JP2003068604A - Illumination optical equipment and aligner using the illumination optical equipment - Google Patents

Illumination optical equipment and aligner using the illumination optical equipment

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JP2003068604A
JP2003068604A JP2001252363A JP2001252363A JP2003068604A JP 2003068604 A JP2003068604 A JP 2003068604A JP 2001252363 A JP2001252363 A JP 2001252363A JP 2001252363 A JP2001252363 A JP 2001252363A JP 2003068604 A JP2003068604 A JP 2003068604A
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illumination
light
optical
light source
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Mitsunori Toyoda
光紀 豊田
Osamu Tanitsu
修 谷津
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide illumination optical equipment, which can align a center axial line of a luminous flux from a light source with the reference optical axis of an optical system. SOLUTION: The illumination optical equipment is provided with an illumination field forming optical system (4-9), which contains a luminous flux converting element (4) which is arranged in an optical path between the light source (1) and a microlens array (10) and converts the luminous flux from the light source into a luminous flux having a prescribed sectional form, and forms an illumination field, having a prescribed form on an incident surface of the microlens array, a light-dividing member (14) arranged in an optical path between the incident surface of the microlens array and the luminous flux converting element, a photoelectric transducer (15) which is arranged at a position almost optically conjugate to the incident surface of the microlens array and receives a luminous flux divided by the light-dividing member, and a calculation part (21) for obtaining a position relation between the luminous flux from the light source and a prescribed surface, on the basis of output from the photoelectric transducer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学装置およ
び該照明光学装置を備えた露光装置に関し、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グラフィー工程で製造するための
露光装置に好適な照明光学装置の調整に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating optical device and an exposure apparatus equipped with the illuminating optical device. In particular, a microdevice such as a semiconductor device, an image pickup device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head or the like is manufactured by a lithography process. The present invention relates to adjustment of an illumination optical device suitable for an exposure apparatus.

【０００２】[0002]

【従来の技術】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。2. Description of the Related Art In a typical exposure apparatus of this type,
The light flux emitted from the light source enters the fly-eye lens,
A secondary light source including a large number of light sources is formed on the rear focal plane. The light flux from the secondary light source is incident on the condenser lens after being limited through an aperture stop arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens. The aperture stop limits the shape or size of the secondary light source to the desired shape or size according to the desired illumination condition (exposure condition).

【０００３】コンデンサーレンズにより集光された光束
は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明
する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を
介して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 a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, on the wafer,
The mask pattern is projected and exposed (transferred). Since the pattern formed on the mask is highly integrated, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.

【０００４】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、照明のコヒーレンシィσ（σ
値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照
明光学系の射出側開口数／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, by changing the size of the aperture (light transmitting portion) of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens, the coherency of the illumination σ (σ
Value = aperture stop diameter / projection optical system pupil diameter, or σ value = illumination optical system exit side numerical aperture / projection optical system incident side numerical aperture)
The technique of changing the is attracting attention. Further, by setting the shape of the aperture of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens to be a ring shape or a four-hole shape (that is, a quadrupole shape), the secondary light source formed by the fly-eye lens A technique for limiting the shape to a ring shape or a quadrupole shape to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system has been attracting attention.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、二次光源の
形状を輪帯状や４極状に制限して変形照明（輪帯照明や
４極照明）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単に制限すると、
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。By the way, the secondary light source is formed by a fly-eye lens in order to perform modified illumination (annular illumination or quadrupole illumination) by limiting the shape of the secondary light source to an annular or quadrupole shape. When the light flux from a relatively large secondary light source is simply limited by an aperture stop having an annular or quadrupole aperture,
A considerable part of the light flux from the secondary light source is blocked by the aperture stop,
Does not contribute to illumination (exposure). As a result, the illuminance on the mask and the wafer is reduced due to the loss of light amount at the aperture stop, and the throughput of the exposure apparatus is also reduced.

【０００６】そこで、たとえば回折光学素子を介して輪
帯状や４極状に変換した光束をフライアイレンズに入射
させ、フライアイレンズの射出側に輪帯状または４極状
の二次光源を形成する構成が考えられている。この場
合、回折光学素子を介してフライアイレンズの入射面に
輪帯状や４極状の照野が形成され、その結果、フライア
イレンズの後側焦点面には照野とほぼ同じ光強度分布
（たとえば輪帯状や４極状）を有する二次光源が形成さ
れ、開口絞りによる光量損失を低減することができる。Therefore, for example, a light flux converted into a ring-shaped or quadrupole shape is incident on a fly-eye lens through a diffractive optical element, and a ring-shaped or quadrupole-shaped secondary light source is formed on the exit side of the fly-eye lens. A configuration is being considered. In this case, a ring-shaped or quadrupole illumination field is formed on the entrance surface of the fly-eye lens through the diffractive optical element, and as a result, the light intensity distribution on the rear focal plane of the fly-eye lens is almost the same as that of the illumination field. A secondary light source having, for example, a ring shape or a quadrupole shape is formed, and light amount loss due to the aperture stop can be reduced.

【０００７】ここで、光源からの光束の中心軸線が照明
光学系の基準光軸に対して傾いていると、すなわち光束
の中心軸線が回折光学素子の光軸に対して傾いている
と、フライアイレンズの入射面に形成される照野の位置
が所定の基準位置から位置ずれする。その結果、フライ
アイレンズの後側焦点面に形成される二次光源の位置も
所定の基準位置から位置ずれし、被照射面（マスク）に
おいて光束のテレセントリシティが崩れるという不都合
があった。Here, if the central axis of the light beam from the light source is tilted with respect to the reference optical axis of the illumination optical system, that is, if the central axis of the light beam is tilted with respect to the optical axis of the diffractive optical element, then the fly The position of the illumination field formed on the entrance surface of the eye lens deviates from a predetermined reference position. As a result, the position of the secondary light source formed on the rear focal plane of the fly-eye lens also deviates from a predetermined reference position, and the telecentricity of the light flux on the surface to be illuminated (mask) is disrupted.

【０００８】また、回折光学素子とフライアイレンズと
の間の光路中に稜線が互いに直交する一対のＶ溝アキシ
コン系を配置する構成も提案されている。この構成で
は、一対のＶ溝アキシコン系の稜線部分に起因して、フ
ライアイレンズの入射面において照度の低い十字状の影
が形成される。このとき、一方のＶ溝アキシコン系に起
因して形成される縦方向の影の幅と、他方のＶ溝アキシ
コン系に起因して形成される横方向の影の幅とが実質的
に異なると、ウェハ上に転写されるパターンの線幅が縦
方向と横方向とで異なってしまうという不都合があっ
た。また、回折光学素子とフライアイレンズとの間の光
路中に円錐アキシコン系を配置する構成も提案されてい
るが、この構成においても、円錐アキシコン系の頂点部
分に起因して、フライアイレンズの入射面において照度
の低いスポット状の影が形成される。このとき、円状の
影の位置が光軸から外れると、被照射面（マスク）にお
ける光束のテレセントリシティが崩れ、またウェハ上に
転写されるパターンの線幅が縦方向と横方向とで異なる
不都合がある。Further, a configuration has been proposed in which a pair of V-groove axicon systems whose ridge lines are orthogonal to each other are arranged in the optical path between the diffractive optical element and the fly-eye lens. In this configuration, a cross-shaped shadow with low illuminance is formed on the incident surface of the fly-eye lens due to the ridges of the pair of V-groove axicon systems. At this time, if the width of the vertical shadow formed due to one V-groove axicon system is substantially different from the width of the horizontal shadow formed due to the other V-groove axicon system. However, there is a problem that the line width of the pattern transferred onto the wafer is different in the vertical direction and the horizontal direction. Further, a configuration in which a conical axicon system is arranged in the optical path between the diffractive optical element and the fly's eye lens is also proposed, but in this configuration also, due to the apex of the conical axicon system, A spot-like shadow with low illuminance is formed on the incident surface. At this time, if the position of the circular shadow deviates from the optical axis, the telecentricity of the light flux on the surface to be illuminated (mask) collapses, and the line width of the pattern transferred onto the wafer varies in the vertical and horizontal directions. There are different inconveniences.

【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光源からの光束の中心軸線を光学系の基準光
軸に対して位置合わせすることを目的とする。また、一
方のＶ溝アキシコン系に起因して形成される縦方向の影
の幅と他方のＶ溝アキシコン系に起因して形成される横
方向の影の幅とをほぼ一致させることを目的とする。ま
た、円錐アキシコン系に起因して形成される影の位置を
光学系の基準光軸に対して位置合わせすることを目的と
する。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to align the central axis of a light beam from a light source with a reference optical axis of an optical system. Another object of the present invention is to substantially match the width of a vertical shadow formed due to one V-groove axicon system and the width of a horizontal shadow formed due to the other V-groove axicon system. To do. Another object is to align the position of the shadow formed due to the conical axicon system with the reference optical axis of the optical system.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、光源からの光束に基づいて
多数光源を形成するためのオプティカルインテグレータ
と、該オプティカルインテグレータ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た照明光学装置にお
いて、前記光源と前記オプティカルインテグレータとの
間の光路中に配置されて前記光源からの光束を所定の断
面形状を有する光束または所定の光強度分布を有する光
束に変換するための光束変換素子を含み、該光束変換素
子からの光束に基づいて前記オプティカルインテグレー
タに対して所定の位置関係を有する所定面上に所定形状
の照野を形成するための照野形成光学系と、前記所定面
と前記光束変換素子との間の光路中に配置された光分割
部材と、前記所定面と光学的にほぼ共役な位置に配置さ
れて、前記光分割部材により分割された光束を受光する
ための光電変換素子と、前記光電変換素子に接続され
て、前記光電変換素子からの出力に基づいて前記光源か
らの光束と前記所定面との位置関係を求める演算部とを
備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, in the first invention of the present invention, an optical integrator for forming a large number of light sources based on a light beam from a light source, and a light beam from the optical integrator are provided. In an illumination optical device including a light guide optical system for guiding to a surface to be illuminated, a light flux having a predetermined cross-sectional shape disposed in an optical path between the light source and the optical integrator and having a predetermined cross-sectional shape. An illumination field having a predetermined shape on a predetermined surface including a light beam conversion element for converting into a light beam having a predetermined light intensity distribution and having a predetermined positional relationship with the optical integrator based on the light beam from the light beam conversion element. An illumination field forming optical system for forming a beam, a light splitting member arranged in an optical path between the predetermined surface and the light flux conversion element, and the predetermined And a photoelectric conversion element for receiving the light flux split by the light splitting member, which is arranged at a position substantially optically conjugate with, and is connected to the photoelectric conversion element and is based on the output from the photoelectric conversion element. An illumination optical device is provided, which comprises: a calculation unit that obtains a positional relationship between the light flux from the light source and the predetermined surface.

【００１１】第１発明の好ましい態様によれば、前記照
野形成光学系は、前記所定面上に形成される前記照野の
大きさを変化させるための変倍光学系を有する。また、
前記照野形成光学系は、第１方向に沿った稜線を有する
第１Ｖ溝アキシコン系を有することが好ましい。この場
合、前記照野形成光学系は、円錐状屈折面を有する円錐
アキシコン系と、前記第１方向と直交する第２方向に沿
った稜線を有する第２Ｖ溝アキシコン系とのうちの少な
くとも一方を有することが好ましい。さらに、前記光束
変換素子は、照明光路に対して切り換え可能な複数の回
折光学素子を有することが好ましい。この場合、前記複
数の回折光学素子は、前記照明光学装置の調整に際して
照明光路に設定すべき調整用回折光学素子を有すること
が好ましい。According to a preferred aspect of the first invention, the illumination field forming optical system has a variable power optical system for changing the size of the illumination field formed on the predetermined surface. Also,
It is preferable that the illumination field forming optical system includes a first V-groove axicon system having a ridge line along the first direction. In this case, the illumination field forming optical system includes at least one of a conical axicon system having a conical refracting surface and a second V-groove axicon system having a ridge line along a second direction orthogonal to the first direction. It is preferable to have. Furthermore, it is preferable that the light flux conversion element has a plurality of diffractive optical elements that can be switched with respect to the illumination optical path. In this case, it is preferable that the plurality of diffractive optical elements have an adjusting diffractive optical element to be set in the illumination optical path when adjusting the illumination optical device.

