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JP2002040327A - Optical integrator of wavefront splitting type and illuminating optical device provided with the optical integrator - Google Patents

Optical integrator of wavefront splitting type and illuminating optical device provided with the optical integrator

Info

Publication number
JP2002040327A
JP2002040327A JP2000230349A JP2000230349A JP2002040327A JP 2002040327 A JP2002040327 A JP 2002040327A JP 2000230349 A JP2000230349 A JP 2000230349A JP 2000230349 A JP2000230349 A JP 2000230349A JP 2002040327 A JP2002040327 A JP 2002040327A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microlens
light
incident
illumination
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000230349A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Shibuya
眞人 渋谷
Osamu Tanitsu
修 谷津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2000230349A priority Critical patent/JP2002040327A/en
Priority to US09/703,727 priority patent/US6741394B1/en
Priority to DE10062579A priority patent/DE10062579A1/en
Publication of JP2002040327A publication Critical patent/JP2002040327A/en
Priority to US10/734,128 priority patent/US20040125459A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical integrator of wavefront splitting type which enables to obtain a uniform illuminance distribution over almost the whole of illuminated field which is formed even when the sizes of respective micro lenses are made small and the number of wavefront splitting is set in large numbers. SOLUTION: This optical integrator of wave front splitting type has a large number of micro lenses which are arranged two-dimensionally, wavefront-splits an incident luminous flux and forms a large number of light sources. Each micro lens has a regularly hexagonal incident face which inscribes with a circle of diameter d and a regularly hexagonal emission face which inscribes with the circle of diameter d and, when the focal distance of each micro lens is f and the wavelength of the incident luminous flux is λ, the condition of (d/2)2/(λ.f)>=3.05 is satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波面分割型のオプ
ティカルインテグレータおよび該オプティカルインテグ
レータを備えた照明光学装置に関し、特にマイクロデバ
イスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置や
顕微鏡などに好適な照明光学装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavefront splitting type optical integrator and an illumination optical apparatus having the optical integrator, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus and a microscope for manufacturing a micro device by a lithography process. It concerns the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するための
典型的な露光装置においては、光源から射出された光束
がマイクロフライアイに入射し、その後側焦点面に多数
の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光
束は、マイクロフライアイの後側焦点面の近傍に配置さ
れた開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレン
ズに入射する。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices,
In a typical exposure apparatus for manufacturing a micro device such as a thin-film magnetic head, a light beam emitted from a light source enters a micro fly's eye, and forms a secondary light source including a large number of light sources on a rear focal plane. . The luminous flux from the secondary light source is restricted via an aperture stop arranged near the rear focal plane of the micro fly's eye, and then enters the condenser lens.

【0003】コンデンサーレンズにより集光された光束
は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明
する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を
介して感光性基板上に結像する。こうして、感光性基板
上には、マスクパターンが投影露光(転写)される。な
お、マスクに形成されるパターンは高集積化されてお
り、この微細パターンを感光性基板上に正確に転写する
には感光性基板上において均一な照度分布を得ることが
不可欠である。
The light beam condensed by the condenser lens illuminates a mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the photosensitive substrate via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) on the photosensitive substrate. Note that the pattern formed on the mask is highly integrated, and it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the photosensitive substrate in order to accurately transfer this fine pattern onto the photosensitive substrate.

【0004】なお、マイクロフライアイは、稠密に且つ
縦横に配列された多数の微小レンズからなる波面分割型
のオプティカルインテグレータである。一般に、マイク
ロフライアイは、たとえば平行平面ガラス板にエッチン
グ処理を施して微小レンズ群を形成することによって構
成される。ここで、マイクロフライアイを構成する各微
小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレ
メントよりも微小である。
[0004] The micro fly's eye is a wavefront splitting optical integrator composed of a large number of minute lenses arranged densely and vertically. Generally, a micro fly's eye is formed by, for example, performing an etching process on a parallel flat glass plate to form a group of minute lenses. Here, each micro lens constituting the micro fly's eye is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、微細
パターンを感光性基板上に転写するための露光装置の場
合、マスク上および感光性基板上において均一な照度分
布を得ることが不可欠である。したがって、照度むらを
低減するために、マイクロフライアイを構成する微小レ
ンズの数を大きくすることが、すなわち波面分割数を大
きくすることが望まれている。
As described above, in the case of an exposure apparatus for transferring a fine pattern onto a photosensitive substrate, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the mask and on the photosensitive substrate. . Therefore, in order to reduce uneven illuminance, it is desired to increase the number of micro lenses constituting the micro fly's eye, that is, to increase the number of wavefront divisions.

【0006】また、エッチングなどでマイクロフライア
イを製造する場合には、ガラス板を深くエッチングする
ことは困難であり、各微小レンズのサイズを小さくする
ほうが製造し易い。しかしながら、各微小レンズのサイ
ズを単に小さくすると、各微小レンズの入射面に対する
回折限界分だけ、その入射面と光学的に共役な被照射面
に形成される照野において周辺の照度が低下するという
不都合がある。
When a micro fly's eye is manufactured by etching or the like, it is difficult to deeply etch a glass plate, and it is easier to manufacture a microlens having a smaller size. However, if the size of each microlens is simply reduced, the surrounding illuminance in the illumination field formed on the irradiated surface that is optically conjugate to the incident surface is reduced by the diffraction limit with respect to the incident surface of each microlens. There are inconveniences.

【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、各微小レンズのサイズを小さくして波面分割
数を大きく設定しても、形成される照野のほぼ全体に亘
って均一な照度分布を得ることのできる、波面分割型の
オプティカルインテグレータおよび該オプティカルイン
テグレータを備えた照明光学装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and even if the size of each microlens is reduced and the number of wavefront divisions is set to be large, a uniform illumination field is formed over substantially the entire illumination field. It is an object of the present invention to provide a wavefront splitting type optical integrator and an illumination optical device including the optical integrator, which can obtain a proper illuminance distribution.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1発明では、二次元的に配列された多数
の微小レンズを有し、入射光束を波面分割して多数の光
源を形成する波面分割型のオプティカルインテグレータ
において、各微小レンズは、矩形状の入射面および矩形
状の射出面を有し、各微小レンズの焦点距離をfとし、
各微小レンズの入射面の一方の辺の長さをd1とし、各
微小レンズの入射面の他方の辺の長さをd2とし、各微
小レンズの射出面において前記入射面の一方の辺に対応
する辺の長さをD1とし、各微小レンズの射出面におい
て前記入射面の他方の辺に対応する辺の長さをD2と
し、前記入射光束の波長をλとするとき、 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧3.05 (d2/2)(D2/2)/(λ・f)≧3.05 の条件のうちの少なくとも一方を満足することを特徴と
するオプティカルインテグレータを提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a multi-lens array comprising: a plurality of minute lenses arranged two-dimensionally; In the wavefront splitting type optical integrator that forms the above, each microlens has a rectangular entrance surface and a rectangular exit surface, and the focal length of each microlens is f,
The length of one side of the entrance surface of each microlens is d1, the length of the other side of the entrance surface of each microlens is d2, and the exit surface of each microlens corresponds to one side of the entrance surface. When the length of the side to be set is D1, the length of the side corresponding to the other side of the entrance surface on the exit surface of each microlens is D2, and the wavelength of the incident light beam is λ, (d1 / 2) (D1 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (d2 / 2) (D2 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 Provide an optical integrator.

【0009】第1発明の好ましい態様によれば、前記入
射面の一方の辺の長さd1は、前記入射面の他方の辺の
長さd2よりも実質的に大きく、 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧3.05 の条件を満足する。
According to a preferred aspect of the first invention, the length d1 of one side of the incident surface is substantially larger than the length d2 of the other side of the incident surface, and (d1 / 2) ( D1 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05.

【0010】本発明の第2発明では、二次元的に配列さ
れた多数の微小レンズを有し、入射光束を波面分割して
多数の光源を形成する波面分割型のオプティカルインテ
グレータにおいて、各微小レンズは、矩形状の入射面、
および円形状または正六角形状の射出面を有し、各微小
レンズの焦点距離をfとし、各微小レンズの入射面の一
方の辺の長さをd1とし、各微小レンズの入射面の他方
の辺の長さをd2とし、各微小レンズの円形状の射出面
の直径または正六角形状の射出面に外接する円の直径を
Dとし、前記入射光束の波長をλとするとき、 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 (d2/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 の条件のうちの少なくとも一方を満足することを特徴と
するオプティカルインテグレータを提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a wavefront splitting type optical integrator having a plurality of two-dimensionally arrayed minute lenses and dividing an incident light beam into a wavefront to form a plurality of light sources. Is a rectangular entrance surface,
And a circular or regular hexagonal exit surface, the focal length of each microlens is f, the length of one side of the entrance surface of each microlens is d1, and the other of the entrance surfaces of each microlens is When the length of the side is d2, the diameter of the circular exit surface of each microlens or the diameter of a circle circumscribing the regular hexagonal exit surface is D, and the wavelength of the incident light beam is λ, (d1 / 2) It satisfies at least one of the conditions of (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (d2 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05. An optical integrator is provided.

【0011】第2発明の好ましい態様によれば、前記入
射面の一方の辺の長さd1は、前記入射面の他方の辺の
長さd2よりも実質的に大きく、 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 の条件を満足する。
According to a preferred aspect of the second invention, the length d1 of one side of the incident surface is substantially larger than the length d2 of the other side of the incident surface, and (d1 / 2) ( D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05.

