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JP2016058591A - Illumination optical device, exposure device, and manufacturing method of device - Google Patents

Illumination optical device, exposure device, and manufacturing method of device Download PDF

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JP2016058591A
JP2016058591A JP2014184748A JP2014184748A JP2016058591A JP 2016058591 A JP2016058591 A JP 2016058591A JP 2014184748 A JP2014184748 A JP 2014184748A JP 2014184748 A JP2014184748 A JP 2014184748A JP 2016058591 A JP2016058591 A JP 2016058591A
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mirror
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春名 川島
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical device by which an image of a secondary light source is easily formed in a desired ring belt shape or a circular shape while suppressing a loss in the quantity of light.SOLUTION: An illumination optical device 12 includes: a convergence part 2 that converges a light flux from a light source 1; optical systems 4 and 5 for guiding the light flux that is converged by the convergence part 2; and an optical integrator 6 for emitting the light flux that is incident via the optical systems 4 and 5, towards an object to be irradiated. The light source 1 emits a light flux from an emission region 1a having a rotationally symmetrical emission intensity distribution. The convergence part 2 includes a plurality of reflectors for which a rotational symmetry axis of the emission region 1a is defined as an optical axis AX and which are installed in rotational symmetry with the optical axis AX and so as to surround the emission region 1a and include reflection planes for reflecting the light flux emitted from the emission region 1a. At least two of the plurality of reflectors are ellipsoidal reflectors 21, 23 and 25 of which the reflection planes are ellipsoid having a focal point in the emission region 1a and which are movable in a direction of the optical axis AX.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.

半導体デバイスなどの製造工程に含まれるリソグラフィ工程において、原版(レチクルなど)に形成されているパターンを、投影光学系などを介して基板(表面にレジスト層が形成されたウエハなど)に転写する露光装置が用いられる。ここで、露光装置は、光源からの光束で原版を照明する照明光学装置を備える。このような照明光学装置では、光量の損失を可能な限り抑えることが望ましく、かつ、二次光源の像を所望の形状に適宜変化させることができればなおよい。そこで、特許文献1は、楕円鏡の開口部とハエの眼レンズの入射面とを略共役な位置関係とし、ハエの眼レンズの光源側にある円錐プリズムを切り換えることで、実質的に光量損失することなく輪帯形状の二次光源の像を変化させる露光装置を開示している。また、特許文献2は、レンズを挟んでハエの眼レンズの光源側の瞳位置に円錐プリズムを挿入し、円形状の二次光源の像を輪帯形状に変化させる露光装置を開示している。   In lithography processes included in the manufacturing process of semiconductor devices, etc., exposure that transfers the pattern formed on the original (reticle etc.) to the substrate (wafer etc. with a resist layer formed on the surface) via the projection optical system etc. A device is used. Here, the exposure apparatus includes an illumination optical device that illuminates the original with a light beam from a light source. In such an illumination optical device, it is desirable to suppress the loss of the light amount as much as possible, and it is more preferable that the image of the secondary light source can be appropriately changed to a desired shape. In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 substantially reduces the amount of light loss by switching the conical prism on the light source side of the fly's eye lens with a substantially conjugate positional relationship between the opening of the elliptical mirror and the incident surface of the fly's eye lens. An exposure apparatus is disclosed that changes the image of a secondary light source having an annular shape without the need to do so. Further, Patent Document 2 discloses an exposure apparatus that inserts a conical prism at a pupil position on the light source side of a fly's eye lens with a lens interposed therebetween, and changes an image of a circular secondary light source into an annular shape. .

特開2002−25898号公報JP 2002-25898 A 特開2001−358071号公報JP 2001-358071 A

しかしながら、特許文献1に開示されている露光装置における照明光学装置では、形成された輪帯形状の二次光源の像の輪帯比(内径と外径との比率)は変えられるが、輪帯幅(内径と外径との間の距離)を変えることができない。また、この照明光学装置では、円形状の二次光源の径をあまり小さくできない。一方、特許文献2に開示されている露光装置における照明光学装置では、二次光源の像を光学素子で変化させ、かつハエの眼レンズの射出側の絞りで整形するので、その分、光量の損失が発生する。さらに、二次光源の像の形状を所望の形状に変更させる際には、その変更を容易に行えることが望ましい。   However, in the illumination optical device disclosed in Patent Document 1, the annular ratio (ratio between the inner diameter and the outer diameter) of the formed annular-shaped secondary light source image can be changed. The width (distance between the inner and outer diameters) cannot be changed. Also, with this illumination optical device, the diameter of the circular secondary light source cannot be made too small. On the other hand, in the illumination optical device in the exposure apparatus disclosed in Patent Document 2, the image of the secondary light source is changed by the optical element and is shaped by the stop on the exit side of the fly's eye lens. Loss occurs. Furthermore, when the shape of the image of the secondary light source is changed to a desired shape, it is desirable that the change can be easily performed.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を容易に所望の輪帯形状や円形状とする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 such a situation, and provides an illumination optical device that easily makes the shape of an image of a secondary light source a desired annular shape or a circular shape while suppressing loss of light amount. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明は、光源からの光束を用いて被照射物を照明する照明光学装置であって、光束を集光する集光部と、集光部に集光された光束を導光する光学系と、光学系を経て入射した光束を被照射物に向けて射出するオプティカルインテグレーターと、を有し、光源は、回転対称な発光強度分布を有する発光領域から光束を放射し、集光部は、発光領域の回転対称軸を光軸とし、光軸に対して回転対称で、かつ発光領域を囲むように設置され、発光領域から放射された光束を反射する反射面を有する反射鏡を複数有し、複数の反射鏡のうちの少なくとも2つは、反射面が、発光領域に焦点を有する楕円面であり、かつ、光軸の方向に移動可能である楕円面反射鏡であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is an illumination optical device that illuminates an object to be irradiated using a light beam from a light source, and the light is collected on a light collecting unit and a light collecting unit. An optical system that guides the light beam and an optical integrator that emits the light beam incident through the optical system toward the irradiated object, and the light source emits the light beam from a light emitting region having a rotationally symmetric light intensity distribution The condensing unit is disposed so as to have a rotational symmetry axis of the light emitting region as an optical axis, to be rotationally symmetric with respect to the optical axis and to surround the light emitting region, and to reflect a light beam emitted from the light emitting region. An ellipsoidal reflecting mirror having a plurality of reflecting mirrors, wherein at least two of the plurality of reflecting mirrors are ellipsoidal surfaces whose reflecting surfaces have a focal point in the light emitting region, and are movable in the direction of the optical axis. It is characterized by being.

本発明によれば、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を容易に所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the illumination optical apparatus which makes the shape of the image of a secondary light source easily a desired ring zone shape or circular shape can be provided, suppressing the loss of light quantity.

本発明の一実施形態における露光装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exposure apparatus in one Embodiment of this invention. 光強度分布を説明するための照明系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the illumination system for demonstrating light intensity distribution. 光強度分布を説明するための照明系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the illumination system for demonstrating light intensity distribution. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第3例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第4例を示す図である。It is a figure which shows the 4th example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第5例を示す図である。It is a figure which shows the 5th example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 集光鏡が形成する光束の光強度分布の第6例を示す図である。It is a figure which shows the 6th example of the light intensity distribution of the light beam which a condensing mirror forms. 各楕円鏡および各球面鏡の移動工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the movement process of each elliptical mirror and each spherical mirror. 二次光源の調整工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the adjustment process of a secondary light source. 光強度分布を説明するための照明系の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the illumination system for demonstrating light intensity distribution. 光強度分布を説明するための照明系の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the illumination system for demonstrating light intensity distribution. 光強度分布を説明するための照明系の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the illumination system for demonstrating light intensity distribution.

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係る照明光学装置と、この照明光学装置を備える露光装置について説明する。図1は、本実施形態に係る露光装置100の構成を示す概略図である。露光装置100は、例えば、半導体デバイスの製造工程におけるリソグラフィ工程で使用されるものであり、走査露光方式にて、レチクルRに形成されているパターンの像をウエハW上(基板上)に露光(転写)する投影型露光装置である。なお、図1以下の各図では、投影光学系14の光軸に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な同一平面内で露光時のウエハWの走査方向(レチクルRとウエハWとの相対的な移動方向)にY軸を取り、Y軸に直交する非走査方向にX軸を取っている。露光装置100は、照明系12と、レチクルステージ13と、投影光学系14と、ウエハステージ17と、制御部36とを備える。
(First embodiment)
First, an illumination optical apparatus according to a first embodiment of the present invention and an exposure apparatus including the illumination optical apparatus will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an exposure apparatus 100 according to the present embodiment. The exposure apparatus 100 is used, for example, in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process, and exposes an image of a pattern formed on a reticle R on a wafer W (on a substrate) by a scanning exposure method ( This is a projection type exposure apparatus that performs transfer. 1 and the following drawings, the Z axis is parallel to the optical axis of the projection optical system 14, and the wafer W is scanned in the same plane perpendicular to the Z axis during exposure (the reticle R and the wafer W). The Y axis is taken in the relative movement direction) and the X axis is taken in the non-scanning direction orthogonal to the Y axis. The exposure apparatus 100 includes an illumination system 12, a reticle stage 13, a projection optical system 14, a wafer stage 17, and a control unit 36.

照明系12は、本実施形態に係る照明光学装置であり、光源1からの光束を調整してレチクルRを照明する。なお、照明系12の詳細については後述する。レチクルRは、ウエハW上に転写されるべきパターン(例えば回路パターン)が形成された、例えば石英ガラス製の原版である。レチクルステージ13は、レチクルRを保持してX、Yの各軸方向に可動である。投影光学系14は、レチクルRを通過した光を所定の倍率(例えば1/2倍)でウエハW上に投影する。ウエハWは、表面上にレジスト(感光剤)が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。ウエハステージ17は、ウエハチャック16を介してウエハWを保持し、X、Y、Z(それぞれの回転方向であるωx、ωy、ωzを含む場合もある)の各軸方向に可動である。   The illumination system 12 is an illumination optical apparatus according to the present embodiment, and illuminates the reticle R by adjusting the light flux from the light source 1. Details of the illumination system 12 will be described later. The reticle R is an original made of, for example, quartz glass on which a pattern (for example, a circuit pattern) to be transferred is formed on the wafer W. The reticle stage 13 holds the reticle R and is movable in the X and Y axial directions. The projection optical system 14 projects the light that has passed through the reticle R onto the wafer W at a predetermined magnification (for example, 1/2 times). The wafer W is a substrate made of, for example, single crystal silicon, on which a resist (photosensitive agent) is applied. The wafer stage 17 holds the wafer W via the wafer chuck 16 and is movable in each axial direction of X, Y, and Z (which may include ωx, ωy, and ωz that are the respective rotation directions).

制御部(露光制御部)36は、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置100の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどに従って各構成要素の動作および調整などを制御し得る。なお、制御部36は、露光装置100の他の部分と一体で(共通の筐体内に)構成してもよいし、露光装置100の他の部分とは別体で(別の筐体内に)構成してもよい。また、照明系12は、該照明系12に含まれる駆動系の動作の制御や各種演算を実行する演算部37(後述)との送受信などを独自に実行する制御部を有するものとしてもよい。以下、簡単のために、照明系12に関する制御等についても、すべて制御部36が実行するものとして説明する。   The control unit (exposure control unit) 36 is configured by a computer, for example, and is connected to each component of the exposure apparatus 100 via a line, and can control the operation and adjustment of each component according to a program or the like. Note that the control unit 36 may be configured integrally with other parts of the exposure apparatus 100 (in a common casing), or separate from the other parts of the exposure apparatus 100 (in a separate casing). It may be configured. Further, the illumination system 12 may have a control unit that uniquely executes control of operation of a drive system included in the illumination system 12 and transmission / reception with a calculation unit 37 (described later) that executes various calculations. Hereinafter, for the sake of simplicity, it is assumed that the control unit 36 executes all the control and the like related to the illumination system 12.

