KR20020005975A - An illumination optical apparatus - Google Patents

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KR20020005975A
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다니츠오사무
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시마무라 테루오
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Abstract

PURPOSE: To improve the resolution of a projecting optical system to a prescribed pattern shape, while satisfactorily suppressing light quantity loss and securing a prescribed focus depth. CONSTITUTION: This device is provided with angle luminous flux forming means (4 and 5), for converting luminous fluxes from a light source means (1) into the luminous fluxes provided with various angle components to a reference optical axis (AX) and making them be incident on a first prescribed surface, irradiation field formation means (6 and 7) for forming tow irradiation fields which is eccentric almost symmetrical with respect to the reference optical axis on a second prescribed surface, based on the incident luminous fluxes provided with the various angle components, an optical integrator (8) for forming a bipolar secondary light source provided with the almost same light intensity distribution, based on the luminous fluxes from the formed two irradiation fields and a light guide optical system (10), for guiding the luminous fluxes from the optical integrator to a surface (M) to be irradiated.

Description

조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법{AN ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS}Manufacture method of illumination optical apparatus, exposure apparatus, and microdevices {AN ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS}

본 발명은 조명 광학 장치 및 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치에 관한것으로, 특히 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기 헤드 등의 장치를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적합한 조명 광학 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical apparatus and an exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus, in particular illumination optics suitable for an exposure apparatus for manufacturing a device such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element or a thin film magnetic head by a lithography process. Relates to a device.

이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출(射出)된 광속(光束)이 플라이 아이 렌즈에 입사하고, 그 후측 초점면에 다수의 광원 상(像)으로 이루어지는 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은, 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면 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.In a typical exposure apparatus of this kind, the light beam emitted from the light source enters the fly's eye lens, 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 enters the condenser lens after being limited via an aperture stop disposed near the rear focal plane of the fly's eye lens. The aperture stop restricts the shape or size of the secondary light source to the desired shape or size in accordance with a desired illumination condition (exposure condition).

콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크의 패턴을 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 결상(結像)된다. 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 필수적이다.The luminous flux collected by the condenser lens illuminates a mask in which a predetermined pattern is formed. Light transmitted through the pattern of the mask is imaged on the wafer through 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 the fine pattern onto the wafer, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer.

최근에 있어서는, 플라이 아이 렌즈의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부(광투과부)의 크기를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 2차 광원의 크기를 변화시켜, 조명의 코히어런스 σ(σ값=개구 조리개 직경/투영 광학계의 동공 직경, 혹은 σ값=조명 광학계의 사출측 개구수/투영 광학계의 입사측 개구수)를 변화시키는 기술이 주목되고 있다. 또한, 플라이 아이 렌즈의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부의 형상을 고리띠 형상이나 4개 구멍 형상(즉, 4극 형상)으로 설정하는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 2차 광원의 형상을 고리띠 형상이나 4극 형상으로 제한하고, 투영 광학계의 초점 심도나 해상력을 향상시키는 기술이 주목되고 있다.In recent years, the size of the secondary light source formed by the fly's eye lens is changed by changing the size of the opening (light transmitting portion) of the aperture stop disposed on the exit side of the fly's eye lens, thereby coherence of illumination. The technique of changing (sigma) ((sigma) value = opening aperture diameter / projection diameter of a projection optical system, or (sigma) value = exit side numerical aperture of a projection optical system / incidence side numerical aperture of a projection optical system) attracts attention. Further, by setting the shape of the opening of the aperture stop on the exit side of the fly's eye lens to a ring-shaped or four-hole shape (that is, a four-pole shape), the secondary light source formed by the fly's eye lens The technique which restrict | limits a shape to ring shape and quadrupole shape, and improves the depth of focus and resolution of a projection optical system is attracting attention.

상술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 2차 광원의 형상을 고리띠 형상이나 4극 형상으로 제한하여 변형 조명(고리띠 조명이나 4극 조명)을 실행하기 위해서, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 비교적 큰 2차 광원으로부터의 광속을 고리띠 형상이나 4극 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개에 의해서 제한하고 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술에 있어서의 고리띠 조명이나 4극 조명에서는 2차 광원으로부터의 광속의 상당 부분이 개구 조리개로 차폐(遮蔽)되어 조명(노광)에 기여하는 일이 없다. 그 결과, 개구 조리개에 있어서의 광량 손실에 의해, 마스크 및 웨이퍼상에서의 조도가 저하하고, 노광 장치로서의 스루풋도 저하한다고 하는 문제가 있었다. 또한, 전사해야 할 마스크 패턴에 대해서도 여러 가지 패턴 형상이 존재하기 때문에, 초점 심도(深度)를 작게 하는 일없이 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키는 조명 기술이 요망되고 있다.As described above, in the prior art, a relatively large two formed by a fly's eye lens is used to restrict the shape of the secondary light source to a ring-shaped or quadrupole shape so as to perform deformation illumination (ring-ring illumination or quadrupole illumination). The luminous flux from the difference light source is limited by an aperture stop having an annular or quadruple opening. In other words, in the annular illumination and the quadrupole illumination in the prior art, a substantial portion of the luminous flux from the secondary light source is shielded by the aperture stop and does not contribute to illumination (exposure). As a result, there is a problem that the illuminance on the mask and the wafer decreases due to the loss of light amount in the aperture stop, and the throughput as the exposure apparatus also decreases. Moreover, since various pattern shapes exist also about the mask pattern to be transferred, the illumination technique which improves the resolution of the projection optical system with respect to a specific pattern shape is desired, without reducing the depth of focus.

본 발명의 목적은, 광량 손실을 양호하게 억제하고 또한 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키기 위한 변형 조명을 행하는 것이다.An object of the present invention is to perform modified illumination for improving the resolution of a projection optical system with respect to a specific pattern shape while satisfactorily suppressing light loss and securing a predetermined depth of focus.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,1 is a view schematically showing the configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 1 of the present invention;

도 2는 도 1의 마이크로 플라이 아이(4)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,FIG. 2 schematically shows the configuration of the micro fly eye 4 of FIG. 1;

도 3은 2극 조명용 회절 광학 소자(6)의 작용을 설명하는 도면,3 is a view for explaining the operation of the diffractive optical element 6 for dipole illumination,

도 4는 2극 조명용 회절 광학 소자(6)의 작용을 설명함과 동시에, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역을 도시하는 도면,FIG. 4 is a diagram illustrating a dipole-shaped illumination region formed on the incident surface of the fly's eye lens 8 while explaining the operation of the diffractive optical element 6 for dipole illumination.

도 5는 복수의 개구 조리개가 원주 형상으로 배치된 터릿(turret)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,5 is a diagram schematically showing the configuration of a turret in which a plurality of aperture stops are arranged in a circumferential shape;

도 6은 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면까지의 구성을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 아포칼(afocal) 줌 렌즈(5)의 배율 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리와, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역의 크기 및 형상의 관계를 설명하는 도면,FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration from the micro fly's eye 4 to the entrance face of the fly's eye lens 8, wherein the magnification of the afocal zoom lens 5 and the focus of the zoom lens 7 are shown. A diagram illustrating the relationship between the distance and the size and shape of the dipole-shaped illumination region formed on the incident surface of the fly's eye lens 8,

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,7 is a diagram schematically showing the configuration of an exposure apparatus with an illumination optical device according to Embodiment 2 of the present invention;

도 8은 실시예 1 및 실시예 2의 변형예의 주요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면,8 is a diagram schematically showing a main part configuration of a modification of the first embodiment and the second embodiment;

도 9는 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 흐름도.9 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.

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

1 : 광원 2 : 빔 익스팬더1: light source 2: beam expander

3 : 절곡 미러 4 : 마이크로 플라이 아이3: bending mirror 4: micro fly eye

5 : 아포칼 줌 렌즈 6 : 회절 광학 소자5: apocal zoom lens 6: diffractive optical element

7 : 줌 렌즈 8 : 플라이 아이 렌즈7: zoom lens 8: fly-eye lens

9 : 개구 조리개 10 : 콘덴서 광학계9 aperture aperture 10 condenser optical system

20 : 입력 수단 21 : 제어계20: input means 21: control system

22 : 제 1 구동계 23 : 제 2 구동계22: first drive system 23: second drive system

24 : 제 3 구동계 25 : 제 4 구동계24: third drive system 25: fourth drive system

26 : 제 5 구동계 PL : 투영 광학계26: fifth drive system PL: projection optical system

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 임의의 형태에 따른 조명 광학 장치는, 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴의 상(像)을 기판상으로 전사하는 투영 노광 장치에 이용되고, 상기 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 노광 파장의 광속을 공급하기 위한 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 상기 투영 광학계의 동공과 공역인 조명 동공내에, 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심(偏心)한 2개의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단과, 상기 2개의 면 광원의 상기 기준 광축으로부터의 거리, 상기 2개의 면 광원의 각각의 크기 및 상기 2개의 면 광원을 상기 기준 광축으로부터 예상한 각도인 방위각을 연속적으로 변경하기 위한 변배 광학계를 갖는다.In order to achieve the above object, the illumination optical device according to any aspect of the present invention is used in a projection exposure apparatus that transfers an image of a pattern on a mask onto a substrate via a projection optical system, and illuminates the mask. An illumination optical device for performing the above, comprising: a light source means for supplying a luminous flux of an exposure wavelength, and an eccentricity almost symmetrically with respect to a reference optical axis in an illumination pupil which is conjugate with the pupil of the projection optical system based on the luminous flux from the light source means. The secondary light source forming means for forming two surface light sources, the distance from the reference optical axis of the two surface light sources, the size of each of the two surface light sources, and the two surface light sources; It has a variable speed optical system for continuously changing the azimuth angle which is the angle anticipated from an optical axis.

본 발명의 전형적인 실시예에서는, 광원 수단과 광학 적분기 사이의 광로중에 각도 광속 형성 수단과 조명 영역 형성 수단이 배치되어 있다. 구체적으로는, 각도 광속 형성 수단은, 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 기준 광축에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 마이크로 플라이 아이와 같은 발산 광속 형성 소자와, 마이크로 플라이 아이를 거쳐서 형성된 발산 광속을 집광하고, 후술하는 광속 변환 소자로서의 회절 광학 소자의 회절면으로 가이드하기 위한 아포칼 줌 렌즈와 같은 광학계로 구성되어 있다. 따라서, 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속은, 마이크로 플라이 아이 및 아포칼 줌 렌즈를 거친 후, 기준 광축에 대하여 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 되어 회절 광학 소자로 입사한다.In a typical embodiment of the present invention, an angular light beam forming means and an illumination region forming means are arranged in the optical path between the light source means and the optical integrator. Specifically, the angular luminous flux forming means includes a diverging luminous flux forming element such as a micro fly's eye for converting a substantially parallel luminous flux from the light source means into a luminous flux diverging at various angles with respect to the reference optical axis, and a divergence formed through the micro fly's eye. It consists of an optical system, such as an apocal zoom lens, which condenses a light beam and guides it to the diffraction surface of the diffraction optical element as a light beam conversion element mentioned later. Therefore, the substantially parallel luminous flux from the light source means passes through the micro fly's eye and the apocal zoom lens and becomes a luminous flux having various angular components with respect to the reference optical axis and enters into the diffractive optical element.

한편, 조명 영역 형성 수단은, 입사 광속을 기준 광축에 대하여 편심한복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 회절 광학 소자와 같은 광속 변환 소자와, 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 복수(2개)의 광속에 근거하여, 플라이 아이 렌즈와 같은 광학 적분기의 입사면에, 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 조명 영역을 형성하기 위한 줌 렌즈와 같은 광학계로 구성되어 있다. 여기서, 기준 광축에 대하여 편심한 복수(2개)의 조명 영역란, 예컨대 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역 등이다.On the other hand, the illumination region forming means includes a plurality of light beam conversion elements such as diffractive optical elements for converting the incident light beams into plural (2) light beams eccentric with respect to the reference optical axis, and a plurality (two) formed through the diffractive optical elements. Based on the luminous flux, an optical system such as a zoom lens for forming a plurality of illumination regions eccentric with respect to a reference optical axis is formed on the incident surface of an optical integrator such as a fly's eye lens. Here, the plurality (two) illumination regions eccentric with respect to the reference optical axis are, for example, two illumination regions symmetrically symmetrically with respect to the reference optical axis, that is, a dipole-shaped illumination region.

이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이 및 아포칼 줌 렌즈로 이루어지는 각도 광속 형성 수단과, 회절 광학 소자 및 줌 렌즈로 이루어지는 조명 영역 형성 수단의 작용에 의해, 플라이 아이 렌즈의 입사면에는 2극 형상의 조명 영역이 형성된다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면에는, 동일하게 2극 형상의 2차 광원이 형성된다. 이와 같이 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 2차 광원으로부터의 광속은, 2차 광원의 크기 및 형상에 따른 개구부를 갖는 개구 조리개에 의해 제한된 후에 피조사면인 마스크를 중첩적으로 조명한다.Thus, by the action of the angular light beam forming means composed of the micro fly's eye and the apocal zoom lens and the illumination region forming means composed of the diffractive optical element and the zoom lens, the incident surface of the fly's eye lens has a two-pole illumination region. Is formed. As a result, similarly, a bipolar secondary light source is formed on the rear focal plane of the fly's eye lens. The luminous flux from the secondary light source formed by the fly's eye lens thus illuminates the mask to be irradiated after being limited by an aperture stop having an opening corresponding to the size and shape of the secondary light source.