【0012】本発明の第3発明では、二次元的に配列さ
れた多数の微小レンズを有し、入射光束を波面分割して
多数の光源を形成する波面分割型のオプティカルインテ
グレータにおいて、各微小レンズは、直径がdの円形状
または直径がdの円に内接する正六角形状の入射面、お
よび直径がdの円形状または直径がdの円に内接する正
六角形状の射出面を有し、各微小レンズの焦点距離をf
とし、前記入射光束の波長をλとするとき、 (d/2)2/(λ・f)≧3.05 の条件を満足することを特徴とするオプティカルインテ
グレータを提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a wavefront splitting optical integrator having a plurality of two-dimensionally arrayed minute lenses and dividing an incident light beam into a wavefront to form a plurality of light sources. Has a regular hexagonal entrance surface inscribed in a circle with a diameter d or a circle with a diameter d, and a regular hexagonal exit surface inscribed in a circle with a diameter d or a circle with a diameter d, Let f be the focal length of each microlens
And an optical integrator characterized by satisfying a condition of (d / 2) 2 /(λ·f)≧3.05 when a wavelength of the incident light beam is λ.

【0013】本発明の第4発明では、光束を供給するた
めの光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多
数の光源を形成するための第1発明〜第3発明のオプテ
ィカルインテグレータと、前記多数の光源からの光束を
前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えているこ
とを特徴とする照明光学装置を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there are provided light source means for supplying a light beam, and the optical integrators of the first to third inventions for forming a large number of light sources based on the light beam from the light source means. A light guiding optical system for guiding light beams from the plurality of light sources to the surface to be illuminated.

【0014】第4発明の好ましい態様によれば、前記導
光光学系は、前記多数の光源からの光束を集光して照野
を重畳的に形成するためのコンデンサー光学系と、前記
照野からの光束に基づいて前記被照射面に前記照野の像
を形成するための結像光学系とを有し、前記結像光学系
の光路中において前記多数の光源の形成位置と光学的に
ほぼ共役な位置には、不要な光束を遮るための開口絞り
が設けられている。
According to a preferred aspect of the fourth invention, the light guide optical system includes: a condenser optical system for condensing light beams from the plurality of light sources to form an illumination field in a superimposed manner; An imaging optical system for forming the image of the illumination field on the irradiated surface based on the light beam from the optical system, and optically forming the positions of the plurality of light sources in the optical path of the imaging optical system. An aperture stop for blocking unnecessary light flux is provided at a substantially conjugate position.

【0015】本発明の第5発明では、被照射面に配置さ
れたマスク上のパターンの像を感光性基板上に形成する
投影光学系を備えた露光装置と組み合わせられる照明光
学装置において、光束を供給する光源手段と、前記光源
手段からの光束に基づいて多数の光源を形成すると共
に、該多数の光源からの光束が重畳された所定面上の領
域である照野を形成する多数光束重畳手段と、前記マス
ク上または前記マスク近傍に前記照野の像を形成する照
明結像光学系とを備え、前記照明結像光学系は、前記投
影光学系の瞳と光学的に共役な位置に配置された開口絞
りを有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus combined with an exposure apparatus having a projection optical system for forming an image of a pattern on a mask disposed on a surface to be irradiated on a photosensitive substrate. Light source means for supplying, and multiple light beam superimposing means for forming a large number of light sources based on the light beams from the light source means and forming an illumination field which is an area on a predetermined surface on which the light beams from the multiple light sources are superimposed. And an illumination imaging optical system that forms the image of the illumination field on or near the mask, wherein the illumination imaging optical system is disposed at a position optically conjugate with the pupil of the projection optical system. An illumination optical device having an aperture stop provided.

【0016】本発明の第6発明では、第4発明または第
5発明の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマ
スクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投
影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提
供する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device according to the fourth or fifth aspect, and a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern set on the surface to be irradiated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus characterized by comprising:

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】まず、図1に示すように、オプテ
ィカルインテグレータを構成する各微小レンズの入射面
および射出面がともに同じ大きさの正六角形状に形成さ
れている場合について考える。この場合、各微小レンズ
の入射面に対する回折限界分だけ、入射面と光学的に共
役な被照射面に形成される照野において周辺の照度が低
下する。正六角形状の入射面および射出面に外接する円
の直径をdとし、各微小レンズの開口数をNAとし、各
微小レンズの焦点距離をfとし、入射光束の波長をλと
するとき、回折限界に起因する照度の低下に寄与する入
射面上の周辺部分の幅bは、次の式(a)で表される。 b=0.61・(λ/NA)=0.61・λ/{(d/2)/f} (a)
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, as shown in FIG. 1, consider the case where both the entrance surface and the exit surface of each micro lens constituting an optical integrator are formed in a regular hexagonal shape having the same size. In this case, the peripheral illuminance in the illuminated field formed on the illuminated surface that is optically conjugate with the incident surface is reduced by the diffraction limit with respect to the incident surface of each microlens. When the diameter of a circle circumscribing the regular hexagonal incident surface and the exit surface is d, the numerical aperture of each microlens is NA, the focal length of each microlens is f, and the wavelength of the incident light beam is λ, diffraction occurs. The width b of the peripheral portion on the incident surface that contributes to the reduction in illuminance due to the limit is expressed by the following equation (a). b = 0.61 · (λ / NA) = 0.61 · λ / {(d / 2) / f} (a)

【0018】被照射面に形成される照野のほぼ全体に亘
って均一な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射
面のサイズdの1/10よりも小さいこと、すなわち次
の条件式(b)が満足されることが望ましい。 0.61・{λ/(d/2)/f}≦d/10 (b) 条件式(b)を変形すると、次の条件式(1)に示す関
係が得られる。 (d/2)2/(λ・f)≧3.05 (1)
In order to obtain a uniform illuminance distribution over almost the entire illuminated field formed on the surface to be illuminated, the width b must be smaller than 1/10 of the size d of the incident surface. It is desirable that conditional expression (b) be satisfied. 0.61 · {λ / (d / 2) / f} ≦ d / 10 (b) When the conditional expression (b) is modified, a relationship expressed by the following conditional expression (1) is obtained. (D / 2) 2 /(λ·f)≧3.05 (1)

【0019】また、照野のほぼ全体に亘ってさらに均一
な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射面のサイ
ズdの1/100よりも小さいこと、すなわち次の条件
式(c)が満足されることがさらに望ましい。 0.61・{λ/(d/2)/f}≦d/100 (c) 条件式(c)を変形すると、次の条件式(1’)に示す
関係が得られる。 (d/2)2/(λ・f)≧30.5 (1’) 以上、オプティカルインテグレータの入射面および射出
面がともに同じ大きさの正六角形状の場合について説明
したが、入射面および射出面がともに同じ大きさの円形
状の場合も同様である。
Further, in order to obtain a more uniform illuminance distribution over substantially the entire illumination field, the above-mentioned width b must be smaller than 1/100 of the size d of the incident surface, that is, the following conditional expression (c) Is more desirably satisfied. 0.61 · {λ / (d / 2) / f} ≦ d / 100 (c) When the conditional expression (c) is modified, a relationship represented by the following conditional expression (1 ′) is obtained. (D / 2) 2 /(λ·f)≧30.5 (1 ′) As described above, the case where both the entrance surface and the exit surface of the optical integrator are regular hexagons having the same size has been described. The same applies to the case where both surfaces are circular in the same size.

【0020】次に、図2に示すように、オプティカルイ
ンテグレータを構成する各微小レンズの入射面が矩形状
に形成され且つその射出面が正六角形状に形成されてい
る場合について考える。この場合、矩形状の入射面の長
辺の長さをd1とし、矩形状の入射面の短辺の長さをd
2とし、正六角形状の射出面に外接する円の直径をDと
し、各微小レンズの開口数をNAとし、各微小レンズの
焦点距離をfとし、入射光束の波長をλとするとき、回
折限界に起因する照度の低下に寄与する入射面上の周辺
部分の幅bは、次の式(d)で表される。 b=0.61・λ/{(D/2)/f} (d)
Next, as shown in FIG. 2, consider a case where the entrance surface of each microlens constituting the optical integrator is formed in a rectangular shape and its exit surface is formed in a regular hexagonal shape. In this case, the length of the long side of the rectangular incident surface is d1, and the length of the short side of the rectangular incident surface is d1.
2, the diameter of a circle circumscribing the exit surface of the regular hexagon is D, the numerical aperture of each microlens is NA, the focal length of each microlens is f, and the wavelength of the incident light beam is λ. The width b of the peripheral portion on the incident surface that contributes to the reduction in illuminance due to the limit is expressed by the following equation (d). b = 0.61 · λ / {(D / 2) / f} (d)

【0021】被照射面に形成される照野のほぼ全体に亘
って均一な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射
面の長辺方向のサイズd1の1/10よりも小さいか、
あるいは短辺方向のサイズd2の1/10よりも小さい
こと、すなわち次の条件式(e)または(f)が満足さ
れることが望ましい。 0.61・λ/{(D/2)/f}≦d1/10 (e) 0.61・λ/{(D/2)/f}≦d2/10 (f)
In order to obtain a uniform illuminance distribution over substantially the entire illuminated field formed on the surface to be illuminated, the width b must be smaller than 1/10 of the size d1 in the long side direction of the incident surface. ,
Alternatively, it is desirable that the size is smaller than 1/10 of the size d2 in the short side direction, that is, the following conditional expression (e) or (f) is satisfied. 0.61 · λ / {(D / 2) / f} ≦ d1 / 10 (e) 0.61 · λ / {(D / 2) / f} ≦ d2 / 10 (f)

【0022】条件式(e)および(f)を変形すると、
次の条件式(2)および(3)に示す関係が得られる。 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 (2) (d2/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 (3)
By transforming conditional expressions (e) and (f),
The following relational expressions (2) and (3) are obtained. (D1 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (2) (d2 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (3)