次に、照明系12の構成について具体的に説明する。照明系12は、光源1と、集光鏡2と、コールドミラー3と、第1入射光学系4と、第2入射光学系5と、オプティカルインテグレーター6と、コリメーター10と、折り曲げミラー11とを含む。このうち、第1入射光学系4および第2入射光学系5は、露光を行うときの照明条件に合わせていずれかが選択され、照明系12の光路に適宜設置される。   Next, the configuration of the illumination system 12 will be specifically described. The illumination system 12 includes a light source 1, a condenser mirror 2, a cold mirror 3, a first incident optical system 4, a second incident optical system 5, an optical integrator 6, a collimator 10, and a bending mirror 11. including. Among these, the first incident optical system 4 and the second incident optical system 5 are selected according to the illumination conditions when performing exposure, and are appropriately installed in the optical path of the illumination system 12.

光源1は、例えば、紫外線や遠紫外線等を放射する高輝度の超高圧水銀ランプである。また、光源1は、陰極(Cathode)と陽極(Anode)との2つの電極を有し、電極間に形成される所定の大きさを有する発光点(発光領域)1aから光束を放射する。発光部1aは、集光鏡2を構成する複数の楕円鏡の各第1焦点の近傍に位置し、回転対称な発光強度分布を有する。このとき、照明系12の光軸AXは、発光点1aの回転対称軸といえる。さらに、照明系12は、制御部36からの指令に基づいて光源1をXYZの各軸方向に変位させる第1駆動部(光源駆動部)35を含む。   The light source 1 is, for example, a high-intensity ultra-high pressure mercury lamp that emits ultraviolet rays or far ultraviolet rays. The light source 1 has two electrodes, a cathode and an anode, and emits a light beam from a light emitting point (light emitting region) 1a having a predetermined size formed between the electrodes. The light emitting unit 1a is positioned in the vicinity of the first focal points of the plurality of elliptical mirrors constituting the condenser mirror 2 and has a rotationally symmetric light emission intensity distribution. At this time, the optical axis AX of the illumination system 12 can be said to be a rotationally symmetric axis of the light emitting point 1a. Furthermore, the illumination system 12 includes a first drive unit (light source drive unit) 35 that displaces the light source 1 in the XYZ axial directions based on a command from the control unit 36.

集光鏡(集光部)2は、光軸AXに対して回転対称な形状を有する楕円鏡と球面鏡とを交互に配置した反射鏡を複数有する多段集光鏡である。集光鏡2は、光源1から発せられた光束を集光し、コールドミラー3に入射させる。以下、本実施形態における集光鏡2は、一例として、第1楕円鏡21、第1球面鏡22、第2楕円鏡23、第2球面鏡24および第3楕円鏡25の5つの反射鏡を含むものとする。ここで、楕円鏡は、光束を反射する反射面を楕円面とする楕円面反射鏡である。一方、球面鏡は、光束を反射する反射面を球面とする球面反射鏡である。特に、3つの楕円鏡21、23、25は、それぞれの各焦点間距離が等しくなるように曲率が設定されており、また、それぞれの焦点位置が等しくなるよう配置されているものとする。光源1から発せられた光束は、具体的には各楕円鏡21、23、25により集光され、コールドミラー3に入射される。また、照明系12は、制御部36からの指令に基づいて各反射鏡を個別に移動可能とする第2駆動部(反射鏡駆動部)15を含む。   The condensing mirror (condensing part) 2 is a multistage condensing mirror having a plurality of reflecting mirrors in which elliptical mirrors and spherical mirrors having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX are alternately arranged. The condensing mirror 2 condenses the light beam emitted from the light source 1 and makes it incident on the cold mirror 3. Hereinafter, the condensing mirror 2 in the present embodiment includes, as an example, five reflecting mirrors of a first elliptical mirror 21, a first spherical mirror 22, a second elliptical mirror 23, a second spherical mirror 24, and a third elliptical mirror 25. . Here, the ellipsoidal mirror is an ellipsoidal reflecting mirror having a reflecting surface that reflects the light beam as an ellipsoid. On the other hand, the spherical mirror is a spherical reflecting mirror having a spherical reflecting surface that reflects the light beam. In particular, it is assumed that the three elliptical mirrors 21, 23, and 25 have the curvatures set so that the distances between the respective focal points are equal, and are arranged so that the respective focal positions are equal. Specifically, the light beam emitted from the light source 1 is collected by the elliptical mirrors 21, 23, and 25 and is incident on the cold mirror 3. Further, the illumination system 12 includes a second driving unit (reflecting mirror driving unit) 15 that allows each reflecting mirror to be individually moved based on a command from the control unit 36.

コールドミラー3は、表面が誘電体等の多層膜で形成され、主に赤外線を透過させるとともに、露光光に用いる紫外光を反射させる。具体的には、コールドミラー3で反射された光束は、各楕円鏡21、23、25の第2焦点の近傍の第1位置18に発光部1aの像を形成する。また、コールドミラー3は、図1に示すように光源1から発せられた光束の光軸AXをZ軸方向からY軸方向へ折り曲げている。   The cold mirror 3 has a surface formed of a multilayer film such as a dielectric, and mainly transmits infrared light and reflects ultraviolet light used for exposure light. Specifically, the light beam reflected by the cold mirror 3 forms an image of the light emitting unit 1a at the first position 18 in the vicinity of the second focal point of each elliptical mirror 21, 23, 25. Further, as shown in FIG. 1, the cold mirror 3 bends the optical axis AX of the light beam emitted from the light source 1 from the Z-axis direction to the Y-axis direction.

第1入射光学系(第1光学系)4は、集光鏡2で集光された光束を第1入射光に変換してオプティカルインテグレーター6へ導光する光学系である。第1入射光学系4は、オプティカルインテグレーター6の入射面19を、集光鏡2が光源1からの光束を集光する位置と光学的に瞳の関係となるように構成されている。具体的には、第1入射光学系4は、オプティカルロッド41と、フーリエ変換光学系42と、オプティカルインテグレーター6の射出面20に配置される開口絞り(第1絞り)43とを含む。オプティカルロッド41は、フーリエ変換光学系42の物体面に射出面が位置するように配置される、円柱形状の導波管である。オプティカルロッド41は、光源1に電力を供給するリード線1bの影を入射面19上に生じさせないために設置される。具体的には、オプティカルロッド41は、入射光束を円柱側面で反射し旋回する光線(Skew光線)とし、入射光束に含まれるリード線1bの影をぼかして消失させる。フーリエ変換光学系42は、オプティカルロッド41の射出面からの光束を受けて略平行光束に変換し、オプティカルインテグレーター6の入射面19に入光させる。オプティカルインテグレーター6は、光軸AXの方向(Y軸方向)に延設され、かつ、光軸AXの方向と直交する平面方向(XZ平面)に複数並列させた小レンズを有し、その射出面20に二次光源を形成する。開口絞り43は、オプティカルインテグレーター6の射出面20に形成される二次光源の形状を整形する。例えば、オプティカルインテグレーター6が100個ほどハエノ目レンズで構成されている場合、射出面20に形成される二次光源の端部は、照明系12の光軸AXを中心とした連続した円形とはならず、ハエノ目レンズの形状に沿った角張った形状となる。そこで、開口絞り43は、この角張った形状の一部を遮光することで、円形に整形する。ただし、例えば、オプティカルインテグレーター6がマイクロレンズアレイ等の微小な光学素子で構成され、入射面19に形成される光束の形状が、射出面20で得られる光束の形状と略等しくなる場合には、必ずしも開口絞り43を設ける必要はない。   The first incident optical system (first optical system) 4 is an optical system that converts the light beam collected by the condenser mirror 2 into first incident light and guides it to the optical integrator 6. The first incident optical system 4 is configured such that the incident surface 19 of the optical integrator 6 is optically in a pupil relationship with the position where the condenser mirror 2 condenses the light beam from the light source 1. Specifically, the first incident optical system 4 includes an optical rod 41, a Fourier transform optical system 42, and an aperture stop (first stop) 43 disposed on the exit surface 20 of the optical integrator 6. The optical rod 41 is a cylindrical waveguide disposed so that the exit surface is located on the object plane of the Fourier transform optical system 42. The optical rod 41 is installed so as not to cause a shadow of the lead wire 1 b that supplies power to the light source 1 on the incident surface 19. Specifically, the optical rod 41 converts the incident light beam into a rotating light beam (Skew light beam) reflected from the side surface of the cylinder and blurs the shadow of the lead wire 1b included in the incident light beam to disappear. The Fourier transform optical system 42 receives the light beam from the exit surface of the optical rod 41, converts it into a substantially parallel light beam, and enters the incident surface 19 of the optical integrator 6. The optical integrator 6 includes a plurality of small lenses that extend in the direction of the optical axis AX (Y-axis direction) and are arranged in parallel in a plane direction (XZ plane) orthogonal to the direction of the optical axis AX. A secondary light source is formed at 20. The aperture stop 43 shapes the shape of the secondary light source formed on the exit surface 20 of the optical integrator 6. For example, when the optical integrator 6 is composed of about 100 fly eye lenses, the end of the secondary light source formed on the exit surface 20 is a continuous circle centered on the optical axis AX of the illumination system 12. In other words, it becomes an angular shape along the shape of the fly-eye lens. Therefore, the aperture stop 43 is shaped into a circular shape by shielding a part of this angular shape. However, for example, when the optical integrator 6 is configured by a minute optical element such as a microlens array, and the shape of the light beam formed on the incident surface 19 is substantially equal to the shape of the light beam obtained on the exit surface 20, The aperture stop 43 is not necessarily provided.

第2入射光学系(第2光学系)5は、集光鏡2で集光された光束を、第1入射光とは異なる第2入射光に変換してオプティカルインテグレーター6へ導光する光学系である。第2入射光学系5は、オプティカルインテグレーター6の入射面19を、集光鏡2が光源1からの光束を集光する位置と光学的に共役な関係となるように構成されている。例えば、第2入射光学系5は、第1フーリエ変換光学系51および第2フーリエ変換光学系52と、オプティカルインテグレーター6の射出面20に配置される開口絞り(第2絞り)53とを含む。光源1側に配置される第1フーリエ変換光学系51に入射した光束は、略平行光束に変換され、オプティカルインテグレーター6側に配置される第2フーリエ変換光学系52に入射する。第2フーリエ変換光学系52に入射した光束は、集光光束に変換され、入射面19に入光し、射出面20に二次光源を形成する。開口絞り53は、第1入射光学系4に含まれる開口絞り43と同様に、射出面20に形成される二次光源の形状を整形する。ただし、例えば、オプティカルインテグレーター6がマイクロレンズアレイ等の微小な光学素子で構成され入射面19に形成される光束の形状が、射出面20で得られる光束の形状と略等しくなる場合には、必ずしも開口絞り53を設ける必要はない。   The second incident optical system (second optical system) 5 converts the light beam collected by the condenser mirror 2 into second incident light different from the first incident light and guides it to the optical integrator 6. It is. The second incident optical system 5 is configured so that the incident surface 19 of the optical integrator 6 is optically conjugate with the position where the condenser mirror 2 condenses the light beam from the light source 1. For example, the second incident optical system 5 includes a first Fourier transform optical system 51 and a second Fourier transform optical system 52, and an aperture stop (second stop) 53 disposed on the exit surface 20 of the optical integrator 6. The light beam incident on the first Fourier transform optical system 51 disposed on the light source 1 side is converted into a substantially parallel light beam, and is incident on the second Fourier transform optical system 52 disposed on the optical integrator 6 side. The light beam incident on the second Fourier transform optical system 52 is converted into a condensed light beam, enters the incident surface 19, and forms a secondary light source on the exit surface 20. The aperture stop 53 shapes the shape of the secondary light source formed on the exit surface 20 similarly to the aperture stop 43 included in the first incident optical system 4. However, for example, in the case where the optical integrator 6 is configured by a minute optical element such as a microlens array and the shape of the light beam formed on the incident surface 19 is substantially equal to the shape of the light beam obtained on the exit surface 20, it is not always necessary. There is no need to provide the aperture stop 53.

