스크 블라인드(8)의 직사각형 형상의 개구부의 상을 마스크(10)상에 형성하게 된다.Moreover, the mask blind 8 as an illumination field stop is arrange | positioned at the predetermined surface optically conjugate with the mask 10. As shown in FIG. The light beam passing through the opening (light transmitting part) of the mask blind 8 receives the condensing action of the relay optical system 9, and then uniformly illuminates the mask 10 in which a predetermined pattern is formed. In this way, the relay optical system 9 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 8 on the mask 10.

마스크(10)의 패턴을 투과한 광속은 투영 광학계(11)를 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼(혹은 플레이트)(12)상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 또, 웨이퍼(12)는 투영 광학계(11)의 광축 AX와 직교하는 평면내에서 2차원적으로 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(13)상에 유지되어 있다. 이렇게 해서, 웨이퍼(12)를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광(주사 노광)을 행함으로써, 웨이퍼(12)의 각 노광 영역(샷(shot) 영역)에는 마스크(10)의 패턴이 차차 노광된다.The light beam passing through the pattern of the mask 10 forms a mask pattern image on the wafer (or plate) 12 which is a photosensitive substrate via the projection optical system 11. In addition, the wafer 12 is held on the wafer stage 13 which can be moved two-dimensionally in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system 11. In this way, the pattern of the mask 10 is applied to each exposure area (shot area) of the wafer 12 by performing batch exposure or scan exposure (scan exposure) while driving control of the wafer 12 in two dimensions. This is sequentially exposed.

또, 일괄 노광 방식에서는, 소위 스텝 앤드 리피트(step and repeat) 방식에 따라, 웨이퍼의 각 노광 영역에 대해 마스크 패턴을 일괄적으로 노광한다. 이 경우, 마스크(10)상에서의 조명 영역의 형상은 정방형에 가까운 직사각형 형상이며, 마이크로 플라이 아이(5)의 각 미소 렌즈의 단면 형상도 정방형에 가까운 직사각형 형상으로 된다.In the batch exposure method, the mask pattern is collectively exposed to each exposure area of the wafer in accordance with a so-called step and repeat method. In this case, the shape of the illumination area | region on the mask 10 is a rectangular shape near a square, and the cross-sectional shape of each micro lens of the micro fly eye 5 also becomes a rectangular shape near a square.

한편, 스캔 노광 방식에서는, 소위 스텝 앤드 스캔(step and scan) 방식에 따라, 마스크 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대해 상대 이동시키면서 웨이퍼의 각 노광 영역에 대해 마스크 패턴을 스캔 노광한다. 이 경우, 마스크(10)상에서의 조명 영역의 형상은 단변과 장변의 비가, 예를 들면 1:3의 직사각형 형상이며, 마이크로 플라이 아이(5)의 각 미소 렌즈의 단면 형상도 이것과 흡사한 직사각형 형상으로 된다.On the other hand, in the scanning exposure method, a mask pattern is scanned and exposed to each exposure area of the wafer while moving the mask and the 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 region on the mask 10 is a rectangular shape having a ratio of short side to long side, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each micro lens of the micro fly's eye 5 is similar to this. It becomes a shape.

도 3은 줌 렌즈(4) 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리와, 마스크(10)와 공역인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA와의 관계를 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining the relationship between the focal length of the zoom lens 4 and the zoom lens 7, the size of the rectangular illumination area formed on a predetermined surface conjugated with the mask 10, and the illumination NA.

도 3의 (a)에 있어서, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX와의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최대 초점 거리 f11로 설정된 줌 렌즈(4)를 거쳐서 광축 AX와 평행하게 되어, 마이크로 플라이 아이(5)에 입사한다. 마이크로 플라이 아이(5)는 초점 거리가 fm의 미소 렌즈로 구성되어 있다. 여기서, 도 3의 도면에 따른 각 미소 렌즈의 사이즈는 d이다.In FIG. 3A, the light beam 30 emitted at the maximum exit angle θ1 from the intersection of the diffractive surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX passes through the zoom lens 4 set to the maximum focal length f11. It becomes parallel to AX and enters into the micro fly eye 5. The micro fly's eye 5 is composed of a micro lens having a focal length of fm. Here, the size of each micro lens shown in FIG. 3 is d.

마이크로 플라이 아이(5)로부터 광축 AX와 평행하게 사출된 가장 외측의 광선(31)은 최대 초점 거리 f21에 설정된 줌 렌즈(7)를 거친 후, 입사 각도 θ21로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 하여, 소정면(32)에는 미소 렌즈의 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 그리고, 도 3의 도면에 따른 조명 영역(33)의 사이즈는 Φ1로 된다.The outermost light ray 31 emitted from the micro fly eye 5 in parallel with the optical axis AX passes through the zoom lens 7 set at the maximum focal length f21, and then the predetermined surface which is conjugate with the mask 10 at an incident angle θ21 ( 32) and the intersection of the optical axis AX. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the shape of the microlens. The size of the illumination region 33 according to the drawing of FIG. 3 is Φ1.

여기서, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 최대 초점 거리 f11로부터 최소 초점 거리 f12까지 변화시킴과 동시에, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최대 초점 거리 f21로부터 최소 초점 거리 f22까지 변화시킨다. 이 경우, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX와의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최소 초점 거리 f12에 설정된 줌 렌즈(4)를 거쳐서 광축 AX와 평행하게 되어, 마이크로 플라이 아이(5)에 입사한다.Here, as shown in FIG. 3B, the focal length of the zoom lens 4 is changed from the maximum focal length f11 to the minimum focal length f12, and the focal length of the zoom lens 7 is changed to the maximum focal length. Change from f21 to the minimum focal length f22. In this case, the light beam 30 emitted at the maximum exit angle θ1 from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX is parallel to the optical axis AX via the zoom lens 4 set at the minimum focal length f12, It enters into the micro fly eye 5.

마이크로 플라이 아이(5)로부터 광축 AX와 평행하게 사출된 가장 외측의 광선(31)은 최소 초점 거리 f22로 설정된 줌 렌즈(7)를 거친 후, 입사 각도 θ22로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 해서, 소정면(32)에는 미소 렌즈의 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 여기서, 도 3의 도면에 따른 조명 영역(33)의 사이즈는 Φ2로 된다.The outermost ray 31 emitted from the micro fly eye 5 in parallel with the optical axis AX passes through the zoom lens 7 set to the minimum focal length f22, and then a predetermined plane that is conjugate with the mask 10 at an incident angle θ22. 32) and the intersection of the optical axis AX. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the shape of the microlens. Here, the size of the illumination region 33 according to the drawing of FIG. 3 is Φ2.

도 3 (a)에 있어서, 다음 수학식 1 및 수학식 2에 나타낸 관계가 성립한다.In Fig. 3A, the relationship shown in the following expressions (1) and (2) is established.

또한, 도 3의 (b)에서는 다음 식(3) 및(4)에 나타낸 관계가 성립한다.In addition, in FIG.3 (b), the relationship shown to following formula (3) and (4) is established.

상술한 수학식 2 및 수학식 4를 참조하면, 조명 영역(33)이 줌 렌즈(7)에 의한 미소 렌즈의 투영으로써, 조명 영역(33)의 사이즈 Φ가 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2에 비례한다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 3의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 Φ1이 최대 사이즈이고, 도 3의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 Φ2가 최소 사이즈인 것을 알 수 있다.Referring to Equations 2 and 4 above, the illumination region 33 is a projection of the microlenses by the zoom lens 7, so that the size? Of the illumination region 33 is the focal length f2 of the zoom lens 7. It can be seen that it is proportional to. That is, it can be seen that the size? 1 of the illumination region 33 in FIG. 3A is the maximum size, and the size? 2 of the illumination region 33 in FIG. 3B is the minimum size.

또한, 상술한 수학식 1 및 수학식 3을 참조하면, θ1이 회절 광학 소자(3)의 고유의 값이기 때문에, 소정면(32)으로의 입사 각도 θ2의 정현값 sinθ가 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1과 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2와의 비, 즉, f1/f2에 의존하는 것을 알 수 있다. 환언하면, 도 3의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 f11/f21에 비례하고, 도 3의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 f12/f22에 비례하는 것을 알 수 있다.Further, referring to Equations 1 and 3 above, since θ1 is an intrinsic value of the diffractive optical element 3, the sinusoidal value sinθ of the incident angle θ2 on the predetermined surface 32 is determined by the zoom lens 4. It can be seen that it depends on the ratio between the focal length f1 and the focal length f2 of the zoom lens 7, that is, f1 / f2. In other words, the illumination NA of the illumination region 33 in FIG. 3A is proportional to f11 / f21, and the illumination NA of the illumination region 33 in FIG. 3B is f12 / f22. It can be seen that it is proportional.

또한, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에 형성되는 원형 형상의 조명 영역의 사이즈는 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1에 비례한다. 즉, 도 3의 (a)에 있어서 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에 형성되는 조명 영역의 사이즈가 최대이고, 도 3(b)에 있어서 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에 형성되는 조명 영역의 사이즈가 최소인 것을 알 수 있다.3 (a) and 3 (b), the size of the circular illumination area formed on the incident surface of the micro fly's eye 5 is determined by the size of the zoom lens 4. It is proportional to the focal length f1. That is, the illumination area formed in the incident surface of the micro fly's eye 5 is the largest in FIG. 3 (a), and the illumination formed in the incident surface of the micro fly's eye 5 in FIG. 3 (b). It can be seen that the size of the region is minimum.

이상과 같이, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 변화시키면, 소정면(32)에 형성되는 조명 영역의 크기, 나아가서는 마스크(10)의 패턴면에 형성되는 조명 영역의 크기, 또한, 웨이퍼(12)의 노광면에 형성되는 노광 영역의 크기가 변화된다. 또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2의 변화에 따라, 소정면(32)에 있어서의 조명 NA가, 나아가서는 마스크(10)의 패턴면에 있어서의 조명 NA가 변화된다. 더 상세하게는, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 크게 하면, 마스크(10)상의 조명 영역이 커지게 되어, 조명 NA가 커진다. 이와 같이, 줌 렌즈(7)는 피조사면인 마스크(10)(나아가서는 웨이퍼(12))상에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계를 구성하고 있다.As described above, when the focal length f2 of the zoom lens 7 is changed, the size of the illumination region formed on the predetermined surface 32, and furthermore, the size of the illumination region formed on the pattern surface of the mask 10, and the wafer ( The size of the exposure area formed on the exposure surface of 12) is changed. In addition, according to the change of the focal length f2 of the zoom lens 7, the illumination NA on the predetermined surface 32 changes, and the illumination NA on the pattern surface of the mask 10 changes. More specifically, when the focal length f2 of the zoom lens 7 is increased, the illumination area on the mask 10 becomes large, and the illumination NA becomes large. In this way, the zoom lens 7 constitutes a second variable displacement optical system for changing the size of the illumination region formed on the mask 10 (the wafer 12, which is the surface to be irradiated).

한편, 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1을 변화시키면, 마스크(10)의 패턴면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화하는 일없이, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화되어, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA가 변화된다. 더 상세하게는, 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1을 작게 하면, 마스크(10)상의 조명 영역의 크기가 변화하는 일없이, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만이 작게 된다. 이와 같이, 줌 렌즈(4)는 피조사면인 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만을 변화시키기 위한 제 1 변배 광학계를 구성하고 있다.On the other hand, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is changed, the size of the illumination region formed on the pattern surface of the mask 10 does not change, but the size of the illumination region formed on the incident surface of the micro fly's eye 5 is changed. The size is changed, and the illumination NA on the mask 10 is changed. More specifically, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is made small, only the illumination NA on the mask 10 is reduced without changing the size of the illumination region on the mask 10. In this way, the zoom lens 4 constitutes a first variable optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 which is the irradiated surface.

따라서, 본 실시예에서는 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 소정의 값으로 설정함으로써, 마스크 블라인드(8)에서 실질적으로 광의 손실없이, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 영역을 얻을 수 있다. 또한, 소정의 값으로 설정된 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 대해 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 소정의 값으로 설정함으로써, 개구 조리개(6)에서 실질적으로 광의 손실없이, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 NA를 얻을 수 있다.Therefore, in this embodiment, by setting the focal length of the zoom lens 7 to a predetermined value, it is possible to obtain an illumination area of a desired size on the mask 10 without substantially losing light in the mask blind 8. have. Further, by setting the focal length of the zoom lens 4 to a predetermined value with respect to the focal length of the zoom lens 7 set to a predetermined value, the aperture diaphragm 6 can be used on the mask 10 without substantially losing light. In the present invention, an illumination NA of a desired size can be obtained.