【００１２】本発明の第２発明では、光源からの光束に
基づいて多数光源を形成するためのオプティカルインテ
グレータと、該オプティカルインテグレータからの光束
を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学
装置において、第１方向に沿った稜線を有する第１Ｖ溝
アキシコン系を有し、前記光源からの光束に基づいて前
記オプティカルインテグレータに対して所定の位置関係
を有する所定面上に所定形状の照野を形成するための照
野形成光学系と、前記所定面と前記第１Ｖ溝アキシコン
系との間の光路中に配置された光分割部材と、前記所定
面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて、前記光分割
部材により分割された光束を受光するための光電変換素
子とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供
する。In a second aspect of the present invention, an optical integrator for forming a large number of light sources based on the light flux from the light source, and a light guide optical system for guiding the light flux from the optical integrator to the irradiation surface are provided. In the illumination optical device, a first V-groove axicon system having a ridgeline along a first direction is provided, and a predetermined shape is formed on a predetermined surface having a predetermined positional relationship with the optical integrator based on a light flux from the light source. An illumination field forming optical system for forming an illumination field, a light splitting member disposed in an optical path between the predetermined surface and the first V-groove axicon system, and the predetermined surface is substantially optically conjugate. An illumination optical device is provided, which is provided at a position and has a photoelectric conversion element for receiving the light beam split by the light splitting member.

【００１３】第２発明の好ましい態様によれば、前記照
野形成光学系は、円錐状屈折面を有する円錐アキシコン
系と、前記第１方向と直交する第２方向に沿った稜線を
有する第２Ｖ溝アキシコン系とのうちの少なくとも一方
を有する。また、前記照野形成光学系は、前記光源から
の光束を所定の断面形状を有する光束または所定の光強
度分布を有する光束に変換するための光束変換素子を有
することが好ましい。この場合、前記光束変換素子は、
照明光路に対して切り換え可能な複数の回折光学素子を
有することが好ましい。また、この場合、前記複数の回
折光学素子は、前記照明光学装置の調整に際して照明光
路に設定すべき調整用回折光学素子を有することが好ま
しい。According to a preferred aspect of the second invention, the illumination field forming optical system includes a conical axicon system having a conical refracting surface, and a second V having a ridge line along a second direction orthogonal to the first direction. At least one of the groove axicon system. Further, it is preferable that the illumination field forming optical system includes a light flux conversion element for converting a light flux from the light source into a light flux having a predetermined cross-sectional shape or a light flux having a predetermined light intensity distribution. In this case, the luminous flux conversion element,
It is preferable to have a plurality of diffractive optical elements that can be switched with respect to the illumination optical path. Further, in this case, it is preferable that the plurality of diffractive optical elements have an adjusting diffractive optical element to be set in an illumination optical path when adjusting the illumination optical device.

【００１４】第１発明および第２発明の好ましい態様に
よれば、前記オプティカルインテグレータは、縦横に配
列されたレンズ要素からなる波面分割型のオプティカル
インテグレータを有し、前記波面分割型のオプティカル
インテグレータの入射面は、前記所定面の位置またはそ
の近傍の位置に位置決めされている。According to a preferred aspect of the first invention and the second invention, the optical integrator has a wavefront splitting type optical integrator composed of lens elements arranged vertically and horizontally, and the wavefront splitting type optical integrator is incident on the optical integrator. The surface is positioned at or near the position of the predetermined surface.

【００１５】本発明の第３発明では、第１発明または第
２発明の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマ
スクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投
影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提
供する。この場合、前記光源と前記光分割部材との間の
光路中に配置されて前記光源からの光束の位置または方
向を調整するための光束調整器を備え、前記光束調整器
は前記演算部からの出力に応じて前記光束の位置または
方向を調整することが好ましい。According to a third aspect of the present invention, an illumination optical device according to the first aspect or the second aspect, and a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern set on the surface to be illuminated onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus comprising: In this case, the light flux adjuster is provided in the optical path between the light source and the light splitting member to adjust the position or direction of the light flux from the light source, and the light flux adjuster is provided from the arithmetic unit. It is preferable to adjust the position or direction of the light flux according to the output.

【００１６】本発明の第４発明では、第３発明の露光装
置により前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露
光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記
感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法を提供する。In a fourth invention of the present invention, an exposure step of exposing the pattern of the mask onto the photosensitive substrate by the exposure apparatus of the third invention, and a development for developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. A method of manufacturing a microdevice, comprising:

【００１７】本発明の別の局面によれば、第１発明の照
明光学装置の調整方法において、前記光電変換素子の受
光面に形成される照野の位置の基準位置に対する位置ず
れに基づいて、前記光源からの光束の中心軸線を光学系
の基準光軸に対して位置合わせすることを特徴とする調
整方法を提供する。ここで、前記変倍光学系の焦点距離
を変化させたときに前記光電変換素子の受光面に形成さ
れる照野の位置の基準位置に対する位置ずれに基づい
て、前記変倍光学系の光軸を前記基準光軸に対して位置
合わせすることが好ましい。この場合、前記光束の中心
軸線の前記基準光軸に対する位置合わせに先立って、前
記変倍光学系の光軸の前記基準光軸に対する位置合わせ
を行うことが好ましい。また、前記光電変換素子の受光
面における光強度分布に基づいて、前記第１Ｖ溝アキシ
コン系の稜線部分に起因して前記受光面上に形成される
第１の直線状の影の幅と、前記第２Ｖ溝アキシコン系の
稜線部分に起因して前記受光面上に形成される第２の直
線状の影の幅とをほぼ一致させることが好ましい。According to another aspect of the present invention, in the adjusting method for the illumination optical device according to the first aspect of the invention, based on the positional deviation of the position of the illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element from the reference position, There is provided an adjusting method characterized by aligning a central axis of a light beam from the light source with a reference optical axis of an optical system. Here, based on the positional deviation of the position of the illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element with respect to the reference position when the focal length of the variable power optical system is changed, the optical axis of the variable power optical system. Is preferably aligned with the reference optical axis. In this case, it is preferable that the alignment of the optical axis of the variable power optical system with the reference optical axis be performed prior to the alignment of the central axis of the light flux with the reference optical axis. Further, based on a light intensity distribution on the light receiving surface of the photoelectric conversion element, a width of a first linear shadow formed on the light receiving surface due to a ridge portion of the first V-groove axicon system, and It is preferable that the width of the second linear shadow formed on the light receiving surface due to the ridge portion of the second V-groove axicon system is substantially matched.

【００１８】本発明のさらに別の局面によれば、第２発
明の照明光学装置の調整方法において、前記光電変換素
子の受光面における光強度分布に基づいて、前記第１Ｖ
溝アキシコン系の稜線部分に起因して前記受光面上に形
成される第１の直線状の影の幅と、前記第２Ｖ溝アキシ
コン系の稜線部分に起因して前記受光面上に形成される
第２の直線状の影の幅とをほぼ一致させることを特徴と
する調整方法を提供する。ここで、前記第１の直線状の
影の幅と前記第２の直線状の影の幅とをほぼ一致させる
ために、前記第１Ｖ溝アキシコン系の間隔および前記第
２Ｖ溝アキシコン系の間隔のうちの少なくとも一方を変
化させることが好ましい。また、前記第１の直線状の影
の幅と前記第２の直線状の影の幅とをほぼ一致させるた
めに、前記第１Ｖ溝アキシコン系および前記第２Ｖ溝ア
キシコン系のうちの少なくとも一方を交換することが好
ましい。According to still another aspect of the present invention, in the adjusting method for the illumination optical device of the second invention, the first voltage is adjusted based on the light intensity distribution on the light receiving surface of the photoelectric conversion element.
The width of the first linear shadow formed on the light receiving surface due to the ridge portion of the groove axicon system, and the width of the second V groove formed on the light receiving surface due to the ridge portion of the axicon system. There is provided an adjusting method characterized in that the width of a second linear shadow is substantially matched. Here, in order to make the width of the first linear shadow substantially equal to the width of the second linear shadow, the spacing of the first V-groove axicon system and the spacing of the second V-groove axicon system are set. It is preferable to change at least one of them. Further, in order to make the width of the first linear shadow and the width of the second linear shadow substantially equal, at least one of the first V-groove axicon system and the second V-groove axicon system is used. It is preferable to replace it.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、添付図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の第１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。図１において、感光性基板であるウェハの
法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙
面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙
面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、
図１では、照明光学装置が４極照明を行うように設定さ
れている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is along the normal direction of the wafer which is the photosensitive substrate, the Y axis is in the direction parallel to the paper surface of FIG. 1 in the wafer plane, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 in the wafer surface. The X axis is set for each. In addition,
In FIG. 1, the illumination optical device is set to perform quadrupole illumination.

【００２０】図１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、たとえば２４８ｎｍの波長
の光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源や１９３ｎ
ｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を
備えている。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ
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、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエ
キスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂ
は、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力お
よび正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビーム
エキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内にお
いて拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形
される。In the exposure apparatus of FIG. 1, as a light source 1 for supplying exposure light (illumination light), for example, a KrF excimer laser light source for supplying light of a wavelength of 248 nm or 193n.
It is equipped with an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of m. A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated along the X direction and enters a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b. Each lens 2a and 2b
Has a negative refracting power and a positive refracting power in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane). Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is expanded in the plane of the paper of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

【００２１】整形光学系としてのビームエキスパンダー
２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方
向に偏向された後、４極照明用の回折光学素子（ＤＯ
Ｅ）４ａ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、４極照明
用の回折光学素子４ａは、矩形状の断面を有する平行光
束が入射した場合、ファーフィールド（フラウンホーフ
ァー回折領域）において４極状の光強度分布を形成する
機能を有する。このように、回折光学素子４ａは、光源
１からの光束を４極状の光束に変換するための光束変換
素子を構成している。The substantially parallel light beam passing through the beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by the bending mirror 3 and then diffracted optical element (DO) for quadrupole illumination.
E) It is incident on 4a. 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 a function of diffracting an incident beam at a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination has a function of forming a quadrupole light intensity distribution in a far field (Fraunhofer diffraction region) when a parallel light flux having a rectangular cross section is incident. Have. Thus, the diffractive optical element 4a constitutes a light beam conversion element for converting the light beam from the light source 1 into a quadrupole light beam.

【００２２】なお、回折光学素子４ａは、照明光路に対
して挿脱自在に構成され、輪帯照明用の回折光学素子４
ｂや円形照明用の回折光学素子４ｃや調整用の回折光学
素子４ｄと切り換え可能に構成されている。輪帯照明用
の回折光学素子４ｂ、通常円形照明用の回折光学素子４
ｃおよび調整用の回折光学素子４ｄの構成および作用に
ついては後述する。ここで、４極照明用の回折光学素子
４ａと輪帯照明用の回折光学素子４ｂと円形照明用の回
折光学素子４ｃと調整用の回折光学素子４ｄとの間の切
り換えは、制御系２１からの指令に基づいて動作する第
１駆動系２２により行われる。The diffractive optical element 4a is constructed so that it can be inserted into and removed from the illumination optical path, and the diffractive optical element 4 for annular illumination is used.
b, the diffractive optical element 4c for circular illumination, and the diffractive optical element 4d for adjustment are switchable. Diffractive optical element 4b for annular illumination, diffractive optical element 4 for normal circular illumination
The configurations and functions of c and the diffractive optical element 4d for adjustment will be described later. The control system 21 switches between the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination, the diffractive optical element 4b for annular illumination, the diffractive optical element 4c for circular illumination, and the diffractive optical element 4d for adjustment. Is performed by the first drive system 22 that operates based on the command of.