이와 같이, 본 발명에서는, 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 광량을 거의 손실하는 일없이, 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있다. 그 결과, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하고 또한 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키기 위한 변형 조명을 행할 수 있다. 즉, 2극 형상의 2차 광원에 근거하는 2극 조명에서는, 주로 한 방향에 따른 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시킬 수 있다. 또, 마이크로 플라이 아이를 조명 광로로부터 퇴피(退避)시키는 것에 의해 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상의 원형 조명을 행할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.As described above, according to the present invention, a bipolar secondary light source can be formed on the basis of the luminous flux from the light source means, with almost no light loss. As a result, deformed illumination can be performed to improve the resolution of the projection optical system for a specific pattern shape while satisfactorily suppressing light loss in the aperture stop restricting the luminous flux from the secondary light source and ensuring a predetermined depth of focus. Can be. That is, in dipole illumination based on a bipolar secondary light source, the resolution of the projection optical system can be improved mainly with respect to the pattern shape along one direction. It goes without saying that normal circular illumination can be performed while suppressing light loss well by evacuating the micro fly's eye from the illumination light path.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 외경 및 고리띠 비(比)를 함께 변경할 수 있다. 또한, 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 고리띠 비를 변경하는 일없이 그 외경을 변경할 수 있다. 그 결과, 아포칼 줌 렌즈의 배율과 줌 렌즈의 초점 거리를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 외경을 변화시키는 일없이 그 고리띠 비만을 변경할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, by changing the magnification of the apocal zoom lens, the outer diameter and the ring band ratio of the secondary light source can be changed together. In addition, by changing the focal length of the zoom lens, the outer diameter can be changed without changing the annular ratio of the secondary light source. As a result, by appropriately changing the magnification of the apocal zoom lens and the focal length of the zoom lens, the annular obesity can be changed without changing the outer diameter of the secondary light source.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치에서는, 2차 광원을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상의 원형 조명을 행할 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명의 파라미터(제한된 2차 광원의 크기 및 형상)를 변화시킬 수 있다.As described above, in the illumination optical apparatus according to the embodiment of the present invention, modified illumination such as dipole illumination and ordinary circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing light loss in the aperture stop restricting the secondary light source. have. In addition, by a simple operation of changing the magnification of the apocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens, the parameters of the modified illumination (the size and shape of the limited secondary light source) can be suppressed with good suppression of the amount of light at the aperture stop. ) Can be changed.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 조립한 노광 장치에서는, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 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 실행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법에서는, 양호한노광 조건을 기초로 투영 노광을 실행할 수 있기 때문에, 양호한 장치를 제조할 수 있다.Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus according to the embodiment of the present invention, the type and parameters of the modified illumination can be appropriately changed to obtain the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be subjected to exposure projection. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed based on high exposure illuminance and good exposure conditions. Further, in the exposure method of exposing a pattern of a mask disposed on an irradiated surface on a photosensitive substrate using the illumination optical device according to the embodiment of the present invention, since the projection exposure can be performed based on favorable exposure conditions, The device can be manufactured.

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 1)(Example 1)

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 근거하여 설명한다.Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼면내에서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼면내에서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다. 또, 도 1에서는 조명 광학 장치가 2극 조명을 행하도록 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 Embodiment 1 of this invention. In Fig. 1, the Z axis is set along the normal direction of the wafer W as the photosensitive substrate, the Y axis is set in the direction parallel to the ground of Fig. 1 in the wafer plane, and the X axis is set in the direction perpendicular to the ground of Fig. 1 in the wafer plane. have. In addition, in FIG. 1, the illumination optical apparatus is set so that dipole illumination may be performed.

도 1의 노광 장치는, 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)으로서, 예컨대 248㎚ 또는 193㎚ 파장의 광을 공급하는 엑시머 레이저 광원을 구비하고 있다. 광원(1)으로부터 Z 방향을 따라 사출된 거의 평행한 광속은, X 방향을 따라 가늘고 길게 연장된 직사각형 형상의 단면을 갖고, 한 쌍의 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(2a 및 2b)로 이루어지는 빔 익스팬더(beam expander)(2)에 입사된다. 각 실린드리컬 렌즈(2a 및 2b)는, 도 1의 지면내(YZ 평면내)에 있어서 부(負)의 굴절력 및 정(正)의 굴절력을 각각 갖고, 광축 AX를 포함하고 지면과 직교하는 면내(XZ 평면내)에 있어서 평행 평면판으로서 기능한다. 따라서, 빔 익스팬더(2)에 입사한광속은, 도 1의 지면내에 있어서 확대되고, 소정의 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속으로 정형화된다.The exposure apparatus of FIG. 1 is provided with the excimer laser light source which supplies light of 248 nm or 193 nm wavelength, for example as the light source 1 for supplying exposure light (lighting). The substantially parallel luminous flux emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section extending elongated along the X direction and consists of a pair of cylindrical lenses 2a and 2b. It is incident on the beam expander 2. Each cylindrical lens 2a and 2b has a negative refractive power and a positive refractive power in the paper surface (in the YZ plane) of FIG. 1, respectively, and includes an optical axis AX and is orthogonal to the paper surface. It functions as a parallel plane plate in surface (in XZ plane). Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the sheet of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

정형 광학계로서의 빔 익스팬더(2)를 거친 거의 평행한 광속은, 절곡(折曲) 미러(3)에 의해 Y 방향으로 편향된 후, 마이크로 플라이 아이(4)에 입사한다. 마이크로 플라이 아이(4)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 조밀(稠密)하고 또한 종횡(縱橫)으로 배열된 다수의 정육각형의 정굴절력을 갖는 미소 렌즈(4a)로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로 플라이 아이는, 예컨대 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성된다.The nearly parallel luminous flux passing through the beam expander 2 as the shaping optical system is deflected in the Y direction by the bent mirror 3 and then enters the micro fly eye 4. The micro fly's eye 4 is an optical element composed of a microlens 4a having a large number of regular hexagonal positive refractive powers arranged densely and vertically and horizontally as shown in FIGS. 1 and 2. Generally, a micro fly's eye is comprised by carrying out an etching process to a parallel flat glass plate, for example, and forming a microlens group.

여기서, 마이크로 플라이 아이를 구성하는 각 미소 렌즈는 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자보다도 미소(微小)하다. 또한, 마이크로 플라이 아이는 서로 격절(隔絶)된 렌즈 소자로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈가 서로 격절되는 일없이 일체적으로 형성되어 있다. 그러나, 정굴절력을 갖는 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있는 점에서 마이크로 플라이 아이는 플라이 아이 렌즈와 동일하다. 또, 도 1 및 도 2에서는, 도면의 명료화를 위해, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈(4a)의 수를 실제보다도 대단히 적게 설정하고 있다.Here, each micro lens constituting the micro fly's eye is finer than each lens element constituting the fly's eye lens. In addition, unlike a fly's eye lens composed of lens elements that are engraved with each other, the micro fly's eyes are formed integrally without a large number of micro lenses being engraved 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 longitudinally and horizontally. In addition, in FIG. 1 and FIG. 2, the number of the microlenses 4a which comprise the micro fly's eye 4 is set very much smaller than actually for clarity of drawing.

따라서, 마이크로 플라이 아이(4)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되고, 각 미소 렌즈의 후측 초점면에는 각각 하나의 광원(집광점)이 형성된다. 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 다수의 광원으로부터의 광속은 각각 정육각형의 단면을 갖는 발산 광속으로 되어, 아포칼 줌렌즈(5)에 입사한다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)는, 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자(미소 렌즈)를 갖는 광학 소자 어레이로서, 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 광축 AX에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자를 구성하고 있다.Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye 4 is divided two-dimensionally by a plurality of micro lenses, and one light source (condensing point) is formed on the rear focal plane of each micro lens. The light beams from the plurality of light sources formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 4 become divergent light beams each having a regular hexagonal cross section, and enter the apocal zoom lens 5. As described above, the micro fly's eye 4 is an optical element array having a plurality of unit optical elements (microlenses) arranged in a two-dimensional shape, and the light beam 1 has a substantially parallel luminous flux at various angles with respect to the optical axis AX. A divergent light beam forming element for converting into a luminous flux emitted by? Is constructed.

또, 마이크로 플라이 아이(4)는, 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되어 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)는 아포칼계(무초점 광학계)를 유지하면서 소정의 범위로 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)의 조명 광로로부터의 퇴피는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 1 구동계(22)에 의해 행해진다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 2 구동계(23)에 의해 행해진다.Moreover, the micro fly eye 4 is comprised freely in an insertion / separation with respect to an illumination optical path. The apocal zoom lens 5 is configured to continuously change the magnification in a predetermined range while maintaining the apocal system (focal optical system). Here, the evacuation from the illumination light path of the micro fly's eye 4 is performed by the first drive system 22 operating based on the command from the control system 21. In addition, the change of the magnification of the apocal zoom lens 5 is performed by the second drive system 23 operating based on the command from the control system 21.

아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 광속은 2극 조명용 회절 광학 소자(DOE)(6)에 입사한다. 이 때, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속은 정육각형의 단면을 유지한 채로, 회절 광학 소자(6)의 회절면상에 수렴된다. 즉, 아포칼 줌 렌즈(5)는, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 회절 광학 소자(6)의 회절면을 광학적으로 공역으로 연결하고 있다. 그리고, 회절 광학 소자(6)의 회절면상의 한 점으로 집광하는 광속의 개구수는 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율에 의존하여 변화된다.The light beam passing through the apocal zoom lens 5 is incident on the diffractive optical element (DOE) 6 for dipole illumination. At this time, the divergent light flux from each light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 4 converges on the diffractive surface of the diffractive optical element 6 while maintaining the regular hexagonal cross section. That is, the apocal zoom lens 5 optically conjugates the rear focal plane of the micro fly's eye 4 and the diffraction plane of the diffractive optical element 6. The numerical aperture of the luminous flux condensed at a point on the diffraction surface of the diffractive optical element 6 is changed depending on the magnification of the apocal zoom lens 5.

일반적으로, 회절 광학 소자는, 유리 기판에 노광광(조명광)의 파장 정도의 피치를 갖는 단차(段差)를 형성함으로써 구성되고, 입사 빔을 소망하는 각도로 회절하는 작용을 갖는다. 구체적으로는, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)는, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 광축 AX와 평행하게 수직 입사한 가는 광속을 소정의 사출각에 따라 진행하는 2개의 광속으로 변환한다. 바꾸어 말하면, 광축 AX를 따라 수직 입사한 가는 광속은, 광축 AX를 중심으로 하여 등각도로 특정한 2개의 방향을 따라 회절되어, 2개의 가는 광속으로 된다. 더 상세하게는, 회절 광학 소자(6)에 수직 입사한 가는 광속은 2개의 광속으로 변환되고, 회절 광학 소자(6)와 평행한 후방(後方)의 면을 통과하는 2개의 광속의 통과 중심점을 연결하는 선분의 중심은 회절 광학 소자(6)로의 입사축선상에 존재하게 된다. 이와 같이, 회절 광학 소자(6)는 입사 광속을 2개의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다.Generally, a diffractive optical element is comprised by forming the level | step difference which has a pitch about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has the effect | action which diffracts an incident beam at a desired angle. Specifically, the dipole optical diffraction optical element 6 converts the thin light flux vertically incident in parallel with the optical axis AX into two light fluxes traveling according to a predetermined exit angle as shown in Fig. 3A. do. In other words, the thin light beams vertically incident along the optical axis AX are diffracted along two directions specified at an equiangular angle with respect to the optical axis AX, resulting in two thin light beams. More specifically, the thin light flux perpendicularly incident on the diffractive optical element 6 is converted into two light fluxes, and the passing center point of the two light fluxes passing through the rear plane parallel to the diffractive optical element 6 is determined. The center of the connecting line segment is present on the incident axis to the diffractive optical element 6. In this manner, the diffractive optical element 6 constitutes a light flux conversion element for converting the incident light flux into two light fluxes.

따라서, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 회절 광학 소자(6)에 대하여 굵은 평행 광속이 수직 입사하면, 회절 광학 소자(6)의 후방에 배치된 렌즈(31)의 초점 위치에는 역시 2개의 점상(点像)(점형상의 광원 상)(32)이 형성된다. 즉, 회절 광학 소자(6)는, 파 필드(또는 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절 영역)에 2점 형상의 광 강도 분포를 형성한다. 또한, 렌즈(31)는 파 필드(또는 프라운호퍼 회절 영역)에 형성되는 2점 형상의 광 강도 분포를 그 후측 초점면상에 형성시킨다.Therefore, as shown in Fig. 3B, when a thick parallel light beam is incident perpendicularly to the diffractive optical element 6, the focal position of the lens 31 arranged behind the diffractive optical element 6 is also 2 Dot shapes (point shape light source images) 32 are formed. In other words, the diffractive optical element 6 forms a two-point light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region). In addition, the lens 31 forms a two-point light intensity distribution formed in the far field (or Fraunhofer diffraction region) on the rear focal plane.

