JPH09326352A - Illumination optics - Google Patents

Illumination optics

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JPH09326352A
JPH09326352A JP8163848A JP16384896A JPH09326352A JP H09326352 A JPH09326352 A JP H09326352A JP 8163848 A JP8163848 A JP 8163848A JP 16384896 A JP16384896 A JP 16384896A JP H09326352 A JPH09326352 A JP H09326352A
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light source
lens
lens element
lens elements
section
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JP8163848A
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JPH09326352A5 (en
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Osamu Tanitsu
修 谷津
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Nikon Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水銀ランプなどの円形光源を用いて細長い長
方形領域を高い照明効率で照明することのできる照明光
学装置。 【解決手段】 多光源像形成手段は、光源側から順に、
所定の長方形断面を有する複数の第1レンズエレメント
の集合体からなる第1レンズ群と、所定の六角形断面ま
たは7つ以上の辺を有する所定の多角形断面を有する複
数の第2レンズエレメントの集合体からなる第2レンズ
群とを有する。そして、複数の第1レンズエレメントの
各々の光軸は、照明光学装置の光軸とほぼ平行で、且つ
複数の第2レンズエレメントのうちの対応する第2レン
ズエレメントの光軸とほぼ一致する。
(57) Abstract: An illumination optical device capable of illuminating an elongated rectangular region with high illumination efficiency by using a circular light source such as a mercury lamp. A multi-light source image forming means is arranged in order from a light source side.
A first lens group formed of an assembly of a plurality of first lens elements having a predetermined rectangular cross section, and a plurality of second lens elements having a predetermined hexagonal cross section or a predetermined polygonal cross section having seven or more sides. And a second lens group composed of an aggregate. The optical axis of each of the plurality of first lens elements is substantially parallel to the optical axis of the illumination optical device and substantially coincides with the optical axis of the corresponding second lens element of the plurality of second lens elements.

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に関
し、特に半導体素子または液晶表示素子等の製造工程で
使用される投影露光装置に好適な照明光学装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical apparatus, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for a projection exposure apparatus used in the manufacturing process of semiconductor elements, liquid crystal display elements and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マスクのパターン全体を感光基板
の各ショット領域に逐次投影露光する、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置が知られてい
る。また、近年、より高い解像力を確保しながらより高
いスループットを実現するために、スキャン方式の投影
露光装置が提案されている。スキャン方式の投影露光装
置では、マスクと感光基板とを投影光学系に対して走査
しながら投影露光を行う。このとき、マスク上において
照明光学装置によって照明される領域すなわち照明領域
は、走査方向に沿って短辺を有し且つ走査方向と直交す
る方向に沿って長辺を有する細長い長方形状となるのが
一般的である。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a projection exposure apparatus of a so-called step-and-repeat system which sequentially projects and exposes an entire mask pattern onto each shot area of a photosensitive substrate. Further, in recent years, a scan type projection exposure apparatus has been proposed in order to realize higher throughput while ensuring higher resolution. In the scanning type projection exposure apparatus, projection exposure is performed while scanning the mask and the photosensitive substrate with respect to the projection optical system. At this time, the region illuminated by the illumination optical device on the mask, that is, the illumination region, has an elongated rectangular shape having a short side along the scanning direction and a long side along the direction orthogonal to the scanning direction. It is common.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】したがって、スキャン
方式の投影露光装置では、照明領域の形状と相似な長方
形断面を有するレンズエレメントの集合体でフライアイ
インテグレータを構成することにより、光量損失をでき
るだけ回避して所定の照明効率を確保することが望まし
い。しかしながら、たとえば水銀ランプなどのように所
定の大きさを有する円形光源を用いる場合、長方形断面
を有するレンズエレメントからなる従来のフライアイイ
ンテグレータでは、その射出面において著しい光量損失
が発生してしまう。そこで、本出願人は、フライアイイ
ンテグレータの射出面における上述の光量損失をできる
だけ回避するために、特殊な構成を有するフライアイイ
ンテグレータを備えた照明光学装置を開示している(特
開平8−31736号公報)。
Therefore, in the scan type projection exposure apparatus, the fly-eye integrator is constituted by a group of lens elements having a rectangular cross section similar to the shape of the illumination area, so that the light amount loss can be avoided as much as possible. Therefore, it is desirable to secure a predetermined lighting efficiency. However, when a circular light source having a predetermined size such as a mercury lamp is used, a conventional fly-eye integrator including a lens element having a rectangular cross section causes a significant loss of light amount at its exit surface. Therefore, the present applicant has disclosed an illumination optical device equipped with a fly-eye integrator having a special configuration in order to avoid the above-described loss of light amount on the exit surface of the fly-eye integrator as much as possible (Japanese Patent Laid-Open No. 8-31736). Issue).