【００２３】光束変換素子としての回折光学素子４ａを
介した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）５
に入射する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位
置と回折光学素子４ａの位置とがほぼ一致し且つその後
側焦点位置と図中破線で示す所定面６の位置とがほぼ一
致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学
系）である。したがって、回折光学素子４ａに入射した
ほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に４極状
の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフ
ォーカルレンズ５から射出される。A light beam passing through the diffractive optical element 4a as a light beam converting element is afocal lens (relay optical system) 5
Incident on. The afocal lens 5 is set so that the front focal position thereof and the position of the diffractive optical element 4a substantially coincide with each other, and the rear focal position thereof substantially coincides with the position of the predetermined surface 6 indicated by a broken line in the drawing. System (non-focus optical system). Therefore, the substantially parallel light flux that has entered the diffractive optical element 4 a forms a quadrupole light intensity distribution on the pupil surface of the afocal lens 5, and then is emitted from the afocal lens 5 as a substantially parallel light flux.

【００２４】なお、アフォーカルレンズ５の前側レンズ
群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中には、光源側
から順に、第１Ｖ溝アキシコン系７および第２Ｖ溝アキ
シコン系８が配置されているが、その詳細な構成および
作用については後述する。以下、説明を簡単にするため
に、これらのアキシコン系７および８の作用を無視し
て、第１実施形態の基本的な構成および作用を説明す
る。A first V-groove axicon system 7 and a second V-groove axicon system 8 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the front lens group 5a and the rear lens group 5b of the afocal lens 5. However, the detailed configuration and operation will be described later. In order to simplify the description, the basic configuration and operation of the first embodiment will be described below, ignoring the operations of the axicon systems 7 and 8.

【００２５】アフォーカルレンズ５を介した光束は、所
定面６を通過した後、たとえば３群構成を有するσ値可
変用のズームレンズ（変倍光学系）９を介して、波面分
割型のオプティカルインテグレータであるマイクロレン
ズアレイ１０に入射する。マイクロレンズアレイ１０
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。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 light flux passing through the afocal lens 5 passes through the predetermined surface 6 and then passes through a wavefront splitting type optical lens through a zoom lens (variable magnification optical system) 9 for varying the σ value having a three-group structure, for example. The light enters the microlens array 10 which is an integrator. Micro lens array 10
Is an optical element composed of a large number of minute lenses having a positive refracting power arranged vertically and horizontally and densely. In general, a microlens array is formed, for example, by subjecting a parallel flat glass plate to an etching treatment to form a group of microlenses.

【００２６】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、図１では、図面の明瞭化のために、マ
イクロレンズアレイ１０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 minute lens forming the microlens array is smaller than each lens element forming the fly-eye lens. Further, unlike the fly-eye lens that includes lens elements that are isolated from each other, the microlens array is integrally formed with a large number of minute lenses that are not isolated from each other. However, the microlens array is the same as the fly-eye lens in that the lens elements having positive refracting power are arranged vertically and horizontally. In FIG. 1, the number of microlenses forming the microlens array 10 is shown to be much smaller than it actually is for the sake of clarity.

【００２７】なお、所定面６の位置はズームレンズ９の
前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロレンズアレイ
１０の入射面はズームレンズ９の後側焦点位置の近傍に
配置されている。換言すると、ズームレンズ９は、所定
面６とマイクロレンズアレイ１０の入射面とを実質的に
フーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレ
ンズ５の瞳面とマイクロレンズアレイ１０の入射面とを
光学的にほぼ共役に配置している。なお、ズームレンズ
９の焦点距離の変化は、制御系２１からの指令に基づい
て動作する第２駆動系２３により行われる。The position of the predetermined surface 6 is arranged near the front focal position of the zoom lens 9, and the incident surface of the microlens array 10 is arranged near the rear focal position of the zoom lens 9. In other words, the zoom lens 9 arranges the predetermined surface 6 and the incident surface of the microlens array 10 in a substantially Fourier transform relationship, and thus the pupil surface of the afocal lens 5 and the incident surface of the microlens array 10 are arranged. It is arranged almost optically conjugate. The change of the focal length of the zoom lens 9 is performed by the second drive system 23 that operates based on the command from the control system 21.

【００２８】こうして、マイクロレンズアレイ１０の入
射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、た
とえば光軸ＡＸに対して対称的に偏心した４つの照野か
らなる４極状の照野が形成される。ここで、４極状の照
野を構成する各照野の形状は回折光学素子４ａの特性に
依存するが、ここでは４つの円形状の照野からなる４極
状の照野が形成されるものとする。この４極状の照野の
全体形状は、ズームレンズ９の焦点距離に依存して相似
的に変化する。Thus, like the pupil plane of the afocal lens 5, on the entrance surface of the microlens array 10, for example, a quadrupole illumination consisting of four illumination fields symmetrically decentered with respect to the optical axis AX. A field is formed. Here, the shape of each illumination field forming the quadrupole illumination field depends on the characteristics of the diffractive optical element 4a, but here, a quadrupole illumination field composed of four circular illumination fields is formed. I shall. The overall shape of the quadrupole illumination field changes similarly depending on the focal length of the zoom lens 9.

【００２９】なお、マイクロレンズアレイ１０を構成す
る各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野
の形状（ひいてはウェハＷ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。マイクロレ
ンズアレイ１０に入射した光束は多数の微小レンズによ
り二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明
光学系の瞳）にはマイクロレンズアレイ１０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ＡＸに対して対称的に偏心し
た４つの円形状の実質的な面光源からなる４極状の二次
光源が形成される。Each of the microlenses forming the microlens array 10 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and the shape of the exposure area to be formed on the wafer W). Have. The light beam incident on the microlens array 10 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and an illumination field formed by the light beam incident on the microlens array 10 is formed on the rear focal plane (and thus the pupil of the illumination optical system). A secondary light source having substantially the same light intensity distribution, that is, a quadrupole secondary light source including four substantially circular planar surface light sources symmetrically decentered with respect to the optical axis AX is formed.

【００３０】マイクロレンズアレイ１０の後側焦点面に
形成された４極状の二次光源からの光束は、コンデンサ
ー光学系１１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１２を重畳的に照明する。マスク
ブラインド１２の矩形状の開口部（光透過部）を介した
光束は、結像光学系１３の集光作用を受けた後、マスク
Ｍを重畳的に照明する。マスクＭのパターンを透過した
光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウ
ェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）
内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括
露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの
各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。The light flux from the quadrupole secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 10 is subjected to the condensing action of the condenser optical system 11, and then passes through the mask blind 12 as an illumination field stop. Illuminate in a superimposed manner. The light flux passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 12 is subjected to the converging action of the imaging optical system 13 and then illuminates the mask M in a superimposed manner. The light flux that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. Thus
A plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL (XY plane)
The pattern of the mask M is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W by performing batch exposure or scan exposure while controlling the two-dimensional drive of the wafer W therein.

【００３１】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Ｍ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形
状であり、マイクロレンズアレイ１０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Ｍ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１０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 collective exposure, so-called step
The mask pattern is collectively exposed to each exposure area of the wafer according to the and repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each microlens of the microlens array 10 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 scan-exposed to each exposure region of the wafer while moving the mask and the wafer relative to the projection optical system. In this case, the shape of the illumination area on the mask M has a ratio of short sides to long sides of, for example, 1: 3.
And the cross-sectional shape of each microlens of the microlens array 10 is also similar to this.

【００３２】図２は、第１実施形態においてアフォーカ
ルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中
に配置された一対のアキシコン系の構成を概略的に示す
斜視図である。第１実施形態では、図２に示すように、
アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ
群５ｂとの間の光路中に、光源側から順に、第１Ｖ溝ア
キシコン系７および第２Ｖ溝アキシコン系８が配置され
ている。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of a pair of axicon systems arranged in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG.
A first V-groove axicon system 7 and a second V-groove axicon system 8 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the front lens group 5a and the rear lens group 5b of the afocal lens 5.

【００３３】第１Ｖ溝アキシコン系７は、光源側に平面
を向け且つマスク側に凹状で且つＶ字状の屈折面を向け
た第１プリズム部材７ａと、マスク側に平面を向け且つ
光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリズ
ム部材７ｂとから構成されている。第１プリズム部材７
ａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線
（すなわち稜線）はＺ方向に沿って延びている。第２プ
リズム部材７ｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材７ａ
の凹状屈折面と互いに当接可能なように、換言すると第
１プリズム部材７ａの凹状屈折面と相補的に形成されて
いる。The first V-groove axicon system 7 has a first prism member 7a having a flat surface facing the light source side and a concave and V-shaped refracting surface facing the mask side, and a flat surface facing the mask side and the light source side. The second prism member 7b has a convex and V-shaped refracting surface. First prism member 7
The concave refracting surface of a is composed of two planes, and the intersecting line (that is, the ridgeline) thereof extends along the Z direction. The convex refracting surface of the second prism member 7b is the first prism member 7a.
The concave refracting surface of the first prism member 7a and the concave refracting surface of the first prism member 7a are complementary to each other.

【００３４】すなわち、第２プリズム部材７ｂの凸状屈
折面も２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＺ
方向に沿って延びている。また、第１プリズム部材７ａ
および第２プリズム部材７ｂのうち少なくとも一方が光
軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材
７ａの凹状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸状屈折面
との間隔が可変に構成されている。第１Ｖ溝アキシコン
系７の間隔の変化は、制御系２１からの指令に基づいて
動作する第３駆動系２４（図１参照）により行われる。That is, the convex refracting surface of the second prism member 7b is also composed of two planes, and the intersection line (ridge line) is Z.
It extends along the direction. In addition, the first prism member 7a
At least one of the second prism member 7b and the second prism member 7b is movable along the optical axis AX, and the distance between the concave refracting surface of the first prism member 7a and the convex refracting surface of the second prism member 7b is variable. Has been done. The change in the interval of the first V-groove axicon system 7 is performed by the third drive system 24 (see FIG. 1) that operates based on a command from the control system 21.

【００３５】一方、第２Ｖ溝アキシコン系８は、光源側
に平面を向け且つマスク側に凹状でＶ字状の屈折面を向
けた第１プリズム部材８ａと、マスク側に平面を向け且
つ光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリ
ズム部材８ｂとから構成されている。第１プリズム部材
８ａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線
（稜線）はＸ方向に沿って延びている。第２プリズム部
材８ｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材８ａの凹状屈
折面と相補的に形成されている。すなわち、第２プリズ
ム部材８ｂの凸状屈折面も２つの平面から構成され、そ
の交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。On the other hand, the second V-groove axicon system 8 has a first prism member 8a having a flat surface facing the light source side and a concave V-shaped refracting surface facing the mask side, and a flat surface facing the mask side and the light source side. And a second prism member 8b having a convex V-shaped refracting surface. The concave refracting surface of the first prism member 8a is composed of two planes, and the line of intersection (ridgeline) thereof extends along the X direction. The convex refracting surface of the second prism member 8b is formed to be complementary to the concave refracting surface of the first prism member 8a. That is, the convex refracting surface of the second prism member 8b is also composed of two planes, and the line of intersection (ridgeline) thereof extends along the X direction.