여기서, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 회절 광학 소자(6)에 입사하는 굵은 평행 광속을 광축 AX에 대하여 기울이면, 렌즈(31)의 초점 위치에 형성되는 2개의 상이 이동한다. 즉, 회절 광학 소자(6)에 입사하는 굵은 평행 광속이 소정의 면을 따라 기울면, 렌즈(31)의 초점 위치에 형성되는 2개의 점상(33)은, 그 크기를변화시키지 않고, 그 중심이 소정의 면을 따라 광속이 기우는 방향과는 반대의 방향으로 이동한다.Here, as shown in FIG. 3C, when the thick parallel light beam incident on the diffractive optical element 6 is inclined with respect to the optical axis AX, two images formed at the focal position of the lens 31 move. That is, when the coarse luminous flux incident on the diffractive optical element 6 is inclined along a predetermined plane, the two point images 33 formed at the focal position of the lens 31 do not change their size, and the center thereof is not changed. Along the predetermined plane, the light flux moves in a direction opposite to the tilting direction.

상술한 바와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속은, 정육각형의 단면을 유지한 채로, 회절 광학 소자(6)의 회절면상에 수속된다. 바꾸어 말하면, 회절 광학 소자(6)에는 여러 각도 성분을 갖는 광속이 입사하지만, 그 입사 각도는 정육각추체 형상의 광속 범위에 의해 규정된다. 따라서, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 회절 광학 소자(6)에 수직 입사한 광속이 형성하는 2점 형상의 상(40)을 중심으로 하여, 정육각추체 형상의 광속 범위의 각 능선(稜線)에 대응하는 최대 각도로 입사한 광속이 2점 형상의 상(41∼46)을 렌즈(31)의 초점 위치에 형성하게 된다. 실제로는, 정육각추체 형상의 광속 범위에 의해서 규정되는 다수의 각도 성분을 갖는 무한수의 광속이 회절 광학 소자(6)에 입사하기 때문에, 렌즈(31)의 초점 위치에는 무한수의 2점 형상의 상이 중첩되고, 전체으로는 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 2극 형상의 조명 영역이 형성된다.As described above, the divergent light flux from each light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 4 is converged on the diffractive surface of the diffractive optical element 6 while maintaining the regular hexagonal cross section. In other words, although the light beam which has various angular components injects into the diffraction optical element 6, the incidence angle is defined by the light beam range of a regular hexagonal cone shape. Therefore, as shown in Fig. 4A, the angle of the light beam range of the regular hexagonal shape is centered around the two-point image 40 formed by the light beam incident perpendicularly to the diffractive optical element 6. The light beams incident at the maximum angle corresponding to the ridge line form two-point images 41 to 46 at the focal position of the lens 31. In fact, since an infinite number of luminous fluxes having a large number of angular components defined by the luminous flux range of the regular hexagonal shape are incident on the diffractive optical element 6, an infinite two-point shape is formed at the focal position of the lens 31. The images of are superimposed, and as a whole, a dipole-shaped illumination region as shown in Fig. 4B is formed.

또, 회절 광학 소자(6)는, 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되고, 또한 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 또는 변형 4극 조명용 회절 광학 소자(61)나 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 변형 4극 조명용 회절 광학 소자(61) 및 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 여기서, 2극 조명용 회절 광학 소자(6), 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 변형 4극 조명용 회절광학 소자(61) 및 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(62) 사이의 전환은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 3 구동계(24)에 의해 행해진다.The diffractive optical element 6 is configured to be freely inserted / separated from the illumination optical path, and the diffractive optical element 60 for eight-pole illumination, the diffractive optical element 61 for modified four-pole illumination, or the diffraction optical element for ordinary circular illumination. It is comprised so that switching with 62 is possible. The structures and operations of the eight-pole diffraction optical element 60, the modified four-pole illumination diffraction optical element 61, and the normal circular illumination diffraction optical element 62 will be described later. Here, the switching between the diffraction optical element 6 for dipole illumination, the diffraction optical element 60 for eight pole illumination, the diffraction optical element 61 for modified quadrupole illumination, and the diffraction optical element 62 for normal circular illumination is controlled by the control system 21. Is performed by the third drive system 24 operating based on the command from

다시 도 1을 참조하면, 회절 광학 소자(6)를 거친 광속은 줌 렌즈(7)에 입사한다. 여기서, 줌 렌즈(7)는 도 3에 도시하는 렌즈(31)와 동일한 작용을 갖는다. 또한, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면 근방에는 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면이 위치 결정되어 있다. 따라서, 회절 광학 소자(6)를 거친 광속은, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면에, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역을 형성한다. 이 2극 형상의 조명 영역의 크기(2극 형상의 조명 영역에 외접하는 원의 직경)는 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 변화된다. 이와 같이, 줌 렌즈(7)는 회절 광학 소자(6)와 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계를 맺고 있다. 또, 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 4 구동계(25)에 의해 행해진다.Referring again to FIG. 1, the light beam passing through the diffractive optical element 6 enters the zoom lens 7. Here, the zoom lens 7 has the same effect as the lens 31 shown in FIG. Further, near the rear focal plane of the zoom lens 7, the incident surface of the fly's eye lens 8 as the optical integrator is positioned. Therefore, the light beam passing through the diffractive optical element 6 is directed to the rear focal plane of the zoom lens 7 and further to the optical axis AX as shown in Fig. 4B on the plane of incidence of the fly's eye lens 8. Two illumination regions symmetrically eccentric with respect to, i.e., dipole-shaped illumination regions are formed. The size of the dipole-shaped illumination region (the diameter of the circle circumscribed to the dipole-shaped illumination region) is changed depending on the focal length of the zoom lens 7. In this manner, the zoom lens 7 has a relationship of substantially Fourier transforming the incidence surfaces of the diffractive optical element 6 and the fly's eye lens 8. In addition, the change of the focal length of the zoom lens 7 is performed by the fourth drive system 25 operating based on the command from the control system 21.

플라이 아이 렌즈(8)는, 정의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈 소자를 조밀하고 또한 종횡으로 배열함으로써 구성되어 있다. 또, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 소자는, 마스크상에서 형성해야 할 조명 영역의 형상(나아가서는 웨이퍼상에서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 서로 유사한 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 또한, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 소자의 입사측의 면은 입사측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되고, 사출측의 면은 사출측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되어 있다.The fly's eye lens 8 is constituted by arranging a plurality of lens elements having positive refractive power in a dense and longitudinal direction. Each lens element constituting the fly's eye lens 8 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination region to be formed on the mask (the shape of the exposure region to be formed on the wafer). The incidence surface of each lens element constituting the fly's eye lens 8 is formed in a spherical shape facing the convex surface on the incidence side, and the incidence side surface is formed in a spherical shape facing the convex surface on the injection side. have.

따라서, 플라이 아이 렌즈(8)에 입사한 광속은 다수의 렌즈 소자에 의해 2차원적으로 분할되고, 광속이 입사한 각 렌즈 소자의 후측 초점면에는 광원이 각각 형성된다. 이렇게 해서, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에는 플라이 아이 렌즈(8)로의 입사 광속에 의해서 형성되는 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 면 광원(이하, 「2차 광원」이라 함)이 형성된다. 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성된 2극 형상의 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 개구 조리개(9)에 입사한다. 이 개구 조리개(9)는 광축 AX에 평행한 소정의 축선 주위로 회전 가능한 터릿(회전판 : 도 1에서는 도시하지 않음)상에 지지되어 있다.Accordingly, the light beams incident on the fly's eye lens 8 are divided two-dimensionally by a plurality of lens elements, and light sources are formed on the rear focal planes of the respective lens elements on which the light beams are incident. In this way, a bipolar surface light source (hereinafter referred to as a “secondary light source”) having a light intensity distribution substantially equal to the illumination region formed by the light beam incident on the fly's eye lens 8 on the rear focal plane of the fly's eye lens 8. "Is formed. The light beam from the bipolar secondary light source formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8 enters the aperture stop 9 arranged in the vicinity thereof. This aperture stop 9 is supported on a turret (rotating plate: not shown in Fig. 1) that can rotate around a predetermined axis parallel to the optical axis AX.

도 5는 복수의 개구 조리개가 원주 형상으로 배치된 터릿의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 터릿 기판(400)에는 도면내에서 사선으로 나타내는 광투과 영역을 갖는 8개의 개구 조리개가 원주 방향을 따라 마련되어 있다. 터릿 기판(400)은 그 중심점 O를 통과하여 광축 AX에 평행한 축선 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 터릿 기판(400)을 회전시키는 것에 의해, 8개의 개구 조리개로부터 선택된 1개의 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정할 수 있다. 또, 터릿 기판(400)의 회전은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 5 구동계(26)에 의해 행해진다.5 is a diagram schematically showing the configuration of a turret in which a plurality of aperture stops are arranged in a circumferential shape. As shown in FIG. 5, the turret substrate 400 is provided with eight aperture diaphragms having light transmissive regions indicated by diagonal lines in the drawing along the circumferential direction. The turret substrate 400 is configured to be rotatable about an axis parallel to the optical axis AX through the center point O thereof. Therefore, by rotating the turret substrate 400, one aperture stop selected from the eight aperture stops can be positioned in the illumination light path. The turret substrate 400 is rotated by a fifth drive system 26 that operates based on instructions from the control system 21.

터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 2극 개구 조리개(401, 403, 405)가 형성되어 있다. 여기서, 2극 개구 조리개(401)는 r11/r21의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에서 그 중심으로 관해서 대칭적으로 배치된 2개의원형 투과 영역을 갖는다. 2극 개구 조리개(403)는, r12/r22의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에 있어서 그 중심에 대해서 대칭적으로 배치된 2개의 원형 투과 영역을 갖는다. 2극 개구 조리개(405)는 r13/r21의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에 있어서 그 중심에 대해서 대칭적으로 배치된 2개의 원형 투과 영역을 갖는다.Three turret aperture stops 401, 403, and 405 having different ring width ratios are formed in the turret substrate 400. Here, the bipolar aperture stop 401 has two circular transmissive regions arranged symmetrically with respect to the center thereof in a annular region having an annular band ratio of r11 / r21. The bipolar aperture stop 403 has two circular transmissive regions arranged symmetrically with respect to the center thereof in a annular region having an annular band ratio of r12 / r22. The bipolar aperture stop 405 has two circular transmissive regions arranged symmetrically about its center in a annular region having an annular band ratio of r13 / r21.

또한, 터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 8극 개구 조리개(402, 404, 406)가 형성되어 있다.The turret substrate 400 is formed with three eight-pole aperture stops 402, 404, and 406 having different annular band ratios.

또한, 터릿 기판(400)에는, 크기(구경)가 서로 다른 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)가 형성되어 있다. 여기서, 원형 개구 조리개(407)는 2r22의 크기의 원형 투과 영역을 갖고, 원형 개구 조리개(408)는 2r21의 크기의 원형 투과 영역을 갖는다.In addition, two circular aperture stops 407 and 408 having different sizes (diameters) are formed in the turret substrate 400. Here, the circular aperture diaphragm 407 has a circular transmissive region of size 2r22, and the circular aperture diaphragm 408 has a circular transmissive region of size 2r21.

또한, 지면의 제한에 의해 별도로 도시했지만, 터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 변형 4극 개구 조리개(409∼411)가 형성되어 있다.In addition, although separately shown by the limitation of the paper surface, three modified four-pole aperture stops 409 to 411 having different annular band ratios are formed in the turret substrate 400.

따라서, 3개의 고리띠 개구 조리개(401, 403, 405)중 하나의 2극 개구 조리개를 선택하여 조명 광로내에 위치 결정하는 것에 의해, 3개의 서로 다른 고리띠 비를 갖는 2극 형상의 광속을 정확히 제한(규정)하여, 고리띠 비가 서로 다른 3종류의 2극 조명을 행할 수 있다.Therefore, by selecting one of the two annular aperture diaphragms 401, 403, and 405 and positioning them in the illumination light path, the two-pole-shaped beam having three different annular band ratios can be accurately determined. By restricting (regulation), three kinds of dipole illuminations having different annular band ratios can be performed.

또한, 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)중 하나의 원형 개구 조리개를 선택하여 조명 광로내에 위치 결정하는 것에 의해, σ값이 서로 다른 2종류의 통상 원형 조명을 행할 수 있다.Further, by selecting one circular aperture diaphragm from the two circular aperture diaphragms 407 and 408 and positioning it in the illumination optical path, two types of normal circular illumination having different sigma values can be performed.