【0004】特開平8−31736号公報に開示の照明
光学装置では、フライアイインテグレータの入射側に照
明領域の形状と相似な長方形断面を有するレンズエレメ
ントを配置している。一方、フライアイインテグレータ
の射出側には、形成される円形光源像をできるだけ内包
する矩形断面を有するレンズエレメントを配置してい
る。このように、互いに断面形状の異なる入射側レンズ
エレメントと射出側レンズエレメントとを有するフライ
アイインテグレータを用いることにより、射出面におけ
る光量損失を少なくして照明領域における照度を高くす
ることができる。しかしながら、照明光学装置のリレー
レンズのパワー(屈折力)配置の制約などにより、フラ
イアイインテグレータの射出面において形成される複数
の円形光源像が互いに重なるので、射出面においてある
程度の光量損失を避けることはできなかった。
In the illumination optical device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-31736, a lens element having a rectangular cross section similar to the shape of the illumination area is arranged on the incident side of the fly-eye integrator. On the other hand, on the exit side of the fly-eye integrator, a lens element having a rectangular cross section that includes the formed circular light source image as much as possible is arranged. As described above, by using the fly-eye integrator having the entrance-side lens element and the exit-side lens element having different cross-sectional shapes, it is possible to reduce the light amount loss on the exit surface and increase the illuminance in the illumination area. However, due to restrictions on the power (refractive power) of the relay lens of the illumination optical device, multiple circular light source images formed on the exit surface of the fly-eye integrator overlap each other, so avoiding a certain amount of light loss on the exit surface. I couldn't.

【0005】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、水銀ランプなどの円形光源を用いて細長い長
方形領域を高い照明効率で照明することのできる照明光
学装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an illumination optical device capable of illuminating an elongated rectangular region with high illumination efficiency using a circular light source such as a mercury lamp. And

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定の大きさを有するほぼ円形
の光源と、該光源からの光束に基づいて複数の光源像を
形成するための多光源像形成手段と、該多光源像形成手
段を介して形成された前記複数の光源像からの光束を集
光して被照射面を重畳的に照明するためのコンデンサー
光学系とを備えた照明光学装置において、前記多光源像
形成手段は、光源側から順に、所定の長方形断面を有す
る複数の第1レンズエレメントの集合体からなる第1レ
ンズ群と、所定の六角形断面または7つ以上の辺を有す
る所定の多角形断面を有する複数の第2レンズエレメン
トの集合体からなる第2レンズ群とを有し、前記複数の
第1レンズエレメントの各々の光軸は、前記照明光学装
置の光軸とほぼ平行で、且つ前記複数の第2レンズエレ
メントのうちの対応する第2レンズエレメントの光軸と
ほぼ一致す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 problems, in the present invention, a substantially circular light source having a predetermined size and a plurality of light source images are formed based on the light flux from the light source. And a condenser optical system for converging light fluxes from the plurality of light source images formed through the multi-light source image forming means to illuminate a surface to be illuminated in a superimposed manner. In the illumination optical device, the multi-light source image forming means includes, in order from the light source side, a first lens group formed of an assembly of a plurality of first lens elements having a predetermined rectangular cross section, and a predetermined hexagonal cross section or seven A second lens group composed of an assembly of a plurality of second lens elements having a predetermined polygonal cross section having the above sides, and the optical axis of each of the plurality of first lens elements is the illumination optical device. Almost flat with the optical axis of In, and to provide an illumination optical apparatus characterized by substantially coincides with the optical axis of the corresponding second lens element of the plurality of second lens elements.