【００３６】また、第１プリズム部材８ａおよび第２プ
リズム部材８ｂのうち少なくとも一方が光軸ＡＸに沿っ
て移動可能に構成され、第１プリズム部材８ａの凹状屈
折面と第２プリズム部材８ｂの凸状屈折面との間隔が可
変に構成されている。第２Ｖ溝アキシコン系８の間隔の
変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作する第４
駆動系２５（図１参照）により行われる。以上のよう
に、第１Ｖ溝アキシコン系７と第２Ｖ溝アキシコン系８
とは、互いに直交する稜線を有する一対のＶ溝アキシコ
ン系を構成している。Further, at least one of the first prism member 8a and the second prism member 8b is constructed to be movable along the optical axis AX, and the concave refracting surface of the first prism member 8a and the convex surface of the second prism member 8b are convex. The distance from the curved refracting surface is variable. The change in the interval of the second V-groove axicon system 8 changes according to a command from the control system 21.
This is performed by the drive system 25 (see FIG. 1). As described above, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8
And constitute a pair of V-groove axicon systems having ridge lines orthogonal to each other.

【００３７】ここで、対向する凹状屈折面と凸状屈折面
とが互いに当接している状態では、第１Ｖ溝アキシコン
系７および第２Ｖ溝アキシコン系８は平行平面板として
機能し、形成される４極状の二次光源に及ぼす影響はな
い。しかしながら、第１Ｖ溝アキシコン系７は、凹状屈
折面と凸状屈折面とを離間させると、Ｚ方向に沿って平
行平面板として機能するが、Ｘ方向に沿ってビームエキ
スパンダーとして機能する。また、第２Ｖ溝アキシコン
系８は、凹状屈折面と凸状屈折面とを離間させると、Ｘ
方向に沿って平行平面板として機能するが、Ｚ方向に沿
ってビームエキスパンダーとして機能する。Here, when the concave refracting surface and the convex refracting surface facing each other are in contact with each other, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 function and are formed as plane-parallel plates. There is no effect on the quadrupole secondary light source. However, the first V-groove axicon system 7 functions as a plane-parallel plate along the Z direction when the concave refracting surface and the convex refracting surface are separated, but functions as a beam expander along the X direction. In addition, the second V-groove axicon system 8 has X when the concave refracting surface and the convex refracting surface are separated from each other.
It functions as a plane-parallel plate along the direction, but functions as a beam expander along the Z direction.

【００３８】したがって、第１Ｖ溝アキシコン系７の間
隔の変化に伴って、所定面６への入射光束のＺ方向に沿
った入射角度は変化しないが、所定面６への入射光束の
Ｘ方向に沿った入射角度は変化する。その結果、マイク
ロレンズアレイ１０の後側焦点面に形成される二次光源
を構成する４つの円形状の面光源は、Ｚ方向には移動し
ないが、その形状および大きさを維持したままＸ方向に
移動する。一方、第２Ｖ溝アキシコン系８の間隔の変化
に伴って、所定面６への入射光束のＸ方向に沿った入射
角度は変化しないが、所定面６への入射光束のＺ方向に
沿った入射角度は変化する。その結果、４つの円形状の
面光源は、Ｘ方向には移動しないが、その形状および大
きさを維持したままＺ方向に移動する。Therefore, although the incident angle along the Z direction of the light beam incident on the predetermined surface 6 does not change with the change in the interval of the first V-groove axicon system 7, the light beam incident on the predetermined surface 6 moves in the X direction. The incident angle along varies. As a result, the four circular surface light sources forming the secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 10 do not move in the Z direction, but maintain their shape and size in the X direction. Move to. On the other hand, the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 along the X direction does not change with the change of the interval of the second V-groove axicon system 8, but the incident light beam enters the predetermined surface 6 along the Z direction. The angle changes. As a result, the four circular surface light sources do not move in the X direction, but move in the Z direction while maintaining their shapes and sizes.

【００３９】さらに、第１Ｖ溝アキシコン系７の間隔お
よび第２Ｖ溝アキシコン系８の間隔がともに変化する
と、所定面６への入射光束のＸ方向に沿った入射角度お
よびＺ方向に沿った入射角度はともに変化する。その結
果、４つの円形状の面光源は、その形状および大きさを
維持したままＺ方向およびＸ方向に移動する。なお、前
述したように、ズームレンズ９の焦点距離が変化する
と、４つの円形状の面光源は、その形状およびその中心
位置を維持したまま、その大きさが相似的に変化する。Further, when both the spacing of the first V-groove axicon system 7 and the spacing of the second V-groove axicon system 8 change, the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 6 along the X direction and the Z direction. Change together. As a result, the four circular surface light sources move in the Z direction and the X direction while maintaining their shapes and sizes. As described above, when the focal length of the zoom lens 9 changes, the four circular surface light sources change in size similarly while maintaining their shapes and their center positions.

【００４０】ところで、前述したように、回折光学素子
４ａは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪
帯照明用の回折光学素子４ｂや円形照明用の回折光学素
子４ｄや調整用の回折光学素子４ｄと切り換え可能に構
成されている。以下、回折光学素子４ａに代えて回折光
学素子４ｂを照明光路中に設定することによって得られ
る輪帯照明について簡単に説明する。By the way, as described above, the diffractive optical element 4a is constructed so that it can be inserted into and removed from the illumination optical path, and the diffractive optical element 4b for annular illumination, the diffractive optical element 4d for circular illumination, and the adjustment optical element. The diffractive optical element 4d can be switched. The annular illumination obtained by setting the diffractive optical element 4b instead of the diffractive optical element 4a in the illumination optical path will be briefly described below.

【００４１】４極照明用の回折光学素子４ａに代えて輪
帯照明用の回折光学素子４ｂを照明光路中に設定する
と、回折光学素子４ｂを介した光束は、アフォーカルレ
ンズ５に入射し、その瞳面に輪帯状の光強度分布を形成
する。輪帯状の光強度分布からの光は、ほぼ平行光束と
なってアフォーカルレンズ５から射出され、ズームレン
ズ９を介してマイクロレンズアレイ１０の入射面に、光
軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結
果、マイクロレンズアレイ１０の後側焦点面には、入射
面に形成された照野とほぼ同じ光強度を有する二次光
源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の二次光源が
形成される。この場合、ズームレンズ９の焦点距離の変
化させると、輪帯状の二次光源の全体が相似的に拡大ま
たは縮小する。When a diffractive optical element 4b for annular illumination is set in the illumination optical path in place of the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination, the light beam passing through the diffractive optical element 4b enters the afocal lens 5, An annular light intensity distribution is formed on the pupil plane. Light from the ring-shaped light intensity distribution becomes a substantially parallel light flux, is emitted from the afocal lens 5, and is incident on the incident surface of the microlens array 10 via the zoom lens 9 so as to have a ring shape centered on the optical axis AX. Form Teruno. As a result, a secondary light source having substantially the same light intensity as the illumination field formed on the incident surface, that is, a ring-shaped secondary light source centered on the optical axis AX is formed on the back focal plane of the microlens array 10. To be done. In this case, when the focal length of the zoom lens 9 is changed, the entire annular zone secondary light source is enlarged or reduced in a similar manner.

【００４２】次いで、回折光学素子４ａまたは４ｂに代
えて円形照明用の回折光学素子４ｃを照明光路中に設定
することによって得られる円形照明について説明する。
円形照明用の回折光学素子４ｃは、入射した矩形状の光
束を円形状の光束に変換する機能を有する。したがっ
て、回折光学素子４ｃを介して形成された円形状の光束
は、アフォーカルレンズ５に入射し、その瞳面に円形状
の光強度分布を形成する。円形状の光強度分布からの光
は、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ５から射
出され、ズームレンズ９を介してマイクロレンズアレイ
１０の入射面に、光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を
形成する。その結果、マイクロレンズアレイ１０の後側
焦点面には、入射面に形成された照野とほぼ同じ光強度
を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした円形
状の二次光源が形成される。この場合、ズームレンズ９
の焦点距離の変化させると、円形状の二次光源の全体が
相似的に拡大または縮小する。Next, circular illumination obtained by setting a diffractive optical element 4c for circular illumination in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 4a or 4b will be described.
The diffractive optical element 4c for circular illumination has a function of converting an incident rectangular luminous flux into a circular luminous flux. Therefore, the circular light beam formed via the diffractive optical element 4c enters the afocal lens 5 and forms a circular light intensity distribution on the pupil plane thereof. The light from the circular light intensity distribution becomes a substantially parallel light beam, is emitted from the afocal lens 5, and is incident on the incident surface of the microlens array 10 via the zoom lens 9 to have a circular shape centered on the optical axis AX. Form Teruno. As a result, a secondary light source having substantially the same light intensity as the illumination field formed on the incident surface, that is, a circular secondary light source centered on the optical axis AX is formed on the back focal plane of the microlens array 10. To be done. In this case, the zoom lens 9
When the focal length of the circular secondary light source is changed, the entire circular secondary light source is enlarged or reduced in a similar manner.

【００４３】こうして、輪帯照明では、第１Ｖ溝アキシ
コン系７、第２Ｖ溝アキシコン系８、およびズームレン
ズ９の作用を利用することにより、輪帯状の二次光源の
全体的な大きさおよび形状（輪帯比）、あるいは輪帯状
の二次光源から派生的に得られる２極状の二次光源また
は４極状の二次光源を構成する各面光源の位置、形状お
よび大きさを適宜変更することができる。また、円形照
明では、第１Ｖ溝アキシコン系７、第２Ｖ溝アキシコン
系８、およびズームレンズ４１の作用を利用することに
より、円形状の二次光源の全体的な大きさ、あるいは円
形状の二次光源から派生的に得られる２極状の二次光源
または４極状の二次光源を構成する各面光源の位置、形
状および大きさを適宜変更することができる。Thus, in the annular illumination, by utilizing the actions of the first V-groove axicon system 7, the second V-groove axicon system 8 and the zoom lens 9, the overall size and shape of the annular secondary light source are obtained. (Round zone ratio), or position, shape and size of each surface light source constituting a dipole secondary light source or a quadrupole secondary light source derived from a ring secondary light source are appropriately changed. can do. For circular illumination, the action of the first V-groove axicon system 7, the second V-groove axicon system 8, and the zoom lens 41 is utilized to make the circular secondary light source as a whole have a circular size or have a circular shape. The position, shape, and size of each surface light source that constitutes the secondary light source having a dipole shape or the secondary light source having a quadrupole shape derived from the secondary light source can be appropriately changed.

【００４４】図３は、第１実施形態の要部構成を概略的
に示す図である。第１実施形態では、図３に示すよう
に、ズームレンズ９とマイクロレンズアレイ１０との間
の光路中に光分割部材としてのハーフミラー１４が配置
されている。そして、ハーフミラー１４に入射した光束
のうち、ハーフミラー１４で反射された大部分の光束は
マイクロレンズアレイ１０の入射面に所定形状の照野を
形成し、ハーフミラー１４を透過した残部の光束は光電
変換素子１５に入射する。なお、光電変換素子１５とし
て、ＣＣＤやＰＳＤ（Position Sensitive Detector）
などを用いることができる。FIG. 3 is a diagram schematically showing a main part configuration of the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, a half mirror 14 as a light splitting member is arranged in the optical path between the zoom lens 9 and the microlens array 10. Then, of the light fluxes incident on the half mirror 14, most of the light fluxes reflected by the half mirror 14 form an illumination field of a predetermined shape on the incident surface of the microlens array 10, and the rest of the light fluxes transmitted through the half mirror 14. Enters the photoelectric conversion element 15. As the photoelectric conversion element 15, CCD or PSD (Position Sensitive Detector) is used.
Etc. can be used.

