明 細 書 回折光学素子、 照明光学装置、 露光装置および露光方法 技術分野 Description Diffractive optical element, illumination optical device, exposure apparatus and exposure method
本発明は、 回折光学素子、 照明光学装置、 露光装置および露光方法に関し、 特 に半導体素子、 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 をリソダラフィ一工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。 背景技術 The present invention relates to a diffractive optical element, an illumination optical device, an exposure device, and an exposure method, and more particularly to an exposure device for manufacturing microdevices such as semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, and thin-film magnetic heads in a single step. The present invention relates to a suitable illumination optical device. Background art
この種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フライアイ レンズに入射し、 その後側焦点面に多数の光源像からなる二次光源を形成する。 二次光源からの光束は、 フライアイレンズ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。 開口絞りは、 所望 の照明条件 (露光条件) に応じて、 二次光源の形状または大きさを所望の形状ま たは大きさに制限する。 In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source is incident on a fly-eye lens, and then forms a secondary light source composed of a number of light source images on a side focal plane. The luminous flux from the secondary light source is restricted via an aperture stop arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens, and then enters the condenser lens. The aperture stop restricts the shape or size of the secondary light source to a desired shape or size according to a desired illumination condition (exposure condition).
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 てウェハ上に結像する。 こうして、 ウェハ上には、 マスクパターンが投影露光 (転写) される。 なお、 マスクに形成されたパターンは高集積化されており、 こ の微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ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 the mask on which the predetermined pattern is formed in a superimposed manner. Light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) on the wafer. Since the patterns formed on the mask are highly integrated, it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
近年においては、 フライアイレンズの射出側に配置された開口絞りの開口部 (光透過部) の大きさを変化させることにより、 フライアイレンズにより形成さ れる二次光源の大きさを変化させて、 照明のコヒ一レンシィ σ ( σ値 =開口絞り 径 /投影光学系の瞳径、 あるいはひ値=照明光学系の射出側開口数ノ投影光学系 の入射側開口数) を変化させる技術が注目されている。 また、 フライアイレンズ の射出側に配置された開口絞りの開口部の形状を輪帯状や四つ穴状 (すなわち 4
極状) に設定することにより、 フライアイレンズにより形成される二次光源の形 状を輪帯状や 4極状に制限して、 投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技 術が注目されている。 In recent years, the size of the secondary light source formed by the fly-eye lens has been changed by changing the size of the aperture (light transmitting portion) of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens. Attention is focused on technologies that change the illumination coherency σ (σ value = aperture stop diameter / pupil diameter of the projection optical system, or hi value = the exit side numerical aperture of the illumination optical system and the entrance side numerical aperture of the projection optical system). Have been. In addition, the shape of the aperture of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens has a ring shape or a four-hole shape (ie, Attention has been focused on a technology that limits the shape of the secondary light source formed by the fly-eye lens to a ring shape or quadrupole shape by setting the shape to (polar), thereby improving the depth of focus and resolution of the projection optical system. ing.
上述のように、 従来技術では、 二次光源の形状を輪帯状や 4極状等に制限して 変形照明 (輪帯照明や 4極照明等) を行うために、 フライアイレンズにより形成 された比較的大きな二次光源からの光束を輪帯状や 4極状の開口部を有する開口 絞りによって制限している。 換言すると、 従来技術における輪帯照明や 4極照明 等では、 二次光源からの光束の相当部分が開口絞りで遮蔽され、 照明 (露光) に 寄与することがない。 その結果、 開口絞りにおける光量損失により、 マスクおよ びウェハ上での照度が低下し、 露光装置としてのスループットも低下するという 不都合があった。 As described above, in the prior art, the secondary light source was formed by a fly-eye lens in order to perform deformed illumination (eg, annular illumination or quadrupole illumination) by limiting the shape of the secondary light source to an annular or quadrupolar shape. The luminous flux from the relatively large secondary light source is limited by an aperture stop having a ring-shaped or quadrupole-shaped opening. In other words, in the annular illumination and quadrupole illumination in the related art, a substantial part of the light flux from the secondary light source is blocked by the aperture stop, and does not contribute to illumination (exposure). As a result, the illuminance on the mask and the wafer was reduced due to the loss of light amount at the aperture stop, and the throughput as an exposure apparatus was also reduced.
本発明は、 前述の課題に鑑みてなされたものであり、 例えば照明光学装置に用 いられて、 照明瞳面において実質的に均一な 4極状の照度分布等を形成すること のできる回折光学素子を提供することを目的とする。 また、 本発明は、 照明瞳面 において実質的に均一な 4極状の照度分布等を形成する回折光学素子を用いて、 光量損失を抑えつつ良好な 4極照明等の多極照明を行うことのできる照明光学装 置を提供することを目的とする。 さらに、 本発明は、 光量損失を抑えつつ良好な 4極照明等の多極照明等を行うことのできる照明光学装置を用いて、 マスクに最 適な照明条件の下で、 感光性基板上にマスクパターンを忠実に転写することので きる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 発明の開示 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is used for, for example, an illumination optical device, and is capable of forming a substantially uniform quadrupole illuminance distribution or the like on an illumination pupil plane. It is intended to provide an element. Further, the present invention provides a good multipole illumination such as a quadrupole illumination while suppressing a light quantity loss by using a diffractive optical element which forms a substantially uniform quadrupole illuminance distribution or the like on an illumination pupil plane. It is an object of the present invention to provide an illumination optical device capable of performing the following. Furthermore, the present invention uses an illumination optical device capable of performing good multi-pole illumination such as quadrupole illumination while suppressing light quantity loss, and using a light-sensitive substrate under a lighting condition optimal for a mask. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of faithfully transferring a mask pattern. Disclosure of the invention
前記課題を解決するために、 本発明の第 1発明では、 第 1の方向に沿った直線 格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、 In order to solve the above problems, in a first invention of the present invention, a first basic diffractive optical element having a linear grid pattern along a first direction;
前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、 A second basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a second direction different from the first direction,
前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持った光振 幅を発生するパターンを有する第 1補完回折光学素子と、
前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持つた光振 幅を発生するパ夕一ンを有する第 2補完回折光学素子とを備え、 A first complementary diffractive optical element having a pattern for generating a light amplitude having a first phase difference with respect to the light amplitude generated by the first basic diffractive optical element; A second complementary diffractive optical element having a pattern for generating a light amplitude having a second phase difference with respect to the light amplitude generated by the second basic diffractive optical element,
前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記第 1補完回折光 学素子と前記第 2補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴と する回折光学素子を提供する。 A diffractive optical element, wherein the first basic diffractive optical element, the second basic diffractive optical element, the first complementary diffractive optical element, and the second complementary diffractive optical element are substantially densely arranged. provide.
本発明の第 2発明では、 第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基 本回折光学素子と、 In the second invention of the present invention, a first basic diffractive optical element having a linear lattice pattern along the first direction,
前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、 A second basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a second direction different from the first direction,
実質的に偏向作用のない単純透過部とを備え、 With a simple transmission part having substantially no deflection effect,
前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記単純透過部とは ほぼ稠密に配列されていることを特徴とする回折光学素子を提供する。 A diffractive optical element is provided, wherein the first basic diffractive optical element, the second basic diffractive optical element, and the simple transmission portion are arranged substantially densely.
本発明の第 3発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 According to a third aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device for illuminating an irradiated surface,
4極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、 入射光束 を 4つの光束に変換するための第 1発明の回折光学素子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。 An illumination device comprising the diffractive optical element of the first invention for converting an incident light beam into four light beams in order to form a secondary light source having a quadrupolar light intensity distribution on an illumination pupil plane. An optical device is provided.
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、 In a fourth aspect of the present invention, a light source means for supplying a light beam;
前記光源手段からの光束を、 光軸に対して様々な角度成分を有する光束に変換 して、 第 1の所定面へ入射させるための角度光束形成手段と、 Angle light beam forming means for converting the light beam from the light source means into light beams having various angle components with respect to the optical axis, and causing the light beam to enter a first predetermined surface;
前記第 1の所定面に入射した前記様々な角度成分を有する光束に基づいて、 4 極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回折光学素子を含む照野形成手段 と、 An illumination field forming means including a diffractive optical element for forming a quadrupole illumination field on the second predetermined surface based on the light beams having the various angle components incident on the first predetermined surface;
前記第 2の所定面上に形成された前記 4極状の照野からの光束に基づいて、 前 記 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 4極状の二次光源を形成するため のォプティカルインテグレー夕と、 A quadrupole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the quadrupole illumination field is formed based on the light flux from the quadrupole illumination field formed on the second predetermined surface. Optical integrators to perform
前記ォプティカルインテグレー夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学 系とを備え、 A light guiding optical system for guiding a light beam from the optical integrator to the irradiated surface,
前記回折光学素子は、 第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の第
1基本回折光学素子と、 前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子 パターンを有する複数の第 2基本回折光学素子とを備え、 前記複数の第 1基本回 折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子とはほぼ稠密に配列されているこ とを特徴とする照明光学装置を提供する。 The diffractive optical element has a plurality of first gratings each having a linear lattice pattern along a first direction. A first basic diffractive optical element, and a plurality of second basic diffractive optical elements having a linear lattice pattern along a second direction different from the first direction. An illumination optical device is provided, wherein the plurality of second basic diffractive optical elements are arranged substantially densely.
本発明の第 5発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device for illuminating an irradiated surface,
2極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、 入射光束 を 2つの光束に変換するための回折光学素子を備え、 In order to form a secondary light source having a dipole-like light intensity distribution on the illumination pupil plane, a diffractive optical element for converting the incident light beam into two light beams is provided.
前記回折光学素子は、 一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基 本回折光学素子と、 該基本回折光学素子が発生する光振幅に対して所定の位相差 を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の補完回折光学素子とを備え、 前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とはほぼ稠密に配 列されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 The diffractive optical element includes: a plurality of basic diffractive optical elements having a linear grating pattern along a certain direction; and a light amplitude having a predetermined phase difference with respect to a light amplitude generated by the basic diffractive optical element. An illumination optical device, comprising: a plurality of complementary diffractive optical elements each having a pattern to be formed; wherein the plurality of basic diffractive optical elements and the plurality of complementary diffractive optical elements are arranged substantially densely. .
本発明の第 6発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 According to a sixth aspect of the present invention, in the illumination optical device for illuminating the irradiated surface,
2極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、 入射光束 を 2つの光束に変換するための回折光学素子を備え、 In order to form a secondary light source having a dipole-like light intensity distribution on the illumination pupil plane, a diffractive optical element for converting the incident light beam into two light beams is provided.
前記回折光学素子は、 一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基 本回折光学素子と、 実質的に偏向作用のない複数の単純透過部とを備え、 前記複数の基本回折光学素子と前記複数の単純透過部とはほぼ稠密に配列され ていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 The diffractive optical element includes: a plurality of basic diffractive optical elements having a linear grating pattern along a certain direction; and a plurality of simple transmission portions having substantially no deflecting action. There is provided an illumination optical device, wherein the plurality of simple transmission portions are arranged almost densely.
本発明の第 7発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 According to a seventh aspect of the present invention, in the illumination optical device for illuminating the surface to be illuminated,
8極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、 入射光束 を 8つの光束に変換するための回折光学素子を備え、 In order to form a secondary light source having an 8-pole light intensity distribution on the illumination pupil plane, a diffractive optical element for converting the incident light beam into eight light beams is provided.
前記回折光学素子は、 第 1の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 1基本 回折光学素子と、 前記第 1の方向とほぼ直交する第 2の方向に沿った直線格子パ ターンを有する第 2基本回折光学素子と、 前記第 1の方向とほぼ 4 5度をなす第 3の方向に沿った直線格子パターンを有する第 3基本回折光学素子と、 前記第 1 の方向とほぼ 4 5度をなし且つ前記第 3の方向とほぼ直交する第 4の方向に沿つ た直線格子パターンを有する第 4基本回折光学素子とを備え、
前記第 1乃至前記第 4基本回折光学素子はほぼ稠密に配列されていることを特 徴とする照明光学装置を提供する。 The diffractive optical element has a first basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a first direction, and a second basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a second direction substantially orthogonal to the first direction. A basic diffractive optical element, a third basic diffractive optical element having a linear lattice pattern along a third direction substantially 45 degrees with the first direction, and approximately 45 degrees with the first direction. And a fourth basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a fourth direction substantially orthogonal to the third direction, An illumination optical device is provided, wherein the first to fourth basic diffractive optical elements are arranged substantially densely.
本発明の第 8発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 According to an eighth aspect of the present invention, in the illumination optical device for illuminating the irradiated surface,
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を、 光軸に対して 様々な角度成分を有する光束に変換して、 第 1の所定面へ入射させるための角度 光束形成手段と、 前記第 1の所定面に入射した前記様々な角度成分を有する光束 に基づいて、 複数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回折光学素子を 含む照野形成手段とを備え、 A light source unit for supplying a light beam; an angle light beam forming unit for converting the light beam from the light source unit into a light beam having various angle components with respect to an optical axis and causing the light beam to enter a first predetermined surface; An illumination field forming means including a diffractive optical element for forming a multipolar illumination field on a second predetermined surface based on the light beam having the various angle components incident on the first predetermined surface; With
前記回折光学素子は、 所定の回折光学素子パターンを有する複数の基本回折光 学素子をほぼ稠密に配列することにより構成され、 The diffractive optical element is configured by arranging a plurality of basic diffractive optical elements having a predetermined diffractive optical element pattern in a substantially dense manner,
前記角度光束形成手段は、 複数の光学要素からなる光学部材を有し、 The angle light beam forming means has an optical member composed of a plurality of optical elements,
前記回折光学素子は、 前記光学部材の各光学要素に対応する要素光束の中に基 本回折光学素子または補完回折光学素子が合計 4つ以上含まれるように位置決め されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 An illumination characterized in that the diffractive optical element is positioned such that a total of four or more basic diffractive optical elements or complementary diffractive optical elements are included in an element light beam corresponding to each optical element of the optical member. An optical device is provided.
本発明の第 9発明では、 光束を供給するための光源手段と、 In a ninth aspect of the present invention, a light source means for supplying a light beam;
前記光源手段からの光束を、 光軸に対して様々な角度成分を有する光束に変換 して、 第 1の所定面へ入射させるための角度光束形成手段と、 Angle light beam forming means for converting the light beam from the light source means into light beams having various angle components with respect to the optical axis, and causing the light beam to enter a first predetermined surface;
前記第 1の所定面に入射した前記様々な角度成分を有する光束に基づいて、 複 数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回折光学素子を含む照野形成手 段と、 An illumination field forming means including a diffractive optical element for forming a multipole illumination field on a second predetermined surface based on the light beams having various angle components incident on the first predetermined surface. When,
前記第 2の所定面上に形成された前記複数極状の照野からの光束に基づいて、 前記複数極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する複数極状の二次光源を形成す るためのォプティカルインテグレー夕と、 A multi-pole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the multi-pole illumination field is formed based on the light flux from the multi-pole illumination field formed on the second predetermined surface. Optical Integral evening for
前記オプティカルインテグレ一夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学 系とを備え、 A light guiding optical system for guiding a light beam from the optical integrator to the surface to be irradiated,
前記回折光学素子は、 ほぼ正方形状の外形を有し且つ所定の回折光学素子パ夕 ーンを有する複数の基本回折光学素子をほぼ稠密に配列することにより構成され、 前記照野形成手段は、 前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレー夕と
の間の光路中に配置された光学系を有し、 The diffractive optical element is constituted by arranging a plurality of basic diffractive optical elements having a substantially square outer shape and having a predetermined diffractive optical element pattern in a substantially dense manner. The diffractive optical element and the optical integrator Having an optical system arranged in the optical path between
前記複数極状の二次光源を構成する各面光源の大きさを とし、 前記基本回折 光学素子の一辺の長さを Lとし、 光束の中心波長を λとし、 前記光学系の焦点距 離を f としたとき、 The size of each surface light source constituting the multipole secondary light source is defined as, the length of one side of the basic diffractive optical element is defined as L, the center wavelength of the light beam is defined as λ, and the focal length of the optical system is defined as f
L > 2 . 5 X f Χ λ / φ L> 2.5 X f Χ λ / φ
の条件を満足することを特徴とする照明光学装置を提供する。 An illumination optical device characterized by satisfying the following conditions:
本発明の第 1 0発明では、 第 1発明または第 2発明の回折光学素子または第 5 発明または第 6発明の照明光学装置における回折光学素子とほぼ同じ光振幅を発 生することを特徴とする屈折光学素子を提供する。 A tenth aspect of the present invention is characterized in that the diffractive optical element of the first or second aspect of the invention or the illumination optical device of the fifth or sixth aspect of the invention generates substantially the same light amplitude as the diffractive optical element. A refractive optical element is provided.
本発明の第 1 1発明では、 被照射面を照明する照明光学装置において、 所定の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、 入射光束を 所定の断面形状の光束に変換するための第 1 0発明の屈折光学素子を備えている ことを特徴とする照明光学装置を提供する。 According to the eleventh aspect of the present invention, in the illumination optical device for illuminating the illuminated surface, in order to form a secondary light source having a predetermined light intensity distribution on the illumination pupil surface, the incident light beam is converted into a light beam having a predetermined cross-sectional shape. There is provided an illumination optical device comprising the refractive optical element of the tenth invention for conversion.
本発明の第 1 2発明では、 第 3発明〜第 9発明または第 1 1発明の照明光学装 置と、 前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光する 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 twelfth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device according to the third to ninth aspects or the eleventh aspect, and a projection for projecting and exposing a pattern of a mask disposed on the surface to be irradiated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus comprising an optical system.
本発明の第 1 3発明では、 第 3発明〜第 9発明または第 1 1発明の照明光学装 置を介してマスクを照明し、 照明された前記マスクに形成されたパターンの像を 感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。 図面の簡単な説明 According to a thirteenth invention of the present invention, the mask is illuminated via the illumination optical device of the third invention to the ninth invention or the eleventh invention, and an image of a pattern formed on the illuminated mask is formed on a photosensitive substrate. There is provided an exposure method characterized by performing projection exposure on the top. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1図は、 本発明の各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. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to each embodiment of the present invention.
第 2図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回 折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a basic diffraction optical element and a complementary diffraction optical element included in a quadrupole illumination diffractive optical element according to the first embodiment.
第 3図は、 第 2図における各光学素子の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of each optical element in FIG.
第 4図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類 のプロックの構成を概略的に示す図である。
第 5図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の全体構成を概略 的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of four types of blocks included in the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment. FIG. 5 is a diagram schematically showing an entire configuration of a diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment.
第 6図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を 説明する図である。 FIG. 6 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment.
第 7図は、 第 1実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に 4極状の照 野が形成される原理を説明する図である。 FIG. 7 is a view for explaining the principle of forming a quadrupole illumination field on the incidence surface of the microlens array in the first embodiment.
第 8図は、 第 1実施形態においてマイク口レンズァレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。 FIG. 8 is a view showing a quadrupole illumination field formed on the entrance surface of the microphone aperture lens array in the first embodiment.
第 9図は、 第 1実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァレ ィを用いた場合に、 ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレイ の入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。 FIG. 9 shows a quadrupole illumination field formed on the incident surface of the microlens array as an optical integrator when the microlens array is used as the divergent light beam forming element in the first embodiment. FIG.
第 1 0図は、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本 回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a basic diffractive optical element and a complementary diffractive optical element included in the quadrupole illumination diffractive optical element in the second embodiment.
第 1 1図は、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種 類のブロックの構成を概略的に示す図である。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of four types of blocks included in the diffractive optical element for quadrupole illumination in the second embodiment.
第 1 2図は、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子の全体構成を概 略的に示す図である。 FIG. 12 is a diagram schematically showing an overall configuration of a diffractive optical element for quadrupole illumination in the second embodiment.
第 1 3図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 FIG. 13 is a view for explaining a basic operation of the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment.
第 1 4図は、 第 2実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成され る 4極状の照野を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a quadrupole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the second embodiment.
第 1 5図は、 第 2実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァ レイを用いた場合に、 ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレ ィの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。 FIG. 15 shows a quadrupole illumination formed on an entrance surface of a microlens array as an optical integrator when a microlens array is used as a divergent light beam forming element in the second embodiment. It is a figure showing a field.
第 1 6図は、 第 3実施形態における基本回折光学素子および補完回折光学素子 (D l '、 D 2 '、 E l '、 E 2 ' ) の構成を概念的に示す図である。 FIG. 16 is a diagram conceptually showing the configurations of the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical elements (Dl ', D2', El ', E2') in the third embodiment.
第 1 7図は、 光学素子 (D l '、 D 2 '、 E l '、 E 2 ') によって構成されるブ ロック F 1 ' から F 4 ' の構成を概念的に示す図である。
第 1 8図は、 ブロック C 1〜C 4とブロック F 1 '〜F 4 ' とを組み合わせ ることによって合成ブロック D Q 1から D Q 4を構成する概念図である。 FIG. 17 is a diagram conceptually showing the configuration of blocks F 1 ′ to F 4 ′ constituted by optical elements (D 1 ′, D 2 ′, E 1 ′, E 2 ′). FIG. 18 is a conceptual diagram in which synthesized blocks DQ1 to DQ4 are formed by combining blocks C1 to C4 and blocks F1 'to F4'.
第 1 9図は、 多数の合成プロック D Q 1から D Q 4を縦横に稠密に配列するこ とによって構成された第 3実施形態の回折光学素子 6 3の構成を概念的に示す囪 である。 FIG. 19 is a diagram conceptually showing the configuration of a diffractive optical element 63 of the third embodiment configured by arranging a large number of synthetic blocks DQ1 to DQ4 densely vertically and horizontally.
第 2 0図は、 第 3実施形態における 8極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 FIG. 20 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for octupole illumination in the third embodiment.
第 2 1図は、 第 3実施形態においてマイク口レンズァレイの入射面に形成され る 8極状の照野を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing an octupole illumination field formed on the entrance surface of the microphone aperture lens array in the third embodiment.
第 2 2図は、 第 3実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァ レイを用いた場合に、 ォプティカルインテグレ一夕としてのマイクロレンズァレ ィの入射面に形成される 8極状の照野を示す図である。 FIG. 22 shows an octupole pole formed on the incident surface of the microlens array as an optical integrator when the microlens array is used as the divergent light beam forming element in the third embodiment. It is a figure which shows Teruno.
第 2 3図は、 第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子に含まれる基本 回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 23 is a diagram schematically showing a configuration of a basic diffractive optical element and a complementary diffractive optical element included in the dipole optical element for dipole illumination in the fourth embodiment.
