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JP7116368B2 - Illumination apparatus and method, exposure apparatus and method, and device manufacturing method - Google Patents

Illumination apparatus and method, exposure apparatus and method, and device manufacturing method Download PDF

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JP7116368B2 JP2020201771A JP2020201771A JP7116368B2 JP 7116368 B2 JP7116368 B2 JP 7116368B2 JP 2020201771 A JP2020201771 A JP 2020201771A JP 2020201771 A JP2020201771 A JP 2020201771A JP 7116368 B2 JP7116368 B2 JP 7116368B2
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Description

本発明は、照明光で物体を照明する照明技術、照明技術を用いる露光技術、及び露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。 The present invention relates to an illumination technique for illuminating an object with illumination light, an exposure technique using the illumination technique, and a device manufacturing technique using the exposure technique.

従来、液晶表示素子、半導体素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程で、照明装置により照明されたマスクのパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート等の基板に転写するために露光装置が用いられている。
従来の照明装置として、水銀ランプからの照明光束の断面形状を制御するための複数の円錐又は角錐状の光学部材からなる光学系を備え、輪帯照明を行う場合に照明光の利用効率を高めるために、輪帯状の照明光源の形状に応じて、その光学系を用いて照明光束の断面形状を制御する照明装置が使用されている(例えば特許文献1参照)。
Conventionally, in the photolithography process for manufacturing electronic devices such as liquid crystal display devices, semiconductor devices, and thin-film magnetic heads, a mask pattern illuminated by an illumination device is projected onto a photosensitive agent such as photoresist through a projection optical system. An exposure apparatus is used to transfer the coating onto a substrate such as a plate.
As a conventional lighting device, it has an optical system consisting of a plurality of conical or pyramidal optical members for controlling the cross-sectional shape of the illumination light beam from the mercury lamp, and increases the efficiency of using the illumination light when performing annular illumination. For this reason, an illumination device is used that controls the cross-sectional shape of an illumination light flux using its optical system in accordance with the shape of an annular illumination light source (see, for example, Patent Document 1).

露光装置では輪帯照明以外の照明方法も使用される。このような場合にも、照明光の利用効率を高めることを考慮することが望まれている。 Illumination methods other than annular illumination are also used in the exposure apparatus. In such a case as well, it is desirable to take into consideration how to improve the utilization efficiency of the illumination light.

米国特許第5,719,704号明細書U.S. Pat. No. 5,719,704

第1の態様によれば、マスクを照明する照明装置であって、照明光を発生する光源と、その照明光の傾き角を調整する光学系と、その光学系を介したその照明光を集光する第1集光光学系と、その光学系を介したその照明光を、その照明光のその傾き角を維持してその第1集光光学系に射出する光学部材と、その第1集光光学系から射出したその照明光の開口数を調整する開口絞りと、開口数が調整されたその照明光をそのマスクに導く第2集光光学系と、を備え、その第1集光光学系は、その照明光の照度分布を均一化する複数の光学要素を含んだ光学要素群を有し、その光学部材を通過したその照明光は、その第1集光光学系の複数のその光学要素の入射口の大きさよりも広い領域に分布し、その光学部材は複数の光ファイバ素線を束ねて構成され、その光学部材の射出端を構成するその光ファイバ素線の数と、その光学要素群の複数のその光学要素のそれぞれの射出端に形成される光源像の数とがほぼ等しい範囲で、その開口絞りでその照明光の開口数を調整する、照明装置が提供される。 According to a first aspect, there is provided an illumination device for illuminating a mask, comprising a light source for generating illumination light, an optical system for adjusting the tilt angle of the illumination light, and condensing the illumination light via the optical system. a first condensing optical system that emits light; an optical member that emits the illumination light through the optical system to the first condensing optical system while maintaining the tilt angle of the illumination light; comprising an aperture stop for adjusting the numerical aperture of the illumination light emitted from the optical optical system, and a second condensing optical system for guiding the illumination light with the adjusted numerical aperture to the mask, the first condensing optical system The system has an optical element group including a plurality of optical elements that homogenize the illuminance distribution of the illumination light, and the illumination light that has passed through the optical member passes through the plurality of optical elements of the first condensing optical system. distributed over a region wider than the size of the entrance of the element, the optical member is configured by bundling a plurality of optical fiber strands, the number of the optical fiber strands constituting the exit end of the optical member, and the optical An illumination device is provided in which the aperture stop adjusts the numerical aperture of the illumination light within a range in which the number of light source images formed at the exit end of each of the plurality of optical elements of the element group is approximately equal .

第2の態様によれば、マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、第1の態様の照明装置と、その照明装置で照明されたそのマスクのパターンの像を基板に形成する投影光学系と、を備える露光装置が提供される。
第3の態様によれば、マスクを照明する照明方法であって、光源から発生された照明光の傾き角を調整することと、その傾き角が調整されたその照明光を、その照明光のその傾き角を維持する光学部材を介して射出することと、射出されたその照明光を集光することと、その照明光の開口数を調整することと、開口数が調整されたその照明光をそのマスクに導くことと、を含み、その照明光を集光することは、複数の光学要素を含んだ光学要素群を用いてその照明光の照度分布を均一化することを含み、その光学部材を通過したその照明光は、複数のその光学要素の入射口の大きさよりも広い領域に分布し、その光学部材は複数の光ファイバ素線を束ねて構成され、その光学部材の射出端を構成するその光ファイバ素線の数と、その光学要素群の複数のその光学要素のそれぞれの射出端に形成される光源像の数とがほぼ等しい範囲で、その照明光の開口数を調整する、照明方法が提供される。
According to a second aspect, there is provided an exposure apparatus for exposing a mask pattern onto a substrate, comprising an illumination device according to the first aspect, and a projection device for forming an image of the mask pattern illuminated by the illumination device onto the substrate. An exposure apparatus is provided comprising: an optical system;
According to a third aspect, there is provided an illumination method for illuminating a mask, comprising adjusting the tilt angle of illumination light generated from a light source, and adjusting the tilt angle of the illumination light to emitting through an optical member that maintains the tilt angle, concentrating the emitted illumination light, adjusting the numerical aperture of the illumination light, and adjusting the numerical aperture of the illumination light to the mask, and collecting the illumination light includes homogenizing the illuminance distribution of the illumination light using an optical element group including a plurality of optical elements, and The illumination light that has passed through the member is distributed over a region wider than the size of the entrance apertures of the plurality of optical elements. The numerical aperture of the illumination light is adjusted within a range in which the number of the constituent optical fiber strands and the number of light source images formed at the exit end of each of the plurality of optical elements of the optical element group are approximately equal. , a lighting method is provided.

第4の態様によれば、マスクのパターンを基板に露光する露光方法であって、第3の態様の照明方法を用いてそのマスクを照明することと、照明されたそのマスクのパターンの像を基板に形成することと、を含む露光方法が提供される。 According to a fourth aspect, there is provided an exposure method for exposing a mask pattern onto a substrate, comprising illuminating the mask using the illumination method of the third aspect, and forming an image of the illuminated mask pattern. forming on a substrate.

一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the illuminating device which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る部分投影光学系及びステージ系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing configurations of a partial projection optical system and a stage system according to one embodiment; 照明方法及び露光方法の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of an illumination method and an exposure method; (A)は照明光のσ値が大きいときの照明装置の要部を示す図、(B)は照明光のσ値が小さいときの照明装置の要部を示す図である。(A) is a diagram showing the main part of the illumination device when the σ value of the illumination light is large, and (B) is a diagram showing the main part of the illumination device when the σ value of the illumination light is small. (A)は比較例の照明装置の要部を示す図、(B)はライトガイドファイバの入射端における光強度分布を示す図、(C)はフライアイレンズの入射端における光強度分布を示す図である。(A) shows the main part of the illumination device of the comparative example, (B) shows the light intensity distribution at the incident end of the light guide fiber, and (C) shows the light intensity distribution at the incident end of the fly-eye lens. It is a diagram. (A)は部分照明光学系を示す図、(B)は図7(A)のライトガイドファイバの射出端を示す拡大図である。7A is a diagram showing a partial illumination optical system, and FIG. 7B is an enlarged view showing the exit end of the light guide fiber of FIG. 7A. (A)は輪帯照明時の開口絞りの開口の一例を示す図、(B)は大σ照明時の開口絞りの開口の一例を示す図、(C)は小σ照明時の開口絞りの開口の一例を示す図である。(A) is a diagram showing an example of the aperture of the aperture diaphragm during annular illumination, (B) is a diagram showing an example of the aperture of the aperture diaphragm during large-σ illumination, and (C) is a diagram of the aperture diaphragm during small-σ illumination. It is a figure which shows an example of opening. (A)及び(B)はフライアイレンズの射出面を示す概念図である。(A) and (B) are conceptual diagrams showing an exit surface of a fly's eye lens. (A)は変倍光学系の構成例を示す図、(B)は切り換え式の光学系の構成例を示す図、(C)はレーザビームの傾き角を制御する光学部材の一例を示す図である。(A) is a diagram showing a configuration example of a variable power optical system, (B) is a diagram showing a configuration example of a switching optical system, and (C) is a diagram showing an example of an optical member for controlling the tilt angle of a laser beam. is. 電子デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of an electronic device manufacturing method.

一実施形態について、図1~図9(B)を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る露光装置EXを示す斜視図である。本実施形態では、露光装置EXが、複数の反射屈折型の部分投影光学系を有する投影光学系PLに対してマスクMと感光剤が塗布された基板としての平板状のプレートPとを同期移動させつつ、マスクMに形成されたパターンの像をプレートPに転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるものとして説明する。 One embodiment will be described with reference to FIGS. 1-9B. FIG. 1 is a perspective view showing an exposure apparatus EX according to this embodiment. In this embodiment, the exposure apparatus EX synchronously moves a mask M and a flat plate P as a substrate coated with a photosensitive agent with respect to a projection optical system PL having a plurality of catadioptric partial projection optical systems. A step-and-scan type exposure apparatus for transferring an image of a pattern formed on a mask M onto a plate P will be described.

以下では、図1において、プレートPに平行な平面内で直交するようにX軸、Y軸を取り、その平面(XY平面)に垂直にZ軸を取って説明する。一例として、XY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直線に平行に設定される。また、この実施形態ではマスクM及びプレートPを同期移動させる方向である走査方向をX軸に平行な方向(X方向)に設定している。このとき、走査方向に直交する非走査方向はY軸に平行な方向(Y方向)である。 In the following description, in FIG. 1, the X-axis and the Y-axis are taken so as to be orthogonal within a plane parallel to the plate P, and the Z-axis is taken perpendicular to the plane (XY plane). As an example, the XY plane is set parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set parallel to the vertical line. Moreover, in this embodiment, the scanning direction, which is the direction in which the mask M and the plate P are synchronously moved, is set in the direction parallel to the X axis (X direction). At this time, the non-scanning direction perpendicular to the scanning direction is the direction parallel to the Y axis (Y direction).

露光装置EXは、マスクステージMST(図3参照)に支持されたマスクMのパターン面(以下、マスク面ともいう)を均一な照度分布の照明光で照明するための照明装置ILAと、投影光学系PLと、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる制御部30とを備えている。照明装置ILAは、マスク面にY方向(非走査方向)に沿って配置された第1列の複数(ここでは4個)の照明領域21a,21c,21e,21gと、第1列の照明領域21a~21gに対して走査方向(X方向)にずれた状態で、照明領域21a~21gの間に位置する第2列の複数(ここでは3つ)の照明領域(不図示)とを照明する。このように照明装置ILAはマスク面の7つの照明領域を照明するが、照明領域の配置及び個数は任意である。 The exposure apparatus EX includes an illuminator ILA for illuminating the pattern surface (hereinafter also referred to as the mask surface) of the mask M supported by the mask stage MST (see FIG. 3) with illumination light having a uniform illuminance distribution; It has a system PL and a control section 30 comprising a computer for controlling the operation of the entire apparatus. The illumination device ILA includes a first row of a plurality of (here, four) illumination areas 21a, 21c, 21e, and 21g arranged along the Y direction (non-scanning direction) on the mask surface, and a first row of illumination areas 21a, 21c, 21e, and 21g. A plurality of (here, three) illumination regions (not shown) in the second row located between the illumination regions 21a to 21g are illuminated in a state shifted in the scanning direction (X direction) with respect to the illumination regions 21a to 21g. . Although the illumination device ILA illuminates the seven illumination areas on the mask surface in this way, the arrangement and number of the illumination areas are arbitrary.