【００４５】ここで、光電変換素子１５の受光面は、マ
イクロレンズアレイ１０の入射面と光学的にほぼ共役に
配置されている。したがって、ハーフミラー１４を介し
て分割された光束は、光電変換素子１５の受光面に、マ
イクロレンズアレイ１０の入射面上に形成される照野と
同じ照野を形成する。光電変換素子１５の出力信号は、
制御系２１へ供給される。なお、図１では、図面の明瞭
化のために、ハーフミラー１４および光電変換素子１５
の図示を省略し、ズームレンズ９とマイクロレンズアレ
イ１０とを直線状の光軸に沿って配置しているが、実際
には図３に示すように光軸ＡＸはハーフミラー１４によ
って折り曲げられている。Here, the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is arranged substantially optically conjugate with the incident surface of the microlens array 10. Therefore, the light flux split through the half mirror 14 forms the same illumination field as the illumination field formed on the incident surface of the microlens array 10 on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15. The output signal of the photoelectric conversion element 15 is
It is supplied to the control system 21. In FIG. 1, the half mirror 14 and the photoelectric conversion element 15 are shown for the sake of clarity.
Although the illustration is omitted, the zoom lens 9 and the microlens array 10 are arranged along the linear optical axis. In reality, however, the optical axis AX is bent by the half mirror 14 as shown in FIG. There is.

【００４６】図４は、マイクロレンズアレイの入射面に
形成される照野の位置が所定の基準位置から位置ずれし
て形成される様子を示す図である。第１実施形態では、
光源１からの光束の中心軸線が照明光学系（１〜１３）
の基準光軸ＡＸに対して傾いていると、すなわち光束の
中心軸線が回折光学素子４の光軸に対して傾いている
と、図４に示すように、マイクロレンズアレイ１０の入
射面に形成される照野（図中斜線部で示す）の位置が所
定の基準位置（図中破線で示す）から位置ずれする。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the position of the illumination field formed on the incident surface of the microlens array is displaced from the predetermined reference position. In the first embodiment,
The central axis of the light flux from the light source 1 is the illumination optical system (1 to 13).
When the center axis of the light beam is tilted with respect to the optical axis of the diffractive optical element 4, the light beam is formed on the incident surface of the microlens array 10 as shown in FIG. The position of the illuminated field (shown by the shaded area in the figure) is displaced from the predetermined reference position (shown by the broken line in the figure).

【００４７】その結果、マイクロレンズアレイ１０の後
側焦点面に形成される二次光源の位置も所定の基準位置
から位置ずれし、ひいてはマスクＭおよびウェハＷにお
いて光束のテレセントリシティが崩れてしまう。具体的
には、回折光学素子４に入射する光束の中心軸線が基準
光軸ＡＸに対して角度θだけ傾いているとき、ズームレ
ンズ９の焦点距離をｆとすると、マイクロレンズアレイ
１０の入射面における照野の位置の基準位置からの位置
ずれ量Δは、次の式（１）で表される。 θ＝Δ／ｆ （１）As a result, the position of the secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 10 also deviates from the predetermined reference position, and the telecentricity of the light flux in the mask M and the wafer W collapses. . Specifically, when the central axis of the light beam incident on the diffractive optical element 4 is tilted by an angle θ with respect to the reference optical axis AX, assuming that the focal length of the zoom lens 9 is f, the incident surface of the microlens array 10 is assumed. The position deviation amount Δ of the position of the illumination field from the reference position in is expressed by the following equation (1). θ = Δ / f (1)

【００４８】図５は、一対のＶ溝アキシコン系の稜線部
分に起因してマイクロレンズアレイの入射面において照
度の低い十字状の影が形成される様子を示す図である。
図５を参照すると、マイクロレンズアレイ１０の入射面
において、Ｚ方向に沿った稜線を有する第１Ｖ溝アキシ
コン系７に起因して縦方向の直線状の影（照度の低い領
域）５１が形成され、Ｘ方向に沿った稜線を有する第２
Ｖ溝アキシコン系８に起因して横方向の直線状の影５２
が形成される。ここで、縦方向の影５１の幅Ｗ１と横方
向の影５２の幅Ｗ２とが実質的に異なると、ウェハＷ上
に転写されるパターンの線幅が縦方向と横方向とで異な
ってしまう。FIG. 5 is a diagram showing how a cross-shaped shadow with low illuminance is formed on the incident surface of the microlens array due to the ridges of the pair of V-groove axicon systems.
Referring to FIG. 5, on the incident surface of the microlens array 10, a vertical linear shadow (a low illuminance region) 51 is formed due to the first V-groove axicon system 7 having a ridge line along the Z direction. , A second having a ridge line along the X direction
A horizontal linear shadow 52 due to the V-groove axicon system 8
Is formed. Here, if the width W1 of the shadow 51 in the vertical direction and the width W2 of the shadow 52 in the horizontal direction are substantially different, the line width of the pattern transferred onto the wafer W is different in the vertical direction and the horizontal direction. .

【００４９】そこで、第１実施形態では、装置の調整に
際して、４極照明用の回折光学素子４ａ、輪帯照明用の
回折光学素子４ｂまたは円形照明用の回折光学素子４ｃ
に代えて、調整用の回折光学素子４ｄを照明光路に設定
する。ここで、調整用の回折光学素子４ｄは、４極照明
用の回折光学素子４ａ、輪帯照明用の回折光学素子４ｂ
または円形照明用の回折光学素子４ｃと同様の機能を有
するが、マイクロレンズアレイ１０の入射面に形成され
る照野の大きさが回折光学素子４ａ〜４ｃの場合よりも
小さくなるように設定されている。換言すれば、マイク
ロレンズアレイ１０の入射面よりも実質的に小さい光電
変換素子１５の受光面に合わせた大きさの照野が形成さ
れるように設定されている。Therefore, in the first embodiment, when adjusting the apparatus, the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination, the diffractive optical element 4b for annular illumination, or the diffractive optical element 4c for circular illumination is used.
Instead, the diffractive optical element 4d for adjustment is set in the illumination optical path. Here, the diffractive optical element 4d for adjustment includes a diffractive optical element 4a for quadrupole illumination and a diffractive optical element 4b for annular illumination.
Alternatively, it has the same function as the diffractive optical element 4c for circular illumination, but is set so that the size of the illumination field formed on the incident surface of the microlens array 10 is smaller than that of the diffractive optical elements 4a to 4c. ing. In other words, it is set so that an illumination field having a size corresponding to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 that is substantially smaller than the incident surface of the microlens array 10 is formed.

【００５０】調整用の回折光学素子４ｄとして４極照明
用の回折光学素子を用いる場合、光電変換素子１５の受
光面には、図６（ａ）に示すような４極状の照野が形成
される。図６（ａ）において、斜線部は４極状の照野を
構成する各円形状の照野を示し、破線は一対のＶ溝アキ
シコン系７および８の稜線部分に起因して形成される十
字状の影を示している。図６（ａ）に示すように、光電
変換素子１５の受光面に形成される４極状の照野は、十
字状の影の影響を全く受けない。When a diffractive optical element for quadrupole illumination is used as the diffractive optical element 4d for adjustment, a quadrupole illumination field as shown in FIG. 6A is formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15. To be done. In FIG. 6 (a), the shaded area indicates each circular illumination field forming the quadrupole illumination field, and the broken line indicates the cross formed due to the ridge portions of the pair of V-groove axicon systems 7 and 8. Shows the shadow of the shape. As shown in FIG. 6A, the quadrupole illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is not affected by the cross shadow at all.

【００５１】こうして、調整用の回折光学素子４ｄとし
て４極照明用の回折光学素子を照明光路に設定した状態
でズームレンズ９の焦点距離ｆを変化させると、ズーム
レンズ９の光軸が基準光軸ＡＸと一致していない場合、
光電変換素子１５の受光面に形成される４極状の照野の
大きさが相似的に拡大または縮小するとともに、その位
置が所定の基準位置から位置ずれする。換言すれば、ズ
ームレンズ９の光軸が基準光軸ＡＸと一致していない場
合、ズームレンズ９の焦点距離ｆの変化に伴って、各円
形状の照野の中心位置が変動する。Thus, when the focal length f of the zoom lens 9 is changed with the diffractive optical element for quadrupole illumination set as the adjusting diffractive optical element 4d in the illumination optical path, the optical axis of the zoom lens 9 changes to the reference light. If it does not match axis AX,
The size of the quadrupole illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 expands or contracts in a similar manner, and its position deviates from a predetermined reference position. In other words, when the optical axis of the zoom lens 9 does not coincide with the reference optical axis AX, the center position of each circular illumination field changes as the focal length f of the zoom lens 9 changes.

【００５２】そこで、第１実施形態では、制御系２１が
光電変換素子１５の出力信号に基づいて、光電変換素子
１５の受光面に形成される各円形状の照野の中心位置を
求める。そして、制御系２１は、ズームレンズ９の焦点
距離ｆの変化に伴って各円形状の照野の中心位置が変動
しないように、たとえば第２駆動系２３を介してズーム
レンズ９の光軸を調整駆動する。その結果、ズームレン
ズ９の光軸を基準光軸ＡＸに対して位置合わせすること
ができる。Therefore, in the first embodiment, the control system 21 determines the center position of each circular illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 based on the output signal of the photoelectric conversion element 15. Then, the control system 21 sets the optical axis of the zoom lens 9 via, for example, the second drive system 23 so that the center position of each circular illumination field does not change with the change of the focal length f of the zoom lens 9. Adjust drive. As a result, the optical axis of the zoom lens 9 can be aligned with the reference optical axis AX.

【００５３】次いで、制御系２１は光電変換素子１５か
らの出力信号に基づいて、光電変換素子１５の受光面に
形成される４極状の照野の中心位置（各円形状の照野の
中心位置を結ぶ四角形の中心位置）と光電変換素子１５
の受光面の基準点（ひいては基準光軸ＡＸ）との位置関
係を求める。そして、制御系２１は、４極状の照野の中
心位置と光電変換素子１５の受光面の基準点とが一致す
るように、すなわち４極状の照野の形成位置がその基準
位置と一致するように、光束調整器１６（図１参照）を
介して光源１からの光束の位置または方向を調整する。
その結果、光源１からの光束の中心軸線を基準光軸ＡＸ
に対して位置合わせすることができる。Next, based on the output signal from the photoelectric conversion element 15, the control system 21 controls the center position of the quadrupole illumination field (the center of each circular illumination field) formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15. Center position of a rectangle connecting the positions) and the photoelectric conversion element 15
The positional relationship with the reference point (and thus the reference optical axis AX) of the light receiving surface of is obtained. Then, the control system 21 causes the center position of the quadrupole illumination field to coincide with the reference point of the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15, that is, the formation position of the quadrupole illumination field coincides with the reference position. Thus, the position or direction of the light flux from the light source 1 is adjusted via the light flux adjuster 16 (see FIG. 1).
As a result, the central axis of the light beam from the light source 1 is set to the reference optical axis AX.
Can be aligned with respect to.