第 2 4図は、 第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子の全体構成を概 略的に示す図である。 FIG. 24 is a diagram schematically showing an overall configuration of a dipole optical element for dipole illumination in the fourth embodiment.
第 2 5図は、 第 4実施形態における各光学素子のランダム配置を説明する図で ある。 FIG. 25 is a view for explaining the random arrangement of each optical element in the fourth embodiment.
第 2 6図は、 第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 FIG. 26 is a view for explaining the basic operation of the dipole optical element for dipole illumination in the fourth embodiment.
第 2 7図は、 第 4実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 2極状の照野を示す図である。 FIG. 27 is a view showing a dipole-shaped illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the fourth embodiment.
第 2 8図は、 第 4実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァ ィの入射面に形成される 2極状の照野を示す図である。 FIG. 28 is a diagram showing a dipole-shaped illumination field formed on the entrance surface of the microlens as a divergent light beam forming element in the fourth embodiment.
第 2 9図は、 複数極状の二次光源を構成する各面光源の光強度プロファイルを 模式的に示す図である。 FIG. 29 is a diagram schematically showing a light intensity profile of each surface light source constituting the multipolar secondary light source.
第 3 0図は、 第 1図の露光装置においてマイクロレンズアレイに代えてロッ
ド ·インテグレー夕を用いた場合の要部構成を概略的に示す図である。 FIG. 30 is a block diagram of the exposure apparatus shown in FIG. It is a figure which shows schematically the principal part structure at the time of using a de integrator.
第 3 1 A図は、 ブレーズ型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断 面図である。 FIG. 31A is a cross-sectional view of a blaze-type diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction.
第 3 1 B図は、 多値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図 である。 FIG. 31B is a cross-sectional view of a multilevel diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction.
第 3 1 C図は、 2値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図 である。 FIG. 31C is a cross-sectional view of the binary diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction.
第 3 2図は、 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフロ 一チヤ一卜である。 FIG. 32 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
第 3 3図は、 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフロー チヤ一卜である。 FIG. 33 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
第 3 4図は、 回折光学素子をリソグラフィにより製造するために用いられるマ スクの構成を概略的に示す図である。 FIG. 34 is a diagram schematically showing a configuration of a mask used for manufacturing a diffractive optical element by lithography.
第 3 5図は、 第 3 4図のマスクを用いてガラス基板上に生成された回折光学素 子を示す図である。 FIG. 35 is a diagram showing a diffractive optical element generated on a glass substrate using the mask of FIG.
第 3 6図は、 第 5実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 5極状の照野を示す図である。 FIG. 36 is a diagram showing a pentapole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the fifth embodiment.
第 3 7図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 FIG. 37 is a view for explaining the basic function of the diffractive optical element for five-pole illumination in the fifth embodiment.
第 3 8図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子の全体構成を概 略的に示す図である。 FIG. 38 is a diagram schematically showing an overall configuration of a pentapole illumination diffractive optical element in the fifth embodiment.
第 3 9図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロ ック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 39 is a view schematically showing a configuration of a block element included in the diffractive optical element for five-pole illumination in the fifth embodiment.
第 4 0図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロ ック素子の変形例を概略的に示す図である。 FIG. 40 is a diagram schematically showing a modified example of a block element included in the diffractive optical element for five-pole illumination in the fifth embodiment.
第 4 1図は、 第 6実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成され る 5極状の照野を示す図である。 FIG. 41 is a diagram showing a quintuple-shaped illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the sixth embodiment.
第 4 2図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用
を説明する図である。 FIG. 42 shows the basic operation of the pentapole illumination diffractive optical element in the sixth embodiment. FIG.
第 4 3図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子の全体構成を概 略的に示す図である。 FIG. 43 is a diagram schematically showing an overall configuration of a diffractive optical element for quintuple illumination in the sixth embodiment.
第 4 4図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロ ック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 44 is a diagram schematically showing a configuration of a block element included in the diffractive optical element for quintuple illumination in the sixth embodiment.
第 4 5図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロ ック素子の変形例を概略的に示す図である。 FIG. 45 is a drawing schematically showing a modified example of the block element included in the diffractive optical element for five-pole illumination in the sixth embodiment.
第 4 6図は、 第 7実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成され る 3極状の照野を示す図である。 FIG. 46 is a diagram showing a tripolar illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the seventh embodiment.
第 4 7図は、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 FIG. 47 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for tripolar illumination in the seventh embodiment.
第 4 8図は、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子の全体構成を概 略的に示す図である。 FIG. 48 is a diagram schematically showing an overall configuration of a diffractive optical element for tripolar illumination in the seventh embodiment.
第 4 9図は、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子に含まれるプロ ック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 49 is a diagram schematically showing a configuration of a block element included in the triode illumination diffractive optical element in the seventh embodiment.
第 5 0図は、 第 8実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成され る 9極状の照野を示す図である。 FIG. 50 is a diagram showing a nine-pole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the eighth embodiment.
第 5 1図は、 第 8実施形態における 9極照明用の回折光学素子の基本的な作用 を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 51 is a diagram for explaining the basic operation of the diffractive optical element for nine-pole illumination in the eighth embodiment. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
本発明の実施形態を、 添付図面に基づいて説明する。 第 1図は、 本発明の各実 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 1図において、 感光性基板であるウェハ 1 5の法線方向に沿って Z軸を、 ゥェ ハ 1 5の面内において第 1図の紙面に平行な方向に Y軸を、 ウェハ 1 5の面内に おいて第 1図の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to each embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is set along the normal direction of the wafer 15 as a photosensitive substrate, the Y axis is set in a direction parallel to the plane of FIG. The X-axis is set in the direction perpendicular to the plane of the paper in Fig. 1 within the plane of Fig. 1.
第 1図の露光装置は、 露光光 (照明光) を供給するための光源 1として、 1 9 3 n mの波長の光を供給する A r Fエキシマレーザー光源 (または 2 4 8 n mの
波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ一光源) を備えている。 光源 1から Z 方向に沿って射出された平行光束は、 X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面 を有し、 整形光学系 2に入射する。 整形光学系 2は、 たとえば第 1図の紙面内 (Y Z平面内) において負屈折力を有するレンズと正屈折力を有するレンズとか ら構成されている。 The exposure apparatus shown in Fig. 1 is an ArF excimer laser light source (or 248 nm) that supplies 193 nm wavelength light as the light source 1 for supplying exposure light (illumination light). (KrF excimer laser light source) that supplies light of a wavelength. A parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated in the X direction and enters the shaping optical system 2. The shaping optical system 2 is composed of, for example, a lens having a negative refractive power and a lens having a positive refractive power in the plane of FIG. 1 (within the YZ plane).
整形光学系 2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平行光束 は、 折り曲げミラー 3で Y方向に偏向された後、 回折光学素子 4に入射する。 一 般に、 回折光学素子は、 ガラス基板に露光光 (照明光) の波長程度のピッチを有 する段差を形成することによって構成され、 入射ビームを所望の角度に回折する 作用を有する。 具体的には、 回折光学素子 4は、 入射した矩形状の平行光束を回 折してファーフィールドに円形状の光束を形成する機能を有する発散光束形成素 子である。 The parallel light beam shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section via the shaping optical system 2 is deflected in the Y direction by the bending mirror 3 and then enters the diffractive optical element 4. Generally, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has an action of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 4 is a divergent light beam forming element having a function of diffracting an incident rectangular parallel light beam to form a circular light beam in the far field.
したがって、 回折光学素子 4を介して回折された光束は、 第 1変倍光学系とし てのァフォーカルズームレンズ 5に入射し、 その瞳面に円形状の光束を形成する。 この円形状の光束からの光は、 ァフォーカルズームレンズ 5から射出されて、 複 数極照明 (2極照明、 4極照明、 8極照明) 用の回折光学素子 6に入射する。 ァ フォーカルズームレンズ 5は、 発散光束形成素子としての回折光学素子 4と複数 極照明用の回折光学素子 6とを光学的にほぼ共役な関係に維持しながら、 所定の 範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。 ただし、 第 1図に示すように、 回折光学素子 6は、 回折光学素子 4と光学的に共役な面か ら光源側にわずかに位置ずれしている。 Therefore, the light beam diffracted through the diffractive optical element 4 enters the afocal zoom lens 5 as the first variable power optical system, and forms a circular light beam on the pupil plane. The light from the circular light beam is emitted from the afocal zoom lens 5 and enters the diffractive optical element 6 for multipole illumination (dipole illumination, quadrupole illumination, and octupole illumination). The focal zoom lens 5 continuously increases the magnification in a predetermined range while maintaining the diffractive optical element 4 as a divergent light beam forming element and the diffractive optical element 6 for multipole illumination in an optically almost conjugate relationship. It is configured to be able to change. However, as shown in FIG. 1, the diffractive optical element 6 is slightly displaced from the surface optically conjugate with the diffractive optical element 4 toward the light source.
こうして、 回折光学素子 6には、 光軸 A Xに対してほぼ対称に斜め方向から光 束が入射する。 すなわち、 回折光学素子 4とァフォーカルズームレンズ 5とは、 光源 1からの光束を光軸 A Xに対して様々な角度成分を有する光束に変換して、 回折光学素子 6の入射面 (第 1の所定面) へ入射させるための角度光束形成手段 を構成している。 回折光学素子 6は、 平行光束を入射させた場合にこの光束を回 折して光軸 A Xを中心とした多極状の光束をファ一フィールドに形成する機能を 有する。 回折光学素子 6の詳細な構成および作用については後述する。
回折光学素子 6を介した光束は、 第 2変倍光学系としてのズームレンズ 7を介 して、 オプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズアレイ (またはフラ ィアイレンズ) 8を照明する。 なお、 ズームレンズ 7は、 回折光学素子 6とマイ クロレンズアレイ 8の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。 換言する と、 ズームレンズ 7は、 回折光学素子 6とマイクロレンズアレイ 8の入射面とを 実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。 Thus, the light flux enters the diffractive optical element 6 from the oblique direction substantially symmetrically with respect to the optical axis AX. That is, the diffractive optical element 4 and the afocal zoom lens 5 convert the luminous flux from the light source 1 into luminous fluxes having various angle components with respect to the optical axis AX. (A predetermined surface). The diffractive optical element 6 has a function of, when a parallel light beam is made incident, diffracting the light beam to form a multipolar light beam around the optical axis AX in the far field. The detailed configuration and operation of the diffractive optical element 6 will be described later. The light beam passing through the diffractive optical element 6 illuminates a micro lens array (or fly-eye lens) 8 as an optical integrator through a zoom lens 7 as a second variable power optical system. The zoom lens 7 optically couples the diffractive optical element 6 and the rear focal plane of the micro lens array 8 almost optically. In other words, the zoom lens 7 connects the diffractive optical element 6 and the entrance surface of the microlens array 8 substantially in a Fourier transform relationship.
したがって、 回折光学素子 6を介した光束は、 ズームレンズ 7の後側焦点面 (ひいてはマイクロレンズアレイ 8の入射面) に、 回折光学素子 4による円形状 分布と回折光学素子 6自身による多極ドット状分布とのコンポリューシヨンに基 づく光強度分布、 すなわち光軸 A Xを中心とした複数極状の照野を形成する。 こ のように、 回折光学素子 6とズームレンズ 7とは、 回折光学素子 6の入射面 (第 1の所定面) に入射した様々な角度成分を有する光束に基づいて、 光軸 A Xを中 心とした複数極状の照野をマイクロレンズアレイ 8の入射面 (第 2の所定面) 上 に形成するための照野形成手段を構成している。 この複数極状の照野の幅 (外径 と内径との差の 1 / 2 ) はァフォーカルズームレンズ 5の倍率に依存して変化し、 その全体的な大きさはズームレンズ 7の焦点距離に依存して変化する。 Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element 6 is distributed on the rear focal plane of the zoom lens 7 (and, consequently, the incident surface of the microlens array 8) by the circular distribution of the diffractive optical element 4 and the multipolar dot by the diffractive optical element 6 itself A light intensity distribution based on the composition with the shape distribution, that is, a multipolar illumination field centered on the optical axis AX is formed. As described above, the diffractive optical element 6 and the zoom lens 7 are arranged such that the optical axis AX is centered on the basis of the light beams having various angle components incident on the incident surface (first predetermined surface) of the diffractive optical element 6. The illumination field forming means for forming the multi-polar illumination field on the incident surface (second predetermined surface) of the microlens array 8 is configured. The width (1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter) of the multipole illumination field varies depending on the magnification of the afocal zoom lens 5, and the overall size is the focal length of the zoom lens 7. Varies depending on
マイクロレンズアレイ 8は、 縦横に且つ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る。 マイクロレンズアレイ 8を構成する各 微小レンズは、 マスク 1 3上において形成すべき照野の形状 (ひいてはウェハ 1 5上において形成すべき露光領域の形状) と相似な矩形状の断面を有する。 一般 に、 マイクロレンズアレイは、 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。 The microlens array 8 is an optical element composed of a large number of microlenses having a positive refractive power arranged vertically and horizontally and densely. Each of the microlenses constituting the microlens array 8 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask 13 (and, consequently, the shape of the exposure region to be formed on the wafer 15). Generally, a microlens array is formed by, for example, performing etching on a parallel flat glass plate to form a microlens group.
ここで、 マイクロレンズアレ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。 また、 マイクロレンズアレイ は、 互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、 多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。 しかし ながら、 正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレン ズアレイはフライアイレンズと同じである。 なお、 第 1図では、 図面の明瞭化の
ために、 マイクロレンズアレイ 8を構成する微小レンズの数を実際よりも非常に 少なく表している。 Here, each micro lens constituting the micro lens array is smaller than each lens element constituting the fly-eye lens. Also, unlike a fly-eye lens, which is made up of lens elements that are isolated from each other, a microlens array is formed by integrating a large number of microlenses without being isolated from each other. However, a microlens array is the same as a fly-eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. Note that in FIG. 1 For this reason, the number of microlenses forming the microlens array 8 is shown to be much smaller than the actual number.
したがって、 マイクロレンズアレイ 8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、 マイクロレンズァレイ 8の後側焦点面にはマイクロレン ズアレイ 8への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する 二次光源、 すなわち光軸 A Xを中心とした複数の実質的な面光源からなる複数極 状の二次光源が形成される。 このように、 マイクロレンズアレイ 8は、 その入射 面 (第 2の所定面) 上に形成された複数極状の照野からの光束に基づ て、 複数 極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する複数極状の二次光源を形成するための オプティカルインテグレー夕を構成している。 Therefore, the light beam incident on the microlens array 8 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and the rear focal plane of the microlens array 8 is illuminated by the light beam incident on the microlens array 8. A secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the field, that is, a multipolar secondary light source composed of a plurality of substantially planar light sources centered on the optical axis AX is formed. As described above, the microlens array 8 has the same light intensity as the multi-pole illumination field based on the light flux from the multi-pole illumination field formed on the incident surface (second predetermined surface). It constitutes an optical integrator for forming a multi-pole secondary light source with distribution.
マイクロレンズァレイ 8の後側焦点面に形成された複数極状の二次光源からの 光束は、 必要に応じて複数極状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、 コンデンサー光学系 9の集光作用を受けた後、 照明視野絞りとしてのマスクブラ インド 1 0を重畳的に照明する。 マスクブラインド 1 0の矩形状の開口部 (光透 過部) を介した光束は、 結像光学系 (1 1 a, l i b ) の集光作用を受けた後、 マスク 1 3を重畳的に照明する。 ここで、 結像光学系 (1 1 a, l i b ) はマス クブラインド 1 0とマスク 1 3とを光学的にほぼ共役に結んでおり、 マスク 1 3 上には結像光学系 (1 1 a, l i b ) を介してマスクブラインド 1 0の矩形状の 開口部の像が形成される。 The luminous flux from the multipolar secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 8 is restricted as necessary through an aperture stop having a multipolar light transmitting portion, and the condenser optical system After receiving the light condensing action of 9, the mask blind 10 as an illumination field stop is illuminated in a superimposed manner. The light beam passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 10 receives the light-condensing action of the imaging optical system (11a, lib), and then illuminates the mask 13 in a superimposed manner. I do. Here, the imaging optical system (11a, lib) optically connects the mask blind 10 and the mask 13 almost conjugately, and the imaging optical system (11a , Lib), an image of the rectangular opening of the mask blind 10 is formed.
マスク 1 3は、 二次元的に移動可能なマスクステージ (不図示) 上に支持され ている。 マスク 1 3のパターンを透過した光束は、 投影光学系 1 4を介して、 感 光性基板であるウェハ 1 5上にマスクパターンの像を形成する。 ウェハ 1 5は、 二次元的に移動可能なウェハステージ (不図示) 上に支持されている。 こうして、 投影光学系 1 4の光軸 A Xと直交する平面 (X Y平面) 内においてウェハ 1 5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、 ゥ ェハ 1 5の各露光領域にはマスク 1 3のパターンが逐次露光される。 The mask 13 is supported on a two-dimensionally movable mask stage (not shown). The light flux transmitted through the pattern of the mask 13 forms an image of the mask pattern on the wafer 15 which is a photosensitive substrate via the projection optical system 14. The wafer 15 is supported on a two-dimensionally movable wafer stage (not shown). In this way, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer 15 two-dimensionally in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 14, each wafer 15 The pattern of the mask 13 is sequentially exposed on the exposure area.
なお、 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。 この場合、 マ
スク 1 3上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、 マイクロレンズァ レイ 8の各微小レンズの断面形状も正方形に近い矩形状となる。 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、 マスクおよ びウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対して マスクパターンをスキャン露光する。 この場合、 マスク 1 3上での照明領域の形 状は短辺と長辺との比がたとえば 1 : 3の矩形状であり、 マイクロレンズアレイ 8の各微小レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。 In the batch exposure, a mask pattern is collectively exposed to each exposure region of a wafer according to a so-called step-and-repeat method. In this case, The shape of the illumination area on the disc 13 is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each microlens of the microlens array 8 is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in scan exposure, according to a so-called step-and-scan method, a mask pattern is scanned and exposed on each exposure region of a wafer while moving the mask and the wafer relative to a projection optical system. In this case, the shape of the illumination area on the mask 13 is a rectangular shape with a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each microlens of the microlens array 8 is similar to this. It has a rectangular shape.
各実施形態において、 回折光学素子 6は、 照明光路に対して交換可能に構成さ れた各種の複数極照明用の回折光学素子 6 1〜6 4を備えている。 また、 発散光 束形成素子としての回折光学素子 4に代えて、 たとえば縦横に且つ稠密に配列さ れた多数の正六角形状の微小レンズ (またはレンズエレメント) から構成された マイクロレンズアレイ (またはフライアイレンズ) を用いることもできる。 この 場合、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 正六角形と多極ドットとのコンポ リューションに基づく光強度分布、 すなわち光軸 A Xを中心とした複数極状の照 野が形成され、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面には光軸 A Xを中心とした 複数の実質的な面光源からなる複数極状の二次光源が形成される。 In each embodiment, the diffractive optical element 6 includes various types of diffractive optical elements 61 to 64 for multipole illumination configured to be exchangeable with respect to the illumination optical path. Also, instead of the diffractive optical element 4 as a divergent light beam forming element, for example, a microlens array (or flywheel) composed of a large number of regular hexagonal microlenses (or lens elements) arranged vertically and horizontally and densely. (Eye lens) can also be used. In this case, on the incident surface of the microlens array 8, a light intensity distribution based on a composition of a regular hexagon and a multipolar dot, that is, a multipolar field centered on the optical axis AX is formed. On the rear focal plane of the array 8, a multi-pole secondary light source composed of a plurality of substantially planar light sources centered on the optical axis AX is formed.
(第 1実施形態) (First Embodiment)
第 2図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回 折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 また、 第 3 図は、 第 2図における各光学素子の断面図である。 さらに、 第 4図は、 第 1実施 形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類のプロックの構成を概 略的に示す図である。 また、 第 5図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折 光学素子の全体構成を概略的に示す図である。 さらに、 第 6図は、 第 1実施形態 における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。 FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a basic diffraction optical element and a complementary diffraction optical element included in a quadrupole illumination diffractive optical element according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of each optical element in FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of four types of blocks included in the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment. FIG. 5 is a diagram schematically showing an entire configuration of a diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment. FIG. 6 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment.
第 2図を参照すると、 第 1実施形態の回折光学素子 6 1は、 X方向に沿った直 線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子 A 1と、 Z方向に沿った直線格子 パターンを有する第 2基本回折光学素子 B 1と、 第 1基本回折光学素子 A 1にお ける凸面と凹面とを反転して得られる第 1補完回折光学素子 A 2と、 第 2基本回
折光学素子 B 1における凸面と凹面とを反転して得られる第 2補完回折光学素子 B 2とを備えている。 つまり、 第 2基本回折光学素子 B 1は、 第 1基本回折光学 素子 A 1のパターンを XZ平面において図中反時計廻りに 90度回転させて得ら れるパターンを有する。 また、 第 2補完回折光学素子 B 2は、 第 1補完回折光学 素子 A 2のパターンを X Z平面において図中反時計廻りに 90度回転させて得ら れるパターンを有する。 Referring to FIG. 2, the diffractive optical element 61 of the first embodiment has a first basic diffractive optical element A 1 having a linear grating pattern along the X direction and a linear grating pattern along the Z direction. A second basic diffractive optical element B1, a first complementary diffractive optical element A2 obtained by inverting the convex and concave surfaces of the first basic diffractive optical element A1, A second complementary diffractive optical element B2 obtained by inverting the convex surface and the concave surface of the folding optical element B1 is provided. That is, the second basic diffractive optical element B1 has a pattern obtained by rotating the pattern of the first basic diffractive optical element A1 by 90 degrees counterclockwise in the figure on the XZ plane. Further, the second complementary diffractive optical element B2 has a pattern obtained by rotating the pattern of the first complementary diffractive optical element A2 by 90 degrees counterclockwise in the figure on the XZ plane.