本実施形態では、後述のように投影光学系PL内に視野絞りが配置されているため、照明領域21a~21gは、その視野絞りのマスク面における像よりもわずかに大きい形状であればよい。照明装置ILAは、図2に示すように、超高圧水銀ランプよりなる3つの光源2a,2b,2cを備えている。光源2a,2b,2cから射出した照明光3a,3b,3cは、それぞれ楕円鏡4a、4b,4cにより集光される。光源2a~2cは、楕円鏡4a~4cの第1焦点位置に配置されており、楕円鏡4a,4b,4cの第2焦点位置には光源2a,2b,2cの光源像5a,5b,5cが形成される。マスクMを照明しない期間では、楕円鏡4a,4b,4cの第2焦点の近くに配置されたシャッタ(不図示)によって照明光3a,3b,3cは遮光される。なお、光源2a,2b,2cの個数は任意であり、光源は一つ(例えば光源2aのみ)でもよい。 In this embodiment, since a field stop is arranged in the projection optical system PL as will be described later, the illumination regions 21a to 21g may have a shape slightly larger than the image of the field stop on the mask surface. The illumination device ILA, as shown in FIG. 2, has three light sources 2a, 2b, and 2c consisting of ultra-high pressure mercury lamps. Illumination lights 3a, 3b and 3c emitted from the light sources 2a, 2b and 2c are collected by elliptical mirrors 4a, 4b and 4c, respectively. The light sources 2a-2c are arranged at the first focal positions of the elliptical mirrors 4a-4c, and the light source images 5a, 5b, 5c of the light sources 2a, 2b, 2c are located at the second focal positions of the elliptical mirrors 4a, 4b, 4c. is formed. During periods in which the mask M is not illuminated, the illumination lights 3a, 3b and 3c are blocked by shutters (not shown) arranged near the second focal points of the elliptical mirrors 4a, 4b and 4c. The number of light sources 2a, 2b, and 2c is arbitrary, and the number of light sources may be one (for example, only light source 2a).

光源像5a,5b,5cから発散光として射出される照明光3a,3b,3cは、それぞれ変倍光学系8a,8b,8cによりライトガイドファイバ10の入射端12a,12b,12cに集光される。変倍光学系8a,8b,8cは、それぞれ光源像5a,5b,5cの倍率が可変の像(以下、光源像という)9a,9b,9cを入射端12a,12b,12cの入射面に形成する。変倍光学系8a~8cは、一例として駆動部6aによって光軸に沿って移動可能な前群レンズ系6、及び駆動部7aによって光軸に沿って移動可能な後群レンズ系7を有するズームレンズ(ズーム光学系)である。制御部30が、駆動部6a,7aを介して前群レンズ系6及び後群レンズ系7の位置を制御することで、変倍光学系8a~8cの倍率を制御できる。 Illumination lights 3a, 3b, 3c emitted as diverging lights from the light source images 5a, 5b, 5c are condensed at the incident ends 12a, 12b, 12c of the light guide fiber 10 by the variable magnification optical systems 8a, 8b, 8c, respectively. be. The variable-magnification optical systems 8a, 8b, and 8c respectively form images 9a, 9b, and 9c of the light source images 5a, 5b, and 5c with variable magnification (hereinafter referred to as light source images) on the entrance surfaces of the entrance ends 12a, 12b, and 12c. do. The variable magnification optical systems 8a to 8c are, for example, zoom lenses having a front lens group system 6 movable along the optical axis by a driving section 6a and a rear lens group system 7 movable along the optical axis by a driving section 7a. It is a lens (zoom optical system). The control unit 30 controls the positions of the front lens group 6 and the rear lens group 7 via the driving units 6a and 7a, thereby controlling the magnification of the variable magnification optical systems 8a to 8c.

ここで、変倍光学系8aが最小倍率のときの光源像9aの高さ(像高)をy1、このときの光源像9aを形成する照明光3aの光軸に対する最大の傾き角をα1とする。また、変倍光学系8aの倍率がその倍率よりも高い最大倍率のときの光源像9aの高さをy2、このときの照明光3aの光軸に対する最大の傾き角をα2とする。最大の傾き角とは、いわゆる錐角の1/2でもある。なお、光源像9aの光強度分布が正規分布(ガウス分布)状である場合、光源像9aの高さとは、その光強度分布のうちで光強度が最大強度の例えば10%~50%程度になる位置、又は例えば30%程度になる位置の間隔とみなすことも可能である。変倍光学系8aが正弦条件を満たすものとすると、次の関係が成立する。 Here, y1 is the height (image height) of the light source image 9a when the variable magnification optical system 8a is at the minimum magnification, and α1 is the maximum tilt angle of the illumination light 3a forming the light source image 9a with respect to the optical axis. do. Let y2 be the height of the light source image 9a when the magnification of the variable-magnification optical system 8a is higher than the maximum magnification, and α2 be the maximum tilt angle of the illumination light 3a with respect to the optical axis at this time. The maximum tilt angle is also 1/2 of the so-called cone angle. When the light intensity distribution of the light source image 9a is a normal distribution (Gaussian distribution), the height of the light source image 9a means that the light intensity in the light intensity distribution is about 10% to 50% of the maximum intensity. It is also possible to consider it as the interval between the positions where the distance is equal to or, for example, about 30%. Assuming that the variable magnification optical system 8a satisfies the sine condition, the following relationship holds.

y1・sinα1=y2・sinα2 …(1)
ここでは高さy2が高さy1より高いため、式(1)より、傾き角α2は傾き角α1よりも小さくなる。このことから、変倍光学系8a~8cは、倍率可変の光源像9a~9cを形成することによって、入射端12a~12cに入射する照明光の最大の傾き角を制御又は調整できる光学系でもある。本実施形態では、変倍光学系8a~8cは互いに同じ倍率になるように制御される。
y1·sinα1=y2·sinα2 (1)
Here, since the height y2 is higher than the height y1, the tilt angle α2 is smaller than the tilt angle α1 according to Equation (1). Therefore, the variable magnification optical systems 8a to 8c are optical systems that can control or adjust the maximum tilt angle of the illumination light incident on the incident ends 12a to 12c by forming the light source images 9a to 9c with variable magnification. be. In this embodiment, the variable magnification optical systems 8a to 8c are controlled to have the same magnification.

光伝送部材としてのライトガイドファイバ10は、多数の光ファイバ素線11(図5(A)参照)をランダムに束ねて構成されたファイババンドルであって、3つの入射端12a,12b,12cと、複数(ここでは7つ)の照明領域に対応した複数(ここでは7つ)の射出端(図2においては、射出端14a,14Bのみを示す。)とを有し、入射端12a~12cから受光した照明光3a~3cをその複数の射出端に分配する。これによって、各照明光3a~3cの少なくとも一部は、それぞれその複数の射出端から射出され、照明装置ILAは、複数の光源2a~2cから各々発せられる照明光を混合して射出することができる。ここでは、ライトガイドファイバ10は、入射端12a~12cから受光した各照明光を複数の射出端へほぼ等しい光量比で分配して射出させるように構成されているものとする。 A light guide fiber 10 as a light transmission member is a fiber bundle configured by randomly bundling a large number of optical fiber strands 11 (see FIG. 5A), and has three incident ends 12a, 12b and 12c. , and a plurality (here, seven) of exit ends (only exit ends 14a and 14B are shown in FIG. 2) corresponding to a plurality (here, seven) of illumination areas, and incident ends 12a to 12c. Illumination lights 3a to 3c received from are distributed to a plurality of exit ends thereof. As a result, at least part of each of the illumination lights 3a to 3c is emitted from each of the plurality of emission ends, and the illumination device ILA can mix and emit the illumination lights emitted from the plurality of light sources 2a to 2c. can. It is assumed here that the light guide fiber 10 is configured to distribute the illumination light received from the incident ends 12a to 12c to a plurality of exit ends at substantially equal light quantity ratios.

また、光ファイバ素線11は、それぞれ入射する光束の最大の傾き角と、射出される光束の最大の傾き角とがほぼ等しくなるように、入射する光束の傾き角を維持して射出させるものである。このため、ライトガイドファイバ10の入射端12a~12cに入射する照明光3a~3cの最大の傾き角と、その複数の射出端から射出される照明光の最大の傾き角とはほぼ等しい。また、一例として、変倍光学系8a~8cから射出される照明光は、それぞれ主光線が光軸に平行になる状態で、すなわちいわゆるテレセントリックな状態で、対応する入射端12a~12cに入射する。これによって、ライトガイドファイバ10の各光ファイバ素線11の伝送可能な入射角の範囲内に照明光を均一に入射させることができる。また、変倍光学系8a~8cから射出される照明光の最大の傾き角は、光ファイバ素線11の伝送可能な最大の入射角(傾き角)よりも小さい範囲で制御される。 Further, the optical fiber strand 11 maintains the inclination angle of the incident light flux so that the maximum inclination angle of the incident light flux and the maximum inclination angle of the emitted light flux are approximately equal to each other. is. Therefore, the maximum tilt angles of the illumination lights 3a to 3c incident on the incident ends 12a to 12c of the light guide fiber 10 and the maximum tilt angles of the illumination lights emitted from the plurality of exit ends are substantially equal. Also, as an example, the illumination lights emitted from the variable magnification optical systems 8a to 8c enter the corresponding incident ends 12a to 12c in a state in which the principal rays are parallel to the optical axis, that is, in a so-called telecentric state. . As a result, the illumination light can be uniformly incident within the range of incident angles that can be transmitted by the respective optical fiber strands 11 of the light guide fiber 10 . Further, the maximum tilt angle of the illumination light emitted from the variable magnification optical systems 8a to 8c is controlled within a range smaller than the maximum transmittable incident angle (tilt angle) of the optical fiber line 11. FIG.

ライトガイドファイバ10の複数の射出端14a,14b等から射出された照明光20a,20c等のそれぞれは、マスクMの部分的な照明領域21a,21c等を照明する複数(ここでは7つ)の互いに同じ構成の部分照明光学系IL1~IL7(ただし、部分照明光学系IL2,IL4~IL7は図示省略)に入射する。部分照明光学系IL1~IL7は、後述する部分投影光学系PL1~PL7にそれぞれ対応付けられ、走査方向に直交する非走査方向(Y方向)に沿って千鳥格子状に配置されている。 Each of the illumination lights 20a, 20c, etc. emitted from the plurality of exit ends 14a, 14b, etc. of the light guide fiber 10 illuminates the partial illumination areas 21a, 21c, etc. of the mask M (seven here). The light enters the partial illumination optical systems IL1 to IL7 (the partial illumination optical systems IL2 and IL4 to IL7 are omitted from the drawing) having the same configuration. The partial illumination optical systems IL1 to IL7 are associated with partial projection optical systems PL1 to PL7, respectively, which will be described later, and are arranged in a staggered pattern along the non-scanning direction (Y direction) orthogonal to the scanning direction.