전술한 바와 같이, 회절 광학 소자(3)는 조명 광로에 대해 삽탈(揷脫) 가능한 구성으로 이루어지고, 또한 고리 띠 변형 조명용 회절 광학 소자(3a 또는 4) 극 변형 조명용 회절 광학 소자(3b)와 전환 가능하게 구성되어 있다.As described above, the diffractive optical element 3 has a configuration that can be inserted and detached from the illumination optical path, and the diffraction optical element 3b for polar deformation illumination and the diffraction optical element 3a or 4 for annular band modified illumination. It is configured to be switchable.

이하, 회절 광학 소자(3)에 대신하여 회절 광학 소자(3a)를 조명 광로 중에 설정함으로써 얻어지는 고리 띠 변형 조명에 대해 설명한다.Hereinafter, the annular band modified illumination obtained by setting the diffractive optical element 3a in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 3 will be described.

도 4는 고리 띠 변형 조명용 회절 광학 소자(3a)의 작용을 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 3a for annular band modified illumination.

고리 띠 변형 조명용 회절 광학 소자(3a)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 광축 AX에 따라 수직 입사한 원형 광속 단면을 갖는 원형 빔을, 광축 AX를 중심으로 하여 등각도로 모든 방향에 따라 회절함으로써, 링형상 광속 단면을 갖는 링형상 빔으로 변환한다. 따라서, 이 회절 광학 소자(3a)에 광축 AX에 따라 원형 단면의 평행 광속이 입사되면, 도 4에 도시하는 바와 같이 고리 띠 형상의 발산 광속으로 된다. 이와 같이, 회절 광학 소자(3a)는 광원(1)으로부터의 광속을 실질적으로 고리 띠 형상의 발산 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구성하고 있다.As shown in FIG. 4, the diffraction optical element 3a for annular band modified illumination diffracts a circular beam having a circular beam cross section perpendicularly incident along the optical axis AX along all directions at equal angles with respect to the optical axis AX. And a ring beam having a ring beam cross section. Therefore, when the parallel light beam of circular cross section enters into this diffraction optical element 3a along the optical axis AX, it becomes a ring-shaped divergent light flux as shown in FIG. As described above, the diffractive optical element 3a constitutes a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source 1 into a substantially annular diverging light beam.

회절 광학 소자(3a)를 거친 고리 띠 형상의 발산 광속은 줌 렌즈(4)를 거친 후, 마이크로 플라이 아이(5)에 입사된다. 이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에는 고리 띠 형상의 조명 영역이 형성된다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측(後側) 초점면에는 입사면에 형성된 조명 영역과 동일한 고리 띠 형상의 2차 광원이 형성된다. 이상과 같이, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에는, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여, 거의 광량의 손실없이 고리 띠 형상의 2차 광원이 형성된다.The annular diverging light beam passing through the diffractive optical element 3a enters the micro fly's eye 5 after passing through the zoom lens 4. In this way, an annular strip-shaped illumination region is formed on the incident surface of the micro fly's eye 5. As a result, in the rear focal plane of the micro fly's eye 5, a secondary light source having the same annular band shape as the illumination region formed on the incident surface is formed. As described above, based on the luminous flux from the light source 1, the annular secondary light source is formed in the rear focal plane of the micro fly's eye 5 with almost no loss of light.

또한, 회절 광학 소자(3)로부터 회절 광학 소자(3a)로의 전환에 대응하여, 원형 개구 조리개로부터 고리 띠 개구 조리개로의 전환이 행해진다. 여기서, 조명 광로에 위치 결정되는 고리 띠 개구 조리개는 고리 띠 형상의 2차 광원에 대응한 고리 띠 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개이다. 이와 같이, 고리 띠 변형 조명용 회절 광학 소자(3a)를 이용함으로써, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량의 손실없이 고리 띠 형상의 2차 광원을 형성할 수 있어, 그 결과, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 고리 띠 변형 조명을 행할 수 있다.In addition, in response to the switching from the diffractive optical element 3 to the diffractive optical element 3a, the switching from the circular aperture diaphragm to the annular aperture diaphragm is performed. Here, the annular aperture opening diaphragm positioned in the illumination light path is an aperture diaphragm having an annular annular opening corresponding to the annular annular secondary light source. In this way, by using the diffractive optical element 3a for annular band modified illumination, an annular band-shaped secondary light source can be formed on the basis of the luminous flux from the light source 1 with almost no loss of light. Annular strip deformation | transformation illumination can be performed, suppressing the light quantity loss in the aperture stop which limits the luminous flux from a light source favorably.

이어서, 예를 들면 회절 광학 소자(3) 대신에 회절 광학 소자(3b)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 4극 변형 조명에 대해 설명한다. 도 5는 4극 변형 조명용 회절 광학 소자(3b)의 작용을 설명하는 도면이다.Next, the four-pole strain illumination obtained by setting the diffraction optical element 3b in the illumination optical path instead of the diffraction optical element 3 is demonstrated, for example. 5 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 3b for quadrupole modified illumination.

4극 변형 조명용 회절 광학 소자(3b)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 광축 AX에 따라 수직 입사한 원형 광속 단면을 갖는 원형 빔을, 광축 AX를 중심으로 하여 등각도로 특정한 4개의 방향에 따라 회절함으로써 4개의 미세 빔으로 변환한다. 따라서, 이 회절 광학 소자(3b)에, 광축 AX에 따라 원형 단면의 평행 광속이 입사하면, 도 5에 도시하는 바와 같이 4극 형상의 발산 광속으로 된다. 이와 같이, 회절 광학 소자(3b)는 광원(1)으로부터의 광속을 광축 AX에 대해 편심(偏心)한 4개의 발산 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 구성하고 있다.The diffraction optical element 3b for quadrupole modified illumination diffracts a circular beam having a circular beam cross section perpendicularly incident along the optical axis AX as shown in FIG. 5 according to four directions specified at an equiangular angle about the optical axis AX. This converts the four fine beams. Therefore, when the parallel light beam of circular cross section enters into the diffraction optical element 3b according to the optical axis AX, it becomes a 4-pole divergent light flux as shown in FIG. As described above, the diffractive optical element 3b constitutes a light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source 1 into four divergent light beams eccentric with respect to the optical axis AX.

회절 광학 소자(3b)를 거친 4극 형상의 발산 광속은 줌 렌즈(4)를 거친 후 마이크로 플라이 아이(5)에 입사된다. 이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에는 4극 형상의 조명 영역이 형성된다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에는 입사면에 형성된 조명 영역과 동일한 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 이상과 같이, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에는 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여, 거의 광량의 손실없이 4극 형상의 2차 광원이 형성된다.The 4-pole divergent light beam passing through the diffractive optical element 3b enters the micro fly's eye 5 after passing through the zoom lens 4. In this way, a quadrupole-shaped illumination region is formed on the incident surface of the micro fly's eye 5. As a result, a quadrupole-shaped secondary light source identical to the illumination region formed on the incident surface is formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5. As described above, the quadruple secondary light source is formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 with almost no loss of light based on the luminous flux from the light source 1.

또, 회절 광학 소자(3)로부터 회절 광학 소자(3b)로의 전환에 대응하여, 원형 개구 조리개로부터 4극 개구 조리개로의 전환이 행해진다. 여기서, 조명 광로에 위치 결정되는 4극 개구 조리개는 4극 형상의 2차 광원에 대응한 4개 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개이다. 이와 같이, 4극 변형 조명용 회절 광학 소자(3b)를 이용함으로써, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량의 손실없이 4극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있어, 그 결과, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 4극 변형 조명을 행할 수 있다.In addition, in response to the switching from the diffractive optical element 3 to the diffractive optical element 3b, the switching from the circular aperture stop to the four-pole aperture stop is performed. Here, the four-pole opening diaphragm positioned in the illumination light path is an opening diaphragm having four openings corresponding to the four-pole secondary light source. In this way, by using the diffractive optical element 3b for quadrupole modified illumination, a quadrupole secondary light source can be formed on the basis of the luminous flux from the light source 1 with almost no loss of light. Four-pole deformed illumination can be performed while suppressing the loss of light quantity in the aperture stop which limits the luminous flux from a light source.

이하, 본 실시예에 있어서의 조명 영역의 크기 및 조명 NA의 조정 동작등에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation | movement adjustment of the magnitude | size of illumination region, illumination NA, etc. in this embodiment are demonstrated concretely.

우선, 스텝 앤드 리피트 방식 또는 스텝 앤드 스캔 방식에 따라 순차적으로 노광해야 할 각종 마스크에 대한 정보, 각종 마스크의 조명 조건 또는 순차적으로 노광되어야 할 웨이퍼의 노광 조건에 대한 정보 등이 키보드 등의 입력 수단(20)을 통해 제어계(21)에 입력된다. 제어계(21)는 각종의 마스크나 각 웨이퍼에 대하여, 조명 영역(노광 영역)의 소망하는 크기, 최적의 조명 NA, 최적의 선폭(해상도), 소망하는 초점 심도(深度) 등의 정보를 내부의 메모리부에 기억하고 있어, 입력 수단(20)으로부터의 입력에 응답하여 제 1 구동계(22) 내지 제 4 구동계(25)에 적절한 제어 신호를 공급한다.First, information on various masks to be sequentially exposed in accordance with the step-and-repeat method or the step-and-scan method, information on lighting conditions of various masks or exposure conditions of wafers to be sequentially exposed, and the like is used as an input means such as a keyboard ( It is input to the control system 21 via 20). The control system 21 stores information on various masks and wafers such as a desired size of the illumination area (exposure area), an optimal illumination NA, an optimal line width (resolution), a desired depth of focus, and the like. It is stored in the memory unit, and an appropriate control signal is supplied to the first drive system 22 to the fourth drive system 25 in response to the input from the input means 20.

즉, 소망하는 크기의 조명 영역, 최적의 조명 NA, 최적의 해상도 및 소망하는 초점 심도를 기초로 통상 원형 조명을 행하는 경우, 제 1 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 원형 조명용 회절 광학 소자(3)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기를 갖는 조명 영역을 얻기 위해서, 제 4 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 조명 NA를 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에 형성되는 원형 형상의 2차 광원을, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 제한하기 위해서, 제 3 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 소망하는 원형 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다.That is, when the ordinary circular illumination is performed based on the illumination area of the desired size, the optimum illumination NA, the optimal resolution, and the desired depth of focus, the first drive system 22 is circular based on the instruction from the control system 21. The illumination diffraction optical element 3 is positioned in the illumination optical path. And in order to obtain the illumination area | region which has a desired magnitude | size on the mask 10, the 4th drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on the command from the control system 21. As shown in FIG. In addition, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on the command from the control system 21. In addition, in order to limit the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 to a state in which light loss is satisfactorily suppressed, the third drive system 24 commands from the control system 21. Based on this, a desired circular aperture stop is positioned in the illumination light path.

또한, 필요에 따라, 제 2 구동계(23)에 의해 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 변화시키거나, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기 및 조명 NA를 서로 독립적으로 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 줌 렌즈(4)의 초점 거리의 변화에 따른 원형 형상의 2차 광원의 크기의 변화에 따라서, 소망하는 원형 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다.If necessary, the mask may be changed by changing the focal length of the zoom lens 4 by the second drive system 23 or by changing the focal length of the zoom lens 7 by the fourth drive system 25. The size and illumination NA of the illumination region formed on (10) can be appropriately changed independently of each other. In this case, the desired circular aperture stop is selected and positioned in the illumination optical path in accordance with the change in the size of the circular secondary light source in accordance with the change in the focal length of the zoom lens 4.

이상과 같이, 입력 수단(20), 제어계(21), 제 2 구동계(23) 및 제 3 구동계(24)는 조명 NA와 조명 영역의 크기를 각각 소망하는 값으로 설정하기 위해서 제 1 변배 광학계 및 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리를 조정하기 위한 조정계를 구성하고 있다.As mentioned above, the input means 20, the control system 21, the 2nd drive system 23, and the 3rd drive system 24 consist of a 1st variable speed optical system, and in order to set illumination NA and the magnitude | size of an illumination area to a desired value, respectively. An adjusting system for adjusting each focal length of the second variable optical system is configured.