【0023】また、照野のほぼ全体に亘ってさらに均一
な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射面の長辺
方向のサイズd1の1/100よりも小さいか、あるい
は短辺方向のサイズd2の1/100よりも小さいこ
と、すなわち次の条件式(g)または(h)が満足され
ることがさらに望ましい。 0.61・λ/{(D/2)/f}≦d1/100 (g) 0.61・λ/{(D/2)/f}≦d2/100 (h)
Further, in order to obtain a more uniform illuminance distribution over substantially the entire illumination field, the width b is smaller than 1/100 of the size d1 in the long side direction of the incident surface or the short side. It is further desirable that the size be smaller than 1/100 of the size d2 in the direction, that is, the following conditional expression (g) or (h) is satisfied. 0.61 · λ / {(D / 2) / f} ≦ d1 / 100 (g) 0.61 · λ / {(D / 2) / f} ≦ d2 / 100 (h)

【0024】条件式(g)および(h)を変形すると、
次の条件式(2’)および(3’)に示す関係が得られ
る。 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧30.5 (2’) (d2/2)(D/2)/(λ・f)≧30.5 (3’)
By transforming conditional expressions (g) and (h),
The following relational expressions (2 ') and (3') are obtained. (D1 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 30.5 (2 ′) (d2 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 30.5 (3 ′)

【0025】なお、射出面が完全な正六角形の場合、矩
形状の入射面の長辺の長さd1と短辺の長さd2との比
は、次の式(i)に示す関係を満たす必要がある。 d1:d2=3:√(3)/2 または 1.5:√(3) (i) ここで、√(3)は、3の平方根を表している。ところ
で、オプティカルインテグレータの入射面の形状は、被
照射面上に形成すべき照明領域(照野)の形状と相似に
設定する必要がある。したがって、実際には、入射面が
所要の矩形状に設定され、その入射面の形状に合わせて
射出面の形状が正六角形に近い六角形状に設定されるこ
とになる。 以上、オプティカルインテグレータの射出
面が正六角形状の場合について説明したが、射出面が円
形状の場合も同様である。なお、オプティカルインテグ
レータの射出面は、光源形状と相似の形状であることが
好ましく、ランプ光源の場合は略円形状や正六角形状が
有効である。
When the exit surface is a perfect regular hexagon, the ratio between the length d1 of the long side and the length d2 of the short side of the rectangular incident surface satisfies the relationship shown in the following equation (i). There is a need. d1: d2 = 3: √ (3) / 2 or 1.5: √ (3) (i) Here, √ (3) represents the square root of 3. Incidentally, the shape of the incident surface of the optical integrator needs to be set to be similar to the shape of the illumination area (illumination field) to be formed on the irradiated surface. Therefore, the incident surface is actually set to a required rectangular shape, and the shape of the exit surface is set to a hexagonal shape close to a regular hexagon according to the shape of the incident surface. Although the case where the exit surface of the optical integrator has a regular hexagonal shape has been described above, the same applies to the case where the exit surface is circular. The exit surface of the optical integrator is preferably similar in shape to the shape of the light source. In the case of a lamp light source, a substantially circular shape or a regular hexagonal shape is effective.

【0026】次に、図3に示すように、オプティカルイ
ンテグレータを構成する各微小レンズの入射面および射
出面がともに矩形状に形成されている場合について考え
る。この場合、矩形状の入射面の長辺の長さをd1と
し、矩形状の入射面の短辺の長さをd2とし、矩形状の
射出面において入射面の長辺方向に対応する方向に沿っ
た長さをD1とし、矩形状の射出面において入射面の短
辺方向に対応する方向に沿った長さをD2とし、各微小
レンズの開口数をNAとし、各微小レンズの焦点距離を
fとし、入射光束の波長をλとするとき、回折限界に起
因する照度の低下に寄与する入射面上の周辺部分の長辺
方向に沿った幅b1および短辺方向に沿った幅b2は、
次の式(j)および(k)で表される。 b1=0.61・λ/{(D1/2)/f} (j) b2=0.61・λ/{(D2/2)/f} (k)
Next, as shown in FIG. 3, a case will be considered in which both the entrance surface and the exit surface of each microlens constituting the optical integrator are formed in a rectangular shape. In this case, the length of the long side of the rectangular incident surface is d1, the length of the short side of the rectangular incident surface is d2, and the length of the rectangular exit surface corresponds to the direction of the long side of the incident surface. D1 is the length along the direction corresponding to the short side direction of the entrance surface of the rectangular exit surface, D2 is the numerical aperture of each microlens, and the focal length of each microlens is f, and the wavelength of the incident light beam is λ, the width b1 along the long side direction and the width b2 along the short side direction of the peripheral portion on the incident surface contributing to the reduction in illuminance due to the diffraction limit are:
It is represented by the following equations (j) and (k). b1 = 0.61 · λ / {(D1 / 2) / f} (j) b2 = 0.61 · λ / {(D2 / 2) / f} (k)

【0027】被照射面に形成される照野のほぼ全体に亘
って均一な照度分布を得るためには、上述の幅b1が入
射面の長辺方向のサイズd1の1/10よりも小さい
か、あるいは上述の幅b2が入射面の短辺方向のサイズ
d2の1/10よりも小さいこと、すなわち次の条件式
(m)または(n)が満足されることが望ましい。 0.61・λ/{(D1/2)/f}≦d1/10 (m) 0.61・λ/{(D2/2)/f}≦d2/10 (n)
In order to obtain a uniform illuminance distribution over substantially the entire illuminated field formed on the irradiated surface, the width b1 must be smaller than 1/10 of the size d1 in the long side direction of the incident surface. Alternatively, it is desirable that the width b2 is smaller than 1/10 of the size d2 of the incident surface in the short side direction, that is, the following conditional expression (m) or (n) is satisfied. 0.61 · λ / {(D1 / 2) / f} ≦ d1 / 10 (m) 0.61 · λ / {(D2 / 2) / f} ≦ d2 / 10 (n)

【0028】条件式(m)および(n)を変形すると、
次の条件式(4)および(5)に示す関係が得られる。 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧3.05 (4) (d2/2)(D2/2)/(λ・f)≧3.05 (5)
By transforming conditional expressions (m) and (n),
The following relational expressions (4) and (5) are obtained. (D1 / 2) (D1 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (4) (d2 / 2) (D2 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (5)

【0029】また、照野のほぼ全体に亘ってさらに均一
な照度分布を得るためには、上述の幅b1が入射面の長
辺方向のサイズd1の1/100よりも小さいか、ある
いは上述の幅b2が入射面の短辺方向のサイズd2の1
/100よりも小さいこと、すなわち次の条件式(p)
または(q)が満足されることがさらに望ましい。 0.61・λ/{(D1/2)/f}≦d1/100 (p) 0.61・λ/{(D2/2)/f}≦d2/100 (q)
Further, in order to obtain a more uniform illuminance distribution over almost the entire illumination field, the width b1 is smaller than 1/100 of the size d1 in the long side direction of the incident surface, or The width b2 is 1 of the size d2 in the short side direction of the incident surface.
/ 100, that is, the following conditional expression (p)
Or it is more desirable that (q) be satisfied. 0.61 · λ / {(D1 / 2) / f} ≦ d1 / 100 (p) 0.61 · λ / {(D2 / 2) / f} ≦ d2 / 100 (q)

【0030】条件式(p)および(q)を変形すると、
次の条件式(4’)および(5’)に示す関係が得られ
る。 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧30.5 (4’) (d2/2)(D2/2)/(λ・f)≧30.5 (5’)
By transforming conditional expressions (p) and (q),
The following relational expressions (4 ') and (5') are obtained. (D1 / 2) (D1 / 2) / (λ · f) ≧ 30.5 (4 ′) (d2 / 2) (D2 / 2) / (λ · f) ≧ 30.5 (5 ′)

【0031】最後に、図4に示すように、オプティカル
インテグレータを構成する各微小レンズの各微小レンズ
の入射面および射出面がともに同じ大きさの矩形状に形
成されている場合について考える。この場合、矩形状の
入射面および射出面の長辺の長さをd1とし、矩形状の
入射面および射出面の短辺の長さをd2とし、各微小レ
ンズの開口数をNAとし、各微小レンズの焦点距離をf
とし、入射光束の波長をλとするとき、回折限界に起因
する照度の低下に寄与する入射面上の周辺部分の長辺方
向に沿った幅bは、次の式(r)で表される。 b=0.61・λ/{(d1/2)/f} (r)
Finally, as shown in FIG. 4, consider the case where both the entrance surface and the exit surface of each of the microlenses constituting the optical integrator are formed in the same rectangular shape. In this case, the length of the long side of the rectangular entrance surface and the exit surface is d1, the length of the short side of the rectangular entrance surface and the exit surface is d2, the numerical aperture of each microlens is NA, and Let the focal length of the micro lens be f
When the wavelength of the incident light beam is λ, the width b along the long side direction of the peripheral portion on the incident surface that contributes to the reduction in illuminance due to the diffraction limit is expressed by the following equation (r). . b = 0.61 · λ / {(d1 / 2) / f} (r)

【0032】被照射面に形成される照野のほぼ全体に亘
って均一な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射
面の長辺方向のサイズd1の1/10よりも小さいか、
あるいは短辺方向のサイズd2の1/10よりも小さい
こと、すなわち次の条件式(s)または(t)が満足さ
れることが望ましい。 0.61・λ/{(d1/2)/f}≦d1/10 (s) 0.61・λ/{(d2/2)/f}≦d2/10 (t)
In order to obtain a uniform illuminance distribution over substantially the entire illuminated field formed on the illuminated surface, the width b must be smaller than 1/10 of the size d1 of the incident surface in the long side direction. ,
Alternatively, it is desirable that the size is smaller than 1/10 of the size d2 in the short side direction, that is, the following conditional expression (s) or (t) is satisfied. 0.61 · λ / {(d1 / 2) / f} ≦ d1 / 10 (s) 0.61 · λ / {(d2 / 2) / f} ≦ d2 / 10 (t)

【0033】条件式(s)および(t)を変形すると、
次の条件式(6)および(7)に示す関係が得られる。 (d1/2)2/(λ・f)≧3.05 (6) (d2/2)2/(λ・f)≧3.05 (7)
By transforming conditional expressions (s) and (t),
The following relational expressions (6) and (7) are obtained. (D1 / 2) 2 /(λ·f)≧3.05 (6) (d2 / 2) 2 /(λ·f)≧3.05 (7)