第 2図中において、 斜線部は凸面を、 非斜線部 (空白部) は凹面をそれぞれ示 している。 すなわち、 各光学素子 A 1、 A2、 :61ぉょび82は、 第 3図に示す ように、 凸面と凹面との繰り返しからなる 2値型の回折光学素子パターンを有し、 その凸面および凹面の幅 W (ひいては凸面および凹面のピッチ P (= 2 W)) は 各光学素子の全体に!;つて一定であり、 全体として一辺が長さ L (L=mP : m は整数) の正方形状の外形を有する。 なお、 斜線部が凸面を示し且つ非斜線部 (空白部) が凹面を示す表記は、 他の関連する第 10図および第 23図において も同様である。 In FIG. 2, the hatched portion indicates a convex surface, and the non-hatched portion (blank portion) indicates a concave surface. That is, as shown in FIG. 3, each of the optical elements A 1, A 2, 61 and 82 has a binary diffractive optical element pattern composed of a repetition of a convex surface and a concave surface. The width W (and thus the pitch P (= 2 W) between the convex and concave surfaces) of the entire optical element! ; And the whole has a square outer shape with a length L (L = mP: m is an integer) on one side. The notation in which the hatched portion indicates a convex surface and the non-hatched portion (blank portion) indicates a concave surface is the same in other related FIGS. 10 and 23.
したがって、 第 1補完回折光学素子 A 2は、 第 1基本回折光学素子 A 1が発生 する光振幅に対して 1Z2波長 (180度) の位相差を持った光振幅を発生する パターンを有する。 また、 第 2補完回折光学素子 B 2は、 第 2基本回折光学素子 B 1が発生する光振幅に対して 1Z2波長 (180度) の位相差を持った光振幅 を発生するパターンを有する。 さらに、 各光学素子 A 1、 A2、 B 1および B 2 における凸面と凹面との段差 (凸部と凹部との間の高さ寸法) dは、 回折効率が 最も良くなるように、 すなわち位相差が λΖ2になるように、 次の式 (1) にし たがって設定されている。 Therefore, the first complementary diffractive optical element A2 has a pattern that generates a light amplitude having a phase difference of 1Z2 wavelength (180 degrees) with respect to the light amplitude generated by the first basic diffractive optical element A1. The second complementary diffractive optical element B2 has a pattern that generates a light amplitude having a phase difference of 1Z2 wavelength (180 degrees) with respect to the light amplitude generated by the second basic diffractive optical element B1. Further, the step d between the convex surface and the concave surface (the height dimension between the convex portion and the concave portion) in each of the optical elements A 1, A 2, B 1 and B 2 is set so that the diffraction efficiency becomes the best, that is, the phase difference Is set according to the following equation (1) so that λΖ2.
ά = λ/ { 2 (n 1 -η 2)} (1) ά = λ / {2 (n 1 -η 2)} (1)
ここで、 λは照明光 (露光光) の波長すなわち使用波長であり、 n lは回折光 学素子 6 (61〜64) のガラス基板の使用波長における屈折率であり、 n 2は 照明光路の雰囲気を形成する媒体の使用波長における屈折率である。 具体的に、 使用波長 λを 193 nmとし、 ガラス基板の屈折率を 1. 5とし、 媒体としての 空気または不活性ガスの屈折率を 1. 0とすると、 段差 dは 193 nm程度に設
定されることになる。 Here, λ is the wavelength of the illumination light (exposure light), that is, the wavelength used, nl is the refractive index at the wavelength used of the glass substrate of the diffractive optical element 6 (61 to 64), and n 2 is the atmosphere of the illumination light path. Is the refractive index at the used wavelength of the medium that forms. Specifically, assuming that the used wavelength λ is 193 nm, the refractive index of the glass substrate is 1.5, and the refractive index of air or inert gas as the medium is 1.0, the step d is set to about 193 nm. Will be determined.
また、 各光学素子 A 1、 A 2、 B 1および B 2における凸面および凹面のピッ チ Pは、 回折光学素子 6 (61〜64) に対して設定すべき所望の回折角 0に応 じて、 次の式 (2) にしたがって設定されている。 The pitch P of the convex and concave surfaces of each of the optical elements A 1, A 2, B 1, and B 2 depends on the desired diffraction angle 0 to be set for the diffractive optical element 6 (61 to 64). Is set according to the following equation (2).
P = A/sin0 (2) P = A / sin0 (2)
第 4図を参照すると、 第 1実施形態の回折光学素子 61は、 4種類のブロック C 1〜C4を備えている。 なお、 第 1ブロック C 1では、 8個の第 1基本回折光 学素子 A1と 8個の第 2基本回折光学素子 B 1とが X方向および Z方向の双方向 に沿って交互に配列されている。 また、 第 2ブロック C 2では、 8個の第 1基本 回折光学素子 A 1と 8個の第 2補完回折光学素子 B 2とが X方向および Z方向の 双方向に沿つて交互に配列されている。 Referring to FIG. 4, the diffractive optical element 61 of the first embodiment includes four types of blocks C1 to C4. In the first block C1, eight first basic diffractive optical elements A1 and eight second basic diffractive optical elements B1 are alternately arranged along both directions in the X and Z directions. I have. In the second block C2, eight first basic diffractive optical elements A1 and eight second complementary diffractive optical elements B2 are alternately arranged along both directions in the X and Z directions. I have.
さらに、 第 3ブロック C 3では、 8個の第 1補完回折光学素子 A 2と 8個の第 2基本回折光学素子 B 1とが X方向および Z方向の双方向に沿って交互に配列さ れている。 また、 第 4ブロック C4では、 8個の第 1補完回折光学素子 A2と 8 個の第 2補完回折光学素子 B 2とが X方向および Z方向の双方向に沿って交互に 配列されている。 こうして、 各ブロック C 1〜C4は、 ともに正方形状 (4LX 4L) の外形を有し、 互いに同じ大きさを有する。 Further, in the third block C3, eight first complementary diffractive optical elements A2 and eight second basic diffractive optical elements B1 are alternately arranged along both directions in the X and Z directions. ing. In the fourth block C4, eight first complementary diffractive optical elements A2 and eight second complementary diffractive optical elements B2 are alternately arranged along both directions in the X direction and the Z direction. Thus, each of the blocks C1 to C4 has a square (4LX4L) outer shape, and has the same size as each other.
第 5図を参照すると、 第 1実施形態の回折光学素子 61は、 縦横に且つ稠密に 配列された多数のブロック C 1〜C 4により構成されている。 ここで、 各ブロッ ク C 1〜C 4は互いにほぼ同数であり、 回折光学素子 6 1の矩形状の有効領域 (有効径) 6 1 aの全体に亘つてランダム配置されている。 Referring to FIG. 5, the diffractive optical element 61 of the first embodiment is composed of a large number of blocks C1 to C4 arranged vertically and horizontally and densely. Here, the blocks C1 to C4 have substantially the same number as each other, and are randomly arranged over the entire rectangular effective area (effective diameter) 61a of the diffractive optical element 61.
第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 1実施形 態の回折光学素子 61を設置し、 この回折光学素子 61に平行光束を入射させる と、 マイクロレンズァレイ 8の入射面には第 6図に示すような 4点状の光強度分 布が得られる。 ここで、 光軸 AXを挟んで X方向に沿った 2点状の光強度分布は、 第 1基本回折光学素子 A 1および第 1補完回折光学素子 A 2の作用により形成さ れる。 また、 光軸 AXを挟んで Z方向に沿った 2点状の光強度分布は、 第 2基本 回折光学素子 B 1および第 2補完回折光学素子 B 2の作用により形成される。
第 7図は、 第 1実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に 4極状の照 野が形成される原理を説明する図である。 また、 第 8図は、 第 1実施形態におい てマイクロレンズアレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。 さ らに、 第 9図は、 第 1実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズ ァレイを用いた場合に、 ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァ レイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。 なお、 第 7図では、 発 散光束形成素子としての回折光学素子 4に代えてマイクロレンズアレイ 4 aを用 いた状態を示している。 In the exposure apparatus shown in FIG. 1, the diffractive optical element 61 of the first embodiment is installed at the position of the diffractive optical element 6 for multipole illumination, and a parallel light beam is incident on the diffractive optical element 61. A four-point light intensity distribution as shown in Fig. 6 is obtained on the incident surface 8. Here, a two-point light intensity distribution along the X direction across the optical axis AX is formed by the action of the first basic diffractive optical element A1 and the first complementary diffractive optical element A2. Further, a two-point light intensity distribution along the Z direction with the optical axis AX interposed therebetween is formed by the action of the second basic diffractive optical element B1 and the second complementary diffractive optical element B2. FIG. 7 is a view for explaining the principle of forming a quadrupole illumination field on the incidence surface of the microlens array in the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a quadrupole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the first embodiment. Further, FIG. 9 shows a quadrupole formed on the incident surface of the microlens array as an optical integrator when the microlens array is used as the divergent light beam forming element in the first embodiment. It is a figure which shows Teruno. FIG. 7 shows a state in which a microlens array 4a is used in place of the diffractive optical element 4 as a divergent light beam forming element.
第 7図では、 発散光束形成素子として正六角形状の微小レンズから構成された マイクロレンズアレイ 4 aを用いているので、 その後側焦点面には多数の光源が 形成される。 そして、 多数の光源からの光は、 ァフォ一カルズームレンズ 5の瞳 面には正六角形状の光束 (正六角形状の光強度分布) が形成される。 なお、 発散 光束形成素子として回折光学素子 4が用いられている場合、 前述したように、 7 フォーカルズームレンズ 5の瞳面には円形状の光束 (円形状の光強度分布) が形 成される。 In FIG. 7, since the microlens array 4a composed of regular hexagonal microlenses is used as the divergent light beam forming element, a large number of light sources are formed on the rear focal plane. Light from a number of light sources forms a regular hexagonal light flux (regular hexagonal light intensity distribution) on the pupil plane of the afocal zoom lens 5. When the diffractive optical element 4 is used as the divergent light beam forming element, a circular light beam (circular light intensity distribution) is formed on the pupil plane of the focal zoom lens 5 as described above. .
ァフォーカルズームレンズ 5の瞳面に形成された正六角形状または円形状の光 強度分布からの光束は、 ァフォーカルズームレンズ 5から射出され、 様々な角度 成分を有する光束となって回折光学素子 6 1に入射する。 回折光学素子 6 1に対 して様々な角度成分を有する集光光束が入射すると、 例えば光軸 A Xに平行な光 線 a lは、 回折光学素子 6 1を通過した後、 光軸 AXに対して角度 ± S (— 0側 は不図示) だけ回折した方向に進む。 また、 例えば、 光軸 A Xに対して ± tだけ 角度を持った光線 a 2, a 3は、 回折光学素子 6 1を通過した後、 光軸 A Xに対 して土 (0土 t ) (一 (0土 t ) 側は不図示) だけ回折した方向に進む。 The light beam from the regular hexagonal or circular light intensity distribution formed on the pupil plane of the afocal zoom lens 5 is emitted from the afocal zoom lens 5 and becomes a light beam having various angle components to form the diffractive optical element 6. Incident at 1. When a condensed light beam having various angle components enters the diffractive optical element 61, for example, a light beam al parallel to the optical axis AX passes through the diffractive optical element 61 and then moves with respect to the optical axis AX. It travels in the direction diffracted by an angle ± S (the −0 side is not shown). Also, for example, rays a 2 and a 3 having an angle of ± t with respect to the optical axis AX pass through the diffractive optical element 61 and then pass through the optical axis AX with respect to the soil (0 soil t) (one (0 soil t) side is not shown).
その後、 光線 a l, a 2 , a 3は、 焦点距離 f を有するズームレンズ 7を介し て、 マイクロレンズアレイ 8の入射面に達する。 ·'一方、 マイクロレンズアレイ 4 aにおいて光線 a 1 , a 2 , a 3とは異なる微小レンズ要素を通過した光線 b 1 , b 2 , b 3も、 回折光学素子 6 1およびズームレンズ 7を介して、 マイクロレン ズアレイ 8の入射面において光線 a 1, a 2 , a 3と同じ領域に達する。 換言す
れば、 マイクロレンズァレイ 8の入射面では、 同じ領域が光線 a 1〜 a 3と光線 b l〜b 3とで重畳的に照明される。 Thereafter, the light beams al, a 2 and a 3 reach the entrance surface of the microlens array 8 via the zoom lens 7 having the focal length f. On the other hand, the light beams b 1, b 2, and b 3 that have passed through the microlens elements different from the light beams a 1, a 2, and a 3 in the microlens array 4 a also pass through the diffractive optical element 61 and the zoom lens 7. Thus, the light reaches the same area as the light beams a1, a2, and a3 on the entrance surface of the microlens array 8. Paraphrase Then, on the entrance surface of the microlens array 8, the same area is illuminated in a superimposed manner by the light beams a1 to a3 and the light beams bl to b3.
上述したように、 回折光学素子 6 1に平行光束が入射すると、 マイクロレンズ アレイ 8の入射面には第 6図に示すような 4点状の光強度分布が形成される。 し かしながら、 実際には、 回折光学素子 6 1には平行光束ではなく、 錐体状 (マイ クロレンズアレイ 4 aの場合には正六角錐体状、 回折光学素子 4の場合には円錐 体状) の光束範囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。 こうし て、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 8図または第 9図に示すように、 4点状の光強度分布と円形状または正六角形状の光束とのコンポリューションか らなる 4極状の照明分布 (照野) が形成される。 As described above, when a parallel light beam enters the diffractive optical element 61, a four-point light intensity distribution as shown in FIG. 6 is formed on the incident surface of the microlens array 8. However, in practice, the diffractive optical element 61 is not a parallel beam but a cone (a regular hexagonal pyramid in the case of the microlens array 4a, and a cone in the case of the diffractive optical element 4). A light beam having an angle component defined by the light beam range of the shape is incident. Thus, as shown in FIG. 8 or FIG. 9, the entrance surface of the microlens array 8 is composed of a four-point light intensity distribution and a circular or regular hexagonal light flux. A polar illumination distribution (illumination field) is formed.
その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 4極状の 照野とほぼ同じ光強度分布を有する 4極状の二次光源が形成される。 ここで、 4 極状の二次光源は 4つの円形状または正六角形状の実質的な面光源、 すなわち光 軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z 方向に対称的に配置された 2つの面光源とにより構成されている。 こうして、 第 1実施形態では、 回折光学素子 6 1の作用により、 照明瞳面において実質的に均 一な 4極状の二次光源が形成される。 As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, a quadrupole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the quadrupole illumination field is formed. Here, the quadrupole secondary light source is composed of four circular or regular hexagonal substantial surface light sources, that is, two surface light sources symmetrically arranged in the X direction with the optical axis AX interposed therebetween and the optical axis AX. And two surface light sources symmetrically arranged in the Z-direction. Thus, in the first embodiment, a quadrupolar secondary light source substantially uniform on the illumination pupil plane is formed by the action of the diffractive optical element 61.
第 1実施形態では、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることによ り、 4極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化する ことなく、 各面光源の大きさ (4極状の二次光源に外接する円の半径一 4極状の 二次光源に内接する円の半径) だけを変化させることができる。 一方、 ズ一ムレ ンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変 化させて、 4極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができ る。 In the first embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the distance between the center of each surface light source constituting the quadrupole secondary light source and the optical axis AX does not change. Only the size of the surface light source (the radius of the circle circumscribing the quadrupole secondary light source-the radius of the circle circumscribing the quadrupole secondary light source) can be changed. On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the distance and the size described above can be changed, and the entire quadrupole secondary light source can be enlarged or reduced similarly. You.
なお、 上述の第 1実施形態では、 各ブロック C 1〜C 4において、 横方向およ び縦方向にそれぞれ 4個の光学素子を配列しているが、 これに限定されることな く、 一般的に横方向および縦方向にそれぞれ n個 (n≥2 ) の光学素子を配列す ることにより各ブロック C 1〜C 4を構成することもできる。 第 1実施形態のよ
うに 4種類の光学素子 (A l , A 2 , B 1 , B 2 ) をブロック化してランダム配 列することは、 各光学素子 (A l, A 2, B l, B 2 ) を規 配列する場合に比 ベて、 干渉ノイズに起因する照度むらの低減に有利であることが実験的によって も計算シミュレ一ションによっても確認されている。 In the above-described first embodiment, four optical elements are arranged in each of the blocks C1 to C4 in the horizontal direction and the vertical direction. However, the present invention is not limited to this. Each of the blocks C1 to C4 can also be configured by arranging n (n≥2) optical elements in the horizontal and vertical directions. As in the first embodiment Blocking the four types of optical elements (A 1, A 2, B 1, B 2) and arranging them randomly involves arranging the optical elements (A 1, A 2, B 1, B 2). Compared to the case, it has been confirmed both experimentally and by calculation simulations that it is advantageous for reducing illuminance unevenness caused by interference noise.
(第 2実施形態) (Second embodiment)
第 1実施形態では、 回折光学素子 6 1の作用により、 光軸 A Xを挟んで X方向 に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z方向に対称的に配置さ れた 2つの面光源とからなる十字型 4極状の二次光源を形成している。 これに対 し、 第 2実施形態では、 回折光学素子 6 2の作用により、 光軸 A Xを挟んで X軸 に対して 4 5度をなす方向に対称的に配置された 4つの面光源からなる X型 4極 状の二次光源を形成している。 以下、 第 1実施形態との相違点に着目して、 第 2 実施形態を説明する。 In the first embodiment, by the action of the diffractive optical element 61, two surface light sources arranged symmetrically in the X direction with the optical axis AX interposed therebetween and symmetrically arranged in the Z direction with the optical axis AX interposed therebetween. A cross-shaped quadrupole secondary light source consisting of two surface light sources is also formed. On the other hand, in the second embodiment, by the action of the diffractive optical element 62, the diffractive optical element 62 is composed of four surface light sources symmetrically arranged in a direction of 45 degrees with respect to the X axis with respect to the optical axis AX. An X-type quadrupole secondary light source is formed. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
第 1 0図は、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本 回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 また、 第 1 1図は、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類の ブロックの構成を概略的に示す図である。 また、 第 1 2図は、 第 2実施形態にお ける 4極照明用の回折光学素子の全体構成を概略的に示す図である。 さらに、 第 1 3図は、 第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説 明する図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a basic diffractive optical element and a complementary diffractive optical element included in the quadrupole illumination diffractive optical element in the second embodiment. FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of four types of blocks included in the diffractive optical element for quadrupole illumination in the second embodiment. FIG. 12 is a diagram schematically showing an entire configuration of a diffractive optical element for quadrupole illumination in the second embodiment. Further, FIG. 13 is a diagram for explaining the basic operation of the diffractive optical element for quadrupole illumination in the first embodiment.
第 1 0図を参照すると、 第 2実施形態の回折光学素子 6 2は、 + X方向に対し て + Y軸廻り (図中時計廻りを正の角度として) に + 4 5度をなす方向に沿った 直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子 D 1と、 + Z方向に対して + Y 軸廻りに一 4 5度をなす方向に沿つた直線格子パターンを有する第 2基本回折光 学素子 E 1と、 第 1基本回折光学素子 D 1における凸面と凹面とを反転して得ら れる第 1補完回折光学素子 D 2と、 第 2基本回折光学素子 E 1における凸面と凹 面とを反転して得られる第 2補完回折光学素子 E 2とを備えている。 Referring to FIG. 10, the diffractive optical element 62 according to the second embodiment has a direction of +45 degrees around the + Y axis with respect to the + X direction (clockwise in the figure as a positive angle). A first basic diffractive optical element D 1 having a linear grating pattern along the first and a second basic diffractive optical element having a linear grating pattern along a direction at an angle of +145 degrees around the + Y axis with respect to the + Z direction. E1, the first complementary diffractive optical element D2 obtained by inverting the convex and concave surfaces of the first basic diffractive optical element D1, and the convex and concave surfaces of the second basic diffractive optical element E1 are inverted. And a second complementary diffractive optical element E2 obtained as a result.
つまり、 第 2基本回折光学素子 E 1は、 第 1基本回折光学素子 D 1のパターン を X Z平面において図中反時計廻りに 9 0度回転させて得られるパタ一ンを有す
る。 また、 第 2補完回折光学素子 E 2は、 第 1補完回折光学素子 D 2のパターン を X Z平面において図中反時計廻りに 9 0度回転させて得られるパターンを有す る。 第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、 各光学素子 D l、 D 2、 E 1および E 2は、 凸面と凹面との繰り返しからなる 2値型の回折光学素子パ夕一 ンを有し、 その凸面および凹面の幅 Wは各光学素子の全体に亘つて一定であり、 全体として一辺が長さ L ( L =m P : mは整数) の正方形状の外形を有する。 第 1 1図を参照すると、 第 1実施形態の回折光学素子 6 2は、 4種類のブロッ ク F 1〜F 4を備えている。 なお、 第 1ブロック F 1では、 9個の第 1基本回折 光学素子 D 1と 9個の第 2基本回折光学素子 E 1とが X方向と 4 5度をなす 2つ の方向に沿って交互に配列されている。 また、 第 2ブロック F 2では、 9個の第 1基本回折光学素子 D 1と 9個の第 2補完回折光学素子 E 2とが X方向と 4 5度 をなす 2つの方向に沿つて交互に配列されている。 That is, the second basic diffractive optical element E 1 has a pattern obtained by rotating the pattern of the first basic diffractive optical element D 1 90 degrees counterclockwise in the figure on the XZ plane. You. The second complementary diffractive optical element E 2 has a pattern obtained by rotating the pattern of the first complementary diffractive optical element D 2 by 90 degrees counterclockwise in the figure on the XZ plane. In the second embodiment, as in the first embodiment, each of the optical elements Dl, D2, E1, and E2 is a binary diffractive optical element pattern composed of a repetition of a convex surface and a concave surface. The width W of the convex surface and the concave surface is constant over the whole of each optical element, and has a square outer shape with one side having a length L (L = mP: m is an integer) as a whole. Referring to FIG. 11, the diffractive optical element 62 of the first embodiment includes four types of blocks F1 to F4. In the first block F1, nine first basic diffractive optical elements D1 and nine second basic diffractive optical elements E1 are alternately arranged along two directions which form 45 degrees with the X direction. Are arranged. In the second block F 2, nine first basic diffractive optical elements D 1 and nine second complementary diffractive optical elements E 2 are alternately arranged along two directions forming 45 ° with the X direction. Are arranged.
さらに、 第 3ブロック F 3では、 9個の第 1補完回折光学素子 D 2と 9個の第 2基本回折光学素子 E 1とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿って交互に配 列されている。 また、 第 4ブロック F 4では、 9個の第 1補完回折光学素子 D 2 と 9個の第 2補完回折光学素子 E 2とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿つ て交互に配列されている。 こうして、 各ブロック F 1〜F 4は、 互いに同じ大き さを有する。 Further, in the third block F3, nine first complementary diffractive optical elements D2 and nine second basic diffractive optical elements E1 are alternately arranged along two directions forming 45 degrees with the X direction. They are arranged. In the fourth block F 4, nine first complementary diffractive optical elements D 2 and nine second complementary diffractive optical elements E 2 are alternately arranged along two directions forming 45 ° with the X direction. Are arranged. Thus, each of the blocks F1 to F4 has the same size as each other.