【0007】本発明の好ましい態様によれば、前記複数
の第1レンズエレメントは、各第1レンズエレメントの
長方形断面形状の短辺同士が互いに当接し、且つ各第1
レンズエレメントの長方形断面形状の長辺が隣接する4
つの第1レンズエレメントの長方形断面形状の対応する
長辺の半分と当接するように配置され、前記複数の第2
レンズエレメントは、各第2レンズエレメントの六角形
断面形状の各辺が隣接する6つの第2レンズエレメント
の六角形断面形状の対応する辺と当接するように配置さ
れている。
According to a preferred aspect of the present invention, in the plurality of first lens elements, the short sides of the rectangular cross section of each first lens element are in contact with each other, and each first lens element is in contact with each other.
The long sides of the rectangular cross section of the lens element are adjacent 4
A plurality of second lens elements arranged so as to abut half of corresponding long sides of the rectangular cross-sectional shape of the two first lens elements.
The lens elements are arranged such that each side of the hexagonal cross-sectional shape of each second lens element abuts a corresponding side of the hexagonal cross-sectional shape of the adjacent six second lens elements.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明では、フライアイインテグ
レータのような多光源像形成手段が、光源側から順に、
複数の第1レンズエレメントの集合体からなる第1レン
ズ群と、複数の第2レンズエレメントの集合体からなる
第2レンズ群とを有する。ここで、第1レンズエレメン
トの各々の光軸は、対応する第2レンズエレメントの光
軸とほぼ一致する。そして、各第1レンズエレメント
は、被照射面上に形成すべき照明領域の形状と相似な所
定の長方形断面を有する。また、各第2レンズエレメン
トは、フライアイインテグレータの射出面(すなわち第
2レンズエレメントの射出面)に形成される各円形光源
像をできるだけ内包するように、所定の六角形断面また
は7つ以上の辺を有する所定の多角形断面を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a multi-light source image forming means such as a fly-eye integrator is arranged in order from the light source side.
It has a first lens group composed of an assembly of a plurality of first lens elements, and a second lens group composed of an assembly of a plurality of second lens elements. Here, the optical axis of each of the first lens elements substantially coincides with the optical axis of the corresponding second lens element. Then, each first lens element has a predetermined rectangular cross section similar to the shape of the illumination region to be formed on the illuminated surface. Further, each second lens element has a predetermined hexagonal cross section or seven or more hexagonal cross sections so as to include each circular light source image formed on the exit surface of the fly-eye integrator (that is, the exit surface of the second lens element) as much as possible. It has a predetermined polygonal cross section with sides.

【0009】具体的には、第1レンズエレメントは、そ
の断面形状の短辺同士が互いに当接するように直線状に
配置されている。また、直線状に配置された第1レンズ
エレメントの各々は、その断面形状の長辺同士が互いに
半分だけずれて互いに当接するように配置されている。
さらに、複数の第2レンズエレメントは、その断面形状
の各辺が互いに当接するように配置されている。このよ
うに、本発明の照明光学装置では、第1レンズエレメン
トが照明領域の形状と相似な長方形断面を有するととも
に、第2レンズエレメントが円形光源像をできるだけ内
包するような六角形断面を有する。したがって、水銀ラ
ンプなどの円形光源を用いても、フライアイインテグレ
ータの射出面において光量損失が抑えられ、細長い長方
形領域を高い照明効率で照明することができる。
Specifically, the first lens element is linearly arranged such that the short sides of its cross-sectional shape are in contact with each other. In addition, each of the linearly arranged first lens elements is arranged such that the long sides of the cross-sectional shape thereof are offset from each other by half and contact each other.
Further, the plurality of second lens elements are arranged so that the respective sides of the cross-sectional shape are in contact with each other. As described above, in the illumination optical device of the present invention, the first lens element has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination region, and the second lens element has a hexagonal cross section that includes a circular light source image as much as possible. Therefore, even if a circular light source such as a mercury lamp is used, the light amount loss is suppressed on the exit surface of the fly-eye integrator, and the elongated rectangular region can be illuminated with high illumination efficiency.

【0010】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例にかかる照明光学装置
の構成を概略的に示す斜視図である。図1において、光
軸AXに沿ってZ軸を、光軸AXに垂直な面内において
互いに直交する方向にX軸およびY軸を設定している。
また、図2は、図1の第2フライアイインテグレータ7
の中央部分を光軸AXに沿って見た図である。本実施例
では、照明光学装置を半導体素子の製造のための投影露
光装置に適用した例を示している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is set along the optical axis AX, and the X axis and the Y axis are set in directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis AX.
In addition, FIG. 2 shows the second fly-eye integrator 7 of FIG.
It is the figure which looked at the central part along with optical axis AX. This embodiment shows an example in which the illumination optical device is applied to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element.