【0034】また、照野のほぼ全体に亘ってさらに均一
な照度分布を得るためには、上述の幅bが入射面の長辺
方向のサイズd1の1/100よりも小さいか、あるい
は短辺方向のサイズd2の1/100よりも小さいこ
と、すなわち次の条件式(u)または(v)が満足され
ることがさらに望ましい。 0.61・λ/{(d1/2)/f}≦d1/100 (u) 0.61・λ/{(d2/2)/f}≦d2/100 (v)
Further, in order to obtain a more uniform illuminance distribution over substantially the entire illumination field, the width b is smaller than 1/100 of the size d1 in the long side direction of the incident surface or the short side. It is more desirable that the size is smaller than 1/100 of the size d2 in the direction, that is, the following conditional expression (u) or (v) is satisfied. 0.61 · λ / {(d1 / 2) / f} ≦ d1 / 100 (u) 0.61 · λ / {(d2 / 2) / f} ≦ d2 / 100 (v)

【0035】条件式(u)および(v)を変形すると、
次の条件式(6’)および(7’)に示す関係が得られ
る。 (d1/2)2/(λ・f)≧30.5 (6’) (d2/2)2/(λ・f)≧30.5 (7’)
By transforming conditional expressions (u) and (v),
The following relational expressions (6 ′) and (7 ′) are obtained. (D1 / 2) 2 /(λ·f)≧30.5 (6 ′) (d2 / 2) 2 /(λ·f)≧30.5 (7 ′)

【0036】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図5は、本発明の第1実施形態にかかる照明
光学装置の構成を概略的に示す図である。図6は、図5
の照明光学装置を備えた落射照明型の顕微鏡の構成を概
略的に示す図である。図7は、図5の照明光学装置を備
えた透過照明型の顕微鏡の構成を概略的に示す図であ
る。第1実施形態では、顕微鏡の照明光学装置に本発明
を適用している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of the illumination optical device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 shows FIG.
1 is a diagram schematically showing a configuration of an epi-illumination type microscope provided with the illumination optical device of FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a transmission illumination type microscope provided with the illumination optical device of FIG. In the first embodiment, the present invention is applied to an illumination optical device of a microscope.

【0037】図5を参照すると、第1実施形態の照明光
学装置は、照明光を供給するための光源として、たとえ
ばハロゲンランプ10を備えている。ハロゲンランプ1
0からの光束は、コリメートレンズ11を介してほぼ平
行光束となり、波面分割型のオプティカルインテグレー
タとしてのマイクロフライアイ12に入射する。マイク
ロフライアイ12は、図1および図5に示すように、縦
横に稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レン
ズからなる光学素子であって、各微小レンズの入射面お
よび射出面はともに同じ大きさの正六角形状(サイズ
d)に形成されている。マイクロフライアイ12は、た
とえば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小
レンズ群を形成することによって構成されている。
Referring to FIG. 5, the illumination optical device according to the first embodiment includes, for example, a halogen lamp 10 as a light source for supplying illumination light. Halogen lamp 1
The light beam from 0 becomes a substantially parallel light beam via a collimating lens 11 and enters a micro fly's eye 12 as a wavefront splitting optical integrator. As shown in FIGS. 1 and 5, the micro fly's eye 12 is an optical element composed of a large number of microlenses having a positive refractive power arranged densely vertically and horizontally, and each microlens has an entrance surface and an exit surface. Both are formed in a regular hexagonal shape (size d) of the same size. The micro fly's eye 12 is formed by, for example, performing an etching process on a parallel flat glass plate to form a micro lens group.

【0038】したがって、マイクロフライアイ12に入
射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割さ
れ、その後側焦点面には多数の光源からなる実質的な面
光源(以下「二次光源」という)が形成される。マイク
ロフライアイ12の後側焦点面に形成された二次光源か
らの光束は、その近傍に配置された開口絞り13によっ
て制限された後、コンデンサーレンズ14を介して集光
され、その後側焦点面に照野を形成する。この照野の形
成位置(すなわちコンデンサーレンズ14の後側焦点
面)には、視野絞り15が配置されている。このよう
に、コリメートレンズ11、マイクロフライアイ12お
よびコンデンサーレンズ14は、光源10からの光束に
基づいて多数の光源を形成すると共に、この多数の光源
からの光束が重畳された所定面上の領域である照野を形
成する多数光束重畳手段を構成している。
Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye 12 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and a substantially planar light source (hereinafter referred to as a "secondary light source") comprising a large number of light sources is provided on the rear focal plane. ) Is formed. The luminous flux from the secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 12 is condensed via a condenser lens 14 after being restricted by an aperture stop 13 disposed in the vicinity thereof, and is then focused on the rear focal plane. The territory is formed. A field stop 15 is disposed at the position where the illumination field is formed (that is, at the rear focal plane of the condenser lens 14). As described above, the collimating lens 11, the micro fly's eye 12, and the condenser lens 14 form a large number of light sources based on the light flux from the light source 10, and form an area on a predetermined surface on which the light flux from the large number of light sources is superimposed. And a multi-beam superimposing means for forming an illumination field.

【0039】視野絞り15を通過した照野からの光束
は、結像光学系16を介して、観察すべき物体面(試料
面)17を照明する。ここで、視野絞り15と、被照射
面としての物体面17とは、結像光学系16を介して光
学的に共役に配置されている。したがって、物体面17
上には、視野絞り15の開口部の像(すなわち照野の
像)としての照明領域が形成される。なお、結像光学系
16の瞳面の近傍には、フレアーなどの原因となる不要
光を遮るための開口絞り18が配置されている。ここ
で、開口絞り13および18のうちのいずれか一方が配
置されていれば、照明光学装置の基本的性能は満足され
るが、フレアーの発生などを良好に抑えるには双方の開
口絞り13および18を配置することが望ましい。ま
た、開口絞り13および18は、可変開口部を有するこ
とが好ましい。
The luminous flux from the illumination field that has passed through the field stop 15 illuminates an object surface (sample surface) 17 to be observed via an imaging optical system 16. Here, the field stop 15 and the object surface 17 as an irradiation surface are optically conjugated via an imaging optical system 16. Therefore, the object plane 17
On the upper side, an illumination area is formed as an image of the opening of the field stop 15 (that is, an image of an illumination field). An aperture stop 18 is arranged near the pupil plane of the imaging optical system 16 to block unnecessary light that causes flare or the like. Here, if one of the aperture stops 13 and 18 is arranged, the basic performance of the illumination optical device is satisfied. However, in order to favorably suppress the occurrence of flare, both the aperture stops 13 and 18 are arranged. It is desirable to arrange 18. Further, the aperture stops 13 and 18 preferably have a variable aperture.

【0040】図6を参照すると、第1実施形態の照明光
学装置が組み込まれた落射照明型の顕微鏡では、視野絞
り15の位置に形成された照野からの光束が、結像光学
系16の前方レンズ群16aを介して、ビームスプリッ
ター61に入射する。ビームスプリッター61で反射さ
れた光束は、結像光学系16の後方レンズ群16bを介
して物体面を落射照明する。物体面からの反射光は、第
1対物レンズ62(すなわち結像光学系16の後方レン
ズ群16b)を介して、ビームスプリッター61に入射
する。ビームスプリッター61を透過した光は、第2対
物レンズ63を介して観察物体像64を形成する。この
観察物体像64は、接眼レンズ65を介して拡大観察さ
れる。
Referring to FIG. 6, in the epi-illumination type microscope in which the illumination optical device of the first embodiment is incorporated, the light beam from the illumination field formed at the position of the field stop 15 is transmitted to the imaging optical system 16. The light enters the beam splitter 61 via the front lens group 16a. The light flux reflected by the beam splitter 61 illuminates the object plane through the rear lens group 16b of the imaging optical system 16 to illuminate the object plane. The light reflected from the object surface enters the beam splitter 61 via the first objective lens 62 (that is, the rear lens group 16b of the imaging optical system 16). The light transmitted through the beam splitter 61 forms an observation object image 64 via the second objective lens 63. This observation object image 64 is enlarged and observed through the eyepiece 65.

【0041】一方、図7を参照すると、第1実施形態の
照明光学装置が組み込まれた透過照明型の顕微鏡では、
視野絞り15の位置に形成された照野からの光束が、結
像光学系16を介して、物体面を下方から照明する。物
体面を透過した光は、第1対物レンズ62および第2対
物レンズ63を介して、観察物体像64を形成する。こ
の観察物体像64は、接眼レンズ65を介して拡大観察
される。なお、図6および図7において、開口絞り18
の図示を省略している。
On the other hand, referring to FIG. 7, in a transmission illumination type microscope in which the illumination optical device of the first embodiment is incorporated,
A light beam from the illumination field formed at the position of the field stop 15 illuminates the object plane from below through the imaging optical system 16. The light transmitted through the object surface forms an observation object image 64 via the first objective lens 62 and the second objective lens 63. This observation object image 64 is enlarged and observed through the eyepiece 65. 6 and 7, the aperture stop 18
Are not shown.

【0042】第1実施形態では、マイクロフライアイ1
2が、上述の条件式(1)を満足するように構成されて
いる。したがって、視野絞り15の位置に形成される照
野において、ひいては被照射面である物体面17に形成
される照明領域(照野)において、照度が低下する周辺
部分の幅を小さく抑え、そのほぼ全体に亘って均一な照
度分布を得ることができる。また、マイクロフライアイ
12が条件式(1’)を満足するように構成すれば、照
度が低下する周辺部分の幅をさらに小さく抑え、そのほ
ぼ全体に亘ってさらに均一な照度分布を得ることができ
る。
In the first embodiment, the micro fly eye 1
2 is configured to satisfy the above conditional expression (1). Therefore, in the illumination field formed at the position of the field stop 15, and further in the illumination area (illumination field) formed on the object plane 17 which is the illuminated surface, the width of the peripheral portion where the illuminance is reduced is suppressed to be small. A uniform illuminance distribution can be obtained over the whole. If the micro fly's eye 12 is configured so as to satisfy the conditional expression (1 '), the width of the peripheral portion where the illuminance is reduced can be further reduced, and a more uniform illuminance distribution can be obtained over almost the entirety. it can.