部分照明光学系IL1,IL3では、ライトガイドファイバ10の射出端14a,14bから射出した照明光20a.20cは、それぞれコリメートレンズであるインプットレンズ15によって集光されて平行光束に変換された後、オプティカルインテグレータであるフライアイレンズ16に入射する。フライアイレンズ16に入射した照明光20a,20cは、フライアイレンズ16を構成する多数のレンズエレメントによって波面分割され、その射出面近傍の後側焦点面(照明光学系の射出瞳面)に複数の光源像からなる二次光源(面光源)を形成する。その後側焦点面に開口絞り17が配置されている。制御部30は、駆動部17aを介して開口絞り17の開口の大きさ及び形状を制御する。これによって、部分照明光学系IL1,IL3によってマスクMを照明する照明光の開口数NAを制御できる。以下では、照明光の開口数NAは、コヒーレンスファクタであるσ値(マスクを照明する照明光の開口数を、投影光学系のマスク側の開口数で割った値)を用いて表すものとする。このため、開口絞り17はσ絞りと呼ぶこともできる。なお、輪帯照明を行う場合には、開口絞り17を輪帯状の大きさ可変の開口を有する輪帯照明用の開口絞り(不図示)と交換してもよい。 In the partial illumination optical systems IL1 and IL3, the illumination light beams 20a . The beams 20c are condensed by the input lens 15, which is a collimating lens, and converted into parallel beams, and then enter the fly-eye lens 16, which is an optical integrator. Illumination lights 20a and 20c incident on the fly-eye lens 16 are wavefront-divided by a large number of lens elements constituting the fly-eye lens 16, and a plurality of light beams are formed on the rear focal plane (exit pupil plane of the illumination optical system) in the vicinity of the exit surface thereof. A secondary light source (surface light source) is formed by a light source image of . An aperture stop 17 is arranged in the rear focal plane. The control unit 30 controls the size and shape of the aperture of the aperture stop 17 via the driving unit 17a. Thereby, the numerical aperture NA of the illumination light that illuminates the mask M by the partial illumination optical systems IL1 and IL3 can be controlled. In the following, the numerical aperture NA of the illumination light is expressed using a σ value (a value obtained by dividing the numerical aperture of the illumination light illuminating the mask by the numerical aperture of the projection optical system on the mask side), which is a coherence factor. . Therefore, the aperture stop 17 can also be called a σ stop. When annular illumination is performed, the aperture diaphragm 17 may be replaced with an annular illumination aperture diaphragm (not shown) having an annular aperture whose size is variable.

開口絞り17の開口から射出された照明光20a,20cは、コンデンサーレンズ18を介して、マスクM上の対応する照明領域21a,21cをほぼ均一の照度分布で照明する。なお、図示しない部分照明光学系IL2,IL4~IL7の構成は部分照明光学系IL1と同一であり、部分照明光学系IL2,IL4~IL7も部分照明光学系IL1と同様に、マスクM上の各々対応する照明領域をほぼ均一の照度分布で照明する。 The illumination lights 20a and 20c emitted from the aperture of the aperture stop 17 illuminate the corresponding illumination areas 21a and 21c on the mask M via the condenser lens 18 with a substantially uniform illuminance distribution. The configuration of the partial illumination optical systems IL2 and IL4 to IL7 (not shown) is the same as that of the partial illumination optical system IL1. A corresponding illumination area is illuminated with a substantially uniform illuminance distribution.

部分照明光学系IL1~IL7のそれぞれに対応するマスクM上の照明領域21a~21gからの照明光は、それぞれ部分投影光学系PL1~PL7に入射する。図3は、部分投影光学系PL1の構成を示す図である。図3に示すように、部分投影光学系PL1は、マスク面の対応する照明領域21a内に設けられたパターンの中間像を視野絞り22の開口部に形成する第1反射屈折型光学系PL11と、この第1反射屈折型光学系PL11と協働して、プレートステージPSTに支持されたプレートPの露光領域23aにマスクMのパターンの像を等倍正立像として結像する第2反射屈折光学系PL12とを備えている。また、部分投影光学系PL2~PL7は、部分投影光学系PL1と同一の構成を有しており、マスク面の各々対応する照明領域内に形成されたパターンの像をプレートP上に結像する。なお、部分投影光学系PL1~PL7は、非走査方向に沿って千鳥格子状に配置されている。 Illumination light from the illumination regions 21a to 21g on the mask M corresponding to the partial illumination optical systems IL1 to IL7 respectively enters the partial projection optical systems PL1 to PL7. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the partial projection optical system PL1. As shown in FIG. 3, the partial projection optical system PL1 includes a first catadioptric optical system PL11 that forms an intermediate image of a pattern provided in the illumination region 21a corresponding to the mask surface at the opening of the field stop 22. , in cooperation with the first catadioptric optical system PL11, the second catadioptric optical system PL11 forms an image of the pattern of the mask M on the exposure area 23a of the plate P supported by the plate stage PST as a 1:1 erect image. and a system PL12. Further, the partial projection optical systems PL2 to PL7 have the same configuration as the partial projection optical system PL1, and form the images of the patterns formed in the corresponding illumination regions on the mask surface onto the plate P. . The partial projection optical systems PL1 to PL7 are arranged in a houndstooth pattern along the non-scanning direction.

図2において、制御部30には、光源2a~2cに対して電力の供給を行う電源装置32が接続されている。制御部30は、プレートPの露光又は照明装置ILAのキャリブレーションを行う場合等に、電源装置32を介して光源2a~2cを点灯させる。なお、必要露光量が小さい場合には、光源2a~2cのうち少なくとも一つの光源のみを点灯させることも可能である。 In FIG. 2, the controller 30 is connected to a power supply device 32 that supplies power to the light sources 2a to 2c. The control unit 30 turns on the light sources 2a to 2c via the power supply device 32 when exposing the plate P or calibrating the illumination device ILA. If the required exposure amount is small, it is possible to turn on at least one of the light sources 2a to 2c.

露光時の基本的な動作として、制御部30は、照明光のσ値等及び変倍光学系8a~8cの倍率を含む照明条件を設定し(詳細後述)、光源2a~2cを点灯させる。そして、照明装置ILAによってマスクMを照明し、マスクMを支持するマスクステージMST及びプレートPを支持するプレートステージPSTを駆動して、マスクM及びプレートPを部分投影光学系PL1~PL7に対して走査方向に同期移動させること(走査露光)と、プレートPを非走査方向又は走査方向に移動させること(ステップ移動)とを繰り返すことで、ステップ・アンド・スキャン方式でマスクMに形成されたパターンの像をプレートPの複数の被露光領域に露光する。 As a basic operation during exposure, the control unit 30 sets illumination conditions including the σ value of the illumination light and the magnification of the variable magnification optical systems 8a to 8c (details will be described later), and turns on the light sources 2a to 2c. Then, the mask M is illuminated by the illumination device ILA, and the mask stage MST supporting the mask M and the plate stage PST supporting the plate P are driven to move the mask M and the plate P to the partial projection optical systems PL1 to PL7. By repeating synchronous movement in the scanning direction (scanning exposure) and moving the plate P in the non-scanning direction or the scanning direction (step movement), the pattern formed on the mask M by the step-and-scan method. A plurality of exposed areas of plate P are exposed with an image of .

また、照明装置ILAのキャリブレーションを行う場合には、一例として、照明領域21a~21gのそれぞれの複数の位置に照度センサ(不図示)を配置する。そして、光源2a~2cを点灯させて、σ値を変化させた場合、及び変倍光学系8a~8cの倍率を変化させた場合において、そられの照度センサで計測される照度分布が目標とする分布に対して所定の許容範囲内に収まるように、変倍光学系8a~8c及び部分照明光学系IL1~IL7の調整を行うことで、照度分布が均一になる。 Further, when calibrating the illumination device ILA, as an example, illuminance sensors (not shown) are arranged at a plurality of positions in each of the illumination areas 21a to 21g. Then, when the light sources 2a to 2c are turned on to change the σ value and when the magnification of the variable power optical systems 8a to 8c is changed, the illuminance distribution measured by the illuminance sensor is equal to the target. By adjusting the variable magnification optical systems 8a to 8c and the partial illumination optical systems IL1 to IL7 so that the distribution is within a predetermined allowable range, the illuminance distribution becomes uniform.

以下、本実施形態の照明装置ILAの照明条件の設定を含む照明方法及び露光装置EXを用いる露光方法の動作の一例につき図4のフローチャートを参照して説明する。その動作は制御部30によって制御される。
まず、光源2a~2cを点灯させていない状態で、図4のステップ102において、露光対象のマスクMのパターンの種類及び微細度等に応じて、照明装置ILAの部分照明光学系IL1~IL7の開口絞り17を用いて、照明光のσ値を制御する。なお、輪帯照明を行う場合には、開口絞り17を輪帯照明用の開口絞り(不図示)と交換してもよい。ここでは、図5(A)に示すように、開口絞り17の例えば円形の開口の直径を最大値にして、σ値を最大値NA1(例えば0.8~0.9程度)に設定し、大σ照明を行うものとする。大σ照明を行う場合には、ライトガイドファイバ10の射出端14aから射出される照明光がインプットレンズ15を介して平行光束となってフライアイレンズ16の入射面の最も広い範囲(開口絞り17の最大の開口に対向する領域よりもわずかに広い範囲)を照明する必要がある。このため、射出端14aから射出される照明光の最大の傾き角を調整可能な範囲内の最大値に設定する必要がある。
An example of the operation of the illumination method including the setting of the illumination conditions of the illumination apparatus ILA of this embodiment and the exposure method using the exposure apparatus EX will be described below with reference to the flowchart of FIG. Its operation is controlled by the controller 30 .
First, while the light sources 2a to 2c are not turned on, in step 102 in FIG. An aperture stop 17 is used to control the σ value of the illumination light. In the case of annular illumination, the aperture diaphragm 17 may be replaced with an aperture diaphragm (not shown) for annular illumination. Here, as shown in FIG. 5A, the diameter of, for example, the circular aperture of the aperture diaphragm 17 is set to the maximum value, and the σ value is set to the maximum value NA1 (for example, about 0.8 to 0.9). It is assumed that large σ illumination is performed. In the case of large σ illumination, the illumination light emitted from the exit end 14a of the light guide fiber 10 becomes a parallel beam through the input lens 15, which is the widest range of the incident surface of the fly-eye lens 16 (aperture stop 17). (slightly wider than the area facing the largest aperture of the ). Therefore, it is necessary to set the maximum tilt angle of the illumination light emitted from the emission end 14a to the maximum value within the adjustable range.

そして、ステップ104において、開口絞り17によって設定されるσ値に応じて、変倍光学系8a~8cの倍率、ひいてはライトガイドファイバ10の入射端12a~12cに形成される光源像9a~9cを形成する照明光3a~3cの最大の傾き角を調整する。開口絞り17として輪帯照明用の開口絞りを使用する場合、そのσ値としては、輪帯状の開口の外径で定まるσ値を使用してもよい。ここでは、σ値が最大値NA1に設定されているため、変倍光学系8a~8cの倍率は変倍可能な範囲で最小値に設定され、照明光3a~3cの最大の傾き角は調整可能な範囲内で最大値α1に設定される。図5(A)において、変倍光学系8aの焦点距離はf1に設定され、光源像9aの高さは調整可能な範囲内の最小値y1に設定されている。 Then, in step 104, according to the σ value set by the aperture stop 17, the magnification of the variable magnification optical systems 8a to 8c and the light source images 9a to 9c formed at the incident ends 12a to 12c of the light guide fiber 10 are changed. The maximum inclination angles of the illumination lights 3a to 3c to be formed are adjusted. When an aperture stop for annular illumination is used as the aperture stop 17, the σ value determined by the outer diameter of the annular aperture may be used as the σ value. Here, since the σ value is set to the maximum value NA1, the magnification of the variable-magnification optical systems 8a-8c is set to the minimum value within the variable-magnification range, and the maximum tilt angles of the illumination lights 3a-3c are adjusted. It is set to the maximum value α1 within the possible range. In FIG. 5A, the focal length of the variable magnification optical system 8a is set to f1, and the height of the light source image 9a is set to the minimum value y1 within the adjustable range.