도 1에서는, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 2극 형상의 2차 광원이 형성되기 때문에, 3개의 2극 개구 조리개(401, 403, 405)로부터 선택된 하나의 2극 개구 조리개가 개구 조리개(9)로서 이용되고 있다. 단, 도 5에 도시하는 터릿의 구성은 예시적이고, 배치되는 개구 조리개의 종류 및 수는 이것에 한정되지는 않는다. 또한, 터릿 방식의 개구 조리개에 한정되는 일없이, 광투과 영역의 크기 및 형상을 적절히 변경하는 것이 가능한 개구 조리개를 조명 광로내에 고정적으로 장착하더라도 된다. 또한, 2개의 원형 개구 조리개(407, 408) 대신에, 원형 개구 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 마련할 수도 있다.In FIG. 1, since the secondary polarized light source is formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8, one dipole aperture stop selected from the three dipole aperture stops 401, 403, and 405 is opened. It is used as the aperture 9. However, the structure of the turret shown in FIG. 5 is illustrative, The kind and number of aperture stops arrange | positioned are not limited to this. Furthermore, the aperture stop may be fixedly mounted in the illumination optical path, without being limited to the turret type aperture stop, which can appropriately change the size and shape of the light transmission region. Instead of the two circular aperture diaphragms 407 and 408, an iris diaphragm capable of continuously changing the circular aperture diameter may be provided.

2극 형상의 개구부(광투과부)를 갖는 개구 조리개(9)를 거친 2차 광원으로부터의 광은, 도광 광학계로서의 콘덴서 광학계(10)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 균일 조명한다. 마스크 M의 패턴을 투과한 광속은, 투영 광학계 PL을 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼 W상에 마스크 패턴의 상(像)을 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면)내에 있어서 웨이퍼 W를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 점차 노광된다.The light from the secondary light source passing through the aperture diaphragm 9 having a bipolar opening (light transmitting part) receives the light condensing action of the condenser optical system 10 as the light guide optical system, and then overlaps the mask M on which a predetermined pattern is formed. Uniform illumination. The light beam which permeate | transmitted the pattern of the mask M forms the image of a mask pattern on the wafer W which is a photosensitive board | substrate through the projection optical system PL. In this way, the collective exposure or scan exposure is performed while driving the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, so that the pattern of the mask M is applied to each exposure area of the wafer W. This is gradually exposed.

또, 일괄 노광에서는, 소위 스텝·앤드·리피트 방식에 따라서, 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 일괄적으로 노광한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 정방형에 가까운 직사각형 형상이고, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 소자의 단면 형상도 정방형에 가까운 직사각형 형상으로 된다.한편, 스캔 노광에서는, 소위 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서, 마스크 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 짧은 변과 긴 변의 비가, 예컨대 1:3의 직사각형 형상이며, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 소자의 단면 형상도 이것과 서로 유사한 직사각형 형상으로 된다.Moreover, in package exposure, a mask pattern is exposed collectively with respect to each exposure area | region of a wafer according to what is called a step and repeat system. In this case, the shape of the illumination region on the mask M is a rectangular shape close to the square, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly's eye lens 8 also becomes a rectangular shape close to the square. According to the end-scan 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 this case, the shape of the illumination region on the mask M has a ratio of short side to long side, for example, 1: 3 rectangular shape, and the cross-sectional shape of each lens element of the fly's eye lens 8 also becomes a rectangular shape similar to this. .

도 6은 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면까지의 구성을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리와, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역의 크기 및 형상의 관계를 설명하는 도면이다. 도 6에 있어서, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 중심으로 광축 AX를 따라 입사한 광선(70)은 광축 AX를 따라 사출된다. 마이크로 플라이 아이(4)는, 사이즈(정육각형으로 외접하는 원의 직경에 대응하는 치수)가 a에서 초점 거리가 f1의 미소 렌즈로 구성되어 있다. 광선(70)은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX를 따라 회절 광학 소자(6)에 입사한다.FIG. 6 is a view schematically showing the configuration from the micro fly's eye 4 to the entrance face of the fly's eye lens 8, wherein the magnification of the apocal zoom lens 5 and the focal length of the zoom lens 7 are shown; It is a figure explaining the relationship between the magnitude | size and shape of the dipole-shaped illumination area | region formed in the incident surface of the fly-eye lens 8. As shown in FIG. In Fig. 6, the light ray 70 incident along the optical axis AX to the center of the microlenses disposed on the optical axis AX of the micro fly's eye 4 is emitted along the optical axis AX. The micro fly's eye 4 is composed of a microlens having a size (a dimension corresponding to the diameter of a circle circumscribed in a regular hexagon) and a focal length of f1. The light ray 70 passes through the apocal zoom lens 5 and then enters the diffractive optical element 6 along the optical axis AX.

회절 광학 소자(6)는, 광축 AX를 따라 수직 입사한 광선(70)에 근거하여, 광축 AX에 대하여 각도 θ로 사출되는 광선(70a)을 형성한다. 회절 광학 소자(6)로부터 각도 θ로 사출된 광선(70a)은 초점 거리 f2의 줌 렌즈(7)를 거쳐서 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도달한다. 이 때, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서의 광선(70a)의 위치는 광축 AX로부터 y의 높이를 갖는다. 한편, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 최상 가장자리부로 광축 AX와 평행하게 입사한 광선(71)은 광축 AX에 대하여 각도 t로 사출된다. 이 광선(71)은, 배율 m의 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한다.The diffractive optical element 6 forms a light ray 70a emitted at an angle θ with respect to the optical axis AX based on the light ray 70 incident perpendicularly along the optical axis AX. The light beam 70a emitted from the diffractive optical element 6 at an angle θ reaches the incident surface of the fly's eye lens 8 via the zoom lens 7 having a focal length f2. At this time, the position of the light ray 70a on the incident surface of the fly's eye lens 8 has a height of y from the optical axis AX. On the other hand, the light ray 71 incident in parallel with the optical axis AX to the uppermost edge of the microlens disposed on the optical axis AX of the micro fly's eye 4 is emitted at an angle t with respect to the optical axis AX. This light ray 71 passes through the apocal zoom lens 5 at magnification m, and then enters the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX.

광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한 광선(71)은 광축 AX에 대하여 각도 (θ+ t')로 사출되는 광선(71a)을 포함하는 여러 광선으로 변환된다. 광축 AX에 대하여 각도 (θ+ t')로 회절 광학 소자(6)로부터 사출된 광선(71a)은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서 광축 AX로부터 (y+b)의 높이로 도달한다. 또한, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 최하 가장자리부에 광축 AX와 평행하게 입사한 광선(72)은 광축 AX에 대하여 각도 t로 사출된다. 이 광선(72)은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한다.The light rays 71 incident on the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX are converted into various light rays including the light rays 71a emitted at an angle θ + t' with respect to the optical axis AX. The light beam 71a emitted from the diffractive optical element 6 at an angle θ + t 'with respect to the optical axis AX passes through the zoom lens 7 from the optical axis AX at the incident surface of the fly's eye lens 8 ( y + b). Further, the light ray 72 incident in parallel with the optical axis AX at the lowermost edge of the microlens disposed on the optical axis AX of the microfly eye 4 is emitted at an angle t with respect to the optical axis AX. The light ray 72 passes through the apocal zoom lens 5 and then enters the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX.

광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한 광선(72)은, 광축 AX에 대하여 각도 (θ-t')로 사출되는 광선(도시하지 않음)을 포함하는 여러 광선으로 변환된다. 광축 AX에 대하여 각도 (θ-t')로 회절 광학 소자(6)로부터 사출된 광선은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에서 광축 AX로부터 (y-b)의 높이로 도달한다.The light ray 72 incident on the diffractive optical element 6 at an angle t 'with respect to the optical axis AX is converted into various light rays including a light ray (not shown) emitted at an angle θ-t' with respect to the optical axis AX. do. The light emitted from the diffractive optical element 6 at an angle θ-t 'with respect to the optical axis AX passes through the zoom lens 7 and has a height of (yb) from the optical axis AX at the incident surface of the fly's eye lens 8. To reach.

이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면 근방에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속이 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도달하는 범위는, 도 4의 (b)에 도시하는 2극 형상의 조명 영역에 있어서 광축 AX로부터 y의 높이를 중심으로 하여 폭 2b를 갖는 범위로 된다. 즉, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 2극 형상의 2차 광원은 광축 AX로부터의 중심 높이 y를 갖고 또한 폭 2b를 갖게 된다.In this way, the range in which the divergent light flux from each light source formed near the rear focal plane of the micro fly's eye 4 reaches the incidence plane of the fly's eye lens 8 is a bipolar shape shown in Fig. 4B. In the illumination region of, the range has a width 2b around the height of y from the optical axis AX. That is, as shown in FIG. 6 (b), the dipole-shaped illumination region formed on the incident surface of the fly's eye lens 8, and further, the dipole formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8 The shaped secondary light source has a center height y from the optical axis AX and a width 2b.

여기서, 마이크로 플라이 아이(4)로부터의 사출 각도 t 및 회절 광학 소자(6)로의 입사 각도 t' 는 다음 수학식 1 및 2로 표시된다.Here, the exit angle t from the micro fly's eye 4 and the incident angle t 'to the diffractive optical element 6 are represented by the following equations (1) and (2).

또한, 2극 형상의 2차 광원의 중심 높이 y, 최고 높이 (y+ b) 및 최저 높이 (y-b)는 다음 수학식 3∼5로 각각 표시된다.In addition, the center height y, the highest height (y + b), and the minimum height (y-b) of the bipolar secondary light source are represented by the following equations (3) to (5).

따라서, 2극 형상의 2차 광원의 내경 φi와 외경 φo의 비로 규정되는 고리띠 비 A는 다음 수학식 6으로 표시된다. 여기서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이 내경 φi는 정육각형 형상의 면 광원에 내접하는 한 쌍의 원(개구 조리개(9)의개구부에 상당)에 내접하는 원의 직경이다. 또한, 외경 φo는 이 한 쌍의 원에 외접하는 원의 직경이다.Therefore, the annular band ratio A defined by the ratio of the inner diameter phi i and the outer diameter phi o of the bipolar secondary light source is expressed by the following expression (6). Here, as shown in Fig. 6B, the inner diameter phi i is the diameter of the circle inscribed in a pair of circles (corresponding to the opening of the opening diaphragm 9) inscribed in a regular hexagonal surface light source. In addition, the outer diameter phi o is the diameter of the circle circumscribed to the pair of circles.

또한, 2극 형상의 2차 광원의 외경 φo는 다음 수학식 7로 표시된다.In addition, the outer diameter phi o of the bipolar secondary light source is represented by the following expression (7).

이렇게 해서, 수학식 2∼6을 참조하면, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m이 변화되면, 2극 형상의 2차 광원의 중심 높이 y가 변화하는 일없이, 그 폭 2b만이 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m을 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 크기(외경 φo) 및 그 형상(고리띠 비 A)을 모두 변경할 수 있다.Thus, referring to Equations 2 to 6, if the magnification m of the apocal zoom lens 5 is changed, only the width 2b is changed without changing the center height y of the bipolar secondary light source. Able to know. That is, by changing the magnification m of the apocal zoom lens 5, both the magnitude | size (outer diameter (phi) o) of the bipolar secondary light source and its shape (ring-ring ratio A) can be changed.

또한, 수학식 3∼7을 참조하면, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2가 변화되면, 2극 형상의 2차 광원의 고리띠 비 A가 변화하는 일없이, 중심 높이 y 및 그 폭 2b가 모두 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 고리띠 비 A를 변경하는 일없이 그 외경 φo를 변경할 수 있다. 이상으로부터, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m과 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 외경 φo를 변화시키는 일없이 그 고리띠 비 A만을 변경할 수 있다.In addition, referring to Equations 3 to 7, if the focal length f2 of the zoom lens 7 is changed, the center height y and the width 2b are determined without changing the ring-band ratio A of the bipolar secondary light source. It can be seen that all change. That is, by changing the focal length f2 of the zoom lens 7, the outer diameter? O can be changed without changing the annular band ratio A of the bipolar secondary light source. From the above, by appropriately changing the magnification m of the apocal zoom lens 5 and the focal length f2 of the zoom lens 7, the ring ratio A is not changed without changing the outer diameter phi o of the secondary light source. Only you can change it.

또한, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 정육각형 형상의 면 광원이 2차 광원으로서 형성되지만, 각 면 광원의 광축 AX로부터의 거리 y, 각 면 광원의 크기(폭) 2b 및 각 면 광원을 광축 AX로부터 예상한 각도, 즉 방위각 φ는 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2의 변화에 따라 연속적으로 변화되게 된다. 이와 같이, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)를 이용하는 경우, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개(9)에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 2극 조명을 행할 수 있다.In addition, as shown in Fig. 6B, although two regular hexagon-shaped surface light sources symmetrically eccentric with respect to the optical axis AX are formed as secondary light sources, the distance y from the optical axis AX of each surface light source, each The size (width) 2b of the surface light source and the angle at which each surface light source is estimated from the optical axis AX, that is, the azimuth angle φ, are continuously changed according to the magnification m of the apocal zoom lens 5 and the focal length f2 of the zoom lens 7. Will change. As described above, when the diffractive optical element 6 for dipole illumination is used, a bipolar secondary light source can be formed on the basis of the luminous flux from the light source 1 with almost no light loss, and as a result, Two-pole illumination can be performed while suppressing the loss of light quantity in the aperture stop 9 which limits the luminous flux from a light source.