また、第1入射光学系4と第2入射光学系5とは、照明系12の光路中に着脱可能(取り外しおよび取り付け可能、または切り換え可能)に配置される。具体的には、照明系12は、第1入射光学系4と第2入射光学系5とを、手動で取り外しおよび取り付けを行う機構を含むものとしてもよい。または、照明系12は、第1入射光学系4と第2入射光学系5とを、制御部36からの指令に基づいて自動で切り換え可能とする駆動機構(光学系駆動部)を含むものとしてもよい。   In addition, the first incident optical system 4 and the second incident optical system 5 are detachably disposed in the optical path of the illumination system 12 (detachable and attachable or switchable). Specifically, the illumination system 12 may include a mechanism for manually removing and attaching the first incident optical system 4 and the second incident optical system 5. Alternatively, the illumination system 12 includes a drive mechanism (optical system drive unit) that can automatically switch between the first incident optical system 4 and the second incident optical system 5 based on a command from the control unit 36. Also good.

コリメーター10は、例えば、折り曲げミラー11を挟んで配置される2つの光学系10a、10bを含み、レチクルステージ13に載置されている被照射物としてのレチクルRを照明する。コリメーター10が照明系12内でこのように配置される場合、オプティカルインテグレーター6の射出面20に形成された二次光源の像は、投影光学系14の瞳面14aの近傍に結像する。   The collimator 10 includes, for example, two optical systems 10 a and 10 b arranged with the bending mirror 11 interposed therebetween, and illuminates the reticle R as an irradiation object placed on the reticle stage 13. When the collimator 10 is arranged in this way in the illumination system 12, the image of the secondary light source formed on the exit surface 20 of the optical integrator 6 is formed in the vicinity of the pupil plane 14 a of the projection optical system 14.

さらに、照明系12は、ハーフミラー7と、検出光学系8と、検出器9と、演算部37とを備え得る。ハーフミラー7は、オプティカルインテグレーター6とコリメーター10(光学系10a)との間に配置され、オプティカルインテグレーター6から射出した光束の一部を検出光学系8に向けて反射させる。検出光学系8は、例えば、2つの光学系8a、8bを含み、オプティカルインテグレーター6の射出面に形成された二次光源の像を検出器9上に投影(縮小投影)する。検出器9は、例えば、4分割センサーや二次元CCD等の光電変換素子であり、投影された二次光源の像を検出する。また、演算部37は、検出器9の出力に基づいて、二次光源の像の総光量および光強度分布の対称性を演算し、得られた情報を制御部36へ送信する。   Further, the illumination system 12 can include a half mirror 7, a detection optical system 8, a detector 9, and a calculation unit 37. The half mirror 7 is disposed between the optical integrator 6 and the collimator 10 (optical system 10 a), and reflects part of the light beam emitted from the optical integrator 6 toward the detection optical system 8. The detection optical system 8 includes, for example, two optical systems 8a and 8b, and projects (reduced projection) an image of the secondary light source formed on the exit surface of the optical integrator 6 onto the detector 9. The detector 9 is a photoelectric conversion element such as a quadrant sensor or a two-dimensional CCD, for example, and detects the image of the projected secondary light source. In addition, the calculation unit 37 calculates the total light amount of the image of the secondary light source and the symmetry of the light intensity distribution based on the output of the detector 9, and transmits the obtained information to the control unit 36.

次に、照明系12(それを用いた露光装置100)の作用について説明する。照明系12は、レチクルRに形成されているパターンの解像線幅や孤立性等に応じて、オプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される光束の光強度分布を変更する。これにより、照明系12は、投影光学系14の瞳面14aに形成される二次光源の光強度分布を変化させ得る。   Next, the operation of the illumination system 12 (exposure apparatus 100 using the illumination system 12) will be described. The illumination system 12 changes the light intensity distribution of the light beam formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6 in accordance with the resolution line width or isolation of the pattern formed on the reticle R. Thereby, the illumination system 12 can change the light intensity distribution of the secondary light source formed on the pupil plane 14 a of the projection optical system 14.

はじめに、オプティカルインテグレーター6の入射面19の光強度分布を変更する方法について説明する。図2および図3は、それぞれ、光源1から発せられた光束が形成する光強度分布を説明するための光学系を示す概略図である。なお、図2および図3では、簡単のために、コールドミラー3およびオプティカルロッド41の図示を省略している。そのため、図2および図3では、照明系12の光軸はZ軸方向に延びているものとする。ここで、第1位置18は、照明系12が第1入射光学系4を適用する場合、オプティカルロッド41の入射面の位置となる。一方、照明系12が第2入射光学系5を適用する場合、第1位置18は、入射面19と共役な位置となる。したがって、第2入射光学系5は、第1位置18に形成された光束の光強度分布を入射面19に再形成(結像)し得る。また、第2位置180は、照明系12が第1入射光学系4を採用する場合、フーリエ変換光学系42の瞳面の位置であり、かつ、入射面19の位置となる。   First, a method for changing the light intensity distribution on the incident surface 19 of the optical integrator 6 will be described. 2 and 3 are schematic views showing optical systems for explaining the light intensity distribution formed by the light flux emitted from the light source 1, respectively. 2 and 3, the cold mirror 3 and the optical rod 41 are not shown for the sake of simplicity. Therefore, in FIGS. 2 and 3, it is assumed that the optical axis of the illumination system 12 extends in the Z-axis direction. Here, the first position 18 is the position of the incident surface of the optical rod 41 when the illumination system 12 applies the first incident optical system 4. On the other hand, when the illumination system 12 applies the second incident optical system 5, the first position 18 is a conjugate position with the incident surface 19. Accordingly, the second incident optical system 5 can re-form (image) the light intensity distribution of the light beam formed at the first position 18 on the incident surface 19. The second position 180 is the position of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42 and the position of the incident plane 19 when the illumination system 12 employs the first incident optical system 4.

まず、図2(a)は、集光鏡2の基準状態を示す。ここで、基準状態とは、以下の条件を満たす状態をいう。第1条件として、集光鏡2を構成する各楕円鏡21、23、25のそれぞれの第1焦点位置が一致し、かつ、それぞれの第2焦点位置も一致する。第2条件として、それぞれの第2焦点位置は、第1位置18に一致する。また、第3条件として、集光鏡2を構成する各球面鏡22、24の曲率中心(中心点)は、上記の3つの楕円鏡の第1焦点位置に一致する。この状態において発光部1aを各楕円鏡21、23、25の第1焦点位置に配置すると、発光部1aから発せられた光束は、各楕円鏡21、23、25で反射されてそれぞれ光束210、230、250となり、第2焦点位置である第1位置18に集光する。一方、発光部1aから発せられた光束の一部は、第2球面鏡24で反射されて発光部1aに集光した後、第2球面鏡24に対向する第2楕円鏡23で反射されて光束230の一部となり、第1位置18に集光する。同様に、発光部1aから発せられた光束の別の一部は、第1球面鏡22で反射されて発光部1aに集光した後、第1球面鏡22に対向する第3楕円鏡25で反射されて光束250の一部となり、第1位置18に集光する。そして、各光束210、230、250は、第1位置18に集光した後、フーリエ変換光学系42に入射して略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。   First, FIG. 2A shows a reference state of the condenser mirror 2. Here, the reference state refers to a state that satisfies the following conditions. As a first condition, the first focal positions of the elliptical mirrors 21, 23, and 25 constituting the condenser mirror 2 are matched, and the second focal positions are also matched. As a second condition, each second focal position coincides with the first position 18. As a third condition, the centers of curvature (center points) of the spherical mirrors 22 and 24 constituting the condenser mirror 2 coincide with the first focal positions of the three elliptical mirrors. In this state, when the light emitting unit 1a is disposed at the first focal position of each of the elliptical mirrors 21, 23, 25, the light beams emitted from the light emitting unit 1a are reflected by the elliptical mirrors 21, 23, 25 to be respectively the light beams 210, 230 and 250, and the light is condensed at the first position 18 which is the second focal position. On the other hand, a part of the light beam emitted from the light emitting unit 1 a is reflected by the second spherical mirror 24 and condensed on the light emitting unit 1 a, and then reflected by the second elliptical mirror 23 facing the second spherical mirror 24 to be reflected by the light beam 230. And is condensed at the first position 18. Similarly, another part of the light beam emitted from the light emitting unit 1 a is reflected by the first spherical mirror 22 and condensed on the light emitting unit 1 a, and then reflected by the third elliptical mirror 25 facing the first spherical mirror 22. Thus, it becomes a part of the light beam 250 and is condensed at the first position 18. Each light beam 210, 230, 250 is condensed at the first position 18, then enters the Fourier transform optical system 42 and is converted into a substantially parallel light beam, and the second position 180 on the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. A ring-shaped light intensity distribution is formed.

図4は、図2(a)に示す状態に対応した、集光鏡2が第1位置18に形成する(集光する)光束の光強度分布の第1例を示す図である。このうち、図4(a)は、各光束250、230、210が重なって生じる光強度分布を示している。図4(b)〜図4(d)は、順に光束250、230、210のそれぞれが生じる光強度分布を示している。照明系12が第2入射光学系5を適用する場合、第1位置18に形成された図4に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。この場合、各楕円鏡21、23、25のそれぞれの集光点が第1位置18に一致しているので、図4(b)〜図4(d)に示すように、各光束250、230、210が形成する光強度分布は、それぞれピーク強度が最も高くなる。したがって、各光束250、230、210が重なって生じる光強度分布も、図4(a)に示すように、ピーク強度が最も高くなる。   FIG. 4 is a diagram showing a first example of the light intensity distribution of the light beam formed (condensed) by the condenser mirror 2 at the first position 18 corresponding to the state shown in FIG. Among these, FIG. 4A shows the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250, 230, and 210. 4 (b) to 4 (d) show light intensity distributions in which each of the light beams 250, 230, and 210 is generated in order. When the illumination system 12 applies the second incident optical system 5, the light intensity distribution shown in FIG. 4 formed at the first position 18 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. In this case, since the respective condensing points of the elliptical mirrors 21, 23, and 25 coincide with the first position 18, as shown in FIGS. 4B to 4D, the light beams 250, 230 are obtained. , 210 have the highest peak intensity. Therefore, the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250, 230, and 210 has the highest peak intensity as shown in FIG.

