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JP7646402B2 - Illumination optical system, exposure apparatus, and method for manufacturing article - Google Patents

Illumination optical system, exposure apparatus, and method for manufacturing article Download PDF

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JP7646402B2 JP2021042467A JP2021042467A JP7646402B2 JP 7646402 B2 JP7646402 B2 JP 7646402B2 JP 2021042467 A JP2021042467 A JP 2021042467A JP 2021042467 A JP2021042467 A JP 2021042467A JP 7646402 B2 JP7646402 B2 JP 7646402B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、および物品の製造方法に関する。 The present invention relates to an illumination optical system, an exposure apparatus, and a method for manufacturing an article.

半導体素子などのデバイスを製造するフォトリソグラフィ工程では、一般的に、原版(マスク又はレチクル)に形成されたパターンを、感光剤を塗布した基板(シリコン基板やガラス基板)に転写する露光装置が用いられている。露光装置では、基板に転写するパターンの微細化が進み、露光条件の僅かな変化であっても、不良率を増加させ、歩留まりを低下させる要因となる。 In the photolithography process for manufacturing devices such as semiconductor elements, an exposure apparatus is generally used to transfer a pattern formed on an original (mask or reticle) onto a substrate (silicon substrate or glass substrate) coated with a photosensitive agent. With exposure apparatus, the patterns transferred to the substrate are becoming increasingly finer, and even a slight change in the exposure conditions can increase the defect rate and reduce the yield.

そこで、原版を照明する照明光学系においては、照明領域における照度むらに起因して、基板に形成されるパターンの線幅が不均一になる不良を、照明領域内の積算露光量を均一にすることで抑制している。例えば、スリット形状の露光光に対して原版と基板とを相対的に走査して原版のパターンを基板に転写する走査型の露光装置に関して、積算露光量を均一にするための技術が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1では、可変スリット装置を用いて、スリット形状の露光光の走査方向の幅をスリット方向(走査方向に直交する方向)の位置に応じて変化させることで積算露光量を均一にしている。 In the illumination optical system that illuminates the original, defects that cause the line width of the pattern formed on the substrate to be non-uniform due to uneven illuminance in the illumination area are suppressed by making the accumulated exposure amount within the illumination area uniform. For example, a technique for making the accumulated exposure amount uniform has been proposed for a scanning exposure device that transfers the pattern of the original to the substrate by scanning the original and substrate relatively with slit-shaped exposure light (see Patent Document 1). In Patent Document 1, a variable slit device is used to change the width of the slit-shaped exposure light in the scanning direction depending on the position in the slit direction (direction perpendicular to the scanning direction), thereby making the accumulated exposure amount uniform.

また、半導体素子の微細化が進むにつれて、露光装置には、更なる高解像度の実現が要求され、かかる要求を満足するために、投影光学系の開口数(NA)の増加(高NA化)や露光光の短波長化が行われている。露光光が短波長化されると、一般的に、硝材の透過率が低下し、投影光学系に使用可能な硝材の種類が極めて少なくなるため、投影光学系の色収差の補正が困難となり、色収差の影響が無視できる程度に露光光の波長幅を狭くする必要がある。例えば、波長300nm以下の光を用いる投影光学系では、使用可能な硝材が石英や蛍石に限られてしまうため、露光光(露光用光源)としてレーザが用いられている。具体的には、エキシマレーザは、エネルギーが非常に高く、高いスループットが期待できるため、露光装置の短波長用の光源として広く採用されている。 In addition, as semiconductor elements become finer, exposure devices are required to achieve even higher resolution. To meet this demand, the numerical aperture (NA) of the projection optical system is increased (higher NA) and the wavelength of the exposure light is shortened. When the wavelength of the exposure light is shortened, the transmittance of the glass material generally decreases and the number of types of glass material that can be used in the projection optical system becomes extremely limited, making it difficult to correct the chromatic aberration of the projection optical system, and it is necessary to narrow the wavelength width of the exposure light to a level where the effect of chromatic aberration can be ignored. For example, in projection optical systems that use light with a wavelength of 300 nm or less, usable glass materials are limited to quartz and fluorite, so a laser is used as the exposure light (exposure light source). Specifically, excimer lasers are widely used as short-wavelength light sources for exposure devices because they have very high energy and can be expected to achieve high throughput.

一方、エキシマレーザはパルスレーザであるため、走査型の露光装置においては、走査速度とパルス発振のタイミングがずれた場合に、原版上や基板上で露光むらが生じる可能性がある。パルス発振の影響による露光むらを低減するために、被照明面(原版)上の走査方向の光強度分布を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とすることで、走査速度とパルス発振の同期の精度を緩和する技術が提案されている。但し、被照明面上の走査方向の光強度分布を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とするためには、NDフィルタなどの減光素子を用いることが考えられるが、この場合、光量損失を招いてしてしまう。 On the other hand, because excimer lasers are pulsed lasers, in scanning exposure devices, misalignment between the scanning speed and the pulse oscillation can cause exposure unevenness on the original or substrate. In order to reduce exposure unevenness caused by the effects of pulse oscillation, a technique has been proposed that relaxes the accuracy of synchronization between the scanning speed and pulse oscillation by making the light intensity distribution in the scanning direction on the illuminated surface (original) substantially an isosceles trapezoid or an isosceles triangle. However, in order to make the light intensity distribution in the scanning direction on the illuminated surface substantially an isosceles trapezoid or an isosceles triangle, it is possible to use a light-reducing element such as an ND filter, but this leads to a loss of light.

そこで、少ない光量損失で等脚台形や二等辺三角形などの光強度分布を形成する技術が提案されている(特許文献2参照)。特許文献2では、被照明面での走査方向と照明光学系の光軸とを含む平面内において、光束の主光線を被照明面から光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光させることで、被照明面上の光束にぼけによる傾斜領域を形成している。かかる傾斜領域の光強度分布を所定の形状にすることで、照明効率の低下(光量損失)を抑制しながら、露光量のばらつきを軽減することができる。これを実現するために、特許文献2では、オプティカルインテグレータからの光束を被照明面に重畳する照明光学系に、シリンドリカルレンズなどのアナモルフィックレンズを設けている。特許文献2に開示された技術によれば、走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのずれに起因する積算露光量のばらつきが最小となるように、被照明面での走査方向の光強度分布の形状を決定することができる。 Therefore, a technology has been proposed for forming a light intensity distribution such as an isosceles trapezoid or an isosceles triangle with little light loss (see Patent Document 2). In Patent Document 2, the principal ray of the light beam is focused at a position a predetermined distance away from the illuminated surface in the optical axis direction in a plane including the scanning direction on the illuminated surface and the optical axis of the illumination optical system, thereby forming an inclined region due to blurring of the light beam on the illuminated surface. By forming the light intensity distribution of such an inclined region into a predetermined shape, it is possible to reduce the variation in the exposure amount while suppressing the decrease in illumination efficiency (light loss). To achieve this, Patent Document 2 provides an anamorphic lens such as a cylindrical lens in the illumination optical system that superimposes the light beam from the optical integrator on the illuminated surface. According to the technology disclosed in Patent Document 2, the shape of the light intensity distribution in the scanning direction on the illuminated surface can be determined so that the variation in the integrated exposure amount caused by the variation in the scanning speed and the timing shift of the pulse oscillation is minimized.

特開平10-340854号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-340854 特開平7-230949号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-230949

しかしながら、オプティカルインテグレータからの光束を被照明面に重畳する照明光学系に、シリンドリカルレンズなどのアナモルフィックレンズを設けると、走査方向と走査方向に直交する方向とで、照明光学系の開口数又は射出瞳位置が異なってしまう。その結果、基板上に転写されるパターンの転写特性が、走査方向と走査方向に直交する方向とで異なってしまう。 However, if an anamorphic lens such as a cylindrical lens is provided in the illumination optical system that superimposes the light beam from the optical integrator on the illuminated surface, the numerical aperture or exit pupil position of the illumination optical system will differ between the scanning direction and the direction perpendicular to the scanning direction. As a result, the transfer characteristics of the pattern transferred onto the substrate will differ between the scanning direction and the direction perpendicular to the scanning direction.

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被照明面を照明するのに有利な照明光学系を提供することを例示的目的とする。 The present invention has been made in consideration of the problems with the conventional technology, and has as an exemplary object to provide an illumination optical system that is advantageous for illuminating an illuminated surface.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系であって、光源からの光で2次光源を形成するオプティカルインテグレータを有し、前記オプティカルインテグレータは、複数の第1光学要素が配列された入射側の光学素子と、前記複数の第1光学要素のそれぞれに対応して配列された複数の第2光学要素を含む射出側の光学素子と、を含み、前記複数の第1光学要素および前記複数の第2光学要素は、第1方向及び該第1方向に交差する第2方向に周期的に配列され、前記第1方向と前記第2方向の少なくとも一方の方向に関して、前記複数の第1光学要素の配列周期と前記複数の第2光学要素の配列周期とが異なることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an illumination optical system according to one aspect of the present invention is an illumination optical system that illuminates an illuminated surface, and has an optical integrator that forms a secondary light source with light from a light source, the optical integrator including an incident-side optical element on which a plurality of first optical elements are arranged, and an exit-side optical element including a plurality of second optical elements arranged corresponding to each of the plurality of first optical elements, the plurality of first optical elements and the plurality of second optical elements are arranged periodically in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the arrangement period of the plurality of first optical elements and the arrangement period of the plurality of second optical elements are different in at least one of the first direction and the second direction.

本発明によれば、被照明面を照明するのに有利な照明光学系を提供することができる。 The present invention provides an illumination optical system that is advantageous for illuminating a surface to be illuminated.

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an exposure apparatus according to one aspect of the present invention. インテグレータから中間照明面までの構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration from an integrator to an intermediate illumination surface. インテグレータから中間照明面までの構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration from an integrator to an intermediate illumination surface. 中間照明面の一点を照明する光線の様子を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a state of a light ray illuminating a point on an intermediate illumination plane. 中間照明面の一点を照明する光線の様子を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a state of a light ray illuminating a point on an intermediate illumination plane. インテグレータから中間照明面までの構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration from an integrator to an intermediate illumination surface. 中間照明面の一点を照明する光線の様子を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a state of a light ray illuminating a point on an intermediate illumination plane. インテグレータから中間照明面までの構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration from an integrator to an intermediate illumination surface. インテグレータから中間照明面までの構成の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration from an integrator to an intermediate illumination surface.