【0011】図示の照明光学装置は、たとえば水銀ラン
プからなる光源1を備えている。光源1は、回転楕円面
からなる反射面を有する集光鏡(楕円鏡)2の第1焦点
位置に位置決めされている。したがって、光源1から射
出された照明光束は、楕円鏡2の第2焦点位置にほぼ円
形の光源像を形成する。円形の光源像が形成される楕円
鏡2の第2焦点位置には、光源像とほぼ同じ大きさを有
する円形開口部を備えたシャッター3が設けられてい
る。したがって、シャッター3の開口部を選択的に開閉
することにより、光源1からの光を有効に取り込んで後
続するコリメートレンズ4に入射させたり、コリメート
レンズ4への入射を完全に遮断したりすることができ
る。以下、シャッター3の開口部が開放されている状態
について説明する。
The illustrated illumination optical device includes a light source 1 which is, for example, a mercury lamp. The light source 1 is positioned at a first focus position of a condenser mirror (elliptic mirror) 2 having a reflecting surface formed of a spheroidal surface. Therefore, the illumination light flux emitted from the light source 1 forms a substantially circular light source image at the second focal position of the elliptical mirror 2. At the second focal position of the elliptical mirror 2 on which a circular light source image is formed, a shutter 3 having a circular opening portion having substantially the same size as the light source image is provided. Therefore, by selectively opening and closing the opening of the shutter 3, the light from the light source 1 is effectively captured and made incident on the subsequent collimator lens 4, or the incidence on the collimator lens 4 is completely blocked. You can The state in which the opening of the shutter 3 is open will be described below.

【0012】シャッター3の開放状態では、光源像から
の光束は、コリメートレンズ4を介して集光された後、
第1フライアイインテグレータ5に入射する。第1フラ
イアイインテグレータ5に入射した光束は、第1フライ
アイインテグレータ5を構成する複数のレンズエレメン
トにより二次元的に分割される。そして、第1フライア
イインテグレータ5の後側焦点位置(すなわち射出面近
傍)に、レンズエレメントの数に対応する複数の光源像
を形成する。なお、第1フライアイインテグレータ5に
入射する光束の断面はほぼ円形であり、その射出面に形
成される光源像もほぼ円形である。したがって、第1フ
ライアイインテグレータ5を構成する各レンズエレメン
トは正方形断面を有し、第1フライアイインテグレータ
5の全体形状はほぼ円形である。
In the opened state of the shutter 3, the light flux from the light source image is condensed through the collimator lens 4 and then
It is incident on the first fly-eye integrator 5. The light flux that has entered the first fly-eye integrator 5 is two-dimensionally divided by the plurality of lens elements that form the first fly-eye integrator 5. Then, a plurality of light source images corresponding to the number of lens elements are formed at the rear focus position of the first fly-eye integrator 5 (that is, near the exit surface). The cross section of the light flux incident on the first fly-eye integrator 5 is substantially circular, and the light source image formed on its exit surface is also substantially circular. Therefore, each lens element forming the first fly-eye integrator 5 has a square cross section, and the entire shape of the first fly-eye integrator 5 is substantially circular.

【0013】第1フライアイインテグレータ5の射出面
に形成された複数の光源像からの光束は、リレーレンズ
6を介して集光された後、第2フライアイインテグレー
タ7を重畳的に照明する。第2フライアイインテグレー
タ7は、光源側から順に、細長い長方形断面を有する第
1レンズエレメント7aの集合体からなる第1レンズ群
71と、平行平面板72と、六角形断面を有する第2レ
ンズエレメント7bの集合体からなる第2レンズ群73
とで構成されている。
Light fluxes from a plurality of light source images formed on the exit surface of the first fly-eye integrator 5 are condensed via a relay lens 6 and then illuminate the second fly-eye integrator 7 in a superimposed manner. The second fly-eye integrator 7 includes, in order from the light source side, a first lens group 71 including an assembly of first lens elements 7a having an elongated rectangular cross section, a plane parallel plate 72, and a second lens element having a hexagonal cross section. Second lens group 73 composed of an assembly of 7b
It is composed of

