JP6381346B2 - Light source device, illumination device, exposure device, and article manufacturing method - Google Patents

Light source device, illumination device, exposure device, and article manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、光源装置、照明装置、露光装置、および物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a light source device, an illumination device, an exposure device, and an article manufacturing method.

半導体デバイスなどの製造工程に含まれるリソグラフィ工程において、原版(レチクルなど)に形成されているパターンを、投影光学系などを介して基板(表面にレジスト層が形成されたウエハなど)に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、光源からの光束を集光し出射する光源装置からの光束で原版を照明する照明装置を備える。特許文献1は、光源として高圧水銀ランプを用い、集光部として楕円鏡を用いる光源装置(照明光学装置)を開示している。ここでの光源装置は、高圧水銀ランプの発光点を楕円鏡の第1焦点の近傍に配置することで、発光点から放射される光束を楕円鏡の第2焦点の近傍に集光させる。また、特許文献2は、楕円鏡の第1焦点から第2焦点に向かって、楕円鏡、球面鏡の順に構成された2段構成の集光部を用いるもので、集光部により集光される光束の最大入射角度を小さくする光源装置(光源ユニット)を開示している。一方、特許文献3は、楕円鏡の第1焦点から第2焦点に向かって、球面鏡、楕円鏡の順に構成された2段構成の集光部を用いるもので、集光部により集光される光束の集光径を小さくする光源装置を開示している。   In lithography processes included in the manufacturing process of semiconductor devices, etc., exposure that transfers the pattern formed on the original (reticle etc.) to the substrate (wafer etc. with a resist layer formed on the surface) via the projection optical system etc. A device is used. The exposure apparatus includes an illuminating device that illuminates the original with a light beam from a light source device that collects and emits a light beam from a light source. Patent Document 1 discloses a light source device (illumination optical device) that uses a high-pressure mercury lamp as a light source and uses an elliptical mirror as a condensing part. The light source device here arranges the light emission point of the high-pressure mercury lamp in the vicinity of the first focal point of the elliptical mirror, thereby condensing the light beam emitted from the light emission point in the vicinity of the second focal point of the elliptical mirror. Patent Document 2 uses a two-stage condensing unit composed of an elliptical mirror and a spherical mirror in this order from the first focal point of the elliptical mirror to the second focal point, and is condensed by the condensing unit. A light source device (light source unit) that reduces the maximum incident angle of a light beam is disclosed. On the other hand, Patent Document 3 uses a two-stage condensing unit configured in the order of a spherical mirror and an elliptical mirror from the first focal point to the second focal point of the elliptical mirror. A light source device that reduces the light collection diameter is disclosed.

特許第4640688号公報Japanese Patent No. 4640688 特許第3151534号公報Japanese Patent No. 3151534 特許第4705852号公報Japanese Patent No. 4705852

しかしながら、特許文献1ないし3に開示されている技術では、集光部により集光される光束の最大入射角度および集光径、ならびに集光部を構成する集光鏡の最大径を同時に小さくすることができない。したがって、光源から放射される光束をより効率良く利用するためには、さらに改善の余地がある。   However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3, the maximum incident angle and the condensing diameter of the light beam condensed by the condensing unit and the maximum diameter of the condensing mirror constituting the condensing unit are simultaneously reduced. I can't. Therefore, there is room for further improvement in order to use the light flux emitted from the light source more efficiently.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、光源から放射される光束の利用効率の点で有利な光源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a light source device that is advantageous in terms of utilization efficiency of a light beam emitted from a light source, for example.

上記課題を解決するために、本発明の一側面としての光源装置は、光領域からを放射する光源と、を集光して外部へ出射する集光部とを含む光源装置であって、集光部は、発光領域から放射された光を反射する反射面を有する反射鏡を4つ以上有し、各反射鏡は軸を囲むように形成され、4つ以上の反射鏡は光源を囲むように設置され、4つ以上の反射鏡は、反射面が楕円面である楕円面反射鏡と、反射面が球面である球面反射鏡とを含み、楕円面反射鏡と球面反射鏡とは、の方向に交互に配置され、1つの球面反射鏡により反射され光が、1つの楕円面反射鏡により反射されて外部へ出射することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a light source apparatus according to one aspect of the present invention, there in a light source device comprising a light source for emitting light from the light emission region, a condensing section for emitting condensing light to the outside Te, condensed portion has a reflecting mirror having a reflecting surface for reflecting light emitted from the light-emitting region 4 or more, each reflector is formed to surround the axis, four or more reflector light source is disposed so as to surround the four or more reflective mirror comprises a elliptical reflecting mirror reflecting surface is ellipsoidal, a spherical reflecting mirror reflecting surface is spherical, ellipsoidal reflector and the spherical reflecting mirror and are arranged alternately in the direction of the axis, the light reflected by one of the spherical reflector, characterized in that it emits is reflected to the outside by one of the ellipsoidal reflector.

本発明によれば、例えば、光源から放射される光束の利用効率の点で有利な光源装置を提供することができる。   According to the present invention, for example, it is possible to provide a light source device that is advantageous in terms of utilization efficiency of a light beam emitted from a light source.

本発明の第1実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light source device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態における集光部による集光状態を説明する図である。It is a figure explaining the condensing state by the condensing part in 1st Embodiment. 第1実施形態における第3反射鏡の張り出し形状を説明する図である。It is a figure explaining the projecting shape of the 3rd reflective mirror in 1st Embodiment. 第1実施形態における集光部の最大集光径等を説明する図である。It is a figure explaining the maximum condensing diameter etc. of the condensing part in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light source device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light source device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light source device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the illuminating device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exposure apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 照明系に円錐プリズムを適用する場合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a conical prism is applied to an illumination system. 従来の光源装置の第1例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st example of the conventional light source device. 従来の光源装置の第2例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd example of the conventional light source device.

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

(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態に係る光源装置は、例えば、半導体デバイスの製造工程におけるリソグラフィ工程で使用される露光装置内の照明装置(照明系)に採用されるものであり、所定の位置(領域)に向けて、光束を放射する。以下、本実施形態に係る光源装置の特徴を明確にするために、まず、従来の2つの光源装置を例示し、その後、本実施形態に係る光源装置について従来の光源装置と比較しつつ説明する。
(First embodiment)
First, the light source device according to the first embodiment of the present invention will be described. The light source device according to the present embodiment is employed in, for example, an illumination device (illumination system) in an exposure apparatus used in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process, and is directed toward a predetermined position (region). Radiate luminous flux. Hereinafter, in order to clarify the characteristics of the light source device according to the present embodiment, first, two conventional light source devices will be exemplified, and then the light source device according to the present embodiment will be described in comparison with the conventional light source device. .

図11は、従来の光源装置の第1例として、光源1が高圧水銀ランプであり、集光部が単一の楕円鏡(楕円面反射鏡)である光源装置500の構成を示す概略断面図である。このうち、図11(a)は、光軸AXに対して回転対称な形状を有し、離心率の異なる大小2つの楕円鏡が光束を反射する反射角度と、光源1が光束を放射する放射角度との関係を示す図である。光源1は、陰極(Cathode)と陽極(Anode)との2つの電極を有し、電極間に形成される所定の大きさを有する発光点(発光領域)1aから光束を放射する。発光点1aは、回転対称な発光強度分布を有する。なお、光軸AXは、この発光点1aの回転対称軸といえる。このとき、光源1が放射する光束の一部は、発光点1a近傍の陰極および陽極で遮られるため、放射角度は、第1補助線2aを境として表される所定の角度θcathodeおよびθanodeの範囲に限られる。外径が大きな方の第1楕円鏡210と、外径が小さな方の第2楕円鏡230とは、光軸AX上に2つの焦点を共有し、それぞれが光束を反射する角度θ210、θ230は等しい。第1補助線2aは、光軸AX上にある第1焦点の位置に引かれた線であり、第2補助線2bは、光軸AX上にある第2焦点の位置に引かれた線であり、図中、第1焦点と第2焦点との間の距離(焦点間距離)をfで表している。そして、光源1は、各楕円鏡210、230に対して、発光点1aが各楕円鏡210、230の第1焦点に略一致するように配置されている。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a light source device 500 as a first example of a conventional light source device, in which the light source 1 is a high-pressure mercury lamp and the light collecting unit is a single elliptical mirror (ellipsoidal reflecting mirror). It is. Of these, FIG. 11A shows a reflection angle at which two large and small elliptical mirrors having a rotational symmetry with respect to the optical axis AX reflect different luminous fluxes, and radiation at which the light source 1 emits luminous flux. It is a figure which shows the relationship with an angle. The light source 1 has two electrodes, ie, a cathode and an anode, and emits a light beam from a light emitting point (light emitting region) 1a having a predetermined size formed between the electrodes. The luminous point 1a has a rotationally symmetric luminous intensity distribution. The optical axis AX can be said to be a rotationally symmetric axis of the light emitting point 1a. At this time, a part of the light flux emitted from the light source 1 is blocked by the cathode and the anode near the light emitting point 1a, so that the radiation angle is in a range of predetermined angles θcathode and θanode represented by the first auxiliary line 2a as a boundary. Limited to. The first elliptical mirror 210 having the larger outer diameter and the second elliptical mirror 230 having the smaller outer diameter share two focal points on the optical axis AX, and angles θ 210 and θ that each reflect the light flux. 230 is equal. The first auxiliary line 2a is a line drawn at the position of the first focal point on the optical axis AX, and the second auxiliary line 2b is a line drawn at the position of the second focal point on the optical axis AX. In the figure, the distance between the first focus and the second focus (inter-focus distance) is denoted by f. The light source 1 is arranged with respect to the elliptical mirrors 210 and 230 so that the light emitting point 1a substantially coincides with the first focal point of the elliptical mirrors 210 and 230.