第 1 2図を参照すると、 第 2実施形態の回折光学素子 6 2は、 縦横に且つ稠密 に配列された多数のブロック F 1〜F 4により構成されている。 ここで、 各プロ ック F 1〜F 4は互いにほぼ同数であり、 回折光学素子 6 2の矩形状の有効領域 (有効径) 6 2 aの全体に亘つてランダム配置されている。 このとき、 有効領域 6 2 aにおいて隙間が発生しないように、 多数のブロック F 1〜F 4は所定のマ —ジンをもって配置されている。 Referring to FIG. 12, the diffractive optical element 62 of the second embodiment is composed of a large number of blocks F1 to F4 arranged vertically and horizontally and densely. Here, each of the blocks F 1 to F 4 has substantially the same number as each other, and is randomly arranged over the entire rectangular effective area (effective diameter) 62 a of the diffractive optical element 62. At this time, a large number of blocks F1 to F4 are arranged with a predetermined margin so that no gap is generated in the effective area 62a.
第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 2実施形 態の回折光学素子 6 2を設置し、 この回折光学素子 6 2に平行光束を入射させる と、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 1 3図に示すような X型 4点状の光 強度分布が得られる。 ここで、 光軸 A Xを挟んで + X方向に対して + Y軸廻り
(図中時計廻りを正の角度として) に + 4 5度をなす方向に沿った 2点状の光強 度分布は、 第 1基本回折光学素子 D 1および第 1補完回折光学素子 D 2の作用に より形成される。 また、 光軸 A Xを挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに— 4 5 度をなす方向に沿った 2点状の光強度分布は、 第 2基本回折光学素子 E 1および 第 2補完回折光学素子 E 2の作用により形成される。 In the exposure apparatus shown in FIG. 1, the diffractive optical element 62 of the second embodiment is installed at the position of the diffractive optical element 6 for multipole illumination, and a parallel light beam is made incident on the diffractive optical element 62. An X-shaped four-point light intensity distribution as shown in FIG. 13 is obtained on the incident surface of the array 8. Here, + around the Y axis with respect to the + X direction with the optical axis AX interposed The two-point light intensity distribution along the direction forming +45 degrees (clockwise in the figure as a positive angle) is the same as that of the first basic diffractive optical element D 1 and the first complementary diffractive optical element D 2. It is formed by action. In addition, the two-point light intensity distribution along a direction forming −45 degrees around the + Y axis with respect to the + Z direction with respect to the optical axis AX is represented by the second basic diffractive optical element E 1 and the second complementarity. It is formed by the action of the diffractive optical element E2.
したがって、 第 2実施形態において、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 1 4図または第 1 5図に示すように、 X型 4点状の光強度分布と円形状または 正六角形状の光束とのコンポリューシヨンからなる 4極状の照明分布 (照野) が 形成される。 その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する X型 4極状の二次光源が形成される。 こうして、 第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、 回折光学素子 6 2の 作用により、 照明瞳面において実質的に均一な 4極状の二次光源が形成される。 また、 第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、 ァフォーカルズームレ ンズ 5の倍率を変化させることにより、 4極状の二次光源を構成する各面光源の 中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、 各面光源の大きさだけを変化させ ることができる。 一方、 ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 上 述の距離および大きさの双方を変化させて、 4極状の二次光源の全体を相似的に 拡大または縮小させることができる。 さらに、 各ブロック F 1〜F 4における光 学素子の配列方法についても、 第 1実施形態と同様に様々な変形例が可能である。 Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 14 or FIG. 15, the incident surface of the microlens array 8 has an X-shaped four-point light intensity distribution and a circular or regular hexagonal light flux. A four-pole illumination distribution (illumination field) consisting of the above composition is formed. As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, an X-type quadrupole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the quadrupole illumination field is formed. Thus, in the second embodiment, as in the first embodiment, a quadrupole secondary light source substantially uniform on the illumination pupil plane is formed by the action of the diffractive optical element 62. Also, in the second embodiment, as in the first embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the center of each surface light source constituting the quadrupole secondary light source, the optical axis AX, It is possible to change only the size of each surface light source without changing the distance. On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the distance and the size described above are changed, and the entire quadrupole secondary light source can be similarly enlarged or reduced. Further, as for the method of arranging the optical elements in each of the blocks F1 to F4, various modifications are possible as in the first embodiment.
(第 3実施形態) (Third embodiment)
第 1実施形態では回折光学素子 6 1の作用により十字型 4極状の二次光源を形 成し、 第 2実施形態では回折光学素子 6 2の作用により X型 4極状の二次光源を 形成している。 これに対し、 第 3実施形態では、 回折光学素子 6 1の作用と回折 光学素子 6 2の作用との合成により、 8極状の二次光源を形成している。 以下、 第 1実施形態および第 2実施形態との相違点に着目して、 第 3実施形態を説明す る。 In the first embodiment, a cross-shaped quadrupole secondary light source is formed by the action of the diffractive optical element 61, and in the second embodiment, an X-shaped quadrupole secondary light source is formed by the action of the diffractive optical element 62. Has formed. In contrast, in the third embodiment, an octupole secondary light source is formed by combining the operation of the diffractive optical element 61 and the operation of the diffractive optical element 62. Hereinafter, the third embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment and the second embodiment.
第 3実施形態において 8極照明用の回折光学素子 6 3は、 第 1実施形態におけ る 4極照明用の回折光学素子 6 1に含まれる 4種類の光学素子 (A l , A 2 , B
1, B 2) と、 第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子 62に含まれる 4種類の光学素子 (D l, D 2, E 1 , E 2) に類似の (D l ', D 2 ', E 1 ', E 2') とを備えている。 また、 第 3実施形態の回折光学素子 63は、 ブロック 01〜 4と? 1, 〜F4, とを含む 4種類のブロック DQ 1〜DQ4を備えて いる。 In the third embodiment, the diffractive optical element 63 for octopole illumination is composed of four types of optical elements (A 1, A 2, B 2) included in the diffractive optical element 61 for quadrupole illumination in the first embodiment. 1, D 2), and (D l ′, D l, D 2) similar to the four types of optical elements (D l, D 2, E 1, E 2) included in the quadrupole illumination diffractive optical element 62 in the second embodiment. D 2 ′, E 1 ′, E 2 ′). Also, the diffractive optical element 63 of the third embodiment has blocks 01 to 4? It has four types of blocks DQ1 to DQ4 including 1, to F4.
第 16図は、 第 3実施形態における基本回折光学素子および補完回折光学素子 (D 1 D2'、 E l '、 E 2 ') の構成を概念的に示す図である。 下記で述べる ようにブロック C 1〜C 4と合成するために、 正方形境界と直線回折格子のパタ —ンは 45度の傾きをもってパタニングされている。 第 17図は、 光学素子 (D 1,、 D2,、 E l,、 E 2 ') によって構成されるブロック F 1 ' から F4, の構 成を概念的に示す図である。 第 18図は、 ブロック C 1〜C 4とブロック F 1 '〜F4, とを組み合わせることによって合成ブロック DQ 1から DQ4を構成 する概念図である。 第 19図は、 多数の合成ブロック DQ 1から DQ4を縦横に 稠密に配列することによって構成された第 3実施形態の回折光学素子 63の構成 を概念的に示す図である。 ここで、 各合成ブロック DQ 1〜DQ4は互いにほぼ 同数であり、 回折光学素子 63の矩形状の有効領域の全体に亘つてランダムに配 置されている。 FIG. 16 is a diagram conceptually showing the configurations of a basic diffractive optical element and complementary diffractive optical elements (D 1 D 2 ′, E l ′, E 2 ′) in the third embodiment. As described below, the patterns of the square boundary and the linear diffraction grating are patterned with a 45-degree inclination in order to combine them with blocks C1 to C4. FIG. 17 is a diagram conceptually showing the configuration of blocks F 1 ′ to F 4, which are constituted by optical elements (D 1, D 2, E 1, E 2 ′). FIG. 18 is a conceptual diagram of composing blocks DQ1 to DQ4 by combining blocks C1 to C4 and blocks F1 ′ to F4. FIG. 19 is a diagram conceptually showing a configuration of a diffractive optical element 63 of the third embodiment configured by arranging a large number of composite blocks DQ1 to DQ4 vertically and horizontally. Here, each of the composite blocks DQ1 to DQ4 has substantially the same number as each other, and is randomly arranged over the entire rectangular effective area of the diffractive optical element 63.
第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 3実施形 態の回折光学素子 63を設置し、 この回折光学素子 63に平行光束を入射させる と、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 20図に示すような 8点状の光強度 分布が得られる。 ここで、 光軸 AXを挟んで X方向に沿った 2点状の光強度分布 は、 第 1基本回折光学素子 A 1および第 1補完回折光学素子 A 2の作用により形 成される。 また、 光軸 AXを挟んで Z方向に沿った 2点状の光強度分布は、 第 2 基本回折光学素子 B 1および第 2補完回折光学素子 B 2の作用により形成される。 さらに、 光軸 AXを挟んで + X方向に対して + Y軸廻り (図中時計廻りを正の 角度として) に +45度をなす方向に沿った 2点状の光強度分布は、 第 1基本回 折光学素子 D 1 ' および第 1補完回折光学素子 D 2' の作用により形成される。 また、 光軸 AXを挟んで +Z方向に対して + Y軸廻りに一 45度をなす方向に沿
つた 2点状の光強度分布は、 第 2基本回折光学素子 E 1 ' および第 2補完回折光 学素子 E 2 ' の作用により形成される。 In the exposure apparatus shown in FIG. 1, the diffractive optical element 63 of the third embodiment is installed at the position of the diffractive optical element 6 for multipole illumination, and a parallel light beam is incident on the diffractive optical element 63. An 8-point light intensity distribution as shown in FIG. Here, a two-point light intensity distribution along the X direction across the optical axis AX is formed by the action of the first basic diffractive optical element A1 and the first complementary diffractive optical element A2. Further, a two-point light intensity distribution along the Z direction across the optical axis AX is formed by the action of the second basic diffractive optical element B1 and the second complementary diffractive optical element B2. Furthermore, a two-point light intensity distribution along a direction forming +45 degrees around the + Y axis with respect to the + X direction with respect to the optical axis AX (clockwise in the figure as a positive angle) is the first point. It is formed by the action of the basic diffraction optical element D 1 ′ and the first complementary diffraction optical element D 2 ′. In addition, the optical axis AX is interposed along the + Z direction at +45 degrees around the + Y axis. The two-point light intensity distribution is formed by the action of the second basic diffractive optical element E 1 ′ and the second complementary diffractive optical element E 2 ′.
したがって、 第 3実施形態において、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 2 1図または第 2 2図に示すように、 8点状の光強度分布と円形状または正六 角形状の光束とのコンボリューシヨンからなる 8極状の照明分布 (照野) が形成 される。 その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 8 極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 8極状の二次光源が形成される。 こう して、 第 3実施形態では、 回折光学素子 6 3の作用により、 照明瞳面において実 質的に均一な 8極状の二次光源が形成される。 Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 21 or FIG. 22, the incident surface of the microlens array 8 has a light intensity distribution of eight points and a circular or regular hexagonal light flux. An 8-pole illumination distribution (illumination field) consisting of convolution is formed. As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, an octupole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the octupole illumination field is formed. Thus, in the third embodiment, the action of the diffractive optical element 63 forms a substantially uniform octupole secondary light source on the illumination pupil plane.
第 3実施形態では、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることによ り、 8極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化する ことなく、 各面光源の大きさだけを変化させることができる。 一方、 ズームレン ズ 7の焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変化 させて、 8極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 (第 4実施形態) In the third embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the distance between the center of each surface light source constituting the octupole secondary light source and the optical axis AX does not change. Only the size of the surface light source can be changed. On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the above-described distance and size can be changed, so that the entire 8-pole secondary light source can be similarly enlarged or reduced. (Fourth embodiment)
第 1実施形態および第 2実施形態では、 回折光学素子 6 1または 6 2の作用に より、 4極状の二次光源を形成している。 これに対し、 第 4実施形態では、 回折 光学素子 6 4の作用により、 2極状の二次光源を形成している。 以下、 第 1実施 形態および第 2実施形態との相違点に着目して、 第 4実施形態を説明する。 In the first and second embodiments, a quadrupole secondary light source is formed by the action of the diffractive optical element 61 or 62. On the other hand, in the fourth embodiment, a dipole secondary light source is formed by the action of the diffractive optical element 64. Hereinafter, the fourth embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment and the second embodiment.
第 2 3図は、 第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子に含まれる基本 回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 また、 第 2 4図は、 第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子の全体構成を概略的 に示す図である。 さらに、 第 2 5図は、 第 4実施形態における各光学素子のラン ダム配置を説明する図である。 FIG. 23 is a diagram schematically showing a configuration of a basic diffractive optical element and a complementary diffractive optical element included in the dipole optical element for dipole illumination in the fourth embodiment. FIG. 24 is a diagram schematically showing the entire configuration of a dipole optical element for dipole illumination in the fourth embodiment. FIG. 25 is a diagram illustrating a random arrangement of each optical element in the fourth embodiment.
第 1実施形態および第 2実施形態では、 基本回折光学素子 (A l , B 1 , D 1 , E 1 ) が発生する光束の位相を 0位相とすると、 補完回折光学素子 (A 2 , B 2 , D 2, E 2 ) が発生する光束の位相が 7T位相になるように設定している。 換言す れば、 補完回折光学素子 (A 2 , B 2 , D 2 , E 2 ) は、 基本回折光学素子 (A
1, B l, D 1 , E l ) が発生する光振幅に対して 7Γの位相差を持った光振幅を 発生するように設定されている。 これに対し、 第 4実施形態では、 基本回折光学 素子 G 1が発生する光束の位相を 0位相とすると、 第 1〜第 3補完回折光学素子 G 2〜G 4が発生する光束の位相が、 それぞれ 7T / 2位相、 π位相、 3 π Ζ 2位 相になるように設定している。 In the first embodiment and the second embodiment, assuming that the phase of the light beam generated by the basic diffractive optical elements (A 1, B 1, D 1, E 1) is 0, the complementary diffractive optical elements (A 2, B 2 , D 2, E 2) are set so that the phase of the luminous flux is 7T phase. In other words, the complementary diffractive optical element (A 2, B 2, D 2, E 2) is 1, Bl, D1, El) are set to generate an optical amplitude with a phase difference of 7 ° with respect to the optical amplitude generated. In contrast, in the fourth embodiment, assuming that the phase of the light beam generated by the basic diffractive optical element G1 is 0 phase, the phase of the light beam generated by the first to third complementary diffractive optical elements G2 to G4 is The phase is set to 7T / 2 phase, π phase, and 3πΖ2 phase, respectively.
この場合、 基本回折光学素子 G 1は、 たとえば第 1実施形態の基本回折光学素 子 A 1と同じパターンを有する。 また、 第 2補完回折光学素子 G 3は、 第 1実施 形態の補完回折光学素子 A 2と同じパターン (基本回折光学素子 A 1を反転させ たパターン) を有する。 なお、 簡単のために、 第 2 3図では、 基本回折光学素子 および補完回折光学素子中に含まれる凹凸部分の本数を減らして表記してある。 実際には、 凹凸のペアを 1ピッチ分として、 5ピッチ以上の凹凸パターンが含ま れるように光学素子の外形 (大きさ) を設定することが望ましい。 In this case, the basic diffractive optical element G1 has, for example, the same pattern as the basic diffractive optical element A1 of the first embodiment. The second complementary diffractive optical element G3 has the same pattern as the complementary diffractive optical element A2 of the first embodiment (a pattern obtained by inverting the basic diffractive optical element A1). For the sake of simplicity, in FIG. 23, the number of uneven portions included in the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element is reduced. In practice, it is desirable to set the outer shape (size) of the optical element so that a pair of concaves and convexes is equivalent to one pitch and a concave and convex pattern of 5 pitches or more is included.
一方、 位相差が πΖ 2である第 1補完回折光学素子 G 2は、 基本回折光学素子 G 1のパターンを、 凹凸パターンのピッチ Ρの 1 Z 4だけシフ卜することにより 得られる。 また、 位相差が 3 ττΖ 2である第 3補完回折光学素子 G 4は、 基本回 折光学素子 G 1のパターンを、 3 Ρ Ζ 4だけシフトすることにより得られる。 す なわち、 第 3補完回折光学素子 G 4は、 第 1補完回折光学素子 G 2を位相的に反 転させたパターンを有する。 また、 各光学素子 G 1〜G 4は、 ともに正方形状の 外形 (境界) を有し、 互いにほぼ同じ大きさを有する。 On the other hand, the first complementary diffractive optical element G2 having a phase difference of πΖ2 is obtained by shifting the pattern of the basic diffractive optical element G1 by 1Z4, which is the pitch の of the concavo-convex pattern. The third complementary diffractive optical element G4 having a phase difference of 3ττ 32 is obtained by shifting the pattern of the basic diffraction optical element G1 by 3Ρ4. That is, the third complementary diffractive optical element G4 has a pattern in which the first complementary diffractive optical element G2 is inverted in phase. Each of the optical elements G1 to G4 has a square outer shape (boundary), and has substantially the same size as each other.
第 4実施形態では、 基本回折光学素子 G 1および第 1〜第 3補完回折光学素子 G 2〜G 4がそれぞれ発生する光束の強度分布 (光の発散方向や強さ) は同じで あるが、 その強度分布を規定する光振幅の位相部分のみが異なっている。 このよ うに、 強度分布が同じで且つ位相が互いに異なる 4種類の光束をランダムに混合 することによって、 規則的な干渉ノイズを格段に低減することが可能になる。 第 2 4図を参照すると、 第 4実施形態の 2極照明用の回折光学素子 6 4は、 縦 横に且つ稠密に配列された多数の基本回折光学素子 G 1と第 1補完回折光学素子 G 2と第 2補完回折光学素子 G 3と第 3補完回折光学素子 G 4とにより構成され ている。 また、 各素子 G 1〜G 4は互いにほぼ同数であり、 回折光学素子 6 4の
矩形状の有効領域 (有効径) 6 4 aの全体に亘つてランダム配置されている。 各素子 G 1〜G 4をランダム配置するには、 第 2 5図に示すように、 (3, 2 , 1, 0 ) の乱数列の 0を基本回折光学素子 G 1に対応させ、 1を第 1補完回折光 学素子 G 2に対応させ、 2を第 2補完回折光学素子 G 3に対応させ、 3を第 3補 完回折光学素子 G 4に対応させて乱数表を作成する。 ここで乱数列としては、 0 〜 3の数字をそれぞれほぼ同数含むものを選択して使用する。 そして、 作成した 乱数表にしたがって各素子 G 1〜G 4のパターンを配列することにより、 第 2 4 図に示すような回折光学素子 6 4の構成が得られる。 In the fourth embodiment, the intensity distributions (light divergence directions and intensities) of the light beams generated by the basic diffractive optical element G1 and the first to third complementary diffractive optical elements G2 to G4 are the same. Only the phase portion of the light amplitude that defines the intensity distribution differs. In this way, by randomly mixing four types of light fluxes having the same intensity distribution and different phases, regular interference noise can be significantly reduced. Referring to FIG. 24, the diffractive optical element 64 for dipole illumination of the fourth embodiment includes a number of basic diffractive optical elements G 1 and a first complementary diffractive optical element G 1 that are arranged vertically and horizontally and densely. 2 and a second complementary diffractive optical element G3 and a third complementary diffractive optical element G4. The numbers of the elements G 1 to G 4 are almost the same as each other, and the diffractive optical elements 64 The rectangular effective area (effective diameter) 64 is randomly arranged over the whole area. To randomly arrange the elements G1 to G4, as shown in FIG. 25, 0 in the random number sequence of (3, 2, 1, 0) corresponds to the basic diffractive optical element G1, and 1 A random number table is created by associating the first complementary diffractive optical element G2, 2 with the second complementary diffractive optical element G3, and 3 with the third complementary diffractive optical element G4. Here, as the random number sequence, a sequence containing substantially the same number of numbers 0 to 3 is selected and used. Then, by arranging the patterns of the respective elements G1 to G4 according to the created random number table, the configuration of the diffractive optical element 64 as shown in FIG. 24 is obtained.
第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 4実施形 態の回折光学素子 6 4を設置し、 この回折光学素子 6 4に平行光束を入射させる と、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 2 6図に示すような 2点状の光強度 分布が得られる。 したがって、 第 4実施形態において、 マイクロレンズアレイ 8 の入射面には、 第 2 7図または第 2 8図に示すように、 2点状の光強度分布と円 形状または正六角形状の光束とのコンポリューションからなる 2極状の照明分布 (照野) が形成される。 In the exposure apparatus shown in FIG. 1, the diffractive optical element 64 of the fourth embodiment is installed at the position of the diffractive optical element 6 for multipole illumination, and a parallel light beam is made incident on the diffractive optical element 64. On the incident surface of the array 8, a two-point light intensity distribution as shown in FIG. 26 is obtained. Therefore, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 27 or FIG. 28, the incident surface of the microlens array 8 is formed by a two-point light intensity distribution and a circular or regular hexagonal light beam. A dipole illumination distribution (illumination field) consisting of the composition is formed.
その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 2極状の 照野とほぼ同じ光強度分布を有する 2極状の二次光源が形成される。 こうして、 第 4実施形態では、 回折光学素子 6 4の作用により、 照明瞳面において実質的に 均一な 2極状の二次光源が形成される。 As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, a dipole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the dipole illumination field is formed. Thus, in the fourth embodiment, a substantially uniform dipole-shaped secondary light source is formed on the illumination pupil plane by the action of the diffractive optical element 64.