이어서, 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시킴과 동시에, 회절 광학 소자(6, 60 또는 61) 대신에 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 통상 원형 조명에 대하여 설명한다. 이 경우, 아포칼 줌 렌즈(5)에는 광축 AX를 따라 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속이 입사한다. 아포칼 줌 렌즈(5)에 입사한 광속은, 그 배율에 따라 확대 또는 축소되고, 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속 그대로 광축 AX를 따라 아포칼 줌 렌즈(5)로부터 사출되어, 회절 광학 소자(62)에 입사한다.Next, the normal circular illumination obtained by evacuating the micro fly's eye 4 from the illumination optical path and setting the diffractive optical element 62 for circular illumination in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 6, 60 or 61 will be described. do. In this case, a light beam having a rectangular cross section enters the apocal zoom lens 5 along the optical axis AX. The light beam incident on the apocal zoom lens 5 is enlarged or reduced in accordance with its magnification, and is emitted from the apocal zoom lens 5 along the optical axis AX as it has a rectangular cross section, and is diffracted optical element 62. ).

여기서, 원형 조명용 회절 광학 소자(62)는 입사한 직사각형 형상의 광속을 원형 형상의 광속으로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(62)에 의해 형성된 원형 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 원형 형상의 조명 영역을 형성한다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에도 광축 AX를 중심으로 한 원형 형상의 2차 광원이 형성된다. 이 경우, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 변화시키는 것에 의해, 원형 형상의 2차 광원의 외경을 적절히 변경할 수 있다.The diffractive optical element 62 for circular illumination has a function of converting the incident light beam of rectangular shape into the light beam of circular shape. Therefore, the circular light beam formed by the diffractive optical element 62 forms the circular illumination area centering on the optical axis AX in the incident surface of the fly's eye lens 8 via the zoom lens 7. As a result, a circular secondary light source centering on the optical axis AX is also formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8. In this case, the outer diameter of the circular secondary light source can be appropriately changed by changing the focal length f2 of the zoom lens 7.

또, 마이크로 플라이 아이(4)의 조명 광로로부터의 퇴피와 원형 조명용의 회절 광학 소자(62)의 조명 광로로의 설정에 대응하여, 2극 개구 조리개(9), 8극 개구 조리개(9a) 또는 변형 4극 개구 조리개(9b)로부터 원형 개구 조리개(9c)로의 전환이 행해진다. 원형 개구 조리개(9c)는 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)로부터 선택된 하나의 원형 개구 조리개이고, 원형 형상의 2차 광원에 대응하는 크기의 개구부를 갖는다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시키고 또한 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 이용하는 것에 의해, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 원형 형상의 2차 광원을 형성하고, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상 원형 조명을 행할 수 있다.In addition, the 2-pole aperture stop 9, the 8-pole aperture stop 9a, or the like correspond to the retraction from the illumination light path of the micro fly's eye 4 and the setting of the illumination light path of the diffractive optical element 62 for circular illumination. The switch from the modified four-pole aperture diaphragm 9b to the circular aperture diaphragm 9c is performed. The circular aperture diaphragm 9c is one circular aperture diaphragm selected from two circular aperture diaphragms 407 and 408 and has an opening of a size corresponding to the secondary light source of circular shape. In this way, the micro fly's eye 4 is retracted from the illumination light path and the circularly-shaped diffractive optical element 62 is used, thereby reducing the amount of light based on the luminous flux from the light source 1 so that the circular shape 2 can be reduced. A circular illumination can be normally performed, forming a secondary light source and suppressing the loss of light quantity in the aperture stop which limits the luminous flux from a secondary light source.

이하, 실시예 1에 있어서의 조명의 전환 동작 등에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 스텝·앤드·리피드 방식 또는 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 순차적으로 노광해야 할 각종 마스크에 관한 정보 등이 키보드 등의 입력 수단(20)을 거쳐서 제어계(21)에 입력된다. 제어계(21)는 각종 마스크에 관한 최적의 선폭(해상도), 초점 심도 등의 정보를 내부의 메모리 일부에 기억하고 있어, 입력 수단(20)으로부터의 입력에 응답하여 제 1 구동계(22)∼제 5 구동계(26)에 적당한제어 신호를 공급한다.Hereinafter, operation | movement of lighting switching etc. in Example 1 is demonstrated concretely. First, information about various masks to be sequentially exposed in accordance with the step and repeat method or the step and scan method is input to the control system 21 via an input means 20 such as a keyboard. The control system 21 stores information, such as the optimum line width (resolution) and depth of focus, of various masks in a part of the internal memory, and responds to the input from the input means 20 to the first drive system 22 to the first. 5 An appropriate control signal is supplied to the drive system 26.

즉, 최적의 해상도 및 초점 심도를 기초로 2극 조명하는 경우, 제 3 구동계(24)는, 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여, 2극 조명용의 회절 광학 소자(6)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경) 및 형상(고리띠 비)을 갖는 2극 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 제 4 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 2극 형상의 2차 광원을 제한하기 위해서, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 터릿을 회전시켜, 소망하는 2극 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다.That is, in the case of dipole illumination based on the optimal resolution and the depth of focus, the third drive system 24, based on the instruction from the control system 21, causes the diffraction optical element 6 for dipole illumination to be illuminated in the illumination optical path. Determine your location. Then, in order to obtain a bipolar secondary light source having a desired size (outer diameter) and shape (ring band ratio) on the rear focal plane of the fly's eye lens 8, the second drive system 23 controls the control system 21. The magnification of the apocal zoom lens 5 is set on the basis of the instruction from), and the fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 on the basis of the instruction from the control system 21. In addition, in order to restrict the secondary light source having a bipolar shape in a state in which light loss is satisfactorily suppressed, the fifth drive system 26 rotates the turret based on the command from the control system 21, and the desired two-pole opening. Position the iris in the illumination light path.

이렇게 해서, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 조명을 행할 수 있다. 2극 형상의 2차 광원에 근거하는 2극 조명에서는, 소정의 초점 심도를 확보하면서, 주로 한 방향에 따른 패턴 형상에 대하여 투영 광학계 PL의 해상력을 향상시킬 수 있다.In this way, the secondary light source of the bipolar shape can be formed on the basis of the light beam from the light source 1, and almost no light amount is lost. As a result, the light aperture is almost at the aperture stop limiting the light flux from the secondary light source. The dipole illumination can be performed without losing the weight. In dipole illumination based on a bipolar secondary light source, the resolution of the projection optical system PL can be improved mainly with respect to the pattern shape along one direction, while securing a predetermined depth of focus.

또한, 필요에 따라, 제 2 구동계(23)에 의해 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키거나, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 2극 형상의 2차 광원의 크기및 고리띠 비를 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 2극 형상의 2차 광원의 크기 및 고리띠 비의 변화에 따라 터릿이 회전하여, 소망하는 크기 및 고리띠 비를 갖는 2극 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다. 이렇게 해서, 2극 형상의 2차 광원의 형성 및 그 제한에 있어서 거의 광량을 손실하는 일없이, 2극 형상의 2차 광원의 크기 및 고리띠 비를 적절히 변화시켜 다양한 2극 조명을 행할 수 있다.If necessary, by changing the magnification of the apocal zoom lens 5 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 annular ratio of the bipolar secondary light source formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8 can be appropriately changed. In this case, the turret rotates in accordance with the change in the size of the bipolar secondary light source and the annular band ratio, so that the dipole aperture diaphragm having the desired size and the annular band ratio is selected and positioned in the illumination optical path. In this way, various dipole illuminations can be performed by appropriately changing the size and annular ratio of the dipole-shaped secondary light source without almost losing the amount of light in forming and limiting the dipole-shaped secondary light source. .

또한, 최적의 해상도 및 초점 심도를 기초로 통상의 원형 조명을 행하는 경우, 제 1 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시킨다. 또한, 제 3 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경)를 갖는 원형 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 제 4 구동계(25)가 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다.In addition, when performing normal circular illumination based on the optimal resolution and depth of focus, the 1st drive system 22 evacuates the micro fly eye 4 from the illumination optical path based on the instruction | command from the control system 21. Moreover, the 3rd drive system 24 positions the diffraction optical element 62 for circular illumination normally in an illumination optical path based on the command from the control system 21. As shown in FIG. Then, in order to obtain a circular secondary light source having a desired size (outer diameter) in the rear focal plane of the fly's eye lens 8, the second drive system 23 is based on the command from the control system 21. The magnification of the focal zoom lens 5 is set, and the fourth drive system 25 sets the focal length of the zoom lens 7 based on the command from the control system 21.

또한, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 원형 형상의 2차 광원을 제한하기 위해서, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 터릿을 회전시켜, 소망하는 원형 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다. 또, 원형 개구 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 이용하는 경우에는, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 홍채 조리개의 개구 직경을 설정한다. 이렇게 해서, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 원형 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상 원형 조명을 행할 수 있다.In addition, in order to restrict the circular secondary light source in a state in which light loss is satisfactorily suppressed, the fifth drive system 26 rotates the turret based on the command from the control system 21, and the desired circular aperture stop is provided. Position in the illumination path. In addition, when using the iris stop which can change a circular aperture diameter continuously, the 5th drive system 26 sets the aperture diameter of an iris stop based on the command from the control system 21. As shown in FIG. In this way, the secondary light source of a circular shape can be formed on the basis of the light beam from the light source 1, and almost no light amount is lost. As a result, the amount of light loss is reduced in the aperture stop which limits the light flux from the secondary light source. Usually, circular illumination can be performed, suppressing favorably.

또한, 필요에 따라, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 원형 형상의 2차 광원의 크기를 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 원형 형상의 2차 광원의 크기 변화에 따라 터릿이 회전하여, 소망하는 크기의 개구부를 갖는 원형 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다. 이렇게 해서, 원형 형상의 2차 광원의 형성 및 그 제한에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제하면서, σ값을 적절히 변화시켜 다양한 통상 원형 조명을 행할 수 있다.In addition, if necessary, by changing the focal length of the zoom lens 7 by the fourth drive system 25, the size of the circular secondary light source formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 8 can be adjusted. You can change it accordingly. In this case, the turret rotates in accordance with the change in the size of the circular secondary light source so that a circular aperture stop having an opening of a desired size is selected and positioned in the illumination light path. In this manner, various normal circular illuminations can be performed by appropriately changing the sigma value while suppressing light loss in formation and limitation of the circular secondary light source.

이상과 같이, 상술한 실시예 1에서는, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명이나 통상 원형 조명의 파라미터를 변화시킬 수 있다. 따라서, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 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.As described above, in the first embodiment described above, modified illumination such as dipole illumination and ordinary circular illumination can be performed while satisfactorily suppressing light loss in the aperture stop for limiting the secondary light source. In addition, by a simple operation of changing the magnification of the apocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens, it is possible to change the parameters of the deformed illumination and the normal circular illumination while suppressing the loss of the light amount in the aperture stop. . Therefore, by changing the type and parameter of the modified illumination as appropriate, it is possible to obtain the resolution and depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be subjected to exposure projection. As a result, good projection exposure with high throughput can be performed based on high exposure illuminance and good exposure conditions.

(실시예 2)(Example 2)

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비하는 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 실시예 2는 실시예 1과 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1에서는 절곡 미러(3)와 아포칼 줌 렌즈(5) 사이에 마이크로 플라이 아이(4)가 배치되고 또한 아포칼 줌 렌즈(5)와 줌 렌즈(7) 사이에 회절 광학 소자(6(60∼62))가 배치되어 있지만, 실시예 2에서는 절곡 미러(3)와 아포칼 줌 렌즈(5) 사이에 회절 광학 소자(6(60, 61))가 배치되고 또한 아포칼 줌 렌즈(5)와 줌 렌즈(7) 사이에 마이크로 플라이 아이(4)가 배치되어 있다. 즉, 실시예 1과 실시예 2에서는, 마이크로 플라이 아이 및 회절 광학 소자의 배치 위치가 반대로 되어 있는 점만이 기본적으로 상위(相違)하고 있다. 또, 실시예 2에서는, 실시예 1과는 달리 원형 조명용 회절 광학 소자는 존재하지 않는다.7 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to Embodiment 2 of the present invention. Example 2 has a structure similar to Example 1. However, in Embodiment 1, the micro fly's eye 4 is disposed between the bending mirror 3 and the apocal zoom lens 5 and the diffractive optical element (B) between the apocal zoom lens 5 and the zoom lens 7. 6 (60 to 62) are arranged, but in the second embodiment, the diffractive optical elements 6 (60 and 61) are arranged between the bending mirror 3 and the apocal zoom lens 5 and the apocal zoom lens. The micro fly eye 4 is disposed between the 5 and the zoom lens 7. That is, in Example 1 and Example 2, only the point to which the arrangement position of a micro fly's eye and a diffractive optical element is reversed basically differs. In Example 2, unlike Example 1, there is no diffractive optical element for circular illumination.