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 The following embodiments are described in detail with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although the embodiments describe multiple features, not all of these multiple features are necessarily essential to the invention, and multiple features may be combined in any manner. Furthermore, in the attached drawings, the same reference numbers are used for the same or similar configurations, and duplicate explanations are omitted.

図1は、本発明の一側面としての露光装置EXの構成を示す概略断面図である。露光装置EXは、半導体素子などのデバイスの製造工程に用いられ、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置EXは、本実施形態では、原版18と基板21とを走査方向に移動させながら基板21を露光(走査露光)して、原版18のパターンを基板上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(スキャナー)である。但し、露光装置EXは、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を採用することも可能である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an exposure apparatus EX according to one aspect of the present invention. The exposure apparatus EX is a lithography apparatus used in the manufacturing process of devices such as semiconductor elements, which forms a pattern on a substrate. In this embodiment, the exposure apparatus EX is a step-and-scan type exposure apparatus (scanner) that exposes (scanning-exposes) the substrate 21 while moving the original 18 and the substrate 21 in the scanning direction, thereby transferring the pattern of the original 18 onto the substrate. However, the exposure apparatus EX can also employ the step-and-repeat type or other exposure methods.

露光装置EXは、図1に示すように、光源1からの光で原版18(レチクル又はマスク)を照明する照明光学系ILと、原版18のパターンを基板21(ウエハやガラスプレート)に投影する投影光学系20とを有する。また、露光装置EXは、原版18を保持して移動する原版ステージ19と、基板21を保持して移動する基板ステージ22とを有する。 As shown in FIG. 1, the exposure apparatus EX has an illumination optical system IL that illuminates an original 18 (reticle or mask) with light from a light source 1, and a projection optical system 20 that projects the pattern of the original 18 onto a substrate 21 (wafer or glass plate). The exposure apparatus EX also has an original stage 19 that holds and moves the original 18, and a substrate stage 22 that holds and moves the substrate 21.

光源1は、本実施形態では、パルス発振するパルス光源であって、例えば、波長約193nmのArFエキシマレーザや波長約248nmのKrFエキシマレーザなどを含み、原版18を照明するための光(露光光)を射出する。 In this embodiment, the light source 1 is a pulsed light source that oscillates in a pulsed manner, and includes, for example, an ArF excimer laser with a wavelength of approximately 193 nm or a KrF excimer laser with a wavelength of approximately 248 nm, and emits light (exposure light) for illuminating the original 18.

照明光学系ILは、引き回し光学系2と、射出角度保存光学素子4と、回折光学素子5と、コンデンサーレンズ6と、プリズムユニット8と、ズームレンズユニット9とを含む。また、照明光学系ILは、オプティカルインテグレータ100と、開口絞り11と、コンデンサーレンズ12と、視野絞り13と、マスキングユニット15と、結像光学系16と、折り曲げミラー17とを含む。 The illumination optical system IL includes a deflection optical system 2, an exit angle preserving optical element 4, a diffractive optical element 5, a condenser lens 6, a prism unit 8, and a zoom lens unit 9. The illumination optical system IL also includes an optical integrator 100, an aperture stop 11, a condenser lens 12, a field stop 13, a masking unit 15, an imaging optical system 16, and a folding mirror 17.

引き回し光学系2は、光源1からの光を、折り曲げミラー3を介して、射出角度保存光学素子4へ導く。射出角度保存光学素子4は、回折光学素子5の光源側に設けられ、フライアイレンズ、マイクロレンズアレイやファイバー束などのオプティカルインテグレータを含む。射出角度保存光学素子4は、光源1からの光を、その発散角度を一定に維持しながら回折光学素子5に導く。射出角度保存光学素子4は、光源1の出力変動が回折光学素子5によって形成される光強度分布(パターン分布)に及ぼす影響を低減する。 The light guide optical system 2 guides the light from the light source 1 to the exit angle preserving optical element 4 via the folding mirror 3. The exit angle preserving optical element 4 is provided on the light source side of the diffractive optical element 5 and includes an optical integrator such as a fly's eye lens, a microlens array, or a fiber bundle. The exit angle preserving optical element 4 guides the light from the light source 1 to the diffractive optical element 5 while maintaining the divergence angle constant. The exit angle preserving optical element 4 reduces the effect of output fluctuations of the light source 1 on the light intensity distribution (pattern distribution) formed by the diffractive optical element 5.

回折光学素子5は、照明光学系ILの瞳面とフーリエ変換の関係にある面に配置されている。回折光学素子5は、投影光学系20の瞳面と共役な面である照明光学系ILの瞳面や照明光学系ILの瞳面と共役な面に、光源1からの光の光強度分布を回折作用により変換して所望の光強度分布を形成する。回折光学素子5は、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)で構成されていてもよい。本実施形態では、投影光学系20の瞳面に形成される光源形状を有効光源形状と称する。なお、「有効光源」とは、被照明面及び被照明面の共役面における光強度分布又は光角度分布を意味する。 The diffractive optical element 5 is disposed on a plane that is in a Fourier transform relationship with the pupil plane of the illumination optical system IL. The diffractive optical element 5 converts the light intensity distribution of light from the light source 1 by diffraction to form a desired light intensity distribution on the pupil plane of the illumination optical system IL, which is a plane conjugate to the pupil plane of the projection optical system 20, or on a plane conjugate to the pupil plane of the illumination optical system IL. The diffractive optical element 5 may be configured as a computer generated hologram (CGH) designed by a computer so that a desired diffraction pattern is obtained on the diffraction pattern plane. In this embodiment, the light source shape formed on the pupil plane of the projection optical system 20 is called the effective light source shape. Note that the "effective light source" means the light intensity distribution or light angle distribution on the illuminated surface and the conjugate plane of the illuminated surface.

照明光学系ILには、複数の回折光学素子5が設けられていてもよい。例えば、複数の回折光学素子5のそれぞれはターレット(不図示)の複数のスロットに対応する1つに取り付けられ(搭載され)、任意の回折光学素子5を照明光学系ILの光路に配置する。複数の回折光学素子5は、それぞれ、異なる有効光源形状を形成する。これらの有効光源形状は、小円形形状(比較的小さな円形形状)、大円形形状(比較的大きな円形形状)、輪帯形状、二重極形状、四重極形状、その他の形状を含む。輪帯形状、二重極形状又は四重極形状の有効光源形状で被照明面を照明する方法は、変形照明と呼ばれる。 The illumination optical system IL may be provided with a plurality of diffractive optical elements 5. For example, each of the plurality of diffractive optical elements 5 is attached (mounted) to one corresponding to a plurality of slots of a turret (not shown), and an arbitrary diffractive optical element 5 is placed in the optical path of the illumination optical system IL. Each of the plurality of diffractive optical elements 5 forms a different effective light source shape. These effective light source shapes include a small circular shape (relatively small circular shape), a large circular shape (relatively large circular shape), annular shape, dipole shape, quadrupole shape, and other shapes. A method of illuminating an illuminated surface with an effective light source shape that is annular, dipole, or quadrupole shape is called modified illumination.

射出角度保存光学素子4からの光は、回折光学素子5で回折され、コンデンサーレンズ6に導かれる。コンデンサーレンズ6は、回折光学素子5で回折された光を集光し、回折面7に回折パターン(光強度分布)を形成する。 The light from the exit angle preserving optical element 4 is diffracted by the diffractive optical element 5 and directed to the condenser lens 6. The condenser lens 6 collects the light diffracted by the diffractive optical element 5 and forms a diffraction pattern (light intensity distribution) on the diffractive surface 7.

回折面7は、回折光学素子5と光学的にフーリエ変換の関係にある面である。照明光学系ILの光路に配置される回折光学素子5を交換することで、回折面7に形成される光強度分布の形状を変更することができる。回折面7に形成された光強度分布は、プリズムユニット8及びズームレンズユニット9を通過し、折り曲げミラー10を介して、オプティカルインテグレータ100に導かれる。 The diffractive surface 7 is a surface that has an optical Fourier transform relationship with the diffractive optical element 5. By replacing the diffractive optical element 5 arranged in the optical path of the illumination optical system IL, the shape of the light intensity distribution formed on the diffractive surface 7 can be changed. The light intensity distribution formed on the diffractive surface 7 passes through the prism unit 8 and the zoom lens unit 9, and is guided to the optical integrator 100 via the folding mirror 10.

プリズムユニット8は、回折面7に形成された光強度分布を、輪帯率などを調整してズームレンズユニット9に導く。ズームレンズユニット9は、回折面7に形成された光強度分布を、ほぼ相似形を維持しながら拡大又は縮小してオプティカルインテグレータ100に導く。 The prism unit 8 adjusts the annular ratio and other parameters of the light intensity distribution formed on the diffractive surface 7 and guides it to the zoom lens unit 9. The zoom lens unit 9 enlarges or reduces the light intensity distribution formed on the diffractive surface 7 while maintaining a roughly similar shape, and guides it to the optical integrator 100.

オプティカルインテグレータ100は、入射した光強度分布に応じて、多数の2次光源を形成してコンデンサーレンズ12に導く。オプティカルインテグレータ100の詳細な構成については後述する。 The optical integrator 100 forms a number of secondary light sources according to the intensity distribution of the incident light and guides them to the condenser lens 12. The detailed configuration of the optical integrator 100 will be described later.

開口絞り11は、オプティカルインテグレータ100の射出面の近傍、即ち、照明光学系ILの瞳面に配置されている。 The aperture stop 11 is located near the exit surface of the optical integrator 100, i.e., at the pupil plane of the illumination optical system IL.

コンデンサーレンズ12は、オプティカルインテグレータ100から導かれた多数の光を集光して、コンデンサーレンズ12の被照明面である中間照明面14を重畳的に照明する。光線をオプティカルインテグレータ100に入射してコンデンサーレンズ12で集光すると、中間照明面14は、ほぼ矩形形状の光強度分布で照明される。 The condenser lens 12 collects a large number of light beams guided from the optical integrator 100 and illuminates the intermediate illumination surface 14, which is the illuminated surface of the condenser lens 12, in a superimposed manner. When the light beams enter the optical integrator 100 and are collected by the condenser lens 12, the intermediate illumination surface 14 is illuminated with a light intensity distribution that is approximately rectangular.