이렇게 해서, 거의 광량의 손실없이, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기와 조명 NA를 각각 소망하는 값으로 설정하여 최적의 원형 조명을 행할 수 있다.In this way, the optimal circular illumination can be performed by setting the size of the illumination region formed on the mask 10 and the illumination NA to desired values with almost no loss of light amount.

또한, 소망하는 크기의 조명 영역, 최적의 조명 NA, 최적의 해상도 및 소망하는 초점 심도를 기초로 고리 띠 변형 조명하는 경우, 제 1 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 고리 띠 변형 조명의 회절 광학 소자(3a)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기를 갖는 조명 영역을 얻기 위해서, 제 4 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 조명 NA를 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 설정한다. 흔히, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에 형성되는 고리 띠 형상의 2차 광원을, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 제한하기 위해서, 제 3 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 소망하는 고리 띠 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다.In addition, in the case of annular band-deformed illumination based on an illumination area of a desired size, an optimal illumination NA, an optimal resolution, and a desired depth of focus, the first drive system 22 is based on a command from the control system 21. The diffractive optical element 3a of the band-deformed illumination is positioned in the illumination optical path. And in order to obtain the illumination area | region which has a desired magnitude | size on the mask 10, the 4th drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on the command from the control system 21. As shown in FIG. In addition, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on the command from the control system 21. Often, in order to limit the annular band-shaped secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 to a state in which the amount of light loss is satisfactorily suppressed, the third drive system 24 is provided from the control system 21. Based on the instruction, the desired annular aperture stop is positioned in the illumination light path.

또한, 필요에 따라, 제 2 구동계(23)에 의해 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 변화시키거나, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기 및 조명 NA를 서로 독립적으로 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 줌 렌즈(4)의 초점 거리의 변화에 따른 고리 띠 형상의 2차 광원의 크기(즉, 고리 띠 형상의 2차 광원에 외접(外接)하는 원형의 크기)의 변화에 따라서, 소망하는 고리 띠 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다.If necessary, the mask may be changed by changing the focal length of the zoom lens 4 by the second drive system 23 or by changing the focal length of the zoom lens 7 by the fourth drive system 25. The size and illumination NA of the illumination region formed on (10) can be appropriately changed independently of each other. In this case, according to a change in the size of the annular stripe-shaped secondary light source (that is, the size of a circle circumscribed to the annular stripe-shaped secondary light source) according to the change in the focal length of the zoom lens 4, An annular aperture aperture is selected and positioned in the illumination light path.

이렇게 해서, 거의 광량의 손실없이, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기와 조명 NA를 각각 소망하는 값으로 설정하여 최적의 고리 띠 변형 조명을 행할 수 있다.In this way, an optimal annular band-deformed illumination can be performed by setting the size of the illumination region formed on the mask 10 and the illumination NA to desired values with almost no loss of light amount.

또한, 소망하는 크기의 조명 영역, 최적의 조명 NA, 최적의 해상도 및 소망하는 초점 심도를 기초로 4극 변형 조명을 행하는 경우, 제 1 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 고리 띠 변형 조명의 회절 광학 소자(3b)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기를 갖는 조명 영역을 얻기 위해서, 제 4 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 조명 NA를 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 마이크로 플라이 아이(5)의 후측 초점면에 형성되는 4극 형상의 2차 광원을, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 제한하기 위해서, 제 3 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여, 소망하는 4극 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다.In addition, when 4-pole deformation illumination is performed on the basis of an illumination area of a desired size, an optimum illumination NA, an optimal resolution, and a desired depth of focus, the first drive system 22 is based on a command from the control system 21. The diffractive optical element 3b of the annular band modified illumination is positioned in the illumination optical path. And in order to obtain the illumination area | region which has a desired magnitude | size on the mask 10, the 4th drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on the command from the control system 21. As shown in FIG. In addition, in order to obtain a desired illumination NA on the mask 10, the second drive system 23 sets the focal length of the zoom lens 4 based on the command from the control system 21. In addition, in order to limit the quadrupole-shaped secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 5 to a state in which light loss is satisfactorily suppressed, the third drive system 24 is controlled from the control system 21. Based on the instruction, the desired four-pole aperture stop is positioned in the illumination light path.

또한, 필요에 따라, 제 2 구동계(23)에 의해 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 변화시키거나, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기 및 조명 NA를 서로 독립적으로 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 줌 렌즈(4)의 초점 거리의 변화에 따른 4극 형상의 2차 광원의 크기(즉, 4극 형상의 2차 광원에 외접하는 원형의 크기)의 변화에 따라서, 소망하는 4극 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다.If necessary, the mask may be changed by changing the focal length of the zoom lens 4 by the second drive system 23 or by changing the focal length of the zoom lens 7 by the fourth drive system 25. The size and illumination NA of the illumination region formed on (10) can be appropriately changed independently of each other. In this case, the desired four-pole according to the change of the size of the quadrupole-shaped secondary light source (that is, the size of the circle circumscribed to the quadrupole-shaped secondary light source) according to the change of the focal length of the zoom lens 4 An aperture stop is selected and positioned in the illumination light path.

이렇게 해서, 거의 광량의 손실없이, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기와 조명 NA를 각각 소망하는 값으로 설정하여 최적의 4극 변형 조명을 행할 수 있다.In this way, the optimum four-pole deformation illumination can be performed by setting the size of the illumination region and illumination NA formed on the mask 10 to desired values, with almost no loss of light amount.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 제 1 변배 광학계로서의 줌 렌즈(4) 및 제 2 변배 광학계로서의 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 제어하는 것에 의해, 개구 조리개(6)나 조명 시야 조리개(8)에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA와 조명 영역의 크기를, 나아가서는 웨이퍼(12)상에 있어서의 노광 영역의 크기와 σ값을 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 즉, 본 실시예의 노광 장치에서는 제조해야 할 마이크로 디바이스의 특성에 따라서, 혹은 사용하는 마스크(10)의 특성에 따라서, 조명 영역(노광 영역)의 크기 및 σ값을 각각 최적의 값으로 설정하여, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로, 스루풋(throughput)이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the aperture stop 6 and the illumination field stop 8 are controlled by controlling the focal length of the zoom lens 4 as the first variable optical system and the zoom lens 7 as the second variable optical system. Is a desired value of the illumination NA and the illumination area on the mask 10, and the size and the sigma value of the exposure area on the wafer 12. Can be adjusted. That is, in the exposure apparatus of this embodiment, the size and sigma value of the illumination region (exposure region) are set to optimal values in accordance with the characteristics of the micro device to be manufactured or the characteristics of the mask 10 to be used. Based on high exposure illuminance and good exposure conditions, good projection exposure with high throughput can be performed.

또한, 상술한 실시예에서는, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 고리 띠 변형 조명이나 4극 변형 조명과 같은 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 따라서, 변형 조명의 종류를 적절히 변화시켜, 노광 투영해야 할 미세 패턴에 적합한 투영 광학계의 해상도 및 초점 심도를 얻을 수 있다. 그 결과, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다.Further, in the above-described embodiment, modified illumination such as annular band modified illumination and quadrupole modified illumination and ordinary circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing light loss in the aperture stop for limiting the secondary light source. Therefore, the kind of modified illumination can be changed suitably, and the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern which should be projected by exposure can be obtained. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed based on high exposure illuminance and good exposure conditions.

또한, 노광 조건 또는 조명 조건을 변경하기 위해서, 변경 수단 또는 광속 변환 수단(예컨대, 원형 광속 형성용 회절 광학 부재(3), 고리 띠 광속 형성용 회절 광학 부재(3a) 및 4극 광속 형성용 회절 광학 부재(3b) 중 하나를 조명 광로에 설정하는 기구등)에 의해서 조명 광학계의 동공 위치(광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원 위치 또는 그것과 광학적으로 공역인 위치) 또는 그 위치 근방에서의 광 강도 분포를 변경하면, 조명 개구 수 NA가 변화되는 경우가 있다. 그 노광 조건 또는 조명 조건의 변경에 따른 조명 개구 수의 변화를 조정 수단으로서의 제 1 변배 광학계(4)의 배율 또는 초점 거리의 조정(변경)에 의해서 보정할 수 있다.In addition, in order to change the exposure condition or the illumination condition, the changing means or the light beam converting means (for example, the diffractive optical member 3 for forming the circular light beam, the diffractive optical member 3a for forming the annular beam beam, and the diffraction for forming the 4-pole beam Light at the pupil position (secondary light source position formed by the optical integrator or position optically conjugate with it) of the illumination optical system by a mechanism for setting one of the optical members 3b to the illumination light path, or the vicinity thereof When the intensity distribution is changed, the illumination numerical aperture NA may change. The change in the number of illumination apertures according to the change of the exposure condition or the illumination condition can be corrected by adjusting (change) the magnification or the focal length of the first variable optical system 4 as the adjustment means.

그 경우, 제어계(21)는 입력 수단(20)을 거쳐서 내부의 메모리부에 기억된 각 마스크나 각 웨이퍼의 노광 조건 또는 조명 조건에 근거하여 적절한 제어 신호를 제 1 구동계(22), 제 2 구동계(23) 및 제 3 구동계(24)로 각각 출력한다. 즉, 제 1 구동계(22)에 의해서 적절한 회절 광학 소자(3, 3a, 3b)가 조명 광로내에 설정됨과 동시에, 제 3 구동계(24)에 의해서 적절한 형상 또는 적절한 크기의 개구를 갖는 개구 조리개가 조명 광로내에 설정됨과 동시에, 조명 개구 수의 변화를 보정하기 위해서, 제 2 구동계(23)에 의해서 제 1 변배 광학계가 적절한 배율 또는 적절한 초점 거리로 조정(변경)된다.In that case, the control system 21 sends an appropriate control signal to the first drive system 22 and the second drive system based on the exposure conditions or illumination conditions of each mask or wafer stored in the internal memory unit via the input means 20. Output to 23 and the 3rd drive system 24, respectively. That is, the first diffraction optical elements 3, 3a, and 3b are set in the illumination optical path by the first drive system 22, and the aperture diaphragm having an opening having an appropriate shape or an appropriate size is illuminated by the third drive system 24. In order to correct the change in the number of illumination apertures while being set in the optical path, the first drive optical system is adjusted (changed) to an appropriate magnification or an appropriate focal length by the second drive system 23.

이에 따라, 소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건을 기초로 양호한 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광할 수 있어 얻어지는 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법을 실현할 수 있다.Thereby, the favorable mask pattern can be exposed to photosensitive board | substrates, such as a wafer, based on a desired exposure condition or a desired illumination condition, and the manufacturing method of the exposure apparatus and microdevice obtained can be realized.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.

실시예 2는 실시예 1과 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1에서는 다광원 형성 수단으로서 하나의 마이크로 플라이 아이(5)로 이루어지는 초점 거리가 불변의 광 적분기를 이용하고, 또한 콘덴서 광학계로서 초점 거리가 가변인 줌 렌즈(7)를 이용하고 있지만, 실시예 2에서는 다광원 형성 수단으로서 3개의 마이크로 플라이 아이(51∼53)로 이루어지는 초점 거리가 가변인 마이크로 플라이 아이군(50)을 이용하고, 또한 콘덴서 광학계로서 초점 거리가 불변인 콘덴서 렌즈(70)를 이용하고 있는 점만이 기본적으로 상위(相違)하고 있다.Example 2 has a structure similar to Example 1. However, in Example 1, as the multi-light source forming means, a focal length composed of one micro fly's eye 5 uses an invariant optical integrator, and a condenser optical system uses a zoom lens 7 having a variable focal length. In Example 2, a condenser lens having a variable focal length consisting of three micro fly's eyes 51 to 53 having a variable focal length as a multi-light source forming means and a condenser optical system having a constant focal length ( Only the point using 70) is basically different.

따라서, 도 6에 있어서, 실시예 1의 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 요소에는 도 1과 동일한 참조 부호를 부여하고 있다. 이하, 실시예 1과의 상위점에 착안하여 실시예 2를 설명한다.Therefore, in Fig. 6, the same reference numerals as those in Fig. 1 are assigned to elements having the same functions as those in the first embodiment. The second embodiment will be described below focusing on differences from the first embodiment.

또, 도 6에 있어서도 조명 광학 장치가 통상의 원형 조명을 행하도록 설정되어 있지만, 실시예 1과 마찬가지로 회절 광학 소자를 전환하는 것에 의해 고리 띠 변형 조명이나 4극 변형 조명이 가능하고, 이 점에 대해 중복하는 설명을 생략한다.In addition, although the illumination optical apparatus is set so that ordinary circular illumination may be performed also in FIG. 6, ring-band deformed illumination and 4-pole deformed illumination are possible by switching a diffraction optical element similarly to Example 1, In this point, Overlapping descriptions are omitted.