전술한 바와 같이, 실시예 1에서는, 마이크로 플라이 아이(4)와 아포칼 줌 렌즈(5)가 광원(1)으로부터의 광속을 광축 AX에 대해서 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 변환하여 회절 광학 소자(6(60, 61))의 회절면으로 입사시키기 위한 각도 광속 형성 수단을 구성하고 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)는 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 광축 AX에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자를 구성하고 있다. 또한, 회절 광학 소자(6(60, 61))와 줌 렌즈(7)가, 여러 각도 성분을 갖는 입사 광속에 근거하여 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수(2개)의 조명 영역을 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단을 구성하고 있다. 여기서, 회절 광학소자(6(60, 61))는 입사 광속을 복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다.As described above, in Example 1, the micro fly's eye 4 and the apocal zoom lens 5 convert the luminous flux from the light source 1 into a luminous flux having various angular components with respect to the optical axis AX. An angular luminous flux forming means for incident on the diffraction surface of 6 (60, 61) is constituted. Here, the micro fly's eye 4 constitutes a divergent light beam forming element for converting a substantially parallel luminous flux from the light source 1 into a luminous flux diverging at various angles with respect to the optical axis AX. In addition, the diffractive optical elements 6 (60, 61) and the zoom lens 7 fly a plurality of (two) illumination regions symmetrically eccentric with respect to the optical axis AX based on the incident light beam having various angle components. An illumination region forming means for forming on the incident surface of the eye lens 8 is configured. Here, the diffractive optical elements 6 (60, 61) constitute a luminous flux converting element for converting the incident luminous flux into plural (two) luminous fluxes.

이에 반하여, 실시예 2에서는, 회절 광학 소자(6(60, 61))와 아포칼 줌 렌즈(5)가, 광원(1)으로부터의 광속을 광축 AX에 대하여 편심한 복수(2개)의 광속으로 변환하고, 이들 복수의 광속으로부터의 광을 광축 AX에 대하여 경사 방향으로부터 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면으로 입사시키기 위한 광속 형상 변환 수단을 구성하고 있다. 여기서, 회절 광학 소자(6(60, 61))는 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다. 또한, 마이크로 플라이 아이(4)와 줌 렌즈(7)가, 경사 방향의 입사 광속에 근거하여 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수(2개)의 조명 영역을 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단을 형성하고 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)는 입사 광속을 파면 분할하여 다수의 광원을 형성하기 위한 파면 분할 소자를 구성하고 있다.In contrast, in Example 2, the diffractive optical elements 6 (60, 61) and the apocal zoom lens 5 have a plurality of (2) beams in which the beams from the light source 1 are eccentric with respect to the optical axis AX. The light beam shape conversion means for converting the light into the incident surface of the micro fly's eye 4 from the inclined direction with respect to the optical axis AX is configured. Here, the diffractive optical elements 6 (60, 61) constitute a luminous flux converting element for converting substantially parallel luminous flux from the light source 1 into plural (two) luminous fluxes. In addition, the micro fly's eye 4 and the zoom lens 7 enter a plurality of (two) illumination regions symmetrically eccentrically with respect to the optical axis AX based on the incident light beam in the oblique direction. Illumination area formation means for forming on a surface is formed. Here, the micro fly's eye 4 constitutes a wavefront dividing element for wavefront dividing the incident light beam to form a plurality of light sources.

이와 같이, 실시예 1과 실시예 2에서는 마이크로 플라이 아이(4) 및 회절 광학 소자(6(60, 61))의 배치 위치가 반대로 되어 있다. 그러나, 실시예 1에 있어서의 마이크로 플라이 아이(4)로부터 줌 렌즈(7)까지의 부분 광학계와, 실시예 2에 있어서의 회절 광학 소자(6(60, 61))로부터 줌 렌즈(7)까지의 부분 광학계는 광학적으로 등가이다. 따라서, 실시예 1에 있어서의 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)까지의 부분 광학계와, 실시예 2에 있어서의 회절 광학 소자(6) (60, 61)부터 플라이 아이 렌즈(8)까지의 부분 광학계는, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 투영 광학계 PL의 동공과 공역인 조명 동공내에 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단을 구성하고 있는 점에서 공통이다.Thus, in Example 1 and Example 2, the arrangement position of the micro fly eye 4 and the diffraction optical element 6 (60, 61) is reversed. However, the partial optical system from the micro fly's eye 4 to the zoom lens 7 in the first embodiment, and the diffractive optical elements 6 (60, 61) to the zoom lens 7 in the second embodiment. The partial optical system of is optically equivalent. Therefore, the partial optical system from the micro fly's eye 4 to the fly's eye lens 8 in Example 1 and the diffraction optical elements 6 (60, 61) to the fly's eye lens 8 in Example 2 The partial optical system up to) is a secondary light source forming means for forming a plurality of surface light sources symmetrically eccentric with respect to the optical axis AX in the illumination pupil that is conjugated with the pupil of the projection optical system PL based on the light beam from the light source 1. It is common in that it constitutes.

이하, 실시예 1과의 상위점에 주목하여 실시예 2를 간단히 설명한다. 실시예 2에서는, 아포칼 줌 렌즈(5)는 회절 광학 소자(6)와 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하도록 구성되어 있다. 또한, 줌 렌즈(7)는 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 맺고 있다. 따라서, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)를 거친 광은, 아포칼 줌 렌즈(5)의 동공면에, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같은 2개의 점상을 형성한다.The second embodiment will be briefly described below by paying attention to differences from the first embodiment. In Embodiment 2, the apocal zoom lens 5 is configured to optically connect the entrance surface of the diffractive optical element 6 and the micro fly's eye 4 almost optically. In addition, the zoom lens 7 has a relationship between the rear focal plane of the micro fly's eye 4 and the incident surface of the fly's eye lens 8 substantially in a Fourier transform relationship. Therefore, the light which has passed through the diffractive optical element 6 for dipole illumination forms two point images as shown in Fig. 3B on the pupil plane of the apocal zoom lens 5.

이 2개의 점상으로부터의 광은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거쳐서 평행광으로 되고, 광축 AX에 대하여 경사 방향으로부터 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면에 입사한다. 그 결과, 실시예 2에서는 실시예 1과 마찬가지로, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면에, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역이 형성된다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에는, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여, 거의 광량 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원이 형성된다. 또한, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면의 근방에 배치된 개구 조리개(9)에 있어서도 광량 손실은 거의 발생하지 않는다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율이나 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 크기나 형상(고리띠 비)을 변경할 수 있는 점은 실시예 1과 마찬가지이다.The light from these two points becomes parallel light via the apocal zoom lens 5 and enters the incident surface of the micro fly's eye 4 from the inclination direction with respect to the optical axis AX. As a result, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the rear focal plane of the zoom lens 7 extends to the incidence plane of the fly's eye lens 8 on the optical axis AX as shown in Fig. 4B. Two illumination regions symmetrically eccentric with respect to, i.e., a dipole-shaped illumination region are formed. Then, on the rear focal plane of the fly's eye lens 8, a secondary light source having a bipolar shape is formed on the basis of the light beam from the light source 1 with almost no light loss. In addition, even in the aperture diaphragm 9 disposed in the vicinity of the rear focal plane of the fly's eye lens 8, almost no light loss occurs. Further, by appropriately changing the magnification of the apocal zoom lens 5 and the focal length of the zoom lens 7, the size and shape (ring ratio) of the bipolar secondary light source can be changed. Same as Example 1.

(실시예 1 및 실시예 2의 변형예)(Modifications of Example 1 and Example 2)

도 8은 실시예 1 및 실시예 2의 변형예의 주요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 8의 변형예는 실시예 1 및 실시예 2와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1 및 실시예 2에서는 광학 적분기로서 파면 분할형 플라이 아이 렌즈를 이용하고 있지만, 도 8의 변형예에서는 광학 적분기로서 내면 반사형의 로드형 광학 적분기를 이용하고 있는 것만이 기본적으로 상위하고 있다. 또, 도 8에서는, 실시예 1 및 실시예 2의 줌 렌즈(7)보다도 광원측의 요소 및 구동 제어 관계의 요소 등의 도시를 생략하고 있다. 이하, 실시예 1 및 실시예 2의 상위점에 주목하여 변형예를 설명한다.8 is a diagram schematically showing the configuration of main parts of a modification of the first embodiment and the second embodiment. The modification of FIG. 8 has a structure similar to Example 1 and Example 2. FIG. However, in Example 1 and Example 2, the wavefront split type fly's eye lens is used as the optical integrator. However, in the modification of FIG. 8, only the internal reflective rod type optical integrator is used as the optical integrator. Doing. In addition, in FIG. 8, illustration of the element of a light source side, the element of a drive control relationship, etc. are abbreviate | omitted rather than the zoom lens 7 of Example 1 and Example 2. In FIG. Hereinafter, a modification is demonstrated, paying attention to the difference of Example 1 and Example 2.

변형예에서는, 플라이 아이 렌즈(8) 대신에 로드형 적분기(8a)를 이용하는 것에 대응하여, 줌 렌즈(7)와 로드형 적분기(8a) 사이의 광로중에 콘덴서 렌즈(7a)를 부설하고, 콘덴서 광학계(10) 대신에 결상 광학계(10a)를 설치함과 동시에, 2차 광원의 제한을 위한 개구 조리개를 제거하고 있다. 여기서, 줌 렌즈(7)와 콘덴서 렌즈(7a)로 이루어지는 합성 광학계는, 실시예 1에 대응하는 변형예에서는 회절 광학 소자(6(60∼62))의 회절면과 로드형 적분기(8a)의 입사면을, 실시예 2에 대응하는 변형예에서는 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 로드형 적분기(8a)의 입사면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 또한, 결상 광학계(10a)는 로드형 적분기(8a)의 사출면과 마스크 M을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다.In the modification, in response to the use of the rod integrator 8a instead of the fly's eye lens 8, a condenser lens 7a is placed in the optical path between the zoom lens 7 and the rod integrator 8a, and the condenser The imaging optical system 10a is provided instead of the optical system 10, and the aperture stop for limiting the secondary light source is removed. Here, the composite optical system composed of the zoom lens 7 and the condenser lens 7a is a variation of the diffractive surface of the diffractive optical elements 6 (60 to 62) and the rod integrator 8a in the modification corresponding to the first embodiment. In the modified example corresponding to Example 2, the rear focal plane of the micro fly's eye 4 and the incident surface of the rod integrator 8a are optically almost conjugated. In addition, the imaging optical system 10a optically connects the exit surface of the rod integrator 8a and the mask M optically in conjugate space.

로드형 적분기(8a)는, 석영 유리나 형석과 같은 유리 재료로 이루어지는 내면 반사형 유리 로드이며, 내부와 외부의 경계면, 즉 내면에서의 전(全)반사를 이용하여 집광점을 통과하여 로드 입사면에 평행한 면을 따라 내면 반사수에 따른 수의 광원 상을 형성한다. 여기서, 형성되는 광원 상의 거의는 허상이지만, 중심(집광점)의 광원 상만이 실상으로 된다. 즉, 로드형 적분기(8a)에 입사한 광속은, 내면 반사에 의해 각도 방향으로 분할되고, 집광점을 통과하여 그 입사면에 평행한 면을 따라 다수의 광원 상으로 이루어지는 2차 광원이 형성된다.The rod integrator 8a is an inner surface reflective glass rod made of a glass material such as quartz glass or fluorite, and passes through a condensing point using a total internal reflection on the inner and outer surfaces, that is, the inner surface of the rod. Form a number of light source images according to the number of inner surface reflections along a plane parallel to the surface. 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 rod integrator 8a is divided in the angular direction by the inner surface reflection, and a secondary light source is formed on the light source along the plane parallel to the incident surface after passing through the focusing point. .

로드형 적분기(8a)에 의해 그 입사측에 형성된 2차 광원으로부터의 광속은, 그 사출면에 있어서 중첩된 후, 결상 광학계(10a)를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 균일 조명한다. 상술한 바와 같이, 결상 광학계(10a)는, 로드형 적분기(8a)의 사출면과 마스크 M(나아가서는 웨이퍼 W)을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 따라서, 마스크 M상에는, 로드형 적분기(8a)의 단면 형상과 서로 유사한 직사각형 형상의 조명 영역이 형성된다. 이와 같이, 변형예에 있어서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상의 원형 조명을 행할 수 있다.The light beam from the secondary light source formed on the incidence side by the rod integrator 8a is superimposed on the exit surface, and then uniformly illuminates the mask M in which a predetermined pattern is formed via the imaging optical system 10a. As described above, the imaging optical system 10a optically connects the exit surface of the rod integrator 8a and the mask M (the wafer W to be advanced) almost optically. Therefore, on the mask M, a rectangular illumination region similar to the cross-sectional shape of the rod integrator 8a is formed. Thus, also in the modification, similarly to Example 1 and Example 2, modified illumination, such as dipole illumination, and normal circular illumination can be performed, suppressing light loss favorably.