図11(b)は、第2楕円鏡230で集光される光束の最大集光径Φ230および最大集光角度Ψ230、ならびに第2楕円鏡230の最大反射鏡外径D230を説明する図である。なお、図11(b)では、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI230および反射点PO230を明示している。まず、第2楕円鏡230の反射面が連続した極小な平面で構成されていると仮定し、光束の集光径について考える。反射点PI230が極小な平面であるとみなすと、反射点PI230における入射光束の広がり角度と反射光の広がり角度とが等しいものと近似できる。同様に、反射点PO230における入射光束の広がり角度と反射光の広がり角度とも等しいものと近似できる。また、反射点における入射光束の広がり角度と反射光の広がり角度とが等しい場合、反射光が形成する集光径は、発光点1aの径に、反射点から第2焦点FPまでの距離と反射点から第1焦点FPまでの距離との比をかけることで近似できる。したがって、最大集光径Φ230は、第2楕円鏡230上で発光点1aに最も近い反射点PI230で反射する光が第2焦点FPを含む光軸AXに垂直な平面上に形成する広がりとなる。これに対して、最大集光角度Ψ230は、第2楕円鏡230上で第2焦点FPに最も近い反射点PO230で反射する光のうち、光軸AX上でより第1焦点FP側に交点を持つ光のなす角度となる。また、最大反射鏡外径D230は、第2楕円鏡230の第2焦点FP側の開口がなす外径となる。なお、第2楕円鏡230の2つの焦点FP、FPを固定とし、第2楕円鏡230により集光される光束の最大集光径を小さくする場合は、発光点1aに最も近い楕円鏡上の反射点から第1焦点FPまでの距離を大きくすればよい。 FIG. 11B illustrates the maximum condensing diameter Φ 230 and the maximum condensing angle Ψ 230 of the light beam collected by the second elliptical mirror 230, and the maximum reflecting mirror outer diameter D 230 of the second elliptical mirror 230. FIG. In FIG. 11 (b), the notation of the overall view of the light source 1 is simplified, the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1a having a predetermined size is shown, and the first focal point FP 1 , The second focal point FP 2 , the reflection point PI 230 and the reflection point PO 230 are clearly shown. First, it is assumed that the reflecting surface of the second elliptical mirror 230 is composed of a continuous and extremely small plane, and the condensing diameter of the light beam is considered. Assuming that the reflection point PI 230 is a minimal plane, it can be approximated that the spread angle of the incident light beam and the spread angle of the reflected light at the reflection point PI 230 are equal. Similarly, it can be approximated that the spread angle of the incident light beam at the reflection point PO 230 is equal to the spread angle of the reflected light. Also, when the spread angle of the incident light beam at the reflection point and the spread angle of the reflected light are equal, focused diameter formed by the reflected light, the diameter of the light emitting points 1a, a distance from the reflection point to the second focal point FP 2 It can be approximated by multiplying the ratio of the distance from the reflection point to the first focal point FP 1. Therefore, the maximum condensing diameter Φ 230 is formed on a plane perpendicular to the optical axis AX including the second focal point FP 2 by the light reflected on the second elliptical mirror 230 at the reflection point PI 230 closest to the light emitting point 1a. Expand. On the other hand, the maximum condensing angle Ψ 230 is the first focal point FP 1 on the optical axis AX out of the light reflected on the second elliptical mirror 230 at the reflection point PO 230 closest to the second focal point FP 2. The angle formed by the light having an intersection on the side. The maximum reflecting mirror outer diameter D 230 is an outer diameter formed by the opening on the second focal point FP 2 side of the second elliptical mirror 230. When the two focal points FP 1 and FP 2 of the second elliptical mirror 230 are fixed and the maximum condensing diameter of the light beam collected by the second elliptical mirror 230 is reduced, the elliptical mirror closest to the light emitting point 1a is used. The distance from the upper reflection point to the first focal point FP 1 may be increased.

図11(c)は、第1楕円鏡210で集光される光束の最大集光径Φ210および最大集光角度Ψ210、ならびに第1楕円鏡210の最大反射鏡外径D210を説明する図である。なお、図11(c)でも、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI210および反射点PO210を明示している。第1楕円鏡210においても、第2楕円鏡230の場合と同様に、最大集光径Φ210は、第1楕円鏡210上で発光点1aに最も近い反射点PI210で反射する光が、第2焦点FPを含む光軸AXに垂直な平面上に形成する広がりとなる。ここで、最大集光径Φ210は、第2楕円鏡230の最大集光径Φ230よりも小さくなる。最大集光角度Ψ210は、第2楕円鏡230の最大集光角度Ψ230よりも大きくなる。また、最大反射鏡外径D210は、第2楕円鏡230の最大反射鏡外径D230よりも大きくなる。 FIG. 11C illustrates the maximum condensing diameter Φ 210 and the maximum condensing angle Ψ 210 of the light beam collected by the first elliptical mirror 210 and the maximum reflecting mirror outer diameter D 210 of the first elliptical mirror 210. FIG. In FIG. 11C, the notation of the overall view of the light source 1 is simplified to show the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1a having a predetermined size, and the first focus FP 1 , The second focal point FP 2 , the reflection point PI 210 and the reflection point PO 210 are clearly shown. Also in the first elliptical mirror 210, as in the second ellipsoidal mirror 230, maximum collection size [Phi 210, the light reflected by the closest reflection point PI 210 to the light emitting point 1a on the first ellipsoidal mirror 210, the spread to be formed on a plane perpendicular to the optical axis AX including the second focal point FP 2. Here, the maximum condensing diameter Φ 210 is smaller than the maximum condensing diameter Φ 230 of the second elliptical mirror 230. The maximum condensing angle Ψ 210 is larger than the maximum condensing angle Ψ 230 of the second elliptical mirror 230. Further, the maximum reflecting mirror outer diameter D 210 is larger than the maximum reflecting mirror outer diameter D 230 of the second elliptical mirror 230.

このように、集光部が単一の楕円鏡である従来の光源装置500では、楕円鏡の形状(離心率)を変化させたとしても、集光部の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dの値を同時に小さくすることはできない。   As described above, in the conventional light source device 500 in which the condensing part is a single elliptical mirror, even if the shape (eccentricity) of the elliptical mirror is changed, the maximum condensing diameter Φ and the maximum condensing of the condensing part. The values of the angle Ψ and the maximum reflector outer diameter D cannot be reduced at the same time.

図12は、従来の光源装置の第2例として、光源1が高圧水銀ランプであり、集光部が1つの楕円鏡(楕円面反射鏡)と1つの球面鏡(球面反射鏡)の順に構成された2段構成の集光鏡である光源装置600の構成を示す概略断面図である。このうち、図12(a)は、光軸AXに対して回転対称な形状を有する第1楕円鏡2101と第1球面鏡2102とのそれぞれが光束を反射する反射角度と、光源1が光束を放射する放射角度との関係を示す図である。第1楕円鏡2101と第1球面鏡2102とは、第1例における第1楕円鏡210を2段構成の集光部に置き換えたものであり、第1楕円鏡2101は、第1例の第1楕円鏡210の第2焦点FP側の開口を小さくしたものである。また、図12(a)では、第1楕円鏡2101の第2焦点FP側の開口の大きさを、第1例の第2楕円鏡230の第2焦点FP側の開口の大きさ(D230)と等しくした場合を示している。第1球面鏡2102の中心点は、第1楕円鏡2101の第1焦点とほぼ同じ位置にあるものとする。第1球面鏡2102の第2焦点FP側の反射角度は、光源1の放射角度θanodeの第2焦点FP側の角度と同じである。また、第1楕円鏡2101の第1補助線2a側の開口端は、第1補助線2aを挟んで第1球面鏡2102側に、光源1の陰極と陽極との間隔から決まる距離δ2101だけ張り出す。これは、第1球面鏡2102の開口端が第1補助線2aまで延びていると、第1球面鏡2102により光源1の発光点1a近傍に戻された光束の一部が再び第1球面鏡2102で反射する多重反射を繰り返すので、それを避けるためである。 FIG. 12 shows, as a second example of a conventional light source device, a light source 1 is a high-pressure mercury lamp, and a condensing unit is configured in the order of one elliptical mirror (ellipsoidal reflecting mirror) and one spherical mirror (spherical reflecting mirror). It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the light source device 600 which is the condensing mirror of 2 steps | paragraphs. Of these, FIG. 12A shows a reflection angle at which each of the first elliptical mirror 2101 and the first spherical mirror 2102 having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX reflects the light beam, and the light source 1 emits the light beam. It is a figure which shows the relationship with the radiation angle to do. The first elliptical mirror 2101 and the first spherical mirror 2102 are obtained by replacing the first elliptical mirror 210 in the first example with a two-stage condensing unit, and the first elliptical mirror 2101 is the first in the first example. The aperture on the second focal point FP 2 side of the elliptical mirror 210 is reduced. Further, FIG. 12 (a) in the second size of the focal FP 2 side of the opening, the second focal point FP 2 side of the opening of the second ellipsoidal mirror 230 of the first example the size of the first ellipsoidal mirror 2101 ( D 230 ). The center point of the first spherical mirror 2102 is assumed to be at substantially the same position as the first focal point of the first elliptical mirror 2101. The reflection angle on the second focal point FP 2 side of the first spherical mirror 2102 is the same as the angle on the second focal point FP 2 side of the radiation angle θanode of the light source 1. Further, the opening end of the first elliptical mirror 2101 on the first auxiliary line 2a side extends to the first spherical mirror 2102 side across the first auxiliary line 2a by a distance δ 2101 determined by the distance between the cathode and the anode of the light source 1. put out. This is because when the opening end of the first spherical mirror 2102 extends to the first auxiliary line 2 a, a part of the light beam returned to the vicinity of the light emitting point 1 a of the light source 1 by the first spherical mirror 2102 is reflected again by the first spherical mirror 2102. This is to avoid multiple reflections that are repeated.

図12(b)は、第1楕円鏡2101と第球面鏡2102と集光部で集光される光束の最大集光径Φ2101および最大集光角度Ψ2101、ならびに集光部の最大反射鏡外径D2101を説明する図である。なお、図12(b)では、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI2101および反射点PO2101を明示している。第1楕円鏡2101は、第1例での第1楕円鏡210の一部であるため、最大集光径Φ2101は、第1例での第1楕円鏡210の最大集光径Φ210に等しく、第2楕円鏡230の最大集光径Φ230よりも小さい。第1楕円鏡2101の第2焦点FP側の開口の大きさは、上記のとおり、第1例での第2楕円鏡230の第2焦点FP側の開口の大きさと同じに規定しているため、最大集光角度Ψ2101は、第1例での第2楕円鏡230の最大集光角度Ψ230より小さくなる。また、最大反射鏡外径D2102は、ここでは第1球面鏡2102の外径となるため、第1例での第2楕円鏡230の最大反射鏡外径D230よりも大きくなる。 FIG. 12B shows the maximum condensing diameter Φ 2101 and the maximum condensing angle Ψ 2101 of the light beam condensed by the first elliptical mirror 2101, the spherical mirror 2102 and the condensing unit, and the outside of the maximum reflecting mirror of the condensing unit. It is a figure explaining diameter D2101 . In FIG. 12B, the notation of the overall view of the light source 1 is simplified, the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1a having a predetermined size is shown, and the first focal point FP 1 , The second focal point FP 2 , the reflection point PI 2101 and the reflection point PO 2101 are clearly shown. The first ellipsoidal mirror 2101 are part of the first ellipsoidal mirror 210 in the first embodiment, the maximum condensing diameter [Phi 2101, the maximum collection diameter [Phi 210 of the first ellipsoidal mirror 210 in the first embodiment Equally smaller than the maximum condensing diameter Φ 230 of the second elliptical mirror 230. As described above, the size of the opening on the second focal point FP 2 side of the first elliptical mirror 2101 is defined to be the same as the size of the opening on the second focal point FP 2 side of the second elliptical mirror 230 in the first example. Therefore, the maximum condensing angle Ψ 2101 is smaller than the maximum condensing angle Ψ 230 of the second elliptical mirror 230 in the first example. In addition, since the maximum reflecting mirror outer diameter D 2102 is the outer diameter of the first spherical mirror 2102 here, it is larger than the maximum reflecting mirror outer diameter D 230 of the second elliptical mirror 230 in the first example.

このように、集光部が1つの楕円鏡と1つの球面鏡の順に構成された2段構成の集光鏡である従来の光源装置600でも、集光部の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dの値を同時に小さくすることはできない。なお、このことは、集光部が1つの球面鏡と1つの楕円鏡の順に構成された2段構成である従来の光源装置でも同様である。例えば、図11(c)に示した状態よりも最大集光径Φを小さくすると、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dが大きくなる。   As described above, even in the conventional light source device 600 which is a two-stage condensing mirror in which the condensing unit is configured in the order of one elliptical mirror and one spherical mirror, the maximum condensing diameter Φ and the maximum condensing of the condensing unit. The values of the angle Ψ and the maximum reflector outer diameter D cannot be reduced at the same time. This also applies to a conventional light source device having a two-stage configuration in which the condensing unit is configured in the order of one spherical mirror and one elliptical mirror. For example, when the maximum condensing diameter Φ is made smaller than the state shown in FIG. 11C, the maximum condensing angle Ψ and the maximum reflecting mirror outer diameter D are increased.