실시예 2에서는 광원측으로부터 순서대로, 정굴절력(正屈折力)의 미세 렌즈로 이루어지는 제 1 마이크로 플라이 아이(51)와, 부굴절력(負屈折力)의 미소 렌즈로 이루어지는 제 2 마이크로 플라이 아이(52)와, 정굴절력의 미소 렌즈로 이루어지는 제 3 마이크로 플라이 아이(53)로 구성된 마이크로 플라이 아이군(50)이 마련되어 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(51∼53)를 구성하는 각 미세 렌즈는 모두 직사각형 형상의 단면을 갖고, 그 사이즈는 동일하다.In Embodiment 2, the first micro fly's eye 51 made of the fine lens of positive refractive power and the second micro fly's eye made of the micro lens of negative refractive power in order from the light source side. 52 and a micro fly's eye group 50 composed of a third micro fly's eye 53 made of a microlens with a refractive power. Here, each of the micro lenses constituting the micro fly eyes 51 to 53 has a rectangular cross section, and the size is the same.

또한, 제 1 마이크로 플라이 아이(51) 및 제 2 마이크로 플라이 아이(52)는 광축 AX에 따라 서로 독립적으로 이동 가능하고, 제 3 마이크로 플라이 아이(53)는 광축 AX에 따라 고정되어 있다. 그리고, 마이크로 플라이 아이군(50)의 후측 초점면이 이동하지 않도록 제 1 마이크로 플라이 아이(51) 및 제 2 마이크로 플라이 아이(52)를 광축 AX에 따라 서로 독립적으로 이동시킴으로써, 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리가 최대 초점 거리 f501로부터 최소 초점 거리 f502까지 연속적으로 변화되도록 구성되어 있다. 또, 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리의 변화는, 실시예 1과 마찬가지로 제어계로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계에 의해 행해진다.The first micro fly's eye 51 and the second micro fly's eye 52 are movable independently of each other along the optical axis AX, and the third micro fly's eye 53 is fixed along the optical axis AX. Then, by moving the first micro fly eye 51 and the second micro fly eye 52 independently of each other along the optical axis AX so that the rear focal plane of the micro fly eye group 50 does not move, the micro fly eye group ( 50) is configured to continuously change from the maximum focal length f501 to the minimum focal length f502. In addition, the change of the focal length of the micro fly eye group 50 is performed by the drive system which operates based on the command from a control system similarly to Example 1. As shown in FIG.

도 7은 줌 렌즈(4) 및 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리와, 마스크(10)와 공역인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA와의 관계를 설명하는 도면이다.FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the focal length of the zoom lens 4 and the micro fly eye group 50, the size of the rectangular illumination region formed on a predetermined surface in conjugate with the mask 10, and the illumination NA.

도 7의 (a)에 있어서, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최대 초점 거리 f11로 설정된 줌 렌즈(4)를 거쳐서 광축 AX와 평행하게 되어, 마이크로 플라이 아이군(50)에 입사한다. 마이크로 플라이 아이군(50)은 최대 초점 거리 f501로 설정되어 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이군(50)을 구성하는 각 마이크로 플라이 아이(51∼53)에 있어서, 도 7의 도면에 따른 가 미소 렌즈의 사이즈는 d이다.In FIG. 7A, the light beam 30 emitted at the maximum exit angle θ1 from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX passes through the zoom lens 4 set to the maximum focal length f11. It becomes parallel to AX and injects into the micro fly eye group 50. The micro fly eye group 50 is set to the maximum focal length f501. Here, in each of the micro fly's eyes 51 to 53 constituting the micro fly's eye group 50, the size of the temporary microlens according to the drawing of FIG. 7 is d.

마이크로 플라이 아이군(50)으로부터 광축 AX와 평행하게 사출된 가장 외측의 광선(31)은 초점 거리 f70을 갖는 콘덴서 렌즈(70)를 거친 후, 입사 각도 θ21로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 하여, 소정면(32)에는 미소 렌즈의 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 그리고, 도 7의 도면에 따른 조명 영역(33)의 사이즈는 φ3으로 된다.The outermost light ray 31 emitted in parallel with the optical axis AX from the micro fly eye group 50 passes through the condenser lens 70 having the focal length f70, and then a predetermined surface which is conjugate with the mask 10 at an incident angle θ21 ( 32) and the intersection of the optical axis AX. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the shape of the microlens. Incidentally, the size of the illumination region 33 shown in FIG. 7 is φ3.

여기서, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 최대 초점 거리 f11로부터 최소 초점 거리 f12까지 변화시킴과 동시에, 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리를 최대 초점 거리 f501로부터 최소 초점 거리 f502까지 변화시킨다. 이 경우, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX와의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최소 초점 거리 f12로 설정된 줌 렌즈(4)를 거쳐 광축 AX와 평행하게 되어, 최소 초점 거리 f502로 설정된 마이크로 플라이 아이군(50)에 입사한다.Here, as shown in FIG. 7B, the focal length of the zoom lens 4 is changed from the maximum focal length f11 to the minimum focal length f12, and the focal length of the micro fly eye group 50 is maximized. Change from distance f501 to minimum focal length f502. In this case, the light beam 30 emitted at the maximum exit angle θ1 from the intersection of the diffraction surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX is parallel to the optical axis AX via the zoom lens 4 set to the minimum focal length f12, It enters the micro fly eye group 50 set to the minimum focal length f502.

마이크로 플라이 아이군(50)으로부터 광축 AX와 평행하게 사출된 가장 외측의 광선(30)은 초점 거리 f70을 갖는 콘덴서 렌즈(70)를 거친 후, 입사 각도 θ22로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 하여, 소정면(32)에는 미소 렌즈의 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 여기서, 도 7의 도면에 따라 조명 영역(33)의 사이즈는 φ4로 된다.The outermost ray 30 emitted from the micro fly eye group 50 in parallel with the optical axis AX passes through the condenser lens 70 having the focal length f70, and then a predetermined plane conjugated with the mask 10 at an incident angle θ22. 32) and the intersection of the optical axis AX. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the shape of the microlens. Here, according to the drawing of FIG. 7, the size of the illumination region 33 is φ4.

도 7의 (a)에 있어서, 다음 수학식 5 및 수학식 6에 나타낸 관계가 성립한다.In Fig. 7A, the relationship shown in the following expressions (5) and (6) is established.

또한, 도 7의 (b)에는 다음 수학식 7 및 수학식 8에 나타낸 관계가 성립한다.In Fig. 7B, the relationship shown in the following expressions (7) and (8) is established.

상술한 수학식 6 및 수학식 8을 참조하면, 조명 영역(33)의 사이즈 φ가 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리 f50에 반비례하는 것을 알 수 있다. 즉, 도 7의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 φ3이 최소 사이즈이며, 도 7의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 φ4가 최대 사이즈인 것을 알 수 있다.Referring to Equations 6 and 8 described above, it can be seen that the size? Of the illumination region 33 is inversely proportional to the focal length f50 of the micro fly eye group 50. That is, it can be seen that the size φ 3 of the illumination region 33 in FIG. 7A is the minimum size, and the size φ 4 of the illumination region 33 in FIG. 7B is the maximum size.

또한, 상술한 수학식 5 및 수학식 7을 참조하면, θ1의 값 및 f70의 값이 불변이기 때문에, 소정면(32)으로의 입사 각도 θ2의 정현값 sinθ2가 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1에 의존하는 것을 알 수 있다. 환언하면, 도 7의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 f11에 비례하여 최대이고, 도 7의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 f12에 비례하여 최소인 것을 알 수 있다.In addition, referring to Equations 5 and 7 described above, since the value of θ1 and the value of f70 are invariant, the sinusoidal value sinθ2 of the incident angle θ2 on the predetermined surface 32 is the focal length f1 of the zoom lens 4. You can see that it depends on. In other words, the illumination NA of the illumination region 33 in FIG. 7A is the maximum in proportion to f11, and the illumination NA of the illumination region 33 in FIG. 7B is proportional to f12. It can be seen that the minimum.

이상과 같이, 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리 f50을 변화시키면, 소정면(32)에 형성되는 조명 영역, 나아가서는 마스크(10)의 패턴면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화된다. 더 상세하게는, 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리 f50을 크게 하면, 마스크(10)상의 조명 NA가 변화하는 일없이, 마스크(10)상의 조명 영역의 크기만 작게 된다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이군(50)은 다광원 형성 수단을 구성함과 동시에, 피조사면인 마스크(10)(나아가서는 웨이퍼(12))상에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계의 일부를 구성하고 있다.As described above, when the focal length f50 of the micro fly eye group 50 is changed, the size of the illumination region formed on the predetermined surface 32, and furthermore, the size of the illumination region formed on the pattern surface of the mask 10 is changed. More specifically, when the focal length f50 of the micro fly eye group 50 is increased, only the size of the illumination region on the mask 10 is reduced without changing the illumination NA on the mask 10. As described above, the micro fly eye group 50 constitutes a multi-light source forming means, and at the same time, a second for changing the size of the illumination area formed on the mask 10 (the wafer 12, which is the irradiated surface). It constitutes a part of the variable speed optical system.

한편, 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1을 변화시키면, 마이크로 플라이 아이군(50)의 입사면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화되어, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA가 변화된다. 더 상세하게는, 줌 렌즈(4)의 초점 거리 f1을 작게 하면, 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화되는 일없이, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만 작게 된다. 이와 같이, 줌 렌즈(4)는 피조사면인 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만을 변화시키기 위한 제 1 변배 광학계를 구성하고 있다.On the other hand, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is changed, the size of the illumination region formed on the incident surface of the micro fly eye group 50 is changed, and the illumination NA on the mask 10 is changed. More specifically, when the focal length f1 of the zoom lens 4 is made small, only the illumination NA on the mask 10 is reduced without changing the size of the illumination region formed on the mask 10. In this way, the zoom lens 4 constitutes a first variable optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 which is the irradiated surface.

따라서, 실시예 2에서는 마이크로 플라이 아이군(50)의 초점 거리를 소정의 값으로 설정함으로써, 마스크 블라인드(8)에서 실질적으로 광의 손실없이, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 영역을 얻을 수 있다. 또한, 줌 렌즈(4)의 초점 거리를 소정의 값으로 설정함으로써, 개구 조리개(6)에서 실질적으로 광의 손실없이, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 NA를 얻을 수 있다.Therefore, in Embodiment 2, by setting the focal length of the micro fly eye group 50 to a predetermined value, the mask blind 8 is provided with an illumination area of a desired size on the mask 10 without substantially losing light. You can get it. Further, by setting the focal length of the zoom lens 4 to a predetermined value, the illumination NA of the desired size can be obtained on the mask 10 without substantially losing light in the aperture stop 6.

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.8 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 3 of the present invention.

실시예 3은 실시예 1과 유사의 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1에서는 다광원 형성 수단으로서 파면(罷免) 분할형의 광 적분기인 마이크로 플라이 아이(5)를 이용하고 있지만, 실시예 3에서는 내면(內面) 반사형의 광 적분기인 로트형 적분기(500)를 이용하고 있는 것만 기본적으로 상위하고 있다.The third embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in Example 1, the micro fly's eye 5, which is a wavefront split type optical integrator, is used as a means for forming a multi-light source, whereas in Example 3, a lot integrator which is an optical integrator of inner surface reflection type is used. Only using 500 is basically different.

따라서, 도 8에 있어서, 실시예 1의 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 요소에는 도 1과 동일한 참조 부호를 부여하고 있다. 이하, 실시예 1과의 상위점에 착안하여 실시예 3을 설명한다. 또, 도 8에 있어서도 조명 광학 장치가 통상의 원형 조명을 행하도록 설정되어 있지만, 실시예 1과 마찬가지로 회절 광학 소자를 전환하는 것에 의해 고리 띠 변형 조명이나 4극 변형 조명이 가능하고, 이 점에 대해 중복하는 설명을 생략한다.Therefore, in Fig. 8, the same reference numerals as those in Fig. 1 are assigned to elements having the same functions as those in the first embodiment. The third embodiment will be described below focusing on differences from the first embodiment. In addition, also in FIG. 8, although the illumination optical apparatus is set to perform normal circular illumination, similarly to Example 1, by switching a diffractive optical element, annular band distortion illumination and quadrupole distortion illumination are possible, Overlapping descriptions are omitted.