상술한 각 실시예에 따른 노광 장치에서는, 조명 광학 장치에 의해서 마스크를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 주사 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 도 1에 도시하는 실시예 1의 노광 장치 또는 도 7에 도시하는 실시예 2의 노광 장치를이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성하는 것에 의해, 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 일례에 대해서 도 9의 흐름도를 참조하여 설명한다.In the exposure apparatus according to each of the embodiments described above, the mask is illuminated by an illumination optical device (lighting step), and the exposure pattern formed on the mask is scanned and exposed to the photosensitive substrate by using a projection optical system (exposure step), Micro devices (semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured. Hereinafter, the semiconductor device as a micro device is obtained by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of Example 1 shown in FIG. 1 or the exposure apparatus of Example 2 shown in FIG. 7. An example of the method at the time will be described with reference to the flowchart of FIG. 9.

우선, 도 9의 단계 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 도 1 또는 도 7에 도시하는 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계(투영 광학 모듈)를 거쳐서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 더 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋이 좋게 얻을 수 있다.First, in step 301 of FIG. 9, a metal film is deposited on one lot of wafers. In a next step 302, photoresist is applied onto the one lot of metal film on the wafer. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially passed through the projection optical system (projection optical module) to each shot region of the one lot of wafers using the exposure apparatus shown in FIG. 1 or 7. Exposure is transferred. Thereafter, in step 304, the development of the photoresist on the one lot of wafers is performed, and then, in step 305, etching is performed on the one lot of wafers with the resist pattern as a mask to correspond to the pattern on the mask. Circuit patterns are formed in each shot region on each wafer. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming the circuit pattern of the upper layer or the like. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having a very fine circuit pattern can be obtained with good throughput.

또, 상술한 각 실시예에 있어서는, 광속 변환 소자로서의 회절 광학 소자(6(61∼62))를, 예컨대 터릿 방식으로 조명 광로중에 위치 결정하도록 구성할 수 있다. 또한, 예컨대 공지(公知)의 슬라이더 기구를 이용하여, 상술한 회절 광학 소자(6(61∼62))의 삽입/분리 및 전환을 행할 수도 있다.In each of the above-described embodiments, the diffractive optical elements 6 (61 to 62) as the light beam conversion elements 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 6 (61-62) can also be inserted / separated and switched using the well-known slider mechanism.

또한, 상술한 각 실시예에서는, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈의 형상을 정육각형으로 설정하고 있다. 이것은, 원형 형상의 미소 렌즈에서는 조밀하게 배열을 행할 수 없고 광량 손실이 발생하므로, 원형에 가까운 다각형으로서 정육각형을 선정하고 있기 때문이다. 그러나, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 각 미소 렌즈의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예컨대 직사각형 형상을 포함하는 다른 적당한 형상을 이용할 수 있다. 또한, 상술한 각 실시예에서는, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈의 굴절력을 정굴절력이라고 하고 있지만, 이 미소 렌즈의 굴절력은 부이더라도 무방하다.In addition, in each Example mentioned above, the shape of the micro lens which comprises the micro fly eye 4 is set to the regular hexagon. This is because a regular hexagon is selected as a polygon close to a circle because a circular micro lens cannot be densely arranged and loss of light occurs. However, the shape of each microlens constituting the micro fly's eye 4 is not limited to this, and other suitable shapes including, for example, rectangular shapes can be used. In each of the above-described embodiments, the refractive power of the microlenses constituting the micro fly's eye 4 is called the refractive power, but the refractive power of the microlenses may be negative.

또한, 상술한 실시예 1에서는 아포칼 줌 렌즈(5)를 이용하고 있지만, 아포칼 줌 렌즈 대신에 포칼 줌 렌즈를 이용하여, 마이크로 플라이 아이(4)의 전방에 직사각형 형상의 광속을 원형의 광속으로 변환하기 위한 회절 광학 소자를 배치하는 구성도 가능하다. 또한, 상술한 각 실시예에서는, 하나의 플라이 아이 렌즈(8)를 이용하고 있지만, 2개의 플라이 아이 렌즈를 이용하는 더블 플라이 아이 방식에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시예 1에서는, 통상의 원형 조명을 행할 때에 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 위치 결정하고 있지만, 이 회절 광학 소자(62)의 사용을 생략할 수도 있다.In addition, although the apocal zoom lens 5 is used in Example 1 mentioned above, a circular light beam is made into the rectangular beam in front of the micro fly eye 4 using a focal zoom lens instead of an apocal zoom lens. The arrangement which arrange | positions the diffraction optical element for converting into the structure is also possible. In addition, although the one fly eye lens 8 is used in each embodiment mentioned above, this invention is applicable also to the double fly eye system using two fly-eye lenses. In addition, in Example 1 mentioned above, although the diffraction optical element 62 is positioned in the illumination optical path at the time of performing ordinary circular illumination, use of this diffraction optical element 62 can also be omitted.

또한, 상술한 각 실시예에서는 발산 광속 형성 소자로서 마이크로 플라이 아이(4)를 이용하고 있지만, 필요에 따라, 예컨대 플라이 아이 렌즈나 회절 광학 소자 등을 이용할 수도 있다. 또한, 상술한 각 실시예에서는 광속 변환 소자(6(61∼62))로서 회절 광학 소자를 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대 마이크로 플라이 아이나 미소 렌즈 프리즘과 같은 굴절 광학 소자를 이용할 수도 있다. 그런데, 본 발명에서 이용할 수 있는 회절 광학 소자에 관한 상세한설명은 미국 특허 제 5,850,300 호 공보 등에 개시되어 있다.In the above-described embodiments, the micro fly's eye 4 is used as the divergent light beam forming element. However, for example, a fly's eye lens, a diffractive optical element, or the like may be used as necessary. In addition, although the diffraction optical element is used as the light beam conversion elements 6 (61-62) in each above-mentioned embodiment, it is not limited to this, For example, refractive optical elements, such as a micro fly's eye and a microlens prism, can also be used. . However, a 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 각 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, although each embodiment mentioned above demonstrated this invention taking the projection exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus as an example, what can apply this invention to the general illumination optical apparatus for uniformly illuminating the to-be-exposed surface other than a mask is Obvious.

또, 상술한 각 실시예에 있어서는, 도광 광학계로서의 콘덴서 광학계(10)에 의해서 개구 조리개(9)의 위치에 형성되는 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 마스크 M을 조명하는 구성으로 하고 있지만, 콘덴서 광학계(10)와 마스크 M 사이에, 조명 시야 조리개(마스크 블라인드)와, 이 조명 시야 조리개의 상을 마스크 M상에 형성하는 릴레이 광학계를 배치하더라도 무방하다. 이 경우, 도광 광학계는 콘덴서 광학계(10)와 릴레이 광학계로 구성되고, 콘덴서 광학계(10)는 개구 조리개(9)의 위치에 형성되는 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 조명 시야 조리개를 조명하게 되고, 릴레이 광학계는 조명 시야 조리개의 개구부의 상을 마스크 M상에 형성하게 된다. 이상의 점은 각 실시예의 변형예에 있어서도 마찬가지이다.In each of the above-described embodiments, the condenser optical system 10 as the light guide optical system condenses the light from the secondary light source formed at the position of the aperture stop 9 to illuminate the mask M in a superimposed manner. However, the illumination visual field stop (mask blind) and the relay optical system which form the image of this illumination visual field stop on the mask M may be arrange | positioned between the condenser optical system 10 and the mask M. FIG. In this case, the light guiding optical system is composed of a condenser optical system 10 and a relay optical system, and the condenser optical system 10 condenses the light from the secondary light source formed at the position of the aperture diaphragm 9 to overlap the illumination field stop. The illumination of the relay system forms an image of the opening of the illumination field stop on the mask M. FIG. The above is the same also in the modified example of each Example.

또한, 상술한 각 실시예에 있어서는 플라이 아이 렌즈(8)를, 복수의 요소 렌즈를 집적하여 형성하고 있지만, 이들을 마이크로 플라이 아이로 하는 것도 가능하다. 마이크로 플라이 아이란 광투과성 기판에 에칭 등의 방법에 의해 복수의 미소 렌즈면을 매트릭스 형상으로 마련한 것이다. 복수의 광원 상을 형성하는 점에 관해서, 플라이 아이 렌즈와 마이크로 플라이 아이 사이에 기능상 차이는 실질적으로는 없지만, 하나의 요소 렌즈(미소 렌즈)의 개구의 크기를 매우 작게 할 수 있는것, 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있는 것, 광축 방향의 두께를 대단히 얇게 할 수 있는 것 등의 점에서 마이크로 플라이 아이가 유리하다.In the above-described embodiments, the fly's eye lens 8 is formed by integrating a plurality of element lenses. However, the fly's eye lens 8 may be a micro fly's eye. The micro fly's eye is provided with a plurality of micro lens surfaces in a matrix form by a method such as etching on a light transmissive substrate. In terms of forming a plurality of light source images, there is practically no functional difference between the fly's eye lens and the micro fly's eye, but the size of the aperture of one element lens (microlens) can be made very small. The micro fly's eye is advantageous in that it is possible to significantly reduce the thickness, and to make the thickness in the optical axis direction extremely thin.

또한, 상술한 각 실시예에서는, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면 근방에 2차 광원의 광속을 제한하기 위한 개구 조리개(9)를 배치하고 있다. 그러나, 개구 조리개의 배치를 생략하여 2차 광원의 광속을 전혀 제한하지 않는 구성도 가능하다.In each of the above-described embodiments, the aperture stop 9 for restricting the luminous flux of the secondary light source is arranged near the rear focal plane of the fly's eye lens 8. However, it is also possible to omit the arrangement of the aperture stops so as not to limit the luminous flux of the secondary light source.

예컨대, 상술한 바와 같이 플라이 아이 렌즈(8)를 마이크로 플라이 아이로 한 경우와 같이, 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자의 단면적을 충분히 작게 설정한 경우에는, 개구 조리개의 배치를 생략하여 2차 광원의 광속을 전혀 제한하지 않는 구성도 가능하다.For example, when the cross-sectional area of each lens element constituting the fly's eye lens is set sufficiently small, as in the case where the fly's eye lens 8 is a micro fly's eye as described above, the secondary aperture is omitted and the secondary aperture is omitted. The configuration which does not restrict the luminous flux of a light source at all is also possible.

그런데, 상술한 각 실시예에 있어서는, 광원으로서 KrF 엑시머 레이저(파장 : 248㎚)나 ArF 엑시머 레이저(파장 : 193㎚) 등, 파장이 180㎚ 이상의 노광광을 이용하고 있기 때문에, 회절 광학 소자는, 예컨대 석영 유리로 형성할 수 있다. 또, 노광광으로서 200㎚ 이하의 파장을 이용하는 경우, 예컨대 진공 자외 영역의 파장의 노광광을 공급하는 F2레이저(파장 : 157㎚)를 이용한 경우에는, 회절 광학 소자를 형석, 불소가 도핑된 석영 유리, 불소 및 수소가 도핑된 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1 ×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1 ×1017molecules/㎤ 이상이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리의 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.By the way, in each embodiment mentioned above, 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, a diffraction optical element For example, it can form with quartz glass. In the case where a wavelength of 200 nm or less is used as the exposure light, for example, when a F 2 laser (wavelength: 157 nm) that supplies exposure light having a wavelength in a vacuum ultraviolet region is used, the diffractive optical element is doped with fluorite and fluorine. Quartz glass, quartz glass doped with fluorine and hydrogen, quartz glass having a structure crystal temperature of 1200 K or less and an OH group concentration of 1000 ppm or more, quartz having a structure crystal temperature of 1200 K or less and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more Groups of glass, quartz glass having a structure crystal temperature of 1200 K or less and a chlorine concentration of 50 ppm or less, and a quartz glass having a structure crystal temperature of 1200 K or less and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more and a chlorine concentration of 50 ppm or less It is preferable to form with the material chosen from.

또, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리에 관해서는, 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2770224 호 공보에 개시되고 있으며, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리에 대해서는 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2936138 호 공보에 개시되어 있다.Moreover, regarding the 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 this applicant, The structure crystal temperature is 1200K or less and hydrogen molecule concentration is 1 Quartz glass having a size of at least 10 × 10 17 molecules / cm 3, quartz glass having a structure crystal temperature of 1200 K or less and a chlorine concentration of 50 ppm or less, and a structure crystal temperature of 1200 K or less, and a hydrogen molecule concentration of 1 × 10 17 molecules / cm 3 or more, and chlorine About quartz glass whose density | concentration is 50 ppm or less, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2936138 by this applicant.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 따른 조명 광학 장치에서는, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 그 결과, 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시킬 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명의 파라미터를 변화시킬 수 있다.As described above, in the illumination optical apparatus according to each embodiment of the present invention, modified illumination such as dipole illumination and ordinary circular illumination, while satisfactorily suppressing the amount of light loss in the aperture stop for limiting the secondary light source, are preferably used. I can do it. As a result, the resolution of the projection optical system can be improved for a specific pattern shape while securing a predetermined depth of focus. In addition, by a simple operation of changing the magnification of the apocal zoom lens or changing the focal length of the zoom lens, it is possible to change the parameter of the modified illumination while satisfactorily suppressing the light amount loss in the aperture stop.