そこで、本実施形態に係る光源装置は、光軸AXに対して回転対称な形状を有する楕円鏡と球面鏡とを交互に配置した4つの反射鏡を含む集光部を採用することで、集光部の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dの値を同時に小さくする。   Therefore, the light source device according to the present embodiment employs a condensing unit including four reflecting mirrors in which elliptical mirrors and spherical mirrors having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX are arranged, thereby collecting light. The maximum condensing diameter Φ, the maximum condensing angle Ψ, and the maximum reflecting mirror outer diameter D are simultaneously reduced.

図1は、本実施形態に係る光源装置100の構成を示す概略断面図であり、従来の光源装置500の説明で用いた図11(a)に対応し、記載条件等も同一としている。光源装置100は、従来と同様に高圧水銀ランプである光源1と、4段構成の反射鏡である集光部2とを含む。まず、第1反射鏡21および第3反射鏡23は、反射面が楕円面で互いに離心率の異なる楕円鏡であり、光軸AX上に2つの焦点を共有する。このうち、第1反射鏡21は、従来の第1楕円鏡210の一部と、第3反射鏡23は、第2楕円鏡230の一部とみることができる。一方、第2反射鏡22および第4反射鏡24は、それぞれ反射面が球面である球面鏡であり、それぞれの中心点は、第1反射鏡21および第3反射鏡23が共有する第1焦点FPとほぼ同じ位置にあるものとする。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the light source device 100 according to the present embodiment, corresponding to FIG. 11A used in the description of the conventional light source device 500, and the same description conditions and the like. The light source device 100 includes a light source 1 that is a high-pressure mercury lamp and a condensing unit 2 that is a four-stage reflecting mirror as in the conventional case. First, the first reflecting mirror 21 and the third reflecting mirror 23 are ellipsoidal mirrors whose reflecting surfaces are elliptical surfaces and have different eccentricities, and share two focal points on the optical axis AX. Among these, the first reflecting mirror 21 can be regarded as a part of the conventional first elliptical mirror 210, and the third reflecting mirror 23 can be regarded as a part of the second elliptical mirror 230. On the other hand, each of the second reflecting mirror 22 and the fourth reflecting mirror 24 is a spherical mirror having a spherical reflecting surface, and the center point of each of the second reflecting mirror 22 and the fourth reflecting mirror 24 is a first focal point FP shared by the first reflecting mirror 21 and the third reflecting mirror 23. It is assumed that it is at the same position as 1 .

なお、図1では、第1反射鏡21、第2反射鏡22、第3反射鏡23および第4反射鏡24が光束を反射する角度の範囲を、それぞれθ21、θ22、θ23、θ24と表している。ここで、θ21とθ22、θ22とθ23、θ23とθ24は、それぞれ略連続とすることが望ましい。また、集光部2が光束を反射する角度の範囲(θ21+θ22+θ23+θ24)と、光源1が光束を放出する角度の範囲(θcathode+θanode)とは、略等しいとすることが望ましい。また、第1反射鏡21と第4反射鏡24とのそれぞれが反射する角度の範囲θ21(θ)とθ24(θ’)は、θ21≧θ24の(θ≧θ’)関係を満たすものとする。一方、第2反射鏡22と第3反射鏡23のそれぞれが反射する角度の範囲θ22(θ’)とθ23(θ)とは、θ22≦θ23の関係を満たすものとする。さらに、第3反射鏡23は、第1補助線2aを挟んで第2反射鏡22側に、光源1の陰極と陽極との距離から決まるδ23だけ張り出す形状を有する。 In FIG. 1, the ranges of angles at which the first reflecting mirror 21, the second reflecting mirror 22, the third reflecting mirror 23, and the fourth reflecting mirror 24 reflect the light flux are respectively θ 21 , θ 22 , θ 23 , θ 24 . Here, it is desirable that θ 21 and θ 22 , θ 22 and θ 23 , and θ 23 and θ 24 are substantially continuous. In addition, it is desirable that the angle range (θ 21 + θ 22 + θ 23 + θ 24 ) at which the light collecting unit 2 reflects the light flux and the angle range (θcathode + θanode) at which the light source 1 emits the light flux are substantially equal. In addition, the ranges of angles θ 21 (θ) and θ 24 (θ ′) reflected by the first reflecting mirror 21 and the fourth reflecting mirror 24 have a relationship (θ ≧ θ ′) of θ 21 ≧ θ 24. Shall be satisfied. On the other hand, the angle ranges θ 22 (θ ′) and θ 23 (θ) reflected by the second reflecting mirror 22 and the third reflecting mirror 23 satisfy the relationship θ 22 ≦ θ 23 . Further, the third reflecting mirror 23 has a shape protruding by δ 23 determined by the distance between the cathode and the anode of the light source 1 on the second reflecting mirror 22 side with the first auxiliary line 2a interposed therebetween.

図2は、図1に示す構成について、集光部2による集光状態を説明する概略断面図である。このうち、図2(a)は、それぞれ楕円鏡である第1反射鏡21および第3反射鏡23の各集光状態を示す図である。光源1から発せられた光束の一部は、第1反射鏡21で反射し、角度θ’21をもって第2焦点に集光する。一方、光源1から発せられた光束の他の一部は、第3反射鏡23で反射し、角度θ’23をもって第2焦点に集光する。ここで、第2焦点に集光する角度θ’21とθ’23とは、略連続であることが望ましい。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a condensing state by the condensing unit 2 in the configuration shown in FIG. Among these, Fig.2 (a) is a figure which shows each condensing state of the 1st reflective mirror 21 and the 3rd reflective mirror 23 which are respectively elliptical mirrors. A part of the light beam emitted from the light source 1 is reflected by the first reflecting mirror 21 and condensed at the second focal point with an angle θ ′ 21 . On the other hand, the other part of the light beam emitted from the light source 1 is reflected by the third reflecting mirror 23 and condensed at the second focal point with an angle θ ′ 23 . Here, it is desirable that the angles θ ′ 21 and θ ′ 23 that are focused on the second focal point are substantially continuous.

図2(b)は、球面鏡である第4反射鏡24の集光状態を示す図である。光源1から発せられた光束の一部は、第4反射鏡24で反射し、発光点1a近傍に戻された後、第1反射鏡21で反射し、第2焦点に集光する。ここで、上記のように角度の範囲θ21とθ24との関係をθ21≧θ24とするのは、第4反射鏡24により発光点1a近傍に戻された光束のすべてが第1反射鏡21で反射されるようにするためである。 FIG. 2B is a diagram showing a light collection state of the fourth reflecting mirror 24 which is a spherical mirror. A part of the light beam emitted from the light source 1 is reflected by the fourth reflecting mirror 24, returned to the vicinity of the light emitting point 1a, reflected by the first reflecting mirror 21, and condensed on the second focal point. Here, the relationship between the angle ranges θ 21 and θ 24 is set to θ 21 ≧ θ 24 as described above, because all of the light flux returned to the vicinity of the light emitting point 1a by the fourth reflecting mirror 24 is the first reflection. This is because the light is reflected by the mirror 21.

図2(c)は、球面鏡である第2反射鏡22の集光状態を示す図である。光源1から発せられた光束の一部は、第2反射鏡22で反射し、発光点1a近傍に戻された後、第3反射鏡23で反射し、第2焦点に集光する。ここで、上記のように角度の範囲θ22とθ23との関係をθ22≦θ23とするのは、第2反射鏡22により発光点1a近傍に戻された光束のすべてが第3反射鏡23で反射されるようにするためである。 FIG. 2C is a diagram showing a light collection state of the second reflecting mirror 22 which is a spherical mirror. A part of the light beam emitted from the light source 1 is reflected by the second reflecting mirror 22, returned to the vicinity of the light emitting point 1 a, reflected by the third reflecting mirror 23, and condensed on the second focal point. Here, as described above, the relationship between the angle ranges θ 22 and θ 23 is set to θ 22 ≦ θ 23 because all of the light flux returned to the vicinity of the light emitting point 1a by the second reflecting mirror 22 is third reflected. This is because the light is reflected by the mirror 23.

次に、上記のように第3反射鏡23を第1補助線2aを挟んで第2反射鏡22側にδ23だけ張り出す形状とする理由について説明する。図3は、第2反射鏡22および第3反射鏡23のみ表記し、第3反射鏡23の張り出し形状を説明する概略断面図である。なお、図3では、説明のために、第1焦点FP、第2焦点FPおよび点p〜pを追記している。また、ここでは、発光点1aの中心から発せられた光束のうち、第3反射鏡23の開口端を通過する光束に着目して説明する。 Next, the reason why the third reflecting mirror 23 is shaped so as to protrude by δ 23 toward the second reflecting mirror 22 with the first auxiliary line 2a interposed therebetween will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing only the second reflecting mirror 22 and the third reflecting mirror 23 and explaining the protruding shape of the third reflecting mirror 23. In FIG. 3, the first focus FP 1 , the second focus FP 2, and the points p 1 to p 9 are added for the sake of explanation. Here, the description will be focused on the light beam emitted from the center of the light emitting point 1a and passing through the opening end of the third reflecting mirror 23.

図3(a)は、比較例として、第3反射鏡23の開口端が第1補助線2aを挟んで第2反射鏡22側に張り出していない場合を示す図である。まず、発光点1aの中心から発せられた光束の一部は、第1焦点FPを挟んで対向位置にある第2反射鏡22上の反射点pと反射点pとの間では多重反射を繰り返し、第2焦点FPに到達しない。また、発光点1aの端の点pから発せられた光束の一部で、第3反射鏡23の開口端近傍を通過する光束は、第2反射鏡22上の反射点pより図中左側の反射点pで反射した後、再度第2反射鏡22上の反射点pで反射する。この反射点pで反射した光束は、第2反射鏡22を1回余分に反射する分だけ光束の光強度が低下した状態で、第3反射鏡23上の反射点pで反射し、第2焦点FPに到達する。また、発光点1aの端の点pから発せられた光束の一部で、第2反射鏡22上で反射点pよりさらに図中左側の反射点pで反射した光束は、第2反射鏡22と第3反射鏡23との境界部を通り外部に発散し、第2焦点FPに到達しない。さらに、発光点1aの端の点pから発せられた光束の一部で、第2反射鏡22上で反射点pよりさらに図中左側で反射する光束(不図示)は、第3反射鏡23で反射され、第2焦点FPに到達する。このように、第3反射鏡23に張り出しを設けない場合には、発光点1aから発せられた光束の一部に、第2焦点FPに到達しない光束や、第2反射鏡22で2回反射し、光強度を低下させて第2焦点FPに到達する光束が存在する。 FIG. 3A is a diagram showing a case where the opening end of the third reflecting mirror 23 does not protrude toward the second reflecting mirror 22 with the first auxiliary line 2a interposed therebetween as a comparative example. First, part of the light flux emitted from the center of the light emitting point 1a is, between the reflection point p 1 on the second reflecting mirror 22 at the opposite position across the first focal point FP 1 and the reflection point p 2 multiplexing repeatedly reflected and does not reach the second focal point FP 2. Further, a part of the light beam emitted from the point p 3 at the end of the light emitting point 1 a and passing through the vicinity of the opening end of the third reflecting mirror 23 is shown in the drawing from the reflecting point p 1 on the second reflecting mirror 22. After being reflected at the left reflection point p 4, it is reflected again at the reflection point p 5 on the second reflecting mirror 22. The light beam reflected by the reflection point p 5, in a state where the light intensity of the amount corresponding light beam reflects the second reflecting mirror 22 extra once drops, reflected at the reflection point p 6 on the third reflecting mirror 23, The second focal point FP 2 is reached. Further, a part of the light beam emitted from the point p 3 at the end of the light emitting point 1a and reflected on the second reflecting mirror 22 at the reflection point p 7 on the left side in the drawing further than the reflection point p 4 is the second light beam. boundary between the reflecting mirror 22 and third reflecting mirror 23 to diverge as the outside, does not reach the second focal point FP 2. Further, in a part of the light beam emitted from a point p 3 end of the light emitting points 1a, the light flux reflected by the further left side in the drawing than the reflection point p 7 on the second reflecting mirror 22 (not shown), the third reflection is reflected by the mirror 23, reaches the second focal point FP 2. As described above, when the third reflecting mirror 23 is not provided with an overhang, a part of the light beam emitted from the light emitting point 1 a is partially reflected by the light beam that does not reach the second focal point FP 2 or twice by the second reflecting mirror 22. There is a light beam that is reflected and reaches the second focal point FP 2 with a reduced light intensity.