실시예 3에서는 마이크로 플라이 아이(5)를 대신하여 로트형 적분기(500)를 이용하는 것에 대응하여, 회절 광학 소자(3)와 로트형 적분기(500) 사이의 광로중에 제 1 결상 광학계(제 1 변배 광학계)로서의 줌 렌즈(41)를 부설함과 동시에, 줌 렌즈(7) 및 릴레이 광학계(9)를 대신하여 제 2 결상 광학계(제 2 변배 광학계)로서의 줌 렌즈(71)를 설치하고 있다. 또한, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(8)는 로트형 적분기(500)의 사출면 근방에 배치되어 있다.In Embodiment 3, the first imaging optical system (first variation) in the optical path between the diffractive optical element 3 and the lot integrator 500 corresponds to using the lot integrator 500 in place of the micro fly's eye 5. A zoom lens 41 as an optical system is provided, and a zoom lens 71 as a second imaging optical system (second variable speed optical system) is provided in place of the zoom lens 7 and the relay optical system 9. In addition, the mask blind 8 as an illumination visual aperture is arrange | positioned in the vicinity of the exit surface of the lot integrator 500. As shown in FIG.

여기서, 줌 렌즈(41)는 광학적으로 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 로트형 적분기(500)의 입사면을 공역으로 유지하면서 그 결상 배율 m1을 연속적으로 변화시키도록 구성되어 있다. 또한, 줌 렌즈(71)는 광학적으로 로트형 적분기(500)의 사출면과 마스크(10)의 패턴면을 공역으로 유지하면서 그 결상 배율 m2를 연속적으로 변화시키도록 구성되어 있다. 또, 줌 렌즈(41) 및 줌 렌즈(71)의 배율의 변화는 실시예 1과 마찬가지로 제어계로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계에 의해 각각 행해진다.Here, the zoom lens 41 is configured to continuously change the imaging magnification m1 while optically maintaining the diffractive plane of the diffractive optical element 3 and the incident plane of the lot integrator 500 in airspace. In addition, the zoom lens 71 is configured to continuously change the imaging magnification m2 while keeping the exit surface of the lot-type integrator 500 and the pattern surface of the mask 10 in air space. In addition, the change of the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71 is performed by the drive system which operates based on the command from a control system similarly to Example 1, respectively.

로트형 적분기(500)는 석영 유리나 형석(螢石)과 같은 유리 재료로 이루어지는 내면 반사형의 유리 로트이며, 내부와 외부와의 경계면, 즉, 내면에서의 전반사를 이용하여 집광점(集光点)을 통해 로트 입사면에 평행한 면을 따라 내면 반사수에 따른 수의 광원상(光源像)을 형성한다. 여기서, 형성되는 광원상의 대부분은 허상이지만, 중심(집광점)의 광원상만이 실상으로 된다. 즉, 로트형 적분기(500)에 입사한 광속은 내면 반사에 의해 각도 방향으로 분할되어, 집광점을 통해 그 입사면에 평행한 면을 따라 다수의 광원상으로 이루어지는 2차 광원이 형성된다.The lot integrator 500 is an inner reflection glass lot made of a glass material such as quartz glass or fluorite, and uses a total reflection at the interface between the inside and the outside, that is, the inner surface. ) Forms a number of light source images according to the number of inner surface reflections along a plane parallel to the lot incidence plane. Here, most of the light source image formed is a virtual image, but only the light source image of a center (condensing point) becomes a real image. That is, the luminous flux incident on the lot integrator 500 is divided in the angular direction by the inner surface reflection, so that a secondary light source is formed of a plurality of light sources along the plane parallel to the incidence plane through the condensing point.

로트형 적분기(500)에 의해 그 입사측에 형성된 2차 광원으로부터의 광속은, 그 사출면에 있어서 중첩된 후, 줌 렌즈(71)를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 마스크(10)를 균일 조명한다. 상술한 바와 같이, 줌 렌즈(71)는 로트형 적분기(500)의 사출면과 마스크(10)(나아가서는 웨이퍼(12))를 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 따라서, 마스크(10)상에는 로트형 적분기(500)의 단면 형상과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역이 형성된다.The luminous flux from the secondary light source formed on the incident side by the lot integrator 500 superimposes on the exit surface, and then uniformly illuminates the mask 10 in which the predetermined pattern is formed via the zoom lens 71. . As described above, the zoom lens 71 optically connects the exit surface of the lot integrator 500 and the mask 10 (the wafer 12 to be advanced) almost optically. Thus, a rectangular illumination region similar to the cross-sectional shape of the lot integrator 500 is formed on the mask 10.

도 9는 줌 렌즈(41) 및 줌 렌즈(71)의 배율과, 마스크(10)와 공역인 소정면에 형성되는 직사각형 형상의 조명 영역의 크기 및 조명 NA와의 관계를 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the magnification of the zoom lens 41 and the zoom lens 71, the size of the rectangular illumination region formed on a predetermined surface which is conjugate with the mask 10, and the illumination NA.

도 9의 (a)에 있어서, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX와의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최대 배율 m11로 설정된 줌 렌즈(41)를 거친 후, 광축 AX와 로트형 적분기(500)의 입사면과의 교점에 입사 각도 θ11로 입사한다. 여기서, 도 9의 도면에 따른 로트형 적분기(500)의 사출면의 사이즈는 d5이다.In FIG. 9A, the light beam 30 emitted at the maximum emission angle θ1 from the intersection of the diffractive surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX passes through the zoom lens 41 set to the maximum magnification m11, An incident angle θ11 is incident on the intersection point of the optical axis AX and the incident surface of the lot integrator 500. Here, the size of the exit surface of the lot integrator 500 according to the drawing of FIG. 9 is d5.

광축 AX와 로트형 적분기(500)의 사출면과의 교점으로부터 사출 각도 θ11로 사출된 광선(31)은 최대 배율 m21로 설정된 줌 렌즈(71)를 거친 후, 입사 각도 θ21로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 하여, 소정면(32)에는 로트형 적분기(500)의 사출면과 흡사한(또한 엄밀하게는 마스크 블라인드(8)의 개구부의 형상과 흡사한) 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 그리고, 도 9의 도면에 따른 조명 영역(33)의 사이즈는 φ5로 된다.The light beam 31 emitted at the injection angle θ11 from the intersection of the optical axis AX and the exit surface of the lot integrator 500 passes through the zoom lens 71 set at the maximum magnification m21, and then enters the mask 10 at the incident angle θ21. The intersection of the predetermined plane 32, which is airspace, and the optical axis AX is reached. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the exit surface of the lot integrator 500 (and strictly similar to the shape of the opening of the mask blind 8). The size of the illumination region 33 according to the drawing of FIG. 9 is φ5.

여기서, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 줌 렌즈(41)의 배율을 최대 배율 m11로부터 최소 배율 m12까지 변화시킴과 동시에, 줌 렌즈(71)의 배율을 최대 배율 m21로부터 최소 배율 m22까지 변화시킨다. 이 경우, 회절 광학 소자(3)의 회절 면과 광축 AX와의 교점으로부터 최대 사출 각도 θ1로 사출된 광선(30)은 최소 배율 m12로 설정된 줌 렌즈(41)를 거친 후, 광축 AX와 로트형 적분기(500)의 입사면과의 교점에 입사 각도 θ12로 입사한다.Here, as shown in Fig. 9B, the magnification of the zoom lens 41 is changed from the maximum magnification m11 to the minimum magnification m12, and the magnification of the zoom lens 71 is changed from the maximum magnification m21 to the minimum magnification m22. Change. In this case, the light beam 30 emitted at the maximum exit angle θ1 from the intersection of the diffractive surface of the diffractive optical element 3 and the optical axis AX passes through the zoom lens 41 set to the minimum magnification m12, and then the optical axis AX and the lot integrator. An incident angle θ12 is incident on the intersection with the incident surface of 500.

광축 AX와 로트형 적분기(500)의 사출면과의 교점으로부터 사출 각도 θ12로 사출된 광선(31)은 최소 배율 m22로 설정된 줌 렌즈(71)를 거친 후, 입사 각도 θ22로 마스크(10)와 공역인 소정면(32)과 광축 AX와의 교점에 도달한다. 이렇게 하여, 소정면(32)에는 로트형 적분기(500)의 사출면과 흡사한 직사각형 형상의 조명 영역(33)이 형성된다. 여기서, 도 9의 도면에 따른 조명 영역(33)의 사이즈는 φ6으로 된다.The light rays 31 emitted at the injection angle θ12 from the intersection of the optical axis AX and the exit surface of the lot integrator 500 pass through the zoom lens 71 set to the minimum magnification m22, and then enter the mask 10 at the incident angle θ22. The intersection of the predetermined plane 32, which is airspace, and the optical axis AX is reached. In this way, the predetermined surface 32 is formed with a rectangular illumination region 33 similar to the exit surface of the lot integrator 500. Here, the size of the illumination region 33 according to the drawing of FIG. 9 is φ6.

도 9의 (a)에 있어서, 다음 수학식 9 및 수학식 10에 나타낸 관계가 성립한다.In Fig. 9A, the relationship shown in the following expressions (9) and (10) is established.

또한, 도 9의 (b)에 있어서, 다음 수학식 11 및 수학식 12에 나타낸 관계가 성립한다.In Fig. 9B, the relationship shown in the following expressions (11) and (12) holds.

상술한 수학식 10 및 수학식 12를 참조하면, 조명 영역(33)의 사이즈 φ가 줌 렌즈(71)의 배율 m2에 비례하는 것을 알 수 있다. 즉, 도 9의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 φ5가 최대 사이즈이며, 도 9의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 사이즈 φ6이 최소 사이즈인 것을 알 수 있다.Referring to Equations 10 and 12 described above, it can be seen that the size? Of the illumination region 33 is proportional to the magnification m2 of the zoom lens 71. That is, it can be seen that the size φ5 of the illumination region 33 in FIG. 9A is the maximum size, and the size φ6 of the illumination region 33 in FIG. 9B is the minimum size.

또한, 상술한 수학식 9 및 수학식 11을 참조하면, θ1의 값이 불변이기 때문에, 소정면(32)으로의 입사 각도 θ2가 줌 렌즈(4)의 배율 m1과 줌 렌즈(71)의 배율 m2의 비, 즉 m1/m2에 의존하는 것을 알 수 있다. 환언하면, 도 9의 (a)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 m11/m21에 의존하고, 도 9의 (b)에 있어서의 조명 영역(33)의 조명 NA는 m21/m22에 의존하는 것을 알 수 있다.In addition, referring to Equations 9 and 11 described above, since the value of θ1 is invariant, the incident angle θ2 on the predetermined surface 32 is determined by the magnification m1 of the zoom lens 4 and the magnification m2 of the zoom lens 71. It can be seen that it depends on the ratio of m1 / m2. In other words, the illumination NA of the illumination area 33 in FIG. 9 (a) depends on m11 / m21, and the illumination NA of the illumination area 33 in FIG. 9 (b) is set to m21 / m22. You can see that it depends.

이상과 같이, 줌 렌즈(71)의 배율 m2를 변화시키면, 마스크(10)의 패턴면에 형성되는 조명 영역의 크기 및 조명 NA가 변화된다. 더 상세하게는, 줌 렌즈(71)의 배율 m2를 크게 하면, 마스크(10)상의 조명 영역이 커지게 되어, 조명 NA가 작아진다. 이와 같이, 줌 렌즈(71)는 피조사면인 마스크(10)상에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계를 구성하고 있다.As described above, when the magnification m2 of the zoom lens 71 is changed, the size and illumination NA of the illumination region formed on the pattern surface of the mask 10 are changed. More specifically, when the magnification m2 of the zoom lens 71 is increased, the illumination area on the mask 10 becomes large, and the illumination NA becomes small. In this way, the zoom lens 71 constitutes a second variable displacement optical system for changing the size of the illumination region formed on the mask 10 as the irradiated surface.