図5は、図2(a)に示す状態に対応した、集光鏡2が第2位置180に形成する光束の光強度分布の第2例を示す図である。このうち、図5(a)は、各光束250、230、210が重なって生じる光強度分布を示している。図5(b)〜図5(d)は、順に光束250、230、210のそれぞれが生じる光強度分布を示している。また、図5では、光束250の光強度分布の外側径をW(250)、内側径をW’(250)とそれぞれ表記している。同様に、光束230の光強度分布の外側径をW(230)、内側径をW’(230)と、光束210の光強度分布の外側径をW(210)、内側径をW’(210)とそれぞれ表記している。照明系12が第1入射光学系4を適用する場合、第2位置180に形成された図5に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。ここで、各楕円鏡21、23、25の楕円率(短径/長径)には、(楕円鏡21の楕円率)>(楕円鏡23の楕円率)>(楕円鏡23の楕円率)の関係がある。さらに、各楕円鏡21、23、25の楕円率(短径/長径)は、各間の焦点距離(第1焦点位置と第2焦点位置との距離)が等しく、かつ、W’(250)=W(230)、W’(230)=W(210)の関係をそれぞれ満たすように設定される。したがって、各光束250、230、210が重なって生じる光強度分布は、図5(a)に示すように、外側径がW(250)で、内側径がW’(210)である輪帯形状となる。   FIG. 5 is a diagram showing a second example of the light intensity distribution of the light beam formed by the condenser mirror 2 at the second position 180, corresponding to the state shown in FIG. Among these, Fig.5 (a) has shown the light intensity distribution which each light flux 250,230,210 overlaps and produces. FIG. 5B to FIG. 5D show light intensity distributions in which each of the light beams 250, 230, and 210 is generated in order. In FIG. 5, the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 250 is denoted as W (250), and the inner diameter is denoted as W ′ (250). Similarly, the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 230 is W (230), the inner diameter is W ′ (230), the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 210 is W (210), and the inner diameter is W ′ (210). ). When the illumination system 12 applies the first incident optical system 4, the light intensity distribution shown in FIG. 5 formed at the second position 180 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. Here, the ellipticity (minor axis / major axis) of each of the elliptical mirrors 21, 23, 25 is (ellipticity of the elliptical mirror 21)> (elliptical rate of the elliptical mirror 23)> (elliptical rate of the elliptical mirror 23). There is a relationship. Further, the ellipticity (minor axis / major axis) of each of the elliptical mirrors 21, 23, 25 is the same in focal length (distance between the first focal position and the second focal position), and W ′ (250). = W (230), W ′ (230) = W (210). Accordingly, as shown in FIG. 5A, the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250, 230, and 210 is an annular shape having an outer diameter of W (250) and an inner diameter of W ′ (210). It becomes.

次に、図2(b)は、図2(a)に示す基準状態から、集光鏡2を構成する各楕円鏡のうちの第1楕円鏡21および第3楕円鏡25の位置を移動させた状態を示す。特に図2(b)に示す例では、第1楕円鏡21は、−Z方向に移動し、第3楕円鏡25は、+Z方向に移動している。なお、本実施形態では、Z軸は、照明系12における光軸に平行である。ここで、光束210bは、−Z方向に移動した第1楕円鏡21で反射された光束である。この光束210bは、第1楕円鏡21で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向マイナス側(集光鏡2側)に集光し、フーリエ変換光学系42に入射して略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束210bは、第1位置18よりも集光鏡2に近い位置で集光するので、図2(a)における光束210よりも大きな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。一方、光束250bは、+Z方向に移動した第3楕円鏡25で反射された光束と、第1球面鏡22で反射した後に+Z方向に移動した第3楕円鏡25で反射された光束とを含む。この光束250bは、第3楕円鏡25で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向プラス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射して略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束250bは、第1位置18よりも集光鏡2から遠い位置で集光するので、図2(a)における光束250よりも小さな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。   Next, FIG. 2B moves the positions of the first elliptical mirror 21 and the third elliptical mirror 25 among the elliptical mirrors constituting the condenser mirror 2 from the reference state shown in FIG. Indicates the state. In particular, in the example shown in FIG. 2B, the first elliptical mirror 21 moves in the −Z direction, and the third elliptical mirror 25 moves in the + Z direction. In the present embodiment, the Z axis is parallel to the optical axis in the illumination system 12. Here, the light beam 210b is a light beam reflected by the first elliptical mirror 21 moved in the −Z direction. The light beam 210b is reflected by the first elliptical mirror 21, and then condensed on the minus side (condenser mirror 2 side) in the Z-axis direction from the first position 18, and enters the Fourier transform optical system 42 to be substantially parallel. It is converted into a light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. At this time, since the light beam 210b is condensed at a position closer to the condenser mirror 2 than the first position 18, the light beam 210b enters the Fourier transform optical system 42 at an angle larger than that of the light beam 210 in FIG. On the other hand, the light beam 250b includes a light beam reflected by the third elliptical mirror 25 moved in the + Z direction and a light beam reflected by the third elliptical mirror 25 reflected by the first spherical mirror 22 and then moved in the + Z direction. After being reflected by the third elliptical mirror 25, the light beam 250b is condensed on the positive side in the Z-axis direction from the first position 18, enters the Fourier transform optical system 42, and is converted into a substantially parallel light beam. An annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the optical system 42. At this time, since the light beam 250b is collected at a position farther from the condenser mirror 2 than the first position 18, it enters the Fourier transform optical system 42 at an angle smaller than that of the light beam 250 in FIG.

図6は、図2(b)に示す状態に対応した、集光鏡2が第1位置18に形成する光束の光強度分布の第3例を示す図である。このうち、図6(a)は、各光束250b、230、210bが重なって生じる光強度分布を示している。図6(b)〜図6(d)は、順に光束250b、230、210bのそれぞれが生じる光強度分布を示している。照明系12が第2入射光学系5を適用する場合、第1位置18に形成された図6に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。この場合、図6(d)に示すように、光束210bが形成する光強度分布では、図4(d)に示す光束210の光強度分布よりも、ピーク強度が低く、裾も広がる。また、図6(a)に示すように、光束250bが形成する光強度分布では、図4(a)に示す光束250の光強度分布よりも、ピーク強度が低く、裾も広がり、さらにはピークが2つに分かれる。これは、光束210bおよび光束250bの各集光点が第1位置18と離れているためであり、特に、光束250bが形成する光強度分布が2つに分かれるのは、光束250bの集光角度が光束210bの集光角度よりも大きいためである。したがって、各光束250b、230、210bが重なって生じる光強度分布は、図6(a)に示すように、図4(a)に示す光強度分布に比べて、ピークが略平坦で、裾が広がる。   FIG. 6 is a diagram showing a third example of the light intensity distribution of the light beam formed by the condenser mirror 2 at the first position 18 corresponding to the state shown in FIG. Among these, FIG. 6A shows the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250b, 230, and 210b. FIG. 6B to FIG. 6D show light intensity distributions in which each of the light beams 250b, 230, and 210b is generated in order. When the illumination system 12 applies the second incident optical system 5, the light intensity distribution shown in FIG. 6 formed at the first position 18 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. In this case, as shown in FIG. 6D, in the light intensity distribution formed by the light beam 210b, the peak intensity is lower than the light intensity distribution of the light beam 210 shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6A, the light intensity distribution formed by the light beam 250b has a lower peak intensity, wider tail, and further peaks than the light intensity distribution of the light beam 250 shown in FIG. Is divided into two. This is because the respective condensing points of the light beam 210b and the light beam 250b are separated from the first position 18, and in particular, the light intensity distribution formed by the light beam 250b is divided into two, the condensing angle of the light beam 250b. This is because is larger than the condensing angle of the light beam 210b. Therefore, as shown in FIG. 6A, the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250b, 230, and 210b has a substantially flat peak and a tail as compared with the light intensity distribution shown in FIG. spread.

図7は、図2(b)に示す状態に対応した、集光鏡2が第2位置180に形成する光束の光強度分布の第4例を示す図である。このうち、図7(a)は、各光束250b、230、210bが重なって生じる光強度分布を示している。図7(b)〜図7(d)は、順に光束250b、230、210bのそれぞれが生じる光強度分布を示している。また、図7では、光束250bの光強度分布の外側径をW(250b)、内側径をW’(250b)とそれぞれ表記している。同様に、光束230の光強度分布の外側径をW(230)、内側径をW’(230)と、光束210bの光強度分布の外側径をW(210b)、内側径をW’(210b)とそれぞれ表記している。照明系12が第1入射光学系4を適用する場合、第2位置180に形成された図7に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。ここで、図2(b)に示す光束210bの方が、図2(a)に示す光束210よりもフーリエ変換光学系42に入射する角度が大きい。そのため、光束210の光強度分布の外側径W(210b)と光束230の内側径W’(230)とは、W’(230)<W(210b)の関係を満たす。また、図2(b)に示す光束250bの方が、図2(a)に示す光束250よりもフーリエ変換光学系42に入射する角度が小さい。そのため、光束250の光強度分布の内側径W’(250b)と光束230の外側径W(230)とは、W’(250)<W(230)の関係を満たす。したがって、各光束250b、230、210bが重なって生じる光強度分布は、図7(a)に示すように、図5(a)に示す光強度分布に比べて、輪帯部の幅が狭くなる。図7(a)に示す光強度分布の輪帯部の幅{W(250b)−W’(210b)}と、図5(a)に示す光強度分布の輪帯部の幅{W(250)−W’(210)}とは、{W(250b)−W’(210b)}<{W(250)−W’(210)}の関係を満たす。   FIG. 7 is a diagram showing a fourth example of the light intensity distribution of the light beam formed by the condenser mirror 2 at the second position 180, corresponding to the state shown in FIG. Among these, Fig.7 (a) has shown the light intensity distribution which each light flux 250b, 230, 210b produces. FIG. 7B to FIG. 7D show light intensity distributions in which each of the light beams 250b, 230, and 210b is generated in order. In FIG. 7, the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 250b is expressed as W (250b), and the inner diameter is expressed as W ′ (250b). Similarly, the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 230 is W (230), the inner diameter is W ′ (230), the outer diameter of the light intensity distribution of the light beam 210b is W (210b), and the inner diameter is W ′ (210b). ). When the illumination system 12 applies the first incident optical system 4, the light intensity distribution shown in FIG. 7 formed at the second position 180 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. Here, the light beam 210b shown in FIG. 2B has a larger incident angle on the Fourier transform optical system 42 than the light beam 210 shown in FIG. Therefore, the outer diameter W (210b) of the light intensity distribution of the light beam 210 and the inner diameter W ′ (230) of the light beam 230 satisfy the relationship W ′ (230) <W (210 b). Also, the light beam 250b shown in FIG. 2B has a smaller angle of incidence on the Fourier transform optical system 42 than the light beam 250 shown in FIG. Therefore, the inner diameter W ′ (250b) of the light intensity distribution of the light beam 250 and the outer diameter W (230) of the light beam 230 satisfy the relationship W ′ (250) <W (230). Therefore, the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250b, 230, and 210b has a narrower zone width as shown in FIG. 7A than the light intensity distribution shown in FIG. . The width {W (250b) −W ′ (210b)} of the annular portion of the light intensity distribution shown in FIG. 7A and the width {W (250) of the annular portion of the light intensity distribution shown in FIG. ) −W ′ (210)} satisfies the relationship {W (250b) −W ′ (210b)} <{W (250) −W ′ (210)}.