【0043】図8は、本発明の第2実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。第2実施形態では、光源として超高圧水銀ランプ
を用いて液晶表示素子を製造するための露光装置に本発
明を適用している。図8を参照すると、第2実施形態の
装置は、たとえばi線の輝線を含む光を供給する超高圧
水銀ランプからなる光源20を備えている。光源20
は、光軸AXに関して回転対称な楕円反射面を有する楕
円鏡21の第1焦点位置に位置決めされている。したが
って、光源20から射出された照明光束は、楕円鏡21
の第2焦点位置に光源像を形成する。
FIG. 8 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element using an ultra-high pressure mercury lamp as a light source. Referring to FIG. 8, the apparatus according to the second embodiment includes a light source 20 formed of an ultra-high pressure mercury lamp that supplies light including, for example, an i-line. Light source 20
Is positioned at the first focal position of the elliptical mirror 21 having an elliptical reflecting surface rotationally symmetric with respect to the optical axis AX. Therefore, the illumination light flux emitted from the light source 20 is reflected by the elliptical mirror 21.
The light source image is formed at the second focal position of the light source.

【0044】楕円鏡2の第2焦点位置に形成された光源
像からの発散光束は、コリメートレンズ22によりほぼ
平行光束に変換された後、波長選択フィルター(不図
示)を介して、波面分割型のオプティカルインテグレー
タ23に入射する。波長選択フィルターでは、i線の光
(365nm)だけが露光光として選択される。なお、
波長選択フィルターでは、たとえばg線(436nm)
の光とh線(405nm)とi線の光とを同時に選択す
ることもできるし、g線の光とh線の光とを同時に選択
することもできるし、h線の光とi線の光とを同時に選
択することもできる。
The divergent light beam from the light source image formed at the second focal position of the elliptical mirror 2 is converted into a substantially parallel light beam by the collimating lens 22, and then passed through a wavelength selection filter (not shown) to a wavefront splitting type. To the optical integrator 23. In the wavelength selection filter, only i-line light (365 nm) is selected as exposure light. In addition,
In the wavelength selection filter, for example, g-line (436 nm)
Light, h-line (405 nm) and i-line light can be selected simultaneously, g-line light and h-line light can be selected simultaneously, and h-line light and i-line light can be selected. Light and light can be selected at the same time.

【0045】オプティカルインテグレータ23では、図
8に示すように、入射側の第1微小レンズ群23aと射
出側の第2微小レンズ群23bとの間に所定の厚さを有
する平行平面板23cを介在させて、これらを一体的に
構成している。ここで、入射側の第1微小レンズ群23
aは、図2(a)に示すように、縦横に稠密に配列され
た多数の矩形状(d1×d2)の正屈折力を有する微小
レンズからなる。また、射出側の第2微小レンズ群23
bは、図2(b)に示すように、縦横に稠密に配列され
た多数の正六角形状(サイズD)の正屈折力を有する微
小レンズからなる。そして、入射側の第1微小レンズ群
23aと射出側の第2微小レンズ群23bとは、対応す
る各微小レンズの光軸が厳密に一致するように、たとえ
ばモールド法により形成されている。
In the optical integrator 23, as shown in FIG. 8, a plane parallel plate 23c having a predetermined thickness is interposed between the first minute lens group 23a on the incident side and the second minute lens group 23b on the exit side. Thus, these are integrally configured. Here, the first minute lens group 23 on the incident side
As shown in FIG. 2 (a), a is composed of a large number of rectangular (d1 × d2) minute lenses having a positive refractive power and arranged densely vertically and horizontally. In addition, the second minute lens group 23 on the emission side
As shown in FIG. 2 (b), b is composed of a large number of regular hexagonal (size D) microlenses having a positive refractive power and densely arranged vertically and horizontally. The first minute lens group 23a on the incident side and the second minute lens group 23b on the exit side are formed by, for example, a molding method such that the optical axes of the corresponding minute lenses exactly match.

【0046】この場合、オプティカルインテグレータ2
3を構成する微小レンズは、入射側の第1微小レンズ群
23aのうちの1つの第1微小レンズと、射出側の第2
微小レンズ群23bのうち当該第1微小レンズに対応す
る1つの第2微小レンズとからなる。そして、オプティ
カルインテグレータ23を構成する微小レンズの焦点距
離は、上述の第1微小レンズと第2微小レンズとの合成
焦点距離である。なお、入射側の第1微小レンズ群23
aと射出側の第2微小レンズ群23bとの間に所定の厚
さを有する平行平面板23cを介在させて、これらを接
着剤などで接合することもできる。オプティカルインテ
グレータ23のさらに詳細な構成については、特開平8
−31736号公報の開示(たとえば図6および図7な
ど)を参照することができる。
In this case, the optical integrator 2
The micro lenses constituting the third micro lens 3 are one of the first micro lenses in the first micro lens group 23a on the incident side and the second micro lens on the exit side.
It is composed of one second minute lens corresponding to the first minute lens in the minute lens group 23b. Further, the focal length of the minute lens constituting the optical integrator 23 is the combined focal length of the first minute lens and the second minute lens. The first minute lens group 23 on the incident side
It is also possible to interpose a parallel flat plate 23c having a predetermined thickness between a and the second microlens group 23b on the emission side, and to join them with an adhesive or the like. For a more detailed configuration of the optical integrator 23, refer to
Reference can be made to the disclosure of JP-A-31736 (for example, FIGS. 6 and 7).

【0047】こうして、オプティカルインテグレータ2
3の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源が形
成される。二次光源からの光束は、オプティカルインテ
グレータ23の後側焦点面の近傍に配置された開口絞り
24により制限された後、コンデンサーレンズ25に入
射する。なお、開口絞り24は、後述する投影光学系P
Lの入射瞳面と光学的に共役な位置(照明瞳の位置)に
配置され、照明に寄与する二次光源の範囲を規定するた
めの開口部を有する。また、開口絞り24は、コンデン
サーレンズ25の前側焦点面に配置されている。
Thus, the optical integrator 2
A secondary light source composed of a large number of light sources is formed on the rear focal plane of No. 3. The light beam from the secondary light source is restricted by an aperture stop 24 arranged near the rear focal plane of the optical integrator 23, and then enters the condenser lens 25. The aperture stop 24 is provided with a projection optical system P described later.
L is disposed at a position optically conjugate to the entrance pupil plane of L (position of the illumination pupil), and has an opening for defining the range of the secondary light source contributing to illumination. The aperture stop 24 is arranged on the front focal plane of the condenser lens 25.

【0048】したがって、コンデンサーレンズ25を介
して集光された光束は、後述するマスクMの照明領域
(照明視野)を規定するための照明視野絞り26を重畳
的に照明する。照明視野絞り26の矩形状の開口部を通
過した光束は、結像光学系27を介して、所定の転写パ
ターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。こう
して、マスクM上には、照明視野絞り26の開口部の
像、すなわちオプティカルインテグレータ23の第1微
小レンズの断面形状に相似な矩形状の照明領域が形成さ
れる。なお、結像光学系27の瞳面(投影光学系PLの
入射瞳面と光学的に共役な位置)の近傍には、フレアー
などの原因となる不要光を遮るための開口絞り28が配
置されている。
Accordingly, the light beam condensed via the condenser lens 25 illuminates the illumination field stop 26 for defining an illumination area (illumination field) of the mask M described later in a superimposed manner. The light beam passing through the rectangular opening of the illumination field stop 26 illuminates the mask M on which a predetermined transfer pattern is formed in a superimposed manner via the imaging optical system 27. Thus, on the mask M, an image of the opening of the illumination field stop 26, that is, a rectangular illumination area similar to the cross-sectional shape of the first microlens of the optical integrator 23 is formed. An aperture stop 28 is arranged near the pupil plane of the imaging optical system 27 (position optically conjugate with the entrance pupil plane of the projection optical system PL) to block unnecessary light that causes flare or the like. ing.

【0049】マスクMは、マスク面に沿って二次元的に
移動可能なマスクステージ(不図示)上に保持されてい
る。マスクステージの位置座標は、干渉計(不図示)に
よって計測され且つ位置制御されるように構成されてい
る。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系
PLを介して、感光性基板であるプレートP上にマスク
パターンの像を形成する。プレートPは、プレート面に
沿って二次元的に移動可能なプレートステージ(不図
示)上に保持されている。プレートステージの位置座標
は、干渉計(不図示)によって計測され且つ位置制御さ
れるように構成されている。
The mask M is held on a mask stage (not shown) that can move two-dimensionally along the mask surface. The position coordinates of the mask stage are measured and controlled by an interferometer (not shown). The light flux transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the plate P, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. The plate P is held on a plate stage (not shown) that can move two-dimensionally along the plate surface. The position coordinates of the plate stage are measured and controlled by an interferometer (not shown).