第 4実施形態では、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることによ り、 2極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化する ことなく、 各面光源の大きさだけを変化させることができる。 一方、 ズームレン ズ 7の焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変化 させて、 2極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 なお、 第 4実施形態では、 基本回折光学素子 G 1が第 1実施形態の基本回折光 学素子 A 1と同じパターンを有するので、 光軸 A Xを挟んで X方向に対称な 2極 状の二次光源が形成されている。 しかしながら、 基本回折光学素子 G 1が第 1実 施形態の基本回折光学素子 B 1と同じパターンを有する場合、 光軸 A Xを挟んで
Z方向に対称な 2極状の二次光源を形成することができる。 また、 基本回折光学 素子 G 1が第 2実施形態の基本回折光学素子 D 1または E 1と同じパターンを有 する場合、 光軸 A Xを挟んで X方向に対して 4 5度をなす方向に対称な 2極状の 二次光源を形成することができる。 In the fourth embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the distance between the center of each surface light source constituting the dipole secondary light source and the optical axis AX does not change. Only the size of the surface light source can be changed. On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the distance and the size described above can be changed, and the entire dipole secondary light source can be similarly enlarged or reduced. In the fourth embodiment, since the basic diffractive optical element G1 has the same pattern as the basic diffractive optical element A1 of the first embodiment, a dipole bilaterally symmetric with respect to the optical axis AX in the X direction. A secondary light source is formed. However, when the basic diffractive optical element G1 has the same pattern as the basic diffractive optical element B1 of the first embodiment, the optical axis AX is sandwiched. It is possible to form a dipole secondary light source symmetrical in the Z direction. When the basic diffractive optical element G1 has the same pattern as the basic diffractive optical element D1 or E1 of the second embodiment, it is symmetrical with respect to the optical axis AX in a direction at 45 degrees with respect to the X direction. It is possible to form a bipolar secondary light source.
また、 第 4実施形態では、 基本回折光学素子と補完回折光学素子とで合計 4種 類の位相をランダム配置する場合について説明したが、 これに限定されることな く、 さらに位相の種類を増加して (さらに補完回折光学素子の種類数を増加し て)、 さらに均一な照明を行うことができる。 一般に、 1つの基本回折光学素子 に対して位相の異なる複数の補完回折光学素子を設定する場合、 干渉ノイズの低 減効果を向上させるために、 位相差はほぼ等間隔で変化することが好ましい。 第 1実施形態〜第 3実施形態のように補完回折光学素子が 1種類の場合には、 基本回折光学素子に対して補完回折光学素子の位相が πだけずれているのが望ま しく、 基本回折光学素子と補完回折光学素子とをランダム配列することによって 最低限のランダム位相効果を達成することができる。 この場合、 補完回折光学素 子の種類が少なく、 パタンエングが楽になるという利点がある。 なお、 複数種類 の補完回折光学素子を設定する手法は、 上述の第 1実施形態〜第 3実施形態に対 しても適用可能である。 In the fourth embodiment, a case has been described in which a total of four types of phases are randomly arranged in the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element. However, the present invention is not limited to this, and the types of phases are further increased. Then (even more types of complementary diffractive optical elements), more uniform illumination can be performed. In general, when a plurality of complementary diffractive optical elements having different phases are set for one basic diffractive optical element, it is preferable that the phase difference changes at substantially equal intervals in order to improve the effect of reducing interference noise. When one kind of complementary diffractive optical element is used as in the first to third embodiments, it is desirable that the phase of the complementary diffractive optical element is shifted by π with respect to the basic diffractive optical element. By randomly arranging the optical element and the complementary diffractive optical element, a minimum random phase effect can be achieved. In this case, the number of types of complementary diffractive optical elements is small, and there is an advantage that patterning becomes easy. The method of setting a plurality of types of complementary diffractive optical elements can be applied to the above-described first to third embodiments.
上述のように照明瞳面に複数極状の二次光源を形成する場合、 二次光源を構成 する各面光源の光強度分布はトップハツト状であることが理想的である。 しかし ながら、 実際には、 回折により周辺 (エッジ) において光強度が緩慢に低下する 現象 (いわゆる周辺ダレ) が起こる。 特に、 ライン ·アンド ·スペースパターン における回折の影響よりも、 光学素子それ自体の周期性に依存する 1次光による 周辺ダレを極力低減する必要がある。 When a secondary light source having a plurality of poles is formed on the illumination pupil plane as described above, it is ideal that the light intensity distribution of each of the surface light sources constituting the secondary light source has a top hat shape. However, in reality, a phenomenon (so-called peripheral sag) in which the light intensity decreases slowly at the periphery (edge) due to diffraction occurs. In particular, it is necessary to minimize peripheral sag due to primary light, which depends on the periodicity of the optical element itself, rather than the effect of diffraction on the line-and-space pattern.
すなわち、 例えば第 1実施形態における回折素子 (ブロック) C 1では、 第 4 図に示すように A 1と B 1とが周期的に配置されている。 A 1は X方向に関する 照明成分、 B 1は Z方向に関する照明成分を担う回折素子要素である。 すなわち、 例えば X方向に関してみる限り B 1要素は全く寄与せず、 また Z方向についてみ れば A 1要素は全く寄与しない。 換言すると、 例えば X方向に関して考慮する限
りにおいては、 C 1素子は、 B 1部分が完全に遮光されたパターンとして考える ことができる。 よって、 例えば X方向に関して考える場合、 C 1素子は Lの大き さを持つ A 1パターンと Lの大きさを持つ遮光部分とのワンセットが 2 Lの周期 で配置された白黒タイプの回折素子として作用し、 これによる付加回折成分を本 質的に発生してしまう。 これは Z方向についても全く同じである。 That is, for example, in the diffraction element (block) C1 in the first embodiment, A1 and B1 are periodically arranged as shown in FIG. A 1 is an illumination component in the X direction, and B 1 is a diffractive element element that carries an illumination component in the Z direction. That is, for example, the B 1 element does not contribute at all in the X direction, and the A 1 element does not contribute at all in the Z direction. In other words, for example, as far as the X direction is concerned, In other words, the C1 element can be considered as a pattern in which the B1 portion is completely shielded from light. Therefore, for example, when considering in the X direction, the C1 element is a black-and-white diffractive element in which one set of the A1 pattern having the size of L and the light-shielding portion having the size of L is arranged at a period of 2L. This causes an additional diffraction component to be generated essentially. This is exactly the same for the Z direction.
このような付加回折成分は周辺だれの要因となるので、 一定値以下に抑えてお く必要がある。 ここで、 第 29図は、 複数極状の二次光源を構成する各面光源の 光強度プロファイルを模式的に示す図である。 同図において付加的回折成分が仮 に無いとした場合には Mで示した主成分のみが最終的な面光源の分布となるので あるが、 実際には Sで示した付加回折成分が、 回折の分だけシフトして主成分 M に重畳し、 周辺ダレの要因となる。 なお、 同図では、 Sは付加回折成分の + 1次 成分だけを例示しており、 実際には一 1次成分や高次成分も発生している。 しか し、 高次成分については寄与が小さいので、 ここでは 1次成分のみを考慮すれば 十分である。 また、 回折光は対称的に発生するので、 ここでは絶対値のみ (例え ば + 1次成分のみ) を考慮すればよい。 Since such an additional diffraction component becomes a factor of the surroundings, it is necessary to keep it below a certain value. Here, FIG. 29 is a diagram schematically showing a light intensity profile of each surface light source constituting the multipolar secondary light source. In the same figure, if there is no additional diffraction component, only the main component indicated by M becomes the final distribution of the surface light source, but actually the additional diffraction component indicated by S And superimposes it on the principal component M, causing peripheral sagging. In the figure, S illustrates only the + 1st-order component of the additional diffraction component, and in fact, the 1st-order component and higher-order components are also generated. However, the contribution of the higher-order components is small, so it is sufficient to consider only the first-order components here. In addition, since the diffracted light is generated symmetrically, only the absolute value (for example, only the + 1st-order component) may be considered here.
付加的回折成分 S (+ 1次成分) の回折角 0 は、 上述した原理の 2 Lをピッ チとする白黒回折素子を仮想的に考えて、 次の基本式 (3 a) で見積ることがで さる。 The diffraction angle 0 of the additional diffraction component S (+ 1st-order component) can be estimated by the following basic formula (3a), assuming a black-and-white diffraction element whose pitch is 2 L of the above principle. In monkey.
2 Lsin0 ! = λ (3 a) 2 Lsin0! = Λ (3 a)
ここで、 λは照明光波長である。 さらに、 ズームレンズ 7の焦点距離を ίとす ると、 付加的回折成分によるずれ量 Δχは、 次式 (3 b) に示すように算出され る。 Here, λ is the illumination light wavelength. Further, assuming that the focal length of the zoom lens 7 is ί, the shift amount Δχ due to the additional diffraction component is calculated as shown in the following equation (3b).
Δχ= f sin^ f λ/ (2 L) (3 b) Δχ = f sin ^ f λ / (2 L) (3 b)
なお、 上式 (3 b) において、 sin0ェは式 (3 a) で見積られる数式を代入 して計算している。 In equation (3b), sin0 is calculated by substituting the equation estimated by equation (3a).
このずれ量 Δχが小さいほど、 付加的回折成分の影響は小さくなる。 Δχの許 容量としては、 元々の主成分である Μの面光源としての大きさ φ (直径) の 1Z 5以下であれば良好な照明が行える。 この条件は、 次式 (3 c) で与えられる。
f λ/ (2 L) <φ/5 (3 c) The smaller the deviation Δχ, the smaller the effect of the additional diffraction component. As for the allowable capacity of Δχ, good illumination can be performed if the size φ (diameter) of 1Z5 or less as the surface light source of Μ, which is the original main component, is less. This condition is given by the following equation (3c). f λ / (2 L) <φ / 5 (3 c)
すなわち、 各実施形態では、 式 (3 c) を変形して得られる条件式 (4) を満 足することが好ましい。 That is, in each embodiment, it is preferable that the conditional expression (4) obtained by modifying the expression (3c) is satisfied.
L>2. 5 X f X λ/φ (4) L> 2.5 X f X λ / φ (4)
また、 各実施形態では、 複数極状の二次光源における照度コントラストを良好 にするために、 発散光束形成素子としての回折光学素子 4を構成する各光学要素 に対応する要素光束の中に少なくとも 4つの光学素子が含まれるように、 回折光 学素子 6 (61〜64) を位置決めすることが好ましい。 なお、 発散光束形成素 子としてマイクロレンズアレイ 4 aを用いる場合にも、 各光学要素 (各微小レン ズ要素) に対応する要素光束の中に少なくとも 4つの光学素子が含まれるように、 回折光学素子 6 (61〜64) を位置決めすることが好ましい。 Further, in each embodiment, in order to improve the illuminance contrast in the multipolar secondary light source, at least 4 light beams are included in the element light flux corresponding to each optical element constituting the diffractive optical element 4 as the divergent light beam forming element. It is preferable to position the diffractive optical element 6 (61-64) so that one optical element is included. When the microlens array 4a is used as the divergent light beam forming element, the diffractive optical element is so arranged that at least four optical elements are included in the element light beam corresponding to each optical element (each minute lens element). Preferably, element 6 (61-64) is positioned.
なお、 上述の第 1実施形態〜第 3実施形態では、 回折光学素子の全体に亘つて ランダム配列された複数のプロックを備え、 各プロックにおいて 2種類の光学素 子が同数だけ交互に配列されている。 この配列方法では、 部分的な規則性が導入 されているので、 指向性を強めつつ且つ干渉ノイズが実質的に発生しない程度に ランダム位相効果による照度むらの平均化を実現することができる。 In the above-described first to third embodiments, a plurality of blocks arranged at random over the entire diffractive optical element are provided. In each block, two types of optical elements are alternately arranged by the same number. I have. In this arrangement method, partial regularity is introduced, so that it is possible to enhance the directivity and to average the illuminance unevenness due to the random phase effect to the extent that interference noise does not substantially occur.
ただし、 上述の配列方法に限定されることなく、 第 1実施形態〜第 3実施形態 においても第 4実施形態と同様に、 各光学素子を回折光学素子の全体に亘つてラ ンダム配列することもできる。 また、 回折光学素子が複数のブロックを備え、 各 ブロックにおいて多数の光学素子をランダム配列することもできる。 この場合、 各種の光学素子が互いにほぼ同数であることが好ましい。 また、 回折光学素子が 複数種類のプロックを備え、 各種類のプロック毎にランダム配列の形態が異なる ことが好ましい。 However, without being limited to the above-described arrangement method, each of the first to third embodiments may have a random arrangement over the entire diffractive optical element in the same manner as in the fourth embodiment. it can. Further, the diffractive optical element may include a plurality of blocks, and a large number of optical elements may be randomly arranged in each block. In this case, it is preferable that the various optical elements have substantially the same number as each other. Further, it is preferable that the diffractive optical element includes a plurality of types of blocks, and the form of the random arrangement differs for each type of blocks.
次に、 第 1実施形態を参照して、 部分ランダム配置について具体的に説明する。 第 34図は、 回折光学素子をリソグラフィにより製造するために用いられるマス クの構成を概略的に示す図である。 また、 第 35図は、 第 34図のマスクを用い てガラス基板上に生成された回折光学素子を示す図である。 第 34図を参照する と、 マスクの中央には、 2つのブロックパターン AAP 1および AAP 2が、 た
とえば EB描画によって形成されている。 Next, the partial random arrangement will be specifically described with reference to the first embodiment. FIG. 34 is a diagram schematically showing a configuration of a mask used for manufacturing a diffractive optical element by lithography. FIG. 35 is a diagram showing a diffractive optical element formed on a glass substrate using the mask of FIG. Referring to FIG. 34, in the center of the mask, two block patterns AAP1 and AAP2 are provided. For example, it is formed by EB drawing.
プロックパターン AAP 1内には、 第 1から第 4のブロック素子 C 1, C 2, C 3, C 4がそれぞれ 100個づつ、 ブロックの全体に亘つてランダム配列され ている。 ブロックパターン AAP 1におけるランダム配列の規則については、 例 えば第 25図と同様の乱数列が用いられている。 同様に、 ブロックパ夕一ン AA P 2内にも、 第 1から第 4のブロック素子 C 1, C 2, C 3, C4がそれぞれ 1 00個づっランダム配列されている。 ただし、 ブロックパターン AAP 2におけ るランダム配列の規則は、 ブロックパターン A A P 1におけるランダム配列の規 則とは異なる。 すなわち、 ブロックパターン AAP 2では、 ブロックパターン A AP 1に使用した乱数列とは異なる配列の乱数列を用いてランダム配列が行われ ている。 In the block pattern AAP1, first to fourth block elements C1, C2, C3, and C4 are randomly arranged throughout the block, each having 100 pieces. For the rule of the random arrangement in the block pattern AAP1, for example, the same random number sequence as in FIG. 25 is used. Similarly, the first to fourth block elements C 1, C 2, C 3, and C 4 are also randomly arranged in the block panel AA P 2, each having 100 elements. However, the rule of the random arrangement in the block pattern AAP2 is different from the rule of the random arrangement in the block pattern AAP1. That is, in the block pattern AAP2, random arrangement is performed using a random number sequence different from the random number sequence used for the block pattern AAP1.
また、 マスクの周辺には、 3つのァライメントマ一ク amが描画されている。 ァライメントマーク amは、 レジストの塗布されたガラス基板上に縮小投影露光 によってブロックパターン AAP 1および AAP 2を露光する際の位置基準とな る。 さらに、 マスクには、 一対の切断用ガイドパターン (ガイド窓) GPが描画 されている。 切断用ガイドパターン GPは、 回折光学素子を所定の形状に切断す るための切断線をマ一クするために使用される。 Also, three alignment marks are drawn around the mask. The alignment mark am serves as a position reference for exposing the block patterns AAP1 and AAP2 on the glass substrate coated with the resist by reduced projection exposure. Furthermore, a pair of cutting guide patterns (guide windows) GP are drawn on the mask. The cutting guide pattern GP is used to mark a cutting line for cutting the diffractive optical element into a predetermined shape.
また、 マスクには、 線幅およびエッチング深さを制御するための制御用規則パ ターンとして、 たとえばライン ·アンド ·スペースパタ一ン L Sが形成されてい る。 すなわち、 パターン LSは、 その内部に線幅 2 xm程度の直線状のライン - アンド ·スペースパターンを含んだテストパターンであり、 ブロックパターン A AP 1および AAP 2の露光の前後に、 このパ夕一ン L Sを回折光学素子の有効 径の外側に焼き付け、 線幅制御とエッチング深さ制御のために用いられる。 The mask is formed with, for example, a line and space pattern LS as a control rule pattern for controlling the line width and the etching depth. That is, the pattern LS is a test pattern including a linear line-and-space pattern having a line width of about 2 xm inside the pattern LS, and before and after the exposure of the block patterns AAP1 and AAP2, The LS is printed outside the effective diameter of the diffractive optical element, and is used for line width control and etching depth control.
第 35図に示す回折光学素子は、 第 34図のマスクを用いてブロックパターン AAP 1と AAP 2とを互い違いに 4 X 12回露光し、 現像およびエッチングし て得られたものである。 こうして生成された回折光学素子では、 その有効径の全 体に亘って素子がランダム配置されておらず、 いわゆる部分ランダム配置されて いる。 このような部分ランダム配置では、 互い違い配列された各ブロック内にお
いて素子がランダム配置されていること、 およびエキシマレーザの干渉性が有限 であることから、 所定の光学性能を発揮することができる。 また、 一枚のレチク ル原版 (マスク) で回折光学素子を簡易に且つ安価に製造することができる。 なお、 干渉ノイズについてより高い低減効果を達成するためには、 2つのブロ ックパターン A A P 1および A A P 2に加えて、 さらに A A P 3, A A P 4, · · 'のように内部ランダム配列の異なる別のブロックパターンを適宜用意 することが好ましい。 そして、 全てのブロックを順次回折光学素子上に露光し、 現像およびエッチングすることによって、 第 5図に示すように有効径の全体に亘 つて素子 C I , C 2 , C 3 , C 4がランダム配列された回折光学素子を製造する ことが可能である。 The diffractive optical element shown in FIG. 35 is obtained by alternately exposing the block patterns AAP1 and AAP2 4 × 12 times using the mask of FIG. 34, and developing and etching. In the diffractive optical element thus generated, the elements are not arranged randomly over the entire effective diameter, but are so-called partially random arranged. In such a partial random arrangement, each staggered block has Since the elements are randomly arranged and the coherence of the excimer laser is finite, predetermined optical performance can be exhibited. In addition, a diffractive optical element can be easily and inexpensively manufactured using one reticle master (mask). Note that in order to achieve a higher interference noise reduction effect, in addition to the two block patterns AAP1 and AAP2, another block having a different internal random arrangement such as AAP3, AAP4,. It is preferable to appropriately prepare a pattern. Then, all the blocks are sequentially exposed on the diffractive optical element, developed and etched, so that elements CI, C2, C3, and C4 are arranged in a random array over the entire effective diameter as shown in FIG. The manufactured diffractive optical element can be manufactured.
ところで、 全てのブロックパターンを第 3 4図のマスク上に配置しきれない場 合には、 他の 1つまたは複数のマスク上に残りのブロックパターンを描画し、 マ スクを順次交換しながら全てのブロックパターンをガラス基板上に露光すること により回折光学素子を製造することが可能である。 なお、 以上において第 3 4図、 第 3 5図を一例として説明した部分的ランダム配置による回折光学素子のバタ二 ング方法は、 第 1実施形態のみならず、 本発明の全ての実施形態に適用すること が可能である。 すなわち各実施形態において、 第 3 4図と同様の回折光学素子の マスクを製造し、 該マスクを用いて第 3 5図と同様の部分ランダムパタニングに よる回折光学素子を製造することが可能である。 また、 本発明の全ての実施形態 において、 回折光学素子をパタニングする基板の材料としては、 たとえば合成石 英、 水晶、 螢石等を使用することが可能である。 By the way, if all the block patterns cannot be arranged on the mask shown in Fig. 34, the remaining block patterns are drawn on one or more other masks, and all the masks are sequentially replaced while changing the mask. The diffractive optical element can be manufactured by exposing the block pattern on a glass substrate. The method of buttering the diffractive optical element by the partially random arrangement described above with reference to FIGS. 34 and 35 as an example is applicable to not only the first embodiment but also all embodiments of the present invention. It is possible to do so. That is, in each embodiment, it is possible to manufacture a mask of a diffractive optical element similar to that of FIG. 34, and to manufacture a diffractive optical element by partial random patterning similar to that of FIG. 35 using the mask. . In all the embodiments of the present invention, as a material of a substrate for patterning a diffractive optical element, for example, synthetic stone, quartz, fluorite, or the like can be used.
なお、 上述の各実施形態および各変形例において、 直線格子パターンの周期 (ピッチ) Pを 0 . 1 m〜2 5 0 m程度に、 基本回折光学素子および補完回 折光学素子の有効径の面積を 5 m X 5 m〜l 0 0 0 m X 1 0 0 0 z m程度 に、 回折光学素子の有効径内における基本回折光学素子および補完回折光学素子 の数を約 1 0個以上に設定することができる。 In each of the above embodiments and modifications, the period (pitch) P of the linear grating pattern is set to about 0.1 m to 250 m, and the area of the effective diameter of the basic diffraction optical element and the complementary diffraction optical element is set. Should be set to about 5 mx 5 m to 100 mx 000 zm, and the number of basic diffractive optical elements and complementary diffractive optical elements within the effective diameter of the diffractive optical element should be set to about 10 or more. Can be.
ところで、 第 1図に示す露光装置では、 複数極状の二次光源を形成するために 波面分割型のオプティカルインテグレ一夕であるマイクロレンズアレイ 8を用い
ているが、 このマイクロレンズアレイ 8に代えて内面反射型のオプティカルイン テグレ一タであるロッド ·インテグレー夕 (ロッド型インテグレー夕) を用いる こともできる。 第 3 0図は、 第 1図の露光装置においてマイクロレンズアレイに 代えてロッド ·インテグレー夕を用いた場合の要部構成を概略的に示す図である。 第 3 0図を参照すると、 マイクロレンズアレイ 8に代えてロッド ·インテグレ —夕 8 1を配置することに対応して、 ズームレンズ 7とロッド ·インテグレー夕 8 1との間の光路中にインプットレンズ 8 2を配置し、 ロッド 'インテグレータ 8 1とコンデンサー光学系 9との間の光路中にリレーレンズ 8 3を配置している。 ここで、 第 3 0図に示す A面が第 1図のマイクロレンズアレイ 8の入射面に対応 し、 第 3 0図に示す B面が第 1図のマイクロレンズアレイ 8の射出面に対応して いる。 By the way, the exposure apparatus shown in FIG. 1 uses a microlens array 8, which is an optical integrator of a wavefront division type, to form a multipolar secondary light source. However, a rod integrator (rod-type integrator) which is an internal reflection type optical integrator can be used instead of the microlens array 8. FIG. 30 is a diagram schematically showing a configuration of a main part when a rod integrator is used instead of the microlens array in the exposure apparatus of FIG. Referring to FIG. 30, corresponding to the arrangement of the rod integrator -1 instead of the microlens array 8, the input lens is provided in the optical path between the zoom lens 7 and the rod integrator 801. 8, and a relay lens 83 in the optical path between the rod's integrator 81 and the condenser optical system 9. Here, the surface A shown in FIG. 30 corresponds to the entrance surface of the microlens array 8 in FIG. 1, and the surface B shown in FIG. 30 corresponds to the exit surface of the microlens array 8 in FIG. ing.