結像光学系16は、中間照明面14に形成された光強度分布を、折り曲げミラー17を介して、照明光学系ILの被照明面である原版18に投影する。このように、原版18と中間照明面14とは、光学的に共役な関係となっている。 The imaging optical system 16 projects the light intensity distribution formed on the intermediate illumination plane 14 onto the original 18, which is the illuminated surface of the illumination optical system IL, via the folding mirror 17. In this way, the original 18 and the intermediate illumination plane 14 are in an optically conjugate relationship.

マスキングユニット15は、中間照明面14に配置されている。マスキングユニット15は、原版ステージ19に保持された原版18の照明範囲を規定するために配置され、原版ステージ19及び基板ステージ22に同期して走査される。図1において、マスキングユニット15の走査方向は、Z方向であり、原版18及び基板21の走査方向は、X方向である。 The masking unit 15 is disposed on the intermediate illumination plane 14. The masking unit 15 is disposed to define the illumination range of the master 18 held on the master stage 19, and is scanned in synchronization with the master stage 19 and the substrate stage 22. In FIG. 1, the scanning direction of the masking unit 15 is the Z direction, and the scanning direction of the master 18 and the substrate 21 is the X direction.

視野絞り13は、中間照明面14及びマスキングユニット15から照明光学系ILの光軸方向(X方向)に離れた位置に設けられている。視野絞り13は、コンデンサーレンズ12の被照明面である中間照明面14の走査方向(視野絞り13の位置におけるZ方向)の照明範囲を規定する。 The field stop 13 is provided at a position away from the intermediate illumination plane 14 and the masking unit 15 in the optical axis direction (X direction) of the illumination optical system IL. The field stop 13 defines the illumination range in the scanning direction (Z direction at the position of the field stop 13) of the intermediate illumination plane 14, which is the illuminated surface of the condenser lens 12.

視野絞り13は、中間照明面14から照明光学系ILの光軸方向に離れた位置に設けられているため、視野絞り13によって一部を遮光された光は、中間照明面14において、走査方向に略台形形状の光強度分布を有する。これにより、露光装置EXにおいて、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた場合に生じる露光むらの影響を低減することができる。 The field stop 13 is located away from the intermediate illumination plane 14 in the optical axis direction of the illumination optical system IL, so that the light partially blocked by the field stop 13 has a substantially trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction at the intermediate illumination plane 14. This makes it possible to reduce the effects of uneven exposure that occurs in the exposure apparatus EX when the scanning speed or timing of pulse oscillation is shifted.

なお、本実施形態では、視野絞り13は、中間照明面14の近傍に配置されているが、被照明面である原版18の近傍に配置されていてもよい。また、本実施形態では、視野絞り13は、中間照明面14より光源側に配置されているが、これに限定されるものではなく、中間照明面14より原版側に配置されていてもよい。 In this embodiment, the field stop 13 is disposed near the intermediate illumination surface 14, but it may also be disposed near the original 18, which is the surface to be illuminated. Also, in this embodiment, the field stop 13 is disposed closer to the light source than the intermediate illumination surface 14, but this is not limited thereto, and it may also be disposed closer to the original than the intermediate illumination surface 14.

また、視野絞り13は、走査方向の開口幅を、走査方向に直行する方向(非走査方向(Y方向)ごとに変更可能な可変視野絞りであってもよい。視野絞り13の走査方向の開口幅を変更することで、照明領域に形成される光強度分布の走査方向の長さを変更することができる。これにより、走査露光時の非走査方向に関する積算露光量のむらを補正することができる。 Furthermore, the field stop 13 may be a variable field stop whose opening width in the scanning direction can be changed for each direction perpendicular to the scanning direction (non-scanning direction (Y direction). By changing the opening width in the scanning direction of the field stop 13, the length in the scanning direction of the light intensity distribution formed in the illumination area can be changed. This makes it possible to correct unevenness in the accumulated exposure amount in the non-scanning direction during scanning exposure.

投影光学系20は、複数の光学部材(レンズやミラーなどの光学素子)を含み、原版18のパターンを基板21に投影する。原版18のパターンの解像力は、投影光学系20の開口数(NA)及び有効光源形状に依存する。 The projection optical system 20 includes multiple optical components (optical elements such as lenses and mirrors) and projects the pattern of the original 18 onto the substrate 21. The resolution of the pattern of the original 18 depends on the numerical aperture (NA) of the projection optical system 20 and the effective light source shape.

露光において、光源1から発せられた光は、照明光学系ILによって、原版ステージ19に保持された原版18を照明する。原版18のパターンは、投影光学系20によって、基板ステージ22に保持された基板21に結像される。この際、原版18と基板21とを投影光学系20の縮小倍率比の速度比で走査することによって、原版18のパターンが基板21に転写される。 During exposure, light emitted from the light source 1 illuminates the original 18 held on the original stage 19 via the illumination optical system IL. The pattern of the original 18 is imaged onto the substrate 21 held on the substrate stage 22 by the projection optical system 20. At this time, the pattern of the original 18 is transferred to the substrate 21 by scanning the original 18 and the substrate 21 at a speed ratio equal to the reduction magnification ratio of the projection optical system 20.

以下、照明光学系ILにおけるオプティカルインテグレータ100の構成について説明する。図2及び図3は、照明光学系ILの一部の構成、具体的には、オプティカルインテグレータ100から中間照明面14までの構成を示す概略断面図であって、図2は、XY平面における断面を示し、図3は、XZ平面における断面を示している。 The configuration of the optical integrator 100 in the illumination optical system IL will be described below. Figures 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing a portion of the configuration of the illumination optical system IL, specifically, the configuration from the optical integrator 100 to the intermediate illumination surface 14, where Figure 2 shows a cross section in the XY plane and Figure 3 shows a cross section in the XZ plane.

オプティカルインテグレータ100は、本実施形態では、入射側光学素子である入射側インテグレータ101と、射出側光学素子である射出側インテグレータ102とで構成されている。入射側インテグレータ101及び射出側インテグレータ102は、それぞれ、走査方向(Z方向)及び走査方向に直交(交差)する非走査方向(Y方向)に配列されたレンズアレイ(ハエの目レンズ)である。 In this embodiment, the optical integrator 100 is composed of an incident side integrator 101, which is an incident side optical element, and an exit side integrator 102, which is an exit side optical element. The incident side integrator 101 and the exit side integrator 102 are lens arrays (fly-eye lenses) arranged in the scanning direction (Z direction) and the non-scanning direction (Y direction) perpendicular to (intersecting) the scanning direction, respectively.

入射側インテグレータ101は、走査方向(第1方向)及び非走査方向(第2方向)に周期的に配列された複数の入射側の要素レンズ(第1光学要素)101aを含む。射出側インテグレータ102は、複数の入射側の要素レンズ101aのそれぞれに対応して配列された複数の射出側の要素レンズ(第2光学要素)102aを含む。なお、XY平面及びXZ平面以外にも、要素レンズ(不図示)が配列されている。図2及び図3では、入射側インテグレータ101及び射出側インテグレータ102のそれぞれが、走査方向に5個の要素レンズを、非走査方向に5個の要素レンズを配列して構成されたレンズアレイを例示的に示している。 The incident side integrator 101 includes a plurality of incident side element lenses (first optical elements) 101a arranged periodically in the scanning direction (first direction) and the non-scanning direction (second direction). The exit side integrator 102 includes a plurality of exit side element lenses (second optical elements) 102a arranged corresponding to each of the incident side element lenses 101a. Note that element lenses (not shown) are also arranged in planes other than the XY plane and the XZ plane. In Figs. 2 and 3, the incident side integrator 101 and the exit side integrator 102 each exemplarily show a lens array configured by arranging five element lenses in the scanning direction and five element lenses in the non-scanning direction.

オプティカルインテグレータ100に入射した光は、入射側インテグレータ101によって、多数の光に分割される。入射側インテグレータ101で分割された光は、入射側インテグレータ101の個々の要素レンズ101aから射出し、それぞれ対応する射出側インテグレータ102の要素レンズ102aに入射して、コンデンサーレンズ12に向かって射出される。 The light incident on the optical integrator 100 is split into multiple beams by the entrance side integrator 101. The beams split by the entrance side integrator 101 exit from the individual element lenses 101a of the entrance side integrator 101, enter the corresponding element lenses 102a of the exit side integrator 102, and exit toward the condenser lens 12.

オプティカルインテグレータ100(射出側インテグレータ102)の射出面の近傍には、開口絞り11が配置されている。開口絞り11の位置は、コンデンサーレンズ12の瞳面に相当する。 An aperture stop 11 is disposed near the exit surface of the optical integrator 100 (exit side integrator 102). The position of the aperture stop 11 corresponds to the pupil plane of the condenser lens 12.

オプティカルインテグレータ100を射出した光は、コンデンサーレンズ12で集光され、中間照明面14を重畳的に照明する。図2に示すように、入射側インテグレータ101の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、射出側インテグレータ102の対応する要素レンズ102aの光学面の中心から垂直に射出される。換言すれば、入射側インテグレータ101の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、それぞれ、照明光学系ILの光軸(X軸)に平行にオプティカルインテグレータ100から射出される。照明光学系ILの光軸に平行に射出した光線は、fcの焦点距離を有するコンデンサーレンズ12を介して、コンデンサーレンズ12(の主点)から距離fcの位置に集光される。 The light emitted from the optical integrator 100 is collected by the condenser lens 12 and illuminates the intermediate illumination surface 14 in a superimposed manner. As shown in FIG. 2, the light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a of the entrance side integrator 101 are emitted perpendicularly from the center of the optical surface of the corresponding element lens 102a of the exit side integrator 102. In other words, the light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a of the entrance side integrator 101 are each emitted from the optical integrator 100 parallel to the optical axis (X-axis) of the illumination optical system IL. The light rays that are emitted parallel to the optical axis of the illumination optical system IL are collected at a position a distance fc from the condenser lens 12 (principal point) via the condenser lens 12 having a focal length fc.