【0014】第1レンズエレメント7aは光源側に凸面
を向けた平凸レンズであり、この平凸レンズの平面が平
行平面板72の光源側の面に支持されている。また、第
2レンズエレメント7bは光源側に平面を向けた平凸レ
ンズであり、この平凸レンズの平面が平行平面板72の
射出側の面に支持されている。なお、第1レンズエレメ
ント7aの数と第2レンズエレメント7bの数とは等し
く、各第1レンズエレメント7aの光軸と対応する第2
レンズエレメント7bの光軸とは、光軸AXに対して平
行で且つ互いに一致する。
The first lens element 7a is a plano-convex lens having a convex surface facing the light source side, and the plane of this plano-convex lens is supported by the surface of the plane parallel plate 72 on the light source side. The second lens element 7b is a plano-convex lens having a flat surface facing the light source side, and the flat surface of the plano-convex lens is supported by the exit side surface of the plane-parallel plate 72. The number of the first lens elements 7a is equal to the number of the second lens elements 7b, and the second lens elements 7a corresponding to the optical axes of the respective first lens elements 7a
The optical axis of the lens element 7b is parallel to the optical axis AX and coincides with each other.

【0015】さらに図2を参照すると、各第1レンズエ
レメント7aの断面形状は、X方向に長辺を有し且つY
方向に短辺を有する細長い長方形である。そして、第1
レンズエレメント7aは、その断面形状の短辺同士が互
いに当接するように、Y方向に沿って直線状に配置され
ている。また、Y方向に沿って直線状に配置された各第
1レンズエレメント7aは、その断面形状の長辺が隣接
する4つの第1レンズエレメント7aの断面形状の対応
する長辺の半分と当接するように、X方向に沿って互い
違いに配置されている。一方、第2レンズエレメント7
bの断面形状は六角形であり、各第2レンズエレメント
7bの断面形状の辺が隣接する6つの第2レンズエレメ
ント7bの対応する辺と当接するように配置されてい
る。
Still referring to FIG. 2, the cross-sectional shape of each first lens element 7a has long sides in the X direction and Y
It is an elongated rectangle having a short side in the direction. And the first
The lens element 7a is linearly arranged along the Y direction so that the short sides of the cross-sectional shape contact each other. In addition, each first lens element 7a linearly arranged along the Y direction abuts half of the corresponding long sides of the cross-sectional shapes of the four first lens elements 7a whose long sides of the cross-sectional shape are adjacent. Thus, they are arranged alternately along the X direction. On the other hand, the second lens element 7
The cross-sectional shape of b is hexagonal, and the side of the cross-sectional shape of each second lens element 7b is arranged so as to abut the corresponding side of the six adjacent second lens elements 7b.

【0016】したがって、第2フライアイインテグレー
タ7に入射した光束は、第1レンズ群71を構成する複
数の第1レンズエレメント7aにより二次元的に分割さ
れ、それぞれ集光作用を受ける。次いで、分割された各
光束は、平行平面板72を通過した後、第2レンズ群7
3を構成する複数の第2レンズエレメント7bのうちの
対応する第2レンズエレメント7bにそれぞれ入射す
る。各第2レンズエレメント7bに入射した光束は、そ
の射出面近傍に第1フライアイインテグレータ5のレン
ズエレメントの数に対応する複数の光源像を形成する。
すなわち、第2フライアイインテグレータ7の射出面近
傍には、第1フライアイインテグレータ5のレンズエレ
メントの数と第2フライアイインテグレータ7のレンズ
エレメントの数との積で表される数の光源像が形成され
る。
Therefore, the light beam incident on the second fly-eye integrator 7 is two-dimensionally divided by the plurality of first lens elements 7a forming the first lens group 71, and is subjected to the condensing action. Next, each of the divided light fluxes passes through the plane-parallel plate 72, and then the second lens group 7
Each of the plurality of second lens elements 7b forming the third lens element 7b enters the corresponding second lens element 7b. The light flux incident on each second lens element 7b forms a plurality of light source images corresponding to the number of lens elements of the first fly-eye integrator 5 in the vicinity of the exit surface thereof.
That is, in the vicinity of the exit surface of the second fly-eye integrator 7, a number of light source images represented by the product of the number of lens elements of the first fly-eye integrator 5 and the number of lens elements of the second fly-eye integrator 7. It is formed.

【0017】第2フライアイインテグレータ7の射出面
に形成された多数の光源像からの光束は、コンデンサー
レンズ8の集光作用を受けた後、所定の回路パターンが
形成されたマスク9を重畳的に均一照明する。こうし
て、マスク9上には、第2フライアイインテグレータ7
の第1レンズ群71を構成する各第1レンズエレメント
7aの断面形状と相似な細長い長方形の照明領域が形成
される。マスク9を透過した光束は、図示を省略した投
影光学系を介して、感光基板上にマスクパターンの像を
形成する。
The light beams from a large number of light source images formed on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 are subjected to the condensing action of the condenser lens 8 and then superposed on the mask 9 on which a predetermined circuit pattern is formed. Uniform illumination. In this way, the second fly-eye integrator 7 is placed on the mask 9.
An elongated rectangular illumination area similar to the cross-sectional shape of each first lens element 7a forming the first lens group 71 is formed. The light flux that has passed through the mask 9 forms an image of the mask pattern on the photosensitive substrate via a projection optical system (not shown).

【0018】図3は、第2フライアイインテグレータ7
の中央部分を構成する各第2レンズエレメント7bの射
出面に形成される光源像の全体形状を模式的に示す図で
ある。上述したように、各第2レンズエレメント7bの
射出面には、第1フライアイインテグレータ5のレンズ
エレメントの数に対応する複数の光源像を形成する。し
たがって、各第2レンズエレメント7bの射出面には、
第1フライアイインテグレータ5の全体形状に対応した
ほぼ円形の光源像(第1フライアイインテグレータ5の
レンズエレメントの数に対応する複数の光源像からな
る)が形成される。図3では、説明の簡単のために、各
第2レンズエレメント7bの射出面に形成される光源像
の全体形状を円で近似している。
FIG. 3 shows the second fly-eye integrator 7.
FIG. 9 is a diagram schematically showing the overall shape of a light source image formed on the exit surface of each second lens element 7b that constitutes the central portion of FIG. As described above, a plurality of light source images corresponding to the number of lens elements of the first fly-eye integrator 5 are formed on the exit surface of each second lens element 7b. Therefore, on the exit surface of each second lens element 7b,
A substantially circular light source image (consisting of a plurality of light source images corresponding to the number of lens elements of the first fly-eye integrator 5) corresponding to the entire shape of the first fly-eye integrator 5 is formed. In FIG. 3, for simplicity of explanation, the overall shape of the light source image formed on the exit surface of each second lens element 7b is approximated by a circle.

【0019】図3に示すように、第2フライアイインテ
グレータ7の射出面には、互いに一部が重なるようにほ
ぼ円形の光源像が形成される。なお、第2フライアイイ
ンテグレータ7の射出面における各円形光源像の重なり
具合は、光量損失をできるだけ抑えるように設計された
各光学部材の諸元に依存する。図4は、特開平8−31
736号公報に開示のフライアイインテグレータの射出
面における光量損失を説明する図である。図5は、本実
施例にかかる第2フライアイインテグレータ7の射出面
における光量損失を説明する図である。
As shown in FIG. 3, a substantially circular light source image is formed on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 so as to partially overlap each other. The degree of overlap of the circular light source images on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 depends on the specifications of the optical members designed to suppress the light amount loss as much as possible. FIG.
It is a figure explaining the light quantity loss in the exit surface of the fly eye integrator disclosed by Japanese Patent No. 736. FIG. 5 is a diagram for explaining the light amount loss on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 according to the present embodiment.

【0020】図4(a)に示すように、特開平8−31
736号公報に開示の照明光学装置では、フライアイイ
ンテグレータの射出側の各レンズエレメントは長方形断
面を有する。そして、各レンズエレメントは、その射出
面に形成される円形光源像を長辺方向に沿って内包する
ように配置されている。したがって、図4(b)に示す
ように、円形光源像のうち各レンズエレメントの短辺方
向に沿った両端部(図中斜線部で示す)は、照明に寄与
することなく光量損失の原因となる。特開平8−317
36号公報に開示の照明光学装置の場合、典型的な設計
例に基づいて試算すると、フライアイインテグレータの
射出面における光量損失は約14%となる。
As shown in FIG. 4 (a), Japanese Patent Laid-Open No. 8-31
In the illumination optical device disclosed in Japanese Patent No. 736, each lens element on the exit side of the fly-eye integrator has a rectangular cross section. Each lens element is arranged so as to include the circular light source image formed on its exit surface along the long side direction. Therefore, as shown in FIG. 4B, both ends (indicated by hatched portions in the figure) along the short side direction of each lens element in the circular light source image are considered to be a cause of light amount loss without contributing to illumination. Become. JP-A-8-317
In the case of the illumination optical device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 36-36, when a trial calculation is performed based on a typical design example, the light amount loss on the exit surface of the fly-eye integrator is about 14%.

【0021】一方、図5(a)に示すように、本実施例
にかかる照明光学装置では、第2フライアイインテグレ
ータ7の射出面側の各レンズエレメント7bは六角形断
面を有する。そして、各レンズエレメント7bは、その
射出面に形成される円形光源像をほぼ内包するように配
置されている。したがって、図5(b)に示すように、
円形光源像のうち各レンズエレメント7bの射出面から
はみ出す部分、すなわち照明に寄与することなく光量損
失の原因となる部分は少ない。本実施例の場合、典型的
な設計例に基づいて試算すると、第2フライアイインテ
グレータ7の射出面における光量損失は約6%となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, in the illumination optical apparatus according to this embodiment, each lens element 7b on the exit surface side of the second fly-eye integrator 7 has a hexagonal cross section. Each lens element 7b is arranged so as to substantially include the circular light source image formed on its exit surface. Therefore, as shown in FIG.
Of the circular light source image, the portion protruding from the exit surface of each lens element 7b, that is, the portion that causes the light amount loss without contributing to the illumination is small. In the case of the present embodiment, a trial calculation based on a typical design example shows that the light amount loss on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 is about 6%.

【0022】なお、上述の実施例では、シャッター3と
第2フライアイインテグレータ7との間の光路中に、第
1フライアイインテグレータ5およびリレーレンズ6を
介在させている。しかしながら、第1フライアイインテ
グレータ5およびリレーレンズ6を省略し、シャター3
およびコリメートレンズ4を介した光束を直接第2フラ
イアイインテグレータ7に入射させることができる。
In the embodiment described above, the first fly-eye integrator 5 and the relay lens 6 are interposed in the optical path between the shutter 3 and the second fly-eye integrator 7. However, the first fly-eye integrator 5 and the relay lens 6 are omitted, and the shutter 3
Also, the light flux that has passed through the collimator lens 4 can be directly incident on the second fly-eye integrator 7.

【0023】また、上述の実施例では、第2フライアイ
インテグレータ7の第2レンズエレメントの断面形状を
六角形としている。しかしながら、第2フライアイイン
テグレータ7の射出面に形成される円形光源像の配置に
応じて、第2レンズエレメントの断面形状を六角形を基
本とした多角形(7つ以上の辺を有する多角形)で構成
することもできる。さらに、上述の実施例では、本発明
を投影露光装置のための照明光学装置に適用した例を示
しているが、他の適当な照明光学装置に本発明を適用す
ることもできる。
Further, in the above-described embodiment, the second lens element of the second fly-eye integrator 7 has a hexagonal sectional shape. However, depending on the arrangement of the circular light source image formed on the exit surface of the second fly-eye integrator 7, the cross-sectional shape of the second lens element is a polygon based on a hexagon (a polygon having seven or more sides). ). Furthermore, in the above-mentioned embodiments, the present invention is applied to the illumination optical device for the projection exposure apparatus, but the present invention can also be applied to other suitable illumination optical devices.

【0024】[0024]

【効果】以上説明したように、本発明によれば、第1レ
ンズエレメントが照明領域の形状と相似な長方形断面を
有するとともに、第2レンズエレメントが円形光源像を
できるだけ内包するような六角形断面を有する。したが
って、水銀ランプなどの円形光源を用いても、フライア
イインテグレータの射出面において光量損失が抑えら
れ、細長い長方形領域を高い照明効率で且つ照度むらの
少ない状態で照明することができる。
As described above, according to the present invention, the first lens element has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination area, and the second lens element has a hexagonal cross section that includes a circular light source image as much as possible. Have. Therefore, even if a circular light source such as a mercury lamp is used, the light amount loss is suppressed on the exit surface of the fly-eye integrator, and it is possible to illuminate an elongated rectangular region with high illumination efficiency and little unevenness in illuminance.

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

【図1】本発明の実施例にかかる照明光学装置の構成を
概略的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の第2フライアイインテグレータ7の中央
部分を光軸AX(Z軸)に沿って見た図である。
FIG. 2 is a diagram of a central portion of a second fly-eye integrator 7 in FIG. 1 viewed along an optical axis AX (Z axis).

【図3】第2フライアイインテグレータ7の中央部分を
構成する各第2レンズエレメント7bの射出面に形成さ
れる光源像の全体形状を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the overall shape of a light source image formed on the exit surface of each second lens element 7b forming the central portion of the second fly-eye integrator 7.

【図4】特開平8−31736号公報に開示のフライア
イインテグレータの射出面における光量損失を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a light amount loss on an exit surface of a fly-eye integrator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-31736.

【図5】本発明の実施例にかかる第2フライアイインテ
グレータ7の射出面における光量損失を説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a light amount loss on the exit surface of the second fly-eye integrator 7 according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 楕円鏡 3 シャッター 4 コリメートレンズ 5 第1フライアイインテグレータ 6 リレーレンズ 7 第2フライアイインテグレータ 8 コンデンサーレンズ 9 マスク 71 第1レンズ群 72 平行平面板 73 第2レンズ群 7a 第1レンズエレメント 7b 第2レンズエレメント 1 Light Source 2 Elliptical Mirror 3 Shutter 4 Collimator Lens 5 First Fly-Eye Integrator 6 Relay Lens 7 Second Fly-Eye Integrator 8 Condenser Lens 9 Mask 71 First Lens Group 72 Parallel Plane Plate 73 Second Lens Group 7a First Lens Element 7b Second lens element

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の大きさを有するほぼ円形の光源
と、該光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成す
るための多光源像形成手段と、該多光源像形成手段を介
して形成された前記複数の光源像からの光束を集光して
被照射面を重畳的に照明するためのコンデンサー光学系
とを備えた照明光学装置において、 前記多光源像形成手段は、光源側から順に、所定の長方
形断面を有する複数の第1レンズエレメントの集合体か
らなる第1レンズ群と、所定の六角形断面または7つ以
上の辺を有する所定の多角形断面を有する複数の第2レ
ンズエレメントの集合体からなる第2レンズ群とを有
し、 前記複数の第1レンズエレメントの各々の光軸は、前記
照明光学装置の光軸とほぼ平行で、且つ前記複数の第2
レンズエレメントのうちの対応する第2レンズエレメン
トの光軸とほぼ一致することを特徴とする照明光学装
置。
1. A substantially circular light source having a predetermined size, a multi-light source image forming means for forming a plurality of light source images based on a light flux from the light source, and the multi-light source image forming means. In an illumination optical device comprising a condenser optical system for converging light fluxes from the formed plurality of light source images and illuminating a surface to be illuminated in a superimposed manner, the multi-light source image forming means is arranged from the light source side. In order, a first lens group composed of an assembly of a plurality of first lens elements having a predetermined rectangular section, and a plurality of second lenses having a predetermined hexagonal section or a predetermined polygonal section having seven or more sides. A second lens group composed of an assembly of elements, wherein an optical axis of each of the plurality of first lens elements is substantially parallel to an optical axis of the illumination optical device, and the plurality of second lens groups are provided.
An illuminating optical device characterized in that it substantially coincides with an optical axis of a corresponding second lens element of the lens elements.
【請求項2】 前記複数の第1レンズエレメントは、各
第1レンズエレメントの長方形断面形状の短辺同士が互
いに当接し、且つ各第1レンズエレメントの長方形断面
形状の長辺が隣接する4つの第1レンズエレメントの長
方形断面形状の対応する長辺の半分と当接するように配
置され、 前記複数の第2レンズエレメントは、各第2レンズエレ
メントの六角形断面形状の各辺が隣接する6つの第2レ
ンズエレメントの六角形断面形状の対応する辺と当接す
るように配置されていることを特徴とする請求項1に記
載の照明光学装置。
2. The plurality of first lens elements are composed of four first lens elements in which short sides of a rectangular cross section of each first lens element are in contact with each other and long sides of a rectangular cross section of each first lens element are adjacent to each other. The plurality of second lens elements are arranged so as to contact half of the corresponding long sides of the rectangular cross-sectional shape of the first lens element, and the plurality of second lens elements have six hexagonal cross-sectional shapes adjacent to each other. The illumination optical device according to claim 1, wherein the illumination optical device is arranged so as to come into contact with a corresponding side of the hexagonal sectional shape of the second lens element.
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