한편, 줌 렌즈(41)의 배율 m1을 변화시키면, 마이크로 플라이 아이(5)의 입사면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화되어, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA가 변화된다. 더 상세하게는, 줌 렌즈(41)의 배율 m1을 크게 하면, 마스크(10)의 패턴면에 형성되는 조명 영역의 크기가 변화하는 일없이, 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만이 커진다. 이와 같이, 줌 렌즈(41)는 피조사면인 마스크(10)상에 있어서의 조명 NA만을 변화시키기 위한 제 1 변배 광학계를 구성하고 있다.On the other hand, when the magnification m1 of the zoom lens 41 is changed, the size of the illumination region formed on the incident surface of the micro fly's eye 5 is changed, and the illumination NA on the mask 10 is changed. More specifically, when the magnification m1 of the zoom lens 41 is increased, only the illumination NA on the mask 10 is increased without changing the size of the illumination region formed on the pattern surface of the mask 10. In this way, the zoom lens 41 constitutes a first variable-speed optical system for changing only the illumination NA on the mask 10 as the irradiated surface.

따라서, 본 실시예에서는 줌 렌즈(71)의 배율을 소정의 값으로 설정하는 것에 의해, 마스크 블라인드(8)에서 실질적으로 광의 손실없이, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 영역을 얻을 수 있다. 또한, 소정의 값으로 설정된 줌 렌즈(7)의 배율에 대해 줌 렌즈(41)의 배율을 소정의 값으로 설정하는 것에 의해, 마스크(10)상에 있어서 소망하는 크기의 조명 NA를 얻을 수 있다.Therefore, in this embodiment, by setting the magnification of the zoom lens 71 to a predetermined value, the mask blind 8 obtains an illumination area of a desired size on the mask 10 without substantially losing light. Can be. Further, by setting the magnification of the zoom lens 41 to a predetermined value with respect to the magnification of the zoom lens 7 set to a predetermined value, the illumination NA of a desired size can be obtained on the mask 10. .

또, 도 8에 나타내는 실시예 3에 있어서도, 도 1에 나타내는 실시예 1과 마찬가지로, 노광 조건 또는 조명 조건을 변경하기 위해서, 변경 수단 또는 광속 변환 수단(예컨대, 원형 광속 형성용 회절 광학 부재(3), 고리 띠 광속 형성용 회절 광학 부재(3a) 및 4극 광속 형성용 회절 광학 부재(3b) 중 하나를 조명 광로에 설정하는 기구등)에 의해서 조명 광학계의 동공 위치(광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원 위치 또는 그것과 광학적으로 공역인 위치) 또는 그 위치 근방에서의 광 강도 분포를 변경하면, 조명 개구 수 NA가 변화되는 경우가 있다. 그 노광 조건 또는 조명 조건의 변경에 따른 조명 개구 수의 변화를, 조정 수단으로서의 제 1 변배 광학계(41)의 배율 또는 초점 거리의 조정(변경)에 의해서 보정할 수 있다.Moreover, also in Example 3 shown in FIG. 8, in order to change exposure conditions or illumination conditions similarly to Example 1 shown in FIG. 1, a change means or a light beam conversion means (for example, the diffraction optical member 3 for circular beam formation) ), The pupil position of the illumination optical system (by an optical integrator) is formed by a mechanism for setting one of the diffraction optical member 3a for ring-shaped beam forming and the diffraction optical member 3b for forming 4-pole beam in the illumination optical path. When changing the secondary light source position or the position optically conjugate with it) or the light intensity distribution in the vicinity of the position, the illumination numerical aperture NA may change. The change of the number of illumination numerical apertures according to the change of the exposure condition or the illumination condition can be corrected by the adjustment (change) of the magnification or the focal length of the first variable optical system 41 as the adjustment means.

이상과 같이, 도 1 및 도 8에 나타내는 실시예에 있어서, 제 2 변배 광학계(7, 71)에 의한 조명 시야의 변경에 따른 조명 개구 수의 값의 변화를, 제 1 변배 광학계(4, 41)의 배율 또는 초점 거리의 조정(변경)에 의해서 보정하여, 조명 개구 수의 값을 거의 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 이러한 특정한 조건하에서도 고조명 효율을 기초로 투영 노광을 행하는 것도 할 수 있다.As mentioned above, in the Example shown to FIG. 1 and FIG. 8, the change of the value of the illumination numerical aperture according to the change of the illumination visual field by the 2nd variable optical system 7 and 71 is made into the 1st variable optical system 4, 41. FIG. By adjusting (change) of the magnification or the focal length, the value of the illumination numerical aperture can be kept substantially constant. Therefore, projection exposure can also be performed based on high lighting efficiency even under such specific conditions.

그러나, 변경 수단 또는 광속 변환 수단(예컨대, 원형 광속 형성용 회절 광학 부재(3), 고리 띠 광속 형성용 회절 광학 부재(3a) 및 4극 광속 형성용 회절 광학 부재(3b) 중 하나를 조명 광로에 설정하는 기구등)에 의해서 마스크 위 또는 웨이퍼 위에서의 조도 분포가 변화되어, 조도가 불균일하게 되는 일이 있다. 그 경우, 제 2 콘덴서 광학계(변배 광학계(7, 70)) 또는 릴레이 광학계(결상 광학계(9))의 일부의 광학 소자(렌즈등)를 이동시키는 수법, 혹은 광 적분기(5, 50, 500)와 마스크(10)의 사이의 광로중에 조도 분포 조정용 소정의 각도 특성을 갖는 복수의 필터를 교환 가능하게 마련하는 수법에 의해서, 마스크 위 또는 웨이퍼 위에서의 조도 분포를 균일하게 행하는 것을 할 수 있다. 그러나, 이 조도 보정에 따라 조명 개구 수가 변화되는 경우가 있기 때문에, 상기의 조도 보정 수단에 의한 조도 분포의 보정에 따른 조명 개구 수의 변화를, 제 1 변배 광학계(제 1 콘덴서 광학계(4), 제 1 결상 광학계(41))의 배율 또는 초점 거리의 조정(변경)에 의해서 보정할 수 있다.However, one of the changing means or the luminous flux converting means (e.g., the diffractive optical member 3 for forming a circular beam, the diffractive optical member 3a for forming a band-shaped beam, and the diffractive optical member 3b for forming a four-pole beam is provided with an illumination light path. Illuminance distribution on the mask or on the wafer may be changed by a mechanism to be set to the surface of the mask), resulting in uneven illuminance. In that case, a method of moving a part of optical elements (lens, etc.) of the second condenser optical system (variation optical systems 7 and 70) or the relay optical system (imaging optical system 9), or the optical integrator 5, 50, 500 The illuminance distribution on the mask or on the wafer can be uniformly performed by a method in which a plurality of filters having predetermined angular characteristics for illuminance distribution adjustment are exchangeable in the optical path between the mask 10 and the mask 10. However, since the illumination numerical aperture may change with this illuminance correction, the change of the illumination numerical aperture according to the correction of the illuminance distribution by said illuminance correction means is made into the 1st variable optical system (1st condenser optical system 4, It can correct | amend by adjustment (change) of the magnification or focal length of the 1st imaging optical system 41. FIG.

이상의 각 실시예로 나타낸 광속 변환 수단(변경 수단)은, 노광용 광속에 근거하여, 서로 다른 광 강도 분포를 갖는 복수의 광속 중 하나의 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 선택적으로 변환하는 기능, 환언하면, 노광용 광속을 소정의 제 1 광 강도 분포를 갖는 광속과 그 제 1 광 강도 분포와는 다른 소정의 제 2 광 강도 분포를 갖는 광속 중 어느 하나를 갖는 광속으로 변환하는 기능을 구비하고 있기 때문에, 조명 광학계의 동공 위치(광 적분기에 의해 형성되는 2차 광원 위치 또는 그것과 광학적으로 공역인 위치) 또는 그 위치 근방에서의 광 강도 분포를 소망하는 광 강도 분포로 변경할 수 있다. 이와 같이, 조명 광학계의 동공 위치 또는 그 위치 근방에서의 광 강도 분포의 변경을 행하는 광속 변환 수단(변경 수단)은 소망하는 발산 광속을 형성하는 회절 광학 소자(3, 3a, 3b)를 전환하는 구성에 한하지 않고, 고리 띠 형상의 광속을 형성할 수 있는 볼록한 원추 형상 굴절면 프리즘(또는, 오목한 원추 형상 굴절면을 갖는 프리즘)과, 4극 형상의 광속을 형성할 수 있는 볼록한 4각뿔 형상 굴절면 프리즘(또는, 오목한 4각뿔 형상 굴절면을 갖는 프리즘)을 교환할 수 있는 구성으로도 무방하다.The luminous flux converting means (change means) shown in each of the above embodiments selectively converts into a luminous flux having a desired luminous intensity distribution among one of a plurality of luminous fluxes having different luminous intensity distributions based on the luminous flux for exposure. The lower surface has a function of converting the exposure luminous flux into a luminous flux having any one of a luminous flux having a predetermined first luminous intensity distribution and a luminous flux having a predetermined second luminous intensity distribution different from the first luminous intensity distribution. The light intensity distribution in the pupil position of the illumination optical system (the position of the secondary light source formed by the optical integrator or the position optically conjugate with it) or the vicinity thereof can be changed to the desired light intensity distribution. In this way, the luminous flux converting means (modifying means) for changing the light intensity distribution at or near the pupil position of the illumination optical system is configured to switch the diffractive optical elements 3, 3a and 3b forming the desired divergent luminous flux. Not only the convex conical refracting surface prism capable of forming annular beams (or prisms having concave conical refracting surfaces), but the convex quadrangular pyramidal refracting surface prism capable of forming four-pole beams ( Alternatively, the concave prism having a conical quadrangular refraction surface) may be replaced.

이와 같이, 광속 변환 수단(변경 수단)은 회절 작용이나 굴절 작용을 갖는 광학 부재 중 하나를 선택적으로 조명 광로중에 배치함으로써, 소망하는 상태의 발산광으로 변환할 수 있다. 또한, 광속 변환 수단(변경 수단)을 교환 가능한 3개의 회절 광학 소자와 변배 광학계를 조합한 구성이라고 하면, 조명 광학계의 동공 위치 또는 그 위치 근방에 형성되는 고리 띠 형상 광속의 고리 띠 비(고리 띠의 내경과 고리 띠의 외경과의 비율), 원형 광속의 크기, 4극 형상 광속의 중심으로부터의 거리를 연속적으로 가변으로 할 수 있다. 마찬가지로, 광속 변환 수단(변경 수단)을 상기의 교환 가능한 프리즘(굴절성 광학 소자)과 변배 광학계를 조합한 구성으로 하는 것도 가능하다.In this way, the light beam converting means (modifying means) can convert into a divergent light in a desired state by selectively placing one of the optical members having a diffraction action or a refractive action in the illumination optical path. In addition, suppose that the light beam conversion means (change means) is a combination of three interchangeable diffractive optical elements and a shift optical system, the annular band ratio (ring band) of the annular light beam formed at or near the pupil position of the illumination optical system. Ratio between the inner diameter of the inner ring and the outer diameter of the annular band), the size of the circular light beam, and the distance from the center of the four-pole light beam can be continuously changed. Similarly, the light beam converting means (modifying means) can also be configured by combining the replaceable prism (refractive optical element) and the variable speed optical system.

또, 도 1 내지 도 9에 나타내는 각 예에 있어서의 각 광학 부재 및 각 스테이지 등을 전술한 바와 같은 기능을 달성하도록, 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결하기 때문에, 본 발명에 따른 노광 장치를 구현할 수 있다.Moreover, since each optical member, each stage, etc. in each example shown to FIGS. 1-9 are electrically, mechanically or optically connected so that the above-mentioned function may be achieved, the exposure apparatus which concerns on this invention can be implemented. have.

또한, 다음에, 도 1 내지 도 9에 나타내는 각 예에 있어서의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 일례에 대하여 도 10의 플로우차트를 참조하여 설명한다.Next, an example of a method of obtaining a semiconductor device as a micro device is formed by forming a predetermined circuit pattern on a wafer as a photosensitive substrate using the exposure apparatus in each example shown in FIGS. 1 to 9. The flowchart of 10 is demonstrated.

우선, 도 10의 스텝 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 스텝 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토 레지스트가 도포된다. 그 후, 스텝 303에 있어서, 도 1 내지 도 9에 나타내는 어느 한 도면의 투영 노광 장치를 이용하여, 마스크(래티클)상의 패턴의 상이 그 투영 광학계(투영 광학 유닛)를 거쳐서 그 1로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 스텝 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토 레지스트의 현상이 행해진 후, 스텝 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 실행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후에, 그 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 장치가 제조된다.First, in step 301 of FIG. 10, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied onto the one-lot wafer-like metal film. Subsequently, in step 303, the image of the pattern on the mask (reticle) is passed through the projection optical system (projection optical unit) using the projection exposure apparatus of any of the drawings shown in Figs. Exposure is transferred sequentially to each shot region of the image. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and then in step 305, the resist pattern is etched as a mask on the one lot of wafers, thereby forming a circuit corresponding to the pattern on the mask. A pattern is formed in each shot region on each wafer. Thereafter, by forming the circuit pattern of the layer thereon and the like, a device such as a semiconductor element is manufactured.