【００５４】なお、光電変換素子１５の受光面の基準点
は、マイクロレンズアレイ１０の入射面に形成される４
極状の照野の中心位置が基準光軸ＡＸと一致するように
調整された状態において光電変換素子１５の受光面に形
成される４極状の照野の中心位置として初期設定され
る。また、光源１からの光束の位置または方向を調整す
るための光束調整器として、露光装置に搭載されている
光軸自動追尾機構を利用することができる。光軸自動追
尾機構に関する詳細については、例えば特開平８−２９
３４６１号公報、特開平１１−１４５０３３号公報、特
開平１１−２５１２２０号公報、特開２０００−３１５
６３９号公報などを参照することができる。The reference point of the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is formed on the incident surface of the microlens array 4
Initially set as the center position of the quadrupole illumination field formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 in a state where the center position of the pole illumination field is adjusted to match the reference optical axis AX. Further, as a light flux adjuster for adjusting the position or direction of the light flux from the light source 1, an optical axis automatic tracking mechanism mounted on the exposure apparatus can be used. For details of the optical axis automatic tracking mechanism, see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-29.
No. 3461, No. 11-145033, No. 11-251220, No. 2000-315.
Reference can be made to Japanese Patent No. 639.

【００５５】なお、上述の説明では、調整用の回折光学
素子４ｄとして４極照明用の回折光学素子を用いている
が、これに限定されることなく、輪帯照明用の回折光学
素子または円形照明用の回折光学素子を用いることもで
きる。ここで、調整用の回折光学素子４ｄとして輪帯照
明用の回折光学素子を用いる場合、図６（ｂ）に示すよ
うな輪帯状の照野が光電変換素子１５の受光面に形成さ
れる。この場合、輪帯状の照野は十字状の影の影響を受
けるが、４極状の照野の場合と同様に、ズームレンズ９
の光軸を基準光軸ＡＸに対して位置合わせするととも
に、光源１からの光束の中心軸線を基準光軸ＡＸに対し
て位置合わせすることができる。Although a diffractive optical element for quadrupole illumination is used as the diffractive optical element 4d for adjustment in the above description, the diffractive optical element for annular illumination or a circular shape is not limited to this. A diffractive optical element for illumination can also be used. Here, when a diffractive optical element for annular illumination is used as the diffractive optical element 4d for adjustment, an annular illumination field as shown in FIG. 6B is formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15. In this case, the ring-shaped illumination field is affected by the cross shadow, but as in the case of the quadrupole illumination field, the zoom lens 9
It is possible to align the optical axis of 1 with the reference optical axis AX, and align the central axis of the light flux from the light source 1 with the reference optical axis AX.

【００５６】一方、調整用の回折光学素子４ｄとして円
形照明用の回折光学素子を用いる場合、図６（ｃ）に示
すような円形状の照野が光電変換素子１５の受光面に形
成される。この場合、円形状の照野も十字状の影の影響
を受けるが、４極状の照野の場合および輪帯状の照野の
場合と同様に、ズームレンズ９の光軸を基準光軸ＡＸに
対して位置合わせするとともに、光源１からの光束の中
心軸線を基準光軸ＡＸに対して位置合わせすることがで
きる。On the other hand, when a diffractive optical element for circular illumination is used as the diffractive optical element 4d for adjustment, a circular illumination field as shown in FIG. 6C is formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15. . In this case, the circular illumination field is also affected by the cross shadow, but the optical axis of the zoom lens 9 is set to the reference optical axis AX as in the case of the quadrupole illumination field and the annular illumination field. The center axis of the light beam from the light source 1 can be aligned with respect to the reference optical axis AX.

【００５７】ところで、調整用の回折光学素子４ｄとし
て４極照明用の回折光学素子または円形照明用の回折光
学素子を用いる場合、図６（ｂ）および（ｃ）に示すよ
うに、光電変換素子１５の受光面に形成される輪帯状の
照野または円形状の照野は十字状の影の影響を受ける。
そこで、第１実施形態では、調整用の回折光学素子４ｄ
として４極照明用の回折光学素子または円形照明用の回
折光学素子を照明光路に設定した状態で、制御系２１が
光電変換素子１５の出力信号に基づいて、光電変換素子
１５の受光面に形成される縦方向の影の幅Ｗ１および横
方向の影の幅Ｗ２を求める。When a diffractive optical element for quadrupole illumination or a diffractive optical element for circular illumination is used as the diffractive optical element 4d for adjustment, as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), a photoelectric conversion element is used. A ring-shaped illumination field or a circular illumination field formed on the light receiving surface of 15 is affected by the cross shadow.
Therefore, in the first embodiment, the diffractive optical element 4d for adjustment is used.
With the diffractive optical element for quadrupole illumination or the diffractive optical element for circular illumination set as the illumination optical path, the control system 21 forms on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 based on the output signal of the photoelectric conversion element 15. The width W1 of the vertical shadow and the width W2 of the horizontal shadow are calculated.

【００５８】そして、制御系２１は、縦方向の影の幅Ｗ
１と横方向の影の幅Ｗ２とが一致するように、第３駆動
系２４または第４駆動系２５を介して、第１Ｖ溝アキシ
コン系７の間隔または第２Ｖ溝アキシコン系８の間隔を
調整する。その結果、第１Ｖ溝アキシコン系７に起因し
て形成される縦方向の影の幅Ｗ１と第２Ｖ溝アキシコン
系８に起因して形成される横方向の影の幅Ｗ２とを一致
させることができる。なお、必要に応じて第１Ｖ溝アキ
シコン系７または第２Ｖ溝アキシコン系８を交換するこ
とにより、縦方向の影の幅Ｗ１と横方向の影の幅Ｗ２と
を一致させることもできる。Then, the control system 21 controls the width W of the shadow in the vertical direction.
The interval of the first V-groove axicon system 7 or the interval of the second V-groove axicon system 8 is adjusted via the third drive system 24 or the fourth drive system 25 so that 1 and the width W2 of the horizontal shadow match. To do. As a result, the width W1 of the vertical shadow formed by the first V-groove axicon system 7 and the width W2 of the horizontal shadow formed by the second V-groove axicon system 8 can be matched. it can. By changing the first V-groove axicon system 7 or the second V-groove axicon system 8 as necessary, the vertical shadow width W1 and the horizontal shadow width W2 can be matched.

【００５９】なお、上述の説明では、縦方向の影の幅Ｗ
１と横方向の影の幅Ｗ２とを一致させることに着目して
いるが、縦方向の影の位置および横方向の影の位置を基
準光軸ＡＸに対して位置合わせすることも必要である。
この場合、制御系２１は、光電変換素子１５の出力信号
に基づいて、光電変換素子１５の受光面に形成される縦
方向の影の位置および横方向の影の位置を求める。そし
て、制御系２１は、縦方向の影の位置および横方向の影
の位置を基準光軸ＡＸに対して位置合わせするために、
たとえば第３駆動系２４または第４駆動系２５を介し
て、第１Ｖ溝アキシコン系７および第２Ｖ溝アキシコン
系８を駆動調整する。In the above description, the width W of the shadow in the vertical direction is
Although attention is paid to making 1 and the width W2 of the horizontal shadow match, it is also necessary to align the position of the vertical shadow and the position of the horizontal shadow with respect to the reference optical axis AX. .
In this case, the control system 21 determines the position of the vertical shadow and the position of the horizontal shadow formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 based on the output signal of the photoelectric conversion element 15. Then, the control system 21 aligns the position of the vertical shadow and the position of the horizontal shadow with respect to the reference optical axis AX,
For example, the drive adjustment of the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 is performed via the third drive system 24 or the fourth drive system 25.

【００６０】また、上述の説明では、マイクロレンズア
レイ１０の入射面に対して光電変換素子１５の受光面が
実質的に小さいことを想定し、装置の調整に際して調整
用の回折光学素子４ｄを用いている。しかしながら、光
電変換素子１５の受光面を十分に大きく設定可能な場合
には、調整用の回折光学素子４ｄを用いることなく、変
形照明用の回折光学素子４ａおよび４ｂや通常照明用の
回折光学素子４ｃを用いて装置の調整を行うことができ
る。Further, in the above description, assuming that the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is substantially smaller than the incident surface of the microlens array 10, the diffractive optical element 4d for adjustment is used when adjusting the apparatus. ing. However, when the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 can be set sufficiently large, the diffractive optical elements 4a and 4b for modified illumination and the diffractive optical element for normal illumination are used without using the diffractive optical element 4d for adjustment. 4c can be used to make equipment adjustments.

【００６１】さらに、上述の説明では、アフォーカルレ
ンズ５の光路中に一対のＶ溝アキシコン系７および８が
配置されているが、これに限定されることなく、一対の
Ｖ溝アキシコン系に対して円錐アキシコン系を付設した
変形例や、一方のＶ溝アキシコン系に代えて円錐アキシ
コン系を配置した変形例や、一方のＶ溝アキシコン系だ
けを配置した変形例や、一対のＶ溝アキシコン系に代え
て円錐アキシコン系だけを配置した変形例などに本発明
を適用することができる。Furthermore, in the above description, a pair of V-groove axicon systems 7 and 8 are arranged in the optical path of the afocal lens 5, but the present invention is not limited to this, and a pair of V-groove axicon systems can be used. With a conical axicon system, a modification with a conical axicon system in place of one V-groove axicon system, a modification with only one V-groove axicon system, and a pair of V-groove axicon systems. Instead of this, the present invention can be applied to a modified example in which only a conical axicon system is arranged.

【００６２】円錐アキシコン系を含む変形例の場合、ア
フォーカルレンズ５の光路中に配置された円錐アキシコ
ン系は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマス
ク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材と、
マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を
向けた第２プリズム部材とから構成される。そして、第
１プリズム部材の凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材
の凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補
的に形成される。また、第１プリズム部材および第２プ
リズム部材のうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿
って移動可能に構成され、円錐アキシコン系の間隔が可
変に構成される。In the case of the modified example including the conical axicon system, the conical axicon system arranged in the optical path of the afocal lens 5 has a concave conical refracting surface with the plane facing the light source side and the mask side in order from the light source side. A first prism member facing
The second prism member has a flat surface facing the mask side and a convex conical refracting surface facing the light source side. The concave conical refracting surface of the first prism member and the convex conical refracting surface of the second prism member are formed complementarily so that they can contact each other. In addition, at least one of the first prism member and the second prism member is configured to be movable along the optical axis AX, and the interval of the conical axicon system is variable.

【００６３】この場合、円錐アキシコン系の頂点部分
（凹円錐状の屈折面の頂点および凸円錐状の屈折面の頂
点）に起因して、スポット状の影がマイクロレンズアレ
イ１０の入射面（ひいては光電変換素子１５の受光面）
に形成されるが、このスポット状の影を基準光軸ＡＸに
対して位置合わせすることが必要である。そこで、この
変形例では、制御系２１が光電変換素子１５の出力信号
に基づいて、スポット状の影の位置を求める。そして、
制御系２１は、スポット状の影の位置を基準光軸ＡＸに
対して位置合わせするために、円錐アキシコン系を駆動
調整する。In this case, due to the apex portions of the conical axicon system (the apex of the concave conical refracting surface and the apex of the convex conical refracting surface), spot-like shadows appear on the incident surface of the microlens array 10 (and by extension). Light receiving surface of photoelectric conversion element 15)
However, it is necessary to align the spot-like shadow with the reference optical axis AX. Therefore, in this modification, the control system 21 obtains the position of the spot-shaped shadow based on the output signal of the photoelectric conversion element 15. And
The control system 21 drives and adjusts the conical axicon system in order to align the position of the spot-like shadow with the reference optical axis AX.