中間照明面14は、コンデンサーレンズ12(の主点)から距離fcの位置に位置している。従って、中間照明面14における非走査方向の光強度分布は、図2に示すように、略長方形の分布となる。 The intermediate illumination plane 14 is located at a distance fc from the condenser lens 12 (principal point). Therefore, the light intensity distribution in the non-scanning direction at the intermediate illumination plane 14 is a substantially rectangular distribution, as shown in FIG. 2.

ここで、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの配列周期が同一であり、走査方向に台形形状の光強度分布を形成するための視野絞り13を中間照明面14から光軸方向に離れた位置に配置する場合について考える。この場合、視野絞り13によって光の一部を遮光しなければならないため、照明効率の低下を招いてしまう。 Let us now consider a case where the arrangement period of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 is the same, and the field stop 13 for forming a trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction is placed at a position away from the intermediate illumination plane 14 in the optical axis direction. In this case, part of the light must be blocked by the field stop 13, resulting in a decrease in illumination efficiency.

また、視野絞り13をコンデンサーレンズ12から距離fcの位置(集光位置)に配置し、原版18と光学的に共役な中間照明面14を集光位置から光軸方向に離れた位置とする場合について考える。この場合、視野絞り13によって遮光される光は最低限に抑えることができるが、中間照明面14における非走査方向の光強度分布も略台形形状になってしまう。このため、原版18を均一に照明するには、光強度分布の斜辺部分の領域をマスキングユニット15で遮光しなければならず、照明効率の低下を招いてしまう。 Also consider the case where the field stop 13 is placed at a distance fc from the condenser lens 12 (the focusing position), and the intermediate illumination plane 14, which is optically conjugate with the original 18, is placed at a position away from the focusing position in the optical axis direction. In this case, the light blocked by the field stop 13 can be kept to a minimum, but the light intensity distribution in the non-scanning direction at the intermediate illumination plane 14 also becomes approximately trapezoidal. For this reason, in order to uniformly illuminate the original 18, the area of the hypotenuse of the light intensity distribution must be blocked by the masking unit 15, resulting in a decrease in illumination efficiency.

従って、照明効率の低下を抑制しながら、走査方向に略台形形状の光強度分布を形成するためには、非走査方向に関して、光を原版18と光学的に共役な中間照明面14の位置に集光し、走査方向に関して、光を視野絞り13の位置に集光することが好ましい。 Therefore, in order to form a substantially trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction while suppressing a decrease in illumination efficiency, it is preferable to focus the light at the position of the intermediate illumination plane 14 that is optically conjugate with the original 18 in the non-scanning direction, and to focus the light at the position of the field stop 13 in the scanning direction.

一方、本実施形態のように、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期と射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期が異なる場合について考える。図3において、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期は、射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期よりも長い。 On the other hand, consider the case where the arrangement period of the element lenses of the entrance side integrator 101 is different from the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102, as in this embodiment. In FIG. 3, the arrangement period of the element lenses of the entrance side integrator 101 is longer than the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102.

この場合、入射側インテグレータ101の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、図3に示すように、要素レンズ101aのそれぞれに対応する要素レンズ102aの光学面の中心からずれた位置に入射する。そして、射出側インテグレータ102に入射した光線は、各要素レンズ102aで更に屈折されて射出される。 In this case, the light beam that is perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a of the entrance side integrator 101 enters a position offset from the center of the optical surface of the element lenses 102a that correspond to each of the element lenses 101a, as shown in FIG. 3. The light beam that is incident on the exit side integrator 102 is further refracted by each element lens 102a and then exits.

射出側インテグレータ102の各要素レンズ102aへの光線の入射角度、及び、光線の入射位置の光学面の中心からのずれ量は、いずれも光軸から離れるほど大きくなる。従って、射出側インテグレータ102の各要素レンズ102aからの光線の射出角度は、光軸から離れるほど大きくなる。換言すれば、射出側インテグレータ102の各要素レンズ102aからの光線の射出角度は、光軸からの距離に従って、単調に変化する。その結果、入射側インテグレータ101の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、集光されながらコンデンサーレンズ12に向かって射出されることになる。 The incidence angle of the light beam on each element lens 102a of the exit side integrator 102 and the deviation of the incidence position of the light beam from the center of the optical surface both increase the further away from the optical axis. Therefore, the emission angle of the light beam from each element lens 102a of the exit side integrator 102 increases the further away from the optical axis. In other words, the emission angle of the light beam from each element lens 102a of the exit side integrator 102 changes monotonically according to the distance from the optical axis. As a result, the light beam that is perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a of the entrance side integrator 101 is emitted toward the condenser lens 12 while being condensed.

入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射して射出側の要素レンズ102aのそれぞれから射出する光線を延長すると、図4に示すように、コンデンサーレンズ12(の主点)から原版側に距離sの位置にある光軸上の一点Oで交わる。これは、コンデンサーレンズ12にとっての物体としての光源が、コンデンサーレンズ12から原版側に距離sの位置にあることと等しい。 If the light rays that are incident perpendicularly on the center of each optical surface of the element lenses 101a on the entrance side and emerge from each element lens 102a on the exit side are extended, they will intersect at a point O on the optical axis located at a distance s from (the principal point of) the condenser lens 12 on the original side, as shown in Figure 4. This is equivalent to the light source, as an object for the condenser lens 12, being located at a distance s from the condenser lens 12 on the original side.

従って、コンデンサーレンズ12で集光される光線の集光位置は、コンデンサーレンズ12から距離fcの位置にある中間照明面14よりも距離dだけ手前(光源側)に位置することになる。このため、中間照明面14から光源側に距離dの位置における走査方向の光強度分布は、略長方形の分布となる。一方、中間照明面14においては、集光位置から距離dだけ離れているため、走査方向に略台形形状の光強度分布となる。 Therefore, the focusing position of the light beam focused by the condenser lens 12 is located a distance d in front (towards the light source) of the intermediate illumination plane 14, which is located at a distance fc from the condenser lens 12. Therefore, the light intensity distribution in the scanning direction at a position a distance d towards the light source from the intermediate illumination plane 14 is an approximately rectangular distribution. On the other hand, at the intermediate illumination plane 14, since it is distance d away from the focusing position, the light intensity distribution in the scanning direction is approximately trapezoidal.

また、走査方向の照明領域を規定し、且つ、略台形形状の光強度分布を形成するための視野絞り13を走査方向の集光位置(中間照明面14から光源側に距離dの位置)に配置すれば、視野絞り13で遮光される光は最低限に抑えられることになる。従って、照明効率の低下を可能な限り抑えながら、走査方向に略台形形状の光強度分布を形成することができる。 In addition, if the field stop 13 for defining the illumination area in the scanning direction and forming an approximately trapezoidal light intensity distribution is placed at a focusing position in the scanning direction (a position at a distance d from the intermediate illumination surface 14 toward the light source), the amount of light blocked by the field stop 13 is minimized. Therefore, it is possible to form an approximately trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction while minimizing the decrease in illumination efficiency as much as possible.

略台形形状の光強度分布の斜辺の幅Lは、中間照明面14における照明NA(NAIL)、及び、距離dを用いて、以下の式(1)で表される。
L=2d・tan[arcsin(NAIL)]・・・(1)
The width L of the hypotenuse of the approximately trapezoidal light intensity distribution is expressed by the following formula (1) using the illumination NA (NAIL) at the intermediate illumination plane 14 and a distance d.
L=2d・tan[arcsin(NAIL)]...(1)

従って、所望の光強度分布に対応する台形形状の斜辺の幅L、及び、照明NAから、視野絞り13の位置、或いは、中間照明面14から走査方向に関する集光位置までの距離dが求まることになる。 Therefore, the position of the field stop 13 or the distance d from the intermediate illumination surface 14 to the focusing position in the scanning direction can be determined from the width L of the hypotenuse of the trapezoid corresponding to the desired light intensity distribution and the illumination NA.

なお、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズに関して、非走査方向の配列周期のみが異なるが、これにより中間照明面14での照明NAが走査方向と非走査方向とで異なることはない。 Note that the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 differ only in their arrangement period in the non-scanning direction, but this does not result in a difference in the illumination NA at the intermediate illumination plane 14 between the scanning direction and the non-scanning direction.

図5は、XZ断面において、中間照明面14の一点を照明する光線の様子を示す概略断面図である。コンデンサーレンズ12は、回転対称の屈折力を有しているため、中間照明面14の一点を照明する光線は、走査方向と非走査方向とで同一となる。照明NA(NAIL)は、開口絞り11の開口の直径EAと、コンデンサーレンズ12の焦点距離fcで決まり、以下の式(2)で表される。
NAIL=EA/2÷fc・・・(2)
5 is a schematic cross-sectional view showing, in an XZ cross section, the state of a light ray illuminating a point on the intermediate illumination plane 14. Since the condenser lens 12 has a rotationally symmetric refractive power, the light ray illuminating a point on the intermediate illumination plane 14 is the same in the scanning direction and the non-scanning direction. The illumination NA (NAIL) is determined by the diameter EA of the aperture of the aperture stop 11 and the focal length fc of the condenser lens 12, and is expressed by the following formula (2).
NAIL=EA/2÷fc...(2)

従って、開口絞り11の開口の直径EAとコンデンサーレンズ12の焦点距離fcとが走査方向と非走査方向とで同一(開口絞り11とコンデンサーレンズ12とが回転対称)であれば、走査方向と非走査方向とで照明NAが異なることはない。 Therefore, if the aperture diameter EA of the aperture stop 11 and the focal length fc of the condenser lens 12 are the same in the scanning direction and the non-scanning direction (the aperture stop 11 and the condenser lens 12 are rotationally symmetric), the illumination NA will not differ between the scanning direction and the non-scanning direction.

ここで、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの配列周期を異ならせるために、入射側インテグレータ101の要素レンズの大きさと射出側インテグレータ102の要素レンズの大きさを異ならせても良い。走査方向における配列周期を異ならせるためには、走査方向における要素レンズの幅を異ならせれば良い。また、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの大きさは同一として、各要素レンズ間にスペーサーを設けることにより、要素レンズの配列周期を調整しても良い。スペーサーを用いることで、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズを同一のものとすることができ、部品の管理コストや製造コストの低減が見込まれる。 Here, in order to make the arrangement period of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 different, the size of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the size of the element lenses in the exit side integrator 102 may be made different. To make the arrangement period in the scanning direction different, the width of the element lenses in the scanning direction may be made different. Alternatively, the size of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 may be made the same, and the arrangement period of the element lenses may be adjusted by providing spacers between each element lens. By using spacers, the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 can be made the same, which is expected to reduce the management costs and manufacturing costs of parts.

本実施形態では、視野絞り13を中間照明面14の近傍に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、視野絞り13は、中間照明面14と光学的に共役な原版18の近傍に配置してもよいし、中間照明面14より光源側ではなく、中間照明面14より原版側に配置してもよい。 In this embodiment, the field stop 13 is disposed near the intermediate illumination plane 14, but this is not limiting. For example, the field stop 13 may be disposed near the original 18 that is optically conjugate with the intermediate illumination plane 14, or may be disposed on the original side of the intermediate illumination plane 14, rather than on the light source side of the intermediate illumination plane 14.

視野絞り13を中間照明面14よりも原版側に配置した場合、非走査方向におけるオプティカルインテグレータ100の構成に関しては、視野絞り13を中間照明面14の近傍に配置する場合のオプティカルインテグレータ100の構成と同一である。一方で、走査方向に関しては、図6に示すように、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期は、射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期よりも短くする。 When the field stop 13 is placed closer to the original than the intermediate illumination plane 14, the configuration of the optical integrator 100 in the non-scanning direction is the same as the configuration of the optical integrator 100 when the field stop 13 is placed near the intermediate illumination plane 14. On the other hand, in the scanning direction, as shown in FIG. 6, the arrangement period of the element lenses of the entrance side integrator 101 is made shorter than the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102.

これにより、入射側インテグレータ101の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、発散しながらコンデンサーレンズ12に向かって射出されることになる。入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射して射出側の要素レンズ102aのそれぞれから射出する光線を延長すると、図7に示すように、コンデンサーレンズ12(の主点)から光源側に距離sの位置にある光軸上の一点Oで交わる。これは、コンデンサーレンズ12にとっての物体としての光源が、コンデンサーレンズ12から光源側に距離sの位置にあることと等しい。 As a result, light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a of the entrance-side integrator 101 are emitted toward the condenser lens 12 while diverging. If the light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a on the entrance side and emitted from each element lens 102a on the exit side are extended, they will intersect at a point O on the optical axis located at a distance s on the light source side from the condenser lens 12 (principal point), as shown in Figure 7. This is equivalent to the light source, as an object for the condenser lens 12, being located at a distance s on the light source side from the condenser lens 12.

従って、コンデンサーレンズ12で集光される光線の集光位置は、コンデンサーレンズ12から距離fcの位置にある中間照明面14よりも距離dだけ奥(原版側)に位置することになる。このため、中間照明面14から原版側に距離dの位置における走査方向の光強度分布は、略長方形の分布となる。一方、中間照明面14においては、集光位置から距離dだけ離れているため、走査方向に略台形形状の光強度分布となる。 Therefore, the focusing position of the light beam focused by the condenser lens 12 is located a distance d behind (towards the original) the intermediate illumination plane 14, which is located at a distance fc from the condenser lens 12. Therefore, the light intensity distribution in the scanning direction at a position a distance d towards the original from the intermediate illumination plane 14 is an approximately rectangular distribution. On the other hand, at the intermediate illumination plane 14, since it is distance d away from the focusing position, the light intensity distribution in the scanning direction is approximately trapezoidal.

また、視野絞り13を中間照明面14から原版側に距離dの位置に配置すれば、視野絞り13で遮光される光は最低限に抑えられることになる。従って、照明効率の低下を可能な限り抑えながら、走査方向に略台形形状の光強度分布を形成することができる。 In addition, if the field stop 13 is positioned at a distance d from the intermediate illumination surface 14 toward the original, the amount of light blocked by the field stop 13 will be minimized. Therefore, it is possible to form a substantially trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction while minimizing the decrease in illumination efficiency as much as possible.

但し、入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線が発散しながらコンデンサーレンズ12に向かって射出する構成では、コンデンサーレンズ12の有効径が大きくなってしまう。従って、射出側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線が集光しながらコンデンサーレンズ12に向かって射出する構成の方が、製造コストや照明光学系ILの性能の観点で有利である。 However, in a configuration in which light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a on the entrance side are emitted toward the condenser lens 12 while diverging, the effective diameter of the condenser lens 12 becomes large. Therefore, a configuration in which light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses 101a on the exit side are emitted toward the condenser lens 12 while condensing is more advantageous in terms of manufacturing costs and the performance of the illumination optical system IL.

本実施形態では、オプティカルインテグレータ100において、走査方向に関して、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの配列周期を異ならせているが、これに限定されるものではない。つまり、非走査方向に関して、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの配列周期を異ならせても良い。 In this embodiment, in the optical integrator 100, the arrangement period of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 is made different in the scanning direction, but this is not limited to this. In other words, the arrangement period of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 may be made different in the non-scanning direction.

この場合には、視野絞り13を、コンデンサーレンズ12から距離fcの位置に配置する。そして、中間照明面14を所定の距離dだけ離した位置に設定し、中間照明面14に非走査方向の集光位置が一致するように、要素レンズの非走査方向の配列周期を設定すればよい。 In this case, the field stop 13 is placed at a distance fc from the condenser lens 12. The intermediate illumination plane 14 is then set at a position a predetermined distance d away, and the arrangement period of the element lenses in the non-scanning direction is set so that the focusing position in the non-scanning direction coincides with the intermediate illumination plane 14.

また、走査方向と非走査方向のそれぞれに関して、入射側インテグレータ101と射出側インテグレータ102における要素レンズの配列周期を異ならせても良い。この場合、視野絞り13及び中間照明面14の位置を、コンデンサーレンズ12から距離fcの位置からそれぞれ所定の距離だけ離した位置に設定すればよい。そして、コンデンサーレンズ12による走査方向及び非走査方向の集光位置がそれぞれ視野絞り13と中間照明面14とに一致するように、走査方向と非走査方向のそれぞれに関して要素レンズの非走査方向の配列周期を設定すればよい。 The arrangement period of the element lenses in the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 may be different for the scanning direction and the non-scanning direction. In this case, the positions of the field stop 13 and the intermediate illumination surface 14 may be set at positions that are a predetermined distance away from the position of the distance fc from the condenser lens 12. Then, the arrangement period of the element lenses in the non-scanning direction may be set for each of the scanning direction and the non-scanning direction so that the focusing positions in the scanning direction and the non-scanning direction by the condenser lens 12 coincide with the field stop 13 and the intermediate illumination surface 14, respectively.

例えば、視野絞り13をコンデンサーレンズ12から距離fcの位置より光源側に配置し、中間照明面14をコンデンサーレンズ12から距離fcの位置より原版側に設定する。そして、走査方向に関しては、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期を、射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期よりも長くする。非走査方向に関しては、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期を、射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期よりも短くする。 For example, the field stop 13 is placed closer to the light source than the position at the distance fc from the condenser lens 12, and the intermediate illumination plane 14 is set closer to the original than the position at the distance fc from the condenser lens 12. In the scanning direction, the arrangement period of the element lenses of the entrance side integrator 101 is made longer than the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102. In the non-scanning direction, the arrangement period of the element lenses of the entrance side integrator 101 is made shorter than the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102.

ここで、コンデンサーレンズ12の焦点距離fcと、入射側インテグレータ101の要素レンズのそれぞれの光学面中心に垂直に入射した光線がコンデンサーレンズ12で集光される集光位置と、要素レンズの配列周期との関係について説明する。入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射して射出側の要素レンズ102aのそれぞれから射出する光線を延長すると、コンデンサーレンズ12(の主点)から原版側に距離sの位置にある光軸上の一点Oで交わる。点Oの位置はコンデンサーレンズ12の物体位置とみなすことができる。このとき、焦点距離fcのコンデンサーレンズ12によって点Oの物体が結像される結像位置fc+dは、光線が進む方向(X軸の正方向)を正として、
1/(fc+d)=(1/s)+(1/fc)・・・(3)
で表される。つまり、sが無限大の場合には、d=0となり、集光位置はコンデンサーレンズ12の焦点に一致する。
Here, the relationship between the focal length fc of the condenser lens 12, the focusing position where the light beam perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses of the entrance-side integrator 101 is focused by the condenser lens 12, and the arrangement period of the element lenses will be described. If the light beam perpendicularly incident on the center of each optical surface of the entrance-side element lenses 101a and emerging from each of the exit-side element lenses 102a is extended, it will intersect at a point O on the optical axis located at a distance s from (the principal point of) the condenser lens 12 to the original side. The position of point O can be regarded as the object position of the condenser lens 12. In this case, the imaging position fc+d where the object at point O is imaged by the condenser lens 12 of focal length fc is expressed as follows, with the direction in which the light beam travels (positive direction of the X-axis) being positive:
1/(fc+d)=(1/s)+(1/fc)...(3)
That is, when s is infinite, d=0, and the focusing position coincides with the focal point of the condenser lens 12.

続いて、sとオプティカルインテグレータの入射側と射出側の要素レンズの配列周期との関係について考える。sは、入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線の光軸からの距離hと、その光線が射出側の要素レンズ102aを射出する角度θを用いると、θが十分に小さいときには、
s=h/θ・・・(4)
で表される。
Next, let us consider the relationship between s and the arrangement period of the element lenses on the entrance side and the exit side of the optical integrator. If s is the distance h from the optical axis of a ray that is perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lens 101a on the entrance side, and the angle θ at which the ray emerges from the element lens 102a on the exit side, then when θ is sufficiently small, it can be expressed as follows:
s=h/θ...(4)
It is expressed as:

ここで、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期Piとし、光軸上に配置された要素レンズを0番目として、光線が入射する要素レンズが配列方向においてn番目に配置されているとした場合、hは、
h=n×Pi・・・(5)
で表される。
Here, if the arrangement period of the element lenses of the incident side integrator 101 is Pi, the element lens arranged on the optical axis is numbered 0, and the element lens on which the light ray is incident is numbered n in the arrangement direction, then h is given by:
h=n×Pi...(5)
It is expressed as:

ここで、周期方向における要素レンズの配列数が奇数の場合には、光軸上に配置された要素レンズを0番目として、当該要素レンズに隣接して配置された要素レンズを1番目と考える。つまり、1番目に配置された要素レンズの光学面の中心に垂直入射した光線の光軸からの距離h=Piと考える。 Here, if the number of element lenses arranged in the periodic direction is odd, the element lens arranged on the optical axis is considered to be the 0th element, and the element lens arranged adjacent to that element lens is considered to be the 1st element. In other words, the distance from the optical axis to the ray perpendicularly incident on the center of the optical surface of the element lens arranged 1st is considered to be h = Pi.