ライトガイドファイバ10を構成する各光ファイバ素線11では、入射光束の最大の傾き角と、射出光束の最大の傾き角とはほぼ等しい。このため、開口絞り17の開口径を最大にした場合に、ライトガイドファイバ10の射出端14aから射出される照明光20aはインプットレンズ15を介してその最大の開口を照明可能なフライアイレンズ16の入射面の領域に入射する。また、入射端12aに形成される光源像9aの光強度分布(照度分布)D1は、ほぼ軸対称の正規分布状であり、中央部分が強く、周辺部分に向かって急激に弱くなっている。光源像9aの高さが最小値y1の場合、光強度分布D1は、最大値に対して10%程度以下の部分が入射端12aの入射面の外側に広がるが、入射する照明光3aの大部分(より正確には入射する照明光3a~3cをランダムに合成した光束)が射出端14a等から射出される。 In each optical fiber strand 11 constituting the light guide fiber 10, the maximum tilt angle of the incident light flux and the maximum tilt angle of the exit light flux are substantially equal. Therefore, when the aperture diameter of the aperture diaphragm 17 is maximized, the illumination light 20a emitted from the exit end 14a of the light guide fiber 10 passes through the input lens 15 and the fly-eye lens 16 capable of illuminating the maximum aperture. incident on the region of the incident surface of . Also, the light intensity distribution (illuminance distribution) D1 of the light source image 9a formed at the incident end 12a has a substantially axially symmetrical normal distribution shape, and is strong in the central portion and sharply weakens toward the peripheral portion. When the height of the light source image 9a is the minimum value y1, the portion of the light intensity distribution D1 that is about 10% or less of the maximum value spreads outside the incident surface of the incident end 12a. A portion (more precisely, a light flux obtained by randomly synthesizing the incident illumination lights 3a to 3c) is emitted from the exit end 14a and the like.

射出端14aから射出される照明光20aのフライアイレンズ16の入射面での光強度分布C31は、光軸から離れるにつれてわずかに強くなり、その外側で急激に弱くなるほぼ軸対称の分布である。光強度分布C31は、開口絞り17の開口に対向する領域でほぼ均一な値とみなすことができ、開口絞り17の開口には、射出端14aから最大の傾き角がほぼα1で射出される照明光20aの大部分が入射する。このため、開口絞り17の開口を通過してコンデンサーレンズ18を介してマスクMに入射する照明光20aの、ライトガイドファイバ10に入射する照明光3aに対する割合である照明光の利用効率(以下、照明効率ともいう)は高くなっている。 The light intensity distribution C31 of the illumination light 20a emitted from the exit end 14a on the incident surface of the fly-eye lens 16 is a substantially axially symmetrical distribution in which the intensity increases slightly as the distance from the optical axis increases, and the intensity decreases sharply outside the optical axis. . The light intensity distribution C31 can be regarded as having a substantially uniform value in the region facing the aperture of the aperture stop 17, and the illumination emitted from the emission end 14a at a maximum inclination angle of approximately α1 to the aperture of the aperture stop 17. Most of the light 20a is incident. For this reason, the illumination light utilization efficiency (hereinafter referred to as Also called illumination efficiency) is high.

そして、ステップ106において、光源2a~2cを点灯させ、照明装置ILAによって光源2a~2cからの照明光3a~3cで、変倍光学系8a~8c、ライトガイドファイバ10、部分照明光学系IL1~IL8のインプットレンズ15、フライアイレンズ16、開口絞り17、及びコンデンサーレンズ18を介してマスクMを照明する。そして、ステップ108において、投影光学系PLによってマスクMのパターンの像でプレートPを露光しつつ、マスクM及びプレートPを投影光学系PLに対して同期移動することで、プレートPが露光される。この際に、最大のσ値の照明光を用いて高い照明効率でマスクMを照明できるため、マスクMに形成されたパターンを高いスループット(生産性)で光精度にプレートPに露光できる。 Then, in step 106, the light sources 2a to 2c are turned on, and the illumination light 3a to 3c from the light sources 2a to 2c is used by the illumination device ILA to illuminate the variable magnification optical systems 8a to 8c, the light guide fiber 10, the partial illumination optical systems IL1 to The mask M is illuminated via the input lens 15 of IL8, the fly eye lens 16, the aperture stop 17 and the condenser lens 18. FIG. Then, in step 108, the plate P is exposed by synchronously moving the mask M and the plate P with respect to the projection optical system PL while exposing the plate P with the image of the pattern of the mask M by the projection optical system PL. . At this time, since the mask M can be illuminated with high illumination efficiency using the illumination light having the maximum σ value, the pattern formed on the mask M can be exposed onto the plate P with high throughput (productivity) and optical accuracy.

次に、例えば露光対象のマスクMのパターンがコンタクトホールのパターンのような微細な孤立パターンを含むような場合には、いわゆる小σ照明を行うために、ステップ102において、図5(B)に示すように、開口絞り17の例えば円形の開口の直径を最小値にして、σ値を最小値NA2(例えば0.05~0.1程度)に設定する。この場合、射出端14aから射出される照明光はインプットレンズ15を介して平行光束となって、フライアイレンズ16の入射面の最も小さい領域(開口絞り17の最小の開口に対向する領域よりもわずかに広い領域)を照明すればよいため、射出端14aから射出される照明光の最大の傾き角は調整可能な範囲内の最小値α2に設定すればよい。そこで、ステップ104においては、変倍光学系8a~8cの倍率は変倍可能な範囲で最大値に設定され、照明光3a~3cの最大の傾き角は最小値α2に設定される。図5(B)において、変倍光学系8aの焦点距離はf2に設定され、光源像9aの高さは最大値y2に設定される。 Next, for example, when the pattern of the mask M to be exposed includes a fine isolated pattern such as a pattern of contact holes, in order to perform so-called small σ illumination, in step 102, as shown in FIG. As shown, the diameter of, for example, the circular aperture of the aperture stop 17 is set to the minimum value, and the σ value is set to the minimum value NA2 (eg, approximately 0.05 to 0.1). In this case, the illumination light emitted from the exit end 14a becomes a parallel light beam through the input lens 15, and the smallest area of the incident surface of the fly-eye lens 16 (the area facing the smallest aperture of the aperture stop 17) Therefore, the maximum tilt angle of the illumination light emitted from the emission end 14a may be set to the minimum value α2 within the adjustable range. Therefore, in step 104, the magnification of the variable-magnification optical systems 8a-8c is set to the maximum value within the variable-magnification range, and the maximum tilt angle of the illumination lights 3a-3c is set to the minimum value α2. In FIG. 5B, the focal length of the variable magnification optical system 8a is set to f2, and the height of the light source image 9a is set to the maximum value y2.

この際に入射端12aに形成される光源像9aの光強度分布D2は、図5(A)の光強度分布D1を倍率比y2/y1で拡大したほぼ軸対称の正規分布状である。その光強度分布D2は、最大値に対して35%程度以下の部分が、入射端12aの入射面の外側に広がり、入射する照明光3a~3cのうちの例えば60%程度が射出端14a等から射出される。光源像9aの高さy2を光強度が最大値のほぼ30%の部分の間隔とすると、高さy2の光源像9aは、入射端12aの幅よりもわずかに大きくなる。 At this time, the light intensity distribution D2 of the light source image 9a formed at the incident end 12a has a substantially axially symmetrical normal distribution obtained by enlarging the light intensity distribution D1 of FIG. 5(A) with a magnification ratio of y2/y1. In the light intensity distribution D2, a portion of about 35% or less of the maximum value spreads outside the incident surface of the incident end 12a, and about 60%, for example, of the incident illumination light 3a to 3c is emitted to the exit end 14a. is ejected from If the height y2 of the light source image 9a is the interval of the portion where the light intensity is approximately 30% of the maximum value, the light source image 9a at the height y2 is slightly larger than the width of the incident end 12a.

しかしながら、この場合に、射出端14aから射出される照明光20aの最大の傾き角はほぼ最小値α2であり、照明光20aの大部分は、インプットレンズ15を介して、フライアイレンズ16の入射面において、開口絞り17の最小の開口に対向する領域に入射する。この場合、射出端14aから射出される照明光20aのフライアイレンズ16の入射面での光強度分布C11は、図5(A)の光強度分布C31を半径方向に圧縮したようなほぼ軸対称の分布である。光強度分布C11は、開口絞り17の最小の開口に対向する領域でほぼ均一な値とみなすことができ、開口絞り17の開口には、射出端14aから最大の傾き角がほぼα2で射出される照明光20aの大部分が入射する。このため、入射端12aに入射する照明光3aの光量損失がある程度生じても、開口絞り17の最小の開口を通過してコンデンサーレンズ18を介してマスクMに入射する照明光20aの照明光3aに対する利用効率は高くなっている。その後、ステップ106及び108を行うことで、例えば孤立的なパターンを含むパターンを高いスループットで高精度にプレートPに露光できる。 However, in this case, the maximum tilt angle of the illumination light 20a emitted from the emission end 14a is approximately the minimum value α2, and most of the illumination light 20a enters the fly-eye lens 16 via the input lens 15. In the plane, it is incident on the area facing the smallest aperture of the aperture stop 17 . In this case, the light intensity distribution C11 of the illumination light 20a emitted from the exit end 14a on the incident surface of the fly-eye lens 16 is substantially axially symmetrical as if the light intensity distribution C31 in FIG. 5A was compressed in the radial direction. is the distribution of The light intensity distribution C11 can be regarded as having a substantially uniform value in the region facing the minimum aperture of the aperture stop 17, and the light emitted from the exit end 14a to the aperture of the aperture stop 17 has a maximum tilt angle of approximately α2. Most of the illuminating light 20a is incident. Therefore, even if the illumination light 3a incident on the incident end 12a loses some amount of light, the illumination light 3a of the illumination light 20a that passes through the minimum aperture of the aperture stop 17 and enters the mask M via the condenser lens 18 is utilization efficiency is high. By performing steps 106 and 108 thereafter, a pattern including, for example, an isolated pattern can be exposed onto the plate P with high throughput and high accuracy.

ここで、比較例として、図6(A)に示すように、変倍光学系8aの倍率を図5(A)の場合と同じく最小に設定して(照明光3aの最大の傾き角を最大値α1に設定して)、開口絞り17でσ値を最小値NA2に設定した場合を想定する。この比較例においては、射出端14aから射出される照明光20aのフライアイレンズ16の入射面での光強度分布C31は、開口絞り17の最小の開口に対向する領域の外側の領域16Aaでもかなり強くなっている。このため、射出端14aから射出される照明光20aのうちで開口絞り17の開口を通過できるのは例えば45%程度となる。 Here, as a comparative example, as shown in FIG. 6A, the magnification of the variable-magnification optical system 8a is set to the minimum as in the case of FIG. value α1), and the aperture stop 17 sets the σ value to the minimum value NA2. In this comparative example, the light intensity distribution C31 of the illumination light 20a emitted from the emission end 14a on the incident surface of the fly-eye lens 16 is considerably large even in the area 16Aa outside the area facing the minimum aperture of the aperture stop 17. getting stronger. Therefore, about 45% of the illumination light 20a emitted from the emission end 14a can pass through the aperture of the aperture stop 17, for example.