【００６４】また、Ｖ溝アキシコン系を１組だけ含む変
形例の場合、１本の直線状の影がマイクロレンズアレイ
１０の入射面（ひいては光電変換素子１５の受光面）に
形成されるが、この直線状の影を基準光軸ＡＸに対して
位置合わせすることが必要である。そこで、この変形例
では、制御系２１が光電変換素子１５の出力信号に基づ
いて、直線状の影の位置を求める。そして、制御系２１
は、直線状の影の位置を基準光軸ＡＸに対して位置合わ
せするために、Ｖ溝アキシコン系を駆動調整する。Further, in the case of the modified example including only one set of the V-groove axicon system, one linear shadow is formed on the incident surface of the microlens array 10 (and by extension, the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15). It is necessary to align this linear shadow with the reference optical axis AX. Therefore, in this modified example, the control system 21 obtains the position of the linear shadow based on the output signal of the photoelectric conversion element 15. Then, the control system 21
Drives and adjusts the V-groove axicon system in order to align the position of the linear shadow with respect to the reference optical axis AX.

【００６５】図７は、本発明の第２実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第２実施形態では、波面分割型の
オプティカルインテグレータ（マイクロレンズアレイ１
０）に代えて、内面反射型のオプティカルインテグレー
タ（ロッド型インテグレータ４０）を用いている点が第
１実施形態と基本的に相違している。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。FIG. 7 is a view schematically showing the arrangement of an exposure apparatus having an illumination optical device according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the second embodiment, the wavefront division type optical integrator (microlens array 1
0) instead of the inner surface reflection type optical integrator (rod type integrator 40) is basically different from the first embodiment. The second embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.

【００６６】第２実施形態では、マイクロレンズアレイ
１０に代えてロッド型インテグレータ４０を配置してい
ることに対応して、回折光学素子４とロッド型インテグ
レータ４０との間の光路中に、光源側から順に、ズーム
レンズ４１およびインプットレンズ４２を配置してい
る。また、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１２
は、ロッド型インテグレータ４０の射出面の近傍に配置
されている。In the second embodiment, the rod-type integrator 40 is arranged in place of the microlens array 10, so that the light source side is provided in the optical path between the diffractive optical element 4 and the rod-type integrator 40. The zoom lens 41 and the input lens 42 are arranged in this order from. Also, the mask blind 12 as an illumination field stop.
Is arranged near the exit surface of the rod integrator 40.

【００６７】ここで、ズームレンズ４１は、その前側焦
点位置が回折光学素子４の位置とほぼ一致し且つその後
側焦点位置が図中破線で示す所定面４３の位置とほぼ一
致するように配置されている。なお、ズームレンズ４１
の焦点距離の変化は、制御系２１からの指令に基づいて
動作する駆動系２６により行われる。また、インプット
レンズ４２は、その前側焦点位置がズームレンズ４１の
後側焦点位置（すなわち所定面４３の位置）とほぼ一致
し且つその後側焦点位置がロッド型インテグレータ４０
の入射面の位置とほぼ一致するように配置されている。Here, the zoom lens 41 is arranged so that its front focus position substantially coincides with the position of the diffractive optical element 4 and its rear focus position substantially coincides with the position of the predetermined surface 43 indicated by the broken line in the figure. ing. The zoom lens 41
The change in the focal length of is performed by the drive system 26 that operates based on a command from the control system 21. Further, the input lens 42 has its front focal position substantially coincident with the rear focal position of the zoom lens 41 (that is, the position of the predetermined surface 43), and its rear focal position is the rod-type integrator 40.
It is arranged so as to substantially coincide with the position of the incident surface of.

【００６８】ロッド型インテグレータ４０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像を形成する。こ
こで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中
心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロ
ッド型インテグレータ４０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像からなる二次光源が形成さ
れる。The rod type integrator 40 is an internal reflection type glass rod made of a glass material such as quartz glass or fluorite, and utilizes total internal reflection at the boundary surface between the inside and the outside, that is, the inside surface to collect light. A number of light source images corresponding to the number of internal reflections are formed along a plane parallel to the rod entrance plane. Here, most of the light source images formed are virtual images, but only the light source image at the center (condensing point) is the real image. That is, the light flux incident on the rod type integrator 40 is angularly divided by internal reflection, and a secondary light source composed of a large number of light source images is formed along a plane that passes through the focal point and is parallel to the incident plane.

【００６９】したがって、第２実施形態の４極照明（輪
帯照明または円形照明）では、照明光路に選択的に設置
された回折光学素子４ａ（４ｂまたは４ｃ）を通過した
光束が、ズームレンズ４１を介して、その後側焦点位置
（すなわち所定面４３の位置）に４極状（輪帯状または
円形状）の照野を形成する。４極状（輪帯状または円形
状）の照野からの光束は、インプットレンズ４２を介し
て、ロッド型インテグレータ４０の入射面の近傍に集光
する。Therefore, in the quadrupole illumination (annular illumination or circular illumination) of the second embodiment, the light flux that has passed through the diffractive optical element 4a (4b or 4c) selectively installed in the illumination optical path is the zoom lens 41. A quadrupole (annular or circular) illumination field is formed at the rear focus position (that is, the position of the predetermined surface 43) via the. The light flux from the quadrupole (annular or circular) illumination field is condensed near the incident surface of the rod-type integrator 40 via the input lens 42.

【００７０】こうして、ロッド型インテグレータ４０に
よりその入射側に形成された４極状（輪帯状または円形
状）の二次光源からの光束は、その射出面において重畳
された後、マスクブラインド１２および結像光学系１３
を介して、所定のパターンが形成されたマスクＭを照明
する。なお、第２実施形態では、ズームレンズ４１の前
側レンズ群４１ａと後側レンズ群４１ｂとの間の光路中
に、光源側から順に、第１Ｖ溝アキシコン系７および第
２Ｖ溝アキシコン系８が配置されている。In this way, the light fluxes from the quadrupole (ring-shaped or circular) secondary light source formed on the incident side by the rod type integrator 40 are superposed on the exit surface, and then the mask blind 12 and the concatenation unit. Image optical system 13
The mask M on which a predetermined pattern is formed is illuminated via. In the second embodiment, the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon system 8 are arranged in this order from the light source side in the optical path between the front lens group 41a and the rear lens group 41b of the zoom lens 41. Has been done.

【００７１】したがって、第２実施形態の４極照明にお
いても第１実施形態と同様に、４極照明用の回折光学素
子４ａを選択的に用いるとともに、第１Ｖ溝アキシコン
系７、第２Ｖ溝アキシコン系８、およびズームレンズ４
１の作用を利用することにより、４極状の二次光源を構
成する各面光源の位置、形状および大きさを適宜変更す
ることができる。Therefore, also in the quadrupole illumination of the second embodiment, as in the first embodiment, the diffractive optical element 4a for quadrupole illumination is selectively used, and the first V-groove axicon system 7 and the second V-groove axicon are used. System 8 and zoom lens 4
By utilizing the action of 1, the position, shape and size of each surface light source forming the quadrupole secondary light source can be appropriately changed.

【００７２】また、第２実施形態の輪帯照明においても
第１実施形態と同様に、輪帯照明用の回折光学素子４ｂ
を選択的に用いるとともに、第１Ｖ溝アキシコン系７、
第２Ｖ溝アキシコン系８、およびズームレンズ４１の作
用を利用することにより、輪帯状の二次光源の全体的な
大きさおよび形状（輪帯比）、あるいは輪帯状の二次光
源から派生的に得られる２極状の二次光源または４極状
の二次光源を構成する各面光源の位置、形状および大き
さを適宜変更することができる。Also in the annular illumination of the second embodiment, as in the first embodiment, the diffractive optical element 4b for annular illumination is used.
While selectively using the first V groove axicon system 7,
By utilizing the action of the second V-groove axicon system 8 and the zoom lens 41, the overall size and shape (ring ratio) of the ring-shaped secondary light source or a derivative of the ring-shaped secondary light source is obtained. The position, shape, and size of each surface light source forming the obtained dipole-shaped secondary light source or quadrupole-shaped secondary light source can be appropriately changed.

【００７３】さらに、第２実施形態の円形照明において
も第１実施形態と同様に、円形照明用の回折光学素子４
ｃを選択的に用いるとともに、第１Ｖ溝アキシコン系
７、第２Ｖ溝アキシコン系８、およびズームレンズ４１
の作用を利用することにより、円形状の二次光源の全体
的な大きさ、あるいは円形状の二次光源から派生的に得
られる２極状の二次光源または４極状の二次光源を構成
する各面光源の位置、形状および大きさを適宜変更する
ことができる。Further, also in the circular illumination of the second embodiment, as in the first embodiment, the diffractive optical element 4 for circular illumination is used.
c is selectively used, and the first V-groove axicon system 7, the second V-groove axicon system 8, and the zoom lens 41 are used.
By utilizing the action of, the overall size of the circular secondary light source, or a dipole secondary light source or a quadrupole secondary light source derived from the circular secondary light source can be obtained. The position, shape, and size of each of the surface light sources that are configured can be appropriately changed.

【００７４】第２実施形態では、照野が形成される所定
面４３とズームレンズ４１との間の光路中に光分割部材
としてのハーフミラー１４を配置し、ハーフミラー１４
を介して分割された光束を光電変換素子１５で受光して
いる。ここで、光電変換素子１５の受光面は、照野が形
成される所定面４３と光学的に共役に配置されている。
したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と
同様の効果を発揮することができる。In the second embodiment, the half mirror 14 as a light splitting member is arranged in the optical path between the predetermined surface 43 where the illumination field is formed and the zoom lens 41.
The light beam split through the light is received by the photoelectric conversion element 15. Here, the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is arranged optically conjugate with the predetermined surface 43 on which the illumination field is formed.
Therefore, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be exhibited.

【００７５】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、マイクロデバイ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図８のフローチャートを
参照して説明する。In the exposure apparatus according to each of the above embodiments,
A mask (reticle) is illuminated by an illumination optical device (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed on a photosensitive substrate using a projection optical system (exposure step), thereby producing a microdevice (semiconductor element). , Imaging devices, liquid crystal display devices, thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured. The flowchart of FIG. 8 will be described below as 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 embodiments. It will be described with reference to FIG.

【００７６】先ず、図８のステップ３０１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
３０２において、そのｌ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３０３
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３０４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３０５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
上のレイヤ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. 8, 1
A metal film is deposited on a lot of wafers. In the next step 302, photoresist is applied on the metal film on the wafer of the 1 lot. Then step 303
In the above, using the exposure apparatus of each of the above-mentioned embodiments, the image of the pattern on the mask is transferred through the projection optical system to
Each shot area on the wafer of the lot is sequentially exposed and transferred. Then, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is used as a mask on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. After that, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern on an upper layer. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, it is possible to obtain a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern with high throughput.

【００７７】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、図９のフローチャートを参照して、このとき
の手法の一例につき説明する。図９において、パターン
形成工程４０１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
ィー工程が実行される。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、レチクル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ー形成工程４０２へ移行する。Further, in the exposure apparatus of each of the above-mentioned embodiments,
A liquid crystal display element as a microdevice 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 in FIG. In FIG. 9, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step is performed in which the mask pattern is transferred onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) by using the exposure apparatus of each of the above-described embodiments. It By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate undergoes a developing process, an etching process, a reticle peeling process, and the like to form a predetermined pattern on the substrate.
The process proceeds to the next color filter forming step 402.

【００７８】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、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、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１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４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。Next, in the color filter forming step 402, 3 corresponding to R (Red), G (Green) and B (Blue)
Many sets of one dot are arranged in a matrix,
Alternatively, a color filter in which a plurality of R, G, and B stripe filter sets are arranged in the horizontal scanning line direction is formed. Then, after the color filter forming step 402, the cell assembling step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected 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 to form a liquid crystal panel (liquid crystal cell). ) Is manufactured.

【００７９】その後、モジュール組み立て工程４０４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 a module assembling step 404, each component such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) is attached to complete a liquid crystal display element. According to the method of manufacturing a liquid crystal display element described above, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

【００８０】なお、上述の各実施形態では、照明光学装
置を備えた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。In each of the above embodiments, the present invention has been described by taking the exposure apparatus equipped with the illumination optical device as an example.
It is obvious that the present invention can be applied to a general illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated other than the mask.