【0050】こうして、投影光学系PLの光軸と直交す
る平面内においてプレートPを二次元的に駆動制御しな
がら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、プ
レートPの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露
光される。一括露光では、いわゆるステップ・アンド・
リピート方式にしたがって、プレートPの各露光領域に
対してマスクパターンを一括的に露光する。一方、スキ
ャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方
式にしたがって、オプティカルインテグレータ23の矩
形状の入射面の短辺方向(すなわちマスクM上に形成さ
れる矩形状の照明領域の短辺方向)に光学的に対応する
方向(スキャン方向)に沿って、マスクMおよびプレー
トPを投影光学系PLに対して相対移動させながらスキ
ャン露光を行うことにより、プレートPの各露光領域に
はマスクMのパターンが逐次露光される。
In this way, by performing the batch exposure or the scan exposure while driving and controlling the plate P two-dimensionally in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL, each exposure region of the plate P The pattern is sequentially exposed. In batch exposure, so-called step-and-
According to the repeat method, the mask pattern is collectively exposed to each exposure area of the plate P. On the other hand, in the scan exposure, according to the so-called step-and-scan method, optical scanning is performed in the short side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 23 (that is, in the short side direction of the rectangular illumination area formed on the mask M). By performing scan exposure while moving the mask M and the plate P relative to the projection optical system PL along a direction (scan direction) corresponding to the target, the pattern of the mask M is exposed in each exposure area of the plate P. It is sequentially exposed.

【0051】第2実施形態では、オプティカルインテグ
レータ23が、上述の条件式(2)および(3)のうち
少なくとも一方の条件式を満足するように構成されてい
る。したがって、被照射面であるマスクM上に、ひいて
はプレートP上に形成される照明領域(露光領域)にお
いて、照度が低下する周辺部分の幅を小さく抑え、その
ほぼ全体に亘って均一な照度分布を得ることができる。
また、オプティカルインテグレータ23が条件式
(2’)および(3’)のうち少なくとも一方の条件式
を満足するように構成すれば、照度が低下する周辺部分
の幅をさらに小さく抑え、そのほぼ全体に亘ってさらに
均一な照度分布を得ることができる。
In the second embodiment, the optical integrator 23 is configured to satisfy at least one of the conditional expressions (2) and (3). Therefore, in the illumination area (exposure area) formed on the mask M, which is the irradiation surface, and thus on the plate P, the width of the peripheral portion where the illuminance decreases is kept small, and the illuminance distribution is uniform over almost the entire area. Can be obtained.
If the optical integrator 23 is configured to satisfy at least one of the conditional expressions (2 ′) and (3 ′), the width of the peripheral portion where the illuminance is reduced is further reduced, and almost the entire width is reduced. It is possible to obtain a more uniform illuminance distribution throughout.

【0052】ところで、第2実施形態においてスキャン
露光を行う場合、スキャン方向(オプティカルインテグ
レータ23の矩形状の入射面の短辺方向に光学的に対応
する方向)に沿った照度分布はスキャン露光の作用によ
り平滑化されるので、2つの条件式(2)および(3)
のうちオプティカルインテグレータ23の矩形状の入射
面の長辺方向に沿った条件式(2)を満足することが好
ましい。同様に、第2実施形態においてスキャン露光を
行う場合、条件式(2’)を満足することがさらに好ま
しい。
When the scan exposure is performed in the second embodiment, the illuminance distribution along the scan direction (the direction optically corresponding to the short side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 23) depends on the effect of the scan exposure. , The two conditional expressions (2) and (3)
Of these, it is preferable to satisfy the conditional expression (2) along the long side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 23. Similarly, when performing scan exposure in the second embodiment, it is more preferable to satisfy the conditional expression (2 ′).

【0053】なお、第2実施形態では、入射側の第1微
小レンズ群23aが多数の矩形状の微小レンズからな
り、射出側の第2微小レンズ群23bが多数の正六角形
状の微小レンズから構成されている。しかしながら、図
3に示すように、入射側の第1微小レンズ群23aを多
数の矩形状(d1×d2)の微小レンズで構成するとと
もに射出側の第2微小レンズ群23bを多数の矩形状
(D1×D2)の微小レンズで構成する変形例も可能で
ある。この変形例の場合、上述の条件式(4)および
(5)のうち少なくとも一方の条件式を満足することが
好ましく、上述の条件式(4’)および(5’)のうち
少なくとも一方の条件式を満足することがさらに好まし
い。そして、変形例においてスキャン露光を行う場合、
矩形状の入射面の長辺方向に沿った条件式(4)を満足
することが好ましく、条件式(4’)を満足することが
さらに好ましい。
In the second embodiment, the first minute lens group 23a on the incident side is composed of a large number of rectangular minute lenses, and the second minute lens group 23b on the exit side is composed of a large number of regular hexagonal minute lenses. It is configured. However, as shown in FIG. 3, the first micro lens group 23a on the incident side is composed of many rectangular (d1 × d2) micro lenses, and the second micro lens group 23b on the exit side is composed of many rectangular ( A modified example composed of (D1 × D2) microlenses is also possible. In the case of this modification, it is preferable that at least one of the conditional expressions (4) and (5) is satisfied, and at least one of the conditional expressions (4 ′) and (5 ′) is satisfied. It is more preferable to satisfy the expression. Then, when performing scan exposure in the modified example,
It is preferable to satisfy the conditional expression (4) along the long side direction of the rectangular incident surface, and it is more preferable to satisfy the conditional expression (4 ′).

【0054】図9は、本発明の第3実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。第3実施形態では、エキシマレーザー光源を用い
て半導体素子を製造するための露光装置に本発明を適用
している。図9を参照すると、第3実施形態の装置は、
露光光(照明光)を供給するための光源30として、た
とえば248nm(KrF)または193nm(Ar
F)の波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備え
ている。光源30から射出されたほぼ平行光束は、ビー
ムエキスパンダー(不図示)を介して所定の矩形状の断
面を有する光束に整形された後、マイクロフライアイ3
1に入射する。
FIG. 9 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device using an excimer laser light source. Referring to FIG. 9, the device of the third embodiment includes:
As the light source 30 for supplying exposure light (illumination light), for example, 248 nm (KrF) or 193 nm (Ar
An excimer laser light source for supplying light having a wavelength of F) is provided. The substantially parallel light beam emitted from the light source 30 is shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section via a beam expander (not shown), and then the micro fly eye 3
Incident on 1.

【0055】マイクロフライアイ31は、縦横に稠密に
配列された多数の正屈折力を有する正方形状の微小レン
ズから構成されている。こうして、マイクロフライアイ
31の後側焦点面には多数の光源が形成される。マイク
ロフライアイ31の後側焦点面に形成された多数の光源
からの光束は、第1コンデンサーレンズ32を介して、
波面分割型のオプティカルインテグレータ33に入射す
る。オプティカルインテグレータ33は、図9に示すよ
うに、入射側に配置された第1マイクロフライアイ33
aと射出側に配置された第2マイクロフライアイ33b
とから構成されている。
The micro fly's eye 31 is composed of a large number of square microlenses having a positive refracting power and densely arranged vertically and horizontally. Thus, a large number of light sources are formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 31. Light beams from a number of light sources formed on the rear focal plane of the micro fly's eye 31 pass through the first condenser lens 32,
The light enters the wavefront splitting type optical integrator 33. As shown in FIG. 9, the optical integrator 33 includes a first micro fly's eye 33 arranged on the incident side.
a and the second micro fly's eye 33b arranged on the emission side
It is composed of

【0056】ここで、入射側の第1マイクロフライアイ
33aおよび射出側の第2マイクロフライアイ33b
は、図4に示すように、縦横に稠密に配列された多数の
矩形状の正屈折力を有する微小レンズからなる。そし
て、入射側の第1マイクロフライアイ33aを構成する
第1微小レンズと、射出側の第2マイクロフライアイ3
3bを構成する第2微小レンズとは、同じ大きさの矩形
状(d1×d2)に形成されている。さらに、各第1微
小レンズの光軸と、対応する各第2微小レンズの光軸と
が厳密に一致するように、第1マイクロフライアイ33
aと第2マイクロフライアイ33bとが位置合わせされ
ている。
Here, the first micro fly's eye 33a on the incident side and the second micro fly's eye 33b on the exit side are shown.
Is composed of a large number of rectangular microlenses having positive refractive power, which are densely arranged vertically and horizontally, as shown in FIG. Then, the first micro lens constituting the first micro fly's eye 33a on the incident side and the second micro fly's eye 3
The second micro lens constituting 3b is formed in a rectangular shape (d1 × d2) of the same size. Further, the first micro fly's eye 33 is set so that the optical axis of each first micro lens and the optical axis of each corresponding second micro lens exactly match.
a and the second micro fly's eye 33b are aligned.

【0057】この場合、オプティカルインテグレータ3
3を構成する微小レンズは、入射側の第1マイクロフラ
イアイ33aを構成する第1微小レンズと、射出側の第
2マイクロフライアイ33bを構成する第2微小レンズ
とからなる。そして、オプティカルインテグレータ33
を構成する微小レンズの焦点距離は、上述の第1微小レ
ンズと第2微小レンズとの合成焦点距離である。なお、
オプティカルインテグレータ33の入射側および射出側
にカバーガラスを配置することが好ましい。また、第1
マイクロフライアイ33aを構成する第1微小レンズ
と、第2マイクロフライアイ33bを構成する第2微小
レンズとの曲率半径を若干異ならせて、オプティカルイ
ンテグレータ33を構成する微小レンズの前側焦点位置
を第1マイクロフライアイ33aの入射面と一致させ、
且つ後側焦点位置を第2マイクロフライアイ33bの射
出側空間となるように構成しても良い。この場合には、
光量的な観点および耐レーザ性の観点で利点がある。
In this case, the optical integrator 3
The microlenses constituting No. 3 are composed of a first microlens constituting the first micro fly's eye 33a on the incident side and a second micro lens constituting the second micro fly's eye 33b on the exit side. Then, the optical integrator 33
Is the combined focal length of the first and second microlenses described above. In addition,
It is preferable to dispose a cover glass on the entrance side and the exit side of the optical integrator 33. Also, the first
The radius of curvature of the first micro lens constituting the micro fly's eye 33a and the second micro lens constituting the second micro fly's eye 33b are slightly different from each other so that the front focal position of the micro lens constituting the optical integrator 33 is set to the second position. 1 micro fly eye 33a
In addition, the rear focal point may be configured to be the exit side space of the second micro fly's eye 33b. In this case,
There are advantages in terms of light quantity and laser resistance.