ロッド ·インテグレー夕 8 1は、 石英ガラスや蛍石のような硝子材料からなる 内面反射型のガラスロッドであり、 内部と外部との境界面すなわち内面での全反 射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた 数の光源を形成する。 ここで、 形成される光源のほとんどは虚像であるが、 中心 (集光点) の光源のみが実像となる。 すなわち、 ロッド ·インテグレー夕 8 1に 入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、 集光点を通りその入射面に 平行な面に沿って多数の光源からなる二次光源が形成される。 Rod Integral is an internal reflection type glass rod made of glass material such as quartz glass or fluorite, and is a focal point using the total reflection at the boundary between the inside and the outside, that is, the inside. The number of light sources corresponding to the number of internal reflections is formed along a plane parallel to the rod incidence plane through the rod. Here, most of the light sources formed are virtual images, but only the light source at the center (focus point) is a real image. In other words, the light beam incident on the rod integrator 81 is divided in the angular direction by internal reflection, and a secondary light source consisting of a number of light sources is formed along a plane passing through the focal point and parallel to the incident plane.
したがって、 回折光学素子 6 ( 6 1〜6 4 ) を通過した光束は A面に複数極状 の照野を形成した後に、 インプットレンズ 8 2を介して、 ロッド ·インテグレ一 夕 8 1の入射面 8 1 aの近傍に集光する。 こうして、 ロッド ·インテグレ一タ 8 1によりその入射側に形成された複数極状の二次光源からの光束は、 その射出面 8 1 bにおいて重畳された後、 リレ一レンズ 8 3およびコンデンサー光学系 9を 介して、 所定のパターンが形成されたレチクル (マスク) 1 3を重畳的に照明す る。 Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element 6 (61 to 64) forms a multipolar illumination field on the A surface, and then enters the input surface of the rod / integrator 81 via the input lens 82. Focuses near 8 1 a. In this way, the luminous flux from the multipolar secondary light source formed on the incident side by the rod / integrator 81 is superimposed on the exit surface 81b, and then the relay lens 83 and the condenser optical system A reticle (mask) 13 on which a predetermined pattern is formed is superimposedly illuminated via 9.
なお、 リレーレンズ 8 3およびコンデンサー光学系 9を取り外し、 ロッド 'ィ ンテグレ一夕 8 1の射出面 8 1 bをレチクル 1 3の近傍に設置することもできる。 あるいは、 ズームレンズ 7およびインプットレンズ 8 2を取り外し、 ロッド 'ィ
ンテグレー夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜64) の射出面の近 傍に設置することもできる。 あるいは、 ズームレンズ 7、 インプットレンズ 82、 リレーレンズ 83およびコンデンサ一光学系 9を取り外し、 ロッド ·インテグレ —夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜64) の射出面の近傍に設置 するとともに、 ロッド 'インテグレ一夕 81の射出面 81 bをレチクル 13の近 傍に設置することもできる。 It is also possible to remove the relay lens 83 and the condenser optical system 9 and install the exit surface 81b of the rod integral 81 near the reticle 13. Alternatively, remove the zoom lens 7 and the input lens 82, and The entrance surface 81a of the antenna 81 can be placed near the exit surface of the diffractive optical element 6 (61 to 64). Alternatively, remove the zoom lens 7, the input lens 82, the relay lens 83, and the condenser optics 9, and set the entrance surface 81a of the rod integument 81 near the exit surface of the diffractive optical element 6 (61 to 64). At the same time, the exit surface 81b of the rod 'Integral 81' can be installed near the reticle 13.
また、 第 1図に示す露光装置において、 光源 1と発散光束形成素子としての回 折光学素子 4との間の光路中に、 たとえば特開平 9一 205060号公報、 特開 平 10— 125585号公報、 特開 2000— 277421号公報などに開示さ れた光遅延系を付設することもできる。 以下、 折り曲げミラ一 3と回折光学素子 4との間の光路中に光遅延系を付設した場合について簡単に説明する。 Further, in the exposure apparatus shown in FIG. 1, in the optical path between the light source 1 and the diffraction optical element 4 as a divergent light beam forming element, for example, JP-A-9-1205060 and JP-A-10-125585 An optical delay system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-277421 or the like can be additionally provided. Hereinafter, a case where an optical delay system is provided in the optical path between the bending mirror 13 and the diffractive optical element 4 will be briefly described.
この場合、 整形光学系 2および折り曲げミラ一 3を介して所望の断面形状に変 換された光束は、 全反射ミラ一と部分反射ミラーとから構成された光遅延系に入 射する。 光遅延系では、 部分反射ミラ一を透過した一部の光束が回折光学素子 4 に入射し、 部分反射ミラ一で反射された残部の光束が全反射ミラーに入射する。 全反射ミラーで反射された光束は、 部分反射ミラーに入射し、 部分反射ミラーを 透過した一部の光束が回折光学素子 4に入射し、 部分反射ミラーで反射された残 部の光束が全反射ミラーに入射する。 In this case, the light beam converted into a desired cross-sectional shape via the shaping optical system 2 and the bending mirror 13 enters an optical delay system including a total reflection mirror and a partial reflection mirror. In the optical delay system, a part of the light beam transmitted through the partial reflection mirror enters the diffractive optical element 4, and the remaining light beam reflected by the partial reflection mirror enters the total reflection mirror. The light beam reflected by the total reflection mirror is incident on the partial reflection mirror, a part of the light beam transmitted through the partial reflection mirror is incident on the diffractive optical element 4, and the remaining light beam reflected by the partial reflection mirror is totally reflected. Light enters the mirror.
こうして、 光遅延系では、 全反射ミラーと部分反射ミラーとの間で繰り返され る多重反射により、 入射ビ一ムを順次光遅延された多数のビーム群に変換する。 その結果、 光遅延系の作用により、 ウェハ共役面における干渉ノイズを低減する ことができる。 なお、 光遅延系のさらに詳細な構成および作用については、 たと えば特開平 9— 205060号公報、 特開平 10— 125585号公報、 特開 2 000 -277421号公報を参照することができる。 Thus, in the optical delay system, the incident beam is converted into a plurality of beam groups that are sequentially optically delayed by multiple reflections that are repeated between the total reflection mirror and the partial reflection mirror. As a result, interference noise on the wafer conjugate plane can be reduced by the action of the optical delay system. For a more detailed configuration and operation of the optical delay system, for example, JP-A-9-205060, JP-A-10-125585, and JP-A-2000-277421 can be referred to.
また、 上述の各実施形態では、 2値型の回折光学素子パターンを用いているが、 これに限定されることなく、 ブレーズ型の回折光学素子パターンまたは多値型の 回折光学素子パターンを用いることもできる。 以下、 第 31 A図〜第 31 C図を 参照して、 ブレーズ型の回折光学素子パターン、 多値型の回折光学素子パターン、
および 2値型の回折光学素子パターンについて一般的に説明する。 In each of the above embodiments, a binary diffractive optical element pattern is used. However, the present invention is not limited to this, and a blazed diffractive optical element pattern or a multi-valued diffractive optical element pattern may be used. You can also. Hereinafter, referring to FIGS. 31A to 31C, a blaze type diffractive optical element pattern, a multi-valued type diffractive optical element pattern, And a binary type diffractive optical element pattern will be generally described.
第 31 A図はブレーズ型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面 図であり、 第 3 1 B図は多値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した 断面図であり、 第 3 1 C図は 2値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断 した断面図である。 第 31 A図を参照すると、 ブレーズ型の回折光学素子の切断 面は鋸歯状となっており、 鋸歯状にステップが発生するピッチ Pは式 (2) で与 えられる。 FIG. 31A is a cross-sectional view of a blaze-type diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction. FIG. 31B is a cross-sectional view of a multi-valued diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction. Yes, FIG. 31C is a cross-sectional view of the binary diffractive optical element cut along a cross section in the periodic direction. Referring to FIG. 31A, the cut surface of the blazed diffractive optical element has a sawtooth shape, and the pitch P at which the steps occur in a sawtooth shape is given by Expression (2).
また、 断面における深さ d。は、 基板の屈折率を nとし、 基板が配置されてい る気体の屈折率を 1として、 次式 (5) で与えられる。 Also, the depth d in the cross section. Is given by the following equation (5), where n is the refractive index of the substrate and 1 is the refractive index of the gas on which the substrate is placed.
d0 = AZ (n - 1) (5) d 0 = AZ (n-1) (5)
このようなブレーズ型の回折光学素子パターンを有する基本回折光学素子およ び補完回折光学素子を用いることが可能である。 この場合には、 基本回折光学素 子および補完回折光学素子のパターンは凸面と凹面との 2値型ではなく、 断面形 状が高さ方向に変化するパターンとなる。 このような高さ方向の異なるパ夕一ン の生成に際して、 透過率が徐々に変化するグレイスケールマスクを使用すること が可能である。 It is possible to use a basic diffractive optical element having such a blaze-type diffractive optical element pattern and a complementary diffractive optical element. In this case, the pattern of the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element is not a binary type having a convex surface and a concave surface, but a pattern whose cross-sectional shape changes in the height direction. In generating such a pattern with different height directions, it is possible to use a gray scale mask whose transmittance changes gradually.
第 3 1 B図を参照すると、 多値型の回折光学素子の切断面は、 第 31A図の鋸 歯状形状を L段 (L≥3) の階段型形状に近似した形状となっている。 そして、 各階段の境界は、 ピッチ Pの範囲を各階段のステップ領域にしたがって L分割す ることによって容易に規定することができる。 第 31 B図は、 L = 8の 8値位相 型回折光学素子の場合を示している。 断面における深さ d Jま、 基板の屈折率を nとし、 基板が配置されている気体の屈折率を 1として、 次式 (6) で与えられ る。 Referring to FIG. 31B, the cut surface of the multi-valued diffractive optical element has a shape that approximates the sawtooth shape of FIG. 31A to an L-stage (L≥3) step-like shape. Then, the boundary of each step can be easily defined by dividing the range of the pitch P into L according to the step area of each step. FIG. 31B shows the case of an 8-level phase diffractive optical element with L = 8. Assuming that the refractive index of the substrate is n and the refractive index of the gas on which the substrate is disposed is 1, the depth d J in the cross section is given by the following equation (6).
dL=A . (L一 1) / { L · (n- 1)} (6) d L = A. (L-1) / {L · (n-1)} (6)
このような多値型の回折光学素子パターンを有する基本回折光学素子および補 完回折光学素子を用いることが可能である。 この場合には、 基本回折光学素子お よび補完回折光学素子のパターンは凸面と凹面との 2値型ではなく、 断面形状が 階段形状となり、 高さ方向に変化するパターンとなる。 このような高さ方向の異
なるパターンの生成に際して、 透過率がステップ的かつ多段階に変化するグレイ スケールマスクを使用することが可能である。 It is possible to use a basic diffractive optical element and a complementary diffractive optical element having such a multilevel diffractive optical element pattern. In this case, the pattern of the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element is not a binary type having a convex surface and a concave surface, but has a step shape in cross section and a pattern that changes in the height direction. Such height differences In generating such a pattern, it is possible to use a gray scale mask whose transmittance changes stepwise and in multiple steps.
第 3 1 C図を参照すると、 2値型の回折光学素子の切断面は、 第 3 1 B図の階 段型近似において L = 2とした場合の形状となっている。 すなわち、 2値型の回 折光学素子の切断面は、 第 3 1 C図に示すように、 厚さ d 2の方向について凸領 域部分と凹領域部分との 2種類の段差で示される矩形状のパターンとなる。 各矩 形領域の境界は、 P Z 2によって与えることができる。 また、 断面における深さ d 2は、 基板の屈折率を nとし、 基板が配置されている気体の屈折率を 1として、 次式 (7 ) で与えられる。 Referring to FIG. 31C, the cut surface of the binary diffractive optical element has a shape when L = 2 in the stepwise approximation of FIG. 31B. That is, the cut surface of the binary type diffraction optical element, as shown in 3 1 C diagram, rectangular represented by two steps of a convex area portion and concave regions portion for the thickness d 2 direction It becomes a shape pattern. The boundaries of each rectangular area can be given by PZ2. The depth d 2 in the cross section is given by the following equation (7), where n is the refractive index of the substrate and 1 is the refractive index of the gas on which the substrate is disposed.
ά 2 = λ / { 2 · ( η - 1 ) } ( 7 ) ά 2 = λ / {2 · (η-1)} (7)
また、 上述の各実施形態および各変形例では、 直線格子状回折光学素子パター ンを所定の方位角に基づいて設定したパターンをほぼ稠密に配列することにより 得られたパターンを有する基本回折光学素子を備えた回折光学素子を実現してい る。 しかしながら、 この回折光学素子と同様の光学的性能を有する光学部材とし て、 所定の方位角に基づいて設定したプリズム状の屈折面をほぼ稠密に配列する ことにより得られた屈折面パターンを有する基本屈折素子を備えた屈折光学素子 を実現することもできる。 Further, in each of the above-described embodiments and modifications, the basic diffractive optical element having a pattern obtained by arranging the linear lattice-like diffractive optical element patterns based on a predetermined azimuth angle in a substantially dense pattern is used. This realizes a diffractive optical element having However, as an optical member having the same optical performance as this diffractive optical element, a basic member having a refraction surface pattern obtained by arranging prism-like refraction surfaces set based on a predetermined azimuth angle almost densely. It is also possible to realize a refractive optical element having a refractive element.
具体的には、 ブレーズ型の回折光学素子の回折角をマイクロ屈折素子 (マイク 口プリズム等) の屈折素子の屈折角に置き換えた設計も可能である。 このような 屈折素子を所定の方位角成分を含むように稠密配列することが可能である。 ただ し、 完全な屈折素子として稠密配列すると、 ガラスエッチング時のサグ量が大き くなりすぎるため、 適当なサグ量の位置において、 波長分の位相差は等価とみな した段差構造を取り入れてパタニングすることが望ましい。 Specifically, a design in which the diffraction angle of a blazed diffractive optical element is replaced by the refractive angle of a micro-refractive element (such as a microphone aperture prism) can be used. Such refractive elements can be densely arranged to include a predetermined azimuthal component. However, if densely arranged as a complete refraction element, the sag amount during glass etching becomes too large.Therefore, at the position of the appropriate sag amount, the phase difference for the wavelength is patterned by taking in the step structure that is considered equivalent. It is desirable.
上述の屈折光学素子の製造に際しては、 基本屈折素子のパタニングを行った後、 そのパターンをマイクロ屈折素子製造用のマスク (グレイスケールマスク等) パ ターンに変換し、 そのマスクパターンをレジストの塗布されたガラス基板に露光 し、 現像およびエッチングすることになる。 In manufacturing the above-described refractive optical element, after patterning the basic refractive element, the pattern is converted into a mask pattern (such as a gray scale mask) for manufacturing a micro refractive element, and the mask pattern is coated with a resist. The exposed glass substrate is exposed, developed and etched.
次に、 各実施形態における回折光学素子の典型的な製造工程について簡単に説
明する。 まず、 所定の光源から最終段 (最もマスク側) のオプティカルインテグ レ一タ (各実施形態ではマイクロレンズアレイ 8 ) までに含まれるリレーレンズ の焦点距離と光束の有効径と光源の波長と発散光束形成素子の発散角との関係か ら、 直線格子状回折光学素子のピッチを設定する。 そして、 所望の照明方式にし たがつて所定の方位角を設定するとともに、 基本回折光学素子の有効径を設定す る。 このとき、 発散光束形成素子を構成する各光学要素に対応する要素光束の中 に基本回折光学素子または補完回折光学素子が複数個含まれるように基本回折光 学素子の有効径を設定する。 Next, a brief description will be given of a typical manufacturing process of the diffractive optical element in each embodiment. I will tell. First, the focal length of the relay lens, the effective diameter of the luminous flux, the wavelength of the light source, and the divergent luminous flux included from a predetermined light source to the final stage (most mask side) optical integrator (microlens array 8 in each embodiment). The pitch of the linear grating diffractive optical element is set based on the relationship with the divergence angle of the forming element. Then, a predetermined azimuth angle is set according to a desired illumination method, and an effective diameter of the basic diffractive optical element is set. At this time, the effective diameter of the basic diffractive optical element is set such that a plurality of basic diffractive optical elements or complementary diffractive optical elements are included in the element light flux corresponding to each optical element constituting the divergent light beam forming element.
次いで、 直線格子状回折光学素子を所定の方位角に設定して、 基本回折光学素 子のパターンを設定する。 さらに、 発生する強度分布が基本回折光学素子と同じ で且つ位相が基本回折光学素子とは異なる 1つまたは複数の補完回折光学素子の パターンを設定する。 こうして得られた基本回折光学素子と 1種類または複数種 類の補完回折光学素子とをそれぞれほぼ同数だけ有効径内にインテグレートした 回折光学素子のパ夕一ンを設定する。 Next, the linear grating diffractive optical element is set at a predetermined azimuth, and the pattern of the basic diffractive optical element is set. Further, a pattern of one or a plurality of complementary diffractive optical elements having the same intensity distribution as that of the basic diffractive optical element and a phase different from that of the basic diffractive optical element is set. A diffractive optical element pattern in which the basic diffractive optical element obtained in this way and one or more kinds of complementary diffractive optical elements are respectively integrated by approximately the same number within the effective diameter is set.
このとき、 基本回折光学素子および補完回折光学素子の配列位置をランダム化 (全体ランダムまたは部分ランダム) する。 こうしてパタニングした回折光学素 子について波動光学的シミュレーションを行い、 基本回折光学素子のピッチおよ び補完回折光学素子の位相および該位相の種類などを最適化する。 次いで、 最適 化された回折光学素子のパターンにしたがってレチクル (マスク) を製造し、 こ のレチクルを用いてレジストの塗布されたガラス基板にパターンを焼き付けする。 その後、 現像工程、 エッチング工程、 A R (反射防止) コートを形成する工程な どが行われる。 At this time, the arrangement positions of the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element are randomized (whole random or partially random). A wave optics simulation is performed on the thus patterned diffractive optical element, and the pitch of the basic diffractive optical element, the phase of the complementary diffractive optical element, and the type of the phase are optimized. Next, a reticle (mask) is manufactured in accordance with the optimized pattern of the diffractive optical element, and the reticle is used to print the pattern on a resist-coated glass substrate. After that, a development process, an etching process, and a process of forming an AR (anti-reflection) coat are performed.
上述の各実施形態では、 このような 2値型の回折光学素子パターンを有する基 本回折光学素子および補完回折光学素子を用いている。 この場合、 いわゆる白黒 型 (透過部と遮光部のみの) マスクを使用することが可能である。 なお、 回折光 学素子をパタニングする基板の材料としては、 たとえば合成石英、 水晶、 螢石等 を使用することが可能である。 In the above embodiments, the basic diffractive optical element and the complementary diffractive optical element having such a binary diffractive optical element pattern are used. In this case, it is possible to use a so-called black-and-white type mask (only a transmission part and a light shielding part). In addition, as the material of the substrate on which the diffraction optical element is patterned, for example, synthetic quartz, quartz, fluorite, or the like can be used.
(第 5実施形態)
第 1実施形態では、 回折光学素子 6 1の作用により、 光軸 A Xを挟んで X方向 に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z方向に対称的に配置さ れた 2つの面光源とからなる十字型 4極状の照明分布 (二次光源) を形成してい る。 これに対し、 第 5実施形態では、 回折光学素子 6 1に含まれるブロック素子 C 1〜C 4に対して新たな単純透過部を付加したブロック素子 C 1 d〜C 4 dを 採用することによって、 第 1実施形態の 4極に光軸上の 1極を加えた 5極状の照 明分布を形成している。 すなわち、 第 5実施形態は光軸上にも強度分布を有する 5極照明の実施形態である。 以下、 第 1実施形態との相違点に着目して、 第 5実 施形態を説明する。 (Fifth embodiment) In the first embodiment, by the action of the diffractive optical element 61, two surface light sources arranged symmetrically in the X direction with the optical axis AX interposed therebetween and symmetrically arranged in the Z direction with the optical axis AX interposed therebetween. It has a cross-shaped quadrupole illumination distribution (secondary light source) consisting of two surface light sources. On the other hand, in the fifth embodiment, block elements C 1 d to C 4 d in which a new simple transmission portion is added to block elements C 1 to C 4 included in the diffractive optical element 61 are adopted. The quintuple illumination distribution is formed by adding one pole on the optical axis to the four poles of the first embodiment. That is, the fifth embodiment is a five-pole illumination embodiment having an intensity distribution also on the optical axis. Hereinafter, the fifth embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment.
第 3 6図は、 第 5実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 5極状の照野を示す図である。 また、 第 3 7図は、 第 5実施形態における 5極 照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。 さらに、 第 3 8図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子の全体構成を概略的に示す図で ある。 また、 第 3 9図は、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含 まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 36 is a diagram showing a pentapole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the fifth embodiment. FIG. 37 is a view for explaining the basic operation of the pentapole illumination diffractive optical element in the fifth embodiment. Further, FIG. 38 is a diagram schematically showing an overall configuration of a diffractive optical element for five-pole illumination in the fifth embodiment. FIG. 39 is a diagram schematically showing a configuration of a block element included in the diffractive optical element for quintuple illumination in the fifth embodiment.