一方、周期方向における要素レンズの配列数が偶数の場合には、光軸上には要素レンズが存在しないため、光軸を挟んで隣接する要素レンズを1番目の要素レンズと考える。そして、当該要素レンズの光学面の中心に垂直に入射した光線の光軸からの距離h=0.5×Piと考える。 On the other hand, when the number of element lenses arranged in the periodic direction is an even number, there is no element lens on the optical axis, so the element lens adjacent to the optical axis is considered to be the first element lens. Then, the distance from the optical axis of a ray that is perpendicularly incident on the center of the optical surface of that element lens is considered to be h = 0.5 x Pi.

一方、θは、射出側の要素レンズ102aの焦点距離foと、入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直入射して射出側の要素レンズ102aのそれぞれに入射する光線と、当該要素レンズ102aの光学面中心とのずれeを用いて表される。 On the other hand, θ is expressed using the focal length fo of the element lens 102a on the exit side, and the deviation e between the center of the optical surface of the element lens 102a on the exit side and the light ray that is perpendicularly incident on the center of the optical surface of the element lens 101a on the entrance side and then incident on each element lens 102a on the exit side.

eが十分に小さいときには、
θ=e/fo・・・(6)
で表される。
When e is small enough,
θ=e/fo...(6)
It is expressed as:

また、射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期をPoとして、
e=(Po-Pi)×n・・・(7)
と表される。
In addition, the arrangement period of the element lenses of the exit side integrator 102 is Po,
e=(Po-Pi)×n...(7)
This is expressed as:

式4から式7を用いて、
s=(Pi×fо)/(Po-Pi)・・・(8)
と表すことができる。
Using Equations 4 to 7,
s=(Pi×fо)/(Po-Pi)...(8)
It can be expressed as:

式8を式3に代入することで、dを求めることができる。つまり、コンデンサーレンズ12による集光位置は、コンデンサーレンズ12の焦点距離fc、入射側インテグレータ101、射出側インテグレータ102それぞれの要素レンズの配列周期Pi、Po、射出側の要素レンズ102aの焦点距離foで求められる。入射側インテグレータ101、射出側インテグレータ102それぞれの要素レンズの配列周期Pi、Poを調整することで、dを変化させることができる。 d can be calculated by substituting Equation 8 into Equation 3. In other words, the focusing position of the condenser lens 12 is calculated by the focal length fc of the condenser lens 12, the arrangement periods Pi and Po of the element lenses of the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102, and the focal length fo of the exit side element lens 102a. d can be changed by adjusting the arrangement periods Pi and Po of the element lenses of the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102.

ここで、入射側インテグレータ101の要素レンズの配列周期Piと射出側インテグレータ102の要素レンズの配列周期Pоとの差の絶対値|Pо-Pi|が大きくなると、ずれeも大きくなる。|e|がPo/2を超えると、入射側の要素レンズ101aのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線が、射出側の対応する要素レンズ102aに入射しなくなってしまう。その結果、照明効率の低下や、被照明面における光強度分布の均一性の低下を招くため好ましくない。 Here, as the absolute value |Po-Pi| of the difference between the arrangement period Pi of the element lenses of the entrance side integrator 101 and the arrangement period Po of the element lenses of the exit side integrator 102 increases, the deviation e also increases. When |e| exceeds Po/2, the light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the entrance side element lenses 101a will no longer be incident on the corresponding element lenses 102a on the exit side. This results in a decrease in illumination efficiency and a decrease in the uniformity of the light intensity distribution on the illuminated surface, which is undesirable.

よって、
|e|≦Po/2・・・(9)
を満足することが好ましい。
Therefore,
|e|≦Po/2...(9)
It is preferable to satisfy the following:

つまり、オプティカルインテグレータの要素レンズの配列数をmとして、
Po/2≧|(Po-Pi)|×(m-1)/2・・・(10)
という条件式を満足することが好ましい。
In other words, let m be the number of element lenses in the optical integrator, and
Po/2≧|(Po-Pi)|×(m-1)/2...(10)
It is preferable to satisfy the following condition.

本実施形態では、入射側インテグレータ101及び射出側インテグレータ102のそれぞれが、走査方向に5個の要素レンズを、非走査方向に5個の要素レンズを配列して構成されている場合(5×5配列)について例示的に説明した。但し、要素レンズの配列数は、これに限定されるものではなく、5×5配列より多くてもよいし、少なくてもよい。また、要素レンズの配列数は、奇数でもよいし、偶数でもよい。更には、走査方向と非走査方向とで要素レンズの配列数は異なっていてもよいし、走査方向と非走査方向とで要素レンズの配列周期を大きく変えてもよい。このように、要素レンズの構成は、適宜選択することができる。 In this embodiment, an example has been described in which the entrance side integrator 101 and the exit side integrator 102 are each configured with five element lenses arranged in the scanning direction and five element lenses arranged in the non-scanning direction (5 x 5 array). However, the number of element lenses arranged is not limited to this, and may be more or less than a 5 x 5 array. The number of element lenses arranged may also be an odd number or an even number. Furthermore, the number of element lenses arranged in the scanning direction and the non-scanning direction may differ, and the arrangement period of the element lenses may be significantly different between the scanning direction and the non-scanning direction. In this way, the configuration of the element lenses can be selected as appropriate.

また、オプティカルインテグレータ100を構成する要素レンズは、球面レンズに限定されるものではない。被照明面における光強度分布を調整するために、要素レンズを、非球面レンズとしてもよいし、フレネルゾーンプレートやキノフォームなどの回折レンズとしてもよい。更には、光強度分布のアスペクト比(被照明面に形成される光強度分布の走査方向の幅と非走査方向の幅との比)を調整するために、要素レンズを、トーリックレンズやシリンドリカルレンズなどのアナモルフィックレンズとしてもよい。 The element lenses constituting the optical integrator 100 are not limited to spherical lenses. In order to adjust the light intensity distribution on the illuminated surface, the element lenses may be aspheric lenses or diffractive lenses such as Fresnel zone plates and kinoforms. Furthermore, in order to adjust the aspect ratio of the light intensity distribution (the ratio of the width in the scanning direction to the width in the non-scanning direction of the light intensity distribution formed on the illuminated surface), the element lenses may be anamorphic lenses such as toric lenses and cylindrical lenses.

図8及び図9を参照して、オプティカルインテグレータを構成する要素レンズがシリンドリカルレンズである場合について説明する。図8及び図9は、オプティカルインテグレータを構成する要素レンズがシリンドリカルレンズである場合において、オプティカルインテグレータ200から中間照明面14までの構成を示す概略断面図である。図8は、XY平面における断面を示し、図9は、XZ平面における断面を示している。 With reference to Figures 8 and 9, a case where the element lenses constituting the optical integrator are cylindrical lenses will be described. Figures 8 and 9 are schematic cross-sectional views showing the configuration from the optical integrator 200 to the intermediate illumination surface 14 when the element lenses constituting the optical integrator are cylindrical lenses. Figure 8 shows a cross section in the XY plane, and Figure 9 shows a cross section in the XZ plane.

オプティカルインテグレータ200は、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201及び202と、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203及び204とで構成されている。シリンドリカルレンズアレイ201及び203は、それぞれ、走査方向(Z方向)のみに曲率を有する要素レンズが走査方向に配列されたシリンドリカルレンズアレイである。シリンドリカルレンズアレイ202及び204は、それぞれ、非走査方向(Y方向)のみに曲率を有する要素レンズが非走査方向に配列されたシリンドリカルレンズアレイである。 The optical integrator 200 is composed of cylindrical lens arrays 201 and 202 on the entrance side and cylindrical lens arrays 203 and 204 on the exit side. The cylindrical lens arrays 201 and 203 are each cylindrical lens arrays in which element lenses having a curvature only in the scanning direction (Z direction) are arranged in the scanning direction. The cylindrical lens arrays 202 and 204 are each cylindrical lens arrays in which element lenses having a curvature only in the non-scanning direction (Y direction) are arranged in the non-scanning direction.

入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の各要素レンズと、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203の各要素レンズとは、それぞれ対応関係にある。また、入射側のシリンドリカルレンズアレイ202の各要素レンズと、射出側のシリンドリカルレンズアレイ204の各要素レンズとは、それぞれ対応関係にある。 Each element lens of the cylindrical lens array 201 on the incident side corresponds to each element lens of the cylindrical lens array 203 on the exit side. Also, each element lens of the cylindrical lens array 202 on the incident side corresponds to each element lens of the cylindrical lens array 204 on the exit side.

オプティカルインテグレータ200に入射した光は、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201及び202によって、それぞれ走査方向と非走査方向とに、多数の光に分割される。かかる光は、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201及び202の個々の要素レンズから射出し、それぞれ対応する射出側のシリンドリカルレンズアレイ203及び204の要素レンズに入射して、コンデンサーレンズ12に向かって射出される。 The light incident on the optical integrator 200 is split into a number of light beams in the scanning direction and non-scanning direction by the cylindrical lens arrays 201 and 202 on the incident side. The light beams exit from the individual element lenses of the cylindrical lens arrays 201 and 202 on the incident side, enter the element lenses of the corresponding cylindrical lens arrays 203 and 204 on the exit side, and are emitted toward the condenser lens 12.

オプティカルインテグレータ200(射出側のシリンドリカルレンズアレイ204)の射出面の近傍には、開口絞り11が配置されている。開口絞り11の位置は、コンデンサーレンズ12の瞳面に相当する。 The aperture stop 11 is disposed near the exit surface of the optical integrator 200 (exit side cylindrical lens array 204). The position of the aperture stop 11 corresponds to the pupil plane of the condenser lens 12.

オプティカルインテグレータ200を射出した光は、コンデンサーレンズ12で集光され、中間照明面14を重畳的に照明する。図8に示すように、非走査方向におけるに関して、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の要素レンズの配列周期と、射出側のシリンドリカルレンズアレイ2042の要素レンズの配列周期は等しい。そのため、入射側のシリンドリカルレンズアレイ202の各要素レンズの光学面の中心に垂直に入射した光線は、射出側のシリンドリカルレンズアレイ204の対応する各要素レンズの光学面の中心から垂直に射出される。換言すれば、入射側のシリンドリカルレンズアレイ202の要素レンズのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、それぞれ、照明光学系ILの光軸(X軸)に平行にオプティカルインテグレータ200から射出される。照明光学系ILの光軸に平行に射出した光線は、fcの焦点距離を有するコンデンサーレンズ12を介して、コンデンサーレンズ12(の主点)から距離fcの位置に集光される。 The light emitted from the optical integrator 200 is condensed by the condenser lens 12 and illuminates the intermediate illumination surface 14 in a superimposed manner. As shown in FIG. 8, in the non-scanning direction, the arrangement period of the element lenses of the cylindrical lens array 201 on the incident side is equal to the arrangement period of the element lenses of the cylindrical lens array 2042 on the exit side. Therefore, the light beams perpendicularly incident on the center of the optical surface of each element lens of the cylindrical lens array 202 on the incident side are perpendicularly emitted from the center of the optical surface of the corresponding element lens of the cylindrical lens array 204 on the exit side. In other words, the light beams perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses of the cylindrical lens array 202 on the incident side are respectively emitted from the optical integrator 200 parallel to the optical axis (X-axis) of the illumination optical system IL. The light emitted parallel to the optical axis of the illumination optical system IL is focused via a condenser lens 12 having a focal length of fc at a position a distance fc from the condenser lens 12 (principal point).

中間照明面14は、コンデンサーレンズ12(の主点)から距離fcの位置に位置している。従って、中間照明面14における非走査方向の光強度分布は、図8に示すように、略長方形の分布となる。 The intermediate illumination plane 14 is located at a distance fc from the condenser lens 12 (principal point). Therefore, the light intensity distribution in the non-scanning direction at the intermediate illumination plane 14 is a substantially rectangular distribution, as shown in FIG. 8.

次に、図9を参照して、中間照明面14における走査方向の光強度分布について説明する。図9に示すように、走査方向に関して、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の要素レンズの配列周期は、射出側のシリンドリカルレンズアレイ2042の要素レンズの配列周期よりも長い。そのため、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の要素レンズのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、図9に示すように、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203に入射する。その結果、当該光線は、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の要素レンズのそれぞれに対応する射出側のシリンドリカルレンズアレイ203の対応する要素レンズの光学面の中心からずれた位置に入射する。そして、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203及び204に入射した光線は、各要素レンズで更に屈折されて射出される。 Next, the light intensity distribution in the scanning direction on the intermediate illumination surface 14 will be described with reference to FIG. 9. As shown in FIG. 9, the arrangement period of the element lenses of the cylindrical lens array 201 on the incident side is longer than the arrangement period of the element lenses of the cylindrical lens array 2042 on the exit side in the scanning direction. Therefore, the light beam that is perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses of the cylindrical lens array 201 on the incident side enters the cylindrical lens array 203 on the exit side as shown in FIG. 9. As a result, the light beam enters a position shifted from the center of the optical surface of the corresponding element lens of the cylindrical lens array 203 on the exit side corresponding to each of the element lenses of the cylindrical lens array 201 on the incident side. Then, the light beam that enters the cylindrical lens arrays 203 and 204 on the exit side is further refracted by each element lens and exits.

射出側のシリンドリカルレンズアレイ203の各要素レンズへの光線の入射角度、及び、光線の入射位置の光学面の中心からの走査方向へのずれ量は、いずれも光軸から離れて周辺に向かうほど大きくなる。従って、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203の各要素レンズからの光線の射出角度は、光軸から離れるほど大きくなる。換言すれば、射出側のシリンドリカルレンズアレイ203の各要素レンズからの光線の射出角度は、光軸からの距離に従って、単調に変化する。その結果、入射側のシリンドリカルレンズアレイ201の要素レンズのそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線は、集光されながらコンデンサーレンズ12に向かって射出されることになる。 The angle of incidence of light rays on each element lens of the cylindrical lens array 203 on the exit side, and the amount of deviation in the scanning direction of the incident position of the light rays from the center of the optical surface, both increase the further away from the optical axis toward the periphery. Therefore, the exit angle of light rays from each element lens of the cylindrical lens array 203 on the exit side increases the further away from the optical axis. In other words, the exit angle of light rays from each element lens of the cylindrical lens array 203 on the exit side changes monotonically according to the distance from the optical axis. As a result, light rays that are perpendicularly incident on the center of each optical surface of the element lenses of the cylindrical lens array 201 on the entrance side are emitted toward the condenser lens 12 while being condensed.

従って、コンデンサーレンズ12で集光される光線の集光位置は、コンデンサーレンズ12から距離fcの位置にある中間照明面14よりも距離dだけ手前(光源側)に位置することになる。このため、中間照明面14から光源側に距離dの位置における走査方向の光強度分布は、略長方形の分布となる。一方、中間照明面14においては、集光位置から距離dだけ離れているため、走査方向に略台形形状の光強度分布となる。 Therefore, the focusing position of the light beam focused by the condenser lens 12 is located a distance d in front (towards the light source) of the intermediate illumination plane 14, which is located at a distance fc from the condenser lens 12. Therefore, the light intensity distribution in the scanning direction at a position a distance d towards the light source from the intermediate illumination plane 14 is an approximately rectangular distribution. On the other hand, at the intermediate illumination plane 14, since it is distance d away from the focusing position, the light intensity distribution in the scanning direction is approximately trapezoidal.

また、走査方向の照明領域を規定し、且つ、略台形形状の光強度分布を形成するための視野絞り13を走査方向の集光位置(中間照明面14から光源側に距離dの位置)に配置すれば、視野絞り13で遮光される光は最低限に抑えられることになる。従って、オプティカルインテグレータをシリンドリカルレンズアレイで構成した場合にも、照明効率の低下を可能な限り抑えながら、走査方向に略台形形状の光強度分布を形成することができる。 In addition, if the field stop 13 for defining the illumination area in the scanning direction and forming an approximately trapezoidal light intensity distribution is placed at a focusing position in the scanning direction (a position at a distance d from the intermediate illumination surface 14 toward the light source), the light blocked by the field stop 13 can be minimized. Therefore, even if the optical integrator is configured with a cylindrical lens array, it is possible to form an approximately trapezoidal light intensity distribution in the scanning direction while minimizing the decrease in illumination efficiency as much as possible.

本実施形態では、入射側から射出側に向かって順に、シリンドリカルレンズアレイ201、シリンドリカルレンズアレイ202、シリンドリカルレンズアレイ203、シリンドリカルレンズアレイ204を配置している。シリンドリカルレンズアレイ201は、入射側の走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイであり、シリンドリカルレンズアレイ202は、入射側の非走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイである。また、シリンドリカルレンズアレイ203は、射出側の走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイであり、シリンドリカルレンズアレイ204は、射出側の非走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイである。但し、このような配置に限定されるものではなく、入射側と射出側との関係が逆になれば、種々の配置が可能である。 In this embodiment, cylindrical lens array 201, cylindrical lens array 202, cylindrical lens array 203, and cylindrical lens array 204 are arranged in order from the entrance side to the exit side. Cylindrical lens array 201 is a cylindrical lens array arranged in the scanning direction of the entrance side, and cylindrical lens array 202 is a cylindrical lens array arranged in the non-scanning direction of the entrance side. Cylindrical lens array 203 is a cylindrical lens array arranged in the scanning direction of the exit side, and cylindrical lens array 204 is a cylindrical lens array arranged in the non-scanning direction of the exit side. However, this is not limited to such an arrangement, and various arrangements are possible as long as the relationship between the entrance side and the exit side is reversed.

例えば、入射側の走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ201より光源側に、入射側の非走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ202を配置してもよい。また、射出側の走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ203より光源側に、射出側の非走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ204を配置してもよい。 For example, cylindrical lens array 202 arranged in the non-scanning direction on the incident side may be arranged closer to the light source than cylindrical lens array 201 arranged in the scanning direction on the incident side. Also, cylindrical lens array 204 arranged in the non-scanning direction on the exit side may be arranged closer to the light source than cylindrical lens array 203 arranged in the scanning direction on the exit side.

更には、入射側及び射出側の走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ201及び203を、入射側の非走査方向に配列したシリンドリカルレンズアレイ202よりも光源側に配置するような構成であってもよい。 Furthermore, the cylindrical lens arrays 201 and 203 arranged in the scanning direction on the incident side and the exit side may be arranged closer to the light source than the cylindrical lens array 202 arranged in the non-scanning direction on the incident side.

また、本実施形態では、オプティカルインテグレータ100又は200を構成する個々の要素レンズがそれぞれ分割されている場合について例示的に示したが、これに限定されるものではない。例えば、切削、モールド、エッチングなどの技術を用いて、1つの光学素子に複数の要素レンズが一体的に形成されていてもよい。オプティカルインテグレータの構成は、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 In addition, in this embodiment, the individual element lenses constituting the optical integrator 100 or 200 are each divided, but this is not limited to the above. For example, multiple element lenses may be integrally formed in one optical element using techniques such as cutting, molding, and etching. The configuration of the optical integrator can be modified and changed in various ways within the scope of its gist.

このように、本実施形態では、照明光学系ILにおいて、パルス発振の影響による露光むらを低減する光強度分布を、少ない光量損失で、走査方向と非走査方向とで基板に転写されるパターンの転写特性を異ならせることなく達成することができる。また、このような照明光学系ILを有する露光装置EXは、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス(半導体素子、液晶表示素子、フラットパネルディスプレイなど)を提供することができる。 In this way, in this embodiment, in the illumination optical system IL, a light intensity distribution that reduces exposure unevenness caused by the effects of pulse oscillation can be achieved with little light loss and without causing differences in the transfer characteristics of the pattern transferred to the substrate in the scanning direction and non-scanning direction. Furthermore, an exposure apparatus EX having such an illumination optical system IL can provide high-quality devices (semiconductor elements, liquid crystal display elements, flat panel displays, etc.) with high throughput and good economical performance.

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ、液晶表示素子、半導体素子、MEMSなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、上述した露光装置EXを用いて感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング(加工)を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。また、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離など)を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。 The manufacturing method of the article in the embodiment of the present invention is suitable for manufacturing articles such as flat panel displays, liquid crystal display elements, semiconductor elements, and MEMS. The manufacturing method includes a step of exposing a substrate coated with a photosensitive agent using the above-mentioned exposure apparatus EX, and a step of developing the exposed photosensitive agent. In addition, a circuit pattern is formed on the substrate by performing an etching process, an ion implantation process, etc., using the developed photosensitive agent pattern as a mask. These steps of exposure, development, etching, etc. are repeated to form a circuit pattern consisting of multiple layers on the substrate. In a post-process, dicing (processing) is performed on the substrate on which the circuit pattern is formed, and chip mounting, bonding, and inspection processes are performed. In addition, the manufacturing method may include other well-known processes (oxidation, film formation, deposition, doping, planarization, resist stripping, etc.). The manufacturing method of the article in the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article compared to the conventional method.

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。 The invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are appended to disclose the scope of the invention.

EX 露光装置
IL 照明光学系
100 オプティカルインテグレータ
101 入射側インテグレータ
101a 要素レンズ
102 射出側インテグレータ
102a 要素レンズ
EX exposure apparatus IL illumination optical system 100 optical integrator 101 incident side integrator 101a element lens 102 exit side integrator 102a element lens

Claims (13)

被照明面を照明する照明光学系であって、
光源からの光で2次光源を形成するオプティカルインテグレータを有し、
前記オプティカルインテグレータは、複数の第1光学要素が配列された入射側の光学素子と、前記複数の第1光学要素のそれぞれに対応して配列された複数の第2光学要素を含む射出側の光学素子と、を含み、
前記複数の第1光学要素および前記複数の第2光学要素は、第1方向及び該第1方向に交差する第2方向に周期的に配列され、前記第1方向と前記第2方向の少なくとも一方の方向に関して、前記複数の第1光学要素の配列周期と前記複数の第2光学要素の配列周期とが異なることを特徴とする照明光学系。
An illumination optical system that illuminates an illuminated surface,
an optical integrator that forms a secondary light source with light from the light source;
the optical integrator includes an incident-side optical element having a plurality of first optical elements arranged thereon, and an exit-side optical element including a plurality of second optical elements arranged corresponding to the plurality of first optical elements,
an illumination optical system characterized in that the plurality of first optical elements and the plurality of second optical elements are periodically arranged in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and an arrangement period of the plurality of first optical elements and an arrangement period of the plurality of second optical elements are different in at least one of the first direction and the second direction.
前記入射側の光学素子及び前記射出側の光学素子のそれぞれは、前記第1方向及び前記第2方向に屈折力を有するハエの目レンズで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1, characterized in that each of the incident-side optical element and the exit-side optical element is composed of a fly-eye lens having refractive power in the first direction and the second direction. 前記オプティカルインテグレータからの光で前記被照明面を照明するコンデンサーレンズを更に有し、
前記オプティカルインテグレータは、前記コンデンサーレンズから射出される光の集光位置を前記第1方向及び前記第2方向とで異ならせるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明光学系。
a condenser lens for illuminating the illumination surface with light from the optical integrator;
3. The illumination optical system according to claim 1, wherein the optical integrator is configured to make the focusing position of the light emerging from the condenser lens different in the first direction from the focusing position in the second direction.
前記オプティカルインテグレータは、前記複数の第1光学要素のそれぞれの光学面の中心に垂直に入射して前記複数の第2光学要素のそれぞれから射出する光線の角度が、前記第1方向及び前記第2方向の少なくとも一方に関して、前記オプティカルインテグレータの光学面の中心から周辺に向かって単調に変化するように、構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the optical integrator is configured such that the angle of a light ray that is perpendicularly incident on the center of each of the optical surfaces of the plurality of first optical elements and emerges from each of the plurality of second optical elements changes monotonically from the center to the periphery of the optical surface of the optical integrator in at least one of the first direction and the second direction. 前記複数の第1光学要素の配列周期をPi、前記複数の第2光学要素の配列周期をPо、前記第1光学要素及び前記第2光学要素の配列数をmとしたとき、
Po/2≧|(Po-Pi)|×(m-1)/2
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の照明光学系。
When the arrangement period of the plurality of first optical elements is Pi, the arrangement period of the plurality of second optical elements is Po, and the number of the arrangements of the first optical elements and the second optical elements is m,
Po/2≧|(Po-Pi)|×(m-1)/2
5. The illumination optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied:
被照明面を照明する照明光学系であって、
光源からの光で2次光源を形成するオプティカルインテグレータを有し、
前記オプティカルインテグレータは、入射側の第1光学素子群と射出側の第2光学素子群とを含み、
前記第1光学素子群は、複数の第1光学要素が配列された第1光学素子と第2光学素子とを含み、
前記第2光学素子群は、
前記第1光学素子の前記複数の第1光学要素のそれぞれに対応して配列された複数の第2光学要素を含む第3光学素子と、
前記第2光学素子の前記複数の第1光学要素のそれぞれに対応して配列された複数の第2光学要素を含む第4光学素子と、を含み、
前記第1光学素子は前記複数の第1光学要素が第1方向に周期的に配列され、
前記第2光学素子は前記複数の第1光学要素が前記第1方向に交差する第2方向に周期的に配列され、
前記第3光学素子は前記複数の第2光学要素が前記第1方向に周期的に配列され、
前記第光学素子は前記複数の第2光学要素が前記第2方向に周期的に配列され、
前記第1光学素子と前記第3光学素子は前記第1方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、
前記第2光学素子と前記第4光学素子は前記第2方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、
前記第1方向と前記第2方向の少なくとも一方の方向に関して、前記複数の第1光学要素の配列周期と前記複数の第2光学要素の配列周期とが異なることを特徴とする照明光学系。
An illumination optical system that illuminates an illuminated surface,
an optical integrator that forms a secondary light source with light from the light source;
the optical integrator includes a first optical element group on an incident side and a second optical element group on an exit side,
the first optical element group includes a first optical element and a second optical element in which a plurality of first optical elements are arranged,
The second optical element group is
a third optical element including a plurality of second optical elements arranged corresponding to each of the plurality of first optical elements of the first optical element;
a fourth optical element including a plurality of second optical elements arranged corresponding to each of the plurality of first optical elements of the second optical element;
The first optical element includes the plurality of first optical elements arranged periodically in a first direction,
The second optical element is such that the plurality of first optical elements are periodically arranged in a second direction intersecting the first direction,
The third optical element includes the second optical elements arranged periodically in the first direction,
The fourth optical element is configured such that the plurality of second optical elements are periodically arranged in the second direction,
the first optical element and the third optical element are cylindrical lenses having a refractive power in the first direction,
the second optical element and the fourth optical element are cylindrical lenses having a refractive power in the second direction,
An illumination optical system, characterized in that an arrangement period of the plurality of first optical elements and an arrangement period of the plurality of second optical elements are different in at least one of the first direction and the second direction.
原版と基板とを走査方向に移動させながら、前記原版を介して前記基板を露光する露光装置であって、
被照明面に配置された前記原版を照明する請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の照明光学系と、
前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする露光装置。
1. An exposure apparatus that exposes a substrate through an original while moving the original and the substrate in a scanning direction, comprising:
an illumination optical system according to claim 1 , which illuminates the original placed on an illumination surface;
a projection optical system that projects a pattern of the original onto the substrate;
An exposure apparatus comprising:
前記照明光学系は、パルス光源からの光を用いて前記原版を照明することを特徴とする請求項7に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 7, characterized in that the illumination optical system illuminates the original using light from a pulsed light source. 前記被照明面の共役面に配置され、前記被照明面における照明領域を規定するマスキングユニットと、
前記被照明面の共役面から前記照明光学系の光軸方向に離れた位置に配置され、前記走査方向の照明領域を規定する視野絞りと、をさらに有することを特徴とする請求項7または8に記載の露光装置。
a masking unit disposed on a conjugate plane of the illumination surface and defining an illumination area on the illumination surface;
9. The exposure apparatus according to claim 7, further comprising: a field stop that is arranged at a position away from a conjugate plane of the illumination surface in the optical axis direction of the illumination optical system and that defines an illumination area in the scanning direction.
前記視野絞りは、前記マスキングユニットよりも光源側に配置されており、
前記走査方向に関して、前記複数の第1光学要素の配列周期は、前記複数の第2光学要素の配列周期よりも長いことを特徴とする請求項9に記載の露光装置。
the field diaphragm is disposed closer to the light source than the masking unit;
10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein an arrangement period of the plurality of first optical elements is longer than an arrangement period of the plurality of second optical elements in the scanning direction.
前記視野絞りは、前記マスキングユニットよりも前記原版側に配置されており、
前記走査方向に関して、前記複数の第1光学要素の配列周期は、前記複数の第2光学要素の配列周期よりも短いことを特徴とする請求項9に記載の露光装置。
the field stop is disposed closer to the original than the masking unit,
10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein an arrangement period of the plurality of first optical elements is shorter than an arrangement period of the plurality of second optical elements in the scanning direction.
前記照明光学系は、オプティカルインテグレータからの光で前記原版を照明するコンデンサーレンズを含み、
前記照明光学系において、入射側の光学素子の複数の第1光学要素のそれぞれの光学面の中心に垂直に入射した光線の前記コンデンサーレンズの前記走査方向の集光位置は、前記視野絞りの位置に一致し、前記光線の前記コンデンサーレンズの前記走査方向に交差する方向の集光位置は、前記被照明面に一致することを特徴とする請求項9乃至11のうちいずれか1項に記載の露光装置。
the illumination optical system includes a condenser lens that illuminates the original with light from an optical integrator;
12. The exposure apparatus according to claim 9, wherein in the illumination optical system, a focusing position in the scanning direction of the condenser lens of a light beam perpendicularly incident on the center of each of the optical surfaces of a plurality of first optical elements of an incident-side optical element coincides with the position of the field stop, and a focusing position in a direction intersecting the scanning direction of the condenser lens coincides with the illuminated surface.
請求項7乃至12のうちいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光した前記基板を現像する工程と、
現像された前記基板から物品を製造する工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
exposing a substrate using an exposure apparatus according to any one of claims 7 to 12;
developing the exposed substrate;
producing an article from the developed substrate;
A method for producing an article, comprising the steps of:
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