【0058】こうして、オプティカルインテグレータ3
3の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源が形
成される。二次光源からの光束は、オプティカルインテ
グレータ33の後側焦点面の近傍に配置された開口絞り
34により制限された後、第2コンデンサーレンズ35
に入射する。第2コンデンサーレンズ35を介して集光
された光束は、照明視野絞り36の矩形状の開口部を通
過し、結像光学系37を介してマスクMを重畳的に照明
する。こうして、マスクM上には、オプティカルインテ
グレータ33の各微小レンズの断面形状に相似な矩形状
の照明領域が形成される。結像光学系37の瞳面の近傍
には、フレアーなどの原因となる不要光を遮るための開
口絞り38が配置されている。
Thus, the optical integrator 3
A secondary light source composed of a large number of light sources is formed on the rear focal plane of No. 3. The luminous flux from the secondary light source is restricted by an aperture stop 34 arranged near the rear focal plane of the optical integrator 33, and then the second condenser lens 35
Incident on. The light beam condensed through the second condenser lens 35 passes through the rectangular opening of the illumination field stop 36, and illuminates the mask M via the imaging optical system 37 in a superimposed manner. Thus, a rectangular illumination area similar to the cross-sectional shape of each microlens of the optical integrator 33 is formed on the mask M. In the vicinity of the pupil plane of the imaging optical system 37, an aperture stop 38 for blocking unnecessary light causing flare or the like is arranged.

【0059】マスクMは、マスク面に沿って二次元的に
移動可能なマスクステージ(不図示)上に保持されてい
る。マスクステージの位置座標は、干渉計(不図示)に
よって計測され且つ位置制御されるように構成されてい
る。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系
PLを介して、感光性基板であるウェハW上にマスクパ
ターンの像を形成する。ウェハWは、ウェハ面に沿って
二次元的に移動可能なウェハステージ(不図示)上に保
持されている。ウェハステージの位置座標は、干渉計
(不図示)によって計測され且つ位置制御されるように
構成されている。
The mask M is held on a mask stage (not shown) that can move two-dimensionally along the mask surface. The position coordinates of the mask stage are measured and controlled by an interferometer (not shown). The light flux transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. The wafer W is held on a wafer stage (not shown) that can move two-dimensionally along the wafer surface. The position coordinates of the wafer stage are measured and controlled by an interferometer (not shown).

【0060】こうして、投影光学系PLの光軸と直交す
る平面内においてウェハWを二次元的に駆動制御しなが
ら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェ
ハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光さ
れる。一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピ
ート方式にしたがって、ウェハWの各露光領域に対して
マスクパターンを一括的に露光する。一方、スキャン露
光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にし
たがって、オプティカルインテグレータ33の矩形状の
入射面の短辺方向に光学的に対応する方向(スキャン方
向)に沿って、マスクMおよびウェハWを投影光学系P
Lに対して相対移動させながらスキャン露光を行うこと
により、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターン
が逐次露光される。
As described above, the batch exposure or the scan exposure is performed while the wafer W is two-dimensionally driven and controlled in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL. The pattern is sequentially exposed. In the collective exposure, a mask pattern is collectively exposed to each exposure region of the wafer W according to a so-called step-and-repeat method. On the other hand, in the scan exposure, the mask M and the wafer W are moved along a direction (scan direction) optically corresponding to the short side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 33 according to a so-called step-and-scan method. Projection optical system P
By performing the scanning exposure while moving relative to L, the pattern of the mask M is sequentially exposed on each exposure area of the wafer W.

【0061】第3実施形態では、オプティカルインテグ
レータ33が、上述の条件式(6)および(7)のうち
少なくとも一方の条件式を満足するように構成されてい
る。したがって、被照射面であるマスクM上に、ひいて
はウェハW上に形成される照明領域(露光領域)におい
て、照度が低下する周辺部分の幅を小さく抑え、そのほ
ぼ全体に亘って均一な照度分布を得ることができる。ま
た、オプティカルインテグレータ33が条件式(6’)
および(7’)のうち少なくとも一方の条件式を満足す
るように構成すれば、照度が低下する周辺部分の幅をさ
らに小さく抑え、そのほぼ全体に亘ってさらに均一な照
度分布を得ることができる。
In the third embodiment, the optical integrator 33 is configured to satisfy at least one of the conditional expressions (6) and (7). Therefore, in the illumination area (exposure area) formed on the mask M, which is the irradiation surface, and thus on the wafer W, the width of the peripheral portion where the illuminance decreases is kept small, and the illuminance distribution is uniform over almost the entire area. Can be obtained. Also, the optical integrator 33 satisfies the conditional expression (6 ′).
If at least one of the conditional expressions (7 ′) and (7 ′) is satisfied, the width of the peripheral portion where the illuminance is reduced can be further reduced, and a more uniform illuminance distribution can be obtained over almost the entirety. .

【0062】ところで、第3実施形態においてスキャン
露光を行う場合、スキャン方向(オプティカルインテグ
レータ33の矩形状の入射面の短辺方向に光学的に対応
する方向)に沿った照度分布はスキャン露光の作用によ
り平滑化されるので、2つの条件式(6)および(7)
のうちオプティカルインテグレータ23の矩形状の入射
面の長辺方向に沿った条件式(6)を満足することが好
ましい。同様に、第3実施形態においてスキャン露光を
行う場合、条件式(6’)を満足することがさらに好ま
しい。
When the scan exposure is performed in the third embodiment, the illuminance distribution along the scan direction (the direction optically corresponding to the short side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 33) depends on the effect of the scan exposure. , The two conditional expressions (6) and (7)
Of these, it is preferable to satisfy the conditional expression (6) along the long side direction of the rectangular incident surface of the optical integrator 23. Similarly, when performing scan exposure in the third embodiment, it is more preferable to satisfy the conditional expression (6 ′).

【0063】ところで、第3実施形態のようにパルス発
振光源を用いたスキャン露光の場合、オプティカルイン
テグレータ33における任意の2つの隣接する微小レン
ズの照明光間の位相差がパルスごとにランダムに変わる
ことが望ましい。図10に示すように、入射光束の開口
数をNA2とし、微小レンズのスキャン方向に沿ったサ
イズをd2とすると、入射面でのコヒーレンス領域はλ
/NA2であるため、d2/(λ/NA2)個だけ異な
る位相差の組で照明される。少なくともこの組が10個
以上であること、すなわち次の条件式(8)を満足する
ことが必要である。さらに、条件式(8)の下限値がパ
ルス数(通常は30〜50)以上であることがさらに望
ましい。 10<d2/(λ/NA2) (8)
In the case of scan exposure using a pulse oscillation light source as in the third embodiment, the phase difference between the illumination light of any two adjacent microlenses in the optical integrator 33 changes randomly for each pulse. Is desirable. As shown in FIG. 10, when the numerical aperture of the incident light beam is NA2 and the size of the minute lens along the scanning direction is d2, the coherence area on the incident surface is λ.
/ NA2, it is illuminated with a set of phase differences that differ by d2 / (λ / NA2). It is necessary that the number of the sets is at least 10 or more, that is, the following conditional expression (8) is satisfied. Further, it is more desirable that the lower limit value of conditional expression (8) is equal to or larger than the number of pulses (usually 30 to 50). 10 <d2 / (λ / NA2) (8)

【0064】なお、上述の各実施形態では、顕微鏡や露
光装置の照明光学装置に本発明を適用しているが、これ
に限定されることなく、他の一般的な照明光学装置にも
本発明を適用することができる。
In each of the above embodiments, the present invention is applied to an illumination optical device of a microscope or an exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other general illumination optical devices. Can be applied.

【0065】また、上述の第2実施形態および第3実施
形態では、コンデンサーレンズ25および35の後側焦
点面に形成される照野において照度が低下している周辺
部分からの光束を開口絞り24および34で遮ってもよ
いし遮らなくてもよい。周辺部分からの光束を遮る場
合、本発明にしたがって照度が低下する周辺部分の幅が
小さく抑えられているので、開口絞り24および34に
おける光量損失を小さく抑えることができる。
In the above-described second and third embodiments, the light from the peripheral portion where the illuminance is low in the illumination field formed on the rear focal plane of the condenser lenses 25 and 35 is reduced by the aperture stop 24. And 34 may or may not be blocked. When the light beam from the peripheral portion is blocked, the width of the peripheral portion where the illuminance is reduced according to the present invention is kept small, so that the light amount loss in the aperture stops 24 and 34 can be kept small.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオプティ
カルインテグレータでは、各微小レンズのサイズを小さ
くして波面分割数を大きく設定しても、形成される照野
のほぼ全体に亘って均一な照度分布を得ることができ
る。したがって、本発明のオプティカルインテグレータ
を組み込んだ照明光学装置では、ほぼ全体に亘って均一
な照度分布で被照射面を照明することができる。さら
に、本発明の照明光学装置を組み込んだ露光装置では、
ほぼ全体に亘って均一な照度分布でマスクを照明し、マ
スクの微細なパターンを良好に転写することができる。
As described above, in the optical integrator according to the present invention, even if the size of each microlens is reduced and the number of wavefront divisions is set to be large, a uniform illumination field is formed over substantially the entire illumination field. An illuminance distribution can be obtained. Therefore, the illumination optical device incorporating the optical integrator of the present invention can illuminate the irradiated surface with a uniform illuminance distribution over almost the entirety. Further, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical device of the present invention,
The mask is illuminated with a uniform illuminance distribution over almost the entirety, and a fine pattern of the mask can be transferred well.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】オプティカルインテグレータにおいて各微小レ
ンズの入射面および射出面がともに同じ大きさの正六角
形状に形成されている様子を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which an entrance surface and an exit surface of each microlens are formed in a regular hexagonal shape of the same size in an optical integrator.