このため、本実施形態の図5(B)のように変倍光学系8aの倍率を高くした場合のマスクMに入射する照明光20aの照明効率は、図6(A)の比較例に対してほぼ30%(=(60/45-1)・100)程度改善されることになる。本実施形態では、3つの光源2a~2cが使用されているが、照明効率が例えば30%改善される場合には、2つの光源2a,2bのみを点灯させて露光を行うことも可能になるため、光源2a~2cの寿命を延ばすことも可能になる。 Therefore, the illumination efficiency of the illumination light 20a incident on the mask M when the magnification of the variable magnification optical system 8a is increased as shown in FIG. is improved by about 30% (=(60/45−1)·100). In this embodiment, three light sources 2a to 2c are used, but if the illumination efficiency is improved by 30%, for example, it is possible to perform exposure by lighting only two light sources 2a and 2b. Therefore, it is possible to extend the life of the light sources 2a to 2c.

また、図6(B)は、図5(A)、(B)の入射端12aでの照明光3aの光強度分布D1,D2を相対光強度で表したものであり、図6(B)の横軸は入射端12aの中心位置を0として中心からの距離を相対値で表したものである。横軸の値が50の位置が、一例として入射端12aのエッジ部の位置である。また、図6(B)の光強度分布D3は、図6(A)の比較例の場合に、開口絞り17の開口を通過した照明光と、フライアイレンズ16に入射する照明光との光量比で光強度分布D1を圧縮した分布である。位置±50の内側で光強度分布D2を積分して得られる光量が本実施形態で得られる光量であり、光強度分布D3を積分して得られる光量が比較例で得られる光量であり、この結果からも本実施形態によって照明効率が改善されることが分かる。 FIG. 6B shows the light intensity distributions D1 and D2 of the illumination light 3a at the incident end 12a of FIGS. represents the distance from the center of the incident end 12a as a relative value. The position where the value of the horizontal axis is 50 is, for example, the position of the edge portion of the incident end 12a. Further, the light intensity distribution D3 in FIG. 6B shows the light intensity of the illumination light passing through the aperture of the aperture stop 17 and the illumination light incident on the fly-eye lens 16 in the case of the comparative example in FIG. 6A. This is a distribution obtained by compressing the light intensity distribution D1 by a ratio. The amount of light obtained by integrating the light intensity distribution D2 inside the position ±50 is the amount of light obtained in this embodiment, and the amount of light obtained by integrating the distribution of light intensity D3 is the amount of light obtained in the comparative example. The results also show that the illumination efficiency is improved by this embodiment.

また、図6(C)は、図5(A)、(B)のフライアイレンズ16の入射面での照明光20aの光強度分布C31,C11を相対光強度で表したものであり、図6(C)の横軸はその入射面の中心位置を0として中心からの距離をσ値で表したものである。光強度分布C31,C11は、σ値が0.88と0.65での値が等しくなるように相対強度が調整されている。この場合、σ値が0.5の位置での光強度分布C31,C11の値を平均光強度又は平均照度とすると、光強度分布C31,C11の平均照度はほぼ等しくなっている。 FIG. 6C shows the light intensity distributions C31 and C11 of the illumination light 20a on the incident surface of the fly-eye lens 16 of FIGS. The abscissa of 6(C) represents the distance from the center of the incident surface in terms of σ value, with the center position of the incident surface being 0. The relative intensities of the light intensity distributions C31 and C11 are adjusted so that the values at σ values of 0.88 and 0.65 are equal. In this case, if the values of the light intensity distributions C31 and C11 at the position where the σ value is 0.5 are taken as the average light intensity or the average illuminance, the average illuminance of the light intensity distributions C31 and C11 are almost equal.

次に、ステップ102において、開口絞り17を用いてσ値を最大値NA1と最小値NA2との間の任意の値NA3に設定する場合には、ステップ104において、変倍光学系8a~8cの倍率を図5(A)の場合の最小値(β1とする)と、図5(B)の場合の最大値(β2とする)との間の値β3に設定してもよい。一例としてβ3は次式で表されるように、σ値NA3が次第に小さくなるのに応じて、次第に大きく設定され、ライトガイドファイバ10に入射する照明光の最大の傾き角は次第に小さく設定される。 Next, in step 102, if the aperture stop 17 is used to set the σ value to an arbitrary value NA3 between the maximum value NA1 and the minimum value NA2, in step 104, the variable power optical systems 8a to 8c The magnification may be set to a value β3 between the minimum value (β1) in the case of FIG. 5A and the maximum value (β2) in the case of FIG. 5B. As an example, β3 is set gradually larger as the σ value NA3 gradually decreases, and the maximum tilt angle of the illumination light incident on the light guide fiber 10 is set gradually smaller, as expressed by the following equation. .

β3=β1+(NA1-NA3)(β2-β1)/(NA1-NA2) …(2)
これによって、どのようなσ値で照明を行う場合でも、σ値(照明条件)に応じて高い照明効率でマスクMを照明することができ、マスクMのパターンを高いスループットで高精度にプレートPに露光できる。
β3=β1+(NA1−NA3)(β2−β1)/(NA1−NA2) (2)
As a result, the mask M can be illuminated with high illumination efficiency according to the σ value (illumination condition) regardless of the σ value, and the pattern of the mask M can be formed on the plate P with high throughput and high accuracy. can be exposed to

また、図7(A)は図5(A)の部分照明光学系IL1を示す拡大図、図7(B)は図7(A)のライトガイドファイバ10の射出端14aを正面から見た拡大図であり、図7(A)においては、フライアイレンズ16を構成する一部の互いに同じ形状のレンズエレメント16aが拡大して示されている。図7(B)に示すように、射出端14aは、多数の光ファイバ素線11を規則的に束ねて構成されている。図7(A)において、射出端14aはインプットレンズ15及びレンズエレメント16aによって、レンズエレメント16aの射出面(開口絞り17の配置面であるいわゆる瞳面)に結像される。また、レンズエレメント16aの入射面は、レンズエレメント16a及びコンデンサーレンズ18によってマスクMの照明領域21aに結像されるため、照明領域21aが露光視野(図3の視野絞り22の開口と共役な領域)よりもわずかに大きくなるように、フライアイレンズ16の各レンズエレメント16aの形状が決定される。 7(A) is an enlarged view showing the partial illumination optical system IL1 of FIG. 5(A), and FIG. 7(B) is an enlarged view of the exit end 14a of the light guide fiber 10 of FIG. 7(A) viewed from the front. FIG. 7(A) shows enlarged lens elements 16a having the same shape as one another and forming part of the fly-eye lens 16. FIG. As shown in FIG. 7B, the exit end 14a is constructed by regularly bundling a large number of optical fiber strands 11. As shown in FIG. In FIG. 7A, the exit end 14a is imaged by the input lens 15 and the lens element 16a on the exit surface of the lens element 16a (the so-called pupil plane on which the aperture stop 17 is arranged). Further, since the incident surface of the lens element 16a is imaged on the illumination area 21a of the mask M by the lens element 16a and the condenser lens 18, the illumination area 21a is the exposure field (area conjugate with the opening of the field stop 22 in FIG. 3). ), the shape of each lens element 16a of the fly-eye lens 16 is determined to be slightly larger than .

ライトガイドファイバ10の入射端12aの光強度分布は変倍光学系8aによって変更される。ここでは、一例として、大σ照明時の最大光強度の10%程度までの光強度の光が入射する光ファイバ素線11から射出される光によって、インプットレンズ15及びフライアイレンズ16を介して開口絞り17の配置面に形成される光源像を照明に寄与する有効な光源像とみなす。また、射出端14aの全部の光ファイバ素線11から射出される光がそれぞれ有効な光源像を形成する場合、その光が入射する範囲にあるフライアイレンズ16のレンズエレメント16aの射出面に形成される有効な光源像の数n1は、射出端14aを構成する光ファイバ素線11の数n2と同じである。 The light intensity distribution at the incident end 12a of the light guide fiber 10 is changed by the variable magnification optical system 8a. Here, as an example, light emitted from the optical fiber strand 11, on which light having a light intensity of up to about 10% of the maximum light intensity at the time of large σ illumination is incident, passes through the input lens 15 and the fly-eye lens 16. A light source image formed on the plane on which the aperture stop 17 is arranged is regarded as an effective light source image that contributes to illumination. Further, when the light emitted from all the optical fiber wires 11 at the emission end 14a respectively forms an effective light source image, the light is formed on the emission surface of the lens element 16a of the fly-eye lens 16 in the range where the light is incident. The number n1 of effective light source images to be generated is the same as the number n2 of the optical fiber strands 11 forming the exit end 14a.

以下では、レンズエレメント16aの射出面に形成される有効な光源像の数n1の、射出端14aを構成する光ファイバ素線11の数n2に対する比率(=n1/n2)を、レンズエレメント16aにおける光ファイバ素線11からの照明光の充填率γと称する。本実施形態では、一例として、充填率γが1(100%)を維持するように、変倍光学系8aの倍率(入射端12aに入射する照明光の最大の傾き角)が調整される。
このとき、輪帯照明、大σ照明、又は小σ照明を行う場合に、開口絞り17の開口内にあるフライアイレンズ16のレンズエレメント16aの射出面には、それぞれ図8(A)、図8(B)、又は図8(C)に示すように、互いに同じ最大の密度分布(図7(B)の光ファイバ素線11の密度分布に対応する分布)で有効な光源像24が形成される。なお、図8(A)では、開口絞り17の開口が輪帯状の開口17cに設定されている。輪帯照明又は大σ照明を行う場合、変倍光学系8a~8cからライトガイドファイバ10の入射端12a~12cに入射する照明光の最大の傾き角は、小σ照明を行う場合に比べて大きく設定される。
Below, the ratio (=n1/n2) of the number n1 of effective light source images formed on the exit surface of the lens element 16a to the number n2 of the optical fiber strands 11 forming the exit end 14a is expressed as The filling factor γ of the illumination light from the optical fiber strand 11 is called. In the present embodiment, as an example, the magnification of the variable-magnification optical system 8a (the maximum tilt angle of the illumination light incident on the incident end 12a) is adjusted so that the filling factor γ is maintained at 1 (100%).
At this time, when annular illumination, large-σ illumination, or small-σ illumination is performed, the exit surface of the lens element 16a of the fly-eye lens 16 located within the aperture of the aperture stop 17 is shown in FIGS. 8B, or as shown in FIG. 8C, the effective light source image 24 is formed with the same maximum density distribution (distribution corresponding to the density distribution of the optical fiber strand 11 in FIG. 7B). be done. In FIG. 8A, the aperture of the aperture stop 17 is set to an annular aperture 17c. When annular illumination or large σ illumination is performed, the maximum tilt angle of the illumination light incident on the incident ends 12a to 12c of the light guide fiber 10 from the variable magnification optical systems 8a to 8c is greater than that in the case of small σ illumination. set large.

また、説明の便宜上、図8(A)~(C)、及び後述の図9(A)、(B)において、フライアイレンズ16の各レンズエレメント16aは、開口17b,17cに対して実際よりも大きく表されている。
このように、本実施形態では、輪帯照明、大σ照明、又は小σ照明を行う場合の光ファイバ素線11からの照明光の充填率γは共通に1となる範囲で、変倍光学系8aの倍率が調整されている。この場合、開口絞り17の開口内の有効な光源像14の数が最大であるため、マスクMにおける照度分布の均一性が良好である。なお、充填率γはほぼ1(例えば0.9~1)でもよい。
Also, for convenience of explanation, in FIGS. 8A to 8C and FIGS. 9A and 9B, which will be described later, each lens element 16a of the fly-eye lens 16 is positioned closer to the apertures 17b and 17c than actually. is also greatly represented.
As described above, in the present embodiment, the filling factor γ of the illumination light from the optical fiber strand 11 when performing the annular illumination, the large σ illumination, or the small σ illumination is in the range of 1 in common. The magnification of system 8a is adjusted. In this case, since the number of effective light source images 14 within the aperture of the aperture stop 17 is maximum, the uniformity of the illuminance distribution on the mask M is excellent. Note that the filling factor γ may be approximately 1 (for example, 0.9 to 1).

ただし、ライトガイドファイバ10の入射端12a~12cに入射する照明光の光強度は中心部分が最大で、周辺に向かうほど小さくなっている。そのため、入射端12aを構成する多数の光ファイバ素線11のうちで、例えば大σ照明時の最大値に対して70%程度以上、70~40%、及び40~10%程度の光強度の照明光3aが入射する光ファイバ素線11からの照明光で形成される光源像をそれぞれ光源像24A,24B,24Cとする。このとき、図5(A)に示すように、σ値を大きく設定する場合には、フライアイレンズ16の射出面において、開口絞り17の開口17b内のレンズエレメント16aの射出面には、図9(A)に示すように、光源像24A,24B,24Cがランダムな配置で形成される。 However, the light intensity of the illumination light incident on the incident ends 12a to 12c of the light guide fiber 10 is maximum at the central portion and decreases toward the periphery. Therefore, among the many optical fiber wires 11 constituting the incident end 12a, for example, the light intensity of about 70% or more, 70 to 40%, and about 40 to 10% of the maximum value at the time of large σ illumination. The light source images formed by the illumination light from the optical fiber strand 11 into which the illumination light 3a is incident are assumed to be light source images 24A, 24B, and 24C, respectively. At this time, as shown in FIG. 5A, when the σ value is set large, on the exit surface of the fly-eye lens 16, the exit surface of the lens element 16a within the aperture 17b of the aperture stop 17 has a As shown in 9A, light source images 24A, 24B, and 24C are formed in a random arrangement.

また、ライトガイドファイバ10の射出端14aから射出される照明光は、フライアイレンズ16の複数のレンズエレメント16a(光学要素)の入射口(大きい開口17b内にある部分の複数のレンズエレメント16aの入射面)の大きさよりも広い領域に分布している。
これに対して、図5(B)に示すように、σ値を小さく設定する場合には、フライアイレンズ16の射出面において、開口絞り17の開口17b内のレンズエレメント16aの射出面には、図9(B)に示すように、ほぼ中程度の光強度の光源像24Bが規則的な配置で形成される。また、ライトガイドファイバ10の射出端14aから射出される照明光は、小さい開口17b内にある部分のフライアイレンズ16の複数のレンズエレメント16aの入射口の大きさよりも広い領域に分布している。このため、小σ照明ではフライアイレンズ16の各レンズエレメント16aの射出面に形成される光源像24Bの光強度が図9(A)の場合より均一であるため、照度分布がより均一化されることになる。
Also, the illumination light emitted from the exit end 14a of the light guide fiber 10 is incident on the plurality of lens elements 16a (optical elements) of the fly-eye lens 16. It is distributed over an area larger than the size of the incident surface).
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the σ value is set small, on the exit surface of the fly-eye lens 16, the exit surface of the lens element 16a within the aperture 17b of the aperture stop 17 is , and as shown in FIG. 9B, light source images 24B with approximately medium light intensity are formed in a regular arrangement. Also, the illumination light emitted from the exit end 14a of the light guide fiber 10 is distributed over a region wider than the size of the entrance apertures of the plurality of lens elements 16a of the fly-eye lens 16 within the small aperture 17b. . Therefore, in the small σ illumination, the light intensity of the light source image 24B formed on the exit surface of each lens element 16a of the fly-eye lens 16 is more uniform than in the case of FIG. will be

また、比較例のように、開口数NA2の小σ照明を行う際に、図9(A)に点線で示すように、単に開口絞り17の開口17bを小さくする場合には、ライトガイドファイバ10から開口17bの外側に入射する照明光の多くが遮光されるため、照明光の利用効率は低下することになる。 Further, as in the comparative example, when performing small σ illumination with a numerical aperture NA2, as indicated by the dotted line in FIG. Since most of the illumination light incident on the outside of the opening 17b is blocked from the opening 17b, the utilization efficiency of the illumination light is lowered.

上述のように、本実施形態のマスクMを照明する照明装置ILAは、照明光を発生する光源2aと、ステップ104において照明光の最大の傾き角を調整する変倍光学系8aと、ステップ106において変倍光学系8aを介した照明光を集光して平行光束にするインプットレンズ15(以下、第1集光光学系ともいう)と、ステップ106において、変倍光学系8aを介した照明光を、その照明光の最大の傾き角を維持してインプットレンズ15に射出するライトガイドファイバ10(以下、光学部材ともいう)と、ステップ102において、その照明光の開口数(σ値)を調整する開口絞り17と、ステップ106において、その開口数が制御された照明光をマスクMに導くコンデンサーレンズ18(以下、第2集光光学系ともいう)とを備えている。 As described above, the illumination device ILA for illuminating the mask M of this embodiment includes the light source 2a that generates illumination light, the variable power optical system 8a that adjusts the maximum tilt angle of the illumination light in step 104, and the In step 106, an input lens 15 (hereinafter also referred to as a first condensing optical system) that converges the illumination light through the variable power optical system 8a into a parallel light flux, and in step 106, the illumination through the variable power optical system 8a A light guide fiber 10 (hereinafter also referred to as an optical member) that emits light to an input lens 15 while maintaining the maximum tilt angle of the illumination light, and a numerical aperture (σ value) of the illumination light in step 102 It is provided with an aperture stop 17 to be adjusted and a condenser lens 18 (hereinafter also referred to as a second condensing optical system) for guiding the illumination light whose numerical aperture is controlled in step 106 to the mask M. FIG.

本実施形態の照明装置ILAによれば、照明光の開口数を小さくした小σ照明を行う場合に、変倍光学系8aによってその照明光の最大の傾き角を小さくすることによって、開口絞り17の開口に入射する照明光の割合を大きくすることができ、照明光の利用効率を高めることができる。このため、マスクMをより大きい照度で照明できる。また、同じ照度でマスクMを照明する場合には、光源2aの寿命を長くできるとともに、複数の光源2a~2cを使用する場合に、使用する光源の数を減らして照明装置ILAの小型化及び低コスト化を図ることができる。また、ライトガイドファイバ10を用いているため、光源2aとマスクMとを離すことができ、マスクMの熱膨張を抑制できる。 According to the illumination device ILA of the present embodiment, when performing small σ illumination with a reduced numerical aperture of the illumination light, the variable magnification optical system 8a reduces the maximum tilt angle of the illumination light, thereby reducing the aperture stop 17 It is possible to increase the proportion of the illumination light incident on the opening of the aperture, and to increase the efficiency of using the illumination light. Therefore, the mask M can be illuminated with a higher illuminance. In addition, when illuminating the mask M with the same illuminance, the life of the light source 2a can be extended, and when using a plurality of light sources 2a to 2c, the number of light sources used can be reduced to reduce the size of the illumination device ILA. Cost reduction can be achieved. Moreover, since the light guide fiber 10 is used, the light source 2a and the mask M can be separated, and the thermal expansion of the mask M can be suppressed.

また、本実施形態のマスクMのパターンをプレートPに露光する露光装置EXは、ステップ102~106において、マスクMを照明する照明装置ILAと、ステップ108において、照明装置ILAで照明されたマスクMのパターンの像をプレートPに形成する投影光学系PLと、を備えている。露光装置EXによれば、照明装置ILAにおける照明光の利用効率が高いため、照明光の照度を高めることで、高いスループットで高精度にマスクMのパターンをプレートPに露光できる。また、照明光の照度が従来と同じ場合には、照明装置ILAを小型化及び低コスト化できるため、露光装置EXをより小型化及び低コスト化できる。 The exposure apparatus EX for exposing the pattern of the mask M onto the plate P according to the present embodiment includes an illumination device ILA that illuminates the mask M in steps 102 to 106, and a mask M illuminated by the illumination device ILA in step 108. and a projection optical system PL that forms an image of the pattern on the plate P. According to the exposure apparatus EX, the efficiency of using the illumination light in the illumination apparatus ILA is high, so by increasing the illuminance of the illumination light, the pattern of the mask M can be exposed onto the plate P with high throughput and high accuracy. Further, if the illuminance of the illumination light is the same as in the conventional case, the size and cost of the illumination device ILA can be reduced, so that the exposure device EX can be further reduced in size and cost.

また、ライトガイドファイバ10は複数の入射端12a~12c及び複数の射出端14a,14b等を備えているため、複数の光源2a~2cからの照明光をランダムに混合して、複数の部分照明光学系IL1~IL7用の光束に容易に分岐できる。
また、複数のレンズエレメント16aを含むフライアイレンズ16を備えているため、マスクMの照明領域における照明光の照度分布をより均一にできる。
Further, since the light guide fiber 10 has a plurality of incident ends 12a to 12c and a plurality of exiting ends 14a and 14b, etc., the illumination light from the plurality of light sources 2a to 2c is randomly mixed to obtain a plurality of partial illuminations. It can be easily split into light beams for the optical systems IL1 to IL7.
Moreover, since the fly-eye lens 16 including a plurality of lens elements 16a is provided, the illuminance distribution of the illumination light in the illumination area of the mask M can be made more uniform.

なお、上述の実施形態では、次のような変形が可能である。
上述の実施形態の変倍光学系8aとしては、図10(A)に示すように、3枚のレンズよりなる前群レンズ系6Aと、3枚のレンズよりなる後群レンズ系7Aとを有し、倍率調整時には、例えば後群レンズ系7Aの位置を調整する変倍光学系8Aaを使用することができる。
It should be noted that the above-described embodiment can be modified as follows.
As shown in FIG. 10A, the variable magnification optical system 8a of the above-described embodiment has a front lens group system 6A consisting of three lenses and a rear lens group system 7A consisting of three lenses. However, when adjusting the magnification, for example, a variable magnification optical system 8Aa for adjusting the position of the rear lens group 7A can be used.

さらに、変倍光学系8aとしては、光源像5aと光源像9aとの間の光路上で、光源像の中間像を形成するタイプの光学系を使用することもできる。
また、上述の実施形態では、照明光の最大の傾き角を制御するために変倍光学系8aが使用されているが、変倍光学系8aの代わりに、図10(B)に示すように、光学系を部分的に交換して倍率を切り換える方式のリレー光学系8Baを使用してもよい。リレー光学系8Baは、前群レンズ系6Aと、レンズ7Ba及び2枚のレンズを有するレンズ群7Bbよりなる第1の後群レンズ系7Bと、レンズ7Ca及び7Cbよりなる第2の後群レンズ系7Cとを有する。そして、倍率が低いときには、前群レンズ系6Aと第1の後群レンズ系7Bとを用いて、光源像9aを形成し、倍率が高いときには、第1の後群レンズ系7Bの代わりに第2の後群レンズ系7Cを用いて光源像9aを形成する。このように交換式のリレー光学系8Baを使用する場合には、傾き角を制御するための光学系を安価に製造できる。
Further, as the variable magnification optical system 8a, an optical system of a type that forms an intermediate image of the light source image on the optical path between the light source image 5a and the light source image 9a can be used.
In the above-described embodiment, the variable magnification optical system 8a is used to control the maximum tilt angle of the illumination light. Alternatively, a relay optical system 8Ba may be used in which the magnification is switched by partially exchanging the optical system. The relay optical system 8Ba comprises a front lens system 6A, a first rear lens system 7B comprising a lens 7Ba and a lens group 7Bb having two lenses, and a second rear lens system comprising lenses 7Ca and 7Cb. 7C. When the magnification is low, the front lens group system 6A and the first rear lens group system 7B are used to form the light source image 9a. 2 is used to form a light source image 9a. When the exchangeable relay optical system 8Ba is used in this way, the optical system for controlling the tilt angle can be manufactured at low cost.

また、上述の実施形態の変倍光学系8aの例えば前群レンズ系6と後群レンズ系7との間に、米国特許第5,719,704号明細書に開示されているように、また、図10(A)に点線で示すように、2つの円錐状のプリズム状の光学部材7B1,7B2からなる光学系(アキシコン系)を設けてもよい。この際に、通常照明を行う場合には、その2つの光学部材7B1,7B2を密着させ、輪帯照明を行う場合には、その2つの光学部材7B1,7B2の間隔を調整して、前群レンズ系6と後群レンズ系7との間を通過する照明光3aの断面形状を大きさが可変の輪帯状としてもよい。この場合、ライトガイドファイバ10の射出端14aから射出される照明光20aはインプットレンズ15を介してフライアイレンズ16の入射面の輪帯状の領域に入射する。そして、輪帯照明を行う場合に、開口絞りの輪帯状の開口の大きさに応じてその2つの光学部材7B1,7B2の間隔を調整することで、輪帯照明を行う場合の照明光の利用効率をさらに改善できる。 Also, between the front lens group system 6 and the rear lens group system 7 of the variable power optical system 8a of the above-described embodiment, as disclosed in US Pat. No. 5,719,704, or An optical system (axicon system) consisting of two conical prism-shaped optical members 7B1 and 7B2 may be provided as indicated by the dotted line in FIG. 10(A). At this time, when normal illumination is performed, the two optical members 7B1 and 7B2 are brought into close contact, and when annular illumination is performed, the distance between the two optical members 7B1 and 7B2 is adjusted so that the front group The cross-sectional shape of the illumination light 3a passing between the lens system 6 and the rear lens group 7 may be an annular shape with a variable size. In this case, the illumination light 20a emitted from the exit end 14a of the light guide fiber 10 is incident on the annular area of the incident surface of the fly-eye lens 16 via the input lens 15. FIG. When performing annular illumination, by adjusting the distance between the two optical members 7B1 and 7B2 according to the size of the annular aperture of the aperture stop, the use of illumination light when performing annular illumination Efficiency can be further improved.

また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ16が使用されているが、フライアイレンズ16の代わりにマイクロレンズアレイ、又はロッドインテグレータ等を使用してもよい。
上述の実施形態では、光源2a~2cとして超高圧水銀ランプが使用されているが、光源2a~2cとしては、他の任意の放電ランプ等のランプを使用できる。また、光源2a~2cとして、発光ダイオード(LED)等を使用することも可能である。また、光源2a~2cとして、固体レーザ、気体レーザ、又は半導体レーザ等のレーザ光源を使用してもよい。また、照明光としてレーザ光の高調波等を使用することも可能である。
Also, in the above-described embodiment, the fly-eye lens 16 is used as the optical integrator, but instead of the fly-eye lens 16, a microlens array, a rod integrator, or the like may be used.
In the above-described embodiment, ultra-high pressure mercury lamps are used as the light sources 2a-2c, but any other lamps such as discharge lamps can be used as the light sources 2a-2c. Light emitting diodes (LEDs) or the like can also be used as the light sources 2a to 2c. Laser light sources such as solid lasers, gas lasers, or semiconductor lasers may be used as the light sources 2a to 2c. It is also possible to use harmonics of laser light or the like as illumination light.

そして、光源としてレーザ光源を使用して、照明光の最大の傾き角を大きく設定する場合には、一例として、図10(C)に示すように、レーザ光源(不図示)から発生する平行光束よりなるレーザビームLBの光路上に、微細な次第にピッチが小さくなる同心円状(ゾーンプレート状)の位相型の凹凸が形成された回折格子8Cを配置する。回折格子8Cの最小のピッチは、最大の傾き角に応じて規定される。 When a laser light source is used as the light source and the maximum tilt angle of the illumination light is set large, as an example, as shown in FIG. On the optical path of the laser beam LB, a diffraction grating 8C is arranged on which concentric circular (zone plate-like) phase-type concavities and convexities with fine pitches gradually decreasing are formed. The minimum pitch of diffraction grating 8C is defined according to the maximum tilt angle.

そして、レーザ光源を使用して照明光の最大の傾き角を小さく設定する場合には、レーザビームLBの光路上に、回折格子8Cと同様の同心円状の位相型の凹凸が形成されるとともに、その最小のピッチは回折格子8Cよりも大きい回折格子8Dを配置する。この変形例では、回折格子8Cを使用する場合には、最大の傾き角が大きい照明光を生成でき、回折格子8Dを使用する場合には、最大の傾き角が小さい照明光を生成できるため、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。 When a laser light source is used to set the maximum tilt angle of the illumination light to be small, concentric circular phase-type unevenness similar to the diffraction grating 8C is formed on the optical path of the laser beam LB. A diffraction grating 8D having a minimum pitch larger than that of the diffraction grating 8C is arranged. In this modification, when using the diffraction grating 8C, illumination light with a large maximum tilt angle can be generated, and when using the diffraction grating 8D, illumination light with a small maximum tilt angle can be generated. Effects similar to those of the above-described embodiment can be obtained.

また、上述の実施形態においては、マルチレンズ式の走査型露光装置を例として説明したが、走査型露光装置の他に、マスクMとプレートPとを静止した状態でマスクMのパターンを露光し、プレートPを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置に上述の実施形態を適用することもできる。また、照明装置の光源として3つの光源を用いているが、照明装置が1つ、2つ、又は4つ以上の光源を備えていてもよい。また、上述の実施形態においては、ライトガイドファイバが7つの射出端を有しているが、ライトガイドファイバの射出端は、1つ以上あればその数はいくつでも良い。 In the above-described embodiments, a multi-lens scanning exposure apparatus has been described as an example. , the above-described embodiments can also be applied to a step-and-repeat type exposure apparatus in which the plate P is sequentially stepped. Also, although three light sources are used as the light sources of the lighting device, the lighting device may have one, two, or four or more light sources. Also, in the above-described embodiment, the light guide fiber has seven exit ends, but the number of exit ends of the light guide fiber may be any number as long as it is one or more.

また、上述の実施形態では、複数の光源2a~2cからの照明光を複数の部分照明光学系IL1~IL7用の光束に分岐しているが、一つの光源2aからの照明光で一つの部分照明光学系IL1を介してマスクMを照明し、マスクMのパターンを一つの結像光学系(例えば部分投影光学系PL1と同様の光学系)を介してプレートPに転写してもよい。この場合には、ライトガイドファイバ10を設けることなく、変倍光学系8aからの照明光3aを、直接にインプットレンズ15を介してフライアイレンズ16に入射させてもよい。 In the above-described embodiment, illumination light from the plurality of light sources 2a to 2c is branched into light fluxes for the plurality of partial illumination optical systems IL1 to IL7. The mask M may be illuminated via the illumination optical system IL1, and the pattern of the mask M may be transferred to the plate P via one imaging optical system (for example, an optical system similar to the partial projection optical system PL1). In this case, the illumination light 3a from the variable-magnification optical system 8a may be directly incident on the fly-eye lens 16 via the input lens 15 without providing the light guide fiber 10. FIG.

次に、上述の実施形態にかかる露光装置又は露光方法を用いたデバイス製造方法について説明する。図11は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図11に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップ200)、カラーフィルタ形成工程(ステップ202)、セル組立工程(ステップ204)、及びモジュール組立工程(ステップ206)を順次行う。 Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus or exposure method according to the above embodiment will be described. FIG. 11 is a flow chart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 11, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern forming process (step 200), a color filter forming process (step 202), a cell assembling process (step 204), and a module assembling process (step 206) are sequentially performed. .

ステップ200のパターン形成工程では、プレートとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の露光装置又は露光方法を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置又は露光方法を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートの現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層をマスク層として生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。 In the pattern forming process of step 200, predetermined patterns such as a circuit pattern and an electrode pattern are formed on a glass substrate coated with a photoresist as a plate using the exposure apparatus or the exposure method described above. This pattern formation step includes an exposure step of transferring a pattern to a photoresist layer using the exposure apparatus or exposure method of the above-described embodiment, and a plate onto which the pattern is transferred is developed to form a photolithography having a shape corresponding to the pattern. It includes a developing step of generating a resist layer as a mask layer and a processing step of processing the surface of the glass substrate via the developed photoresist layer.

ステップ202のカラーフィルタ形成工程では、R(赤)、G(緑)、B(青)に対応する3つのドットの組をマトリクス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。
ステップ204のセル組立工程では、ステップ200によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップ202によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。
In the color filter forming process of step 202, a large number of sets of three dots corresponding to R (red), G (green), and B (blue) are arranged in a matrix, or three dots of R, G, and B are arranged. A color filter is formed by arranging a plurality of pairs of stripe filters in the horizontal scanning direction.
In the cell assembly process of step 204, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step 200 and the color filters formed in step 202. FIG. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter.

ステップ206のモジュール組立工程では、ステップ204によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。このように本実施形態のデバイス製造方法では、上述の実施形態の露光装置EX、又は露光方法を用いて、所定のパターンをガラス基板に形成することと、その所定のパターンを介してそのガラス基板を加工することと、を含んでいる。本実施形態の露光装置EX又は露光方法によれば、高い照明効率で露光を行うことができるため、電子デバイスを高いスループットで高精度に製造できる。 In the module assembly process of step 206, various parts such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step 204. FIG. As described above, in the device manufacturing method of this embodiment, the exposure apparatus EX or the exposure method of the above-described embodiment is used to form a predetermined pattern on a glass substrate, and the glass substrate is exposed through the predetermined pattern. and processing. According to the exposure apparatus EX or the exposure method of the present embodiment, since exposure can be performed with high illumination efficiency, electronic devices can be manufactured with high throughput and high accuracy.

また、上述の実施形態の露光装置EX又は露光方法は、半導体デバイスを製造する際にも適用できる。また、上述の実施形態は、半導体デバイス製造用又は液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、上述の実施形態は、各種デバイスの製造に用いるマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の露光装置にも適用することができる。 In addition, the exposure apparatus EX or the exposure method of the above-described embodiments can also be applied when manufacturing semiconductor devices. Further, the above-described embodiments are not limited to application to exposure apparatuses for manufacturing semiconductor devices or liquid crystal devices. , micromachines, thin film magnetic heads, and exposure apparatuses for manufacturing various devices such as DNA chips. Furthermore, the above-described embodiments can also be applied to an exposure apparatus for manufacturing masks (photomasks, reticles, etc.) used for manufacturing various devices using a photolithography process.

2a,2b,2c…光源、4a,4b,4c…楕円鏡、8a~8c…変倍光学系、10…ライトガイドファイバ、12a,12b,12c…入射端、14a,14b…射出端、15…インプットレンズ、16…フライアイレンズ、17…開口絞り、18…コンデンサーレンズ、30…制御部、32…電源装置、EX…露光装置、ILA…照明装置、IL1,IL3…部分照明光学系、PL…投影光学系、PL1~PL7…部分投影光学系、M…マスク、P…プレート 2a, 2b, 2c... Light source 4a, 4b, 4c... Elliptical mirror 8a to 8c... Variable power optical system 10... Light guide fiber 12a, 12b, 12c... Entrance end 14a, 14b... Exit end 15... Input lens 16 Fly eye lens 17 Aperture diaphragm 18 Condenser lens 30 Control unit 32 Power supply EX Exposure device ILA Illumination device IL1, IL3 Partial illumination optical system PL Projection optical system, PL1 to PL7... Partial projection optical system, M... Mask, P... Plate

Claims (23)

マスクを照明する照明装置であって、
照明光を発生する光源と、
前記照明光の傾き角を調整する光学系と、
前記光学系を介した前記照明光を集光する第1集光光学系と、
前記光学系を介した前記照明光を、前記照明光の前記傾き角を維持して前記第1集光光学系に射出する光学部材と、
前記第1集光光学系から射出した前記照明光の開口数を調整する開口絞りと、
開口数が調整された前記照明光を前記マスクに導く第2集光光学系と、
を備え、
前記第1集光光学系は、前記照明光の照度分布を均一化する複数の光学要素を含んだ光学要素群を有し、
前記光学部材を通過した前記照明光は、前記第1集光光学系の複数の前記光学要素の入射口の大きさよりも広い領域に分布し、
前記光学部材は複数の光ファイバ素線を束ねて構成され、
前記光学部材の射出端を構成する前記光ファイバ素線の数と、前記光学要素群の複数の前記光学要素のそれぞれの射出端に形成される光源像の数とがほぼ等しい範囲で、前記開口絞りで前記照明光の開口数を調整する、照明装置。
A lighting device that illuminates a mask,
a light source that generates illumination light;
an optical system that adjusts the tilt angle of the illumination light;
a first condensing optical system that condenses the illumination light that has passed through the optical system;
an optical member that emits the illumination light that has passed through the optical system to the first condensing optical system while maintaining the tilt angle of the illumination light;
an aperture stop for adjusting the numerical aperture of the illumination light emitted from the first light collecting optical system;
a second condensing optical system that guides the illumination light with the adjusted numerical aperture to the mask;
with
The first light collecting optical system has an optical element group including a plurality of optical elements that homogenize the illuminance distribution of the illumination light,
the illumination light that has passed through the optical member is distributed over a region wider than the size of the entrance openings of the plurality of optical elements of the first condensing optical system;
The optical member is configured by bundling a plurality of optical fiber strands,
the number of the optical fiber strands constituting the exit end of the optical member and the number of light source images formed at the exit ends of the plurality of optical elements of the optical element group are approximately equal to each other, An illumination device that adjusts the numerical aperture of the illumination light with a diaphragm.
前記開口絞りの開口数に基づいて、前記光学系は、前記照明光の前記傾き角を調整する、請求項1に記載の照明装置。 2. The illumination device according to claim 1, wherein said optical system adjusts said tilt angle of said illumination light based on the numerical aperture of said aperture stop. 前記開口絞りで開口数を小さくするときに、前記光学系は、前記照明光の前記傾き角を小さくする、請求項2に記載の照明装置。 3. The lighting device according to claim 2, wherein said optical system reduces said tilt angle of said illumination light when reducing the numerical aperture of said aperture stop. 前記開口絞りで開口数を大きくするか、又は前記開口絞りの開口を輪帯形状にするときに、前記光学系は、前記照明光の前記傾き角を大きくする、請求項2に記載の照明装置。 3. The illumination device according to claim 2, wherein the optical system increases the tilt angle of the illumination light when increasing the numerical aperture of the aperture stop or when forming the aperture of the aperture stop into an annular shape. . 前記光学系は、前記光源の倍率可変の像を形成する変倍光学系である、請求項1~4のいずれか一項に記載の照明装置。 The illumination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical system is a variable magnification optical system that forms an image of the light source with variable magnification. 前記開口絞りで開口数を小さくするときに、前記変倍光学系は、前記光源の像の倍率を大きくする、請求項5に記載の照明装置。 6. The illumination device according to claim 5, wherein said variable power optical system increases the magnification of the image of said light source when said aperture stop reduces the numerical aperture. 前記開口絞りで開口数を大きくするか、又は前記開口絞りの開口を輪帯形状にするときに、前記変倍光学系は、前記光源の像の倍率を小さくする、請求項5に記載の照明装置。 6. The illumination system according to claim 5, wherein the variable power optical system reduces the magnification of the image of the light source when the numerical aperture of the aperture stop is increased or the aperture of the aperture stop is shaped like an annular zone. Device. 前記光学部材は、複数の入射端を有し、前記光学系を介した前記照明光を、前記照明光の前記傾き角を維持して複数の光束に分岐し、
前記光源及び前記光学系を、前記光学部材の前記複数の入射端に対応して複数組備え、
前記第1集光光学系、前記開口絞り、及び前記第2集光光学系を、前記光学部材で分岐される前記複数の光束に対応して複数組備え、
前記マスクの複数の照明領域を照明する、請求項1~7のいずれか一項に記載の照明装置。
The optical member ishaving multiple incident ends,splitting the illumination light that has passed through the optical system into a plurality of light fluxes while maintaining the tilt angle of the illumination light;
a plurality of sets of the light source and the optical system corresponding to the plurality of incident ends of the optical member;
A plurality of sets of the first condensing optical system, the aperture stop, and the second condensing optical system are provided corresponding to the plurality of light beams branched by the optical member,
The illumination device according to any one of claims 1 to 7, which illuminates a plurality of illumination areas of the mask.
前記光源の像の照度分布は正規分布状である、請求項1~のいずれか一項に記載の照明装置。 The illumination device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the illuminance distribution of the image of the light source is a normal distribution. マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項1~のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置で照明された前記マスクのパターンの像を基板に形成する投影光学系と、
を備える露光装置。
An exposure apparatus for exposing a pattern of a mask onto a substrate,
a lighting device according to any one of claims 1 to 9 ;
a projection optical system that forms an image of the pattern of the mask illuminated by the illumination device on a substrate;
an exposure apparatus.
前記照明装置は前記マスクの複数の照明領域を照明し、
前記投影光学系を、前記複数の照明領域に対応して複数備え、
前記複数の照明領域の配列方向に交差する方向に、前記マスクと前記基板とを相対的に
走査するステージ装置を備える請求項10に記載の露光装置。
The illumination device illuminates a plurality of illumination regions of the mask,
a plurality of the projection optical systems corresponding to the plurality of illumination areas;
11. The exposure apparatus according to claim 10 , further comprising a stage device that relatively scans the mask and the substrate in a direction intersecting the arrangement direction of the plurality of illumination regions.
マスクを照明する照明方法であって、
光源から発生された照明光の傾き角を調整することと、
前記傾き角が調整された前記照明光を、前記照明光の前記傾き角を維持する光学部材を
介して射出することと、
射出された前記照明光を集光することと、
前記照明光の開口数を調整することと、
開口数が調整された前記照明光を前記マスクに導くことと、
を含み、
前記照明光を集光することは、複数の光学要素を含んだ光学要素群を用いて前記照明光の照度分布を均一化することを含み、
前記光学部材を通過した前記照明光は、複数の前記光学要素の入射口の大きさよりも広い領域に分布し、
前記光学部材は複数の光ファイバ素線を束ねて構成され、
前記光学部材の射出端を構成する前記光ファイバ素線の数と、前記光学要素群の複数の前記光学要素のそれぞれの射出端に形成される光源像の数とがほぼ等しい範囲で、前記照明光の開口数を調整する、照明方法。
An illumination method for illuminating a mask,
adjusting the tilt angle of the illumination light generated from the light source;
emitting the illumination light with the adjusted tilt angle through an optical member that maintains the tilt angle of the illumination light;
condensing the emitted illumination light;
adjusting the numerical aperture of the illumination light;
guiding the illumination light with the adjusted numerical aperture to the mask;
including
Condensing the illumination light includes homogenizing the illuminance distribution of the illumination light using an optical element group including a plurality of optical elements;
The illumination light that has passed through the optical member is distributed over a region wider than the size of the entrance openings of the plurality of optical elements,
The optical member is configured by bundling a plurality of optical fiber strands,
In a range in which the number of the optical fiber strands constituting the exit end of the optical member and the number of light source images formed at the exit ends of the plurality of optical elements of the optical element group are approximately equal, the illumination A lighting method that adjusts the numerical aperture of light.
前記照明光の前記傾き角を調整することは、前記照明光の開口数に基づいて前記照明光の前記傾き角を調整することを含む、請求項12に記載の照明方法。 13. The illumination method according to claim 12 , wherein adjusting the tilt angle of the illumination light includes adjusting the tilt angle of the illumination light based on a numerical aperture of the illumination light. 前記照明光の開口数を小さくするときに、前記照明光の前記傾き角を小さくする、請求項13に記載の照明方法。 14. The illumination method according to claim 13 , wherein the tilt angle of the illumination light is decreased when the numerical aperture of the illumination light is decreased. 前記照明光の開口数を調整することは、前記照明光を用いて輪帯照明を行うことを含み、
前記照明光の開口数を大きくするか、又は前記照明光を用いて輪帯照明を行うときに、前記照明光の前記傾き角を大きくする、請求項13に記載の照明方法。
Adjusting the numerical aperture of the illumination light includes performing annular illumination using the illumination light,
14. The illumination method according to claim 13 , wherein the numerical aperture of the illumination light is increased, or the inclination angle of the illumination light is increased when annular illumination is performed using the illumination light.
前記照明光の前記傾き角を調整することは、前記光源の倍率可変の像を形成することを含む、請求項1215のいずれか一項に記載の照明方法。 16. The illumination method according to any one of claims 12 to 15 , wherein adjusting the tilt angle of the illumination light includes forming an image of the light source with variable magnification. 前記照明光の開口数を小さくするときに、前記光源の像の倍率を大きくする、請求項16に記載の照明方法。 17. The illumination method according to claim 16 , wherein the magnification of the image of the light source is increased when the numerical aperture of the illumination light is decreased. 前記照明光の開口数を調整することは、前記照明光を用いて輪帯照明を行うことを含み、
前記照明光の開口数を大きくするか、又は前記照明光を用いて輪帯照明を行うときに、前記光源の像の倍率を小さくする、請求項16に記載の照明方法。
Adjusting the numerical aperture of the illumination light includes performing annular illumination using the illumination light,
17. The illumination method according to claim 16 , wherein the numerical aperture of the illumination light is increased, or the magnification of the image of the light source is decreased when annular illumination is performed using the illumination light.
複数の前記光源からの前記照明光を、それぞれ前記傾き角を調整して前記光学部材が有する複数の入射端に入射させることと、
前記光学部材を用いて、前記傾き角が調整された前記照明光を複数の光束に分岐することと、 を含み、
前記複数の光束を用いて、前記マスクの複数の照明領域を照明する、請求項1218のいずれか一項に記載の照明方法。
adjusting the inclination angles of the illumination lights from the plurality of light sources to enter the plurality of incident ends of the optical member;
splitting the illumination light with the tilt angle adjusted into a plurality of light fluxes using the optical member;When, including
Illuminating a plurality of illumination regions of the mask using the plurality of light beams.12~18The illumination method according to any one of .
マスクのパターンを基板に露光する露光方法であって、
請求項1219のいずれか一項に記載の照明方法を用いて前記マスクを照明することと、
照明された前記マスクのパターンの像を基板に形成することと、
を含む露光方法。
An exposure method for exposing a pattern of a mask onto a substrate,
Illuminating the mask using the illumination method according to any one of claims 12 to 19 ;
forming an illuminated image of the mask pattern on a substrate;
exposure method, including
前記照明方法は前記マスクの複数の照明領域を照明することを含み、
前記複数の照明領域の前記マスクのパターンの像をそれぞれ前記基板に形成することと、
前記複数の照明領域の配列方向に交差する方向に、前記マスクと前記基板とを相対的に走査することとを含む、請求項20に記載の露光方法。
the illumination method comprising illuminating a plurality of illumination regions of the mask;
forming images of the pattern of the mask in the plurality of illumination areas on the substrate, respectively;
21. The exposure method according to claim 20 , comprising relatively scanning the mask and the substrate in a direction intersecting the arrangement direction of the plurality of illumination regions.
請求項10又は11に記載の露光装置を用いて、所定のパターンを基板に形成することと、
前記所定のパターンを介して前記基板を加工することと、を含むデバイス製造方法。
forming a predetermined pattern on a substrate using the exposure apparatus according to claim 10 or 11 ;
and processing the substrate through the predetermined pattern.
請求項20又は21に記載の露光方法を用いて、所定のパターンを基板に形成すること
と、
前記所定のパターンを介して前記基板を加工することと、を含むデバイス製造方法。
forming a predetermined pattern on a substrate using the exposure method according to claim 20 or 21 ;
and processing the substrate through the predetermined pattern.
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