상술한 반도체 장치 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋이 양호하게 얻을 수 있다.According to the semiconductor device manufacturing method described above, throughput can be obtained satisfactorily for a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern.

또한, 상기의 도 1 내지 도 9에 나타내는 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 11의 플로우차트를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 대하여 설명한다.In addition, in the above-mentioned exposure apparatus shown in FIGS. 1-9, the liquid crystal display element as a microdevice can also be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 11, an example of the method at this time is demonstrated.

도 11에 있어서, 패턴 형성 공정(스텝 401)에서는 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 래티클의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판등)에 전사 노광하는 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 래티클 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판상에 소정의 패턴이 형성되어, 다음 컬러 필터 형성 공정(스텝 402)으로 이행한다.In FIG. 11, in a pattern formation process (step 401), what is called a photolithography process which transfer-exposes the pattern of a reticle to a photosensitive substrate (glass substrate etc. to which resist was apply | coated) is performed using the exposure apparatus of a present Example. By this optical lithography process, a predetermined pattern including a plurality of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate is subjected to each step such as a developing step, an etching step, a reticle peeling step, or the like to form a predetermined pattern on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step (step 402).

다음에, 컬러 필터 형성 공정(스텝 402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스 형상으로 다수 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(스텝 402) 후에, 셀 조립 공정(스텝 403)이 실행된다.Next, in the color filter formation step (step 402), a color filter in which a plurality of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix form is formed. Then, after the color filter forming step (step 402), the cell assembling step (step 403) is executed.

셀 조립 공정(스텝 403)에서는 패턴 형성 공정(스텝 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정(스텝 402)에 의해 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(스텝 403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(스텝 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과, 컬러 필터 형성 공정(스텝 402)에 의해 얻어진 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.In the cell assembly step (step 403), a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using a substrate having a predetermined pattern obtained by the pattern forming step (step 401) and a color filter obtained by the color filter forming step (step 402). . In the cell granulation step (step 403), for example, a liquid crystal is injected between a substrate having a predetermined pattern obtained by the pattern forming step (step 401) and a color filter obtained by the color filter forming step (step 402) to form a liquid crystal. A panel (liquid crystal cell) is produced.

그 후, 모듈 조립 공정(스텝 404)에서는, 조립할 수 있었던 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실행하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 조립하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다.Thereafter, in the module assembly step (step 404), components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are assembled and completed as a liquid crystal display element.

상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 따르면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 양호하게 얻을 수 있다.According to the manufacturing method of the liquid crystal display element mentioned above, the liquid crystal display element which has an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.

또한, 상술의 실시예에 있어서는, 광속 변환 광학계로서의 회절 광학 소자를, 예를 들면 터릿 방식에 의해 조명 광로중에 위치 결정하도록 구성할 수 있다. 또한, 예를 들면 공지의 슬라이더 기구를 이용하여, 상술한 회절 광학 소자의 삽탈 및 전환을 행하는 것도 할 수 있다. 그런데, 본 발명에서 이용할 수 있는 회절 광학 소자에 대한 상세한 설명은, 미국 특허 제 5,850,300 호 공보 등에 개시되어 있다.In the above-described embodiment, the diffractive optical element as the light beam conversion optical system can be configured to be positioned in the illumination optical path by, for example, a turret method. For example, the above-mentioned diffraction optical element can be removed and switched using a known slider mechanism. By the way, the detailed description of the diffractive optical element that can be used in the present invention is disclosed in US Patent No. 5,850,300.

또한, 상술한 실시예에서는, 광속 변환 광학계로서 회절 광학 소자를 이용하고 있지만, 예를 들면 플라이 아이 렌즈나 마이크로 플라이 아이와 같은 파면 분할형 광학 적분기를 이용하는 것도 할 수 있다.In addition, although the diffraction optical element is used as a light beam conversion optical system in the above-mentioned embodiment, it is also possible to use a wavefront split type optical integrator such as a fly's eye lens or a micro fly's eye, for example.

또한, 상술한 실시예에서는, 다광원 형성 수단으로서, 마이크로 플라이 아이나 로트형 적분기를 이용하고 있지만, 플라이 아이 렌즈나 회절 광학 소자 등의 다른 적당한 광학 부품을 이용하는 것도 할 수 있다.In addition, in the above-described embodiment, although a micro fly's eye or a lot integrator is used as the means for forming a multi-light source, other suitable optical components such as a fly's eye lens and a diffractive optical element can also be used.

또한, 상술한 실시예 1 및 실시예 2에서는, 마스크(10)와 공역인 소정면에 조명 영역을 일단 형성하고, 이 조명 영역으로부터의 광속을 마스크 블라인드(8)로 제한한 후에, 릴레이 광학계(9)를 거쳐서 마스크(10)상에 조명 영역을 형성하고 있다. 그러나, 릴레이 광학계(9)를 생략하고, 줌 렌즈(7 또는 70)를 거쳐서 마스크 블라인드(8)의 위치에 배치한 마스크(10)상에 조명 영역을 직접 형성하는 구성도 가능하다.In addition, in Example 1 and Example 2 mentioned above, after forming an illumination area | region once on the predetermined surface which is conjugate with the mask 10, and restricting the light beam from this illumination area to the mask blind 8, the relay optical system 9 The illumination region is formed on the mask 10 via (). However, it is also possible to omit the relay optical system 9 and to form the illumination region directly on the mask 10 arranged at the position of the mask blind 8 via the zoom lens 7 or 70.

또한, 상술한 실시예 3에서는 직사각형 형상의 단면을 갖는 로트형 적분기(500)에 대해 원형 형상의 광속을 입사시키는 구성으로 되어있지만, 입사 광속의 충전율을 높이기 위해서 타원 형상의 광속으로 변환하여 입사시키는 것이 바람직하다. 또, 로트형 적분기는 단일의 중실(中實) 유리 봉(棒)이더라도 좋고, 반사 미러(mirror)를 터널 형상으로 조립한 형태이더라도 좋다. 반사 미러에 의해 로트형 적분기를 형성하는 경우, 필요에 따라, 그 단면 사이즈 d5를 변경 가능하게 구성할 수 있다.In the third embodiment described above, the circular integrator 500 is incident on the lot integrator 500 having a rectangular cross-section. However, in order to increase the filling rate of the incident luminous flux, it is converted into an elliptic luminous flux. It is preferable. The lot integrator may be a single solid glass rod, or may be a form in which a reflective mirror is assembled into a tunnel shape. When forming a lot integrator by a reflection mirror, the cross-sectional size d5 can be comprised so that change is possible as needed.

또한, 상술한 실시예에서는, 마이크로 플라이 아이의 후측 초점면의 근방에, 2차 광원의 광속을 제한하기 위한 개구 조리개를 배치하고 있다. 그러나, 경우에 따라서는 마이크로 플라이 아이를 구성하는 각 미소 렌즈의 단면적을 충분히 작게 설정하는 것에 의해, 개구 조리개의 배치를 생략하여 2차 광원의 광속을 전혀 제한하지 않는 구성도 가능하다.In the above-described embodiment, an aperture stop for restricting the luminous flux of the secondary light source is disposed near the rear focal plane of the micro fly's eye. However, in some cases, by setting the cross-sectional area of each microlens constituting the micro fly's eye sufficiently small, it is also possible to omit the arrangement of the aperture stop and to limit the luminous flux of the secondary light source at all.

또한, 상술한 실시예에서는, 4극 형상의 2차 광원을 형성하는 예를 나타내고 있지만, 예를 들면 2극(2개째) 형상의 2차 광원, 혹은 8극(8개째) 형상과 같은 다중극 형상의 2차 광원을 형성할 수도 있다.In addition, although the example which forms a 4-pole secondary light source is shown in the above-mentioned embodiment, for example, a secondary pole light source of a 2 pole (second) shape, or a multipole like 8-pole (8th) shape. It is also possible to form a secondary shape light source.

또한, 상술의 실시예에서는, 조명 광학 장치를 구비한 투영 노광 장치를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 마스크 이외의 피조사면을 균일 조명하기 위한 일반적인 조명 광학 장치에 본 발명을 적용할 수 있는 것은 분명하다.In addition, in the above-mentioned embodiment, although this invention was demonstrated using the projection exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus as an example, it is clear that the present invention can be applied to the general illumination optical apparatus for uniformly illuminating an irradiated surface other than a mask. Do.

또한, 본 실시예에 있어서는, 광원으로서 KrF 엑시머 레이저(파장 : 248㎚)나 ArF 엑시머 레이저(파장 : 193㎚)등, 파장이 180㎚ 이상의 노광 광을 이용하고 있기 때문에, 회절 광학 소자는, 예컨대 석영 유리로 형성할 수 있다.In this embodiment, since the wavelength of 180 nm or more exposure light, such as KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) and ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), is used as a light source, a diffraction optical element is used, for example. It can be formed from quartz glass.

또한, 노광 광으로서 200㎚ 이하의 파장을 이용하는 경우에는, 회절 광학 소자를 형석, 불소가 도핑된 석영 유리, 불소 및 수소가 도핑된 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하에서, 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하에서, 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/cm3이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하에, 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리 및 구조 결정 온도가 1200K 이하에, 또한 수소 분자 농도가 1×1O17molecules/cm3이상에서, 또한 염소 농도가 5Oppm 이하인 석영 유리의 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.In the case where a wavelength of 200 nm or less is used as the exposure light, the diffractive optical element is composed of fluorite, fluorine-doped quartz glass, fluorine and hydrogen-doped quartz glass, and a structure crystal temperature of 1200 K or less, and an OH group concentration. Quartz glass with 1000 ppm or more, quartz glass with a structure crystal temperature of 1200 K or less, and hydrogen concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, quartz glass with a structure crystal temperature of 1200K or less, and chlorine concentration of 50 ppm or less, and structure crystal temperature It is preferred to form a material selected from the group of quartz glass having a molecular weight of 1200 K or less, and at a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more and a chlorine concentration of 50 ppm or less.

또, 구조 결정 온도가 1200K 이하에, 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리에 대해서는, 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2770224 호 공보에 개시되어 있고, 구조 결정 온도가 120OK 이하에서, 또한 수소 분자 농도가 1x1017molecules/cm3이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 120OK 이하에서, 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리 및 구조 결정 온도가 1200K 이하에서, 또한 수소 분자 농도가 1×1O17molecules/cm3이상에서, 또한 염소 농도가 5Oppm 이하인 석영 유리에 대해서는 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2936138 호 공보에 개시되어 있다.Moreover, about quartz glass whose structure crystal temperature is 1200K or less and OH group concentration is 1000 ppm or more, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2770224 by the applicant of this application, The structure crystal temperature is 120 OK or less, and also the hydrogen molecule concentration is Quartz glass with 1x10 17 molecules / cm 3 or more, structure crystal temperature of 120 OK or less, quartz glass with chlorine concentration of 50 ppm or less and structure crystal temperature of 1200K or less, and hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more Moreover, about the quartz glass whose chlorine concentration is 50 ppm or less, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2936138 by this applicant.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 조명 광학 장치에서는, 제 1 변배 광학계 및 제 2 변배 광학계의 초점 거리 또는 배율을 제어하는 것에 의해, 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 조명 NA와 조명 영역의 크기를 각각 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조명 광학 장치를 조립한 노광 장치에서는 개구 조리개나 조명 시야 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 노광 영역의 크기와 σ값을 각각 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 노광 장치에서는 제조해야 할 마이크로 디바이스의 특성에 따라서, 혹은 사용하는 마스크의 특성에 따라서, 조명 영역(노광 영역)의 크기 및 σ값을 각각 최적인 값으로 설정하여, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다.As described above, in the illumination optical apparatus of the present invention, by controlling the focal length or the magnification of the first variable displacement optical system and the second variable displacement optical system, the illumination NA and the size of the illumination region are respectively controlled while suppressing light loss. You can adjust it to the desired value. Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention, the size and sigma value of the exposure area can be adjusted to desired values while suppressing light loss at the aperture stop and the illumination field stop well. As a result, in the exposure apparatus of the present invention, according to the characteristics of the microdevice to be manufactured or the characteristics of the mask to be used, the size and sigma value of the illumination region (exposure region) are set to optimal values, respectively, and high exposure is achieved. Good projection exposure with high throughput can be performed based on illuminance and good exposure conditions.

또한, 본 발명의 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법 혹은 마이크로 디바이스의 제조 방법에서는 양호한 노광 조건을 기초로 투영 노광을 행할 수 있기 때문에, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.Moreover, in the exposure method which exposes the pattern of the mask arrange | positioned on the to-be-exposed surface on the photosensitive board | substrate or the manufacturing method of a micro device using the illumination optical apparatus of this invention, since projection exposure can be performed based on favorable exposure conditions, Good microdevices can be manufactured.

또한, 본 발명이 전형적인 실시예에 따르면, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 고리 띠 변형 조명이나 4극 변형 조명과 같은 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조명 광학 장치를 조립한 노광 장치에서는, 변형 조명의 종류를 적절히 변화시켜, 노광 투영할 미세 패턴에 적합한 투영 광학계의 해상도 및 초점 심도를 얻을 수 있다. 그 결과, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다.Further, according to the exemplary embodiment of the present invention, modified illumination such as annular band modified illumination or quadrupole modified illumination and ordinary circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing light loss in the aperture stop for limiting the secondary light source. Can be. Therefore, in the exposure apparatus which assembled the illumination optical apparatus of this invention, the kind of modified illumination can be changed suitably, and the resolution and focus depth of the projection optical system suitable for the fine pattern to carry out exposure projection can be obtained. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed based on high exposure illuminance and good exposure conditions.

소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건으로 설정하기 위해서, 광속 변환 수단(변경 수단)에 의해서 노광용 광속을 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환한 것에 의해 조명 개구 수가 변화되었다고 해도, 조정 수단에 의해 조명 개구 수를 조정할 수 있기 때문에, 소망하는 노광 조건 또는 소망하는 조명 조건을 기초로 항상 양호한 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광할 수 있는 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법을 실현할 수 있다.Even if the number of illumination apertures is changed by converting the exposure luminous flux into a luminous flux having a desired light intensity distribution by the luminous flux converting means (modifying means) in order to set it to a desired exposure condition or a desired illumination condition, the adjustment means Since the illumination numerical aperture can be adjusted, the manufacturing method of the exposure apparatus and microdevice which can always expose a favorable mask pattern to photosensitive substrates, such as a wafer, based on a desired exposure condition or a desired illumination condition can be realized.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

Claims (16)

피조사면을 조명하는 조명 광학 장치에 있어서,In the illumination optical device for illuminating the surface to be irradiated, 상기 피조사면에 있어서의 조명 개구 수를 조정하기 위해서 초점 거리 또는 배율이 가변인 제 1 변배 광학계와,A first variable optical system having a variable focal length or magnification in order to adjust the number of illumination apertures on the irradiated surface; 상기 피조사면에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키기 위해서 초점 거리 또는 배율이 가변인 제 2 변배 광학계Second variable optical system whose focal length or magnification is variable to change the size of the illumination area formed on the irradiated surface 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조명 개구 수와 상기 조명 영역의 크기를 각각 소망하는 값으로 설정하기 위해서 상기 제 1 변배 광학계 및 상기 제 2 변배 광학계의 각 초점 거리 또는 각 배율을 조정하기 위한 조정계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.And an adjusting system for adjusting respective focal lengths or angular magnifications of the first and second variable optical systems to set the illumination numerical aperture and the size of the illumination region to a desired value, respectively. Lighting optical device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과,Light source means for supplying illumination light, 상기 조명 광에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 다광원 형성 수단과,Multi-light source forming means for forming a plurality of light beams based on the illumination light; 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 포함하되,A light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a light beam having a predetermined cross-sectional shape, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거친 광속을 상기 다광원 형성 수단으로 인도하고,The first variable displacement optical system guides the light beam passing through the light beam conversion optical system to the multi-light source forming means, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 다광원 형성 수단으로부터의 다수의 광속을 상기 피조사면으로 인도하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.And said second variable optical system guides a plurality of light beams from said multi-light source forming means to said irradiated surface. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과,Light source means for supplying illumination light, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속에 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 포함하되,A light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a light beam having a predetermined cross-sectional shape, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계에서의 광속을 상기 제 2 변배 광학계로 인도하고,The first variable displacement optical system guides the luminous flux in the luminous flux conversion optical system to the second variable optical system, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 제 1 변배 광학계를 거친 광속에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 다광원 형성 수단을 포함하며, 상기 제 1 변배 광학계로부터의 광속을 상기 피조사면으로 인도하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.The second variable optical system includes multi-light source forming means for forming a plurality of light beams based on the light beams passing through the first variable optical system, and guides the light beams from the first variable optical system to the irradiated surface. Lighting optical device. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과,Light source means for supplying illumination light, 상기 조명 광에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 다광원 형성 수단과,Multi-light source forming means for forming a plurality of light beams based on the illumination light; 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 포함하되,A light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a light beam having a predetermined cross-sectional shape, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계를 거친 광속을 상기 다광원 형성 수단으로 인도하고,The first variable displacement optical system guides the light beam passing through the light beam conversion optical system to the multi-light source forming means, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 다광원 형성 수단으로부터의 다수의 광속을 상기 피조사면으로 인도하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.And said second variable optical system guides a plurality of light beams from said multi-light source forming means to said irradiated surface. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 조명 광을 공급하기 위한 광원 수단과,Light source means for supplying illumination light, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속에 변환하기 위한 광속 변환 광학계를 포함하되,A light beam conversion optical system for converting the light beam from the light source means into a light beam having a predetermined cross-sectional shape, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광속 변환 광학계에서의 광속을 상기 제 2 변배 광학계로 인도하고,The first variable displacement optical system guides the luminous flux in the luminous flux conversion optical system to the second variable optical system, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 제 1 변배 광학계를 거친 광속에 근거하여 다수의 광속을 형성하기 위한 다광원 형성 수단을 포함하며, 상기 제 1 변배 광학계로부터의 광속을 상기 피조사면으로 인도하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.The second variable optical system includes multi-light source forming means for forming a plurality of light beams based on the light beams passing through the first variable optical system, and guides the light beams from the first variable optical system to the irradiated surface. Lighting optical device. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학 장치와,The illumination optical device as described in any one of Claims 1-6, 상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상으로 투영 노광하기 위한 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.And an optical system for projecting and exposing the pattern of the mask disposed on the irradiated surface onto a photosensitive substrate. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학 장치에 의해 상기 피조사면에 배치된 마스크를 조명하는 공정과,The process of illuminating the mask arrange | positioned at the said irradiated surface by the illumination optical apparatus as described in any one of Claims 1-6, 조명된 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 전사하는 공정Transferring the pattern of the illuminated mask onto a photosensitive substrate 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.Micro device manufacturing method comprising a. 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용 광속으로 조명하는 조명 광학 장치와, 상기 마스크의 패턴상을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영계를 갖는 노광 장치에 있어서,In the exposure apparatus which has the illumination optical apparatus which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined pattern by the light beam for exposure, and the projection system which projects and exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate, 상기 감광성 기판에서의 노광 조건 또는 상기 마스크에서의 조명 조건에 대한 정보를 입력하는 입력 수단을 포함하며,Input means for inputting information on an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask, 상기 조명 광학 장치는,The illumination optical device, 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 노광용 광속을 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하는 광속 변환 수단과,Luminous flux converting means for converting the exposure luminous flux into a luminous flux having a desired light intensity distribution based on input information from the input means; 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 제 1 변배 광학계와,A first variable optical system for adjusting the number of illumination apertures in the mask based on input information from the input means, 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키는 제 2 변배 광학계A second variable optical system for changing the size of an illumination region formed in the mask based on input information from the input means 를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.Exposure apparatus comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 조명 광학 장치는 상기 마스크를 균일하게 조명하는 광 적분기를 포함하고,The illumination optics device comprises an optical integrator for uniformly illuminating the mask, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광 적분기의 입사측에 배치되어 있으며,The first variable optical system is disposed on the incidence side of the optical integrator, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 광 적분기의 사출측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.The second variable optical system is disposed on the exit side of the optical integrator. 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용 광속으로 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴상을 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 마이크로 디바이스의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of a micro device containing the illumination process which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined pattern by the light beam for exposure, and the exposure process which project-exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate, 상기 조명 공정은,The lighting process, 상기 감광성 기판에서의 노광 조건 또는 상기 마스크에서의 조명 조건에 대한 정보를 입력하는 입력 공정과,An input step of inputting information on an exposure condition on the photosensitive substrate or an illumination condition on the mask; 상기 입력 공정에서의 입력 정보에 근거하여 노광용 광속을 소망하는 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하는 광속 변환 공정과,A light beam conversion step of converting the light beam for exposure to a light beam having a desired light intensity distribution based on the input information in the input step; 상기 입력 공정에서의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에 형성되는 조명 영역의 크기를 변화시키는 조명 영역 가변 공정과,An illumination region variable process of changing the size of an illumination region formed in said mask based on input information in said input process; 상기 입력 수단으로부터의 입력 정보에 근거하여 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 공정An adjusting step of adjusting the number of illumination apertures in the mask based on the input information from the input means 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.Micro device manufacturing method comprising a. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 조정 공정은 상기 조명 영역 가변 공정에 의해 변화되는 조명 개구 수의 값을 보정하여 상기 조명 개구 수의 값을 거의 일정하게 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.And the adjusting step corrects the value of the illumination numerical aperture that is changed by the illumination region variable process to keep the value of the illumination numerical aperture almost constant. 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 노광용 광속으로 조명하는 조명 광학 장치와, 상기 마스크의 패턴상을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영계를 갖는 노광 장치에 있어서,In the exposure apparatus which has the illumination optical apparatus which illuminates the pattern of the mask which has a predetermined pattern by the light beam for exposure, and the projection system which projects and exposes the pattern image of the said mask on the photosensitive board | substrate, 상기 조명 광학 장치는,The illumination optical device, 상기 조명 광학 장치의 동공 위치 또는 그 근방에서의 광 강도 분포를 변화시키는 변경 수단과,Changing means for changing the light intensity distribution at or near the pupil position of the illumination optical device; 상기 변경 수단에 의한 광 강도 분포의 변화에 따라 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 수단Adjusting means for adjusting the number of illumination apertures in the mask in accordance with the change in the light intensity distribution by the changing means 을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.An exposure apparatus characterized by the above-mentioned. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 변경 수단은, 상기 노광용 광속을, 서로 다른 광 속도 분포를 갖는 복수의 광속 중 하나의 광속으로 선택적으로 변환하는 광속 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.And said changing means includes luminous flux converting means for selectively converting said exposure luminous flux into one luminous flux among a plurality of luminous fluxes having different luminous flux distributions. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 광속 변환 수단은 제 1 광 강도 분포를 형성하는 제 1 회절 광학 부재와, 광로에 대하여 상기 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되는 상기 제 1 광 강도 분포와는 상이한 제 2 광 강도 분포를 형성하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.The luminous flux converting means includes a first diffraction optical member for forming a first light intensity distribution and a second light intensity distribution different from the first light intensity distribution provided so as to be interchangeable with the first diffraction optical member for an optical path. It has a 2nd diffraction optical member to form, The exposure apparatus characterized by the above-mentioned. 조명 광학 장치를 이용하여 소정의 패턴을 갖는 마스크의 패턴을 조명하는 조명 공정과, 투영계를 이용하여 상기 마스크의 패턴상을 감광성 기판에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 마이크로 디바이스의 제조 방법에 있어서,An illumination step of illuminating a pattern of a mask having a predetermined pattern using an illumination optical device, and an exposure step of projecting and exposing the pattern image of the mask to a photosensitive substrate using a projection system. , 상기 조명 공정은,The lighting process, 상기 조명 광학 장치의 동공 위치 또는 그 근방에서의 광 강도 분포를 변화시키는 변경 공정과,A changing step of changing the light intensity distribution at or near the pupil position of the illumination optical device; 상기 변경 공정에 의한 광 강도 분포의 변화에 따라 상기 마스크에서의 조명 개구 수를 조정하는 조정 공정An adjusting step of adjusting the number of illumination apertures in the mask in accordance with the change of the light intensity distribution by the changing step. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.Micro device manufacturing method comprising a.
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