【図2】オプティカルインテグレータにおいて各微小レ
ンズの入射面が矩形状に形成され且つその射出面が正六
角形状に形成されている様子を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which an entrance surface of each microlens is formed in a rectangular shape and an exit surface thereof is formed in a regular hexagonal shape in the optical integrator.

【図3】オプティカルインテグレータにおいて各微小レ
ンズの入射面および射出面がともに矩形状に形成されて
いる様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which both an entrance surface and an exit surface of each microlens are formed in a rectangular shape in the optical integrator.

【図4】オプティカルインテグレータにおいて各微小レ
ンズの各微小レンズの入射面および射出面がともに同じ
大きさの矩形状に形成されている様子を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which an entrance surface and an exit surface of each microlens of each microlens are formed in a rectangular shape having the same size in the optical integrator.

【図5】本発明の第1実施形態にかかる照明光学装置の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of an illumination optical device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図5の照明光学装置を備えた落射照明型の顕微
鏡の構成を概略的に示す図である。
6 is a diagram schematically showing a configuration of an epi-illumination type microscope provided with the illumination optical device of FIG.

【図7】図5の照明光学装置を備えた透過照明型の顕微
鏡の構成を概略的に示す図である。
7 is a view schematically showing a configuration of a transmission illumination type microscope including the illumination optical device of FIG. 5;

【図8】本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】オプティカルインテグレータにおける任意の
2つの隣接する微小レンズへの入射光束の開口数および
微小レンズのスキャン方向のサイズを示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a numerical aperture of a light beam incident on any two adjacent minute lenses in the optical integrator and a size of the minute lens in a scanning direction.

【符号の説明】 10,20,30 光源 12、23,33 オプティカルインテグレータ 13,24,34 開口絞り 14,25,35 コンデンサーレンズ 15,26,36 視野絞り 16,27,37 結像光学系 18,28,38 開口絞り M マスク PL 投影光学系 P プレート W ウェハ[Description of Signs] 10, 20, 30 Light source 12, 23, 33 Optical integrator 13, 24, 34 Aperture stop 14, 25, 35 Condenser lens 15, 26, 36 Field stop 16, 27, 37 Imaging optical system 18, 28,38 aperture stop M mask PL projection optical system P plate W wafer

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Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二次元的に配列された多数の微小レンズ
を有し、入射光束を波面分割して多数の光源を形成する
波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、 各微小レンズは、矩形状の入射面および矩形状の射出面
を有し、 各微小レンズの焦点距離をfとし、各微小レンズの入射
面の一方の辺の長さをd1とし、各微小レンズの入射面
の他方の辺の長さをd2とし、各微小レンズの射出面に
おいて前記入射面の一方の辺に対応する辺の長さをD1
とし、各微小レンズの射出面において前記入射面の他方
の辺に対応する辺の長さをD2とし、前記入射光束の波
長をλとするとき、 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧3.05 (d2/2)(D2/2)/(λ・f)≧3.05 の条件のうちの少なくとも一方を満足することを特徴と
するオプティカルインテグレータ。
1. A wavefront splitting optical integrator having a plurality of two-dimensionally arrayed microlenses and splitting an incident light beam into a wavefront to form a plurality of light sources. Surface and a rectangular exit surface, the focal length of each microlens is f, the length of one side of the entrance surface of each microlens is d1, and the length of the other side of the entrance surface of each microlens is D2, and the length of the side corresponding to one side of the incident surface on the exit surface of each microlens is D1.
When the length of the side corresponding to the other side of the entrance surface on the exit surface of each microlens is D2 and the wavelength of the incident light beam is λ, (d1 / 2) (D1 / 2) / ( An optical integrator that satisfies at least one of the following conditions: λ · f) ≧ 3.05 (d2 / 2) (D2 / 2) / (λ · f) ≧ 3.05.
【請求項2】 前記入射面の一方の辺の長さd1は、前
記入射面の他方の辺の長さd2よりも実質的に大きく、 (d1/2)(D1/2)/(λ・f)≧3.05 の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載のオ
プティカルインテグレータ。
2. The length d1 of one side of the incident surface is substantially larger than the length d2 of the other side of the incident surface, and (d1 / 2) (D1 / 2) / (λ · 2. The optical integrator according to claim 1, wherein a condition of f) ≧ 3.05 is satisfied.
【請求項3】 二次元的に配列された多数の微小レンズ
を有し、入射光束を波面分割して多数の光源を形成する
波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、 各微小レンズは、矩形状の入射面、および円形状または
正六角形状の射出面を有し、 各微小レンズの焦点距離をfとし、各微小レンズの入射
面の一方の辺の長さをd1とし、各微小レンズの入射面
の他方の辺の長さをd2とし、各微小レンズの円形状の
射出面の直径または正六角形状の射出面に外接する円の
直径をDとし、前記入射光束の波長をλとするとき、 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 (d2/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 の条件のうちの少なくとも一方を満足することを特徴と
するオプティカルインテグレータ。
3. A wavefront splitting optical integrator having a plurality of two-dimensionally arrayed microlenses and splitting an incident light beam into a wavefront to form a plurality of light sources. Surface, and a circular or regular hexagonal exit surface, the focal length of each microlens is f, the length of one side of the entrance surface of each microlens is d1, and the entrance surface of each microlens is When the length of the other side is d2, the diameter of the circular exit surface of each microlens or the diameter of a circle circumscribing the regular hexagonal exit surface is D, and the wavelength of the incident light beam is λ, d1 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 (d2 / 2) (D / 2) / (λ · f) ≧ 3.05 Optical integrator characterized by the following.
【請求項4】 前記入射面の一方の辺の長さd1は、前
記入射面の他方の辺の長さd2よりも実質的に大きく、 (d1/2)(D/2)/(λ・f)≧3.05 の条件を満足することを特徴とする請求項3に記載のオ
プティカルインテグレータ。
4. The length d1 of one side of the incident surface is substantially larger than the length d2 of the other side of the incident surface, and (d1 / 2) (D / 2) / (λ · 4. The optical integrator according to claim 3, wherein the condition of f) ≧ 3.05 is satisfied.
【請求項5】 二次元的に配列された多数の微小レンズ
を有し、入射光束を波面分割して多数の光源を形成する
波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、 各微小レンズは、直径がdの円形状または直径がdの円
に内接する正六角形状の入射面、および直径がdの円形
状または直径がdの円に内接する正六角形状の射出面を
有し、 各微小レンズの焦点距離をfとし、前記入射光束の波長
をλとするとき、 (d/2)2/(λ・f)≧3.05 の条件を満足することを特徴とするオプティカルインテ
グレータ。
5. A wavefront splitting optical integrator having a plurality of two-dimensionally arranged microlenses and dividing an incident light beam into a plurality of light sources, wherein each microlens has a diameter of d. It has a regular hexagonal entrance surface inscribed in a circle or a circle having a diameter d, and a regular hexagonal exit surface inscribed in a circle having a diameter d or a circle having a diameter d. The focal length of each microlens Where f is the wavelength of the incident light beam and λ is the wavelength of the incident light beam, and the following condition is satisfied: (d / 2) 2 /(λ·f)≧3.05.
【請求項6】 光束を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成す
るための請求項1乃至5のいずれか1項に記載のオプテ
ィカルインテグレータと、 前記多数の光源からの光束を前記被照射面へ導くための
導光光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装
置。
6. A light source means for supplying a light beam, an optical integrator according to claim 1 for forming a large number of light sources based on a light beam from said light source means, A light guiding optical system for guiding light beams from a number of light sources to the surface to be illuminated;
【請求項7】 前記導光光学系は、前記多数の光源から
の光束を集光して照野を重畳的に形成するためのコンデ
ンサー光学系と、前記照野からの光束に基づいて前記被
照射面に前記照野の像を形成するための結像光学系とを
有し、 前記結像光学系の光路中において前記多数の光源の形成
位置と光学的にほぼ共役な位置には、不要な光束を遮る
ための開口絞りが設けられていることを特徴とする請求
項6に記載の照明光学装置。
7. A condenser optical system for condensing light beams from the plurality of light sources to form an illumination field in a superimposed manner, and the light guide optical system based on the light beams from the illumination field. An imaging optical system for forming an image of the illumination field on the irradiation surface, and unnecessary at a position optically substantially conjugate to the formation positions of the multiple light sources in the optical path of the imaging optical system. The illumination optical device according to claim 6, further comprising an aperture stop for blocking a light beam.
【請求項8】 被照射面に配置されたマスク上のパター
ンの像を感光性基板上に形成する投影光学系を備えた露
光装置と組み合わせられる照明光学装置において、 光束を供給する光源手段と、 前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成す
ると共に、該多数の光源からの光束が重畳された所定面
上の領域である照野を形成する多数光束重畳手段と、 前記マスク上または前記マスク近傍に前記照野の像を形
成する照明結像光学系とを備え、 前記照明結像光学系は、前記投影光学系の瞳と光学的に
共役な位置に配置された開口絞りを有することを特徴と
する照明光学装置。
8. An illumination optical device combined with an exposure device having a projection optical system for forming an image of a pattern on a mask disposed on a surface to be irradiated on a photosensitive substrate, wherein a light source means for supplying a light beam; A plurality of light sources based on the light beams from the light source means, and a multi-beam superimposing means for forming an illumination field which is an area on a predetermined surface on which the light beams from the many light sources are superimposed; and An illumination imaging optical system that forms an image of the illumination field in the vicinity of the mask, wherein the illumination imaging optical system has an aperture stop disposed at a position optically conjugate with a pupil of the projection optical system. An illumination optical device, comprising:
【請求項9】 請求項6乃至8のいずれか1項に記載の
照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスクのパ
ターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系
とを備えていることを特徴とする露光装置。
9. An illumination optical device according to claim 6, further comprising: a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern set on the irradiation surface onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus, comprising:
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