따라서, 본 발명의 각 실시예에 따른 조명 광학 장치를 장착한 노광 장치에서는, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 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. 또한, 본 발명의 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법에서는, 양호한 노광 조건을 기초로 투영 노광을 행할 수 있기 때문에, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.Therefore, in the exposure apparatus equipped with the illumination optical apparatus according to each embodiment of the present invention, the type and parameters of the modified illumination can be appropriately changed to obtain the resolution and the depth of focus of the projection optical system suitable for the fine pattern to be subjected to exposure projection. . As a result, good projection exposure with high throughput can be performed based on high exposure illuminance and good exposure conditions. Moreover, in the exposure method which exposes the pattern of the mask arrange | positioned on the to-be-exposed surface using the illumination optical apparatus of this invention on a photosensitive board | substrate, since a projection exposure can be performed based on favorable exposure conditions, a favorable microdevice is manufactured. can do.

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 (22)

투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴의 상을 기판상으로 전사하는 투영 노광 장치에 이용되고, 상기 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서,In the illumination optical apparatus for illuminating the said mask, it is used for the projection exposure apparatus which transfers the image of the pattern on a mask on a board | substrate via a projection optical system, 노광 파장의 광속(光束)을 공급하기 위한 광원 수단과,Light source means for supplying a light beam having an exposure wavelength; 상기 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 상기 투영 광학계의 동공과 공역인 조명 동공내에, 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심(偏心)한 2개의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단과,A secondary light source forming means for forming two surface light sources substantially symmetrically symmetrical with respect to a reference optical axis in the illumination pupil that is conjugate with the pupil of the projection optical system based on the light beam from the light source means; 상기 2개의 면 광원의 상기 기준 광축으로부터의 거리와, 상기 2개의 면 광원 각각의 크기와, 상기 2개의 면 광원을 상기 기준 광축으로부터 예상한 각도인 방위각을 연속적으로 변경하기 위한 변배 광학계를 갖는 것Having a displacement optical system for continuously changing the distance between the two surface light sources from the reference optical axis, the size of each of the two surface light sources, and the azimuth angle which is the angle at which the two surface light sources are expected from the reference optical axis 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 변배 광학계는 2개의 변배 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.The variable displacement optical system comprises two variable displacement optical systems. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 2차 광원 형성 수단은 입사 광속을 2개의 광속으로 변환시키기 위한 광속 변환 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.And said secondary light source forming means comprises a luminous flux converting element for converting the incident luminous flux into two luminous fluxes. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 광속 변환 소자는 다른 광속 변환 소자와 교환 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.And said luminous flux converting element is interchangeable with another luminous flux converting element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 광원 형성 수단은,The secondary light source forming means, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 기준 광축에 대하여 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 변환하여, 제 1 소정면으로 입사시키기 위한 각도 광속 형성 수단과,An angular luminous flux forming means for converting the luminous flux from the light source means into a luminous flux having various angular components with respect to a reference optical axis and making it enter the first predetermined surface; 상기 제 1 소정면에 입사한 상기 여러 각도 성분을 갖는 광속에 근거하여, 상기 기준 광축에 대해서 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역을 제 2 소정면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단과,Illumination region forming means for forming on the second predetermined surface two illumination regions symmetrically symmetrical with respect to the reference optical axis based on the light beam having the various angular components incident on the first predetermined surface; 상기 제 2 소정면상에 형성된 상기 2개의 조명 영역으로부터의 광속에 근거하여, 상기 2개의 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 2차 광원을 형성하기 위한 광학 적분기An optical integrator for forming a bipolar secondary light source having a light intensity distribution substantially the same as the two illumination regions based on the light beams from the two illumination regions formed on the second predetermined surface. 를 구비하되,Provided with 상기 광학 적분기로부터의 광속을 상기 피조사면으로 도입하기 위한 도광 광학계를 더 구비하는 것Further comprising a light guiding optical system for introducing the light beam from the optical integrator into the irradiated surface 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 각도 광속 형성 수단은,The angular beam forming means, 상기 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 상기 기준 광축에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자와,A divergent luminous flux forming element for converting a substantially parallel luminous flux from said light source means into luminous flux diverging at various angles with respect to said reference optical axis; 상기 발산 광속 형성 소자를 거쳐서 형성된 발산 광속을 집광하여 상기 제 1 소정면으로 가이드하기 위한 제 1 광학계를 갖는 것Having a first optical system for collecting and guiding the divergent luminous flux formed through the divergent luminous flux forming element to the first predetermined surface 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 중심 높이를 변화시키는 일없이 그 폭을 변화시키기 위한 제 1 변배 광학계를 갖고,The first optical system has a first variable optical system for changing its width without changing the center height of the plurality of surface light sources formed as the secondary light source, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것The first shifting optical system constitutes at least a part of the shifting optical system 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 발산 광속 형성 소자는 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자를 갖는 광학 소자 어레이를 갖고,The divergent light beam forming element has an optical element array having a plurality of unit optical elements arranged in a two-dimensional shape, 상기 제 1 변배 광학계는 상기 광학 소자 어레이에 의한 상기 광원 수단으로부터의 광속의 복수의 집광점과 상기 제 1 소정면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하는 아포칼 줌 렌즈(afocal zoom lens)를 갖는 것Said first variable optical system having an afocal zoom lens that optically connects a plurality of condensing points of the light beam from said light source means by said optical element array and said first predetermined surface in optical proximity; 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 조명 영역 형성 수단은,The illumination region forming means, 상기 제 1 소정면 근방에 배치되어 입사 광속을 복수의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와,A light beam conversion element disposed in the vicinity of the first predetermined surface to convert the incident light beam into a plurality of light beams; 상기 광속 변환 소자로부터의 광속을 상기 제 2 소정면으로 가이드하기 위한 제 2 광학계를 갖는 것Having a second optical system for guiding the luminous flux from said luminous flux converting element to said second predetermined surface 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 광속 변환 소자는 상기 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 조명 영역을 파필드에 형성하고,The luminous flux conversion element forms a plurality of illumination regions eccentric with respect to the reference optical axis in the far field, 상기 제 2 광학계는 상기 파필드에 형성되는 상기 복수의 조명 영역을 상기 제 2 소정면상에 형성시키는 것Wherein said second optical system forms said plurality of illumination regions formed in said farfield on said second predetermined surface; 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 2 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 외경을, 서로 유사한 형상을 유지하면서 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계를 갖고,The second optical system has a second variable optical system for changing the outer diameters of the plurality of surface light sources formed as the secondary light source while maintaining similar shapes to each other, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것The second variable optical system constitutes at least a part of the variable optical system 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 광속 변환 소자는 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되고 또한 상기 제 1 소정면에 회절면이 위치 결정된 회절 광학 소자를 갖고,The luminous flux converting element freely inserted / separated with respect to the illumination light path and having a diffractive optical element having a diffraction surface positioned on the first predetermined surface, 상기 제 2 변배 광학계는 상기 회절 광학 소자의 회절면과 상기 제 2 소정면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 맺는 것The second variable optical system forms a diffractive surface of the diffractive optical element and the second predetermined surface substantially in a Fourier transform relationship 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 광원 형성 수단은,The secondary light source forming means, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 기준 광축에 대하여 편심한 2개의 광속으로 변환하여, 상기 2개의 광속으로부터의 광을 상기 기준 광축에 대해서 경사 방향으로부터 제 1 소정면으로 입사시키기 위한 광속 형상 변환 수단과,Luminous flux shape converting means for converting the luminous flux from said light source means into two luminous fluxes eccentric with respect to a reference optical axis, and causing light from said two luminous fluxes to enter said first predetermined plane from an oblique direction with respect to said reference optical axis; 상기 제 1 소정면에 입사한 상기 경사 방향의 광속에 근거하여, 상기 기준 광축에 대해서 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역을 제 2 소정면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단과,Illumination region forming means for forming, on the second predetermined surface, two illumination regions symmetrically symmetrical with respect to the reference optical axis based on the light beam in the inclined direction incident on the first predetermined surface; 상기 제 2 소정면상에 형성된 상기 2개의 조명 영역으로부터의 광속에 근거하여, 상기 2개의 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 2차 광원을 형성하기 위한 광학 적분기를 구비하며,An optical integrator for forming a bipolar secondary light source having a light intensity distribution substantially the same as the two illumination regions, based on the light beams from the two illumination regions formed on the second predetermined surface, 상기 광학 적분기로부터의 광속을 상기 마스크로 가이드하기 위한 도광 광학계를 더 구비하고 있는 것And further provided with a light guide optical system for guiding the luminous flux from the optical integrator to the mask. 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 광속 형상 변환 수단은,The light beam shape conversion means, 상기 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 복수의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와,A light beam conversion element for converting a substantially parallel light beam from the light source means into a plurality of light beams, 상기 광속 변환 소자로부터의 광속을 상기 제 1 소정면으로 가이드하기 위한 제 3 광학계를 갖는 것Having a third optical system for guiding the luminous flux from said luminous flux converting element to said first predetermined surface 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 광속 변환 소자는 상기 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 광속을 파필드에 형성하고,The luminous flux converting element forms a plurality of luminous fluxes eccentric with respect to the reference optical axis in farfield, 상기 제 3 광학계는 그 동공면에 상기 파필드에 형성되는 상기 복수의 광속을 형성시키는 것Wherein the third optical system forms the plurality of luminous fluxes formed in the far field on its pupil plane 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 3 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 중심 높이를 변화시키는 일없이 그 폭을 변화시키기 위한 제 3 변배 광학계를 갖고,The third optical system has a third variable optical system for changing its width without changing the center height of the plurality of surface light sources formed as the secondary light source, 상기 제 3 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것The third variable optical system constitutes at least a part of the variable optical system 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 광속 변환 소자는 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성된 회절 광학 소자를 갖고,The luminous flux conversion element has a diffractive optical element freely inserted / separated with respect to the illumination light path, 상기 제 3 변배 광학계는 상기 회절 광학 소자의 회절면과 상기 제 1 소정면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하는 아포칼 줌 렌즈를 갖는 것Wherein said third variable optical system has an apocal zoom lens that optically couples a diffractive surface of said diffractive optical element and said first predetermined surface in an optically conjugate manner; 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 조명 영역 형성 수단은,The illumination region forming means, 상기 제 1 소정면으로의 입사 광속을 파면 분할하여 다수의 광원을 형성하기 위한 파면 분할 소자와,A wavefront dividing element for wavefront dividing the incident light beam onto the first predetermined surface to form a plurality of light sources; 상기 파면 분할 소자를 거쳐서 형성된 다수의 광원으로부터의 발산 광속을 집광하여 상기 제 2 소정면으로 가이드하기 위한 제 4 광학계를 갖는 것Having a fourth optical system for collecting divergent light fluxes from a plurality of light sources formed through the wavefront dividing element and guiding them to the second predetermined surface 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제 4 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 외경을, 서로 유사한 형상을 유지하면서 변화시키기 위한 제 4 변배 광학계를 갖고,The fourth optical system has a fourth variable optical system for changing the outer diameters of the plurality of surface light sources formed as the secondary light source while maintaining similar shapes to each other, 상기 제 4 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것The fourth shifting optical system constitutes at least a part of the shifting optical system 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 파면 분할 소자는, 입사면이 상기 제 1 소정면 근방에 배치되고, 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자를 갖는 광학 소자 어레이를 갖고,The wavefront dividing element has an optical element array having a plurality of unit optical elements arranged in a two-dimensional shape with an incident surface disposed near the first predetermined surface, 상기 제 4 변배 광학계는 상기 광학 소자 어레이의 상기 입사면과 상기 제 2 소정면을 광학적으로 거의 공역인 관계로 연결하는 것Wherein the fourth variable optical system connects the incidence surface of the optical element array and the second predetermined surface in an optically substantially conjugate relationship. 을 특징으로 하는 조명 광학 장치.Illumination optical device, characterized in that. 청구항 1 내지 20중 어느 한 항에 기재된 조명 광학 장치와,The illumination optical device according to any one of claims 1 to 20, 상기 피조사면에 설정된 마스크의 패턴을 감광성 기판상으로 투영 노광하기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것Provided with a projection optical system for projecting and exposing the pattern of the mask set on said irradiated surface onto a photosensitive substrate 을 특징으로 하는 노광 장치.An exposure apparatus characterized by the above-mentioned. 청구항 21에 기재된 노광 장치에 의해 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판상에 노광하는 노광 공정과,An exposure step of exposing the pattern of the mask on the photosensitive substrate by the exposure apparatus according to claim 21; 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것And a developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. 을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.Method for producing a micro device, characterized in that.
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