次に、図3(a)は、図2(a)に示す基準状態から、集光鏡2を構成する各球面鏡のうちの第2球面鏡24の位置を移動させた状態を示す。特に図3(a)に示す例では、第2球面鏡24は、−Z方向に移動している。ここで、第2球面鏡24で反射された光束は、発光部1aに戻らず、光源1を構成する電極に遮られるので、第2楕円鏡23には到達しない。また、光束230cは、第2楕円鏡23だけで反射された光束で形成されるので、図2(a)に示す光束230に比べて、光強度が低い。なお、各光束250、210の状態は、図2(a)に示す各光束250、210と同じである。   Next, FIG. 3A shows a state in which the position of the second spherical mirror 24 among the spherical mirrors constituting the condenser mirror 2 is moved from the reference state shown in FIG. In particular, in the example shown in FIG. 3A, the second spherical mirror 24 is moved in the −Z direction. Here, the light beam reflected by the second spherical mirror 24 does not return to the light emitting unit 1 a and is blocked by the electrodes constituting the light source 1, and therefore does not reach the second elliptical mirror 23. Moreover, since the light beam 230c is formed by the light beam reflected only by the second elliptical mirror 23, the light intensity is lower than that of the light beam 230 shown in FIG. The states of the light beams 250 and 210 are the same as those of the light beams 250 and 210 shown in FIG.

図8は、図3(a)に示す状態に対応した、集光鏡2が第2位置180に形成する光束の光強度分布の第5例を示す図である。このうち、図8(a)は、各光束250、230c、210が重なって生じる光強度分布を示している。図8(b)〜図8(d)は、順に光束250、230c、210のそれぞれが生じる光強度分布を示している。照明系12が第1入射光学系4を適用する場合、第2位置180に形成された図8に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。この場合、図8(c)に示す光束230cが形成する輪帯形状の光強度分布のピーク強度は、図5(c)に示す場合と異なり、各光束250、210がそれぞれ形成する輪帯形状の光強度分布のピーク強度と等しい。したがって、各光束250、230c、210が重なって生じる光強度分布では、図(5a)に示す各光束250、230、210が重なって生じる光強度分布に比べて、ピーク強度が平坦となる。   FIG. 8 is a diagram showing a fifth example of the light intensity distribution of the light beam formed by the condenser mirror 2 at the second position 180, corresponding to the state shown in FIG. Among these, Fig.8 (a) has shown the light intensity distribution which each light beam 250,230c, 210 overlaps and produces. FIG. 8B to FIG. 8D show light intensity distributions in which each of the light beams 250, 230c, and 210 is generated in order. When the illumination system 12 applies the first incident optical system 4, the light intensity distribution shown in FIG. 8 formed at the second position 180 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. In this case, the peak intensity of the annular light intensity distribution formed by the luminous flux 230c shown in FIG. 8C is different from that shown in FIG. 5C, and the annular zone shapes formed by the luminous fluxes 250 and 210, respectively. It is equal to the peak intensity of the light intensity distribution. Therefore, in the light intensity distribution generated by overlapping the light beams 250, 230c, and 210, the peak intensity is flatter than the light intensity distribution generated by overlapping the light beams 250, 230, and 210 shown in FIG.

次に、図3(b)は、集光鏡2を構成する各楕円鏡のうちの第1楕円鏡21と第3楕円鏡25とを移動させている図2(b)に示す状態に対し、さらに第2楕円鏡23の位置を移動させた状態を示す。特に図3(b)に示す例では、第2楕円鏡23は、−Z方向に移動している。ここで、光束230dは、−Z方向に移動した第2楕円鏡23で反射された光束であり、第2楕円鏡23で反射された後に第1位置18よりもZ軸方向マイナス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射する。フーリエ変換光学系42に入射した光束230dは、略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。この場合、光束230dは、第1位置18よりも集光鏡2に近い位置で集光するので、図2(a)に示す光束210よりも大きな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。   Next, FIG. 3B shows the state shown in FIG. 2B in which the first elliptical mirror 21 and the third elliptical mirror 25 among the elliptical mirrors constituting the condenser mirror 2 are moved. Furthermore, the state which moved the position of the 2nd elliptical mirror 23 is shown. In particular, in the example shown in FIG. 3B, the second elliptical mirror 23 moves in the −Z direction. Here, the light beam 230d is a light beam reflected by the second elliptical mirror 23 that has moved in the −Z direction, and after being reflected by the second elliptical mirror 23, is condensed on the minus side in the Z-axis direction from the first position 18. Then, the light enters the Fourier transform optical system 42. The light beam 230d incident on the Fourier transform optical system 42 is converted into a substantially parallel light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. In this case, since the light beam 230d is condensed at a position closer to the condenser mirror 2 than the first position 18, it enters the Fourier transform optical system 42 at an angle larger than that of the light beam 210 shown in FIG.

図9は、図3(b)に示す状態に対応した、集光鏡2が第2位置180に形成する光束の光強度分布の第6例を示す図である。このうち、図9(a)は、各光束250b、230d、210bが重なって生じる光強度分布を示している。図9(b)〜図9(d)は、順に光束250b、230d、210bのそれぞれが生じる光強度分布を示している。照明系12が第1入射光学系4を適用する場合、第2位置180に形成された図9に示す光強度分布がオプティカルインテグレーター6の入射面19に形成される。また、図9では、光束230dの光強度分布の外側径をW(230d)、内側径をW’(230d)とそれぞれ表記している。図3(b)では、光束230dがフーリエ変換光学系42に入射する角度は、図9に示す光束230dの光強度分布の外側径W(230d)と、光束250bの光強度分布の外側径W(250b)との関係がW(230d)=W(250b)を満たすよう設定される。したがって、図9(a)に示す光強度分布のピーク強度の位置は、図7(a)に示す光強度分布のピーク強度の位置に比べて、輪帯部の外側に寄ったものとなる。   FIG. 9 is a diagram showing a sixth example of the light intensity distribution of the light beam formed by the condenser mirror 2 at the second position 180, corresponding to the state shown in FIG. Of these, FIG. 9A shows the light intensity distribution generated by the overlapping of the light beams 250b, 230d, and 210b. FIG. 9B to FIG. 9D show light intensity distributions in which the light beams 250b, 230d, and 210b are generated in order. When the illumination system 12 applies the first incident optical system 4, the light intensity distribution shown in FIG. 9 formed at the second position 180 is formed on the incident surface 19 of the optical integrator 6. In FIG. 9, the outer diameter of the light intensity distribution of the luminous flux 230d is denoted as W (230d), and the inner diameter is denoted as W '(230d). In FIG. 3B, the angle at which the light beam 230d is incident on the Fourier transform optical system 42 is such that the outer diameter W (230d) of the light intensity distribution of the light beam 230d and the outer diameter W of the light intensity distribution of the light beam 250b shown in FIG. (250b) is set so as to satisfy W (230d) = W (250b). Therefore, the position of the peak intensity of the light intensity distribution shown in FIG. 9A is closer to the outside of the annular zone than the position of the peak intensity of the light intensity distribution shown in FIG.

次に、照明系12における、集光鏡2を構成する各楕円鏡および各球面鏡のそれぞれの移動方法について説明する。図10は、本実施形態における各楕円鏡および各球面鏡の移動工程(移動方法)を示すフローチャートである。まず、制御部36は、ジョブに設定された入射光学系の条件より、光路に設置されている入射光学系(第1入射光学系4または第2入射光学系5)に切り換えが必要かどうかを判断する(ステップS101)。ここで、制御部36は、入射光学系の切り換えが必要と判断した場合には(Yes)、不図示の駆動機構を用いるなどして入射光学系を切り換える(ステップS102)。一方、制御部36は、入射光学系の切り換えが不要と判断した場合には(No)、ステップS103に移行する。次に、制御部36は、ジョブに設定された集光鏡2に含まれる各楕円鏡21、23、25のZ軸方向の位置の条件より、各楕円鏡21、23、25の少なくともいずれかの移動が必要かどうかを判断する(ステップS103)。ここで、制御部36は、各楕円鏡21、23、25の少なくともいずれかの移動が必要であると判断した場合には(Yes)、第2駆動部15を駆動させ、その楕円鏡をジョブに設定された位置に移動させる(ステップS104)。一方、制御部36は、各楕円鏡の移動が不要であると判断した場合には(No)、ステップS105に移行する。そして、制御部36は、ジョブに設定された集光鏡2に含まれる各球面鏡22、24のZ軸方向の位置の条件より、各球面鏡22、24の少なくともいずれかの移動が必要かどうかを判断する(ステップS105)。ここで、制御部36は、各球面鏡22、24の少なくともいずれかの移動が必要であると判断した場合には(Yes)、第2駆動部15を駆動させ、その球面鏡をジョブに設定された位置に移動させ(ステップS106)、移動工程を終了する。一方、制御部36は、各球面鏡の移動が不要であると判断した場合には(No)、そのまま移動工程を終了する。ただし、上記の移動工程において、どの入射光学系を用いるか、ならびに、各楕円鏡および各球面鏡のそれぞれのZ軸方向の位置をどの程度にするかの各情報は、予め照明条件ごとに定められているものとする。これにより、はじめにユーザーがジョブで所望の照明条件を入力することで、制御部36は、どの入射光学系を用いるか、および、各楕円鏡および各球面鏡のZ軸方向の位置をいくつにするかを自動で設定することが可能となる。   Next, each moving method of each elliptical mirror and each spherical mirror constituting the condenser mirror 2 in the illumination system 12 will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a moving process (moving method) of each elliptical mirror and each spherical mirror in the present embodiment. First, the control unit 36 determines whether or not switching to the incident optical system (the first incident optical system 4 or the second incident optical system 5) installed in the optical path is necessary based on the conditions of the incident optical system set in the job. Judgment is made (step S101). Here, when it is determined that the incident optical system needs to be switched (Yes), the control unit 36 switches the incident optical system by using a drive mechanism (not shown) (step S102). On the other hand, if the control unit 36 determines that the switching of the incident optical system is unnecessary (No), the control unit 36 proceeds to step S103. Next, the control unit 36 determines at least one of the elliptical mirrors 21, 23, and 25 based on the condition of the positions of the elliptical mirrors 21, 23, and 25 included in the condenser mirror 2 set in the job in the Z-axis direction. It is determined whether or not movement is necessary (step S103). If the control unit 36 determines that at least one of the elliptical mirrors 21, 23, and 25 needs to be moved (Yes), the control unit 36 drives the second driving unit 15 to use the elliptical mirror as a job. Is moved to the position set in step S104. On the other hand, if the control unit 36 determines that the movement of each elliptical mirror is unnecessary (No), the control unit 36 proceeds to step S105. Then, the control unit 36 determines whether at least one of the spherical mirrors 22 and 24 needs to be moved based on the condition of the positions of the spherical mirrors 22 and 24 included in the condenser mirror 2 set in the job in the Z-axis direction. Judgment is made (step S105). If the control unit 36 determines that at least one of the spherical mirrors 22 and 24 needs to be moved (Yes), the control unit 36 drives the second driving unit 15 to set the spherical mirror as a job. It moves to a position (step S106), and a moving process is complete | finished. On the other hand, when it is determined that the movement of each spherical mirror is unnecessary (No), the control unit 36 ends the movement process. However, in the above moving step, information on which incident optical system is used and how much the position of each elliptical mirror and each spherical mirror in the Z-axis direction is determined in advance for each illumination condition. It shall be. As a result, when the user first inputs a desired illumination condition in the job, the control unit 36 determines which incident optical system is used and how many positions of each elliptical mirror and each spherical mirror are in the Z-axis direction. Can be set automatically.

次に、露光装置100における二次光源の調整方法について説明する。上記説明では、照明系12において所望の光強度分布を得るために、第1入射光学系4と第2入射光学系5とを適宜切り換えるものとした。また、光源1としてはランプを用い得るものとした。そのため、例えば、入射光学系の切り換え動作において誤差が生じると、二次光源の像の光強度分布の対称性が変化する場合がある。また、光源1の点灯に伴うランプ電極の消耗により、二次光源の像の総光量が変化する場合がある。そこで、露光装置100は、以下のように光源1の位置を適宜変化させることで二次光源を調整し、二次光源の像の光強度分布を良好に維持する。   Next, a method for adjusting the secondary light source in the exposure apparatus 100 will be described. In the above description, in order to obtain a desired light intensity distribution in the illumination system 12, the first incident optical system 4 and the second incident optical system 5 are appropriately switched. The light source 1 can be a lamp. Therefore, for example, if an error occurs in the switching operation of the incident optical system, the symmetry of the light intensity distribution of the image of the secondary light source may change. Further, the total amount of light of the image of the secondary light source may change due to the consumption of the lamp electrode accompanying the lighting of the light source 1. Therefore, the exposure apparatus 100 adjusts the secondary light source by appropriately changing the position of the light source 1 as follows, and maintains a good light intensity distribution of the image of the secondary light source.

図11は、二次光源の調整工程(調整方法)を示すフローチャートである。まず、制御部36は、光源1を点灯させる(ステップS201)。次に、制御部36は、演算部37に、検出器9の出力に基づいて二次光源の像の総光量を演算させ、演算部37から総光量についての情報を取得する(ステップS202:二次光源の第1光量計測)。次に、制御部36は、第1駆動部35に、得られた総光量の値が最大値となるように、光源1の位置をX、Y、Z軸方向に移動させる(ステップS203:第1位置調整)。   FIG. 11 is a flowchart showing a secondary light source adjustment process (adjustment method). First, the control unit 36 turns on the light source 1 (step S201). Next, the control unit 36 causes the calculation unit 37 to calculate the total light amount of the image of the secondary light source based on the output of the detector 9, and acquires information about the total light amount from the calculation unit 37 (step S202: two). First light quantity measurement of the next light source). Next, the control unit 36 causes the first driving unit 35 to move the position of the light source 1 in the X, Y, and Z axis directions so that the obtained total light amount value becomes the maximum value (step S203: No. 1). 1 position adjustment).

次に、制御部36は、予めジョブに設定されている条件に基づいて、照明条件の切り換えの必要性を判断する(ステップS204)。ここで、制御部36は、切り換えが必要であると判断した場合には(Yes)、不図示の例えば駆動機構に、第1入射光学系4または第2入射光学系5を駆動させ、かつ、第2駆動部15に、集光鏡2を構成する各反射鏡を適宜駆動させる(ステップS205)。これにより、オプティカルインテグレーター6に入射する光束の光強度分布が変更される。次に、制御部36は、ステップS205の後、演算部37に、検出器9の出力に基づいて二次光源の像の光強度分布の対称性を演算させ、演算部37から光強度分布の対称性についての情報を取得する(ステップS206:二次光源の光量分布計測)。次に、制御部36は、第1駆動部35に、得られた光強度分布の対称性が最も対称となるように、光源1の位置をX、Y軸方向に移動させる(ステップS207:第2位置調整)。なお、光源1のZ軸方向の位置は、光強度分布の対称性に影響しないので、ステップS207では、光源1の位置をZ軸方向に移動させる必要はない。一方、制御部36は、ステップS204にて、切り換えは不要であると判断した場合には(No)、そのまま以下のステップS208に移行する。   Next, the control unit 36 determines the necessity of switching illumination conditions based on conditions set in advance in the job (step S204). Here, when the control unit 36 determines that the switching is necessary (Yes), the control unit 36 causes the drive mechanism (not shown) to drive the first incident optical system 4 or the second incident optical system 5, and The second driving unit 15 appropriately drives each reflecting mirror constituting the condenser mirror 2 (step S205). As a result, the light intensity distribution of the light beam incident on the optical integrator 6 is changed. Next, after step S205, the control unit 36 causes the calculation unit 37 to calculate the symmetry of the light intensity distribution of the image of the secondary light source based on the output of the detector 9, and the calculation unit 37 calculates the light intensity distribution. Information about symmetry is acquired (step S206: measurement of light quantity distribution of secondary light source). Next, the control unit 36 causes the first driving unit 35 to move the position of the light source 1 in the X and Y axis directions so that the obtained light intensity distribution has the most symmetry (step S207: first). 2 position adjustment). In addition, since the position of the light source 1 in the Z-axis direction does not affect the symmetry of the light intensity distribution, it is not necessary to move the position of the light source 1 in the Z-axis direction in step S207. On the other hand, if the control unit 36 determines in step S204 that switching is not required (No), the control unit 36 proceeds to the following step S208 as it is.

次に、制御部36は、ステップS203での光源1のZ軸方向の位置調整の後、所定の時間が経過しているかどうかを判断する(ステップS208)。所定の時間としては、例えば、光源1への入力を一定として点灯を行い、照度が30%低下した時点でランプ交換を行うと想定したときに、照度低下が3%生じる時間とし得る。ここで、制御部36は、所定の時間が経過していると判断した場合には(Yes)、演算部37に、検出器9の出力に基づいて二次光源の像の総光量を演算させ、演算部37から総光量についての情報を取得する(ステップS209:二次光源の第2光量計測)。次に、制御部36は、第1駆動部35に、得られた総光量の値が最大値となるように、光源1の位置をZ軸方向に移動させる(ステップS210:第3位置調整)。ステップS210で光源1の位置をZ軸方向に移動させた後、照明系12は、レチクルRを照明できる状態になる。例えば、照明系12に備えられた露光シャッター(不図示)を開く(ONにする)ことで、照明系12は、レチクルRを照明する。レチクルRの照明が開始することで、露光装置100の露光工程(露光シーケンス)が始まる。なお、このような調整が可能であるのは、光強度分布の総光量の変化が、点灯に伴う光源1の電極の消耗に起因して、発光点1aがZ軸方向に変化して生じるものだからである。一方、制御部36は、ステップS208にて、所定の時間が経過していないと判断した場合には(No)、照明系12は、レチクルRを照明できる状態になり、レチクルRを照明して、露光装置100の露光工程を始めることができる。   Next, the control unit 36 determines whether or not a predetermined time has elapsed after the position adjustment of the light source 1 in the Z-axis direction in step S203 (step S208). The predetermined time may be, for example, a time when the illumination is reduced by 3% when the lighting is performed with the input to the light source 1 being constant and the lamp is replaced when the illumination is reduced by 30%. If the control unit 36 determines that the predetermined time has elapsed (Yes), the control unit 36 causes the calculation unit 37 to calculate the total light amount of the image of the secondary light source based on the output of the detector 9. Then, information about the total light amount is acquired from the calculation unit 37 (step S209: second light amount measurement of the secondary light source). Next, the control unit 36 causes the first drive unit 35 to move the position of the light source 1 in the Z-axis direction so that the obtained total light amount value becomes the maximum value (step S210: third position adjustment). . After the position of the light source 1 is moved in the Z-axis direction in step S210, the illumination system 12 is ready to illuminate the reticle R. For example, the illumination system 12 illuminates the reticle R by opening (turning on) an exposure shutter (not shown) provided in the illumination system 12. When the illumination of the reticle R starts, the exposure process (exposure sequence) of the exposure apparatus 100 starts. Such adjustment is possible because the change in the total light quantity of the light intensity distribution is caused by the light emitting point 1a changing in the Z-axis direction due to the consumption of the electrode of the light source 1 with lighting. That's why. On the other hand, when the control unit 36 determines in step S208 that the predetermined time has not elapsed (No), the illumination system 12 is in a state where it can illuminate the reticle R and illuminates the reticle R. The exposure process of the exposure apparatus 100 can be started.

次に、制御部36は、露光装置100の露光工程が終了したら、光源1の点灯時間が交換時間(寿命)に達したかどうかを判断する(ステップS211)。ここで、制御部36は、交換時間に達したと判断した場合には(Yes)、光源1を消灯し(ステップS212)、二次光源の調整工程を終了する。一方、制御部36は、ステップS211にて、交換時間に達していないと判断した場合には(No)、ステップS204に戻る。照明条件の切替えが必要でなく、所定時間が経過していなければ、また照明系12は、レチクルRを照明できる状態になり露光装置100の露光工程を実行することができる。なお、制御部36が二次光源の像の光強度分布を常時モニターし、二次光源の像の総光量または光強度分布の対称性が所定値(許容値)以上の変化を生じている場合に、適宜、光源1の位置をX、Y、Z軸方向に調整するものとしてもよい。   Next, when the exposure process of the exposure apparatus 100 is completed, the control unit 36 determines whether the lighting time of the light source 1 has reached the replacement time (life) (step S211). If the control unit 36 determines that the replacement time has been reached (Yes), the light source 1 is turned off (step S212), and the secondary light source adjustment process ends. On the other hand, when the control unit 36 determines in step S211 that the replacement time has not been reached (No), the control unit 36 returns to step S204. If it is not necessary to switch the illumination conditions and the predetermined time has not elapsed, the illumination system 12 can illuminate the reticle R, and the exposure process of the exposure apparatus 100 can be executed. When the control unit 36 constantly monitors the light intensity distribution of the image of the secondary light source, and the total light amount of the image of the secondary light source or the symmetry of the light intensity distribution changes more than a predetermined value (allowable value). In addition, the position of the light source 1 may be appropriately adjusted in the X, Y, and Z axis directions.

このように、照明系12は、二次光源の像の形状を変更するのに、従来のような円錐プリズムや絞り等を使用しないので、光量の損失を可能な限り抑えることができる。また、照明系12は、上記のような構成のもと、集光鏡2を構成する反射鏡を適宜移動させることで、二次光源の像を容易に輪帯形状とすることも円形状とすることもできる。さらに、照明系12は、集光鏡2を構成する反射鏡の移動に合わせ、異なる複数の入射光学系4、5を使い分けることで、二次光源の像をさらに様々な形状に変化させることができる。   In this way, the illumination system 12 does not use a conventional conical prism or diaphragm to change the shape of the image of the secondary light source, so that the loss of light quantity can be suppressed as much as possible. In addition, the illumination system 12 can easily change the image of the secondary light source into an annular shape by appropriately moving the reflecting mirror that constitutes the condensing mirror 2 based on the above configuration. You can also Furthermore, the illumination system 12 can change the image of the secondary light source into various shapes by properly using a plurality of different incident optical systems 4 and 5 in accordance with the movement of the reflecting mirror constituting the condenser mirror 2. it can.

以上のように、本実施形態によれば、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を容易に所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供することができる。また、このような照明光学装置を備える露光装置によれば、より高効率化および省電力化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an illumination optical device that easily makes the shape of the image of the secondary light source a desired annular shape or a circular shape while suppressing loss of light amount. Moreover, according to the exposure apparatus provided with such an illumination optical apparatus, it is possible to achieve higher efficiency and power saving.

なお、上記説明では、照明系12において、集光鏡2が5段構成の反射鏡からなる場合を例示した。しかしながら、本発明は、集光鏡2を構成する反射鏡の段数をそれに限定するものではなく、適宜変更可能である。以下、図12〜図14を用いて、集光鏡2の他の構成について具体的に例示する。なお、図12〜図14は、それぞれ、図2および図3の図示方法に準拠した、光源1から発せられた光束が形成する光強度分布を説明するための光学系を示す概略図である。   In the above description, in the illumination system 12, the case where the condensing mirror 2 is formed of a reflecting mirror having a five-stage configuration is illustrated. However, the present invention does not limit the number of reflecting mirrors constituting the condenser mirror 2, and can be changed as appropriate. Hereinafter, other configurations of the condenser mirror 2 will be specifically illustrated with reference to FIGS. 12 to 14. 12 to 14 are schematic diagrams showing optical systems for explaining the light intensity distribution formed by the light beam emitted from the light source 1 in accordance with the method shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

図12は、6段構成の反射鏡からなる集光鏡2’の基準状態を示す。集光鏡2’は、図2(a)に示す第2焦点位置側にある最外殻の第3楕円鏡25を、第4楕円鏡25’および第3球面鏡26で置き換えたような構成となっている。ここで、第4楕円鏡25’は、図2(a)に示す第3楕円鏡25の一部を切り取ったものと見ることができる。そして、光束2501は、第4楕円鏡25’のみで集光される光束と、第1球面鏡22で反射した後に第4楕円鏡25’で集光される光束とを含む。一方、第3球面鏡26は、その曲率中心が第1球面鏡22および第2球面鏡24の曲率中心と一致し、その焦点位置が各楕円鏡21、23、25’の第1焦点位置に一致している。そして、光束2101は、第1楕円鏡21のみで集光される光束と、第3球面鏡26で反射した後に第1楕円鏡21で集光される光束とを含む。この場合、3つの楕円鏡21、23、25’のそれぞれに対して、個別に3つの球面鏡26、24、22が対となり、集光鏡2’は、発光点1aからの光束を集光する。そして、各楕円鏡21、23、25’で集光される各光束2101、230、2501は、それぞれ各球面鏡26、24、22のZ軸方向の位置を変化させることで、第1位置18または第2位置180に形成する光強度分布のピーク強度を変化させ得る。したがって、図12に示した6段構成の集光鏡2’は、図2(a)に示した5段構成の集光鏡2に比べて、第1位置18または第2位置180に形成する光強度分布をより広い範囲で変化させることが可能となる。   FIG. 12 shows a reference state of the condensing mirror 2 ′ composed of a six-stage reflecting mirror. The condensing mirror 2 ′ has a configuration in which the outermost third elliptical mirror 25 on the second focal position side shown in FIG. 2A is replaced with a fourth elliptical mirror 25 ′ and a third spherical mirror 26. It has become. Here, the fourth elliptical mirror 25 ′ can be regarded as a part of the third elliptical mirror 25 shown in FIG. The light beam 2501 includes a light beam collected by only the fourth elliptical mirror 25 ′ and a light beam reflected by the first spherical mirror 22 and then condensed by the fourth elliptical mirror 25 ′. On the other hand, the center of curvature of the third spherical mirror 26 coincides with the center of curvature of the first spherical mirror 22 and the second spherical mirror 24, and the focal position thereof coincides with the first focal position of each of the elliptical mirrors 21, 23, 25 ′. Yes. The light beam 2101 includes a light beam that is collected by only the first elliptical mirror 21 and a light beam that is reflected by the third spherical mirror 26 and then collected by the first elliptical mirror 21. In this case, for each of the three elliptical mirrors 21, 23, 25 ′, three spherical mirrors 26, 24, 22 are individually paired, and the condensing mirror 2 ′ condenses the light flux from the light emitting point 1a. . Then, the luminous fluxes 2101, 230, 2501 collected by the elliptical mirrors 21, 23, 25 ′ change the positions of the spherical mirrors 26, 24, 22 in the Z-axis direction, respectively. The peak intensity of the light intensity distribution formed at the second position 180 can be changed. Therefore, the 6-stage condensing mirror 2 ′ shown in FIG. 12 is formed at the first position 18 or the second position 180, as compared with the 5-stage condensing mirror 2 shown in FIG. The light intensity distribution can be changed in a wider range.

図13(a)は、2段構成の反射鏡からなる集光鏡2’’の基準状態を示す。集光鏡2’’は、第1楕円鏡21’’と第2楕円鏡23’’との2つの楕円鏡を含む。ここで、第1楕円鏡21’’と第2楕円鏡23’’とは、1つの楕円鏡を2つに分割したものであり、第1楕円鏡21’’と第2楕円鏡23’’との第1焦点位置および第2焦点位置は、それぞれ一致している。この場合、光束2102は、第1楕円鏡21’’で反射した後に集光される。一方、光束2302は、第2楕円鏡23’’で反射した後に集光される。   FIG. 13A shows a reference state of the condensing mirror 2 ″ composed of a two-stage reflecting mirror. The condensing mirror 2 "includes two elliptical mirrors, a first elliptical mirror 21" and a second elliptical mirror 23 ". Here, the first elliptical mirror 21 ″ and the second elliptical mirror 23 ″ are obtained by dividing one elliptical mirror into two, and the first elliptical mirror 21 ″ and the second elliptical mirror 23 ″. The first focal position and the second focal position coincide with each other. In this case, the light beam 2102 is collected after being reflected by the first elliptical mirror 21 ″. On the other hand, the light beam 2302 is condensed after being reflected by the second elliptical mirror 23 ″.

図13(b)は、図13(a)に示す基準状態から、集光鏡2’’を構成する各楕円鏡21’’、23’’の位置を移動させた状態を示す。特に図13(b)に示す例では、第1楕円鏡21’’は、−Z方向に移動している。一方、第2楕円鏡23’’は、+Z方向に移動している。この場合、光束2103は、第1楕円鏡21’’で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向マイナス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射する。フーリエ変換光学系42に入射した光束2103は、略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束2103は、第1位置18よりも集光鏡2’’に近い位置で集光するので、図13(a)に示す光束2102よりも大きな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。一方、光束2303は、第2楕円鏡23’’で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向プラス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射する。フーリエ変換光学系42に入射した光束2303は、略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束2303は、第1位置18よりも集光鏡2’’に遠い位置に集光するので、図13(a)に示す光束2302よりも小さな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。   FIG. 13B shows a state in which the positions of the elliptical mirrors 21 ″ and 23 ″ constituting the condenser mirror 2 ″ are moved from the reference state shown in FIG. In particular, in the example illustrated in FIG. 13B, the first elliptical mirror 21 ″ moves in the −Z direction. On the other hand, the second elliptical mirror 23 ″ moves in the + Z direction. In this case, the light beam 2103 is reflected by the first ellipsoidal mirror 21 ″, then condensed on the minus side in the Z-axis direction from the first position 18, and enters the Fourier transform optical system 42. The light beam 2103 incident on the Fourier transform optical system 42 is converted into a substantially parallel light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. At this time, since the light beam 2103 is condensed at a position closer to the condenser mirror 2 ″ than the first position 18, it enters the Fourier transform optical system 42 at an angle larger than that of the light beam 2102 shown in FIG. . On the other hand, after being reflected by the second elliptical mirror 23 ″, the light beam 2303 is condensed on the positive side in the Z-axis direction from the first position 18 and enters the Fourier transform optical system 42. The light beam 2303 incident on the Fourier transform optical system 42 is converted into a substantially parallel light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. At this time, since the light beam 2303 is condensed at a position farther from the first position 18 to the condenser mirror 2 ″, it enters the Fourier transform optical system 42 at an angle smaller than that of the light beam 2302 shown in FIG. .

図13に示すように、第2位置180に形成される輪帯形状の光強度分布を変化させるためには、集光鏡2の最少の構成として楕円鏡が少なくとも2つあれば、輪帯形状の光強度分布の内側径と外側径とをそれぞれ独立して変化させることが可能となる。   As shown in FIG. 13, in order to change the light intensity distribution of the annular zone formed at the second position 180, if there are at least two elliptical mirrors as the minimum configuration of the condenser mirror 2, the annular zone shape It is possible to independently change the inner diameter and the outer diameter of the light intensity distribution.

ここで、図13に示したように楕円鏡のみで構成される集光鏡2’’では、図13(b)に示すように、光源1から照射された光束の一部が、漏れ光2000として、第1楕円鏡21’’と第2楕円鏡23’’との光軸方向の隙間から外部に漏れ出る。このような光の漏出は、すなわち光量の損失であり、極力避けることが望ましい。そこで、漏れ光2000の発生を抑えるために、集光鏡の構成を以下の図14に示すようなものとすることが有効となる。   Here, as shown in FIG. 13, in the condensing mirror 2 ″ composed of only the elliptical mirror as shown in FIG. 13, as shown in FIG. 13B, a part of the light beam emitted from the light source 1 is leaked light 2000. As a result, the first elliptical mirror 21 ″ and the second elliptical mirror 23 ″ leak outside through a gap in the optical axis direction. Such light leakage is a loss of light quantity, and is desirably avoided as much as possible. Therefore, in order to suppress the generation of the leakage light 2000, it is effective to make the configuration of the condenser mirror as shown in FIG.

図14(a)は、3段構成の反射鏡からなる集光鏡2’’’の基準状態を示す。集光鏡2’’’は、図13に示す構成と比較して各楕円鏡の間に球面鏡を加えたものであり、第1楕円鏡21’’’と、第2楕円鏡23’’’と、球面鏡22’’’とを含む。ここで、第1楕円鏡21’’’と第2楕円鏡23’’’との第1焦点位置は、それぞれ一致し、かつ、第2焦点位置も、それぞれ一致している。また、第1楕円鏡21’’’と第2楕円鏡23’’’との第2焦点位置は、それぞれ第1位置18に一致している。また、球面鏡22’’’の曲率中心は、第1楕円鏡21’’’と第2楕円鏡23’’’との第1焦点位置に一致している。この場合、光束2104は、第1楕円鏡21’’’で反射された後に集光される。一方、光束2304は、球面鏡22’’’で反射された後、さらに第2楕円鏡23’’’で反射された後に集光される。   FIG. 14A shows a reference state of the condensing mirror 2 ″ ″ composed of a three-stage reflecting mirror. The condensing mirror 2 ′ ″ is obtained by adding a spherical mirror between the ellipsoidal mirrors as compared with the configuration shown in FIG. 13, and includes a first elliptical mirror 21 ′ ″ and a second elliptical mirror 23 ′ ″. And a spherical mirror 22 '' '. Here, the first focal positions of the first elliptical mirror 21 "" and the second elliptical mirror 23 "" coincide with each other, and the second focal positions also coincide with each other. Further, the second focal positions of the first elliptical mirror 21 ″ ″ and the second elliptical mirror 23 ″ ″ coincide with the first position 18, respectively. In addition, the center of curvature of the spherical mirror 22 "" coincides with the first focal position of the first elliptical mirror 21 "" and the second elliptical mirror 23 "". In this case, the light beam 2104 is collected after being reflected by the first elliptical mirror 21 ″ ″. On the other hand, the light beam 2304 is reflected by the spherical mirror 22 "" and then reflected by the second elliptical mirror 23 "" and then condensed.

図14(b)は、図14(a)に示す基準状態から、集光鏡2’’’を構成する各楕円鏡21’’’、23’’’の位置を移動させた状態を示す。特に図14(b)に示す例では、第1楕円鏡21’’’は、−Z方向に移動している。一方、第2楕円鏡23’’’は、+Z方向に移動している。この場合、光束2105は、第1楕円鏡21’’’で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向マイナス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射する。フーリエ変換光学系42に入射した光束2104は、略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束2104は、第1位置18よりも集光鏡2’’’に近い位置で集光するので、図14(a)に示す光束2104よりも大きな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。一方、光束2305は、第2楕円鏡23’’’で反射された後、第1位置18よりもZ軸方向プラス側に集光し、フーリエ変換光学系42に入射する。フーリエ変換光学系42に入射した光束2305は、略平行光束に変換され、フーリエ変換光学系42の瞳面の第2位置180に輪帯形状の光強度分布を形成する。このとき、光束2305は、第2位置180よりも集光鏡2’’’に遠い位置で集光するので、図14(a)に示す光束2304よりも小さな角度でフーリエ変換光学系42に入射する。   FIG. 14B shows a state in which the positions of the elliptical mirrors 21 ″ ″ and 23 ″ ″ constituting the condenser mirror 2 ″ ″ are moved from the reference state shown in FIG. In particular, in the example illustrated in FIG. 14B, the first elliptical mirror 21 ″ ″ moves in the −Z direction. On the other hand, the second elliptical mirror 23 "" moves in the + Z direction. In this case, the light beam 2105 is reflected by the first ellipsoidal mirror 21 ″ ″, and then condensed on the minus side in the Z-axis direction from the first position 18 and enters the Fourier transform optical system 42. The light beam 2104 incident on the Fourier transform optical system 42 is converted into a substantially parallel light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. At this time, since the light beam 2104 is collected at a position closer to the condenser mirror 2 ′ ″ than the first position 18, it enters the Fourier transform optical system 42 at an angle larger than that of the light beam 2104 shown in FIG. To do. On the other hand, the light beam 2305 is reflected by the second elliptical mirror 23 ″ ″, then condensed on the plus side in the Z-axis direction from the first position 18, and enters the Fourier transform optical system 42. The light beam 2305 incident on the Fourier transform optical system 42 is converted into a substantially parallel light beam, and an annular light intensity distribution is formed at the second position 180 of the pupil plane of the Fourier transform optical system 42. At this time, since the light beam 2305 is collected at a position farther from the second position 180 to the condenser mirror 2 ′ ″, the light beam 2305 is incident on the Fourier transform optical system 42 at a smaller angle than the light beam 2304 shown in FIG. To do.

図14に示すような構成によれば、各楕円鏡を移動させても、図13(b)に示した漏れ光2000が生じることがなく、図13に示す場合と同様に、第1位置180に形成される輪帯形状の光強度分布を変化させることができる。   According to the configuration shown in FIG. 14, even if each elliptical mirror is moved, the leakage light 2000 shown in FIG. 13B does not occur, and the first position 180 is the same as in the case shown in FIG. It is possible to change the light intensity distribution of the zonal shape formed on the surface.

上記の例示を踏まえ、集光鏡が、少なくとも2つの移動可能な楕円鏡と、これらの楕円鏡と同数以下(ゼロを含む)の固定または移動可能な球面鏡とを含むものとすれば、本実施形態に係る照明光学装置は、上記説明した効果を奏するものとなる。   Based on the above illustration, if the condensing mirror includes at least two movable ellipsoidal mirrors and a fixed or movable spherical mirror of the same number or less (including zero) as these ellipsoidal mirrors, this embodiment The illumination optical device according to the embodiment has the above-described effects.

(物品の製造方法)
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、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、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
(Product manufacturing method)
The method for manufacturing an article according to an embodiment of the present invention is suitable, for example, for manufacturing an article such as a microdevice such as a semiconductor device or an element having a fine structure. In the method for manufacturing an article according to the present embodiment, a latent image pattern is formed on the photosensitive agent applied to the substrate using the above-described exposure apparatus (a step of exposing the substrate), and the latent image pattern is formed in this step. Developing the substrate. Further, the manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, and the like). The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

1 光源
1a 発光領域
2 集光部
4 第1入射光学系
5 第2入射光学系
6 オプティカルインテグレーター
12 照明光学装置
21 第1楕円鏡
23 第2楕円鏡
25 第3楕円鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 1a Light emission area 2 Condensing part 4 1st incident optical system 5 2nd incident optical system 6 Optical integrator 12 Illumination optical apparatus 21 1st elliptical mirror 23 2nd elliptical mirror 25 3rd elliptical mirror

Claims (13)

光源からの光束を用いて被照射物を照明する照明光学装置であって、
前記光束を集光する集光部と、
前記集光部に集光された光束を導光する光学系と、
前記光学系を経て入射した光束を前記被照射物に向けて射出するオプティカルインテグレーターと、を有し、
前記光源は、回転対称な発光強度分布を有する発光領域から前記光束を放射し、
前記集光部は、前記発光領域の回転対称軸を光軸とし、前記光軸に対して回転対称で、かつ前記発光領域を囲むように設置され、前記発光領域から放射された前記光束を反射する反射面を有する反射鏡を複数有し、
前記複数の反射鏡のうちの少なくとも2つは、前記反射面が、前記発光領域に焦点を有する楕円面であり、かつ、前記光軸の方向に移動可能である楕円面反射鏡である、
ことを特徴とする照明光学装置。
An illumination optical device that illuminates an irradiated object using a light beam from a light source,
A condensing part for condensing the luminous flux;
An optical system for guiding the light beam condensed on the light collecting unit;
An optical integrator that emits a light beam incident through the optical system toward the irradiated object, and
The light source emits the light flux from a light emitting region having a rotationally symmetric light emission intensity distribution,
The condensing unit is installed so as to be rotationally symmetric with respect to the optical axis with the rotational symmetry axis of the light emitting region as an optical axis, and to surround the light emitting region, and to reflect the light flux emitted from the light emitting region A plurality of reflecting mirrors having a reflecting surface,
At least two of the plurality of reflecting mirrors are ellipsoidal reflecting mirrors in which the reflecting surface is an ellipsoid having a focal point in the light emitting region and is movable in the direction of the optical axis.
An illumination optical device.
前記複数の反射鏡のうちの少なくとも1つは、前記反射面が、前記発光領域に中心点を有する球面である球面反射鏡であり、
前記楕円面反射鏡と、前記球面反射鏡とは、前記光軸の方向に交互に配置され、1つの前記球面反射鏡が反射した光束を、前記発光領域を挟んで対向する1つの前記楕円面反射鏡がさらに反射して前記光学系に入射させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。
At least one of the plurality of reflecting mirrors is a spherical reflecting mirror in which the reflecting surface is a spherical surface having a center point in the light emitting region,
The ellipsoidal reflecting mirror and the spherical reflecting mirror are alternately arranged in the direction of the optical axis, and the one ellipsoidal surface that opposes the light beam reflected by one spherical reflecting mirror across the light emitting region. The reflecting mirror further reflects and enters the optical system,
The illumination optical apparatus according to claim 1.
前記球面反射鏡は、前記光軸の方向に移動可能であることを特徴とする請求項2に記載の照明光学装置。   The illumination optical apparatus according to claim 2, wherein the spherical reflecting mirror is movable in the direction of the optical axis. 前記楕円面反射鏡と、該楕円面反射鏡に隣り合う前記球面反射鏡とは、前記光軸の方向で隙間が生じないように配置されることを特徴とする請求項2または3に記載の照明光学装置。   4. The elliptical reflecting mirror and the spherical reflecting mirror adjacent to the elliptical reflecting mirror are arranged so that no gap is generated in the direction of the optical axis. Illumination optical device. 前記光学系は、光路中に切り換えて着脱可能である第1光学系と第2光学系とを含み、
前記第1光学系は、前記オプティカルインテグレーターの入射面を、前記集光部が前記光源からの光束を集光する位置と光学的に瞳の関係とし、
前記第2光学系は、前記オプティカルインテグレーターの入射面を、前記集光部が前記光源からの光束を集光する位置と光学的に共役な関係とする、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の照明光学装置。
The optical system includes a first optical system and a second optical system that are detachable by switching in an optical path,
The first optical system is configured such that the incident surface of the optical integrator has an optically pupil relationship with a position where the condensing unit condenses the light beam from the light source,
The second optical system has an optically conjugate relationship between the incident surface of the optical integrator and a position where the light collecting unit collects the light beam from the light source.
5. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein
前記第1光学系は、前記集光部が前記光源からの光束を集光する位置に導波管を有し、
前記オプティカルインテグレーターの入射面を、前記導波管の射出面と光学的に瞳の関係とする、
ことを特徴とする請求項5に記載の照明光学装置。
The first optical system has a waveguide at a position where the condensing unit condenses the light beam from the light source,
The optical integrator entrance plane is optically pupil related to the waveguide exit plane,
The illumination optical apparatus according to claim 5.
前記第1光学系と前記第2光学系とに個別に対応し、光路中の前記オプティカルインテグレーターの射出面に切り換えて着脱可能である第1絞りと第2絞りとを有することを特徴とする請求項5または6に記載の照明光学装置。   A first diaphragm and a second diaphragm, which respectively correspond to the first optical system and the second optical system, are detachable by switching to the exit surface of the optical integrator in the optical path. Item 7. The illumination optical device according to Item 5 or 6. 前記楕円面反射鏡または前記球面反射鏡を移動させる反射鏡駆動部と、
前記反射鏡駆動部の動作を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の照明光学装置。
A reflector driving unit for moving the ellipsoidal reflector or the spherical reflector;
A control unit for controlling the operation of the reflector driving unit;
The illumination optical apparatus according to claim 1, comprising:
前記第1光学系と前記第2光学系とを切り換える光学系駆動部と、
前記光学系駆動部の動作を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1項に記載の照明光学装置。
An optical system drive unit for switching between the first optical system and the second optical system;
A control unit for controlling the operation of the optical system driving unit;
The illumination optical apparatus according to claim 5, comprising:
前記制御部は、前記オプティカルインテグレーターに入射する光束の光強度分布が変化するよう、前記反射鏡駆動部または前記光学系駆動部の動作を制御することを特徴とする請求項8または9に記載の照明光学装置。   The said control part controls operation | movement of the said reflective mirror drive part or the said optical system drive part so that the light intensity distribution of the light beam which injects into the said optical integrator changes. Illumination optical device. 原版に形成されているパターンの像を基板に転写する露光装置であって、
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の照明光学装置を備え、
前記照明光学装置は、被照射物である前記原版を照明する、
ことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus for transferring an image of a pattern formed on an original to a substrate,
An illumination optical device according to any one of claims 1 to 10,
The illumination optical device illuminates the original plate which is an object to be irradiated.
An exposure apparatus characterized by that.
前記照明光学装置は、前記オプティカルインテグレーターの射出面に形成される二次光源の像を検出する検出器を有し、
前記露光装置は、
前記光源を変位させる光源駆動部と、
前記検出器の出力に基づいて前記二次光源の光量に関する情報を求める演算部と、
前記情報に基づいて前記光源駆動部の動作を制御する露光制御部と、を備える、
ことを特徴とする請求項11に記載の露光装置。
The illumination optical device has a detector that detects an image of a secondary light source formed on the exit surface of the optical integrator,
The exposure apparatus includes:
A light source driving unit for displacing the light source;
A calculation unit for obtaining information on the light amount of the secondary light source based on the output of the detector;
An exposure control unit that controls the operation of the light source driving unit based on the information,
The exposure apparatus according to claim 11, wherein:
請求項11または12のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 11;
Developing the substrate exposed in the step;
A device manufacturing method comprising:
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