第 3 8図に示すように、 第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子 1 0 0は、 縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック素子 C 1 d〜C 4 dで構成さ れている。 ブロック素子 C 1 d〜C 4 dは、 ともに長方形形状の外形 (境界) を 有し、 互いにほぼ同じ大きさを有する。 また、 ブロック素子 C 1 d〜C 4 dは各 種類についてほぼ同数含まれており、 回折光学素子 1 0 0の矩形状の有効領域 As shown in FIG. 38, the diffractive optical element 100 for five-pole illumination in the fifth embodiment is composed of a large number of block elements C 1 d to C 4 d arranged vertically and horizontally and densely. ing. Each of the block elements C 1 d to C 4 d has a rectangular outer shape (boundary), and has substantially the same size as each other. In addition, the same number of the block elements C 1 d to C 4 d is included for each type, and the rectangular effective area of the diffractive optical element 100 is
(有効径) 1 0 0 aの全体に亘つてランダム配置されているか、 あるいは全体を 幾つかのブロックに分割したそのブロック内においてランダム配置されている。 第 3 9図に示すように、 ブロック素子 C 1 d〜(: 4 dは、 第 1実施形態で説明 したブロック C 1〜C 4をそれぞれ含んでいる。 例えば、 ブロック素子 C I dは、 第 1実施形態のブロック C 1に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子で ある。 同様に、 ブロック素子 C 2 dは、 ブロック C 2に X方向に隣接して単純透 過部 Hを配置した素子である。 ブロック素子 C 3 d, C 4 dは、 それぞれブロッ ク C 3 , C 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。
ここで、 単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dは入射光束を単純に透過させ て直進させることを目的としており、 通常は素子 Hおよび H dの内部に特別な微 細パタニングを行わない。 すなわち、 単純透過部 Hは回折光学素子を形成するガ ラス基板の表面をそのまま残した単純な平面部分である。 また、 補完単純透過部 H dは回折光学素子を形成するガラス基板を式 (1 ) で示した dの深さまで素子 H dの有効'径内においてエツチングした平面部分である。 (Effective diameter) 100a is randomly arranged over the entirety, or is randomly arranged within the block obtained by dividing the whole into several blocks. As shown in FIG. 39, the block elements C 1 d to (: 4 d include the blocks C 1 to C 4 described in the first embodiment, respectively. This is an element in which a simple transparent portion H is arranged adjacent to the block C1 in the X direction in the embodiment.Similarly, the block element C2d is a device in which the simple transparent portion H is adjacent to the block C2 in the X direction. Block elements C 3 d and C 4 d are elements in which complementary simple transmission portions H d are arranged adjacent to blocks C 3 and C 4, respectively, in the X direction. Here, the simple transmissive portion H and the complementary simple transmissive portion Hd are intended to simply transmit the incident light beam and travel straight, and usually do not perform special fine patterning inside the elements H and Hd. In other words, the simple transmission portion H is a simple plane portion leaving the surface of the glass substrate forming the diffractive optical element as it is. Further, the complementary simple transmission portion Hd is a plane portion obtained by etching the glass substrate forming the diffractive optical element up to the depth d shown in Expression (1) within the effective diameter of the element Hd.
素子 Hおよび H dの表面は単純平面状であるため、 素子 Hまたは H dに入射し た光は若干の回折を除き単純に透過して直進する。 ただし、 単純透過部 Hを透過 した光束と補完単純透過部 H dを透過した光束とは、 段差 dに対応して λ Z 2の 光路差を有する。 すなわち、 単純透過部 Ηはガラス面に対し特別な加工をしない 部分であり、 補完単純透過部 H dは単純透過部 Hに対して所定の光路差分だけガ ラスを単純に且つほぼ均一にエッチングしただけの素子である。 Since the surfaces of the elements H and Hd are simply planar, the light incident on the element H or Hd simply passes through and goes straight, except for some diffraction. However, the light beam transmitted through the simple transmission portion H and the light beam transmitted through the complementary simple transmission portion Hd have an optical path difference of λZ2 corresponding to the step d. That is, the simple transmission portion Η is a portion on which no special processing is performed on the glass surface, and the complementary simple transmission portion Hd is obtained by simply and substantially uniformly etching the glass by a predetermined optical path difference with respect to the simple transmission portion H. It is only an element.
なお、 4極成分の発散角 (回折角) 0が第 1実施形態と異なる場合には、 対応 する発散角 0についてブロック C 1〜C 4内に含まれる素子 A 1 , A 2 , B 1 , B 2のピッチを式 (2 ) に基づいて設定し、 それらに素子 Hおよび H dを組み合 わせることによって所望のブロック素子 C 1 d〜C 4 dを設定し、 対応する回折 光学素子を形成することができる。 If the divergence angle (diffraction angle) 0 of the quadrupole component is different from that in the first embodiment, the elements A 1, A 2, B 1, The pitch of B2 is set based on equation (2), and the desired block elements C1d to C4d are set by combining the elements H and Hd, and the corresponding diffractive optical element is set. Can be formed.
以上のように、 回折光学素子 1 0 0を用いる第 5実施形態では、 ブロック C 1 〜C 4を透過した光によって所定の発散角を有する 4極成分が生成され、 同時に 素子 Hおよび H dを透過した光によつて光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成 され、 これらの 4極成分と 1極成分との合成によって第 3 6図に示すような 5極 照明を行うことができる。 As described above, in the fifth embodiment using the diffractive optical element 100, a quadrupole component having a predetermined divergence angle is generated by the light transmitted through the blocks C1 to C4, and the elements H and Hd are simultaneously generated. A monopole component having an intensity near the optical axis is generated by the transmitted light, and quintuple illumination as shown in FIG. 36 can be performed by combining the quadrupole component and the monopole component.
すなわち、 第 5実施形態の回折光学素子 1 0 0を照明光路に位置決めして平行 光束を入射させると、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 3 7図に示すよ うに、 十字型 4点状の光強度分布と光軸近傍の 1点状の光強度分布とからなる合 計 5点状の光強度分布が形成される。 しかしながら、 第 1実施形態と同様に実際 には、 回折光学素子 1 0 0には平行光束ではなく、 錐体状 (マイクロレンズァレ ィ 4 aの場合には正六角錐体状、 回折光学素子 4の場合には円錐体状) の光束範
囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。 こうして、 マイクロレ ンズアレイ 8の入射面には、 第 3 6図に示すように、 5点状の光強度分布と円形 状 (または正六角形状) の光束とのコンポリューションからなる 5極状の照明分 布 (照野) が形成される。 That is, when the diffractive optical element 100 of the fifth embodiment is positioned in the illumination optical path and a parallel light beam is incident thereon, the incident surface of the microlens array 8 has four cross-shaped points as shown in FIG. A total of five-point light intensity distributions are formed, which are composed of a three-point light intensity distribution and a one-point light intensity distribution near the optical axis. However, as in the first embodiment, actually, the diffractive optical element 100 is not a parallel light beam, but a cone (in the case of the microlens array 4a, a regular hexagonal pyramid, a diffractive optical element 4). Luminous flux range A light beam having an angle component defined by the surroundings enters. Thus, as shown in FIG. 36, the entrance surface of the microlens array 8 has a pentapole illumination composed of a combination of a 5-point light intensity distribution and a circular (or regular hexagonal) light beam. A distribution (Teruno) is formed.
その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 5極状の 照野とほぼ同じ光強度分布を有する 5極状の二次光源が形成される。 ここで、 5 極状の二次光源は、 5つの円形状 (または正六角形状) の実質的な面光源、 すな わち光軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と、 光軸 A Xを 挟んで Z方向に対称的に配置された 2つの面光源と、 光軸 A X近傍に配置された 1つの面光源とにより構成されている。 こうして、 第 5実施形態では、 回折光学 素子 1 0 0の作用により、 照明瞳面において実質的に均一な 5極状の二次光源が 形成される。 As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, a pentapole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the pentapole illumination field is formed. Here, the five-pole secondary light source is composed of five circular (or regular hexagonal) substantial surface light sources, that is, two symmetrically arranged in the X direction across the optical axis AX. It consists of a surface light source, two surface light sources symmetrically arranged in the Z direction with the optical axis AX interposed, and one surface light source arranged near the optical axis AX. Thus, in the fifth embodiment, a substantially uniform pentapole secondary light source is formed on the illumination pupil plane by the action of the diffractive optical element 100.
また、 第 5実施形態では第 1実施形態と同様に、 ァフォ一カルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 5極状の二次光源を構成する各面光源の中心と 光軸 A Xとの距離が変化することなく、 各面光源の大きさ (4極状の二次光源に 外接する円の半径一 4極状の二次光源に内接する円の半径、 および光軸上の 1極 状の二次光源の直径) だけを変化させることができる。 一方、 ズームレンズ 7の 焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変化させて、 5極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 In the fifth embodiment, as in the first embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the center of each of the surface light sources constituting the pentapole secondary light source and the optical axis AX are changed. The size of each surface light source (the radius of the circle circumscribing the quadrupolar secondary light source, the radius of the circle circumscribing the quadrupolar secondary light source, and the monopole shape on the optical axis) without changing the distance Only the diameter of the secondary light source). On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the above-described distance and size can be changed, so that the entire pentapole secondary light source can be similarly enlarged or reduced.
なお、 第 5実施形態では、 ブロック素子 C 1 d〜C 4 dの変形例として、 第 4 0図に示すようなブロック素子 C 1 d ~ C 4 dを用いることも可能である。 プロ ック素子 C 1 dは、 ブロック C 1および単純透過部 Hを X軸に平行な直線により ほぼ半分に切断し、 第 4 0図に示すように互い違いに入れ替えて構成されている。 ブロック素子 C 2 dもブロック素子 C 1 dと同様である。 ブロック素子 C 3 dは、 プロック C 3および補完単純透過部 H dを X軸に平行な直線にほぼ半分に切断し、 第 4 0図に示すように互い違いに入れ替えて構成されている。 ブロック素子 C 4 dもブロック素子 C 3 dと同様である。 このような配置を有するブロック素子 C 1 d〜C 4 dを含む回折光学素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近
傍の 1極照成分との照明バランスが向上する。 同様に、 ブロック素子 C l d〜C 4 dの内部パターンをさらに細分化し、 4極成分に対応する C 1〜C 4の素子パ ターンを細分化した細分化要素と、 光軸近傍の 1極成分に対応する H, H dの領 域を細部化した細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することにより 得られた新たなブロック素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスをさらに向上させることができる。 In the fifth embodiment, as a modified example of the block elements C 1 d to C 4 d, block elements C 1 d to C 4 d as shown in FIG. 40 can be used. The block element C 1 d is configured by cutting the block C 1 and the simple transmission portion H into almost half by a straight line parallel to the X-axis, and alternately replacing them as shown in FIG. The block element C 2 d is the same as the block element C 1 d. The block element C 3 d is configured by cutting the block C 3 and the complementary simple transmission portion H d into a half parallel to a straight line parallel to the X-axis, and alternately replacing them as shown in FIG. The block element C 4 d is the same as the block element C 3 d. By using a diffractive optical element including the block elements C 1 d to C 4 d having such an arrangement, the quadrupole illumination component and the optical axis The illumination balance with the one-sided illumination component is improved. Similarly, the internal patterns of the block elements C ld to C 4 d are further subdivided, and subdivided elements obtained by subdividing the element patterns of C 1 to C 4 corresponding to the four pole components, and the one pole component near the optical axis. By using a new block element obtained by staggering or randomly arranging the subdivision elements in which the H and Hd regions corresponding to the above are alternately arranged, the four-pole illumination component and the one-pole near the optical axis are used. The illumination balance with the illumination component can be further improved.
また、 第 5実施形態では、 ブロック C l, C 2と単純透過部 Hとが同じ面積を 有し、 ブロック C 3 , C 4と補完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設 定することが望ましい。 In the fifth embodiment, the blocks C1, C2 and the simple transparent portion H have the same area, and the blocks C3, C4 and the complementary simple transparent portion Hd have the same area. It is desirable to do.
(第 6実施形態) (Sixth embodiment)
第 2実施形態では、 回折光学素子 6 2の作用により、 光軸 A Xを挟んで + X方 向に対して + Y軸廻りに + 4 5度をなす方向に沿った 2つの面光源と光軸 A Xを 挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに一 4 5度をなす方向に沿った 2つの面光源 とからなる X型 4極状の照明分布 (二次光源) を形成している。 これに対し、 第 6実施形態では、 回折光学素子 6 2に含まれるブロック素子 F 1〜F 4に対して 新たな単純透過部を付加したブロック素子 F 1 d〜F 4 dを採用することによつ て、 第 2実施形態の 4極に光軸上の 1極を加えた 5極状の照明分布を形成してい る。 以下、 第 2実施形態との相違点に着目して、 第 6実施形態を説明する。 In the second embodiment, by the action of the diffractive optical element 62, two surface light sources and an optical axis along a direction forming +45 degrees around + Y axis with respect to + X direction with respect to the optical axis AX with respect to the optical axis AX X-type quadrupole illumination distribution (secondary light source) consisting of two surface light sources along a direction that forms an angle of +145 degrees around the Y axis with respect to the + Z direction with AX interposed . On the other hand, in the sixth embodiment, block elements F 1 d to F 4 d in which a new simple transmission portion is added to block elements F 1 to F 4 included in the diffractive optical element 62 are adopted. Therefore, a five-pole illumination distribution is formed by adding one pole on the optical axis to the four poles of the second embodiment. Hereinafter, the sixth embodiment will be described by focusing on the differences from the second embodiment.
第 4 1図は、 第 6実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 5極状の照野を示す図である。 また、 第 4 2図は、 第 6実施形態における 5極 照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。 さらに、 第 4 3図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子の全体構成を概略的に示す図で ある。 また、 第 4 4図は、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含 まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 41 is a diagram showing a pentapole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the sixth embodiment. FIG. 42 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for pentapole illumination in the sixth embodiment. FIG. 43 is a view schematically showing an entire configuration of a diffractive optical element for five-pole illumination in the sixth embodiment. FIG. 44 is a diagram schematically showing a configuration of a block element included in the diffractive optical element for quintuple illumination in the sixth embodiment.
第 4 3図に示すように、 第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子 1 0 1は、 縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック素子 F 1 d〜F 4 dで構成さ れている。 ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは、 それぞれ第 4 3図または第 4 4図に 示した外形 (境界) 形状を有し、 互いにほぼ同じ大きさ (面積) を有する。 また、
ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは各種類についてほぼ同数含まれており、 回折光学 素子 1 0 1の矩形状の有効領域 (有効径) 1 0 1 aの全体に亘つてランダム配置 されているか、 あるいは全体を幾つかのブロックに分割したそのブロック内にお いてランダム配置されている。 As shown in FIG. 43, the pentapole illumination diffractive optical element 101 in the sixth embodiment is composed of a large number of block elements F 1 d to F 4 d arranged vertically and horizontally and densely. ing. The block elements F1d to F4d each have the outer shape (boundary) shape shown in FIG. 43 or FIG. 44, and have substantially the same size (area) as each other. Also, The block elements F 1 d to F 4 d are included in substantially the same number for each type, and are randomly arranged over the entire rectangular effective area (effective diameter) 101 a of the diffractive optical element 101? Or, the whole is divided into several blocks, and is randomly arranged in the block.
第 4 4図に示すように、 ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは、 第 2実施形態で説明 したブロック F 1〜F 4をそれぞれ含んでいる。 例えば、 ブロック素子 F i dは、 第 2実施形態のプロック F 1に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子で ある。 同様に、 ブロック素子 F 2 dは、 ブロック F 2に X方向に隣接して単純透 過部 Hを配置した素子である。 ブロック素子 F 3 d, F 4 dは、 それぞれブロッ ク F 3, F 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。 こ こで、 第 6実施形態にかかる単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dは、 第 5実 施形態における単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dと比較して境界線の形状 は異なるが、 エッチング深さ dの設定や素子としての作用効果は同様である。 なお、 4極成分の発散角 (回折角) 0が第 2実施形態と異なる場合には、 対応 する発散角 0についてブロック F 1〜F 4内に含まれる素子 D 1 , D 2 , E 1 , E 2のピッチを式 (2 ) に基づいて設定し、 それらに素子 Hおよび H dを組み合 わせることによって所望のブロック素子 F 1 d〜F 4 dを設定し、 対応する回折 光学素子を形成することができる。 As shown in FIG. 44, the block elements F 1 d to F 4 d include the blocks F 1 to F 4 described in the second embodiment, respectively. For example, the block element Fid is an element in which a simple transmission portion H is arranged adjacent to the block F1 of the second embodiment in the X direction. Similarly, the block element F 2 d is an element in which a simple transparent portion H is arranged adjacent to the block F 2 in the X direction. The block elements F 3 d and F 4 d are elements in which complementary simple transmission portions H d are arranged adjacent to the blocks F 3 and F 4 in the X direction, respectively. Here, the shape of the boundary line of the simple transparent portion H and the complementary simple transparent portion Hd according to the sixth embodiment is different from that of the simple transparent portion H and the complementary simple transparent portion Hd in the fifth embodiment. However, the setting of the etching depth d and the effect as an element are the same. If the divergence angle (diffraction angle) 0 of the quadrupole component is different from that in the second embodiment, the elements D 1, D 2, E 1, and D 1 included in the blocks F 1 to F 4 for the corresponding divergence angle 0 The pitch of E2 is set based on equation (2), and the desired block elements F1d to F4d are set by combining the elements H and Hd, and the corresponding diffractive optical element is set. Can be formed.
以上のように、 回折光学素子 1 0 1を用いる第 6実施形態では、 ブロック F 1 〜F 4を透過した光によって所定の発散角を有する 4極成分が生成され、 同時に 素子 Hおよび H dを透過した光によって光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成 され、 これらの 4極成分と 1極成分との合成によって第 4 1図に示すような 5極 照明を行うことができる。 As described above, in the sixth embodiment using the diffractive optical element 101, a quadrupole component having a predetermined divergence angle is generated by the light transmitted through the blocks F1 to F4, and the elements H and Hd are simultaneously generated. The transmitted light generates a monopole component having an intensity near the optical axis. By combining the quadrupole component and the monopole component, a quintuple illumination as shown in FIG. 41 can be performed.
すなわち、 第 6実施形態の回折光学素子 1 0 1を照明光路に位置決めして平行 光束を入射させると、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 4 2図に示すよ うに、 X型 4点状の光強度分布と光軸近傍の 1点状の光強度分布とからなる合計 5点状の光強度分布が形成される。 しかしながら、 第 2実施形態と同様に実際に は、 回折光学素子 1 0 1には平行光束ではなく、 錐体状 (マイクロレンズアレイ
4 aの場合には正六角錐体状、 回折光学素子 4の場合には円錐体状) の光束範囲 によって規定される角度成分を有する光束が入射する。 こうして、 マイクロレン ズアレイ 8の入射面には、 第 4 1図に示すように、 5点状の光強度分布と円形状That is, when the diffractive optical element 101 of the sixth embodiment is positioned in the illumination optical path and a parallel light beam is incident, the X-shaped four points are incident on the incident surface of the microlens array 8 as shown in FIG. A five-point light intensity distribution is formed, which is composed of a light intensity distribution having a point shape and a light intensity distribution having a point near the optical axis. However, as in the second embodiment, actually, the diffractive optical element 101 is not a parallel light beam but has a cone shape (microlens array). A light beam having an angular component defined by a light beam range of a regular hexagonal pyramid in the case of 4a and a cone in the case of the diffractive optical element 4 enters. Thus, as shown in Fig. 41, the five-point light intensity distribution and the circular shape
(または正六角形状) の光束とのコンポリューシヨンからなる 5極状の照明分布5-pole illumination distribution consisting of a composition with a light beam (or regular hexagonal shape)
(照野) が形成される。 (Teruno) is formed.
その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 5極状の 照野とほぼ同じ光強度分布を有する 5極状の二次光源が形成される。 ここで、 5 極状の二次光源は、 5つの円形状 (または正六角形状) の実質的な面光源、 すな わち光軸 A Xを挟んで + X方向に対して + Y軸廻りに + 4 5度をなす方向に沿つ た 2つの面光源と、 光軸 AXを挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに— 4 5度を なす方向に沿った 2つの面光源と、 光軸 A X近傍に配置された 1つの面光源とに より構成されている。 こうして、 第 6実施形態では、 回折光学素子 1 0 1の作用 により、 照明瞳面において実質的に均一な 5極状の二次光源が形成される。 As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, a pentapole secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the pentapole illumination field is formed. Here, the five-pole secondary light source is a five-circular (or regular hexagonal) substantial surface light source, that is, about + Y axis with respect to + X direction with optical axis AX interposed. Two surface light sources along the +45 degree direction and two surface light sources along the +45 degree direction around the + Y direction with respect to the + Z direction across the optical axis AX, It is composed of one surface light source arranged near the optical axis AX. Thus, in the sixth embodiment, a substantially uniform pentapole secondary light source is formed on the illumination pupil plane by the action of the diffractive optical element 101.
また、 第 6実施形態では第 2実施形態と同様に、 ァフォーカルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 5極状の二次光源を構成する各面光源の中心と 光軸 A Xとの距離が変化することなく、 各面光源の大きさ (4極状の二次光源に 外接する円の半径一 4極状の二次光源に内接する円の半径、 および光軸上の 1極 状の二次光源の直径) だけを変化させることができる。 一方、 ズームレンズ 7の 焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変化させて、 5極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 In the sixth embodiment, similarly to the second embodiment, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the distance between the center of each surface light source constituting the five-pole secondary light source and the optical axis AX is changed. The size of each surface light source (the radius of the circle circumscribing the quadrupolar secondary light source, the radius of the circle circumscribing the quadrupolar secondary light source, and the Only the diameter of the secondary light source). On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the above-described distance and size can be changed, so that the entire pentapole secondary light source can be similarly enlarged or reduced.
なお、 第 6実施形態では、 ブロック素子 F 1 d〜F 4 dの変形例として、 第 4 4図の F 1 d〜F 4 dに含まれる 4極成分に対応する F 1〜F 4の素子パターン を D l, D 2 , E l, E 2で示した区分化された要素に細分化し、 また光軸近傍 の 1極成分に対応する Hおよび H dの領域も同様の区分化された要素に細部化し、 それぞれの要素を第 4 5図に示した互い違い配列に配列した新たなブロック素子 を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランス を向上させることができる。 同様に、 ブロック素子 F 1 d〜F 4 dの内部パター ンをさらに細分化し、 4極成分に対応する F 1〜F 4の素子パターンを細分化し
た細分化要素と、 光軸近傍の 1極成分に対応する Hおよび H dの領域を細部化し た細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することにより得られた新た なブロック素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分と の照明バランスをさらに向上させることができる。 また、 第 6実施形態では、 ブ ロック F l, F 2と単純透過部 Hとが同じ面積を有し、 ブロック F 3 , F 4と補 完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設定することが望ましい。 In the sixth embodiment, as a modified example of the block elements F1d to F4d, the elements of F1 to F4 corresponding to the four-pole components included in F1d to F4d in FIG. The pattern is subdivided into segmented elements denoted by Dl, D2, El, and E2, and the H and Hd regions corresponding to one-pole components near the optical axis are similarly segmented elements. Improve the illumination balance between the quadrupole illumination component and the monopole illumination component near the optical axis by using a new block element in which the elements are arranged in a staggered arrangement as shown in Fig. 45. Can be. Similarly, the internal patterns of the block elements F1d to F4d are further subdivided, and the element patterns of F1 to F4 corresponding to the four-pole components are subdivided. By using a new block element obtained by staggering or randomly arranging the subdivided elements and the subdivided elements in which the H and Hd regions corresponding to one pole component near the optical axis are detailed. The illumination balance between the four-pole illumination component and the one-pole illumination component near the optical axis can be further improved. Further, in the sixth embodiment, the blocks Fl, F2 and the simple transmission part H have the same area, and the blocks F3, F4 and the complementary simple transmission part Hd have the same area. It is desirable to set.