【００８１】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、光源からの光束の中心軸線を光学系の基準光
軸に対して位置合わせすることができる。また、一方の
Ｖ溝アキシコン系に起因して形成される縦方向の影の幅
と他方のＶ溝アキシコン系に起因して形成される横方向
の影の幅とをほぼ一致させることができる。したがっ
て、本発明の照明光学装置を組み込んだ露光装置では、
良好な照明条件のもとで良好なマイクロデバイスを製造
することができる。As described above, in the illumination optical device of the present invention, the central axis of the light beam from the light source can be aligned with the reference optical axis of the optical system. Further, the width of the vertical shadow formed due to one V-groove axicon system and the width of the horizontal shadow formed due to the other V-groove axicon system can be made substantially equal. Therefore, in the exposure apparatus incorporating the illumination optical device of the present invention,
Good microdevices can be manufactured under good lighting conditions.

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

【図１】本発明の第１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 diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】第１実施形態においてアフォーカルレンズの前
側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された
一対のアキシコン系の構成を概略的に示す斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a pair of axicon systems arranged in an optical path between a front lens group and a rear lens group of an afocal lens in the first embodiment.

【図３】第１実施形態の要部構成を概略的に示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of the first embodiment.

【図４】マイクロレンズアレイの入射面に形成される照
野の位置が所定の基準位置から位置ずれして形成される
様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the position of an illumination field formed on the incident surface of the microlens array is displaced from a predetermined reference position.

【図５】一対のＶ溝アキシコン系の稜線部分に起因して
マイクロレンズアレイの入射面において照度の低い十字
状の影が形成される様子を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing how a cross-shaped shadow with low illuminance is formed on the incident surface of the microlens array due to a pair of V-groove axicon ridge lines.

【図６】調整用の回折光学素子を用いたときに光電変換
素子の受光面に形成される照野を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an illumination field formed on a light receiving surface of a photoelectric conversion element when a diffractive optical element for adjustment is used.

【図７】本発明の第２実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to a second embodiment of the present invention.

【図８】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.

【図９】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ャートである。FIG. 9 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 光源 ４ 回折光学素子 ５ アフォーカルレンズ ６ 所定面 ７，８ Ｖ溝アキシコン系 ９ ズームレンズ １０ マイクロレンズアレイ １１ コンデンサー光学系 １２ マスクブラインド １３ 結像光学系 １４ ハーフミラー １５ 光電変換素子 １６ 光束調整器 ４０ ロッド型インテグレータ ４１ ズームレンズ ４２ インプットレンズ Ｍ マスク ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウェハ ２１ 制御系 ２２〜２６ 駆動系 1 light source 4 Diffractive optical element 5 Afocal lens 6 predetermined surface 7,8 V groove axicon system 9 Zoom lens 10 micro lens array 11 Condenser optical system 12 mask blinds 13 Imaging optical system 14 Half mirror 15 Photoelectric conversion element 16 Luminous flux controller 40 Rod type integrator 41 zoom lens 42 Input lens M mask PL projection optical system W wafer 21 Control system 22-26 Drive system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA06 BA08 BA12 5F046 BA03 CA04 CB01 CB10 CB12 CB13 CB23 DA01 DB01 DB12 DC02    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2H052 BA02 BA06 BA08 BA12                 5F046 BA03 CA04 CB01 CB10 CB12                       CB13 CB23 DA01 DB01 DB12                       DC02

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光源からの光束に基づいて多数光源を形
成するためのオプティカルインテグレータと、該オプテ
ィカルインテグレータ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た照明光学装置において、 前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光
路中に配置されて前記光源からの光束を所定の断面形状
を有する光束または所定の光強度分布を有する光束に変
換するための光束変換素子を含み、該光束変換素子から
の光束に基づいて前記オプティカルインテグレータに対
して所定の位置関係を有する所定面上に所定形状の照野
を形成するための照野形成光学系と、 前記所定面と前記光束変換素子との間の光路中に配置さ
れた光分割部材と、 前記所定面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて、前
記光分割部材により分割された光束を受光するための光
電変換素子と、 前記光電変換素子に接続されて、前記光電変換素子から
の出力に基づいて前記光源からの光束と前記所定面との
位置関係を求める演算部とを備えていることを特徴とす
る照明光学装置。1. An illumination optical apparatus comprising: an optical integrator for forming a large number of light sources based on light beams from a light source; and a light guide optical system for guiding the light beams from the optical integrator to an irradiation surface. A light flux conversion element for converting a light flux from the light source into a light flux having a predetermined cross-sectional shape or a light flux having a predetermined light intensity distribution, which is disposed in an optical path between the light source and the optical integrator, and An illumination field forming optical system for forming an illumination field of a predetermined shape on a predetermined surface having a predetermined positional relationship with the optical integrator based on a light beam from the light beam conversion element, the predetermined surface and the light beam conversion element And a light splitting member disposed in an optical path between the light splitting member and the predetermined surface, the light splitting member being disposed at a position substantially optically conjugate with the predetermined surface. A photoelectric conversion element for receiving the divided luminous flux, and a calculation unit connected to the photoelectric conversion element and for determining a positional relationship between the luminous flux from the light source and the predetermined surface based on an output from the photoelectric conversion element. An illuminating optical device comprising: 【請求項２】 前記照野形成光学系は、前記所定面上に
形成される前記照野の大きさを変化させるための変倍光
学系を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光
学装置。2. The illumination according to claim 1, wherein the illumination field forming optical system includes a variable power optical system for changing a size of the illumination field formed on the predetermined surface. Optical device. 【請求項３】 前記照野形成光学系は、第１方向に沿っ
た稜線を有する第１Ｖ溝アキシコン系を有することを特
徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。3. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the illumination field forming optical system includes a first V-groove axicon system having a ridge line along the first direction. 【請求項４】 前記照野形成光学系は、円錐状屈折面を
有する円錐アキシコン系と、前記第１方向と直交する第
２方向に沿った稜線を有する第２Ｖ溝アキシコン系との
うちの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項
３に記載の照明光学装置。4. The illumination field forming optical system includes at least a conical axicon system having a conical refracting surface and a second V-groove axicon system having a ridge line along a second direction orthogonal to the first direction. The illumination optical device according to claim 3, wherein the illumination optical device has one of them. 【請求項５】 前記光束変換素子は、照明光路に対して
切り換え可能な複数の回折光学素子を有することを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学
装置。5. The illumination optical device according to claim 1, wherein the light flux conversion element has a plurality of diffractive optical elements that can be switched with respect to an illumination optical path. 【請求項６】 前記複数の回折光学素子は、前記照明光
学装置の調整に際して照明光路に設定すべき調整用回折
光学素子を有することを特徴とする請求項５に記載の照
明光学装置。6. The illumination optical device according to claim 5, wherein each of the plurality of diffractive optical elements includes an adjustment diffractive optical element that is to be set in an illumination optical path when adjusting the illumination optical device. 【請求項７】 光源からの光束に基づいて多数光源を形
成するためのオプティカルインテグレータと、該オプテ
ィカルインテグレータ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た照明光学装置において、 第１方向に沿った稜線を有する第１Ｖ溝アキシコン系を
有し、前記光源からの光束に基づいて前記オプティカル
インテグレータに対して所定の位置関係を有する所定面
上に所定形状の照野を形成するための照野形成光学系
と、 前記所定面と前記第１Ｖ溝アキシコン系との間の光路中
に配置された光分割部材と、 前記所定面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて、前
記光分割部材により分割された光束を受光するための光
電変換素子とを備えていることを特徴とする照明光学装
置。7. An illumination optical device comprising: an optical integrator for forming a large number of light sources based on light flux from a light source; and a light guide optical system for guiding the light flux from the optical integrator to a surface to be illuminated. A first V-groove axicon system having a ridge line along a first direction is formed, and an illumination field having a predetermined shape is formed on a predetermined surface having a predetermined positional relationship with the optical integrator based on a light flux from the light source. An illumination field forming optical system, a light splitting member arranged in an optical path between the predetermined surface and the first V-groove axicon system, and arranged at a position substantially optically conjugate with the predetermined surface, An illumination optical device, comprising: a photoelectric conversion element for receiving a light beam split by the light splitting member. 【請求項８】 前記照野形成光学系は、円錐状屈折面を
有する円錐アキシコン系と、前記第１方向と直交する第
２方向に沿った稜線を有する第２Ｖ溝アキシコン系との
うちの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項
７に記載の照明光学装置。8. The illumination field forming optical system includes at least a conical axicon system having a conical refracting surface and a second V-groove axicon system having a ridge line along a second direction orthogonal to the first direction. The illumination optical device according to claim 7, wherein the illumination optical device has one of them. 【請求項９】 前記照野形成光学系は、前記光源からの
光束を所定の断面形状を有する光束または所定の光強度
分布を有する光束に変換するための光束変換素子を有す
ることを特徴とする請求項７または８に記載の照明光学
装置。9. The illumination field forming optical system includes a light flux conversion element for converting a light flux from the light source into a light flux having a predetermined cross-sectional shape or a light flux having a predetermined light intensity distribution. The illumination optical device according to claim 7. 【請求項１０】 前記光束変換素子は、照明光路に対し
て切り換え可能な複数の回折光学素子を有することを特
徴とする請求項９に記載の照明光学装置。10. The illumination optical device according to claim 9, wherein the light flux conversion element has a plurality of diffractive optical elements that can be switched with respect to an illumination optical path. 【請求項１１】 前記複数の回折光学素子は、前記照明
光学装置の調整に際して照明光路に設定すべき調整用回
折光学素子を有することを特徴とする請求項１０に記載
の照明光学装置。11. The illumination optical device according to claim 10, wherein each of the plurality of diffractive optical elements includes an adjustment diffractive optical element that is to be set in an illumination optical path when adjusting the illumination optical device. 【請求項１２】 前記オプティカルインテグレータは、
縦横に配列されたレンズ要素からなる波面分割型のオプ
ティカルインテグレータを有し、前記波面分割型のオプ
ティカルインテグレータの入射面は、前記所定面の位置
またはその近傍の位置に位置決めされていることを特徴
とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光
学装置。12. The optical integrator comprises:
It has a wavefront splitting type optical integrator consisting of lens elements arranged vertically and horizontally, the incident surface of the wavefront splitting type optical integrator is characterized in that it is positioned at a position of the predetermined surface or a position in the vicinity thereof. The illumination optical device according to any one of claims 1 to 11. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１項に記
載の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスク
のパターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光
学系とを備えていることを特徴とする露光装置。13. An illumination optical apparatus according to claim 1, and a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern set on the illuminated surface onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus characterized by being provided. 【請求項１４】 前記光源と前記光分割部材との間の光
路中に配置されて前記光源からの光束の位置または方向
を調整するための光束調整器を備え、 前記光束調整器は前記演算部からの出力に応じて前記光
束の位置または方向を調整することを特徴とする請求項
１３に記載の露光装置。14. A light flux adjuster disposed in an optical path between the light source and the light splitting member for adjusting a position or a direction of a light flux from the light source, wherein the light flux adjuster is the computing unit. 14. The exposure apparatus according to claim 13, wherein the position or the direction of the light flux is adjusted according to the output from the. 【請求項１５】 請求項１３または１４に記載の露光装
置により前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露
光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記
感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法。15. An exposure step of exposing the pattern of the mask onto the photosensitive substrate by the exposure apparatus according to claim 13 or 14, and a developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. A method of manufacturing a microdevice, comprising:
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