図3(b)は、本実施形態において第3反射鏡23の開口端が第1補助線2aを挟んで第2反射鏡22側にδ23だけ張り出している場合を示す図である。まず、発光点1aの中心から発せられた光束の一部は、第2反射鏡22上の反射点pで反射した後、第1焦点FPを挟んで対向位置にある第3反射鏡23上の反射点pで反射し、第2焦点FPに到達する。また、発光点1aの端の点pから発せられた光束の一部で、第3反射鏡23の開口端近傍を通過する光束は、第2反射鏡22上の反射点pより図中左側の反射点p10で反射した後、第3反射鏡23上の反射点p11で反射し、第2焦点FPに到達する。このように、第3反射鏡23に張り出しを設けると、発光点1aから発せられた光束に、第2焦点FPに到達しない光束や、第2反射鏡22で2回反射し、光強度を低下させて第2焦点FPに到達する光束をなくすことができる。なお、光源1の発光点1aの径は、ほぼ発光点1aが形成される光源1の陰極と陽極との間の距離に等しい。そこで、δ23の値は、光源1の陰極と陽極との間の距離の1/2以上であることが望ましい。 FIG. 3B is a diagram illustrating a case where the open end of the third reflecting mirror 23 projects by δ 23 toward the second reflecting mirror 22 with the first auxiliary line 2a interposed therebetween in the present embodiment. First, part of the light flux emitted from the center of the light emitting point 1a is reflected by the reflection point p 8 on the second reflecting mirror 22, third reflecting mirror on opposite positions across the first focal point FP 1 23 It reflected by the reflection point p 9 above, to reach the second focal point FP 2. Further, a part of the light beam emitted from the point p 3 at the end of the light emitting point 1 a and passing through the vicinity of the opening end of the third reflecting mirror 23 is shown in the drawing from the reflecting point p 8 on the second reflecting mirror 22. After being reflected at the left reflection point p 10, it is reflected at the reflection point p 11 on the third reflecting mirror 23 and reaches the second focal point FP 2 . As described above, when the third reflecting mirror 23 is provided with an overhang, the light beam emitted from the light emitting point 1a is reflected twice by the light beam that does not reach the second focal point FP 2 or the second reflecting mirror 22, thereby increasing the light intensity. It is possible to eliminate the light flux that reaches the second focal point FP 2 by being lowered. The diameter of the light emitting point 1a of the light source 1 is substantially equal to the distance between the cathode and the anode of the light source 1 where the light emitting point 1a is formed. Therefore, it is desirable that the value of δ 23 is not less than ½ of the distance between the cathode and the anode of the light source 1.

次に、光源装置100における最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dについて説明する。図4は、集光部2で集光される光束の最大集光径Φ21および最大集光角度Ψ23、ならびに集光部2の最大反射鏡外径D24を説明する図である。なお、図4は、従来の光源装置500を説明する図11(b)に対応し、記載条件等も同一としている。また、図4では、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI21および反射点PO23を明示している。まず、最大集光径Φ21は、第1反射鏡21が従来の第1楕円鏡210の一部とみなせるため、従来の第1楕円鏡210の最大集光径Φ210に等しく、従来の第2楕円鏡230の最大集光径Φ230よりも小さい。第3反射鏡23の第2焦点FP側の開口の大きさは、従来の第2楕円鏡230の第2焦点FP側の開口より、第4反射鏡24を設けた分だけ小さいため、最大集光角度Ψ23は、従来の第2楕円鏡230の最大集光角度Ψ230よりも小さい。また、最大反射鏡外径D24は、第4反射鏡24の外径となる。なお、第4反射鏡24の外径は、第3反射鏡23との境界の位置を調整することにより、従来の第2楕円鏡230の最大反射鏡外径D230とほぼ同程度の大きさにすることができる。したがって、最大反射鏡外径D24は、従来の最大反射鏡外径D230とほぼ同じ大きさにすることができる。 Next, the maximum condensing diameter Φ, the maximum condensing angle Ψ, and the maximum reflecting mirror outer diameter D in the light source device 100 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the maximum condensing diameter Φ 21 and the maximum condensing angle Ψ 23 of the light beam collected by the condensing unit 2 and the maximum reflecting mirror outer diameter D 24 of the condensing unit 2. FIG. 4 corresponds to FIG. 11B illustrating the conventional light source device 500, and the description conditions and the like are also the same. Also, in FIG. 4, the notation of the overall view of the light source 1 is simplified, the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1 a having a predetermined size is shown, and the first focus FP 1 , the second focus FP 2 , reflection point PI 21 and reflection point PO 23 are clearly shown. First, the maximum condensing diameter Φ 21 is equal to the maximum condensing diameter Φ 210 of the conventional first elliptical mirror 210 since the first reflecting mirror 21 can be regarded as a part of the conventional first elliptical mirror 210. smaller than the maximum condensing diameter [Phi 230 of 2 ellipsoidal mirror 230. The size of the opening on the second focal point FP 2 side of the third reflecting mirror 23 is smaller than the opening on the second focal point FP 2 side of the conventional second elliptical mirror 230 by an amount corresponding to the provision of the fourth reflecting mirror 24. The maximum condensing angle Ψ 23 is smaller than the maximum condensing angle Ψ 230 of the conventional second elliptical mirror 230. The maximum reflecting mirror outer diameter D 24 is the outer diameter of the fourth reflecting mirror 24. The outer diameter of the fourth reflecting mirror 24 is approximately the same as the maximum reflecting mirror outer diameter D 230 of the conventional second elliptical mirror 230 by adjusting the position of the boundary with the third reflecting mirror 23. Can be. Therefore, the maximum reflecting mirror outer diameter D 24 can be made substantially the same as the conventional maximum reflecting mirror outer diameter D 230 .

このように、光源装置100は、集光部2を上記のような4段構成の反射鏡とすることで、光源1から発せられた光束を集光部2の第2焦点FPに集光させることができる。このとき、光源装置100は、集光部2の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dの値を、同時に、図11(c)に示した従来の光源装置500の状態と同等またはそれよりも小さくすることができる。すなわち、光源装置100は、集光部2の全体の大きさを維持しつつ、光源1から放射される光束を効率良く利用することができる。 Thus, the light source device 100 condenses the light beam emitted from the light source 1 on the second focal point FP 2 of the condensing unit 2 by using the condensing unit 2 as the four-stage reflecting mirror as described above. Can be made. At this time, the light source device 100 simultaneously obtains the values of the maximum condensing diameter Φ, the maximum condensing angle ψ, and the maximum reflecting mirror outer diameter D of the condensing unit 2 at the same time as the conventional light source device 500 shown in FIG. It is possible to make it equal to or smaller than the above state. That is, the light source device 100 can efficiently use the light flux emitted from the light source 1 while maintaining the overall size of the light collecting unit 2.

以上のように、本実施形態によれば、光源から放射される光束の利用効率の点で有利な光源装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a light source device that is advantageous in terms of utilization efficiency of a light beam emitted from a light source.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る光源装置について説明する。第1実施形態に係る光源装置100では、光軸AXに対して回転対称な形状を有する楕円鏡と球面鏡とを交互に配置した4段構成の集光部を採用したが、本発明は、これに限らず、反射鏡を4つ以上有する集光部を採用し得る。本実施形態では、光軸AXに対して回転対称な形状を有する楕円鏡と球面鏡とを交互に配置した6段構成の集光部を採用する光源装置を例示する。
(Second Embodiment)
Next, a light source device according to a second embodiment of the invention will be described. The light source device 100 according to the first embodiment employs a four-stage condensing unit in which elliptical mirrors and spherical mirrors having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX are alternately arranged. Not limited to this, a light collecting section having four or more reflecting mirrors may be employed. In this embodiment, a light source device that employs a six-stage condensing unit in which elliptical mirrors and spherical mirrors having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX are alternately arranged is illustrated.

図5は、本実施形態に係る光源装置110の構成を示す概略断面図である。光源装置110は、従来と同様に高圧水銀ランプである光源1と、6段構成の集光鏡である集光部20とを含む。図5(a)は、従来の光源装置500の説明で用いた図11(a)に対応する図であり、記載条件等も同一である。まず、第1反射鏡25、第3反射鏡27および第5反射鏡29は、互いに離心率の異なる楕円鏡であり、光軸AX上に2つの焦点を共有する。また、第1反射鏡25の離心率は、第3反射鏡23の離心率よりも小さく、第3反射鏡23の離心率は、第5反射鏡29の離心率よりも小さいものとする。このうち、第5反射鏡29は、第1実施形態における第3反射鏡27の一部とみなせ、第5反射鏡29の第2焦点FP側の開口径は、第3反射鏡23の開口径と同じ大きさである。一方、第2反射鏡26、第4反射鏡28および第6反射鏡24は、それぞれ球面鏡であり、それぞれの中心点は、第1反射鏡21、第3反射鏡23および第5反射鏡29が共有する第1焦点FPとほぼ同じ位置にあるものとする。このうち、第6反射鏡24は、第1実施形態における第4反射鏡24と同じ球面鏡である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the light source device 110 according to the present embodiment. The light source device 110 includes a light source 1 that is a high-pressure mercury lamp and a condensing unit 20 that is a six-stage condensing mirror. FIG. 5A is a diagram corresponding to FIG. 11A used in the description of the conventional light source device 500, and the description conditions and the like are also the same. First, the first reflecting mirror 25, the third reflecting mirror 27, and the fifth reflecting mirror 29 are elliptical mirrors having different eccentricities from each other, and share two focal points on the optical axis AX. The eccentricity of the first reflecting mirror 25 is smaller than the eccentricity of the third reflecting mirror 23, and the eccentricity of the third reflecting mirror 23 is smaller than the eccentricity of the fifth reflecting mirror 29. Among these, the fifth reflecting mirror 29 can be regarded as a part of the third reflecting mirror 27 in the first embodiment, and the opening diameter of the fifth reflecting mirror 29 on the second focal point FP 2 side is the opening of the third reflecting mirror 23. It is the same size as the caliber. On the other hand, the second reflecting mirror 26, the fourth reflecting mirror 28, and the sixth reflecting mirror 24 are spherical mirrors, and the first reflecting mirror 21, the third reflecting mirror 23, and the fifth reflecting mirror 29 are at the center points. It is assumed that the first focal point FP 1 to be shared is substantially at the same position. Among these, the sixth reflecting mirror 24 is the same spherical mirror as the fourth reflecting mirror 24 in the first embodiment.

なお、図5(a)では、第1反射鏡25、第2反射鏡26、第3反射鏡27、第4反射鏡28、第5反射鏡29および第6反射鏡24が光束を反射する角度の範囲を、それぞれθ25、θ26、θ27、θ28、θ29およびθ24と表している。ここで、θ25とθ26、θ26とθ27、θ27とθ28、θ28とθ29およびθ29とθ24は、それぞれ略連続とすることが望ましい。また、集光部20が光束を反射する角度の範囲(Σθ25〜29+θ24)と、光源1が光束を放出する角度の範囲(θcathode+θanode)とは、略等しいとすることが望ましい。また、第1実施形態で説明したように、球面鏡で反射した光を反射する楕円鏡の間には、(楕円鏡の反射する角度θ)≧(球面鏡の反射する角度θ’)の関係があることが望ましい。例えば、第1反射鏡25と第6反射鏡24とのそれぞれが反射する角度の範囲θ25とθ24とは、θ25≧θ24の関係を満たすものとする。第2反射鏡26と第5反射鏡29のそれぞれが反射する角度の範囲θ25とθ29とは、θ29≧θ26の関係を満たすものとする。また、第3反射鏡27と第4反射鏡28のそれぞれが反射する角度の範囲θ27とθ28とは、θ27≧θ28の関係を満たすものとする。さらに、第3反射鏡27は、第1補助線2aを挟んで第4反射鏡28側に、光源1の陰極と陽極との距離から決まるδ27だけ張り出す形状を有する。 In FIG. 5A, angles at which the first reflecting mirror 25, the second reflecting mirror 26, the third reflecting mirror 27, the fourth reflecting mirror 28, the fifth reflecting mirror 29, and the sixth reflecting mirror 24 reflect the light flux. Are represented as θ 25 , θ 26 , θ 27 , θ 28 , θ 29, and θ 24 , respectively. Here, it is desirable that θ 25 and θ 26 , θ 26 and θ 27 , θ 27 and θ 28 , θ 28 and θ 29, and θ 29 and θ 24 are substantially continuous. In addition, it is desirable that the angle range (Σθ 25 to 29 + θ 24 ) at which the light collecting unit 20 reflects the light flux and the angle range (θcathode + θanode) at which the light source 1 emits the light flux are substantially equal. In addition, as described in the first embodiment, there is a relationship of (the angle θ reflected by the elliptic mirror) ≧ (the angle θ ′ reflected by the spherical mirror) between the elliptic mirrors that reflect the light reflected by the spherical mirror. It is desirable. For example, it is assumed that the angle ranges θ 25 and θ 24 reflected by the first reflecting mirror 25 and the sixth reflecting mirror 24 satisfy the relationship θ 25 ≧ θ 24 . The angle ranges θ 25 and θ 29 reflected by the second reflecting mirror 26 and the fifth reflecting mirror 29 are assumed to satisfy the relationship θ 29 ≧ θ 26 . Further, the angle ranges θ 27 and θ 28 reflected by the third reflecting mirror 27 and the fourth reflecting mirror 28 respectively satisfy the relationship θ 27 ≧ θ 28 . Further, the third reflecting mirror 27 has a shape projecting by δ 27 determined by the distance between the cathode and the anode of the light source 1 on the fourth reflecting mirror 28 side with the first auxiliary line 2a interposed therebetween.

また、本実施形態において、楕円鏡の反射経路および球面鏡を介した楕円鏡の反射経路については、第1実施形態に係る光源装置100と同様であるため、説明を省略する。   In the present embodiment, the reflection path of the elliptical mirror and the reflection path of the elliptical mirror via the spherical mirror are the same as those of the light source device 100 according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、集光部20の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dについて説明する。図5(b)は、集光部20で集光される光束の最大集光径Φ25および最大集光角度Ψ29、ならびに集光部20の最大反射鏡外径D24を説明する図である。なお、図5(b)は、従来の光源装置500を説明する図11(b)に対応し、記載条件等も同一としている。また、図4では、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI25および反射点PO29を明示している。まず、第6反射鏡24は、第1実施形態における第4反射鏡24と同じであるため、最大反射鏡外径D24は、第1実施形態における最大反射鏡外径D24に等しい。第5反射鏡29は、第1実施形態における第3反射鏡23の楕円鏡の一部とみなし、第2焦点FP側の開口径を同じとしているため、最大集光角度Ψ29は、第1実施形態における最大集光角度Ψ23に等しい。また、第1反射鏡25の離心率は、第1実施形態における第1反射鏡21の離心率よりも小さいので、第1反射鏡25上の反射点PI25は、第1実施形態における第1反射鏡21上の反射点PI21よりも発光点1aからの距離が大きい。したがって、最大集光径Φ25は、第1実施形態における最大集光径Φ21はよりも小さい。 Next, the maximum condensing diameter Φ, the maximum condensing angle Ψ, and the maximum reflecting mirror outer diameter D of the condensing unit 20 will be described. FIG. 5B is a diagram for explaining the maximum condensing diameter Φ 25 and the maximum condensing angle Ψ 29 of the light beam collected by the condensing unit 20 and the maximum reflecting mirror outer diameter D 24 of the condensing unit 20. is there. 5B corresponds to FIG. 11B illustrating the conventional light source device 500, and the description conditions and the like are the same. Also, in FIG. 4, the notation of the overall view of the light source 1 is simplified, the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1 a having a predetermined size is shown, and the first focus FP 1 , the second focus FP 2 , reflection point PI 25 and reflection point PO 29 are clearly shown. First, since the sixth reflecting mirror 24 is the same as the fourth reflecting mirror 24 in the first embodiment, the maximum reflecting mirror outer diameter D 24 is equal to the maximum reflecting mirror outer diameter D 24 in the first embodiment. Fifth reflecting mirror 29, regarded as part of the ellipsoidal mirror of the third reflection mirror 23 in the first embodiment, since the same opening diameter of the second focal point FP 2 side, a maximum collection angle [psi 29, the It is equal to the maximum collection angle Ψ 23 in one embodiment. Further, since the eccentricity of the first reflecting mirror 25 is smaller than the eccentricity of the first reflecting mirror 21 in the first embodiment, the reflection point PI 25 on the first reflecting mirror 25 is the first in the first embodiment. distance from the light emitting point 1a of the reflecting point PI 21 on the reflecting mirror 21 is large. Therefore, the maximum condensing diameter Φ 25 is smaller than the maximum condensing diameter Φ 21 in the first embodiment.

光源装置110は、集光部を上記のような6段構成とすることで、第1実施形態における4段構成の集光部と比較して、集光部の最大集光角度Φおよび最大反射鏡外径Dを同じとし、最大集光径Ψを小さくすることができる。なお、本実施形態では集光部を6段構成としたが、本発明の光源装置は、さらに段数を8段、10段と偶数段で増やすことで、集光部の最大集光角度Φおよび最大反射鏡外径Dを維持したまま、最大集光径Ψをより小さくすることができる。結果的に、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。   In the light source device 110, the condensing unit has a six-stage configuration as described above, so that the maximum condensing angle Φ and the maximum reflection of the condensing unit are compared with the four-stage condensing unit in the first embodiment. It is possible to make the outer diameter D of the mirror the same and to reduce the maximum condensing diameter Ψ. In the present embodiment, the condensing unit has a six-stage configuration. However, the light source device of the present invention further increases the number of stages by 8, 10, and even stages, thereby increasing the maximum condensing angle Φ and The maximum condensing diameter Ψ can be further reduced while maintaining the maximum reflecting mirror outer diameter D. As a result, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る光源装置について説明する。上記の各実施形態に係る光源装置100、110では、それぞれ、集光部が楕円鏡と球面鏡との偶数段の構成であった。これに対して、本実施形態に係る光源装置の特徴は、光軸AXに対して回転対称な形状を有する楕円鏡と球面鏡とを交互に配置した奇数段の構成の集光部を採用する点にある。
(Third embodiment)
Next, a light source device according to a third embodiment of the invention will be described. In the light source devices 100 and 110 according to the above-described embodiments, the condensing unit has an even-stage configuration of an elliptical mirror and a spherical mirror. On the other hand, the feature of the light source device according to the present embodiment is that it employs a condensing unit having an odd-numbered configuration in which elliptical mirrors and spherical mirrors having a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX are alternately arranged. It is in.

図6は、本実施形態に係る光源装置120の構成を示す概略断面図である。なお、図6は、従来の光源装置500の説明で用いた図11(a)に対応する図であり、記載条件等も同一である。光源装置120は、従来と同様に高圧水銀ランプである光源1と、一例として5段構成の集光鏡である集光部40とを含む。このように集光部を奇数段構成としても対応可能となる条件は、光源1が放射する光束の放射角度に依る。具体的には、この場合に適用し得る光源1は、その放射する光束の放射角度θanodeが、図5に示した第2実施形態における光源1の放射する光束の放射角度θanodeよりも小さいものである。そして、集光部40は、この場合の光源1に合わせて、図5に示した集光部20から、球面鏡である第6反射鏡24を除いた構成となる。光源装置120は、集光部を上記のような奇数段構成としても、上記各実施形態と同様の効果を奏する。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the light source device 120 according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 11A used in the description of the conventional light source device 500, and the description conditions and the like are also the same. The light source device 120 includes a light source 1 that is a high-pressure mercury lamp as in the conventional case, and a condensing unit 40 that is a five-stage condensing mirror as an example. In this way, the condition that enables the condensing unit to be configured with an odd number of stages depends on the radiation angle of the light beam emitted from the light source 1. Specifically, the light source 1 applicable in this case is such that the radiation angle θanode of the emitted light beam is smaller than the radiation angle θanode of the light beam emitted by the light source 1 in the second embodiment shown in FIG. is there. And the condensing part 40 becomes a structure remove | excluding the 6th reflective mirror 24 which is a spherical mirror from the condensing part 20 shown in FIG. 5 according to the light source 1 in this case. The light source device 120 has the same effects as those of the above-described embodiments even when the light collecting unit has an odd-numbered stage configuration as described above.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る光源装置について説明する。第1実施形態に係る光源装置100では、図1を参照するとわかるとおり、光源1から放射される陰極側の光束の放射角度θcathodeと陽極側の光束の放射角度θanodeとは、θcathode>θanodeの関係にある。これに対して、本実施形態に係る光源装置の特徴は、θcathodeとθanodeとが等しく(θcathode=θanode)なるように集光部を設定する点にある。
(Fourth embodiment)
Next, a light source device according to a fourth embodiment of the invention will be described. In the light source device 100 according to the first embodiment, as can be seen with reference to FIG. 1, the emission angle θcathode of the cathode-side luminous flux emitted from the light source 1 and the emission angle θanode of the anode-side luminous flux satisfy the relationship of θcathode> θanode. It is in. In contrast, the light source device according to the present embodiment is characterized in that the condensing unit is set so that θcathode and θanode are equal (θcathode = θanode).

図7は、本実施形態に係る光源装置130の構成を示す概略断面図である。光源装置130は、従来と同様に高圧水銀ランプである光源1と、第1実施形態と同様に4段構成の集光鏡である集光部50とを含む。図7(a)は、図1に示す第1実施形態に係る光源装置100に対応する図であり、記載条件等も同一である。本実施形態では、例えば、陽極の発光点1a近傍の先端形状を変化させることで、θanodeを大きくし、θcathodeと等しくしている。このように、陽極の発光点1a近傍の先端形状を変化させることで、それまで陽極の形状に起因して遮られていた発光点1aからの光束を光源1外に放出することが可能となり、光源1の光出力を増大させることができる。そして、集光部50は、第1反射鏡21〜第3反射鏡23までを第1実施形態に係る光源装置100の集光部2と同じとし、θanodeの増加に対応させて、第4反射鏡30の光束を反射する領域を広げた構成となる。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the light source device 130 according to the present embodiment. The light source device 130 includes a light source 1 that is a high-pressure mercury lamp as in the prior art, and a condensing unit 50 that is a four-stage condensing mirror as in the first embodiment. FIG. 7A is a diagram corresponding to the light source device 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the description conditions and the like are also the same. In the present embodiment, for example, θanode is increased and made equal to θcathode by changing the tip shape of the anode near the light emitting point 1a. In this way, by changing the tip shape of the anode in the vicinity of the light emitting point 1a, it becomes possible to emit the light beam from the light emitting point 1a, which has been blocked by the shape of the anode, to the outside of the light source 1. The light output of the light source 1 can be increased. And the condensing part 50 makes the 1st reflective mirror 21-the 3rd reflective mirror 23 the same as the condensing part 2 of the light source device 100 which concerns on 1st Embodiment, and respond | corresponds to the increase in (theta) anode, 4th reflection. The area where the mirror 30 reflects the light flux is widened.

また、本実施形態においても、楕円鏡の反射経路および球面鏡を介した楕円鏡の反射経路については、第1実施形態に係る光源装置100と同様であるため、説明を省略する。   Also in the present embodiment, the reflection path of the elliptical mirror and the reflection path of the elliptical mirror via the spherical mirror are the same as those of the light source device 100 according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、集光部50の最大集光径Φ、最大集光角度Ψおよび最大反射鏡外径Dについて説明する。図7(b)は、集光部50で集光される光束の最大集光径Φ21および最大集光角度Ψ23、ならびに集光部50の最大反射鏡外径D30を説明する図である。なお、図7(b)は、第1実施形態に係る光源装置100を説明する図4に対応し、記載条件等も同一としている。また、図4では、光源1の全体図の表記を簡略化し、所定の大きさを有する発光点1aの最外周から発せられた光線の集光状態を示し、また、第1焦点FP、第2焦点FP、反射点PI21および反射点PO23を明示している。ここで、集光部50は、上記のように、第1実施形態に係る光源装置100の集光部2に対して第4反射鏡30だけを変更したものである。したがって、最大集光径Φ21および最大集光角度Ψ23は、図2(a)に示した最大集光径Φ21および最大集光角度Ψ23と同じであり、最大反射鏡外径D30は、図2(a)に示した最大反射鏡外径D24よりも大きい。すなわち、本実施形態によれば、θanodeを大きくして光出力を増大させた光源1に対しても、最大集光径Φおよび最大集光角度Ψを変えることなく第2焦点FP側の最終鏡(第4反射鏡30)を大きくするだけで、光源装置130を構成することができる。 Next, the maximum condensing diameter Φ, the maximum condensing angle Ψ, and the maximum reflecting mirror outer diameter D of the condensing unit 50 will be described. FIG. 7B is a diagram for explaining the maximum condensing diameter Φ 21 and the maximum condensing angle Ψ 23 of the light beam collected by the condensing unit 50 and the maximum reflecting mirror outer diameter D 30 of the condensing unit 50. is there. FIG. 7B corresponds to FIG. 4 illustrating the light source device 100 according to the first embodiment, and the description conditions and the like are also the same. Further, in FIG. 4, the notation of the overall view of the light source 1 is simplified, the state of condensing rays emitted from the outermost periphery of the light emitting point 1 a having a predetermined size is shown, and the first focus FP 1 , The bifocal point FP 2 , the reflection point PI 21 and the reflection point PO 23 are clearly shown. Here, the condensing part 50 changes only the 4th reflective mirror 30 with respect to the condensing part 2 of the light source device 100 which concerns on 1st Embodiment as mentioned above. Therefore, the maximum condensing diameter [Phi 21 and the maximum collection angle [psi 23 is the same as the maximum condensing diameter [Phi 21 and the maximum collection angle [psi 23 shown in FIG. 2 (a), up to the reflector outer diameter D 30 Is larger than the maximum reflector outer diameter D 24 shown in FIG. That is, according to the present embodiment, the final focus on the second focal point FP 2 side without changing the maximum condensing diameter Φ and the maximum condensing angle Ψ even for the light source 1 in which θanode is increased to increase the light output. The light source device 130 can be configured simply by enlarging the mirror (fourth reflecting mirror 30).

(照明装置)
次に、本発明の一実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態に係る照明装置は、上記各実施形態に係る光源装置を含み、光源装置からの光束を所定の位置(領域)に出射するものである。特に、本実施形態に係る照明装置の特徴は、光源1の発光点1aの大きさをさらに大きくしているにもかかわらず、集光部2の最大集光径を従来の光源装置と同じ程度としている点にある。
(Lighting device)
Next, an illumination device according to an embodiment of the present invention will be described. The illumination device according to the present embodiment includes the light source device according to each of the embodiments described above, and emits a light beam from the light source device to a predetermined position (region). In particular, the illuminating device according to the present embodiment is characterized in that the maximum condensing diameter of the condensing unit 2 is the same as that of the conventional light source device even though the size of the light emitting point 1a of the light source 1 is further increased. It is in the point.

図8は、照明装置の構成を示す概略断面図である。このうち、図8(a)は、第1実施形態に係る光源装置100にオプティカルインテグレータ70を加え、光源1の発光点1aを図4の発光点1aよりも大きくした、本実施形態に係る照明装置200の図である。一方、図8(b)は、比較例として、従来の光源装置500にオプティカルインテグレータ70を加えた、従来の照明装置300の図である。なお、集光部の第2焦点FPとオプティカルインテグレータ70の入射面の間には、一般に結像光学系を設ける場合が多いが、ここでは簡単のために記載を省略し、集光部の第2焦点FPに直接オプティカルインテグレータ70の入射面を構成している。オプティカルインテグレータ70を通過した光束は、照明装置の被照射面に到達する。以下、オプティカルインテグレータ70の入射面に集光される光束の大きさは、図8(a)、(b)で共に等しいものとして、各光源装置100、500が形成する最大集光径Φの投影倍率について説明する。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the illumination device. 8A shows an illumination according to this embodiment in which an optical integrator 70 is added to the light source device 100 according to the first embodiment, and the light emission point 1a of the light source 1 is made larger than the light emission point 1a of FIG. FIG. On the other hand, FIG.8 (b) is the figure of the conventional illuminating device 300 which added the optical integrator 70 to the conventional light source device 500 as a comparative example. In many cases, an imaging optical system is generally provided between the second focal point FP 2 of the light converging unit and the incident surface of the optical integrator 70. It constitutes the incident surface of the direct optical integrator 70 to a second focal point FP 2. The light beam that has passed through the optical integrator 70 reaches the irradiated surface of the illumination device. Hereinafter, assuming that the size of the light beam condensed on the incident surface of the optical integrator 70 is the same in FIGS. 8A and 8B, the projection of the maximum light collection diameter Φ formed by each of the light source devices 100 and 500 is performed. The magnification will be described.

まず、本実施形態に係る照明装置200を示す図8(a)を参照すると、最大集光径Φ21を形成する光束は、発光点1aから放出され、第1反射鏡21上の反射点PI21で反射したものである。ここで、焦点間距離f=1,000mmとし、第1反射鏡21の離心率を0.77とすると、(線分PI21FP)=172mm、(線分PI21FP)=1,030mmとなる。すなわち、(線分PI21FP)の長さは、(線分PI21FP)に対して6倍となり、発光点1aの像は、オプティカルインテグレータ70の入射面に6倍に拡大投影される。したがって、この場合の発光点1aの大きさは、オプティカルインテグレータ70の入射面に集光する光束の大きさである最大集光径Φ21の6分の1の大きさを持つものといえる。 First, referring to FIG. 8A showing the illumination device 200 according to the present embodiment, the light beam forming the maximum condensing diameter Φ 21 is emitted from the light emitting point 1 a and reflected on the first reflecting mirror 21. 21 is reflected. Here, assuming that the interfocal distance f = 1,000 mm and the eccentricity of the first reflecting mirror 21 is 0.77, (line segment PI 21 FP 1 ) = 172 mm, (line segment PI 21 FP 2 ) = 1, 030 mm. That is, the length of (line segment PI 21 FP 2 ) is 6 times that of (line segment PI 21 FP 1 ), and the image of the light emitting point 1 a is projected on the incident surface of the optical integrator 70 by 6 times. The Therefore, the size of the light emitting points 1a in this case, it can be said that with the magnitude of maximum collection size 1 size of 6 minutes [Phi 21 of the light beam converged on the incident surface of the optical integrator 70.

これに対して、従来の照明装置300を示す図8(b)を参照すると、最大集光径Φ230を形成する光束は、発光点1aから放出され、第1反射鏡23上の反射点PI230で反射したものである。ここで、焦点間距離f=1,000mmとし、第1反射鏡21の離心率を0.85とすると、(線分PI21FP)=102mm、(線分PI21FP)=1017mmとなる。すなわち、(線分PI230FP)の長さは、(線分PI230FP)に対して10倍となり、発光点1aの像は、オプティカルインテグレータ70の入射面に10倍に拡大投影される。したがって、この場合の発光点1aの大きさは、オプティカルインテグレータ70の入射面に集光する光束の大きさである最大集光径Φ230の10分の1の大きさを持つものといえる。 On the other hand, referring to FIG. 8 (b) showing the conventional illumination device 300, the luminous flux forming the maximum condensing diameter Φ 230 is emitted from the light emitting point 1 a and reflected on the first reflecting mirror 23. 230 is reflected. Here, assuming that the distance between the focal points is f = 1,000 mm and the eccentricity of the first reflecting mirror 21 is 0.85, (line segment PI 21 FP 1 ) = 102 mm, (line segment PI 21 FP 2 ) = 1017 mm Become. That is, the length of (line segment PI 230 FP 2 ) is 10 times that of (line segment PI 230 FP 1 ), and the image of the light emitting point 1 a is projected on the incident surface of the optical integrator 70 by 10 times. The Therefore, it can be said that the size of the light emitting point 1a in this case is one tenth of the maximum condensing diameter Φ 230 that is the size of the light beam condensed on the incident surface of the optical integrator 70.

すなわち、本実施形態に係る照明装置200における発光点1aの大きさは、従来の照明装置300における発光点1aの大きさの約1.7倍となる。一般に、光源(高圧水銀ランプ)の発光点の大きさは、陰極と陽極との距離に比例すると考えられる。また、照明装置に用いられる光源の出力と、陰極と陽極との距離との間には、ほぼ比例関係が成り立っていると考えられる。したがって、発光点の大きさが1.7倍になると、照明装置に用いられる光源の出力も1.7倍となる。言い換えれば、照明装置200に第1実施形態に係る光源装置100を用いることで、従来と比べて約1.7倍の大出力の光源を用いるのと同等の効果が得られ、結果として、照明装置の照度を従来のものから1.7倍に高めることができる。さらに、照明装置200に適用した光源装置100の最大集光角度は、従来の光源装置500の集光角度よりも小さいため、オプティカルインテグレータ70の後流側に設置され得る不図示とした光学系の径をより小さく設定することが可能となる。   That is, the size of the light emitting point 1a in the lighting device 200 according to the present embodiment is about 1.7 times the size of the light emitting point 1a in the conventional lighting device 300. Generally, the size of the light emitting point of a light source (high pressure mercury lamp) is considered to be proportional to the distance between the cathode and the anode. In addition, it is considered that a substantially proportional relationship is established between the output of the light source used in the lighting device and the distance between the cathode and the anode. Therefore, when the size of the light emitting point is 1.7 times, the output of the light source used in the illumination device is 1.7 times. In other words, by using the light source device 100 according to the first embodiment for the lighting device 200, an effect equivalent to that of using a light source with about 1.7 times larger output than the conventional one can be obtained. The illuminance of the apparatus can be increased 1.7 times from the conventional one. Furthermore, since the maximum condensing angle of the light source device 100 applied to the illumination device 200 is smaller than the condensing angle of the conventional light source device 500, an optical system (not shown) that can be installed on the downstream side of the optical integrator 70 is used. The diameter can be set smaller.

このように、本実施形態に係る照明装置によれば、上記の実施形態に係る光源装置を用いることで、照明装置内の光学系の径を小さくして全体形状を小型化するとともに、照度を従来よりも向上させることができる。   Thus, according to the illuminating device according to the present embodiment, by using the light source device according to the above-described embodiment, the diameter of the optical system in the illuminating device is reduced to reduce the overall shape, and the illuminance is reduced. This can be improved compared to the prior art.

(露光装置)
次に、本発明の一実施形態に係る露光装置について説明する。本実施形態に係る露光装置は、上記各実施形態に係る光源装置を備えるものであり、以下、一例として、第2実施形態に係る光源装置110を備えるものとする。図9は、本実施形態に係る露光装置400の構成を示す概略図である。露光装置400は、例えば、半導体デバイスの製造工程におけるリソグラフィ工程で使用されるものであり、走査露光方式にて、レチクルRに形成されているパターンの像をウエハW上(基板上)に露光(転写)する。なお、図9では、投影光学系13の光軸に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な同一平面内で露光時のウエハWの走査方向にX軸を取り、X軸に直交する非走査方向にY軸を取っている。露光装置400は、照明系17と、レチクルステージ11と、投影光学系13(露光部)と、ウエハステージ16と、制御部18とを備える。
(Exposure equipment)
Next, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The exposure apparatus according to the present embodiment includes the light source device according to each of the embodiments described above, and includes the light source device 110 according to the second embodiment as an example. FIG. 9 is a schematic view showing the arrangement of the exposure apparatus 400 according to this embodiment. The exposure apparatus 400 is used, for example, in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process, and exposes an image of a pattern formed on a reticle R on a wafer W (on a substrate) by a scanning exposure method ( Transfer). In FIG. 9, the Z axis is parallel to the optical axis of the projection optical system 13, the X axis is taken in the scanning direction of the wafer W during exposure in the same plane perpendicular to the Z axis, and the non-axis perpendicular to the X axis is taken. The Y axis is taken in the scanning direction. The exposure apparatus 400 includes an illumination system 17, a reticle stage 11, a projection optical system 13 (exposure unit) , a wafer stage 16, and a control unit 18.

照明系17は、光源1から放射された光(光束)を調整してレチクルRを照明する。この照明系17は、光源1を含む光源装置110と、コールドミラー4と、オプティカルロッド5と、フーリエ変換光学系6と、オプティカルインテグレータ7と、開口絞り8と、コリメーター9と、折り曲げミラー10とを備える。光源装置110は、光源1から発せられた光束を集光部2で集光し、コールドミラー4で反射させることで、集光部2の第2焦点FP近傍に配置されたオプティカルロッド5の入射面に、光源1の発光部1aの像を形成する。コールドミラー4は、その表面に誘電体等の多層膜を有する反射鏡であり、主に赤外線を透過させるとともに、露光光に用いる紫外光を反射させる。オプティカルロッド5は、側面が円柱形状の光導波管であり、オプティカルインテグレータ7の入射面上に、集光部2の開口面(第2焦点FPがある面)2b近傍に配置されている光源1に電力を供給するリード線1bの影を生じさせないために設置される。このオプティカルロッド5に入射した光束は、円柱側面で反射し旋回するSkew光線となり、リード線1bの影がぼやけて消失する。フーリエ変換光学系(光学系)6は、オプティカルロッド5の出射端からの光束を受けて平行光束に変換し、オプティカルインテグレータ7の入射面に、集光部2の開口面2bの像を結像する。オプティカルインテグレータ7は、複数の小レンズが二次元的に配列されたものであり、出射面に二次光源を形成する。開口絞り8は、オプティカルインテグレータ7の出射面に脱着可能に設置され、オプティカルインテグレータ7の出射面に形成された二次光源の像の一部を遮り、二次光源の像の形状を整形する。例えば、オプティカルインテグレータ7を構成する小レンズの断面が矩形である場合、オプティカルインテグレータ7の出射面に形成される二次光源の像の大きさは、XZ平面内において異なるものとなる。そこで、開口絞り8は、オプティカルインテグレータ7の出射面に形成される二次光源の像の大きさを、XZ平面内で等しくなるように整形し得る。コリメーター9は、折り曲げミラー10を挟んで配置された2つのレンズ系9a、9bを含み、レチクルステージ11に載置された被照射面であるレチクルRを照明する。 The illumination system 17 illuminates the reticle R by adjusting the light (light flux) emitted from the light source 1. The illumination system 17 includes a light source device 110 including a light source 1, a cold mirror 4, an optical rod 5, a Fourier transform optical system 6, an optical integrator 7, an aperture stop 8, a collimator 9, and a bending mirror 10. With. The light source device 110 condenses the light beam emitted from the light source 1 by the condensing unit 2 and reflects it by the cold mirror 4, so that the optical rod 5 disposed in the vicinity of the second focal point FP 2 of the condensing unit 2. An image of the light emitting portion 1a of the light source 1 is formed on the incident surface. The cold mirror 4 is a reflecting mirror having a multilayer film such as a dielectric on the surface thereof, and mainly transmits infrared light and reflects ultraviolet light used for exposure light. The optical rod 5 is an optical waveguide having a cylindrical side surface, and is disposed on the incident surface of the optical integrator 7 and in the vicinity of the opening surface (the surface having the second focal point FP 2 ) 2 b of the light collecting unit 2. 1 is installed so as not to cause a shadow of the lead wire 1b for supplying power to the power source. The light beam incident on the optical rod 5 becomes a Skew light beam that is reflected and swiveled on the side surface of the cylinder, and the shadow of the lead wire 1b is blurred and disappears. The Fourier transform optical system (optical system) 6 receives the light beam from the output end of the optical rod 5 and converts it into a parallel light beam, and forms an image of the aperture surface 2 b of the light collecting unit 2 on the incident surface of the optical integrator 7. To do. The optical integrator 7 includes a plurality of small lenses arranged two-dimensionally, and forms a secondary light source on the exit surface. The aperture stop 8 is detachably installed on the exit surface of the optical integrator 7, blocks a part of the secondary light source image formed on the exit surface of the optical integrator 7, and shapes the shape of the secondary light source image. For example, when the cross section of the small lens constituting the optical integrator 7 is rectangular, the size of the secondary light source image formed on the exit surface of the optical integrator 7 is different in the XZ plane. Therefore, the aperture stop 8 can shape the size of the image of the secondary light source formed on the exit surface of the optical integrator 7 to be equal in the XZ plane. The collimator 9 includes two lens systems 9 a and 9 b arranged with the bending mirror 10 interposed therebetween, and illuminates the reticle R that is an irradiated surface placed on the reticle stage 11.

レチクルR(またはマスク)は、ウエハW上に転写されるべきパターン(例えば回路パターン)が形成された、例えば石英ガラス製の原版である。レチクルステージ11は、レチクルRを保持してX、Yの各軸方向に可動である。投影光学系13は、レチクルRを通過した光を所定の倍率(例えば1/2倍)でウエハW上に投影する。なお、本実施形態では、オプティカルインテグレータ7の出射面に形成された二次光源の像は、コリメーター9により、投影光学系13の瞳面13a近傍に結像するものとする。ウエハWは、表面上にレジスト(感光剤)が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。ウエハステージ16は、ウエハチャック15を介してウエハWを保持し、X、Y、Z(それぞれの回転方向であるωx、ωy、ωzを含む場合もある)の各軸方向に可動である。制御部18は、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置400の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどに従って各構成要素の動作を統括し得る。なお、制御部18は、露光装置400の他の部分と一体で(共通の筐体内に)構成してもよいし、露光装置400の他の部分とは別体で(別の筐体内に)構成してもよい。   The reticle R (or mask) is an original made of, for example, quartz glass on which a pattern (for example, a circuit pattern) to be transferred is formed on the wafer W. The reticle stage 11 holds the reticle R and is movable in the X and Y axis directions. The projection optical system 13 projects the light that has passed through the reticle R onto the wafer W at a predetermined magnification (for example, 1/2 times). In the present embodiment, the image of the secondary light source formed on the exit surface of the optical integrator 7 is formed near the pupil plane 13 a of the projection optical system 13 by the collimator 9. The wafer W is a substrate made of, for example, single crystal silicon, on which a resist (photosensitive agent) is applied. The wafer stage 16 holds the wafer W via the wafer chuck 15 and is movable in each axial direction of X, Y, and Z (which may include ωx, ωy, and ωz that are the respective rotation directions). The control unit 18 is configured by a computer, for example, and is connected to each component of the exposure apparatus 400 via a line, and can control the operation of each component according to a program or the like. Note that the control unit 18 may be configured integrally with other parts of the exposure apparatus 400 (in a common casing), or separate from the other parts of the exposure apparatus 400 (in a separate casing). It may be configured.

次に、露光装置400、特に光源装置110を含む照明系17に、着脱可能で、二次光源の光強度分布を変化させる光束変換部材(円錐プリズム)を適用する場合について説明する。これに先立ち、光源装置110内の集光部2が形成する集光光束の外角および内角について、既出の図5(b)を参照しながら説明する。図5(b)では、発光点1aの大きさを誇張して示しているが、実際の露光装置400に搭載される光源装置110の焦点間距離は、例えば1,000mmであるの対して、発光点1aの大きさは、10mm程度である。したがって、集光部2が形成する集光光束の外角を∠(FPPO29FP)、内角を∠(FPPI25FP)と考えてよい。なお、一般的な露光装置の設計では、外角∠(FPPO29FP)を20度程度に設定することが多い。また、内角∠(FPPI25FP)は、外角∠(FPPO29FP)を18度と仮定した場合、外角∠(FPPO29FP)に対して1/3の大きさである6度に設定し得る。そこで、以下の説明では、外角∠(FPPO29FP)を18度、内角∠(FPPI25FP)を6度とそれぞれ仮定する。 Next, a description will be given of a case where a light beam conversion member (conical prism) that is detachable and changes the light intensity distribution of the secondary light source is applied to the exposure apparatus 400, particularly the illumination system 17 including the light source device 110. Prior to this, an outer angle and an inner angle of the condensed light beam formed by the light collecting unit 2 in the light source device 110 will be described with reference to FIG. In FIG. 5B, the size of the light emitting point 1a is exaggerated, but the distance between the focal points of the light source device 110 mounted on the actual exposure apparatus 400 is, for example, 1,000 mm. The size of the light emitting point 1a is about 10 mm. Therefore, the outer angle of the condensed light flux formed by the light collecting unit 2 may be considered as ∠ (FP 1 PO 29 FP 2 ) and the inner angle as ∠ (FP 1 PI 25 FP 2 ). In general exposure apparatus design, the outer angle 外 (FP 1 PO 29 FP 2 ) is often set to about 20 degrees. Further, the interior angle ∠ (FP 1 PI 25 FP 2 ) , when it is assumed that external angle ∠ the (FP 1 PO 29 FP 2) 18 degrees, the size of 1/3 with respect to the external angle ∠ (FP 1 PO 29 FP 2 ) It can be set to 6 degrees. Therefore, in the following description, it is assumed that the outer angle ∠ (FP 1 PO 29 FP 2 ) is 18 degrees and the inner angle ∠ (FP 1 PI 25 FP 2 ) is 6 degrees.

図10は、照明系17に円錐プリズムを適用する場合を説明するための概略図であり、図9に示す照明系17のうちオプティカルロッド5から開口絞り8までの構成を拡大している。このうち、図10(a)は、円錐プリズムを設置していない状態を示している。また、光強度分布180は、フーリエ変換光学系6によりオプティカルインテグレータ7の入射面に形成される集光部2の開口面2bの像の光強度分布を示している。ここで、フーリエ変換光学系6は、光強度分布180の外径がσ0.6となるように、集光部2の開口面2bの像を投影するものとする。このとき、光強度分布180の内径は、σ0.2となる。すなわち、光強度分布180は、外σ0.6、内σ0.2である「1/3輪帯」と呼ばれる形状になる。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a case where a conical prism is applied to the illumination system 17, and the configuration from the optical rod 5 to the aperture stop 8 in the illumination system 17 shown in FIG. 9 is enlarged. Among these, Fig.10 (a) has shown the state which has not installed the conical prism. The light intensity distribution 180 indicates the light intensity distribution of the image of the aperture surface 2 b of the light collecting unit 2 formed on the incident surface of the optical integrator 7 by the Fourier transform optical system 6. Here, it is assumed that the Fourier transform optical system 6 projects an image of the aperture surface 2b of the light collecting unit 2 so that the outer diameter of the light intensity distribution 180 is σ0.6. At this time, the inner diameter of the light intensity distribution 180 is σ0.2. That is, the light intensity distribution 180 has a shape called “1/3 annular zone” with outer σ0.6 and inner σ0.2.

図10(b)は、フーリエ変換光学系6とオプティカルインテグレータ7との間(オプティカルインテグレータ7の入射面の手前)に、第1円錐プリズム171と、第2開口絞り801とを設置した状態を示している。第1円錐プリズム171は、光軸AXに回転対称であり、入射面と出射面との2面が平行な傾斜面を有し、光軸AXに平行に入射した光束を内側に平行移動させる。第2開口絞り801は、図10(a)に示す開口絞り8に換えて、第1円錐プリズム171の形状に合わせたものである。このとき、光強度分布181は、外σ0.4(内σ0.0)である円形状となる。   FIG. 10B shows a state in which a first conical prism 171 and a second aperture stop 801 are installed between the Fourier transform optical system 6 and the optical integrator 7 (before the incident surface of the optical integrator 7). ing. The first conical prism 171 is rotationally symmetric with respect to the optical axis AX, has an inclined surface in which two surfaces of the entrance surface and the exit surface are parallel, and translates the light beam incident parallel to the optical axis AX inward. The second aperture stop 801 is adapted to the shape of the first conical prism 171 instead of the aperture stop 8 shown in FIG. At this time, the light intensity distribution 181 has a circular shape with an outer σ0.4 (inner σ0.0).

図10(c)は、フーリエ変換光学系6とオプティカルインテグレータ7との間(オプティカルインテグレータ7の入射面の手前)に、第2円錐プリズム172と、第3開口絞り802とを設置した状態を示している。第2円錐プリズム172は、上記の第1円錐プリズム171を光軸AX方向に逆向きに配置したような形状であり、光軸AXに平行に入射した光束を外側に平行移動させる。第3開口絞り801は、図10(a)に示す開口絞り8に換えて、第2円錐プリズム172の形状に合わせたものである。このとき、光強度分布182は、外σ0.8、内σ0.4である「1/2輪帯」と呼ばれる形状になる。   FIG. 10C shows a state in which the second conical prism 172 and the third aperture stop 802 are installed between the Fourier transform optical system 6 and the optical integrator 7 (before the incident surface of the optical integrator 7). ing. The second conical prism 172 has a shape in which the first conical prism 171 is disposed in the direction opposite to the optical axis AX, and translates the light beam incident parallel to the optical axis AX to the outside. The third aperture stop 801 is adapted to the shape of the second conical prism 172 instead of the aperture stop 8 shown in FIG. At this time, the light intensity distribution 182 has a shape called “1/2 ring zone” with outer σ0.8 and inner σ0.4.

照明系17は、上記のように光束変換部材を適宜用いることで、有効光源の形状を、外σ0.4(内σ0.0)の円形状から、外σ0.8、内σ0.4である1/2輪帯形状まで変化させることが可能とある。なお、上記説明では、照明系17は、開口絞りを含む構成となっている。ただし、各開口絞りは、必須の構成要素ではなく、オプティカルインテグレータ7を構成する小レンズの径が十分小さく、オプティカルインテグレータ7の出射面に形成される二次光源の像のXZ方向の差が無視できる場合には、設置を要しない。また、本実施形態においては、照明系17は、オプティカルロッド5を用いる構成としているが、必須構成ではない。   The illumination system 17 appropriately uses the light beam conversion member as described above, so that the effective light source has an outer σ0.8 (inner σ0.0) circular shape, an outer σ0.8, and an inner σ0.4. It is possible to change the shape to a 1/2 zone. In the above description, the illumination system 17 includes an aperture stop. However, each aperture stop is not an essential component, the diameter of the small lens constituting the optical integrator 7 is sufficiently small, and the difference in the XZ direction of the image of the secondary light source formed on the exit surface of the optical integrator 7 is ignored. If possible, installation is not required. Moreover, in this embodiment, although the illumination system 17 is set as the structure which uses the optical rod 5, it is not an essential structure.

このように、本実施形態に係る露光装置によれば、上記の実施形態に係る光源装置(照明装置)を用いることで、省スペース化と省電力化と両立させることができる。   Thus, according to the exposure apparatus according to the present embodiment, it is possible to achieve both space saving and power saving by using the light source device (illumination apparatus) according to the above-described embodiment.

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

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

1 光源
1a 発光点
2 集光部
21 第1反射鏡
22 第2反射鏡
23 第3反射鏡
24 第4反射鏡
100 光源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 1a Light emission point 2 Condensing part 21 1st reflective mirror 22 2nd reflective mirror 23 3rd reflective mirror 24 4th reflective mirror 100 Light source device

Claims (11)

光領域からを放射する光源と、前記を集光して外部へ出射する集光部とを含む光源装置であって
記集光部は、前記発光領域から放射された前記光を反射する反射面を有する反射鏡を4つ以上有し、各反射鏡は軸を囲むように形成され、
前記4つ以上の反射鏡は前記光源を囲むように設置され
記4つ以上の反射鏡は、前記反射面が楕円面である楕円面反射鏡と、前記反射面が球面である球面反射鏡とを含み、
前記楕円面反射鏡と前記球面反射鏡とは、前記の方向に交互に配置され、
1つの前記球面反射鏡により反射され光が、1つの前記楕円面反射鏡により反射されて前記外部へ出射する、
ことを特徴とする光源装置。
A light source device comprising a light source for emitting light from the light emission region, a condensing section for emitting to the outside by focusing the light,
Before SL condensing unit has a reflecting mirror having a reflecting surface for reflecting the light emitted from the light-emitting region 4 or more, each reflector is formed to surround the shaft,
The four or more reflecting mirrors are installed so as to surround the light source ,
Before SL four or more reflectors may include a elliptical reflecting mirror wherein the reflective surface is elliptical surface and a spherical reflecting mirror wherein the reflective surface is a spherical surface,
Wherein the elliptic surface reflector and front Symbol spherical reflecting mirror, they are arranged alternately in the direction of said axis,
The light reflected by one of the spherical reflector, is reflected to emit to the outside by one of the ellipsoidal reflector,
A light source device characterized by that.
前記球面反射鏡は、前記発光領域に球面の中心点を有し、
前記楕円面反射鏡は、前記発光領域に楕円面の焦点を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
The spherical reflector has a spherical center point in the light emitting region,
The ellipsoidal reflector has an ellipsoidal focal point in the light emitting region;
The light source device according to claim 1.
前記を含む平面内で、前記1つの球面反射鏡が前記発光領域からのを反射する範囲の角度θ’と、該1つの球面反射鏡により反射され光を反射させる前記1つの前記楕円面反射鏡が反射する範囲の角度θとは、θ≧θ’の関係を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 In a plane containing said axis, said the range of the angle theta 'one spherical reflecting mirror for reflecting light from the light emitting region, said one of said that the light reflected anti Isa by the one spherical reflector 3. The light source device according to claim 1, wherein the angle θ of the range reflected by the ellipsoidal reflecting mirror satisfies a relationship of θ ≧ θ ′. 前記光源は、前記発光領域を形成する陰極と陽極とを有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the light source includes a cathode and an anode that form the light emitting region. 前記1つの前記楕円面反射鏡と前記1つの前記球面反射鏡とが前記発光領域を挟んで隣り合うものであるとき、
前記楕円面反射鏡における前記球面反射鏡に隣り合う側の開口端は、前記発光領域から前記球面反射鏡の側に、前記陰極と前記陽極との間の1/2以上の距離だけ張り出している、ことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
When the one ellipsoidal reflector and the one spherical reflector are adjacent to each other across the light emitting region,
Open end of the side adjacent to the spherical reflector in the ellipsoidal reflector, the side of the spherical reflector from the light emitting region, protrudes by 1/2 or more of the distance between the cathode and the anode The light source device according to claim 4.
前記を含む平面内で、前記光源が前記陰極の側に前記を放射する角度と、前記光源が前記陽極の側に前記を放射する角度とは、等しいことを特徴とする請求項4または5に記載の光源装置。 In a plane containing said axis, claim 4 wherein the light source and the angle for emitting the light to the side of the cathode, and the angle which the light source emits the light to the side of the anode, characterized in that equal Or the light source device of 5. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光束が入射するオプティカルインテグレータと、
を含むことを特徴とする照明装置。
The light source device according to any one of claims 1 to 6,
An optical integrator on which a light beam emitted from the light source device is incident;
A lighting device comprising:
前記集光部と前記オプティカルインテグレータとの間に設置され、前記集光部で集光されたが入射する円柱形状の導波管と、
前記導波管と前記オプティカルインテグレータとの間に設置され、前記導波管から出射された平行光に変換する光学系と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。
A cylindrical waveguide that is installed between the light collecting unit and the optical integrator and into which the light condensed by the light collecting unit is incident;
An optical system installed between the waveguide and the optical integrator for converting light emitted from the waveguide into parallel light ;
The lighting device according to claim 7, comprising:
前記光学系と前記オプティカルインテグレータとの間に着脱可能に設置され、前記オプティカルインテグレータに入射するの形状を変更する光束変換部材を含むことを特徴とする請求項8に記載の照明装置。 9. The illumination device according to claim 8, further comprising a light beam conversion member that is detachably installed between the optical system and the optical integrator, and changes a shape of light incident on the optical integrator. 請求項7ないし9のいずれか1項に記載の照明装置と、前記照明装置により照明されたマスクを用いて基板を露光する露光部と、を備えることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus comprising: the illumination apparatus according to claim 7; and an exposure unit that exposes a substrate using a mask illuminated by the illumination apparatus. 請求項10に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された前記基板を加工する工程と、
加工された基板から物品を製造する
とを特徴とする物品の製造方法。
Exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 10;
Processing the substrate exposed in the step;
Manufacture articles from processed substrates
Method of manufacturing an article, characterized and this.
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