(第 7実施形態) (Seventh embodiment)
第 4実施形態では、 回折光学素子 6 4の作用により、 光軸 A Xを挟んで X方向 に対称に配置された 2極状の照明分布 (二次光源) を形成している。 これに対し、 第 7実施形態では、 回折光学素子 6 4に含まれる素子 G 1〜G 4に対して新たな 単純透過部を付加した素子 G 1 d〜G 4 dを採用することによって、 第 4実施形 態の 2極に光軸上の 1極を加えた 3極状の照明分布を形成している。 以下、 第 4 実施形態との相違点に着目して、 第 7実施形態を説明する。 In the fourth embodiment, a dipole-shaped illumination distribution (secondary light source) symmetrically arranged in the X direction with respect to the optical axis AX is formed by the action of the diffractive optical element 64. On the other hand, in the seventh embodiment, the elements G 1 d to G 4 d obtained by adding a new simple transmission portion to the elements G 1 to G 4 included in the diffractive optical element 64 are adopted. A three-pole illumination distribution is formed by adding one pole on the optical axis to the two poles in the four embodiments. Hereinafter, the seventh embodiment will be described by focusing on the differences from the fourth embodiment.
第 4 6図は、 第 7実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 3極状の照野を示す図である。 また、 第 4 7図は、 第 7実施形態における 3極 照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。 さらに、 第 4 8図は、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子の全体構成を概略的に示す図で ある。 また、 第 4 9図は、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子に含 まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 46 is a diagram showing a tripolar illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the seventh embodiment. FIG. 47 is a view for explaining the basic operation of the diffractive optical element for triode illumination in the seventh embodiment. Further, FIG. 48 is a diagram schematically showing an entire configuration of a diffractive optical element for triode illumination in the seventh embodiment. FIG. 49 is a diagram schematically showing a configuration of a block element included in the diffractive optical element for triode illumination in the seventh embodiment.
第 4 8図に示すように、 第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子 1 0 2は、 縦横に且つ稠密に配列された多数の素子 G l d〜G 4 dで構成されている。 素子 G l d〜G 4 dは、 ともに長方形形状の外形 (境界) を有し、 互いにほぼ同 じ大きさを有する。 また、 素子 G 1 d〜G 4 dは各種類についてほぼ同数含まれ ており、 回折光学素子 1 0 2の矩形状の有効領域 (有効径) 1 0 2 aの全体に亘 つてランダム配置されているか、 あるいは全体を幾つかのブロックに分割したそ のブロック内においてランダム配置されている。 As shown in FIG. 48, the diffractive optical element 102 for tripolar illumination in the seventh embodiment is composed of a number of elements Gld to G4d arranged vertically and horizontally and densely. The elements Gld to G4d all have a rectangular outer shape (boundary) and have substantially the same size as each other. The elements G 1 d to G 4 d are included in substantially the same number for each type, and are randomly arranged over the entire rectangular effective area (effective diameter) 102 a of the diffractive optical element 102. Or the whole is divided into several blocks and arranged randomly in that block.
第 4 9図に示すように、 素子 G l d〜G 4 dは、 第 4実施形態で説明した素子 G 1〜G 4をそれぞれ含んでいる。 例えば、 素子 G I dは、 第 4実施形態の素子
G lに X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。 同様に、 素子 G 2 dは、 素子 G 2に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。 素子 G 3 d , G 4 dは、 それぞれ素子 G 3, G 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。 ここで、 第 7実施形態にかかる単純透過部 Hおよび補 完単純透過部 H dは、 第 5実施形態における単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dと同じ構成および作用を有する。 As shown in FIG. 49, the elements G ld to G 4 d include the elements G 1 to G 4 described in the fourth embodiment, respectively. For example, the element GI d is the element of the fourth embodiment. An element in which a simple transmission portion H is arranged adjacent to Gl in the X direction. Similarly, the element G 2 d is an element in which a simple transmission portion H is arranged adjacent to the element G 2 in the X direction. Elements G 3 d and G 4 d are elements in which complementary simple transmission portions H d are arranged adjacent to the elements G 3 and G 4 in the X direction, respectively. Here, the simple transmission portion H and the complementary simple transmission portion Hd according to the seventh embodiment have the same configuration and operation as the simple transmission portion H and the complementary simple transmission portion Hd in the fifth embodiment.
なお、 2極成分の発散角 (回折角) 0が第 4実施形態と異なる場合には、 対応 する発散角 0について素子 G 1〜G 4のピッチを式 (2 ) に基づいて設定し、 そ れらに素子 Hおよび H dを組み合わせることによって所望の素子 G 1 d〜G 4 d を設定し、 対応する回折光学素子を形成することができる。 If the divergence angle (diffraction angle) 0 of the dipole component is different from that of the fourth embodiment, the pitch of the elements G1 to G4 for the corresponding divergence angle 0 is set based on equation (2). By combining these elements H and Hd, desired elements G1d to G4d can be set and corresponding diffractive optical elements can be formed.
以上のように、 回折光学素子 1 0 2を用いる第 7実施形態では、 素子 G 1〜G 4を透過した光によって所定の発散角を有する 2極成分が生成され、 同時に素子 Hおよび H dを透過した光によって光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成され、 これらの 2極成分と 1極成分との合成によって第 4 6図に示すような X方向に沿 つた 3極照明を行うことができる。 As described above, in the seventh embodiment using the diffractive optical element 102, a dipole component having a predetermined divergence angle is generated by light transmitted through the elements G1 to G4, and the elements H and Hd are simultaneously generated. The transmitted light generates a monopole component having an intensity near the optical axis.Three-pole illumination along the X direction as shown in Fig. 46 is performed by combining these dipole components and the monopole component. Can be.
すなわち、 第 7実施形態の回折光学素子 1 0 2を照明光路に位置決めして平行 光束を入射させると、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 4 7図に示すよ うに、 光軸 A Xを挟んで X方向に対称に配置された 2点状の光強度分布と光軸近 傍の 1点状の光強度分布とからなる合計 5点状の光強度分布が形成される。 しか しながら、 第 4実施形態と同様に実際には、 回折光学素子 1 0 2には平行光束で はなく、 錐体状 (マイクロレンズアレイ 4 aの場合には正六角錐体状、 回折光学 素子 4の場合には円錐体状) の光束範囲によって規定される角度成分を有する光 束が入射する。 こうして、 マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 第 4 6図に示 すように、 3点状の光強度分布と円形状 (または正六角形状) の光束とのコンポ リュ一シヨンからなる 3極状の照明分布 (照野) が形成される。 That is, when the diffractive optical element 102 of the seventh embodiment is positioned in the illumination optical path and a parallel light beam is incident, the optical axis AX is set on the incident surface of the microlens array 8 as shown in FIG. A total of five-point light intensity distributions, consisting of two-point light intensity distributions symmetrically arranged in the X direction and a one-point light intensity distribution near the optical axis, are formed. However, in the same manner as in the fourth embodiment, the diffractive optical element 102 does not have a parallel light beam but a conical shape (a regular hexagonal pyramid shape in the case of the microlens array 4a, a diffractive optical element). In the case of 4, a light beam having an angle component defined by the light beam range of a cone shape is incident. Thus, as shown in FIG. 46, the entrance surface of the microlens array 8 has a three-pole configuration composed of a three-point light intensity distribution and a circular (or regular hexagonal) light flux. An illumination distribution (illumination field) is formed.
その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面 (照明瞳面) には、 3極状の 照野とほぼ同じ光強度分布を有する 3極状の二次光源が形成される。 ここで、 3 極状の二次光源は、 3つの円形状 (または正六角形状) の実質的な面光源、 すな
わち光軸 A Xを挟んで X方向に対称に配置された 2つの面光源と、 光軸 A X近傍 に配置された 1つの面光源とにより構成されている。 こうして、 第 7実施形態で は、 回折光学素子 1 0 2の作用により、 照明瞳面において実質的に均一な 3極状 の二次光源が形成される。 As a result, on the rear focal plane (illumination pupil plane) of the microlens array 8, a tripolar secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the tripolar illumination field is formed. Here, the tripolar secondary light source is a three circular (or regular hexagonal) substantially planar light source, That is, it is composed of two surface light sources arranged symmetrically in the X direction with respect to the optical axis AX and one surface light source arranged near the optical axis AX. Thus, in the seventh embodiment, a substantially uniform tripolar secondary light source is formed on the illumination pupil plane by the action of the diffractive optical element 102.
また、 第 7実施形態では第 4実施形態と同様に、 ァフォーカルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 3極状の二次光源を構成する各面光源の中心と 光軸 A Xとの距離が変化することなく、 各面光源の大きさ (2極状の二次光源に 外接する円の半径一 2極状の二次光源に内接する円の半径、 および光軸上の 1極 状の二次光源の直径) だけを変化させることができる。 一方、 ズームレンズ 7の 焦点距離を変化させることにより、 上述の距離および大きさの双方を変化させて、 3極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 In the seventh embodiment, as in the fourth embodiment, the distance between the center of each surface light source constituting the tripolar secondary light source and the optical axis AX is changed by changing the magnification of the afocal zoom lens 5. Without changing the size of each surface light source (the radius of the circle circumscribing the dipole secondary light source, the radius of the circle circumscribing the dipole secondary light source, and the size of the monopole on the optical axis). Only the diameter of the secondary light source). On the other hand, by changing the focal length of the zoom lens 7, both the above-described distance and size can be changed, so that the entire tripolar secondary light source can be similarly enlarged or reduced.
なお、 第 7実施形態においても、 第 5および第 6実施形態と同様に、 素子 G 1 d〜G 4 dの内部パターンを細分化し、 2極成分に対応する G 1〜G 4の素子パ ターンを細分化した細分化要素と、 光軸近傍の 1極成分に対応する Hおよび H d の領域を細部化した細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することに より得られた新たな素子を素子 G 1 d〜G 4 dの変形例として用いることによつ て、 2極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスを向上させることが できる。 また、 第 7実施形態では、 素子 G l , G 2と単純透過部 Hとが同じ面積 を有し、 素子 G 3, G 4と補完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設定 することが望ましい。 In the seventh embodiment, similarly to the fifth and sixth embodiments, the internal patterns of the elements G 1 d to G 4 d are subdivided and the element patterns of G 1 to G 4 corresponding to the two-pole components are divided. A new element obtained by alternately or randomly arranging subdivision elements obtained by subdividing the subdivision elements and subdivision elements obtained by subdividing the H and Hd regions corresponding to the one-pole component near the optical axis. By using the elements G 1 d to G 4 d as modified examples, the illumination balance between the dipole illumination component and the monopole illumination component near the optical axis can be improved. In the seventh embodiment, the elements Gl and G2 and the simple transmission part H are set to have the same area, and the elements G3 and G4 and the complementary simple transmission part Hd are set to have the same area. It is desirable.
(第 8実施形態) (Eighth embodiment)
第 5 0図は、 第 8実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成され る 9極状の照野を示す図である。 また、 第 5 1図は、 第 8実施形態における 9極 照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。 前述したように、 第 3実施形態では、 第 1実施形態にかかる回折光学素子 6 1の作用と第 2実施形態 にかかる回折光学素子 6 2の作用との合成により、 8極状の照明分布 (二次光 源) を形成している。 同様に、 第 8実施形態では、 第 5実施形態にかかる回折光 学素子 1 0 0の作用と第 6実施形態にかかる回折光学素子 1 0 1の作用との合成
により、 第 5 1図に示すような 9点状の光強度分布と円形状 (または正六角形 状) の光束とのコンポリューシヨンからなる 9極状の照明分布 (照野)、 すなわ ち第 5 0図に示すような 9極状の照明分布を形成することができる。 FIG. 50 is a diagram showing a nine-pole illumination field formed on the entrance surface of the microlens array in the eighth embodiment. FIG. 51 is a diagram for explaining the basic operation of the diffractive optical element for nine-pole illumination in the eighth embodiment. As described above, in the third embodiment, by combining the operation of the diffractive optical element 61 according to the first embodiment and the operation of the diffractive optical element 62 according to the second embodiment, the octopole illumination distribution ( Secondary light source). Similarly, in the eighth embodiment, the operation of the diffractive optical element 100 according to the fifth embodiment and the operation of the diffractive optical element 101 according to the sixth embodiment are combined. As a result, as shown in Fig. 51, a 9-pole illumination distribution (Terino) composed of a composition of a 9-point light intensity distribution and a circular (or regular hexagonal) light beam, A nine-pole illumination distribution as shown in FIG. 50 can be formed.
なお、 上述の各実施形態および変形例では、 直線格子パターンを含む回折光学 素子を用いているが、 この種の回折光学素子と同様の光学的性能を有する光学部 材として、 回折光学素子とほぼ同じ光振幅を発生する屈折光学素子を用いること もできる。 In each of the above-described embodiments and modifications, a diffractive optical element including a linear grating pattern is used. However, as an optical member having optical performance similar to that of this type of diffractive optical element, a diffractive optical element substantially similar to the diffractive optical element is used. Refractive optical elements that generate the same light amplitude can also be used.
また、 上述の回折光学素子に関する各実施形態および各変形例では、 2値型の 回折光学素子パターンを用いているが、 これに限定されることなく、 第 1から第 Further, in each of the embodiments and the modifications of the above-described diffractive optical element, a binary diffractive optical element pattern is used.
4実施形態の変形例と同様にブレーズ型の回折光学素子パターンまたは多値型の 回折光学素子パ夕一ンを用いることが可能である。 As in the modification of the fourth embodiment, a blaze-type diffractive optical element pattern or a multi-valued diffractive optical element pattern can be used.
その他にも、 第 1から第 4実施形態およびその変形例に関して説明した技術内 容を第 5から第 8実施形態およびその変形例に適用することが可能である。 上述の各実施形態にかかる露光装置では、 照明光学装置によってマスク (レチ クル) を照明し (照明工程)、 投影光学系を用いてマスクに形成された転写用の パターンを感光性基板に露光する (露光工程) ことにより、 マイクロデバイス (半導体素子、 撮像素子、 液晶表示素子、 薄膜磁気ヘッド等) を製造することが できる。 以下、 上述の各実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ 等に所定の回路パターンを形成することによって、 マイクロデバィスとしての半 導体デバイスを得る際の手法の一例につき第 3 2図のフローチャートを参照して 説明する。 In addition, the technical contents described with respect to the first to fourth embodiments and their modifications can be applied to the fifth to eighth embodiments and their modifications. In the exposure apparatus according to each of the above-described embodiments, the mask (reticle) is illuminated by the illumination optical device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system. By performing the (exposure step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin-film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, an example of a method for obtaining a semiconductor device as a microdevice by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of each of the above-described embodiments is shown in FIG. This will be described with reference to a flowchart.
先ず、 第 3 2図のステップ 3 0 1において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸 着される。 次のステップ 3 0 2において、 その 1ロットのウェハ上の金属膜上に フォトレジストが塗布される。 その後、 ステップ 3 0 3において、 上述の各実施 形態の露光装置を用いて、 マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、 その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。 その後、 ステ ップ 3 0 4において、 その 1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われ た後、 ステップ 3 0 5において、 その 1ロットのウェハ上でレジストパターンを
マスクとしてエッチングを行うことによって、 マスク上のパターンに対応する回 路パターンが、 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。 その後、 更に上のレ ィャの回路パターンの形成等を行うことによって、 半導体素子等のデバイスが製 造される。 上述の半導体デバイス製造方法によれば、 極めて微細な回路パターン を有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。 First, in step 301 of FIG. 32, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system using the exposure apparatus of each embodiment described above. You. After that, in step 304, the photoresist on the wafer of the lot is developed, and then in step 304, the resist pattern is formed on the wafer of the lot. By performing etching as a mask, a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer. Thereafter, devices such as semiconductor elements are manufactured by forming a circuit pattern of the upper layer. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.
また、 上述の各実施形態の露光装置では、 プレート (ガラス基板) 上に所定の パターン (回路パターン、 電極パターン等) を形成することによって、 マイクロ デバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。 以下、 第 3' 3図のフローチ ャ一トを参照して、 このときの手法の一例につき説明する。 第 3 3図において、 パターン形成工程 4 0 1では、 上述の各実施形態の露光装置を用いてマスクのパ ターンを感光性基板 (レジストが塗布されたガラス基板等) に転写露光する、 所 謂光リソグラフィ一工程が実行される。 この光リソグラフィー工程によって、 感 光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。 その後、 露光さ れた基板は、 現像工程、 エッチング工程、 レジスト剥離工程等の各工程を経るこ とによって、 基板上に所定のパターンが形成され、 次のカラーフィルタ一形成ェ 程 4 0 2へ移行する。 In the exposure apparatus of each of the above embodiments, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. 3'3. In FIG. 33, in a pattern forming step 401, a pattern of a mask is transferred and exposed to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist, etc.) using the exposure apparatus of each of the above-described embodiments. An optical lithography process is performed. By this photolithography step, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate is subjected to various processes such as a developing process, an etching process, a resist stripping process, etc., so that a predetermined pattern is formed on the substrate, and the next color filter forming step 402 is performed. Transition.
次に、 カラーフィルタ一形成工程 4 0 2では、 R (Red) , G (Green) , B Next, in the color filter forming process 402, R (Red), G (Green), B
(Blue) に対応した 3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、 ま たは R、 G、 Bの 3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配 列したカラーフィルターを形成する。 そして、 カラ一フィルター形成工程 4 0 2 の後に、 セル組み立て工程 4 0 3が実行される。 セル組み立て工程 4 0 3では、 パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板、 およびカラー フィルター形成工程 4 0 2にて得られたカラーフィルタ一等を用いて液晶パネルA set of three dots corresponding to (Blue) is arranged in a matrix, or a set of three stripe filters of R, G, B is arranged in the horizontal scanning line direction. Form. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 400 is executed. In the cell assembling step 403, a liquid crystal panel is formed by using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402.
(液晶セル) を組み立てる。 セル組み立て工程 4 0 3では、 例えば、 パターン形 成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成ェ 程 4 0 2にて得られたカラーフィル夕一との間に液晶を注入して、 液晶パネル(Liquid crystal cell). In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is interposed between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402. Inject the liquid crystal panel
(液晶セル) を製造する。 (Liquid crystal cell).
その後、 モジュール組み立て工程 4 0 4にて、 組み立てられた液晶パネル (液
晶セル) の表示動作を行わせる電気回路、 バックライト等の各部品を取り付けて 液晶表示素子として完成させる。 上述の液晶表示素子の製造方法によれば、 極め て微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができ る。 Then, in the module assembly process 404, the assembled liquid crystal panel (liquid A liquid crystal display element is completed by attaching various components such as an electric circuit and a backlight that perform the display operation of the crystal cell. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
なお、 上述の実施形態においては、 光源 1として、 1 9 3 n mの波長の光を供 給する A r Fエキシマレーザー光源 (または 2 4 8 n mの波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ一光源) を用いているが、 これに限定されることなく、 1 5 7 n mの波長の光を供給する F 2レーザー光源や、 g線 (4 3 6 n m) や i線 ( 3 6 5 n m) の光を供給する水銀ランプなどを用いることができる。 水銀ラン プを用いる場合、 光源 1は、 水銀ランプと楕円鏡とコリメータレンズとを有する 構成となる。 In the above-described embodiment, the light source 1 is an ArF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of 193 nm (or a KrF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of 248 nm). While using the light source), without being limited thereto, 1 5 7 nm and F 2 laser light source for supplying light of wavelength, g-ray (4 3 6 nm) and i-line (3 6 5 nm) For example, a mercury lamp that supplies the light of the above. When a mercury lamp is used, the light source 1 has a configuration including a mercury lamp, an elliptical mirror, and a collimator lens.
また、 上述の実施形態では、 照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって 本発明を説明したが、 マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学 装置に本発明を適用することができることは明らかである。 産業上の利用の可能性 Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking as an example a projection exposure apparatus having an illumination optical device. However, the present invention is applied to a general illumination optical device for illuminating an irradiated surface other than a mask. Obviously you can. Industrial potential
以上説明したように、 本発明の回折光学素子では、 例えば照明光学装置に用い られて、 照明瞳面において実質的に均一な複数極状 (4極状、 8極状、 2極状) の照度分布を形成することができる。 また、 本発明の照明光学装置では、 照明瞳 面において実質的に均一な複数極状の照度分布を形成する回折光学素子を用いて、 光量損失を抑えつつ良好な各種の複数極照明を行うことができる。 As described above, the diffractive optical element of the present invention is used, for example, in an illumination optical device and has a substantially uniform multipole (quadrupole, octupole, dipole) illuminance on the illumination pupil plane. A distribution can be formed. Further, in the illumination optical device of the present invention, it is possible to perform various types of favorable multi-pole illumination while suppressing a light amount loss by using a diffractive optical element that forms a substantially uniform multi-pole illuminance distribution on an illumination pupil plane. Can be.
また、 本発明の照明光学装置が組み込まれた露光装置および本発明の照明光学 装置を用いた露光方法では、 光量損失を抑えつつ良好な各種の複数極照明を行う ことのできる照明光学装置を用いて、 マスクに最適な照明条件の下で、 感光性基 板上にマスクパターンを忠実に転写することができる。 さらに、 本発明では、 感 光性基板上にマスクパタ一ンを忠実に転写することのできる本発明の露光装置お よび露光方法を用いて、 良好なマイクロデバイスを製造することができる。
Further, the exposure apparatus incorporating the illumination optical apparatus of the present invention and the exposure method using the illumination optical apparatus of the present invention employ an illumination optical apparatus capable of performing various types of favorable multi-pole illumination while suppressing a light amount loss. Thus, the mask pattern can be faithfully transferred onto the photosensitive substrate under the optimal lighting conditions for the mask. Further, in the present invention, a good microdevice can be manufactured by using the exposure apparatus and the exposure method of the present invention capable of faithfully transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate.